電工設備

利用電磁能完成一定功能的電工裝置。主要分為發電設備、輸變電設備、用電設備、電力電子設備、電磁測量儀器儀表等幾大類。

基本介紹

• 中文名：電工設備
• 原理：電磁能
• 類型：電工裝置
• 作用：產生電能的設備
• 分類 ：發電設備、輸變電設備等

電工工具種類

1、發電設備是用於產生電能的設備，包括電廠鍋爐、汽輪機、水輪機、燃氣輪機等動力機械和發電機。按所用一次能源，又可分為火力發電設備、水力發電設備、核能發電設備、風力發電設備、地熱發電設備、太陽能發電設備和海洋能發電設備等。
2、輸變電設備是用於輸送、分配電能的裝置，包括變壓器、高低壓開關設備、

避雷器、絕緣子、電容器、電抗器、互感器、電線電纜、換流閥、電力系統自動裝置和繼電保護裝置。
3、用電設備是將電能轉換成其他形式能量的裝置，包括電動機、低壓電器、電熱設備、電焊設備、電動工具、日用電器、醫用電器、電力牽引設備、電加工工具機等。用電設備按照特殊使用環境又可分為礦山電工設備、化工電工設備、船舶電工設備和航空航天電工設備等。
4、電力電子設備是隨著半導體技術發展而興起的，是變換電流、電壓、波形、頻率和相數以及穩定電壓、電流和頻率的新型電工器械，包括電力電子器件及其組成的電力變流器和穩定電源。電力電子器件包括各種二極體和晶閘管；電力變流器包括各種變流、變頻和變相的變流器。穩定電源包括穩壓、穩流和穩頻的電源。
5、電磁測量儀器儀表是用於測量電學量（見電測量儀器）和非電學量的裝置。

原理材料物質

火力發電（thermal power，thermoelectricity power generation）利用煤、石油、天然氣等固體、液體、氣體燃料燃燒時產生的熱能，通過發電動力裝

置（包括電廠鍋爐、汽輪機和發電機及其輔助裝置）轉換成電能的一種發電方式。在所有發電方式中，火力發電是歷史最久的，也是最重要的一種。由於地球上化石燃料的短缺，人類正盡力開發核能發電、核聚變發電以及高效率的太陽能發電等，以求最終解決人類社會面臨的能源問題。最早的火力發電是1875年在巴黎北火車站的火電廠實現的。隨著發電機、汽輪機製造技術的完善，輸變電技術的改進，特別是電力系統的出現以及社會電氣化對電能的需求，20世紀30年代以後，火力發電進入大發展的時期。火力發電機組的容量由200兆瓦級提高到300～600兆瓦級（50年代中期），到1973年，最大的火電機組達1300兆瓦。大機組、大電廠使火力發電的熱效率大為提高，每千瓦的建設投資和發電成本也不斷降低。到80年代後期，世界最大火電廠是日本的鹿兒島火電廠，容量為4400兆瓦。但機組過大又帶來可靠性、可用率的降低，因而到90年代初，火力發電單機容量穩定在300～700兆瓦。

火力發電按其作用分單純供電的和既發電又供熱的。按原動機分汽輪機發電、燃氣輪機發電、柴油機發電。按所用燃料分，主要有燃煤發電、燃油發電、燃氣發電。為提高綜合經濟效益，火力發電應儘量靠近燃料基地進行。在大城市和工業區則應實施熱電聯供。

火力發電系統主要由燃燒系統（以鍋爐為核心）、汽水系統（主要由各類泵、給水加熱器、凝汽器、管道、水冷壁等組成）、電氣系統（以汽輪發電機、主變壓器等為主）、控制系統等組成。前二者產生高溫高壓蒸汽；電氣系統實現由熱能、機械能到電能的轉變；控制系統保證各系統安全、合理、經濟運行。

火力發電的重要問題是提高熱效率，辦法是提高鍋爐的參數（蒸汽的壓強和溫度）。90年代，世界最好的火電廠能把40%左右的熱能轉換為電能；大型供熱電廠的熱能利用率也只能達到60%～70%。此外，火力發電大量燃煤、燃油，造成環境污染，也成為日益引人關注的問題。

