电工基本理论及电气负荷的计算.pptx

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1、 一、交直流电路的基本公式一、交直流电路的基本公式 ( (一）直流电路一）直流电路 1 1、欧姆定律 实验表明：通过电路的电流和这段电路两端之间的电压成正比，与这段电路的电阻成反比。 RUI （欧姆定律） 例题：有一电压为220 V的灯泡，其灯丝正常发光时的电阻为484，求通过灯丝的电流为多少？ARUI45. 0484220注意：导体的电阻与温度有关，对于普通金属，温度越高电阻越大。上面灯泡钨丝在常温下的电阻25，所以，通电与不通电电阻相差十几倍。 第1页/共38页2 2、电功率和电能 （1 1）电功率：单位时间内产生或消耗的电能（简称功率）。 负荷接受的电功率：P=UI (W、瓦特)（注意：

2、一般电源是产生电功率的）（2 2）电能：电流在一段时间内所做的功 W=Pt (J、焦耳)电力工程中：瓦时 （wh） 千瓦时（kwh）1kwh等于 1kw用电设备使用1h(3600s)所吸收（或消耗）的电能1kwh(千瓦时)=1度 （等于3.6106J）注意：电力工程中，负荷的大小是指负载功率的大小，不是指电阻的大小。第2页/共38页电流的热效应：电流通过用电器使温度升高产生热量的现象。 有用的一面：可以做成电饭锅、电炉、电烤箱、灯丝等等 有害的一面：对导线、用电设备的绝缘材料造成一定损害，容易老化 例题：某电灌站有3台电动机，一台7.5KW、2台15kw。全年约有2400h、3台电动机同时运行

3、（均满负荷），600h只开一台15kw电动机。计算年用电量。解：年用电量A=(7.5+215) 2400+15600=99000(kwh)第3页/共38页( (二) )单相交流电路 在正弦交流电路中，通过负载上的电压、电流是按正弦函数规律变化，其瞬时值（如图）)sin(1tUum)sin(2tIim其中称为圆频率。周期与频率、圆频率的关系 21Tf我国电网采用：f=50 H Hz z T=0.02s 1 1、相位角 t+t+称为相位角，称为初相位角对于同一负载上的电压、电流有时要考虑在相位上的差别即相位差：第4页/共38页=(t+=(t+1 1)- (t+)- (t+2 2)= )= 1 1-

4、 - 2 2 若 ，则e1 1超前e2 2若 ，则e1 1滞后e2 2002、有效值 定义：交流电流的有效值等于与它热效应相等的直流电流值。第5页/共38页表示方法：用大写I、E、U表示。若是正弦交流电： 222mmmEEUUIIRR在相同时间内在相同时间内i I i i作的功作的功( (产生的热量）产生的热量）= = I I作的功作的功( (产生的热量）产生的热量）3 3、电功率（1 1）电阻性负载当某负载的电感、电容极小可忽略，可认为只有电阻存在，即为电阻性负载。如白炽灯、电加热器等。第6页/共38页 特点： 电压、电流有效值关系: U=RI: U=RI 电压、电流同频率、同相位电阻性负载

5、电功率P=UI (W、瓦特) 定义 阻抗 （欧姆、） ZUI 22LXRZ（2）感性负载： 电阻与电感串联的电路。如电动机、荧光灯、电视机、 洗衣机等。 特点： 电压、电流有效值关系: : 电压总是超前电流一个相位角其中XL=L=2fLL=2fL称为感抗。（感抗起障碍电流通过的作用，它是由自感电动势引起的。）第7页/共38页阻抗三角形：由 Z Z、R R、X XL L为三边组成一个三角形RXtgL结论：相位差由负载的R R和X XL L大小决定。 功率三角形：将阻抗三角形各边乘以I I2 2，则定义：视在功率S S： 有功功率P P： 无功功率Q QL L Q QL L=UIsin=UIsin

