实用电工计算.docx
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实用电工计算
实用电工计算
一、按功率计算电流的口诀之一
1、用途
这是根据用电设备的功率（千瓦或千伏安）算出电流（安）的口诀。
电流的大小直接与功率有关，也与电压、相别、力率（又称功率因数）等有关。
一般有公式可供计算。
由于工厂常用的都是380/220伏三相四线系统，因此，可以根据功率的大小直接算出电流。
2、口诀
低压380/220伏系统每千瓦的电流，安。
千瓦、电流，如何计算？
电力加倍，电热加半。
①单相千瓦，4.5安。
②单相380，电流两安半。
③
3、说明
口诀是以380/220伏三相四线系统中的三相设备为准，计算每千瓦的安数。
对于某些单相或电压不同的单相设备，其每千瓦的安数，口诀另外作了说明。
①这两句口诀中，电力专指电动机。
在380伏三相时（力率0.8左右），电动机每千瓦的电流约为2安。
即将“千瓦数加一倍”（乘2）就是电流，安。
这电流也称电动机的额定电流。
[例1]5.5千瓦电动机按“电力加倍”算得电流为11安。
①
[例2]40千瓦水泵电动机按“电力加倍”算得电流为80安。
电热是指用电阻加热的电阻炉等。
三相380伏的电热设备，每千瓦的电流为1.5安。
即将“千瓦数加一半”（乘1.5）就是电流，安。
[例1]3千瓦电加热器“电热加半”算得电流为4.5安。
[例2]15千瓦电阻炉按“电热加半”算得电流为23安。
②
这口诀并不专指电热，对于照明也适用。
虽然照明的灯泡是单相而不是三相，但对照明供电的三相四线干线仍属三相。
只要三相大体平衡也可这样计算。
此外，以千伏为单位的电器（如变压器或整流器）和以千乏为单位的移相电容器（提高力率用）也都适用。
即是说，这后半句虽然说的是电热，但包括所有以千伏安、千乏为单位的用电设备，以及以千瓦为单位的电热和照明设备。
[例1]12千瓦的三相（平衡时）照明干线按“电热加半”算得电流为18安。
[例2]30千伏安的整流器按“电热加半”算得电流为45安（指380伏三相交流侧）。
备注：
①按“电力加倍”计算电流，与电动机铭牌上的电流有的有些误差。
一般千瓦数较大的，算得的电流比铭牌上的略大些，而千瓦数较小的，算得的电流则比铭牌上的略小些。
此外，还有一些影响电流大小的因素。
不过，作为估算，影响并不大。
②计算电流时，当电流达到十多按或几十安以上，则不必算到小数点以后，可以四舍五入成整数。
这样既简单又不影响实用。
对于较小的电流也只要算到一位小数即可。
[例3]320千伏安的配电变压器按“电热加半”算得电流为480安（指380/220伏低压侧）。
[例4]100千乏的移相电容器（380伏三相）按“电热加半”算得电流为150安。
②在380/220伏三相四线系统中，单相设备的两条线，一条接相线而另一条接零线的（如照明设备）为单相220伏用电设备。
这种设备的力率大多为1，因此，口诀便直接说明“单相（每）千瓦4.5安”。
计算时，只要“将千瓦数乘4.5”就是电流，安。
同上面一样，它适用于所有以千伏安为单位的单相220伏用电设备，以及以千瓦为单位的电热及照明设备，而且也适用于220伏的直流。
[例1]500伏安（0.5千伏安）的行灯变压器（220伏电源侧）按“单相千瓦、4.5安”算得电流为2.3安。
[例2]1000瓦投光灯按“单相千瓦、4.5安”算得电流为4.5安。
对于电压更低的单相，口诀中没有提到。
可以取220伏为标准，看电压降低多少，电流就反过来增大多少。
比如36伏电压，以220伏为标准来说，它降低到1/6，电流就应增大到6倍，即每千瓦的电流为6*4.5=27安。
比如36伏、60瓦的行灯每只电流为0.06*27=1.6安，5只便共有8安。
③在380/220伏三相四线系统中，单相设备的两条线都接到相线上的，习惯上称为单相380伏用电设备（实际是接在两相上）。
这种设备当以千瓦为单位时，力率大多为1，口诀也直接说明：
“单相380，两流两安半”。