簡單的說就是利用燃料（煤）發熱，加熱水，形成高溫高壓過熱蒸汽，推動氣輪機旋轉，帶動發電機轉子（電磁場）旋轉，定子線圈切割磁力線，發出電能，再利用

升壓變壓器，升到系統電壓，與系統併網，向外輸送電能。

火電廠是利用煤、石油、天然氣作為燃料生產電能的工廠，它的基本生產過程是：燃料在鍋爐中燃燒加熱水使成蒸汽，將燃料的化學能轉變成熱能，蒸汽壓力推動汽輪機旋轉，熱能轉換成機械能，然後汽輪機帶動發電機旋轉，將機械能轉變成電能；其分類有：按燃料分，燃煤發電廠，燃油發電廠，燃氣發電廠，餘熱發電廠，以垃圾及工業廢料為燃料的發電廠；按蒸汽壓力和溫度分，中低壓發電廠（3.92MPa，450度），高壓發電廠（9.9MPa，540度），超高壓發電廠（13.83MPa，540度），亞臨界壓力發電廠（16.77MPa，540度），超臨界壓力發電廠（22.11MPa，550度）；按原動機分，凝氣式汽輪機發電廠，燃氣輪機發電廠，內燃機發電廠，蒸汽—燃汽輪機發電廠等；按輸出能源分，凝汽式發電廠（只發電），熱電廠（發電兼供熱）；按發電廠裝機容量分，小容量發電廠（100MW以下），中容量發電廠（100—250MW），大中容量發電廠（250—1000MW），大容量發電廠（1000MW以上）；中國目前最大的火電廠：浙江北侖港電廠，裝機容量300萬KW（即3000MW），5台60萬KW（600MW）機組。

輸變電設備

輸變電設備——變壓器，儀表互感器，電力變頻器，電力電容避雷器，接地電阻，電抗器，電爐和加熱設備，電焊機，絕緣器及其它輸變電設備；配電裝置和控制設備，開關裝

置，高壓開關，高壓斷路器，低壓斷路器；清潔能源等設備製造。
變壓器的簡介與詳情
變壓器幾乎在所有的電子產品中都要用到，它原理簡單但根據不同的使用場合（不同的用途）變壓器的繞制工藝會有所不同的要求。變壓器的功能主要有：電壓變換；阻抗變換；隔離；穩壓（磁飽和變壓器）等，變壓器常用的鐵芯形狀一般有E型和C型鐵芯。

變壓器的最基本型式，包括兩組繞有導線之線圈，並且彼此以電感方式稱合一起。當一交流電流(具有某一已知頻率)流於其中之一組線圈時，於另一組線圈中將感應出具有相同頻率之交流電壓，而感應的電壓大小取決於兩線圈耦合及磁交鏈之程度。

一般指連線交流電源的線圈稱之為「一次線圈」(Primamary coil);而跨於此線圈的電壓稱之為「一次電壓.」。在二次線圈的感應電壓可能大於或小於一次電壓，是由一次線圈與二次線圈問的「匝數比」所決定的。因此，變壓器區分為升壓與降壓變壓器兩種。

大部份的變壓器均有固定的鐵芯，其上繞有一次與二次的線圈。基於鐵材的高導磁性，大部份磁通量局限在鐵芯里，因此，兩組線圈藉此可以獲得相當高程度之磁耦合。在一些變壓器中，線圈與鐵芯二者間緊密地結合，其一次與二次電壓的比值幾乎與二者之線圈匝數比相同。因此，變壓器之匝數比，一般可作為變壓器升壓或降壓的參考指標。由於此項升壓與降壓的功能，使得變壓器已成為現代化電力系統之一重要附屑物，提升輸電電壓使得長途輸送電力更為經濟，至於降壓變壓器，它使得電力運用方面更加多元化，吾人可以如是說，倘無變壓器，則現代工業實無法達到目前發展的現況。

電子變壓器除了體積較小外，在電力變壓器與電子變壓器二者之間，並沒有明確的分界線。一般提供60Hz電力網路之電源均非常龐大，它可能是涵蓋有半個洲地區那般大的容量。電子裝置的電力限制，通常受限於整流、放大，與系統其它組件的能力，其中有些部份屬放大電力者，但如與電力系統發電能力相比較，它仍然歸屬於小電力之範圍。

各種電子裝備常用到變壓器，理由是：提供各

種電壓階層確保系統正常操作;提供系統中以不同電位操作部份得以電氣隔離;對交流電流提供高阻抗，但對直流則提供低的阻抗;在不同的電位下，維持或修飾波形與頻率回響。「阻抗」其中之一項重要概念，亦即電子學特性之一，其乃預設一種設備，即當電路組件阻抗系從一階層改變到另外的一個階層時，其間即使用到一種設備-變壓器。

對於電子裝置而言，重量和空間通常是一項努力追求之目標，至於效率、安全性與可靠性，更是重要的考慮因素。變壓器除了能夠在一個系統里占有顯著百分比的重量和空間外，另一方面在可靠性方面，它亦是衡量因子中之一要項。 因為上述與其它套用方面的差別，使得電力變壓器並不適合套用於電子電路上。

變壓器技術參數
對不同類型的變壓器都有相應的技述要求，可用相應的技述參數表示.如電源變壓器的主要技述參數有：額定功率、額定電壓和電壓比、額

定頻率、工作溫度等級、溫升、電壓調整率、絕緣性能和防潮性能，對於一般低頻變壓器的主要技述參數是：變壓比、頻率特性、非線性失真、磁禁止和靜電禁止、效率等.
A.電壓比：
變壓器兩組線圈圈數分別為N1和N2，N1為初級，N2為次級.在初級線圈上加一交流電壓，在次級線圈兩端就會產生感應電動勢.當N2>N1時，其感應電動勢要比初級所加的電壓還要高，這種變壓器稱為升壓變壓器：當N2降變壓器。
B.變壓器的效率：
在額定功率時，變壓器的輸出功率和輸入功率的比值，叫做變壓器的效率，當變壓器的輸出功率P2等於輸入功率P1時，效率η等於100%，變壓器將不產生任何損耗.但實際上這種變壓器是沒有的.變壓器傳輸電能時總要產生損耗，這種損耗主要有銅損和鐵損.

