《電工技術(shù)》PPT課件.ppt

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U1 U2 n1 n2 電工技術(shù) 磁路與鐵磁材料 電工技術(shù) 第一章電路的基本概念和基本定律第二章電工測量第三章電路的分析方法第四章單相正弦交流電路第五章三相正弦交流電路第六章動態(tài)電路的分析第七章磁路與變壓器第八章異步電動機第九章繼電接觸器控制系統(tǒng) 第1章電路的基本概念和基本定律 教學(xué)目的和要求 1 知道電路的組成 作用和三種工作狀態(tài) 2 理解電流 電位 電壓 電動勢的物理概念及其參考方向的意義 3 掌握串聯(lián)電阻分壓 并聯(lián)電阻分流及混聯(lián)電阻的計算方法 4 熟練掌握歐姆定律 基爾霍夫定律 5 熟練掌握電功率 電能 電位的計算 關(guān)鍵詞 電路電流電位電壓電動勢電阻電功率電能 目錄 1 1電路的基本概念 電源 電器 電路元件 按照一定的方式聯(lián)接起來 構(gòu)成了電流的通路 稱之為電路 也叫網(wǎng)絡(luò) 實際電路的組成方式多種多樣 但通常由電源 或信號源 負載和中間環(huán)節(jié)3部分組成 1 1 1電路的組成1 電源電源是指電路中供給電能的裝置 電源的作用是將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能 2 負載負載是指用電設(shè)備 如電燈 電爐 電動機 揚聲器等 它的作用是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量 3 中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)是連接電源和負載的部分 用來傳輸 分配 控制電能 處理信號 如變壓器 輸電線 放大器 開關(guān)等 1 1 2電路的作用 電路通常有兩個作用 一是用來輸送 分配和轉(zhuǎn)換電能 所謂電路分析 就是在已知電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)的條件下 討論電路的激勵與響應(yīng)之間的關(guān)系 根據(jù)電路中使用的電源不同 電路可分為直流電路和交流電路 如果電路中電源電壓是恒定不變的 該電路稱為直流電路 如果電源電壓隨時間交替變化 稱為交流電路 1 2電路的基本物理量 1 2 1電流在物理學(xué)中講過 電荷 電子或離子 在電場力或其他外力 電磁力 化學(xué)力等 作用下 在電路中有規(guī)則地定向運動 形成了電流 電流的大小是用單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體某一截面的電荷量量度的 稱為電流強度 簡稱電流 用i表示 設(shè)在dt時間內(nèi) 通過導(dǎo)體某一截面S的電荷量為dq 則電流強度為 通常規(guī)定 正電荷的定向移動方向為電流的正方向 金屬導(dǎo)體中自由電子定向移動方向與電流的方向相反 電流強度I與電荷量q的關(guān)系式為 式中q是在時間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面S的電量 電流強度的單位是mA 毫安 和 A 微安 分析 計算較復(fù)雜電路時 開始往往難以判斷電路中電流的實際方向 通?？梢允孪热我膺x定某一方向作為電流的正方向也稱參考方向 把電流看成代數(shù)量進行計算 如果計算后該電流值為正值 說明電流的實際方向與參考方向相同 反之 電流值為負值 則電流的實際方向與參考方向相反 如圖1 3所示 圖1 3電流的參考方向和實際方向 1 2 2電位 電荷在電場或電路中具有一定的能量 電場力將單位正電荷從某一點A沿任意路徑移到參考點所做的功稱為該點的電位或電勢 即 計算電位必須有一個參考點才能確定它的具體數(shù)值 參考點的電位一般規(guī)定為零 高于參考點的電位為正 低于參考點的電位為負 參考點是可以任意選定的 但一經(jīng)選定之后 各點電位的計算即以該點為準 電路中電位相等的點稱為等電位點 1 2 3電壓 電路中某兩點間的電位之差稱為電壓 在國際單位制中 電勢 電壓的單位是V 伏特 簡稱伏 與電流一樣 電壓也分為直流電壓 交流電壓 電壓的實際方向為高電位點指向低電位點 所以電壓又稱為電壓降 簡稱壓降 在分析與計算電路時 電壓與電流一樣選定參考方向 在元件或電路兩端用 表示電壓參考方向 號表示參考高電位端 號表示參考低電位端 在選定參考方向下 電壓的參考方向與實際方向相同時 電壓值為正 電壓的參考方向與實際方向相反時 電壓值為負 如圖1 4所示 而電壓的實際方向是客觀存在的 不會因電壓的參考方向不同而改變 a U 0 b U 0圖1 4電壓的參考方向與實際方向 電流的參考方向的選定與電壓參考方向的選定是獨立無關(guān)的 但為方便起見 對一段電路或一個電路元件 如果選定電流參考方向與電壓參考方向一致時 稱為關(guān)聯(lián)參考方向 簡稱關(guān)聯(lián)方向 如果選定電流參考方向與電壓參考方向相反 稱為非關(guān)聯(lián)參考方向 簡稱非關(guān)聯(lián)方向 1 2 4電動勢 將單位正電荷從電源的負極移到正極所做的功 稱為電源的電動勢 用符號E表示 電動勢的單位也是V 電動勢是衡量電源做功能力的一個物理量 電動勢的正方向規(guī)定為在電源內(nèi)部自低電位端指向高電位端 也就是電位升高的方向 1 2 5電阻 1 導(dǎo)體的電阻自然界中 根據(jù)物質(zhì)導(dǎo)電能力的強弱 一般可分為導(dǎo)體 半導(dǎo)體和絕緣體 其中 導(dǎo)電性能良好的物質(zhì)叫導(dǎo)體 其內(nèi)部存在著大量的自由電荷 導(dǎo)電性能很差的物質(zhì)叫絕緣體 其內(nèi)部幾乎沒有自由電荷 導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體 常用的電阻單位還有k 千歐 M 兆歐 2 電阻定律導(dǎo)體的電阻不僅和導(dǎo)體的材料種類有關(guān) 而且還和導(dǎo)體的尺寸有關(guān) 式中 L的單位為m S的單位為m2 R的單位為 叫做導(dǎo)體的電阻率 單位是 m 電阻的倒數(shù) G 1 R 稱為電導(dǎo) 是表示物體導(dǎo)電能力的一個物理量 電導(dǎo)的單位是1 或稱為S 西門子 簡稱西 3 電阻與溫度的關(guān)系 通常導(dǎo)體的電阻隨溫度的增加而增大 式中 R1是起始溫度t1時的導(dǎo)體電阻 R2是溫度增加到t2時的導(dǎo)體電阻 叫電阻溫度系數(shù) 單位是1 它等于溫度上升1 時 每歐導(dǎo)體電阻所增加的數(shù)值 例1 2 電機制造廠制造大型電機時 在內(nèi)部放置一個鉑絲電阻元件 以便及時測出電機內(nèi)部溫度 現(xiàn)已知20 時元件的電阻R1 49 5 運行到某一時刻測出元件的電阻R2 