注冊培訓+電工電子技術(shù).ppt

注冊培訓 電工電子技術(shù) 主講 王佳wangjia 1電場與磁場 1 1庫侖定律1 2高斯定理1 3環(huán)路定律1 4電磁感應(yīng)定律 1 1庫侖定律 處在靜止狀態(tài)的兩個點電荷 在真空 空氣 中的相互作用力的大小 與每個點電荷的電量成正比 與兩個點電荷間距離的平方成反比 作用力的方向沿著兩個點電荷的連線 同性電荷相互排斥 而異性電荷相互吸引 電荷q1對q2的作用力 電荷q1對q2的作用力 是新引進的另一基本常數(shù) 稱為真空中的電容率 介電常數(shù) 其精確值和單位是 電場強度 1 2高斯定理 穿過靜電場中任一閉合面的電通量 等于包圍在該閉合面內(nèi)所有電荷之代數(shù)和的倍 而與閉合面外的電荷無關(guān) 這一結(jié)論稱為真空中靜電場的高斯定理 電通量 1 3環(huán)路定律 靜電場中場強的環(huán)流恒等于零 這一結(jié)論是電場力作功與路徑無關(guān)的必然結(jié)果 稱為靜電場的環(huán)路定理 靜電場的高斯定理和環(huán)路定理是描述靜電場規(guī)律的兩條基本定理 高斯定理指出靜電場是有源的 環(huán)路定理指出靜電場是有勢的 并且是一種保守力場 因此 要完全地描述一個靜電場 必須聯(lián)合運用這兩條定理 用環(huán)路定理可以證明 靜電場中的電場線不能形成閉合曲線 1 4電磁感應(yīng)定律 不論任何原因 當穿過閉合導體回路所包圍面積的磁通量發(fā)生變化時 在回路中都會出現(xiàn)感應(yīng)電動勢 而且感應(yīng)電動勢的大小總是與磁通量對時間t的變化率成正比 1 該公式是針對單匝回路而言的 如果導體回路是由N匝線圈繞制而成的 且穿過每匝線圈的磁通量均相同 都為 則公式中的磁通量就應(yīng)該用磁鏈來表示 因此 對N匝線圈的感應(yīng)電動勢的計算 應(yīng)該用下面的表示式 2 電磁感應(yīng)定律中的負號反映了感應(yīng)電動勢的方向與磁通量變化狀況的關(guān)系 是楞次定律的數(shù)學表示 是法拉第電磁感應(yīng)定律的重要組成部分 因此 如何正確理解和運用上式中的負號 來判斷感應(yīng)電動勢的方向 是掌握好法拉第電磁感應(yīng)定律的一個重要方面 真題練兵 設(shè)真空中點電荷 q1和點電荷 q2相距2a 且q2 2q1 以 q1為中心 a為半徑形成封閉球面 則通過該球面的電通量為 A 3q1 B 2q1 C q1 D 0 答案 C 2直流電路 2 1電路基本元件2 2歐姆定律2 3基爾霍夫定律2 4疊加原理2 5戴維南定理 預備知識 電路的基本概念1 電路的組成2 電壓電流的方向 電路的定義和組成 電路是電流的通路 它是為了某種需要由某些電工設(shè)備或元件按一定方式組合起來的 電路的組成 電源 負載 中間環(huán)節(jié)三部分 電源 將非電能轉(zhuǎn)換成電能的裝置 例如 發(fā)電機 干電池 負載 將電能轉(zhuǎn)換成非電能的裝置 例如 電動機 電爐 燈 中間環(huán)節(jié) 連接電源和負載的部分 其傳輸和分配電能的作用 例如 輸電線路 電路中電流 電壓的方向 電壓和電流方向 實際方向 物理中對電量規(guī)定的方向 參考方向 在分析計算時 對電量人為規(guī)定的方向 物理量的實際方向 電路分析中的正方向 參考方向 問題的提出 在復雜電路中難于判斷元件中物理量的實際方向 電路如何求解 電流方向A B 電流方向B A 1 在解題前先設(shè)定一個正方向 作為參考方向 解決方法 3 根據(jù)計算結(jié)果確定實際方向 若計算結(jié)果為正 則實際方向與假設(shè)方向一致 若計算結(jié)果為負 則實際方向與假設(shè)方向相反 2 根據(jù)電路的定律 定理 列出物理量間相互關(guān)系的代數(shù)表達式 例 已知 UE 2V R 1 問 當U分別為3V和1V時 IR UE IR R a b UE IR R a b 3 