第13章 电力系统的电磁功率特性
电分第13章_电力系统的有功功率平衡和频率调整
K G*
f KG N PG N
K
i 1
n
Gi* GiN
P
f
PD 0* 0.05 fN 50 0.196Hz K* 12.742
PGN
（3）若允许频率降低0.2Hz，系统能够承受
的负荷增量
kr P K* kr KG* KD* GN P DN
KG* 0.5 0 0.25 0 0.25 25 6.25
kr 1 1.026 0.5 0.25 0.25 (1 0.1)
K* 1.026 6.25 1.5 7.912
P
（3）若允许频率降低0.2Hz，
系统能够承受的负荷增量；
PGN kr PDN PG1 1.0 PDN
PD0* K*f* 12.742 0.2 / 50 5.097%
电力系统的有功功率平衡和频率调整—电力系统的频率调整
频率的一次调整—Ex13-3 某电力系统中，一半机组的容 量已经完全利用，其余25%为 火电厂，无备用容量，单位调 节功率为16.6；25%为水电厂， 有10%备用容量，单位调节功 率为25；系统有功负荷的频率 （1）求系统单位调节功率
(i 1, 2,..., n)
f KG N PG N
P
PG PGi KGi f KG f KG*
单台等值机组和系统负荷的一次调频
KGi* PGiN G*
i 1
n
PGN
PGN
P
i 1
n
GiN
i*
( f ) PD PD
1.026PDN
0.03165PDN
《电机原理与维修》课件第13章
关系特性，即η=f(P2)的关系曲线。
P2
P2
P1 P2 pCu1 pCu2 pFe pm ps
(13-1)
上式中，铁芯损耗pFe和机械损耗pm为不变损耗；定子铜耗
pCu1、转子铜耗pCu2和附加损耗ps均为可变损耗。异步电动机空载
图13-1 异步电动机工作特性曲线
13.2 转矩特性
三相异步电动机的转矩特性是指在电源电压和频率为额定值，
并且电动机固有参数不变的情况下，电磁转矩与输出功率的关系
特性，即T=f(P2)的关系曲线。 电动机稳定运行时，电磁转矩应与负载制动转矩相平衡，即
T=TL，由转矩平衡方程式T=T2+T0可知，T=TL=T2+T0。电动机空载 运行时，电动机轴端输出功率P2=0，则输出转矩T2=0，电磁转矩T 等于空载制动转矩T0。随着负载的增加，电动机轴端输出功率P2 亦将增大，根据电动机的转速特性可以看出，从空载到额定负载
负载附近，功率因数达到最大值。如果负载继续增大并超过额定
负载，因转速下降过多，转差率s增大，转子功率因数下降较多， 导致定子电流中与之平衡的无功分量也增加，电动机的功率因数
cosφ1反而下降，如图13-1所示。因此，电动机应在接近额定负载 状况下工作较为经济。
13.5 效率特性
三相异步电动机的效率特性是指在电源电压和频率为额定值，
空载时，输出功率P2=0，转子转速n接近于同步转速n1，转差 率很小，使转子电动势很小，转子电流I2≈0。此时，定子电流仅 为空载电流I0。随着负载的增大，P2也将增大，转子转速下降， 导致转子转速n与旋转磁场的同步转速n1的差值增大，从而使转子 电动势增大，转子电流也增大，根据异步电动机磁动势平衡关系，
高考物理复习分单元资料第13章《交变电流 电磁场和电磁波》
第十三章交变电流电磁场和电磁波【说明】只要求讨论单相理想变压器.●复习导航本章内容实际上是电磁感应现象研究的继续和其规律的具体应用.从交变电流的产生，交变电动势最大值的计算，变压器的工作原理，到L C电路中电磁振荡的规律以至电磁波的形成等都和楞次定律及法拉第电磁感应定律有密切的联系.因此在复习本章时，既要注意本章知识所具有的新特点(如周期性、最大值和有效值等)，还要时时注意本章知识与电磁感应规律的联系.近几年高考对本章内容的考查，既有对本章知识的单独考查，命题频率较高的知识点有交变电流的变化规律(包括图象)、有效值，变压器的电压比、电流比，电磁振荡的周期、频率等；也有把本章知识和力学等内容相联系的综合考查，特别是带电粒子在加有交变电压的平行金属板间的运动问题，是近几年高考的一个热点.组织本章复习时需特别注意，“电磁场和电磁波”的内容调整较多，以前作为重点内容的电磁振荡、振荡周期等内容在2003年的考纲中被删掉.但由于在新版的教材中仍有这部分内容，所以在编写本书时适当保留了这部分内容，请读者复习时根据2004年考纲进行调整.对本章知识的复习，可分以下两个单元组织进行：(Ⅰ)交变电流.(Ⅱ)电磁场和电磁波.第Ⅰ单元交变电流●知识聚焦一、交变电流强度和方向都随时间作周期性变化的电流叫交变电流.如图13—1—1(a)(b)(c)所示的电流都属于交变电流.图13—1—1其中，按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流.如图13—1—1(a)所示.二、正弦式电流的产生和规律1.产生：在匀强磁场里，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是正弦交变电流.2.