60 9 求此時電機內(nèi)部的溫度 解據(jù)表1 1查得鉑絲的溫度系數(shù) 0 00398 由式可得此時電機內(nèi)部的溫度為78 1 3電路的歐姆定律 1 3 1一段電路的歐姆定律 在一段沒有電動勢而只有電阻的電路中 電流I的大小與電阻R兩端的電壓U高低成正比 與電阻值R的大小成反比 這就是一段電路的歐姆定律 此定律可用下式表示 引入電導(dǎo)后 歐姆定律還可以寫成 電阻R是一個常數(shù) R就是線性電阻 由線性元件構(gòu)成的電路叫做線性電路 含有非線性元件的電路叫做非線性電路 1 3 2 閉合電路的歐姆定律 上兩式就是閉合電路歐姆定律的表達式 式中IR0稱為電源的內(nèi)部壓降 或稱內(nèi)阻壓降 U稱為電源的端電壓 例1 3 如圖1 12所示 電源的電動勢E 12V 電源的內(nèi)阻R0 0 5 負載電阻R 10 當開關(guān)K合上后 試求 1 流過電流表的電流I 電阻R兩端的電壓U 電源的內(nèi)部壓降U0各為多大 2 當R 0時 電路中的I U U0各為多大 3 當R 時 電路中的I U U0各為多大 解 1 2 當R 0時 外電路處于短路狀態(tài) 此時有 3 當R 時 外電路處于開路狀態(tài) 此時有 由上述計算可以看到 因電源內(nèi)阻一般比較小 當負載電阻等于零時 通過電源的電流很大 這時電源很容易損壞 應(yīng)該避免 圖1 12 例1 3附圖 1 4電功率與電能 電路中電流通過用電設(shè)備時 電能將轉(zhuǎn)換成其他形式的能量而做功 單位時間內(nèi)電流所做的功稱為電功率 簡稱功率 用符號P表示 設(shè)在dt時間內(nèi)電路轉(zhuǎn)換的電能為dW 則有 1 4 1電功率 在直流電路中 用電設(shè)備的電功率P與電源的電壓U 通過的電流I及負載電阻的關(guān)系可表示為 在國際單位制中 電功率的單位是W 瓦特 簡稱瓦 還可采用kW 千瓦 和mW 毫瓦 表示 例1 4 計算圖1 13所示電源的功率 說明它是吸收功率還是發(fā)出功率 解圖1 13 a 中 U 15V I 2A 且U與I為關(guān)聯(lián)參考方向 故P UI 15 2 30 W 0 吸收功率 此時電源處于充電狀態(tài) 圖1 13 b 中 U與I也為關(guān)聯(lián)參考方向 故P UI 15 2 30 W 0 發(fā)出功率 電源處于對外供電狀態(tài) 圖1 13 c 中 U與I的參考方向不一致 故P UI 15 2 30 W 0 電源吸收功率 圖l 13 例1 4附圖 1 4 2電能 用電設(shè)備在t1 t2的一段時間內(nèi)消耗的電能W為 在直流電路中 負載上的功率不隨時間變化 用電設(shè)備工作一定時間t之后消耗的電能W可用下式表示 W Pt當功率的單位用kW 千瓦 時間的單位用h 小時 表示時 電能的單位為kWh 千瓦時 習慣上稱度 1KWh 3 6 106J 1 4 3電流的熱效應(yīng) 當電流通過金屬導(dǎo)體時 導(dǎo)體會發(fā)熱 這是因為電流通過導(dǎo)體時 要克服導(dǎo)體電阻的阻礙作用而做功 促使導(dǎo)體分子的熱運動加劇 就有部分電能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能 使導(dǎo)體的溫度升高 發(fā)出熱量 把這種由電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能而放出熱量的現(xiàn)象 叫做電流的熱效應(yīng) 在導(dǎo)體中 若電能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能 則在一段時間內(nèi) 導(dǎo)體所發(fā)出的熱量就等于同一時間內(nèi)所耗用的電能 因此 有Q W Pt UIt I2Rt如果電路中通過的是交流電流i 則在時間t內(nèi)通過電阻R產(chǎn)生的熱量用焦耳定律可表示為 單位時間內(nèi)電流通過產(chǎn)生的熱量 通常稱為電熱功率 其表示為PQ Q t I2R 例題1 5 如圖1 14所示 加在內(nèi)阻r 4 的電動機上的電壓為220V 通過電動機的電流為5A 求 1 電動機消耗的電功率P 2 電動機消耗的熱功率PQ 3 通電10分鐘電動機產(chǎn)生的熱量Q 4 電動機的效率 解 1 負載是非純電阻電路 電功率為P UI 220 5 1100 W 2 電動機消耗的電熱功率為PQ I2r 52X4 100 W 3 電動機產(chǎn)生的熱量為Q PQt I2rt 100 x600 60000 J 4 電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能的功率為pj p pq 1100 100 1000 W 效率為 pJ p 1000 1100 0 91 91 圖1 14 例題1 5附圖 1 5電路的工作狀態(tài) 1 5 1空載狀態(tài) 處于空載狀態(tài)時電路具有下列特征 1 5 2短路狀態(tài) 處于短路時電路具有下列特征 1 5 3負載工作狀態(tài) 處于負載狀態(tài)時電路具有下列特征 例1 6 如圖1 15所示 已知E 12V r0 0 3 導(dǎo)線電阻R1 0 4 負載電阻RL 8 9 求 1 電路在正常工作情況下的電流I 2 當負載兩端發(fā)生短路時 電源通過的電流I S 3 當電源兩端發(fā)生短路時 電源通過的電流I S 解 圖1 15 例1 6附圖 1 6電路的聯(lián)結(jié) 1 6 1電阻的串聯(lián) 兩個或兩個以上電阻依次相聯(lián) 中間無分支的連接方式叫電阻的串聯(lián) 1 串聯(lián)電路的性質(zhì) 1 串聯(lián)電路中流過每個電阻的電流都相等 即 2 串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各電阻兩端的電壓之和 即 3 串聯(lián)電路的等效電阻 即總電阻 等于各串聯(lián)電阻之和 即 4 串聯(lián)電路的總功率等于各串聯(lián)電阻功率之和 即 2 串聯(lián)電路的分壓作用 在串聯(lián)電路中 電壓的分配與電阻成正比 即電阻值越大的電阻所分配到的電壓越大 反之電壓越小 3 電阻串聯(lián)的應(yīng)用 電阻串聯(lián)的應(yīng)用很廣泛 在實際工作中常見的應(yīng)用有 1 用幾種電阻串聯(lián)來獲得阻值較大的電阻 2 采用幾個電阻構(gòu)成分壓器 使同一電源能供給幾種不同的電壓 3 當負載的額定電壓低于電源電壓時 可用串聯(lián)的辦法來滿足負載接入電源的需要 4 利用串聯(lián)電阻的方法來限制和調(diào)節(jié)電路中電流的大小 5 在電工測量中 廣泛應(yīng)用串聯(lián)電阻的方法來擴大電壓表的量程 1 6 2 電阻的并聯(lián) 兩個或兩個以上電阻接在電路中相同的兩點之間的連接方式 