銅損是指變壓器線圈電阻所引起的損耗.當電流通過線圈電阻發熱時，一部分電能就轉變為熱能而損耗.由於線圈一般都由帶絕緣的銅線纏繞而成，因此稱為銅損.

變壓器的鐵損包括兩個方面.一是磁滯損耗，當交流電流通過變壓器時，通過變壓器矽鋼片的磁力線其方向和大小隨之變化，使得矽鋼片內部分子相互摩擦，放出熱能，從而損耗了一部分電能，這便是磁滯損耗.另一是渦流損耗，當變壓器工作時.鐵芯中有磁力線穿過，在與磁力線垂直的平面上就會產生感應電流，由於此電流自成閉合迴路形成環流，且成旋渦狀，故稱為渦流.渦流的存在使鐵芯發熱，消耗能量，這種損耗稱為渦流損耗。
變壓器的效率與變壓器的功率等級有密切關係，通常功率越大，損耗與輸出功率就越小，效率也就越高.反之，功率越小，效率也就越低。.
變壓器的原理
當一個正弦交流電壓U1加在初級線圈兩端時，導線中就有交變電流I1並產生交變磁通ф1，它沿著鐵芯穿過初級線圈和次級線圈形成閉合的磁路。在次級線圈中感應出互感電勢U2，同時ф1也會在初級線圈上感應出一個自感電勢E1，E1的方向與所加電壓U1方向相反而幅度相近，從而限制了I1的大小。為了保持磁通ф1的存在就需要有一定的電能消耗，並且變壓器本身也有一定的損耗，儘管此時次級沒接負載，初級線圈中仍有一定的電流，這個電流我們稱為“空載電流”。

如果次級接上負載，次級線圈就產生電流I2，並因此而產生磁通ф2，ф2的方向與ф1相反，起了互相抵消的作用，使鐵芯中總的磁通量有所減少，從而使初級自感電壓E1減少，其結果使I1增大，可見初級電流與次級負載有密切關係。當次級負載電流加大時I1增加，ф1也增加，並且ф1增加部分正好補充了被ф2所抵消的那部分磁通，以保持鐵芯里總磁通量不變。如果不考慮變壓器的損耗，可以認為一個理想的變壓器次級負載消耗的功率也就是初級從電源取得的電功率。變壓器能根據需要通過改變次級線圈的圈數而改變次級電壓，但是不能改變允許負載消耗的功率。

變壓器的損耗
當變壓器的初級繞組通電後，線圈所產生的磁通在鐵芯流動，因為鐵芯本身也是導體，在垂直於磁力線的平面上就會感應電勢，這個電勢在鐵芯的斷面上形成閉合迴路並產生電流，好像p一個旋渦所以稱為“渦流”。這個“渦流”使變壓器的損耗增加，並且使變壓器的鐵芯發熱變壓器的溫升增加。由“渦流”所產生的損耗我們稱為“鐵損”。另外要繞制變壓器需要用大量的銅線，這些銅導線存在著電阻，電流流過時這電阻會消耗一定的功率，這部分損耗往往變成熱量而消耗，我們稱這種損耗為“銅損”。所以變壓器的溫升主要由鐵損和銅損產生的。由於變壓器存在著鐵損與銅損，所以它的輸出功率永遠小於輸入功率，為此我們引入了一個效率的參數來對此進行描述，η=輸出功率/輸入功率。
變壓器的材料
1、鐵芯材料
變壓器使用的鐵芯材料主要有鐵片、低矽片，高矽片

的鋼片中加入矽能降低鋼片的導電性，增加電阻率，它可減少渦流，使其損耗減少。們通常稱為加了矽的鋼片為矽鋼片，變壓器的質量所用的矽鋼片的質量有很大的關係，矽鋼片的質量通常用磁通密度B來表示，一般黑鐵片的B值為6000-8000、低矽片為9000-11000，高矽片為12000-16000，
2、繞制變壓器通常用的材料
漆包線，紗包線，絲包線，最常用的漆包線。對於導線的要求，是導電性能好，絕緣漆層有足夠耐熱性能，並且要有一定的耐腐蝕能力。一般情況下最好用QZ型號的高強度的聚脂漆包線。
3、絕緣材料
在繞制變壓器中，線圈框架層間的隔離、繞阻間的隔離，均要使用絕緣材料，一般的變壓器框架材料可用酚醛紙板製作，層間可用聚脂薄膜或電話紙作隔離，繞阻間可用黃臘布作隔離。
4、浸漬材料
變壓器繞制好後，還要過最後一道工序，就是浸漬絕緣漆，它能增強變壓器的機械強度、提高絕緣性能、延長使用壽命，一般情況下，可採用甲酚清漆作為浸漬材料。