规律：(1)函数形式：N 匝面积为S 的线圈以角速度ω转动，从中性面开始计时，则e =NBS ωsin ωt .用E m 表示最大值NBS ω，则ｅ＝E m sin ω t .电流i =R e =RE m sin ωt =I m sin ωt . (2)用图象展现其规律如图13—1—1(a ).三、表征交变电流的物理量1.瞬时值：交变电流某一时刻的值.2.最大值：即最大的瞬时值.3.有效值：跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值.对正弦式交 流电，其有效值和最大值间关系为：E ＝E m ／2，U ＝U m ／2，I ＝I m ／2.4.周期和频率：交变电流完成一次周期性变化所用的时间叫周期；1 s 内完成周期性变化的次数叫频率.它们和角速度间关系为：ω＝Tπ2＝2πf . 四、电阻、感抗、容抗的区别五、变压器及其原理变压器是利用电磁感应原理来改变交变电压的装置.对理想变压器，其原、副线圈两端电压U 1、U 2，其中的电流I 1、I 2和匝数U 1、U 2的关系为：12212121,U U I I U U U U ==. 六、高压输电为减小输电线路上的电能损失，常采用高压输电.这是因为输送功率一定时，线路电流I＝U P ，输电线上损失功率P ′＝I 2R 线＝22UR P 线，可知 P ′∝21U . ●疑难辨析1.交流瞬时值表达式的具体形式是由开始计时的时刻和正方向的规定共同决定的.若从中性面开始计时，该瞬时虽然穿过线圈的磁通量最大，但线圈两边的运动方向恰和磁场方向平行，不切割磁感线，电动势为零，故其表达式为：ｅ＝E m sin ωt ；但若从线圈平面和磁场平行时开始计时，虽然该时刻穿过线圈的磁通量为零，但由于此时线圈两边的速度方向和磁场方向垂直，电动势最大，故其表达式为：ｅ＝E m cos ωt .2.若线圈匝数为N ，当其在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，所产生的感应电动势的最大值为：E m ＝NBS ω.即E m 仅由N 、B 、S 、ω四个量决定，与轴的具体位置和线圈的形状都是无关的.3.理想变压器各线圈两端电压与匝数成正比的关系，不仅适用于原、副线圈只有一个的情况，而且适用于多个副线圈的情况；这是因为理想变压器的磁通量是全部集中在铁芯内的，因此穿过每组线圈的磁通量的变化率是相同的，因而每组线圈中产生的电动势和匝数成正比.在线圈内阻不计的情况下，线圈两端电压即等于电动势，故每组线圈两端电压都与匝数成正比.但电流和匝数成反比的关系只适用于原副线圈各有一个的情况，一旦有多个副线圈，该关系即不适用.由于输入功率和输出功率相等，所以应有：U 1I 1＝U 2I 2＋U 2′I 2′＋U 2″I 2″＋…….4.对原、副线圈匝数比(21n n )确定的变压器，其输出电压U 2是由输入电压决定的，U 2＝12n n U 1；在原、副线圈匝数比(21n n )和输入电压U 1确定的情况下，原线圈中的输入电流I 1却是由副线圈中的输出电流I 2决定的：I 1＝12n n I 2.(当然I 2是由所接负载的多少而定的.) ●典例剖析［例1］一矩形线圈在匀强磁场中以角速度4π ra d ／s匀速转动，产生的交变电动势的图象如图13—1—2所示.则A.交变电流的频率是4πHzB.当t =0时，线圈平面与磁感线平行C.当t =0.5 s 时，e 有最大值D.交变电流的周期是0.5s【解析】 由于线圈转动的角速度题中已给出，所以线圈的转动频率可以由公式直接求出.线圈的频率和交变电流的频率是相同的.ω＝4π r a d/s ，而ω＝2πf ，故f =2 Hz ，T ＝f 1= 0.5 s.由图象可看出：t =0时e =0,线圈位于中性面，即线圈平面跟磁感线垂直.t =0.5 s 时， ωt ＝2π，e =0.所以，应选D.【思考】 (1)当线圈的转速加倍时，其交变电动势的图象如何?有效值多大?(2)在线圈匀速转动的过程中，何时磁通量最大?何时磁通量的变化率最大？【思考提示】 （1）转速加倍时，电动势的最大值E m =nB s ω加倍，即E m ′=20 V,交变电流的频率加倍，f ′=4 Hz ，其图象如图所示有效值为14.1 V图13—1—2（2）线圈转动过程中，当线圈与磁场方向垂直时磁通量最大，此时磁通量的变化率为零.当线圈与磁场平行时，磁通量为零，磁通量的变化率最大.【设计意图】 通过本例说明应用交变电流的产生及其变化规律分析问题的方法. ［例2］如图13—1—3所示，一理想变压器原、副线圈匝数比为3∶1，副线圈接三个相同的灯泡，均能正常发光.在原线圈接有一相同的灯泡L .则图13—1—3A.灯L 也能正常发光B.灯L 比另三灯都暗C.灯L 将会被烧坏D.不能确定【解析】 该题主要考查变压器的工作原理——原副线圈的电流关系和电功率等内容.