它也包括以千伏安为单位的380伏单相设备。
计算时，只要将“将千瓦或千伏安数乘2.5”就是电流，安。
[例1]32千瓦钼丝电阻炉接单相380伏，按“电流两安半”算得电流为80安。
[例2]2千伏安的行灯变压器，初级接单相380伏，按“电流两安半”算得电流为5安。
[例3]21千伏安的交流电焊变压器，初级接单相380伏，按“电流两安半”算得电流为53安。
二、按功率计算电流的口诀之二
1、用途
上一口诀是计算功率在低压（380/220伏）下的电流，而这一口诀则是计算功率在高压下的电流。
工厂中的配电变压器、大电炉的变压器或高压电动机等，绝大部分都是高压三相设备。
它们的额定电压通常有6千伏或10千伏等几种。
同低压一样，它们的电流也可以直接根据功率的大小来计算。
2、口诀
高压每千伏安的电流，安。
低压380/220伏系统每千瓦的电流，安。
10千伏6/100，6千伏10/100。
①若为千瓦，再加两成。
②
3、说明
这句口诀是以千伏安（或千乏）为单位的三相用电设备为准，按10千伏或6千伏额定电压计算电流。
对于以千瓦为单位的电动机，口诀单独作了说明。
①为了顺口，这句口诀宜读为“10千伏百六，6千伏百十”。
这里“百六”就是“百分之六”，也就是6/100或0.06。
“百十”就是“百分之十”，也就是10/100或0.1。
“10千伏6/100”是指额定电压为10千伏时，三相设备每千伏安（包括千乏）的电流是千伏安数的6/100。
计算时，只要“将千伏安数乘以0.06”就是电流，安。
[例1]320千伏安三相配电变压器，高压10千伏，按“10千伏6/100”算得电流为19安（320×0.06=19.2）。
[例2]500千乏移相电容器（三相），高压10千伏，按“10千伏6/100”算得电流为30安（500×0.06=30）。
[例3]400千伏安三相电弧炉变压器，电压10千伏，按“10千伏6/100”算得电流为24安（400×0.06=24）。
“6千伏10/100”是指额定电压为6千伏时，三相设备每伏安（包括千乏）的电流是千伏安数的10/100。
计算时，只要“将千伏安数乘以0.1”就是电流，安。
[例1]560千伏安三相配电变压器，高压6千伏，按“6千伏10/100”算得电流为56安（560×0.1=56）。
[例2]200千乏移相电容器（三相），高压6千伏，按“6千伏10/100”算得电流为20安（200×0.1=20）。
[例3]1800千伏安三相电弧炉变压器，高压6千伏，按“6千伏10/100”算得电流为180安（1800×0.1=180）。
②对于以“千瓦”为功率单位的高压电动机等，其电流的计算，可先把“千瓦”看成是“千伏安”，同上面的方法一样计算后，再把计算的结果加大两成（即再乘1.2）便是。
口诀“若为千瓦，再加两成”就是这个意思。
例如：
260千瓦电动机，额定电压6千伏，按“6千伏10/100”和“若为千瓦，再加两成”算得额定电流为31安（260×0.1×1.2=31.2）。
目前，有少数工厂还设有额定电压为3千伏的电动机。
对于这种电压，口诀没有介绍。
但也可按上一口诀所介绍的方法，以6千伏为准，电压降为1/2，电流便增大2倍。
因此，上例电动机容量为260千瓦，在额定电压为3千伏时，其电流算得为62安。
还有一种情况是少数工厂设有35千伏的配电变压器。
这35千伏的电压，口诀中也没有介绍，但仍可依照上面的方法处理。
即以6千伏为准，现在电压大约升为6倍，电流便应减为1/6（相当于乘0.17）。
因此，上例电动机容量为260千瓦，在额定电压为35千伏时，电流算得为5.3安。
第二章导体载流
一、导线载流量的计算口诀
1、用途
各种导线的载流量（安全电流）通常可以从手册中查找。
但利用口诀再配合一些简单的心算，便可直接算出，不必查表。
导线的载流量与导线的截面有关，也与导线的材料（铝或铜）、型号（绝缘线或裸线等）、敷设方法（明敷或穿管等）以及环境温度（25℃左右或更大）等有关，影响的因素较多，计算也较复杂。
2、口诀