叫電阻的并聯(lián)電路 1 并聯(lián)電路的性質(zhì) 1 并聯(lián)電路中各電阻兩端的電壓相等 且等于電路兩端的電壓 2 并聯(lián)電路中的總電流等于各電阻中的電流之和 即 3 并聯(lián)電路的等效電阻 即總電阻 的倒數(shù)等于各并聯(lián)電阻的倒數(shù)之和 即 4 并聯(lián)電路消耗的功率的總和等于相并聯(lián)各電阻消耗功率之和 即 2 并聯(lián)電路的分流作用 在并聯(lián)電路中 電流的分配與電阻成反比 即阻值越大的電阻所分配到的電流越小 反之電流越大 3 電阻并聯(lián)的應(yīng)用電阻并聯(lián)的應(yīng)用也非常廣泛 在實際工作中常見的主要應(yīng)用有 1 凡是工作電壓相同的負載幾乎全是并聯(lián) 2 用并聯(lián)電阻來獲得某一較小電阻 3 在電工測量中 廣泛應(yīng)用并聯(lián)電阻的方法來擴大電流表的量程 1 6 3電阻的混聯(lián) 實際應(yīng)用的電路大多包含串聯(lián)電路和并聯(lián)電路 既有電阻的串聯(lián)又有電阻的并聯(lián)的電路叫電阻的混聯(lián)電路 計算混聯(lián)電路的等效電阻的步驟大致如下 1 先要把電路整理和化簡成容易看清的串聯(lián)或并聯(lián)關(guān)系 2 根據(jù)簡化的電路進行計算 例1 7 用滑動變阻器接成分壓電路 用于調(diào)整負載電阻電壓的高低 如圖1 19所示 已知變阻器的額定值為100 3A 輸入電壓U 220V RL 50 試問 1 當R2 50 時 輸出電壓UL是多少 2 當R2 75 時 輸出電壓UL是多少 分壓器能否安全工作 解 1 當R2 50 時 從圖1 19可知 R2與RL并聯(lián) 再與R1串聯(lián) R1 50 等效電阻為 電阻器R1中的電流I為 負載電阻RL中的電流IL為 圖1 19 例1 7附圖 2 當R2 75 時 R1 25 則 電阻器R1中的電流I為 負載電阻RL中的電流IL為 從計算可知 由于I 4A 大于滑動變阻器的額定電流 所以分壓器不能安全工作 1 7基爾霍夫定律 1 支路沒有分支的電路稱為支路 2 節(jié)點三條或三條以上支路的交點稱為節(jié)點 3 回路電路中任意一個閉合路徑稱為回路 回路由一條或多條支路組成 4 網(wǎng)孔回路平面上不含支路的回路叫網(wǎng)孔 1 7 1基爾霍夫電流定律 對于電路中任一節(jié)點 在任一時刻流入節(jié)點的電流之和等于流出該節(jié)點的電流之和 即流經(jīng)任意一個節(jié)點上的電流的代數(shù)和恒等于零 通常規(guī)定流入節(jié)點的電流前面取正號 流出節(jié)點的電流前面取負號 例1 8 圖1 20所示電路中 已知I1 0 2A I2 0 3A I3 0 1A I4 0 7A 求I5解 由KCL可得 即 圖1 20 例1 8附圖 1 7 2基爾霍夫電壓定律 對于電路中的任一回路 從回路中任意一點出發(fā)沿該回路繞行一周 則在此方向上的電勢上升之和等于電勢下降之和 電壓 電流的參考方向與回路繞行方向一致時電壓取正號 相反時取負號 電動勢的參考方向與回路繞行方向一致時取負號 相反時取正號 例1 9 如圖1 21所示電路中 求I1 I2 I3 I4和U 解 1 根據(jù)KCL對節(jié)點a可得 I1 6 10 0即I1 10 6 4 A 對節(jié)點b可得I1 2 I2 0即I2 I1 2 4 2 6 A 對節(jié)點c可得 I2 4 I3 0即I3 I2 4 6 4 2 A 對節(jié)點d可得I4 10 I3 0即I4 I3 10 2 10 8 A 2 根據(jù)KVL可得 E I2R1 U 10R2 0即U 10R2 E I2R1 10X2 12 6 X1 14 V 圖1 21 例1 9附圖 1 8電路中電位的計算 電位是一個相對量 要確定電位必須在電路中先選擇一個參考點 令參考點的電位為零 那么電路中任一點的電位就是該點到參考點的電壓 例1 10 在圖1 22電路中 分別以a點和b點為參考點 計算電路中各點的電位 解圖1 22 a 電路中 以a點為參考點 Ua 0則Uc Ua Uca 6X10 60 V Uc Uca 60 V Ub Ua Uba 5X8 40 V Ub Uba 40 V Ud Uda 5X2 10 V 圖1 22 b 電路中 以b點為參考點 Ub 0 則Ua Uab 5X8 40 v Uc Ucb Uca Uab 60 40 100 V Ud Udb 50 V 圖1 22 例1 10附圖 例1 11 電路如圖1 23所示 已知E1 6V E2 4V R1 4 R2 R3 2 試求A點電位UA 解 先求電流I1 I2以B點為參考點 因I3 0所以UA I3R3 E2 I2R2 0 4 2X1 2 V 或UA I3R3 E2 I1R1 E1 0 4 4X1 6 2 V 圖1 23 例1 11附圖 從以上兩個例題可以看出 在計算電路中各點電位時 要注意以下兩點 1 電路中某一點電位等于該點與參考點之間的電壓 2 參考點選得不同 電路中各點的電位值隨著改變 但是任意兩點間的電壓值是不變的 所以各點電位的高低是相對的 而兩點間的電壓值是絕對的 本章小結(jié) 一 電路的基本概念1 電路按其作用通常由電源 負載和中間環(huán)節(jié)三部分組成 電路有開路 短路和負載三種狀態(tài) 2 電流 電壓參考方向是事先選定的一個方向 如果選定電流的參考方向為從標有電壓 十 端指向 端 則稱電流與電壓的參考方向為關(guān)聯(lián)參考方向 3 電路中任意一點的電位值隨著參考點的改變而改變 而電路中任意兩點的電位差 電壓 與參考點的改變無關(guān) 兩者的關(guān)系為 Uab Ua Ub4 電動勢是衡量電源做功能力的一個物理量 電動勢的正方向規(guī)定為在電源內(nèi)部自低電位端指向高電位端 也就是電位升高的方向 5 電阻定律 它還與溫度有關(guān) 電阻值與所通過電流無關(guān)的稱為線性電阻 否則稱為非線性電阻 電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo) 是表示物體導(dǎo)電能力的一個物理量 6 功率指電能量對時間的變化率 即 直流電路中P UI 在關(guān)聯(lián)方向下P 0表示吸收功率 P O表示元件發(fā)出功率 7 串聯(lián)電路的性質(zhì) 1 串聯(lián)電路中流過每個電阻的電流都相等 即 2 串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各電阻兩端的電壓之和 即 3 串聯(lián)電路的等效電阻 即總電阻 等于各串聯(lián)電阻之和 即 4 串聯(lián)電路的總功率等于各串聯(lián)電阻功率之和 即 串聯(lián)電阻具有分壓作用 8 并聯(lián)電路的性質(zhì) 1 并聯(lián)電路中各電阻兩端的電壓相等 且等于電路兩端的電壓 即 2 