该题易犯的错误是：由原副线圈匝数比n 1∶n 2＝3∶1，可知原副线圈电压之比为U 1∶U 2＝3∶1，既然副线圈中电灯能正常发光，可知U 2恰为灯的额定电压，所以原线圈中电灯两端电压U 1＞U 额.故被烧坏而错选C.其错误是把变压器原线圈两端电压和电灯L 两端电压混淆了.正确的解答应为：原副线圈中的电流之比为I 1∶I 2＝1∶3，而副线圈中通过每灯的电流为其额定电流I 额＝I 2／3，故I Ｌ＝I 1＝32I ＝I 额即灯L 亦能像其他三灯一样正常发光.所以正确选项为A. 【思考】 (1)如果副线圈上的三个灯泡“烧”了一个，其余灯泡的亮度如何变?变压器的输入功率如何变?如果副线圈上的三个灯泡全“烧”了，灯泡L 还亮不亮?(2)如果副线圈上再并入一个灯泡，与原来相比其余灯泡的亮度如何?谁更容易烧坏?(3)对理想变压器而言，其I 1和I 2、U 1和U 2、P 1和P 2，是输入决定于输出，还是输出决定于输入?【思考提示】 （1）副线圈上的三个灯泡烧坏一个，则副线圈输出的功率变小，原线圈输入功率变小，则原线圈中电流减小，灯泡L 变暗，灯泡L 两端的电压减小，若电源电压一定，则原线圈两端电压略有升高，副线圈两端电压也略有升高，剩余两灯泡变亮.若副线圈上的三个灯泡全“烧”了，灯L 不亮.(2)若在副线圈上再并入一个灯泡，变压器输出功率增大，输入功率也增大，原、副线圈中的电流均增大，故L 变亮、L 两端电压增大，若电源电压一定，则原、副线圈两端电压都减小，副线圈上的灯泡变暗.L 更容易烧坏.(3)对理想变压器而言，U 1决定U 2，I 2决定I 1，P 2决定P 1.【设计意图】 通过本例说明利用变压器的电压比，电流比及功率关系分析问题的方法.［例3］有条河流，流量Q =2 m 3·s -1,落差h=5 m ，现利用其发电，若发电机总效率为50%，输出电压为240 V ，输电线总电阻R =30 Ω，允许损失功率为发电机输出功率的6%，为满足用电的需要，使用户获得220 V 电压，则该输电线路所使用的理想升压、降压变压器的匝数比各是多少？能使多少盏“220 V 、100 W ”的电灯正常发光？【解析】 按题意画出远距离输电的示意图13—1—4所示，电源端的输出功率图13—1—4P总=（tmgh ）×η=2×1.0×103×10×5×0.5 W=5×104 W输电线上的功率损失P 损=I 2R ，所以输电线中电流为I=3006.0105%604⨯⨯=⨯=R P R P 总损=10 A则升压变压器B 1的原线圈电压U 1=U 出=240 V ，副线圈送电电压为U2=101054⨯=I P 总 V=5×103 V所以升压变压器的变压比为 n1∶n 2=U 1∶U 2=3105240⨯=6∶125 输电线上电压的损耗ΔU 损=IR =10×30 V=300 V则降压器B 2的原线圈的电压U1′=U 2-ΔU 损=5×103 V-300 V=4700 V据题意知，U 2′=220 V,所以降压变压器的匝数比为n1′∶n 2′=U 1′∶U 2′=2204700=235∶11 因为理想变压器没有能量损失，所以可正常发光的电灯盏数为N=灯损总P P P -=10006.010510544⨯⨯-⨯=470【说明】 这是远距离送电的典型题，一般要抓住变压器B 1的输出电流去求输电线上的电压损失和功率损失，要注意用户的电压为220 V 是B 2的输出电压.为了帮助分析解题，必须先画出输电线路的简图，弄清楚电路的结构，然后再入手解题，解出变压比不一定是整数，这时取值应采取宜“入”不宜“舍”的方法，因为变压器本身还有损耗.【设计意图】 通过本例说明远距离问题的分析方法. ●反馈练习 ★夯实基础1.关于理想变压器的下列说法①原线圈中的交变电流的频率跟副线圈中的交变电流的频率一定相同②原线圈中输入恒定电流时，副线圈中的电流一定是零，铁芯中的磁通量也一定是零③原线圈中输入恒定电流时，副线圈中的电流一定是零，铁芯中的磁通量不是零④原线圈中的输入电流一定大于副线圈中的输出电流以上正确的说法是A.①③B.②④C.①②D.③④【答案】 A2.在变电所里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，使用的仪器是电流互感器，图13—1—5的四个图中，能正确反映其工作原理的是图13—1—5【解析】电流互感器是用来把大电流变成小电流的变压器，原线圈串联在被测电路的火线上，副线圈接入交流电流表，故A对.【答案】 A3.超导材料电阻降为零的温度称为临界温度，1987年我国科学家制成了临界温度为90 K 的高温超导材料.利用超导材料零电阻的性质，可实现无损耗输电，现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4 Ω，它提供给用电器的电功率为40 kW，电压为800 V.