端电压较电流落后一个小于90°的角,电路呈电容性,是容性电路
(2)当XL>XC,则UL>UC,
端电压
应为三个分电压
R、
C、
L的相量和,端电压比电流超前一个小于90°的角,电路呈电感性,是电感性电路。
端电压和电流的大小关系:
电路的端电压与各个分电压构成一个直角三角形叫电压三角形。
由电压三角形得到:
端电压有效值与各分电压有效值的关系是相量和,而不是代数和。
UR=IRUC=IXCUL=IXL
U
是电容、电感、电阻串联电路的欧姆定律
5、绝缘物:
指阻滞热、电或声通过的材料,能隔断电流,有很高电阻的物质。
如橡胶、玻璃、云母等。
绝缘物的电阻值,叫绝缘电阻,绝缘电阻越大,绝缘性能就越好。
绝缘物是用来抵抗电压,电压越高,电位差就越大,在理想情况下,都希望绝缘物通过的电流为零,或无限少,实际上是不可能,绝缘物总是泄漏电流。
绝缘物也是由原子、分子组成,原子、分子是带电的,任何物体即使不带电,也是有电流的。
绝缘电阻:
直流电压加在电介质上,经过一定极化过程,流过电介质的泄漏电流对应的电阻。
皮安电流表(飞安表)是用来:
1.测量防静电鞋、导电鞋的电阻值
2、测量防静电、导电材料的电阻及电阻率(ISO1853,GB/T 2439)
3、测量计算机房用活动地板的系统电阻值
4、测量绝缘材料电阻(率)5、光电二极管暗电流测量
测量范围:
±20×10-3A~±1×10-15A用途:
测量低压降高内阻的测量对象。
绝缘电阻是电气设备、电气线路基本指标,低压电气设备,常温下绝缘电阻不低于0.5MΩ,对运行中的设备和线路,绝缘电阻不低于1MΩ/kV。
低压电气、连接电缆、二次回路的绝缘电阻一般不低于1MΩ;二次回路小母线的绝缘电阻不低于10MΩ,一类手持电动工具的绝缘电阻不低于2MΩ。
额定电压V
>3300
>500--3300
>36--500
≤36
用兆欧表V
2500
1000
500
500
电磁冲击力对绝缘物有很大的破坏作用,使绝缘电阻的阻值下降,加速绝缘物碳化过程,电磁冲击力是电磁场变化影起,电磁波组成电磁场,电磁波大幅度变化,影起绝缘物的带电粒子(原子)摩擦,摩擦使绝缘物温度升高,温度升高使绝缘物碳化,频率变化幅度和频率变化加大,绝缘物碳化速度加大,绝缘物绝缘物电阻减少。
摩擦还会使生成新物质增多,发热量增大,电磁力变化增大,噪音增大。
是因为任何物体的原子、分子都在热运动,摩擦只是使热运动加剧。
五、大型用电设备的电磁冲击力情况:
1、电力线路电磁冲击力分析:
电力线路由金属导线、绝缘物等组成,由于宇宙、地球是一个电磁场,输电线路本身也是是一个电磁场,输电线路的电磁场和地球的电磁场有相互电磁力作用,即使输电线路没有电流流过,输电线路也会受到地球电磁力的作用,有电流流过时,输电线路受到地球的电磁力要大一些,输电线路的等效电路是一个由电容、电感、阻抗组成的电路,输电线路等效电路如下:
再等效如下:
从等效电路图看到:
电力线路在刚送电瞬间,电容器相当于导线,有短路现象,产生很大的冲击电流,电磁力的大小:
微观是F=qvB是带电粒子的电磁力
而带电导线是:
F=ILB
q是粒子带电量,v是粒子运动速度,L是导体长度,B是磁感应强度
I=U/X
若按一个电容来计算,若按等效电路两个电容和R+JX来计算,阻抗更小,刚送电瞬间的电流更大,冲击力也更大。
刚送电瞬间阻抗趋向于零,电流趋向于无穷大。
若阻抗按0.01Ω计算,那么,电流
I=100U
F=100ULB
电力线路都很长,故电磁冲击力是很大,随着送电时间的延长,电容的充电电压升高,阻抗增大,电容充电电流减小,冲击力会减小。
电容充电曲线图如下:
充电电流如下:
电磁冲击力的图如下:
电磁力冲击力随时间的延长,变的越来越小,电力线路的长度不可能有大的变化或者不变,地球的磁场强度会有所变化,负荷有变化,电流就有变化,电磁力也就有变化,电磁力就有变化。
若电力线路上有短路,阻抗很小,电磁冲击力非常大,能把LGJ-35/6的钢芯铝绞线瞬间冲击断,钢芯铝绞线在空气运动产生高频声音,本人所看见和听见,还好,钢芯铝绞线断线时,钢芯铝绞线所扫过的范围内没有人员,否则,后果非常严重。
后面查明原因是放风筝时,风筝落在两相之间,引起两相短路,风筝突然消失,线路断路点不在短路点,离短路点有一公里左右的地方,我们刚好在路断路点旁边作业。