并聯(lián)電路中的總電流等于各電阻中的電流之和 即 3 并聯(lián)電路的等效電阻 即總電阻 的倒數(shù)等于各并聯(lián)電阻的倒數(shù)之和 即 4 并聯(lián)電路消耗的功率的總和等于相并聯(lián)各電阻消耗功率之和 即 并聯(lián)電阻具有分流作用 二 電路的基本定律1 電路的歐姆定律 1 一段電路的歐姆定律 2 閉合電路的歐姆定律2 焦耳定律3 基爾霍夫定律是研究復(fù)雜電路各支路電流和回路電壓之間的關(guān)系的基本定律 1 基爾霍夫電流定律 簡稱KCL I 0 2 基爾霍夫電壓定律 簡稱KVL U 0 第2章電工測量 教學(xué)目的和要求 了解電工測量儀表的分類 結(jié)構(gòu)和工作原理 學(xué)會用萬用表測電流 電壓和電阻 掌握電壓表 電流表 功率表的使用 理解電度表 兆歐表的使用 目錄 2 1電工測量儀表的分類 1 根據(jù)被測量的性質(zhì)分類電流表 毫安表 微安表 電壓表 千伏表 功率表 千瓦表 歐姆表 兆歐表 電度表2 根據(jù)電工測量儀表的動作原理分類可分為磁電式 電磁式 電動式 整流式 感應(yīng)式等類型 3 根據(jù)電工測量儀表測量電流的種類分類可分為直流儀表 用 或DC表示 交流儀表 用 或AC表示 交直流兩用儀表 4 根據(jù)電工測量儀表的準確度等級分類 電工儀表測量的準確度級別不同分為0 1級 0 2級 0 5級 1級 1 5級 2 5級 4 0級七種 一般0 1級和0 2級儀表用來作標準儀器 以校準其他工作儀表 而實驗中多用0 5級到2 5級儀表 2 2萬用表2 2 1磁電式萬用表 2 2 2數(shù)字式萬用表 使用時的注意事項 嚴禁在測量高壓 100V以上 或強電流 0 5A以上 時撥動量程開關(guān) 測量交流時 交流電壓或電流的頻率不得超過45Hz 500Hz的范圍 否則測量結(jié)果不準確 測量電阻時 嚴禁帶電測量 數(shù)字萬用表使用完畢后 應(yīng)將量程開關(guān)置于電壓最高量程 再關(guān)電源 不得在高溫 暴曬 潮濕 灰塵大等惡劣環(huán)境下使用或存放數(shù)字萬用表 長期不用時 應(yīng)將萬用表內(nèi)電池取出 2 3電流與電壓的測量 2 3 1電流的測量電流表應(yīng)與被測電路串聯(lián) 為了減小電流表內(nèi)阻造成的誤差 電流表的內(nèi)阻要盡可能小 因此使用時切不可將它并聯(lián)在電路中 否則造成短路 將電流表燒壞 在使用時務(wù)須特別注意 1 直流電流的測量2 交流電流的測量 2 3 2電壓的測量 電壓表是用來測量電源 負載或電路中某段端電壓的 應(yīng)和被測電路并聯(lián) 為了使被測電路不因接入電壓表而受影響 電壓表的內(nèi)阻應(yīng)盡可能大 如果誤將電壓表串聯(lián)在電路中 則得不到要測量的電壓 1 直流電壓的測量2 交流電壓的測量交流電壓通常用電磁式電壓表進行測量 可借助與電壓互感器測量較高的交流電壓 2 4功率的測量 2 4 1單相交流和直流功率的測量 2 4 2三相功率的測量 在實際工程和日常生活中 由于廣泛采用的是三相交流系統(tǒng) 因此 三相功率測量也就稱為基本的測量 三相功率的測量儀表 大多采用單相功率表 也有采用三相功率表 其測量方法有一表法 二表法 三表法及直接三相功率表法四種 2 5電度表及電能的測量 2 5 1電度表及其接線方式 2 5 2電能的測量 電能的組成包括有功電能和無功電能兩部分 有功電能可用有功電度表進行測量 無功電能可用無功電度表進行測量 通常進行的是有功電能的測量 2 6兆歐表的使用 2 6 1兆歐表的工作原理兆歐表又稱搖表 是一種測量高電阻的儀表 經(jīng)常用它測量電氣設(shè)備的絕緣電阻 其表盤刻度以兆歐 M 為單位 2 6 2絕緣電阻的測量 絕緣電阻的一般測量方法是將兆歐表平穩(wěn)放置 然后將被測絕緣電阻的兩端接在兆歐表的 線 L 和 地 E 兩端鈕上 均速 額定轉(zhuǎn)速 搖動發(fā)電機 當指針穩(wěn)定后 讀取比率表中的數(shù)值 即為被測絕緣電阻的值 1 測量前應(yīng)檢查兆歐表在 線 地 短接及開路是否為0和 若不是 則應(yīng)調(diào)整 2 為獲取準確的測量結(jié)果 要求手搖發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速下工作一分鐘后進行讀數(shù) 3 用兆歐表時 由于發(fā)電機端口電壓能達千伏級 所以要注意測量安全 本章小結(jié) 一 電工測量儀表的類型電工測量儀表按其動作原理可分為磁電式 電磁式 電動式 整流式 熱電式等幾種 一般可以用來測量電流 電壓 電阻 功率 功率因素 電能量等參數(shù) 二 常用的測量儀表1 萬用表又稱萬能表 是一種多功能攜帶式電工儀表 它有磁電式和數(shù)字式兩大類 2 電流的測量是用電流表來實現(xiàn)的 電壓的測量是用電壓表來實現(xiàn)的 電流表和電壓表的量程是可以改變的 3 功率的測量分為單相功率測量和三相功率測量 單相功率是利用單相功率表實現(xiàn)的 三相功率測量方法有一表法 二表法 三表法及三相功率表法四種 4 電度表分為單相電度表和三相電度表 單相電能測量用單相電度表實現(xiàn) 三相電能測量有三種方法 一是在對稱負載情況下用一只單相電度表測量 二是利用三只單相電度表分別測量 三是利用三相電度表進行測量 5 兆歐表又稱為搖表 它是一種測量大電阻的儀表 它是利用內(nèi)部電壓回路和電流回路共同作用來工作的 第3章電路的分析方法 3 1電壓源 電流源及其等效變換 3 1 1電壓源 電壓源具有以下特點 電壓源兩端的電壓us t 為確定的時間函數(shù) 與流過的電流無關(guān) 當us為直流電壓源時 如果內(nèi)阻R0 0 兩端的電壓us t 不變 us t U 我們把這個電壓源稱為理想的電壓源 3 1 2電流源 電流is t 是確定的時間函數(shù) 與電流源兩端的電壓無關(guān) 在直流電流源的情況下 如果內(nèi)阻R0 0 輸出的電流是恒值 is t i 我們把這個電流源稱為理想的電流源 目錄 3 1 3實際電源兩種模型的等效變換 實際電源可用兩種電路模型來表示 一種為理想電壓源和一電阻 內(nèi)阻R0 的串聯(lián)模型 還有一種為理想電流源和電阻 內(nèi)阻R0 的并聯(lián)模型 如圖3 9所示 實際電源的這兩種電路模型 對外電路是相互等效的 圖3 9 電壓源與電流源等效變換時應(yīng)注意 1 電壓源與電流源的等效變換關(guān)系只對外電路而言 內(nèi)部是不等效的 2 變換時 兩種電路模型的極性必須一致 3 理想電壓源與理想電流源不能等效變換 例3 1 如圖3 12 a 所示電路 化簡為一個電壓源與一個電阻串聯(lián)的形式 解 該電路是兩個實際電壓源并聯(lián) 對電路先把2個實際電壓源分別等效成電流源 如圖3 12 b 所示 其中 然后2個電流源并聯(lián) 如圖3 12 c 所示 其中 由圖3 12 c 電流源等效成圖3 12 d 