铝心绝缘线载流量与截面的倍数关系：
10下五，100上二，25、35，四、三界，70、95，两倍半。
①穿管、温度，八九折。
②祼线加一半。
③铜线升级算。
④
3、说明
口诀是以铝芯绝缘线、明敷在环境温度25℃的条件为准。
若条件不同，口诀另有说明。
绝缘线包括各种型号的橡皮绝缘或塑料绝缘线。
口诀对各种截面的载流量（电流，安）不是直接指出，而是用“截面乘上一定的倍数”来表示。
为此，应当先熟悉民线截面（平方毫米）的排列：
11.52.54610162535507095120150185……
生产厂制造铝芯绝缘线的截面通常从2.5开始，铜芯绝缘线则从1开始；祼铝线从16开始，祼铜线则从10开始。
①这口诀指出：
铝芯绝缘线载流量，安，可以按“截面数的多少倍”来计算。
口诀中阿拉伯数码表示导线截面（平方毫米），汉字数字表示倍数。
把口诀的“截面与倍数关系”排列起来便如下：
……10162535507095120……
五倍四倍三倍两倍半二倍
现在再和口诀对照就更清楚了。
原来“10下五”是指截面从10以下，截流量都是截面数的五倍。
“100上二”（读百上二）是指截面100以上，载流量都是截面数的二倍。
截面25与35是四倍和三倍的分界处。
这就是口诀“35、35四、三界”。
而截面70、95则为二点五倍。
从上面的排列可以看出：
除10以下及100以上之外，中间的导线截面是每两种规格属同一种倍数。
下面以明敷铝芯绝缘线，环境温度这25℃，举例说明：
[例1]6平方毫米的，按“10下五”算得载流量为30安。
[例2]150平方毫米的，按“10上二”算得载流量为300安。
[例3]70平方毫米的，按“70、95两倍半”算得载流量为175安。
从上面的排列还可以看出：
倍数随截面的增大而减小。
大倍数转变的交界处，误差销大些。
比如截面25与35是四倍与三倍的分界处，25属四倍的范围，但靠近向三倍变化的一侧，它按口诀是四倍，即100安，但实际不到四倍（按手册为97安），而35则相反，按口诀是三倍，即105安，实际则是117安。
不过这对使用的影响并不大。
当然，若能“胸中有数”，在选择导线截面时，25的不让它满到100安，35的则可以略为超过105安便更准备了。
同样，2.5平方毫米的导线位置在五倍的最始（左）端，实际便不止五倍（最大可达20安以上），不过为了减少导线内的电能损耗，通常都不用到这么大，手册中一般也只标12安。
②从这以下，口诀便是对条件改变的处理。
本句“穿管、温度，八、九折”是指：
若是穿管敷设（包括槽板等敷设，即导线加有保护套层，不明露的），按①计算后，再打八折（乘0.8）。
若环境温度超过25℃，应按①计算后再打九折（乘0.9）。
关于环境温度，按规定是指夏天最热月的平均最高温度。
实际上，温度是变动的，一般情况下，它影响导体载注并不很大。
因此，只对某些高温车间或较热地区超过25℃较多时，才考虑打折扣。
还有一种情况是两种条件都改变（穿管又温度较高），则按①计算后打八折，再打九折。
或者简单地一次打七折计算（即0.8×0.9=0.72，约为0.7）。
这也可以产是“穿管、温度，八、九折”的意思。
例如（铝芯绝缘线）：
10平方毫米的，穿管（八折），
40安（10×5×0.8=40）。
高温（九折），
45安（10×5×0.9=45）。
穿管又高温（七折），
35安（10×5×0.7=35）。
95平方毫米的，穿管（八折），
190安（95×2.5×0.8=190）。
高温（九折），
214安（95×2.5×0.9=213.8）。
穿管又高温（七折），
166安（95×2.5×0.7=166.3）。
③对于祼铝线的载流量，口诀指出“祼线加一半”，即按①计算后再加一半（乘1.5）。
这是指同样截面的铝芯绝缘线与祼铝线比较，载流量可加大一半。
[例1]16平方毫米祼铝线，96安（16×4×1.5=96）。
高温，86安（16×4×1.5×0.9=86.4）。
[例2]35平方毫米祼铝线，150安（35×3×1.5=157.5）。