云南曲靖双友钢铁公司炼钢分厂至矿粉分厂10KV架空线路,矿粉厂(负载)短路时,10KV架空线是钢芯铝绞线,短路时刻,三根钢芯铝绞线在空中同时全部断掉,并相互绞在一起成为麻花形状,象根钢丝绳,停在空中。
2、用机械式兆欧表测量电气设备的绝缘电阻也有电磁冲击力:
用机械式兆欧表测量电力线路、电动机、变压器等用电设备的绝缘电阻时,一根线与地相连接,另一根线悬空,摇起兆欧表,使开路电压达到最大时,将兆欧表的悬空与被测量绝缘电阻的设备接通,这时兆欧表的指针迅速向左转动,表示机械式兆欧表的输出电压迅速下降,是给用电设备充电,边摇边观察,兆欧表的输出电压基本保持不变为止。
用电设备在测量绝缘电阻时,相当于一个电容器。
当兆欧表的输出电压基本不变了,迅速断开兆欧表的连接设备那一根线,人千万不要触及设备,否则会触电,用与地相连接的那一根线与用电设备接触使之放电,放电时有兰色和红色光,同时还有“啪”响声,还有微小的振动,用电设备越大,响声越大,振动声音也就越大。
放电后,还能看到放电点会下凹,表示这一个点的物质被电磁力蒸发,电磁力分为引力和斥力,斥力大使物质减少,引力大使物质增多。
电气设备突然上电时和突然放电时都要电磁冲击力。
放电:
是使带电的物体在短时间内不带电,是电荷的转移,使带电物体不显电性。
放电时间越长,放电电流越小,振动越小,对测量对象损害就越小。
有放电就有充电。
充电:
是不带的物体带上电,或者是带电少物体补上电。
充电与放电的方向相反,充、放电速度要与设备要求一致,否则会缩短设备的使用寿命。
充、放电速度如果快了,会产生过电压,使绝缘击穿。
3、电机的电磁冲击力:
电机包括电动机和发电机,小的电动机启动时,电磁冲击力小,大家都忽略了。
大的电动机启动时,有大的电磁冲击力。
A、发电机的电磁冲击力分析:
发电机的等效电路图如下:
E是电源,X是阻抗,是电阻、容抗、感抗的有效阻抗。
发电机的电磁冲击力是短路时会发生,若负荷端短路,短路等效电路图如下:
短路电流为:
I=E/(jX+0)
=E/jX
短路电流非常大,若保护不会动作,发电机会共振,同时有焦臭味,发热量迅速增大,绝缘会击穿,绝缘击穿后,线圈对铁芯放电,电磁冲击力迅速增大,一些绕组线圈会与铁芯沾实熔为一体(引力大的表现),一些绕组线圈会与铁芯会分离(斥力大的表现),
上面的照片是发电机的绕组线圈对定子铁芯放电情况,铁芯被烧熔了,电磁力很大,电磁力分为引力和斥力。
拆发电机的线圈时,一些线圈很松(斥力大),容易拆下来,一些很难拆(引力大),与线槽紧紧沾在一起。
电/磁、磁/电是如何转换的呢?
地球有电场,同时也有磁场,那么由物体、物质组成地球,物体、物质也同样是有电场和磁场,原子内部也是如此,若用磁铁(磁场)靠近(远离)金属物体,打破原来电磁场状态,磁场、电场重新分布,物体的电场增大,运动磁场切割导线,是磁场与导线摩擦,电磁场变化加大了,导体的电场变化加大了。
若磁场不变化了,也就不与导体摩擦,导体的电场恢复正常,又显正常状态。
导线通电是电荷在导体中波动和移动,导线中间的斥力大,导线外面引力大,所以就有趋肤效应,这是用实验观察到的。
用1瓦的升压变压器升30KV以上,桌子散上包谷面,将高压电接近包谷面可以看到,导线这些的高压电的会吹开包谷面,而导体表面则会吸引包谷面。
B、电动机在静止时,电动机的等效电路图如下:
从图中可以看到,电动机刚启动,转子没有运行时,
为零,定子、转子电势有相同的频率。
电流:
jx1趋向为零,
电动机越大,冲击电流越大,电磁冲击力就越大,冲击声音越大,冲击时设备的外壳都能看到振动,随着时间延长,阻抗和
也形成了,电流越来越小,最后稳定在一定范围内。
从电动机的等效电路图看到,电动机启动时,电流很大,电磁冲击力很大,也就是电磁力对电动机的冲击很大,对轴承、轴、轴承座有很大的冲击力,会损伤这些设施。
电磁力分为引力和斥力,会使线圈之间的导线摩擦加大,绝缘击穿可能性增大。
过电流增大,发热量增大。
在拆烧坏的低压电动机的线圈时,一些线圈很容易拆出来,一些线圈很难拆出来,是电磁力的引力和斥力的作用。
还有,启动时,感性、容性设备在启动时都会产生过电压,对绝缘物体有伤害和击穿的作用。
C、变压器:
变压器的作用是用来变化电压的,变压器以三相变压器为例说明:
等效电路图如下,
在供电瞬间,电力变压器的线圈发出电磁冲击声音,有较大的冲击振动,当然有很大的冲击电流,有很大电磁冲击力。
同样,供电瞬间阻抗是趋向为零,每一相的直流电阻很小,在毫欧或微欧级,从变压器的任意两相瞬间供电,若忽略阻抗,那么
或
这个电流是很大的,随时间的延长,阻抗就显示出来了,电流下降的速度很快。
若再考虑对地的影响,冲击电流更大。
变压器避免电磁冲击力的办法是尽量少停电。
变压器的铁芯和铜线圈,都有电磁场,电场和磁场处于一定波动平衡水平,当初级线圈通电后,初级线圈变化电磁场影响铁芯中的电磁场变化,铁芯中的电磁场变化影响铁芯周围的电磁场变化,若线圈在铁芯周围,会影响次级线圈中的电磁场变化,次级线圈变化使线圈两端的电压变化,初级线圈没有变化电磁场,次级线圈中、铁芯中也就没有变化的电磁场,也就没有变化的电压。
当然不是没有电压,因为热运动也是变化电磁场,有变化电压。
当变压器的初级线圈匝数定了时候,在同一个变化电磁场变化作用下,初级线圈的匝数与电压的关系有:
V1/V2=n1/n2
D、避雷针:
是一种把引闪电电流导入地下装置,在一定范围内保护地面建筑物、电力设备,用金属线与埋在地下的一些尖端金属连接起来,利用金属棒、角铁的尖端放电,使云层所带的高电位和地上的低电位放电,使受电击物体免受雷电破坏的金属物。
尖端物体不但引力大,而且斥力也大,尖端物体力大。
尖端物体周围电荷多,尖端的引力大,尖端物体本身电荷多,尖端物体尖端斥力大。
天上的云层有高、低,天上的云层都是由水蒸汽组成,只是位置不同,所以,不能说位置高的云层(水蒸汽)带正电(负电),位置低的云层(水蒸汽)带负电(或正电)。
就象一个男人,在一楼是一个男人,在二楼就变成了一个女人吗?
显然是错误的。
位置高的云层(水蒸汽)是低电位,位置低的云层(水蒸汽)是低电位,与势能一样,位置高的势能大,位置低的势能小。
扳手从三楼掉到一楼水泥地面上,有火花、声音、热量、振动产生。
天上云层之间的电磁能量(势能)有电磁能量差,天上云层的电磁能量与地面的电磁能量(势能)有很大的电磁能量(势能)差值,在一定的距离范围内当电磁能量达到一定值,电磁能量就会释放,形成雷电。
闪电时与扳手掉到地面上一样,同样会产生声音、热量、摩擦、电磁力变化增大,还能产生新的物质。
闪电会产生频谱很宽的频率,从音频到光波,还有X射线等。
若是直流电就是直流电阻,避雷针的等效电路图如下:
在刚触及雷电时,阻抗接近为零,雷电的电压是很高,电压千万伏以上,冲击电流就相当大了,电磁力冲击力在所有用电设备是最大的。
雷电分为直击雷、电磁脉冲、球形雷、感应雷等,直击雷、球形雷对人和建筑造成危害,电磁脉冲主要影响电子设备。
避雷针是一个尖端金属棒,利用的是尖端放电。
尖端放电:
强电场作用下,物体尖锐部分发生的放电现象称为尖端放电,实验证明,尖端部分引力力量大,能吸引电荷物质多。
可以用力学分析的方法来分析尖端放电现象。
E、地线:
将电流引入大地的导线,电气设备漏电保护,是将电流通过地线进入大地。
也称为安全回路线,危险时把高压直接转嫁给地球,是一根生命线。
地线系统图如下:
地线系统由地下尖端金属部分,在1.5~2.0m,每一根尖端金属相隔2m,尖端接地桩与大地充分接触,接触电阻越小越好,放电速度加快。
大地是带电的,是一个小的电磁场,有电荷,空气也是带电的,高空中的云层当然也是带电的,也是一个电磁场,不然地球怎么会是一个电磁场呢,宇宙是一个电磁场,只是大地的电磁场被人类做为一个参考电磁场,把电位定为零电位,实际上大地上任意两点都有电位差,电荷将地球连成一个整体,不同地方的电荷能量和数量多少不同,故所有用电设备都会对地放电。
就象下雨一样,下雨大家能看得见,电荷看不见,雨水下到地面,最后汇聚大海。
任何物质、物体都是带电的,物质多的地方电荷密集度就高。
六、感谢同事们的大力支持
七、参考文献:
1、《电磁力与引力的统一实验》,2015/01期科技创新与生产力杂志上发表黄兆荣
2、严导淦编【物理学】高等教育出版社 北京 1982年6月第—版
3、芜湖机械学校主编 【电机原理及应用】 机械工业出版社北京 1979年1月出版
4、梁灿彬编【电磁学】高等教育出版社北京2013年2月
5、黄兆荣《电力设备》杂志2016年11期发表《万有力与电磁力的统一》文章