電壓源電路 其中 a b c d 圖3 12 例3 1附圖 例3 2 如圖3 13 a 所示電路 將其化簡為一個電壓源與一個電阻串聯(lián)的形式 解 該電路是兩個實際電流源串聯(lián) 對電路先把兩個實際電流源分別等效成電壓源 如圖3 13 b 所示 其中 兩個電壓源串聯(lián)方向相反 E2 E1 0 內(nèi)阻R0 R01 R02 15 就得到圖3 13 c 所示的等效電路 a b c 圖3 13 例3 2附圖 3 2支路電流法 支路電流法是分析 計算復(fù)雜電路的一個基本方法 該方法以電路中各支路電流為待求量 根據(jù)基爾霍夫電流定律和電壓定律分別列出電流和電壓方程 而后求解得出各支路電流 支路電流法的解題步驟為 1 標出各支路電流的參考方向及網(wǎng)孔的繞行方向 如果不能確定電流的實際方向 可先假定一個方向 根據(jù)計算出的電流值的正負 可判別電流實際方向 2 根據(jù)基爾霍夫電流定律列出各節(jié)點的電流方程 如果電路中有n個節(jié)點 則列出 n 1 個獨立電流方程 3 根據(jù)基爾霍夫電壓定律列出回路的電壓方程 如果電路中有n個節(jié)點 y條支路 則需要y個獨立方程才能解出各支路電流 而電流方程已經(jīng)列出了 n 1 個 所以回路電壓方程應(yīng)當有y n 1 個 通常 選取電路的網(wǎng)孔作為回路 列出的方程定為獨立方程 4 求解聯(lián)立方程組 得出各支路電流 例3 3 圖3 15所示電路中 已知E1 10V R1 6 R2 4 R3 2 IS 4A 試求各支路電流I1 I2 I3 解 1 由圖3 15可知 有三條支路 兩個節(jié)點 兩個網(wǎng)孔 各支路電流的參考方向和回路饒行方向如圖3 15所示 根據(jù)KCL列出 2 1 個節(jié)點電流方程為 2 根據(jù)KVL列出電壓方程 對網(wǎng)孔1可得 對網(wǎng)孔2可得 已知 3 將已知數(shù)據(jù)代入上述方程 解聯(lián)立方程組 解得 圖3 15 例3 3附圖 3 3結(jié)點電壓法 所謂結(jié)點電壓法 就是在給定的電路中 任取一個結(jié)點作為參考點 此結(jié)點為零電位 電路中任一結(jié)點與參考點之間的電壓稱為節(jié)點電壓 以節(jié)點電壓為求解對象 根據(jù)KCL列出各節(jié)點電流方程 進而求出支路電壓和支路電流 節(jié)點電壓法的解題步驟為 1 任意指定一個節(jié)點為參考點 設(shè)節(jié)點電壓U為未知量 2 根據(jù)彌爾曼定理求出節(jié)點電壓U 3 根據(jù)歐姆定律求出各支路電流 彌爾曼定理 例3 4 試用節(jié)點電壓法計算圖3 17中各電流 解 電路中有a b兩個節(jié)點 以b為參考點 設(shè)節(jié)點電壓為U 根據(jù)彌爾曼定理 各支路電流 圖3 17 例3 4 3 4疊加定理 在線性電路中 如果有多個獨立電源同時作用時在任何一條支路產(chǎn)生的電壓或電流 都等于電路中各個獨立電源單獨作用時在該支路所產(chǎn)生的電壓或電流的代數(shù)和 這就是疊加原理 應(yīng)用疊加原理解題的步驟為 1 將原電路圖等效成各個獨立源單獨作用的分電路圖 2 在各分電路圖中標出與原電路圖中一致的支路電流或電壓的參考方向 然后求解支路電流或電壓 3 將求出的各分電路的支路電流或電壓求代數(shù)和 例3 5 試用疊加原理求圖3 19 a 所示電路中的電流I 解 根據(jù)疊加原理 可分別求出電壓源E和電流源IS單獨作用時的電流 然后在進行疊加 圖3 19 b 中 將電流源開路 則 圖3 19 c 中 將電壓源短路 則 疊加得 注意 電功率不能疊加 請同學(xué)們自行驗證 圖3 19 例3 5附圖 3 5等效電源定理 所謂有源二端網(wǎng)絡(luò) 就是指具有兩個出線端的內(nèi)含獨立電源的部分電路 不含獨立電源的二端網(wǎng)絡(luò)則稱為無源二端網(wǎng)絡(luò) 有源二端網(wǎng)絡(luò)對外電路的作用可以用一個等效電源代替 由此得出兩個定理 一個是戴維南定理 一個是諾頓定理 3 5 1戴維南定理 所謂戴維南定理 是指任何一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò) 如圖3 2l a 所示 對外電路的作用都可以用一個理想電壓源E和電阻R0串聯(lián)來等效代替 如圖3 21 b 所示 其中電壓源的電壓等于有源二端網(wǎng)絡(luò)兩端點間的開路電壓U0 電阻R0等于該二端網(wǎng)絡(luò)中所有獨立電源不作用時無源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻 圖3 21戴維南定理的示意圖 應(yīng)用戴維南定理解題步驟為 1 畫出待求量所在支路去掉后的電路 并求開路電壓U0 2 畫出全部獨立源均為零值時的電路 并求端口處的等效電阻R0 3 畫出戴維南等效電源電路 求出待求量 例3 6 計算圖3 22 a 所示電路中的I 解 計算有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓U0 將電阻Ra斷開 得到如圖3 22 b 所示的有源二端網(wǎng)絡(luò) 圖 b 中 則 求無源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻Rab 將電壓源短路 如圖3 22 c 所示 按戴維南定理畫出等效電壓源電路如圖3 22 d 所示 將Ra接上 得 a b c d 圖3 22 例3 6附圖 3 5 2諾頓定理 所謂諾頓定理 是指任何一個有源二端網(wǎng)絡(luò) 如圖3 23 a 所示 總可以用一個理想電流源Is和電阻R0并聯(lián)來等效代替 如圖3 23 b 所示 電流源的電流等于原有源二端網(wǎng)絡(luò)在端口處的短路電流Isc 電阻R0等于原有源二端網(wǎng)絡(luò)所有獨立源均為零值時 在端口開路時求得的網(wǎng)絡(luò)的等效電阻 應(yīng)用諾頓定理解題的步驟為 1 畫出待求量所在支路短路后的電路 并求短路電流ISC 2 畫出全部獨立源均為零值時的電路 并求待求量所在支路開路時的端口處的等效電阻R0 同戴維南定理求R0一樣 3 畫出諾頓等效電源電路 求出待求量 a b 圖3 23 例3 7 試用諾頓定理計算圖3 24 a 所示電路中通過R1的電流I值 已知R1 4 R2 5 R3 10 E1 10V E2 8V 解 將R1短路 畫出圖3 24 b 求Isc 利用疊加原理 分別畫出圖3 24 b 的等效電路圖3 24 c 和圖3 24 d 由圖3 24 c 求得 圖3 24 由圖3 24 d 求得 R2短路 疊加得 畫出圖3 24 e 求等效電阻R0 畫出圖3 24 f 根據(jù)分流原理求I 總結(jié) 戴維南定理是有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電壓源定理 