6、 UIZIS2cosUIP Z ZR RX XL L阻抗三角形阻抗三角形 S SP PQ QL L功率三角形功率三角形 第8页/共38页视在功率( (表观功率)S)S：单位 VA(VA(伏安) ) 、KVAKVA、MVAMVA发电机、变压器本身不能决定所供应的负载的性质，故用视在功率来表示额定容量。UIZIS2有功功率（平均功率）P P：指电路吸收的平均功率。单位：W（瓦）、kw由功率三角形cosUIP 无功功率Q QL L，反映电感元件与电源交换能量规模大小的。单位：var(乏)、kvar由功率三角形sinUIQL（注意：无功并非“无用”而是指“交换而不消耗”）无功功率： 有利一面：变压器、

7、电动机必须有足够的无功功率才能运转。 不利一面：占用电源设备容量，用电设备容量，电力导线截面。第9页/共38页4、功率因数的提高：功率因数： （决定于负载的性质。）有功功率功率因数低引发的问题：SPcoscoscosUISP 电源设备的容量不能充分利用 导致送、配电线路的电能损耗和电压损失增加例：电动机：满载 cos:0.7cos:0.70.90.9 空载 cos:0.2cos:0.20.30.3 日光灯: cos:0.3: cos:0.30.50.5提高功率因数的方法： 安装移相电容器第10页/共38页（三）三相交流电路（1）基本概念（如图）三相制：采用三相交流的供电方式。优点：（与单相制相

8、比较） 电源方面：如发电机、变压器，体积小，节省材料，运行稳定。 输电方面：节省有色金属（铜、铝）大约25% 用电方面：如电动机,结构简单、维护方便、运转平稳。第11页/共38页三相： U相 eU=Emsint V相 eV=Emsin(t-1200) W相 eW=Emsin(t+1200)相序：指三相交流电相位的顺序，即电动势达到最大值的先后次序。正序：UVW实际中，用黄、绿、红三种颜色表示（注意：在使用三相交流时，通常需要考虑到相序再使用，这是很重要的）。 (2) 电源绕组的连接方法 (1)Y形连接（星形连接） 第12页/共38页中性点：末端连在一起构成公共点N N 中性线： 从中性点引出的

9、线，用N N表示相线（端线）：从首端引出的线U U、V V、W W ，对应称为L L1 1、L L2 2、L L3 3称为：三相四线制可得两种电压: : 相电压：绕组始、末两端之间电压U UU U、V VV V、W WW W 线电压：相线之间电压U UUVUV、U UVWVW、U UW WU UV VW WN NN NU UU UU UV VU UW WU UUVUVU UVWVWU UWUWUL L1 1L L2 2L L3 3e eW We eU Ue eV V第13页/共38页33线相UU线相II若电源、负载都是Y Y连接的三相电路(Y(Y Y) Y) 特点：线电压等于 倍的相电压 相电

10、流等于线电流 （2 2）连接（三角形连接）绕组之间的始、末两端依次相连接成闭合回路 L L2 2Z UZ UV XV XW YW YU UUVUVU UVWVWU UWUWUL L1 1L L3 3e eW We eU Ue eV V第14页/共38页3相线II3线相UU若电源Y连接、负载连接的对称三相电路(Y)线电流等于 倍相电流： 负载的相电压等于电源的线电压(3) 电功率对于三相对称电路 （W、KW）（瓦、千瓦） (var、Kvar) （乏、千乏） (VA、KVA) （伏安、千伏安）注意：U、I是线电压、线电流。是相电流与相电压之间位相差cos3UIP sin3UIQ UIS3第15页/

11、共38页二、民用建筑电气负荷计算二、民用建筑电气负荷计算第16页/共38页二、民用建筑电气负荷计算二、民用建筑电气负荷计算 1 、住宅负荷电流计算1.1用电设备负荷电流计算 （1）荧光灯、家用电器的耗电量、额定电流及功率因数 表1功率因数(cos)YZ8RR84120.150.362000YZ20RR208280.350.365000YZ30RR308380.360.485000YZ40RR408480.410.535000各种荧光灯、家用电器的耗电量、额定电流及功率因数灯管型号灯管耗电量(W)镇流器耗电量(w)总耗电量(W)额定电流(A)寿命不小于(h)第17页/共38页表2 家用电器名称功