如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为A.1 kWB.1.6×103 kWC.1.6 kWD.10 kW【解析】输电线中电流I=P/U，输电线上损失功率P′＝I2R线＝P2R线／U2＝1 kW.【答案】 A4.如图13—1—6所示，a、b、c为三只功率较大的完全相同的电炉，a离电源很近，而b、c离用户电灯L很近，电源离用户电灯较远，输电线有一定电阻，电源电压恒定，则①使用a时对用户电灯影响大②使用b时比使用a时对用户电灯影响大③使用c和b对用户电灯的影响几乎一样大④使用c 时对用户电灯没有影响图13—1—6以上说法正确的是A.①③B.②④C.①④D.②③【解析】 电灯的电压等于电源电压减去输电线电阻的电压.【答案】 D5.交流发电机在工作时的电动势为e =E 0sin ωt ,若将其电枢的转速提高1倍，其他条件不变，则其电动势变为A.e =E 0sin 2t ωB.e =2E 0sin 2t ωC.e =E 0sin2ωtD.e =2E 0sin2ωt【答案】 D6.一个理想的变压器，原线圈和副线圈的匝数分别为n 1和n 2,正常工作时输入和输出的电压、电流、功率分别为U 1和U 2、I 1和I 2、P 1和P 2.已知n 1＞n 2,则①U 1＞U 2,P 1＜P 2 ②P 1=P 2,I 1＜I 2③I 1＜I 2,U 1＞U 2 ④P 1＞P 2,I 1＞I 2以上说法正确的是A.①②B.②③C.①③D.④【答案】 B7.已知交变电流i =I m sin ωt A,线圈从中性面起开始转动，转动了多长时间，其瞬时值等于有效值A.2π/ωB.π/2ωC.π/4ωD.π/2ω【答案】 C8.如图13—1—7为电热毯的电路图，电热丝接在U ＝311sin100πt V 的电源上，电热毯被加热到一定温度后，通过装置P 使输入电压变为图13—1—8所示的波形，从而进入保温状态，若电热丝电阻保持不变，此时交流电压表的读数是图13—1—7A.110 VB.156 VC.220 VD.311 V【解析】 由21·（2311）2／R ＝R U 2得图13—1—8对应的有效值U ＝156 V.【答案】 B9.一个电热器接在10 V 的直流电源上，在时间t 内产生的热量为Q ，今将该电热器接在一交流电源上，它在2t 内产生的热量为Q ，则这一交流电源的交流电压的最大值和有效值分别是A.最大值是102 V ，有效值是10 VB.最大值是10 V ，有效值是52VC.最大值是52V ，有效值是5 VD.最大值是20 V ，有效值是102V 【解析】 根据交变电流有效值的定义来求有效值，对正弦交变电流有：U m =2U .【答案】 B10.如图13—1—9所示，理想变压器的原、副线圈分别接着完全相同的灯泡L 1、Ｌ2，原、副线圈的匝数比n 1∶n 2＝2∶1，交流电源电压为U ，则图13—1—9①灯L 1两端的电压为U /5②灯L 1两端的电压为3U /5③灯L 2两端的电压为2U /5④灯L 2两端的电压为U /2以上说法正确的是A.①③B.②④C.①④D.②③【解析】 原副线圈中电流之比I 1∶I 2＝n 2∶n 1＝1∶2，因为U 1＝I 1R ，U 2＝I 2R ，所以U 1∶U2＝1∶2.原、副线圈中电压之比2121n n U U U =-，所以U 1＝U ／5，U 2＝52U .【答案】 A11.如图13—1—10所示，已知n 1∶n 2＝4∶3，R 2＝100 Ω，变压器没有功率损耗，在原线圈上加上交流电压U 1＝40sin100πt V ，则R 2上的发热功率是______Ｗ.若R 3＝25 Ω，发热功率与R 2一样，则流过原线圈的电流I 1和流过R 3的电流I 3之比为______.图13—1—10【解析】 U 2=43112=U n n ×240V=21.3 V ，P R 2＝1003.212222=R U W=4.5 W.由240I 1=4.5×2，I 32×25=4.5，解得I 1∶I 3=3∶ 4.【答案】 4.5 3∶4 ★提升能力12.有一台内阻为4 Ω的发电机，供给一个学校照明用电，如图13—1—11所示.升压变压器匝数比为1∶4，降压变压器的匝数比为4∶1，输电线的总电阻R ＝4Ω，全校共22个班，每班有“220 V ，40 W ”灯6盏.若保证全部电灯正常发光，则：图13—1—11(1)发电机输出功率多大?(2)发电机电动势多大?(3)输电效率是多少?(4)若使用灯数减半并正常发光，发电机输出功率是否减半?【解析】 (1)对降压变压器：U 2′I 2＝U 3I 3＝nP灯＝22×6×40 W ＝5280 W.而U 2′＝14U 3＝880 V 所以I 2＝'2U nP 灯＝6 A.对升压变压器：U 1I 1＝U 2I 2＝I 22R ＋U 2′I 2＝5424 W. (2)因为U 2＝U 2′＋I 2R ＝904 V ，所以U 1＝41U 2＝226 V 又因为U 1I 1＝U 2I 2 所以I 1＝122U I U ＝24 A 所以Ｅ＝U 1＋I 1r ＝322 V（3）η＝出有P P ×100％＝54245280×100％＝97％ （4）灯数减半时，发电机输出功率为P ＝2676 Ｗ.