[例3]120平方毫米祼铝线，360安（120×2×1.5=360）。
④对于铜导线的载流量，口诀指出“铜线升级算”，即将铜导线的截面按截面排列顺序提升一级，再按相应的铝线条件计算。
[例1]35平方毫米祼铜线25℃。
升级为50平方毫米，再按50平方毫米祼铝线，25℃计算为225安（50×3×1.5）。
[例2]16平方毫米铜绝缘线25℃。
按25平方毫米铝绝缘的相同条件，计算为100安（25×4）。
[例3]95平方毫米铜绝缘线25℃。
按120平方毫米铝绝缘的相同条件，计算为192安（120×2×0.8）。
附带说一下：
对于电缆，口诀中没有介绍。
一般直接埋地的高压电缆，大体上可采用①中的有关倍数直接计算。
比如35平方毫米高压铠装铝芯电缆埋地敷设的载流量约为105（35×3）安。
95平方毫米的约为238（95×2.5）安。
二、导线载流量的计算口诀之一
1、用途
这是根据母线厚度和截面推算载流量的口诀，主要计算铝母线的载流量，也可解决铜母线的载流量。
母线载流量与截面有关，同时也受母线厚度的影响。
因此可以根据厚度来确定母线“每站方毫米的载流量”，再乘上相应的截面即得。
2、口诀
铝母线（铝排）厚度与每平方毫米的载流量（安）的关系：
4—3、8—2、中—2半，10厚以上1.8安。
①铜排再乘1.3。
②
3、说明
口诀以铝母线为准。
对于铜母线（铜排）则单独作了说明。
①口诀“4—3”是指“厚度为4毫米的铝母线，每平方米载流量为3安”。
“4—3”可读“四、三”，前者指厚度，后者指电流。
凡属这种厚度的母线，只要知道它的截面，将“截面的平方毫米数乘上3”便是载流量，安。
同样“8—2”是指“厚度为8毫米的铝母线，每平方毫米载流流量为2安”。
凡属这种厚度的母线，只要知道它的截面，将“截面的平方毫米数乘上2”便是载流量，安。
“中—2半”是指“厚度在4与8平方毫米中间的情况，如厚5或6毫米的铝母线，每平方毫米载流量为25安半（2.5安）”。
凡属这种厚度的母线，只要知道它的截面，将“截面的平方毫米数乘上1.8”便是载流量，安。
[例1]40×4铝母线，按“4—3”算得载流量为480安（40×4×3）。
[例2]80×8铝母线，按“8—2”算得载流量为1280安（80×8×2）。
[例3]60×6铝母线，按“中—2半”算得载流量为900安（60×6×2.5）。
[例4]100×10铝母线，按“10厚以上1.8安”算得载流量为1800安（100×10×1.8）。
母线的载流量还与交流、直流，母线平放、竖放、环境温度以及多条母线并列使用等有关系，但影响不大，只是环境温度较高时，可同导线一样打九折处理。
至于并列使用时，在交流情况下二条并列乘0.8，三条并列乘0.7，四条并列乘0.6。
可以这样记住：
二、条、四条，八、七、六折。
直流并列时则一律乘0.9。
这些就不一一举例了。
②口诀“铜排再乘1.3”是指铜母线的载流量约比同规格的铝母线大三成。
因此，可先按相同规格的铝母线计算，再乘上1.3即得。
例如：
40×4铜母线624安（480×1.3）
60×6铜母线1170安（900×1.3）
100×10铜母线2340安（1800×1.3）
有关环境温度较高以及母线并列使用的问题，可同铝母线一样处理。
三、导线载流量的计算口诀之二
1、用途
这口诀主要解决钢母线的载流量（安）的计算。
2、口诀
钢母线（铜排）截面大小与载流量（安）的关系：
钢排截面即载流。
①4厚以上八折求。
②再加一半通直流。
③
3、说明
此口诀以厚度为3毫米以下的钢母线为准，计算交流电的载流量，安。
对于直流电，口诀单独作了说明。
①这句口诀表明3毫米以下的钢母线，截面的平方毫米数也就是载流量的安数。
例如：
30×3钢母线90安（30×3）
40×3钢母线120安（40×3）
②当厚度为4及以上时，载流量等于截面数再打八折。
例如：
40×4钢母线128安（40×4×0.8）
50×4钢母线160安（50×4×0.8）
③以上都是指交流的载流量。