12、率(W)额定电流(A)功率因数(cos)彩色电视机(74cm)1000.510.650.70.9电冰箱、电冰柜2002.273.030.30.4洗衣机1200.911.090.50.6电烫斗50010002.274.541电热毯201000.090.451电吹风机3505501.592.51电热杯3001.361电暖器15006.81电烤箱60012002.735.451电饭煲3005001.362.271电炒锅100015004.556.821吊扇(120mm)750.380.9电热水器3000600013.6427.271音响设备1502000.851.140.70.9吸尘器4008002

13、.13.90.94抽油烟机1202000.61.00.9排气扇400.20.9空调器100030006.5150.70.9常用家用电器的的耗电量、额定电流及功率因数第18页/共38页 （2） 用电负荷电流计算通过线路负荷计算，为选择导线、开关、熔断器等其他保护设备提供依据。线路负荷的类型不同，其负荷电流的计算方法也不同。 纯电阻负荷。如白炽灯、电加热器等。式中 UPI 感性负荷。如荧光灯、电视机、洗衣机等。cosUPI 式中： I通过负荷的电流（A) P负荷的功率(W) U电源电压(V)式中：I通过负荷的电流(A)P负荷的功率(W)U电源电压(V) cos功率因数 第19页/共38页注意1：P

14、是整个用电器具的负荷功率，而不是其中某一部分的负荷功率。例如：荧光灯负荷功率 P =灯管的负荷功率镇流器的负荷功率对于电动机 注意2： 单相电动机 cosUPI 式中 I：通过负荷的电流(A)P：负荷的功率(W)U：电源电压(220V)cos：功率因数：机械效率第20页/共38页 三相电动机 cos3UPI 式中 I：通过负荷的电流(A)P：负荷的功率(W)U：电源电压(380V)cos：功率因数：机械效率注意3：在额定电压下，三相异步电动机功率因数和效率随负荷变化的大致关系见下表。负荷空载25%50%75%100%功率因数cos0.20.50.770.850.89效率00.780.850.8

15、80.875异步电动机的功率因数和效率与负荷的关系第21页/共38页1.2住宅总负荷电流计算同期系数Kc：考虑用电设备的同期使用率。总负荷电流计算方法：总负荷电流=用电量最大的12台（或23台）家用电器的额定电流同期系数（其余用电设备的额定电流之和）注意：家用电器少的家庭取12台 家用电器多的家庭取23台例题：某户有家用电器，照明用的40W荧光灯5个、彩色电视机一台100 W、音响设备150 W、洗衣机120 W、电烫斗500 W、电冰箱200 W、电饭锅1000 W。计算负荷电流，由此选择额定电流为多少的电能表。解：荧光灯40W cos=0.53 I=5=0.53 I=50.41=2.05A

16、0.41=2.05A 电视机100 W cos=0.9 I=0.51A=0.9 I=0.51A 音响设备150 W cos=0.7 I=1.14A=0.7 I=1.14A 洗衣机120 W、 cos=0.5 I=1.09A=0.5 I=1.09A 第22页/共38页 电烫斗300 W cos=1 I=1.36A=1 I=1.36A 电冰箱200 W cos=0.4 I=2.27A=0.4 I=2.27A 电饭锅1000 W cos=1 I=4.55A=1 I=4.55A总负荷电流=4.55+0.5(2.05+0.51+1.14+1.09(2.05+0.51+1.14+1.09+1.36+2.2

17、7)+2.27) = =4.55+3.53=8.76A+3.53=8.76A可以选择额定电流为10A的电能表.工程设计中计算方法： cos220jsjscjsPIPKP式中 Pjs：住宅用电计算负荷 (W) Ijs：住宅用电计算电流(A) ： 所有家用电器额定功率总和（W）cos：平均功率因数，可取0.80.9同 同期系数Kc： ：可取0.40.6，家用电器越多、住宅面积越大、人口越少，此值越小；反之，此值越大口P第23页/共38页例题：某户有家用电器，照明用的40W荧光灯5个、彩色电视机一台100 W、音响设备150 W、洗衣机120 W、电烫斗500 W、电冰箱200 W、电饭锅1000