諾頓定理是有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電流源定理 如果把用戴維南定理求出的等效電壓源變換為一個等效電流源 即得到諾頓定理 3 5 3負載獲得最大功率的條件 任何一個電源或有源二端網(wǎng)絡(luò)都可以變換為一個電動勢E和內(nèi)阻R0串聯(lián)的等效電源 如圖3 25所示 圖3 25 負載獲得的功率為 令 求得負載獲得最大功率的條件是 當負載電阻與電源內(nèi)阻相等時 負載獲得最大功率 這種工作狀態(tài)稱為負載與電源匹配 此時電源內(nèi)阻上消耗的功率和負載獲得的功率相等 故電源效率只有50 所以 負載最大功率為 本章小結(jié) 電路分析是指已知電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù) 求各支路的電流和電壓 分析和計算復(fù)雜電路的方法有 電壓源與電流源等效變換 支路電流法 節(jié)點電壓法 疊加原理 等效電源定理等 1 電壓源與電流源的等效變換任何一個電源都可以用E和R0串聯(lián)的電壓源表示 也可以用IS和R0并聯(lián)的電流源表示 只要E ISR0 則這兩種表示方法對外電路等效 可以互換 2 支路電流法以支路電流為未知量 根據(jù)基爾霍夫電流定律 KCL 和基爾霍夫電壓定律 KVL 列結(jié)點的電流方程和回路的電壓方程 聯(lián)立方程 解出未知電流 注意在列方程時要保證各方程是獨立的 3 節(jié)點電壓法設(shè)結(jié)點電壓U為未知量 根據(jù)彌爾曼定理求出節(jié)點電壓U 根據(jù)歐姆定律求出各支路電流 彌爾曼定理公式 4 疊加原理在具有多個電源的線性電路中 任意一條支路的電流或電壓等于各電源單獨作用時所產(chǎn)生電流或電壓的代數(shù)和 各電源單獨作用時 就是假設(shè)其余電源都為零 理想電壓源短路 理想電流源開路 疊加原理更重要的一點在于它是分析線性電路的基礎(chǔ) 許多定理 原理均由它導(dǎo)出 疊加的概念廣泛應(yīng)用于線性電路的許多方面 注意 計算功率時不能用疊加原理 5 等效電源定理任何一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)都可以對外等效為一個電源 1 戴維南定理任何一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò) 可以用一個理想電壓源E和電阻R0串聯(lián)來等效代替 等效電壓源中E Uab R0 Rab 2 諾頓定理任何一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò) 可以用一個理想電流源Is和電阻R0并聯(lián)來等效代替 等效電流源中Is Iab R0 Rab如果把用戴維南定理求出的等效電壓源變換為一個等效電流源 即得到諾頓定理 3 負載獲得最大功率的條件是 RL R0負載最大功率為 第4章單相正弦交流電路 教學(xué)目的和要求1 理解正弦量的特征 周期 頻率 有效值 初相位和相位差的概念 2 熟悉正弦量的各種表示方法 重點掌握用相量圖分析和計算電路的方法 3 熟練掌握電阻 電感 電容元件交流電路的特征 4 掌握由RLC串聯(lián)電路得出交流電路的歐姆定律的一般形式及電壓 阻抗 功率三角形 能分析與計算簡單的單相交流電路 5 掌握阻抗串 并聯(lián)的特點 6 掌握交流電路功率因數(shù)提高的方法 7 了解諧振電路的條件和特征 目錄 4 1正弦交流電的基本概念 4 1 1周期頻率角頻率1 周期交流信號變化一次所需的時間稱為周期 用T表示 其單位是s 秒 還有用ms 毫秒 s 微秒 計量時間的 2 頻率1s內(nèi)信號重復(fù)變化的次數(shù)稱為頻率 用f表示 其單位是Hz 赫茲 還有用kHz 千赫 茲 MHz 兆赫 茲 計量頻率的 3 角頻率正弦交流電每秒內(nèi)變化的電角度稱為角頻率 用 表示 單位是rad s 弧度每秒 也表示正弦交流電變化的快慢 因為1個周期經(jīng)過的角度 2 rad 3600 故角頻率與頻率 周期三者之間的關(guān)系為 2 f4 1 2瞬時值最大值有效值瞬時值u t Umsin t u 2 最大值正弦交流電瞬時值中的最大值 它反映該正弦量變化的幅度 不隨時間變化 通常用大寫英文字母加下腳標表示 如Im Um Em分別表示正弦交流電流 交流電壓 交流電動勢的最大值 3 有效值I 0 707Im在交流電路中 用電壓表 電流表測量出來的電壓 電流值一般情況下均為有效值 通常 工作在交流電路中的電器設(shè)備的額定電壓 額定電流值也是有效值 4 1 3相位初相位相位差 1 相位初相位i t Imsin t i 式中 t i 稱為正弦量的相位 亦稱相位角 它反映了正弦量隨時間變化進程 相位角 t i 中的 i是t O時的相位 稱為初相位 簡稱初相 相位和初相位的單位都是rad 弧度 或0 度 正弦交流電的最大值 角頻率 初相位是構(gòu)成正弦交流電的三要素 2 相位差 t u t i u i 4 2正弦量的相量表示 4 2 1復(fù)數(shù)及其運算1 復(fù)數(shù)2 復(fù)數(shù)的運算 4 2 2相量表示法 我們把表示正弦量的復(fù)數(shù)稱為相量 這種表示方法稱為相量表示法 u Umsin t u 可用相量表示為U U u在正弦交流電路中 相量是滿足基爾霍夫定律的 4 2 3基爾霍夫定律的相量形式 I 0 U 0 4 3正弦交流電路的電路元件 4 3 1電阻元件U IRP UI I2R4 3 2電感元件u Ldi dt若i Imsin t則u Im Lcos t Im Lsin t 900 Umsin t 900 瞬時功率p ui Umsin t 900 Imsin t UmImsin tcos t UmImsin2 t 2 UIsin2 t平均功率P 0無功功率為了衡量電感元件與電源之間存在的能量交換的最大速率 定義電感的瞬時功率的幅值為無功功率 用QL表示 即QL ULI I2XL 4 3 3電容元件 1 電壓與電流的關(guān)系 2 功率 1 瞬時功率p ui Umsin tImsin t 900 UmImsin tcos t UmImsin t 2 UIsin2 t 2 平均功率p 1 T 0TUIsin2 tdt 0 3 無功功率Qc Ucl I2XC電容元件的電路中 電容兩端的電壓與流過電容的電流都為同頻率的正弦量 4 4RLC串聯(lián)交流電路 1 RLC串聯(lián)電路電壓與電流的相位關(guān)系如下 1 當XL Xc時 X 0 O 電壓超前于電流 電路呈電感性 稱為感性電路 2 當XL Xc時 X O 0 電壓滯后于電流 電路呈電容性 稱為容性電路 3 當XL Xc時 X 0 0 Z R 電壓與電流同相 電路呈電阻性 2 功率 l 瞬時功率p UIcos UIcos 2 t 2 平均功率P UIcos I2R 3 無功功率電感元件與電容元件不消耗功率 