对于直流，则按①或②计算后，再加大一半（即乘1.5）便是。
①
例如：
30×3钢母线直流载流量为135安（90×1.5）
40×4钢母线直流载流量为192安（128×1.5）
PID调节是什么
一个自动控制系统要能很好地完成任务，首先必须工作稳定，同时还必须满足调节过程的质量指标要求。
即：
系统的响应快慢、稳定性、最大偏差等。
很明显，自动控制系统总希望在稳定工作状态下，具有较高的控制质量，我们希望持续时间短、超调量小、摆动次数少。
为了保证系统的精度，就要求系统有很高的放大系数，然而放大系数一高，又会造成系统不稳定，甚至系统产生振荡。
反之，只考虑调节过程的稳定性，又无法满足精度要求。
因此，调节过程中，系统稳定性与精度之间产生了矛盾。
如何解决这个矛盾，可以根据控制系统设计要求和实际情况，在控制系统中插入“校正网络”，矛盾就可以得到较好解决。
这种“校正网络”，有很多方法完成，其中就有PID方法。
简单的讲，PID“校正网络”是由比例积分PI和比例微分PD"元件组"成的。
为了说明问题，这里简单介绍一下比例积分PI和比例微分PD。
微分：
从电学原理我们知道，见图2，当脉冲信号通过RC电路时，电容两端电压不能突变，电流超前电压90°，输入电压通过电阻R向电容充电，电流在t1时刻瞬间达到最大值，电阻两端电压Usc此刻也达到最大值。
随着电容两端电压不断升高，充电电流逐渐减小，电阻两端电压Usc也逐渐降低，最后为0，形成一个锯齿波电压。
这种电路称为微分电路，由于它对阶跃输入信号前沿“反应”激烈，其性质有加速作用。
积分：
我们再来看图3，脉冲信号出现时，通过电阻R向电容充电，电容两端电压不能突变，电流在t1时刻瞬间达到最大值，电阻两端电压此刻也达到最大值。
电容两端电压Usc随着时间t不断升高，充电电流逐渐减小，最后为0，电容两端电压Usc也达到最大值，形成一个对数曲线。
这种电路称为积分电路，由于它对阶跃输入信号前沿“反应”迟缓，其性质是“阻尼”缓冲作用。
此主题相关图片如下，点击图片看大图：
插入校正网络的情况
现在我们首先讨论自动控制系统引入比例积分PI的情况，见图4。
曲线PI
（1）对阶跃信号的响应特性曲线，当t=0时，PI的输出电压很小，（由比例系数决定）当t>0时，输出电压按积分特性线性上升，系统放大系数Ue线性增大。
这就是说，当系统输入端出现大的误差时，控制输出电压不会立即变得很大，而是随着时间的推移和系统误差不断地减小，PI的输出电压不断增加，既，系统放大系数Ue不断线性增大。
我们称这种特性为系统阻尼。
决定阻尼系数因素是PI比例系数和积分时间常数。
要不断提高控制系统的质量，就要不断改变PI比例系数和积分时间常数。
此主题相关图片如下，点击图片看大图：
我们再讨论控制系统引入比例微分PD的情况，见图4。
曲线PD
（2）对输入信号的响应特性曲线，当t=0时，PD使系统放大系数Ue骤增。
这就是说，当系统输入端出现误差时，控制输出电压会立即变大。
我们称这种特性为加速作用。
可以看出，过强的微分信号会使控制系统不稳定。
所以在使用中，必须认真调节PD比例系数和微分时间常数。
为妥善解决系统稳定性与精度之间的矛盾，往往将比例积分PI与比例微分PD组合使用，形成“校正网络”，也称PID调节。
PID调节特性曲线PID（3）（图4），是PI、PD特性曲线合成的。
适当的调节PI、PD上述各系数，就能保证控制系统即快又稳的工作。
结论：
PID调节器实际是一个放大系数可自动调节的放大器，动态时，放大系数较低，是为了防止系统出现超调与振荡。
静态时，放大系数较高，可以蒱捉到小误差信号，提高控制精度。
开关电源的工作原理和故障检测
工作原理 开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的开通与截止．将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压！