故发电机输出功率不是减半.【答案】 (1)5424 W (2)322 V (3)97% (4)不是减半13.如图13—1—12所示，闭合的单匝线圈在匀强磁场中以角速度ω绕中心轴OO ′逆时针匀速转动.已知线圈的边长ab =c d=l 1=0.20 m ，bc =d a =l 2＝0.10 m ，线圈的电阻值R =0.050 Ω，角速度ω=300 r ad/s ，匀强磁场磁感应强度的大小B =0.50 T ，方向与转轴OO ′垂直.规定线圈平面与中性面的夹角为θ.图13—1—12(1)当θ=ωt =30°时，线圈中感应电动势大小如何?(2)此时，作用在线圈上电磁力的瞬时功率等于多少?【解析】 (1)ｅ＝Bl 1l 2ωsin30°＝1.5 V(2)电磁力的瞬时功率P =RE 2＝45 Ｗ【答案】 (1)1.5 V (2)45 W14.如图13—1—13所示，一理想变压器带有三个匝数都为50匝的副线圈ab 、cd 、ef ，若原线圈匝数为100匝，并接到220 V 交流电源上，通过副线圈的各种组合，可以得到以下哪些电压图13—1—13①0 V ②110 V220 V ④330 V 以上正确的是A.①②③④B.只有①②C.只有③④D.只有②③④【解析】 当三个副线圈互不连接或其中两个顺向并接时，可得到110 V 电压.当其中两个副线圈顺向串接时，可得到220 V 电压，当其中两个副线圈逆向串接时，可得到0 V 电压.当三个线圈顺向串接时，可得到330 V 电压.【答案】 A※15.在真空中速度v ＝6.4×107 m/s 的电子束连续地射入两平行极板间，如图13—1—14所示，极板长度为l ＝8.0×10-2 m ，间距d =5.0×10-3 m.两极板不带电时，电子束将沿两极板之间的中线通过.在两极板上加一个50 H ｚ的交变电压u ＝U 0sin ωt ，如果所加电压的最大值U 0超过某值U Ｃ时，电子束将有时能通过两极板，有时间断而不能通过(电子电荷量e =1.60×10-19Ｃ，电子质量m =9.1×10-31 kg)：图13—1—14(1)U Ｃ的大小为多少?(2)求U 0为何值时，才能使通过与间断时间之比Δt 1∶Δt 2＝2∶1？【解析】 (1)电子通过平行极板所用时间t =v l ≈10-9 s ，而交变电压的周期T =10-2 s.由于vl T,故对于通过极板的电子来说，可认为板间电压及场强是稳定不变的，每个电子均做类平抛运动，水平方向匀速，场强方向匀变速.设电子经过平行板的时间为t ,所受电场力为F ，则：a =m d eU m F C ,t =v l ,电子束不能通过两极板间时有：21at 2＝y ≥2d ,由以上三式可得： UＣ≥222el d mv ＝91 V(2)画图分析：U Ｃ＝U 0sin(π/3)，所以U 0＝U Ｃ／sin(π/3)=23V91＝105 V.【答案】 (1) 91 V （2）105 V第Ⅱ单元 电磁场和电磁波●知识聚焦一、振荡电流和振荡电路大小和方向都做周期性变化的电流叫做振荡电流.能产生振荡电流的电路叫振荡电路，L C 电路是最简单的振荡电路.二、电磁振荡及其周期、频率振荡电路中产生振荡电流的过程中，线圈中的电流、电容器极板上的电量及其与之相联系的磁场能、电场能也都作周期性变化，这种现象叫做电磁振荡.1.振荡原理：利用电容器的充放电和线圈的自感作用产生振荡电流，形成电场能和磁场能的周期性相互转化.2.振荡过程：电容器放电时，电容器所带电量和电场能均减少，直到零；电路中的电流和磁场能均增大，直到最大值.充电时，情况相反.电容器正反向充放电一次，便完成一次振荡的全过程.图13—2—1表示振荡过程中有关物理量的变化.图13—2—13.周期和频率：电磁振荡完成一次周期性变化所用的时间叫做电磁振荡的周期.1 s 内完成电磁振荡的次数叫做电磁振荡的频率.对LC 电路产生的电磁振荡，其周期和频率由电路本身性质决定：T ＝LC π2 f ＝LC π21三、电磁场和电磁波1.麦克斯韦电磁场理论（1）不仅电荷能够产生电场，变化的磁场也能产生电场.(2)不仅电流能够产生磁场，变化的电场也能产生磁场.2.电磁场和电磁波变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一体，即为电磁场，电磁场由近及远的传播就形成电磁波.3.电磁波的波速在真空中，任何频率的电磁波的传播速度都等于光速c =3.00×108 m/s.其波速、波长、周期频率间关系为：c =Tλ=f λ. 复习时注意以下的几个方面：（1）麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用实验成功的证实了电磁波的存在.（2）在电磁波中，电场强度和磁感应强度是互相垂直的，且都和电磁波的传播方向垂直，所以电磁波为横波.