電路中的無功功率為Q QL Qc I UL Uc UIsin 4 視在功率將電壓和電流有效值的乘積UI稱為視在功率 用S表示 S UI 4 5阻抗的聯(lián)接 4 5 1阻抗的串聯(lián)在正弦交流電路中 阻抗的連接形式是多樣的 同直流電路中的一個無源電阻網(wǎng)絡(luò)可以用一個電阻等效一樣 一個RLC元件構(gòu)成的無源網(wǎng)絡(luò)也可以用一個阻抗等效 Z Z1 Z2 Zn4 5 2阻抗的并聯(lián)n個阻抗并聯(lián) 根據(jù)并聯(lián)電路的特點推出等效阻抗Z等于n個并聯(lián)的阻抗倒數(shù)之和 即1 Z 1 Z1 1 Z2 4 5 3阻抗的混聯(lián)在正弦交流電路中還有包含阻抗串聯(lián)和阻抗并聯(lián)的電路 既有阻的抗串聯(lián)又有阻抗的并聯(lián)的電路叫阻抗的混聯(lián) 阻抗混聯(lián)電路的串聯(lián)部分具有串聯(lián)的性質(zhì) 并聯(lián)部分具有并聯(lián)的性質(zhì) 計算阻抗混聯(lián)的等效阻抗時 可參考混聯(lián)電阻的計算方法 分清各阻抗的連接關(guān)系 再根據(jù)串 并聯(lián)電路的基本性質(zhì) 對阻抗逐步進行合并 對電路進行等效簡化 畫出等效電路圖 最后計算出電路的總阻抗 4 6功率因數(shù)的提高 4 6 1提高功率因素的意義cos 低 線路損耗大 cos 低 電源的利用率低 4 6 2提高功率因數(shù)方法提高功率因數(shù)cos 的最簡便的辦法 是利用電容與感性負載相并聯(lián) 其電路圖和相量圖如圖4 22所示 這樣就可以使電感中的磁場能量與電容的電場能量交換 從而減少電源與負載間能量的互換 圖4 22功率因數(shù)的提高 功率因數(shù)從COS 1提高到COS 2時需并入的電容器C的電容值為C P1 U2 tan 1 tan 2 所需的電容無功功率值為Qc UIc P1 tan 1 tan 2 注意 感性負載的功率因數(shù)并未提高 但整個電路的功率因數(shù)提高了 4 7電路的諧振 諧振現(xiàn)象是正弦交流電路的一種特定的工作狀態(tài) 在具有電感和電容的電路中 電路的端電壓與流過電路電流的相位一般是不同的 若調(diào)整電路中電感L 電容C的大小或改變電源的頻率 使電路端電壓和流過的電流同相位 電路呈電阻性 這種狀態(tài)稱為諧振現(xiàn)象 處于諧振狀態(tài)的電路稱為諧振電路 諧振電路在電工 電子技術(shù)中應(yīng)用廣泛 但諧振時又可能破壞系統(tǒng)的正常工作 應(yīng)引起充分重視 諧振電路分為串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振 4 7 1串聯(lián)諧振 電路處在串聯(lián)諧振時 具有下列特征 1 電源電壓與電路中的電流同相 00 電路呈電阻性 電源供給電路的能量全部被電阻消耗 電感中磁場能與電容中電場能發(fā)生能量交換 2 串聯(lián)阻抗最小 電流最大 這時由于Z R 故電流I U R最大 3 因為XL Xc 所以UL Uc UL與Uc相位相反 互相抵消 對整個電路不起作用 電阻上電壓就等于電源電壓U UR 4 但是 UL與Uc的單獨作用不能忽略 當XL Xc R時 UL Uc UR 又因諧振時U UR 所以UL Uc U 可見 當電路發(fā)生諧振時 會出現(xiàn)電感和電容上的電壓UL Uc超過電源電壓U許多倍的現(xiàn)象 因此串聯(lián)諧振又稱電壓諧振 4 7 2并聯(lián)諧振 并聯(lián)諧振時 電路具有以下待征 1 電路兩端電壓與電流同相位 電路呈電阻性 2 電路的并聯(lián)阻抗最大 電流最小 這時由于Z R 因此 當電壓U一定時 電路中的電流I U R達到最小 3 電感電流與電容電流大小相等 相位相反 互為補償 電路總電流等于電阻支路電流 4 各并聯(lián)支路的電流為j 0CU j 0CRI在并聯(lián)諧振時 IL Ic 但它們可以比并聯(lián)總電流大許多倍 因此 并聯(lián)揩振也稱電流諧振 本章小結(jié) 1 按正弦規(guī)律變化的交流電稱為正弦交流電 例如u Umsin t十 2 正弦交流電的三要素 最大值 初相角 角頻率 頻率 3 角頻率 2 f 頻率f 周期T 4 相位差反映兩個同頻正弦交流電在相位上超前或滯后的關(guān)系 初相與計時起點有關(guān) 相位差不隨計時起點而變 它等于兩個同頻正弦交流電的初相角之差 5 有效值 U I E 6 正弦交流電有四種表示方法 函數(shù)式 波形圖 相量式 相量圖 根據(jù)需要選擇適當?shù)男问?7 阻抗的連接8 提高功率因數(shù)的方法9 諧振電路 第5章三相正弦交流電路 5 1三相交流電路的基本概念 三相電源一般是由三個頻率相同 幅值相等 初相依次相差1200的正弦交流電源 按一定的方式連接組成的 它一般有三相發(fā)電機提供 圖5 1是一臺三相發(fā)電機的原理圖 它的主要部分是磁極和電樞 磁極是轉(zhuǎn)動的 亦稱轉(zhuǎn)子 電樞是固定的 亦稱定子 定子鐵心的內(nèi)圓周表面由沖有槽的硅鋼片疊成 槽內(nèi)用以放置三相電樞繞組 第一相電動勢達到最大值 第二相需轉(zhuǎn)過1 3周 即1200 后 其電動勢才能達到最大值 也就是第一相電動勢超前第二相電動勢相位1200 同理 第二相電動勢超前第三相電動勢1200相位 第三相電動勢又超前第一相電動勢1200相位 這三個電壓頻率相同 幅值相等 相位互差1200 組成對稱三相電源 圖5 1三相交流發(fā)電機原理圖 目錄 三相電壓的瞬時表達式為 以ua作為參考正弦量 其中 um為每相電壓的幅值 為有效值 三相電壓的相量分別為 三相電壓的波形圖和相量圖分別如圖5 2和圖5 3所示 圖5 2三相電壓的波形 圖5 3三相電壓的相量 對稱三相電壓的瞬時值之和 對稱三相電源的電壓之和 相量和瞬時值的代數(shù)和 恒為零 在這里 對稱的含意是 頻率相同 幅值相等 初相互差1200 上述結(jié)論同樣適用于三相對稱電流 因此可以說 任何對稱三相正弦量之和恒為零 三相電壓達到最大值或零值的次序 或者說從超前相到滯后相的次序稱為相序 在圖5 1和圖5 2中 a相電壓超前b相 b相電壓又超前c相 這時的相序為a b c 通常稱這種相序為正相序或順相序 若a相電壓超前c相 c相電壓又超前b相 這時的相序為a c b 則稱為負相序或逆相序 5 2三相電源的連接方式 三相電路是由三相電源 三相負載及它們的連接線組成的 因為它包括三個電源和三個負載 所以其連接方式比單相電路復(fù)雜 電源之間的連接方式的不同 它們的電壓 電流之間的關(guān)系也隨之不同 一般來講 三相電路中電源可接成星形 Y 和三角形 5 2 1三相電源的星形連接 即將三相末端連在一起 這一連接點稱為中點或零點 用O表示 這種連接法稱為星形連接 從中性點引出的導(dǎo)線稱為中性線 從三相始端a b c引出的三根導(dǎo)線稱為相線或端線 