18、W。计算负荷电流，由此选择额定电流为多少的电能表。 解：由公式Pjs=0.6(40(405+100+150+120+300+200+1000)=1242W5+100+150+120+300+200+1000)=1242W由公式 取 cos=0.8=0.8 Ijs=7.06cos220jsjsPIPKPcjs第24页/共38页2、住宅用电计算负荷住宅用电负荷受气候条件、经济状况等多种因素的影响。因此，很难用一个模式和一个标准涵盖用电负荷的大小。下面，从不同角度给出用电负荷的参考值。 2.1按住宅档次计算负荷 由居住条件可划分为：一档住宅：别墅式二档住宅：高级公寓三档住宅：80120m2住宅四档住

19、宅：5080m2住宅下面的表列出了在一般条件下不同住宅档次用电设备的大致数量和计算负荷。第25页/共38页台数容量（W）台数容量（W）台数容量（W）台数容量（W）电视机3300220022001100组合音响2300230023001200电冰箱2240124011401140洗衣机1350135013501350电风扇160160160160电烫斗1500150015001500灯具166401040083205200电饭煲1700170017001700吸尘器1600160016001600录像机150150150150电炒锅190019001900-电烤箱165016501650-微波炉

20、195019501950-通风机1100110011001100电热水器2140017001700-电淋浴器228001140011400-空调器345002300011500-计算机135013501350-各档住宅每户家用电器拥有量参考值家用电器名称一档住宅二档住宅三档住宅四档住宅合计153904400114509770P第26页/共38页各档住宅用电的计算负荷： 由公式取 同期系数Kc：=0.5平均功率因数，可取cos=0.85cos220jsjscjsPIPKP住宅类别 一档住宅 二档住宅 三档住宅 四档住宅计算负荷(KW)7.75.74.92.2计算电流(A)41312612各档住宅

21、用电的计算负荷、计算电流第27页/共38页 2.2按户型住宅档次计算负荷(普通住宅) 住宅户型 建筑面积(m2)空调器数 用电负荷参 考 值(KW)计算负荷(KW)计算电流(A)四室两厅 100140 373.518.72三室两厅 8510036316.04两室两厅 7085252.513.26两室一厅 556514210.7不同户型用电负荷参考值(普通住宅)计算负荷、计算电流2.3高档小区住宅负荷估算高档小区住宅用电负荷较大，大致可分为A、B、C、D四类。 照明空 调器电 炊具电热器 其余家电A二层别墅楼14.54.53316842.78B高级住宅0.64422.813.46.735.82C

22、120m2以上住宅0.53.53.51.52.511.55.7530.74高档小区住宅负荷估算计算负荷、计算电流计算负荷(KW)计 算 电 流(A)类别住宅类型各种电器用电估计(KW)住 宅 负荷(KW)第28页/共38页SSpP201SSpP302SSpP9033、民用建筑用电负荷的计算对统一设计的一般民用住宅，设计单位通常采用以下一些方法来计算设备容量的。3.1通常的计算方法。有以下三种方法 （1）单位建筑面积法。即按下面的标准进行单位面积耗电量估算： 具有电热水器的住宅： 具有电炊器具的住宅： 既具有电炊器具，又要空调器的住宅： 式中 P：计算负荷 (W) p1、p2、p3：单位面积负荷

23、量，即用电指标（W/m2） S：总建筑面积（m2）第29页/共38页 （2）单位指标法。即按每户、每床、每人等为单位指标进行耗电量估算：式中 P：计算负荷 (kW) pi：单位指标值（KW/户、KW/床、KW/人） n：指户、床、人的个数。若以户为单位，计算方法如下： 各户用电水准接近的住宅： 各户用电水准很不相同的住宅：npPi332211npnpnpP式中 P：计算负荷 (kW) pi：每户用电设备容量（KW）取值： 一般水平的住宅，p1=1kw 用电作主要炊事能源的住宅p2=3kw 有电热淋浴器和空调器的住宅p3=6kw n：用户数。 ：对应于用电设备容量为 的用户数。321nnn321