（3）电磁波的传播过程，也是电磁能的传播过程.（4）电磁波的传播不需要介质.四、无线电波的发射1.调制：在无线电应用技术中，首先将声音、图象等信息通过声电转换、光电转换等方式转为电信号，这种电信号频率很低，不能用来直接发射电磁波.把要传递的低频率电信号“加”到高频电磁波上，使电磁波随各种信号而改变叫调制.调幅和调频：使高频振荡的振幅随信号而改变叫做调幅.使高频振荡的频率随信号而改变叫做调频.五、无线电波的接收1.电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫做电谐振.2.调谐：调谐电路的固有频率可以在一定范围内连续改变，将调谐电路的频率调节到与需要接收的某个频率的电磁波相同，即，使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐.3.检波：从接收到的高频振荡中分离出所携带的信号的过程叫做检波.检波是调制的逆过程，也叫解调.4.无线电的接收：天线接收到所有的电磁波，经调谐选择出所需要的电磁波，再经检波取出携带的信号，放大后再还原成声音或图象的过程.六、电视的基本原理电视系统主要由摄像机和接收机组成.把图象各个部位分成一系列小点，称为像素，每幅图象至少要有几十万个像素.摄像机将画面上各个部分的光点，根据明暗情况逐点逐行逐帧地变为强弱不同的信号电流，随电磁波发射出去.电视机接收到电磁波后，经调谐、检波得到电信号，按原来的次序在显像管的荧光屏上汇成图象.中国电视广播标准采用每1 s传送25帧画面，每帧由625条线组成.七、雷达的基本原理雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备，一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置（显示器）、电源、用于控制雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成.●疑难辨析麦克斯韦电磁理论是理解电磁场和电磁波的关键所在，应注意领会以下内容：变化的磁场可产生电场，产生的电场的性质是由磁场的变化情况决定的，均匀变化的磁场产生稳定的电场，非均匀变化的磁场产生变化的电场，振荡的磁场产生同频率振荡的电场；反之亦然.●典例剖析［例1］L C振荡电路中，某时刻磁场方向如图13—2—2所示，则下列说法错误的是图13—2—2A.若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电B.若电容器正在放电，则电容器上极板带负电C.若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大D.若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大【解析】先根据安培定则判断出电流的方向，若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于充电阶段，电流应正在减小，知A叙述正确.若该时刻电容器上极板带负电，则可知电容器正在放电，电流正在增强，知B叙述正确，由楞次定律知D叙述亦正确.因而错误选项只有C.【思考】 (1)若磁场正在增强，则电场能和磁场能是如何转化的?电容器是充电还是放电?线圈两端的电压是增大还是减小?(2)若此时磁场最强(t＝0)，试画出振荡电流ｉ和电容器上板带电量q随时间t变化的图象?(3)若使该振荡电路产生的电磁波的波长更短些，可采取什么措施?(包括：线圈匝数、铁芯、电介质、正对面积、板间距离等)【思考提示】（1）磁场增强，磁场能增大，电场能减小，电容器放电，电容器两端电压降低，线圈两端电压降低.(2)（3）根据λ=cT和T=2πLC,为减小λ,需减小L或C.【设计意图】通过本例说明分析电磁振荡过程中各量变化的方法.［例2］某电路中电场随时间变化的图象如图13—2—3所示，能发射电磁波的电场是图13—2—3【解析】变化的电场可产生磁场，产生的磁场的性质是由电场的变化情况决定的.均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，振荡的电场产生同频率振荡的磁场.图A中电场不随时间变化，不会产生磁场.图B和图C中电场都随时间做均匀的变化，在周围空间产生稳定的磁场，这个磁场不能再激发电场，所以不能激起电磁波.图D中电场随时间做不均匀的变化,能在周围空间产生变化的磁场，而这磁场的变化也是不均匀的，又能产生变化的电场，从而交织成一个不可分割的统一体，即形成电磁场，才能发射电磁波.【设计意图】通过本例说明形成电磁波的条件.●反馈练习1.建立电磁场理论的科学家是_______.用实验证明电磁波存在的科学家是_______.【答案】麦克斯韦赫兹2.关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是A.