俗稱火線 1 相電壓與線電壓之間的關(guān)系 在對稱三相星形電源中 線電壓也是對稱的 其有效值時相電壓的倍 即 火線與中線間的電壓 稱為相電壓 它的有效值用Ua Ub Uc或一般用Up表示 而任意兩始端間的電壓 也就是兩火線間的電壓 稱為線電壓 它的有效值用Uab Ubc Uca或一般用UL表示 各相電動勢的正方向 選定為自繞組的末端指向始端 相電壓的正方向 選定為自始端指向末端 中點 線電壓的正方向 例如Uab 是自a端指向b端 5 2 2三相電源的三角形連接 如果在三相電源和負載中 對電源和負載均按各相的次序順次相接 即將各相的首尾依次串聯(lián) 則電源形成一個閉合的三角形如圖5 6 圖5 6電源的三角形連接 在三角形連接中 不可能再有中點和中線 三角形連接只有三相三線制 1 三角形連接時的相電壓與線電壓的關(guān)系三角形連接時相電壓與線電壓相等 2 相電流和線電流的關(guān)系在對稱三相三角形電源中 線電流也是對稱的 其有效值是相電流的倍 即 5 3三相負載的連接方式 我們平時所見到的用電器統(tǒng)稱為負載 負載按它對電源的要求分為單相負載和三相負載 單相負載就是指只需單相電源供電的設(shè)備 如電燈 電爐 電烙鐵等 三相負載時只需要三相電源供電的設(shè)備 如三相異步電動機 三相變壓器 大功率電爐等 在三相電路中 如果各相阻抗相同 即 Z1 Z2 Z3 Z 該三相負載稱為對稱三相負載 相應(yīng)的電路稱為對稱三相電路 而各相阻抗不同的三相負載稱為不對稱三相負載 相應(yīng)的電路稱為不對稱三相電路 三相電路中負載的連接方法也有兩種 星形 Y 連接和三角形 連接 三相電源的輸電方式有三相四線制 由三根火線和一根地線組成 通常在低壓配電系統(tǒng)中采用 由三根火線所組成的輸電方式稱三相三線制 5 3 1三相負載的星形連接 三相電路中的電流也有相電流和線電流之分 每相負載中的電流稱為相電流 每根火線中的電流稱為線電流 在星形連接的三相電路中 相電流等于線電流 中線電流為三條火線電流之和 當三相負載對稱時 可將中線省去 這樣 三相四線制就簡化為三相三線制 當三相負載不對稱時 各相電流的大小就不相等了 相位差也不一定相差1200 因此 中性相電流就不為零 此時中性線絕不可斷開 例5 1 如圖5 14所示的負載為星形連接的對稱三相電路 電源線電壓為380V 每相負載的電阻為 電抗為 試求 1 在正常情況下 每相負載的相電壓和相電流 2 第三相負載短路時 其余兩相負載的相電壓和相電流 3 第三相負載斷路時 其余兩相負載的相電壓和相電流 解 1 在正常情況下 由于三相負載對稱 中性線電流為零 故省去中性線 并不影響三相電路的工作 所以 各相負載的相電壓仍為對稱的電源相電壓 即 每相負載的阻抗為 所以 每相的相電流為 2 第三相負載短路時 線電壓通過短路線直接加在第一相和第二相的負載兩端 所以 這兩相的相電壓等于線電壓 即 從而求出相電流為 3 第三相負載斷路時 第一 二兩相負載串聯(lián)后接在線電壓上 由于兩相阻抗相等 所以 相電壓為線電壓的一半 即 于是得到這兩相的相電流為 圖5 14 例5 1附圖 5 3 2三相負載的三角形連接 在三相電路中 負載按各相的次序順次相接 即將各相的首尾依次串聯(lián) 形成閉合的三角形 然后再將電源和負載的相應(yīng)端點連接起來 這樣便構(gòu)成如圖5 15所示的三角形連接的三相電路 每相負載的電壓和電流的正方向已經(jīng)標出 在三角形連接中 不可能再有中點和中線 因此三角形連接只有三相三線制 5 15負載三角形連接的三相電路 三角形連接不論負載對稱與否 其相電壓總是對稱的 相電壓等于線電壓 即 三角形三相對稱電路中 即線電流是相電流的倍 各線電流在相位上比各相應(yīng)的相電流滯后300 又因為相電流是對稱的 所以 線電流也是對稱的 各線電流之間的相位差也是1200 綜上所述 三相負載既可以連成星形連接 也可以連成三角形連接 具體如何連接 應(yīng)根據(jù)負載的額定電壓和電源的電壓而定 例5 2 如圖5 15所示 有一三角形連接的對稱負載 每相的電阻R 6 感抗XL 8 電源電壓對稱 設(shè)uAB 220sin t V 試求 1 各相電流IP和各線電流IL以及各相的相位差角 2 寫出各線電流的瞬時值表示式 解 1 因為負載對稱 只需計算一相即可 三角形連接 所以相電流 線電流 相電流滯后與對應(yīng)的相電壓 角 即 2 線電流iA滯后相電流iAB300 又iAB滯后于uAB530 所以 因為線電流對稱 則有 5 15負載三角形連接的三相電路 5 4三相電路的功率 不論負載是星形連接或是三角形連接 總的有功功率必定等于有功功率之和 當負載對稱時 每相的有功功率是相等的 因此三相功率為 式中角是相電壓與相電流之間的相位差 當對稱負載是星形連接時 當對稱負載是三角形連接時 不論對稱負載是星形連接或是三角形連接 三相無功功率 三相無功視在功率 例5 3 有一三相電動機 每相的等效電阻 等效感抗 試求在下列兩種情況下電動機的相電流 線電流以及從電源輸入的功率 并比較所得結(jié)果 1 繞組聯(lián)成星形接于的三相電源上 2 繞組聯(lián)成三角形接于的三相電源上 解 1 因為是星形連接 2 比較 1 2 的結(jié)果 在兩種連接法中 相電壓 相電流及功率都沒有改變 僅線電流在 2 情況下增大了在 1 情況下的倍 5 5安全用電 5 5 1觸電的有關(guān)知識 人體因觸及高電壓的帶電體而承受過大的電流 以致引起死亡或局部受傷的現(xiàn)象稱為觸電 人觸電死亡的原因是 當通過人體的電流超過人能忍受的安全數(shù)值時 肺便停止呼吸 心肌失去收縮跳動的功能 導(dǎo)致心臟的心室顫動 血泵 不起作用 全身血液循環(huán)停止 血液循環(huán)停止之后 引起胞組織缺氧 在10 15秒種內(nèi) 人便失去知覺 再過幾分鐘 人的神經(jīng)細胞開始麻痹 繼而死亡 5 5 2安全電壓 人體與帶電體接觸時 對人體各部位組織 如皮膚 心臟 呼吸器官和神經(jīng)系統(tǒng) 不會造成任何損害的電壓叫做安全電壓 我國根據(jù) 實用電工手冊 推薦 人體安全電流 交流30mA 直流50mA 故得安全電壓 交流36V 直流50V 人體接觸時不會引起生命危險的電壓 一般指低于36伏以下的電壓 但應(yīng)注意 在潮濕的環(huán)境里 安全電壓值應(yīng)低于36V 采用更低的24V或12V電壓才安全 另外 有的同學(xué)還可能誤認為 只要某用電器兩端的電壓不超過36V 人就可以隨便觸及用電器的帶電部分而不發(fā)生觸電事故 這是不對的 因為用電器兩端的電壓和加在人體上的電壓是兩回事 綜上所述 在正常情況下 只有加在人體上不同部位之間的電壓不高于36V才是安全的 5 5 3觸電事故的種類 觸電方式主要分單線觸電 兩線觸電 跨步電壓觸電等三種 單線觸電是指人接觸帶電的電氣設(shè)備任何一相引起的觸電 在中點不接地系統(tǒng)中 單線觸電是電流經(jīng)過人體對地形成回路 如圖5 16所示 兩線觸電是指人體兩處同時觸及