24、ppp第30页/共38页（3）设计标准法 住宅照明标准（中等家庭公寓） 大居室：白炽灯为60W或荧光灯为40W 小居室、小客厅：白炽灯为40W或荧光灯为20W 厨房：白炽灯为40W 厕所、卫生间、廊道：白炽灯为25W 楼梯间：白炽灯为2540W 门厅：白炽灯为2560W 管理房、修理间：荧光灯为40W 电梯机房、水泵房：白炽灯为60W 住宅电源插座标准（中等家庭公寓） 大居室：两组插座（一组为单相三极式和二极式，一组为二极式） 小居室、小客厅：各一组插座 厨房、卫生间：各一组插座 每个电源插座按50 W计算。第31页/共38页 确定了每户的设备容量后，由此可进行计算负荷的计算。用户分支线路的计

25、算负荷用户主干线路的计算负荷ajsPPaxjsPKP参数最抵目标 一般目标 理想目标负荷 （KW）1.561.84月用电量(kwh/月)607280100200小康型住宅每户用电负荷推荐值3.2小康型住宅的计算方法。第32页/共38页三、空调器容量的选择三、空调器容量的选择第33页/共38页三、空调器容量的选择 空调器容量的选择过大，会造成电能和资金的浪费；选择过小，又达不到预定空气调节的目的。应根据房间大小、场地情况选择相匹配的空调器容量。空调器应把室内温度控制在下述范围内（特殊空调设备除外）制冷运行：200C300C（夏天250C380C 之间适宜）制热运行：160C230C 1、家庭用空

26、调器容量的选择对于墙厚在24cm，层高3.2m以下。室外环境温度不超过430C时，选择方法：按每平方米选用120140W为宜 例如：15平方米的房间，选用18002100W。注意：房间朝南取小值。 房间朝西或房顶、墙壁较薄以及层高大于3.2m的房间取大值。 第34页/共38页市场上出售的空调器都标有制冷量，因各厂使用单位不尽统一，选购时要注意。它们之间的换算见表。W(J/s)kcal/hBTU/hkJ/h10.85983.4123.61.16313.96834.18680.2930.25211.0550.2780.2390.9481不同制冷量单位的换算2、较大场所用调器容量的选择当房间容积在1

27、500m3以下，层高不大于6m，隔热条件较好的房间，空调器的容量可按下式估算)(zQnXqVkQ式中 第35页/共38页 Q：所需空调器容量（kJ/h）k：空调容量裕量系数，短期使用的k=1，常年连续使用的k=1.051.10。q：被空调房间每立方米空间的需冷量，q=105143kJ/h，如果房间内有照明等其他发热设备，则应一并考虑进去。V：房间空间总容积（m3）n：房内总人数(个)X：人体排热量，单人静坐时，X=432kJ/h；做运动后，X=1591kJ/h：房内设备同时使用率和利用率之积，=0=00.6Q Qz z: :房内设备总发热量(kJ)(kJ) 例题：某舞厅营业面积为180m180

28、m2 2，净高4m4m，房间保温条件良好。每场约有6060人参加，场内设备容量为2.2kW2.2kW，每天营业8h8h，常年连续运行。要求室温在230C280C。第36页/共38页解：取=0.5，k=1.05，q=126kJ/h（取中间值），考虑到每场参加跳舞的人数为4040人，则由公式估算出所需空调器容量为：由此可选取能效系数为2.58，单台制冷量为60.7MJ/h的分体直吹柜式空调器3台，总供冷量为182.1MJ/h。)/(3 .175)/(175308)36002 .2(5 .0)15914043220(418012605.1)(2211hMJhkJQXnXnqVkQz第37页/共38页感谢您的观看！第38页/共38页