电场和磁场总是相互联系着，统称为电磁场B.电磁场由发生区域向远处传播就是电磁波C.电磁场是一种物质，不能在真空中传播D.电磁波的传播速度总是3.0×108 m/s【答案】 B3.某电磁波从真空进入介质后，发生变化的物理量有A.波长和频率B.波速和频率C.波长和波速D.频率和能量【答案】 C4.电磁波和机械波相比较①电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质②电磁波在任何物质中传播速度都相同，机械波波速大小决定于介质③电磁波、机械波都会发生衍射④机械波会发生干涉，电磁波不会发生干涉以上说法正确的是A.①③B.②④C.①④D.②③【答案】A5.关于电磁波，下列说法中正确的是A.在真空中，频率高的电磁波速度较大B.在真空中，电磁波的能量越大，传播速度越大C.电磁波由真空进入介质，速度变小，频率不变D.只要发射电路的电磁振荡一停止，产生的电磁波立即消失【解析】 任何频率的电磁波在真空中的传播速度都是c ，故AB 都错.电磁波由真空进入介质，波速变小，而频率不变，Ｃ对.变化的电场、磁场由变化区域向外传播就形成电磁波，发射电路的电磁振荡一停止，就不再发射电磁波，但已产生的电磁波并不消失，故Ｄ错.【答案】C6.无线电广播的中波段波长的范围是187 m~560 m ，为了避免邻近电台的干扰，两个电台的频率范围至少应差104 Hz ，则在此波段中最多能容纳的电台数约为多少个？【解析】中波段的频率范围为f max =1871038min⨯=λcHz=1.6×106Hz f min =5601038max ⨯=λc Hz=0.54×106Hz在此波段最多容纳的电台数n =466min max 101054.0106.1⨯-⨯=-f f f ∆=106【答案】1067.某收音机接收电磁波的波长范围在577 m 到182 m 之间，求该收音机接收到的电磁波的频率范围.【解析】 根据c =λff 1＝57710381⨯=λcHz=5.20×105Hz f 2＝18210382⨯=λcHz=1.65×106Hz 所以，频率范围为5.20×105 Hz ～1.65×106Hz【答案】 5.20×105 Hz ～1.65×106Hz8.关于L C振荡电路中的振荡电流，下列说法中正确的是A.振荡电流最大时，电容器两极板间的场强最大B.振荡电流为零时，线圈中自感电动势为零C.振荡电流增大的过程中，线圈中磁场能转化成电场能D.振荡电流减小的过程中，线圈中自感电动势增大。
13章(1)--同步发电机的并网运行(ok)
自整步并列法过程
原动机把同步发电机带动至接近同步 速度[相差约(2% ~ 5%)] 不加直流激磁，将发电机接入电网 为了在合闸瞬间避免过电压现象，应 把激磁绕组通过适当的电阻短路 接入电网后，便立即加上激磁
今日重点：
同步电机电磁功率关系 同步电机有功、无功功率的调整
13.2 隐极机的功角特性
基本电磁功率
当 =90°时达到最高值 则当 =45°时有最高值 的最高值将出现在45°~ 90°之间，具 体视两项的振幅的相对大小而定
附加电磁功率
总的电磁功率
PM
2 U (X d X p) sin 2 2 X d X p
P=f()
E0U sin Xd
-180°
-90° 0 90°
Iqx s in δ q U Idx U c o s δ d E 0
2 U x x E U d q 0 P P m sδ in m s in2 δ M x 2x x d d q
Iqxq Usin
Idxd E0 Ucos
电压的检验相对容易
相等或接近的频率
频率和相序检验
应用同步指示器
灯光黑暗法 灯光旋转法
c1 b1 a1
三 相 同 步 指 示 器
b2 (a) (a)灯光黑暗法；
b2
a2
c2
(b) (b)灯光旋转法
a2
c2
灯光黑暗法
电压将不断的变化，它们的灯光便 将忽亮忽暗的闪烁 当两边的频率愈为接近时，灯光的 闪烁便愈为缓慢 灯光黑暗时合闸
电力系统分析第五篇 电力系统的电磁功率特性
《电力系统分析》 主讲人：电气工程学院 徐箭
二、并联电阻的影响
《电力系统分析》 主讲人：电气工程学院 徐箭
由等值电路可知，接入 联电阻后有：
Z11 = jX 1 + Rk // jX 2 = R11 + jX 11 = Z11 ∠ψ 11 Z 22 = jX 2 + Rk // jX 1 = R22 + jX 22 = Z 22 ∠ψ 22
PEQ =
EQV X q∑
sin δ
随运行参数 变化
《电力系统分析》 主讲人：电气工程学院 徐箭
由相量图16-3可知
Id =
Eq − V cos δ Xd∑
=
EQ − V cos δ X q∑
据此可得
EQ =
X q∑ Xd∑
X q∑ ⎞ ⎛ Eq + ⎜1 − ⎟ V cos δ ⎝ Xd∑ ⎠
《电力系统分析》 主讲人：电气工程学院 徐箭
PEQ =
因此
EQV X q∑
sin δ EqV
EQ =
X q∑ Xd∑