转化为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50HZ高很多．所以开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热！
！
成本很低．如果不将50HZ变为高频那开关电源就没有意义
开关电源的工作原理是:
1.交流电源输入经整流滤波成直流;
2.通过高频PWM（脉冲宽度调制）信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上;
3.开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载;
4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的.
交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰,同时也过滤掉电源对电网的干扰;
在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越高;
开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头,以得到需要的输出;
一般还应该增加一些保护电路,比如空载、短路等保护,否则可能会烧毁开关电源.
主要用于工业以及一些家用电器上，如电视机，电脑等
开关电源是利用现代电力技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。
开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。
线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。
随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。
开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。
另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。
如果要学会排除开关电源的故障，我们得对其工作原理以及哪些元件易损坏有个了解（图1、2）。
当市电从输入端输入时，首先到达由电容和电感组成L型或π型滤波电路进行滤波，以消除市电中的浪涌电压和干扰信号，提高电源质量。
同时，在市电输入端还串接有保险管，当电源发生短路性故障时，保险管熔断，避免故障扩大化。
并且，现在大多数的开关电源输入端还并有压敏电阻。
这种电阻当电压正常时，阻值为无穷大，不影响电路的工作。
而一旦电压过高，压敏电阻将短路，使通过保险管的电流增大，保险管熔断，避免了因高压致其他元件损坏。
经过滤波后的交流电经二极管桥式整流电路和高压大容量电容滤波后，生成300V的高压直流电压，之后该电压经电阻降压和简单稳压后送入振荡控制电路以生成振荡信号，生成的振荡信号通过电源振荡管放大后，配合高频变压器，会被转变为低压交流电压，低压交流电压再经过一次整流滤波后，就可以生成各种可供设备使用的低压直流电了。
另外，在主电压输出端，还设有电压采样反馈电路，将当前电压反馈回振荡控制电路，一旦主电压由于负载变化而产生电压漂移时，振荡控制电路将改变振荡脉宽，以保证输出电压的稳定性。
同时，当负载短路时，采样反馈信号也会及时通知振荡控制电路，停止电压的输出，避免电源因过载而损坏。
故障检测的方法
对开关电源有了一个基本了解后，我们来看看故障的检测与维修方法。
首先应观察电源保险管是否损坏。
如保险管损坏，不能急于更换，必须要先检查电源是否存在短路现象。
方法：
用万用表的电阻挡测试电源保险管后的交流端（如图3测试点一），其正常电阻应在数十千欧姆以上，如电阻为零，则说明电源存在交流短路现象。
另外
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