X q∑ ⎞ ⎛ Eq + ⎜1 − ⎟ V cos δ ⎝ Xd∑ ⎠
V 2 X d ∑ − X q∑ PEq = sin δ + × sin 2δ Xd∑ X d ∑ X q∑ 2
当电势Eq恒定时，可作出含凸 极机的简单系统的功角特性如 图16-4所示。
功率极限及对应功角（仍由dP/dδ=0定）：
PEqm =
2 Eq
Z11
sin α 11 +
EqV Z12
δEqm=90o+α12<90o （缩 小了稳定区域）
电阻损耗：
PEq − PV =
电力系统的有功功率平衡与频率调整教材
01
机组要有足够的调整容量及范围; 调频机组具有能适应负荷变化需要的调整速度; 调整输出功率时符合安全及经济原则。
按照频率调整的要求，主调频厂应具备以下条件：
02
13.4.3 频率的三次调整
由此可见，调度部门使用发电计划来解决大部分有功功率平衡问题的。
13.4.4 互联系统的频率调整
13.4.4 互联系统的频率调整
（13.12）
由13-10式可得：
可见，当A、B两系统都进行二次调整，且两系统的功率缺额与其单位调节功率成比例时，即
联络线上的交换功率增量 为零。
13.4.4 互联系统的频率调整
令 ， 分别为A、B两系统的功率缺额，
汽轮发电机组：
水轮发电机组：
13.3.1 发电机组的有功功率—— 频率静态特性
(13.3)
用标幺值表示为：
(13.4)
13.3.1 发电机组的有功功率—频率静态特性
2、发电机组和等效发电机组的 功率频率静态特性
O
PG
PG2
图13.6频率的一次调整
假定系统只有一台机组
若系统负荷增加 ，其特性曲线变为 。此时频率为 ，系统运行于b点。
由图13.6可见，对应b点，发电机功率输出的增量为:
负荷的频率调节效应所产生的负荷功率变化量为
式（13.9）中
K 称为系统的单位调节功率，或系统的功率—频率静特性系数。
01
2.2 调频器的工作原理—实现频率的二次调整
02
13.2 自动调速系统
转速测量元件
放大元件
图13.2离心飞摆式调速系统示意图
2 自动调速系统
转速控制机构
电力系统分析_电力系统的电磁功率特性_第16章
Xd R
00
发电机的功率特性：
PEq
Eq2 Z
sin
EqV Z
sin(
)
送电系统中的功率：
PV
Eq2 Z
sin
EqV Z
sin(
)
第十六章 电力系统的电磁功率特性
1、串联电阻的影响
E
2 q
sin
Z
P
pEq
pV
90。
V2
90。－
sin
Z
90。＋
180。
串联电阻对功率特性的影响
1) 曲线讨论
由于串联电阻的存在，发电机的
XTL 为变压器、线路等输电网的总电抗
第十六章 电力系统的电磁功率特性
4、凸极式发电机的功率特性
PEq
EqV sin
Xd
V2 2
X d X q sin2
Xd Xq
PEq
EqV sin
X d
V2 2
X d X q sin2
X d X q
Pvgq VgqV sin V 2 XTL X q sin 2
T-1
T-2 V
接入并联电阻后：
Rk
并联电阻
Eq
j X1
PEq
j X2
Rk
V
PV
Z11 jX1 Rk // jX2 Z1111 11 90 11 0
Z22 jX2 Rk // jX1 Z2222 22 90 22 0
)
第十六章 电力系统的电磁功率特性
2、同步电机稳态运行相量图
E q
E Q
Eq
E
VGq
Vq jX q Iq Iq TL
V I
先画发电机部分然后加上发 电机端到无穷大母线部分
第16章 电力系统的电磁功率特性
电力系统的电磁功率特性—复杂电力系统的功率特性 电力系统的电磁功率特性 复杂电力系统的功率特性
& EGi & IGi zij
& EGj j′ & IGj
复杂电力系统简化等值电路
2 P = EGiGii + EGi Gi
i′
j =1, j ≠i n
∑E
j =1, j ≠i
n
Gj
(Gij cosδij + Bij sinδij ) (Gij sinδij − Bij cosδij )
凸极式发电机的功率特性
EQV sin δ PEQ = X qΣ 2 EQ EQV Q = − cos δ EQ X X qΣ qΣ
P
EQV sin δ V P = X qΣ 2 Q = EQV cos δ − V V X X qΣ qΣ
& Eq & E
& I
=
Eq − V cos δ X dΣ
= Id
& V
& Iq
90
180
δ ϕ
& Id
PEq =
d
EqV X dΣ
V 2 X d Σ − X qΣ sin δ + sin 2δ 2 X d Σ X qΣ
电力系统的电磁功率特性—自动励磁调节器对功率特性的影响 电力系统的电磁功率特性 自动励磁调节i & IGi
zij
zin
& EGj j′ & IGj
zim
& EGm m′ & IGm z jm
z jn
& EGn
X −B αii = 90 − arctg ii = 90o − arctg ii Rii Gii