為了避免列方程時出錯 習慣上把I與U的方向按相同方向假設(shè) 1 實際方向 是物理中規(guī)定的 而 參考方向 則是人們在進行電路分析計算時 任意假設(shè)的 2 在以后的解題過程中 注意一定要先假定物理量的參考方向 然后再列方程計算 缺少 參考方向 的物理量是無意義的 提示 任意指定一個方向作為電流的方向 把電流看成代數(shù)量 若 電流的參考方向與它的實際方向一致 則電流為正值 電流的參考方向與它的實際方向相反 則電流為負值 2 參考方向 1 實際方向 正電荷運動的方向 一 電流 小結(jié) 電流和電壓的參考方向 3 電流參考方向的表示方法 箭頭或雙下標 二 電壓 1 實際方向 高電位指向低電位的方向 2 參考方向 任意選定一個方向作為電壓的方向 當電壓的參考方向和它的實際方向一致時 電壓為正值 反之 當電壓的參考方向和它的實際方向相反時 電壓為負值 正負號 UAB 高電位在前 低電位在后 雙下標 箭頭 3 電壓參考方向的表示方法 UAB A B 電流的參考方向與電壓的參考方向一致 則把電流和電壓的這種參考方向稱為關(guān)聯(lián)參考方向 否則為非關(guān)聯(lián)參考方向 三 關(guān)聯(lián)參考方向 1 實際方向 是物理中規(guī)定的 而 參考方向 是人們在進行電路分析計算時 任意假設(shè)的 2 在以后的解題過程中 注意一定要先假定 正方向 即在圖中表明物理量的參考方向 然后再列方程計算 缺少 參考方向 的物理量是無意義的 注意 電源與負載性質(zhì)的判別 電源 和 的實際方向相反 電流從電源 端流出 發(fā)出功率 負載 和 的實際方向相同 電流從電源 端流入 取用功率 由電壓電流的實際方向判別 2 1電路基本元件 電阻元件電容元件電感元件補充 電壓源和電流源受控電源 電阻元件 一 歐姆定律流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比 根據(jù)歐姆定律 電阻兩端的電壓和電流之間的關(guān)系可寫成 u i R 在電壓和電流的關(guān)聯(lián)方向下u i R 在電壓和電流非關(guān)聯(lián)方向下u i R 二 電阻元件的伏安特性以電壓和電流為坐標 畫出電壓和電流的關(guān)系曲線 電容元件 一 電容的定義 二 電容的特性方程 三 電容元件儲存的能量 電容元件在任何時刻t所儲存的電場能量 一 電感元件的特性方程 二 電感元件儲存的磁場能量 電感元件 1 模型 2 等效變換關(guān)系 電壓源和電流源 伏安特性 1 標準電壓源模型 電壓源 2 理想電壓源 恒壓源 RO 0時的電壓源 特點 1 輸出電壓不變 其值恒等于電動勢 即Uab E 2 電源中的電流由外電路決定 i 0 3 理想電壓源的不同狀態(tài) 空載 有載 4 特殊情況 電壓為零的電壓源相當于短路 恒壓源中的電流由外電路決定 設(shè) E 10V 當R1R2同時接入時 I 10A 例 恒壓源特性中不變的是 E 恒壓源特性中變化的是 I 會引起I的變化 外電路的改變 I的變化可能是 的變化 或者是 的變化 大小 方向 I 恒壓源特性小結(jié) E Uab a b R 1 標準電流源模型 電流源 2 理想電流源 恒流源 RO 時的電流源 特點 1 輸出電流不變 其值恒等于電流源電流IS 2 輸出電壓由外電路決定 短路 有載 4 特殊情況 電流為零的電流源相當于開路 3 電流源的不同狀態(tài) 恒流源兩端電壓由外電路決定 設(shè) IS 1A 恒流源特性小結(jié) 恒流源特性中不變的是 Is 恒流源特性中變化的是 Uab 會引起Uab的變化 外電路的改變 Uab的變化可能是 的變化 或者是 的變化 大小 方向 I E R a b Uab Is 原則 Is不能變 E不能變 電壓源中的電流I IS 恒流源兩端的電壓 恒壓源與恒流源特性比較 Uab的大小 方向均為恒定 外電路負載對Uab無影響 I的大小 方向均為恒定 外電路負載對I無影響 輸出電流I可變 I的大小 方向均由外電路決定 端電壓Uab可變 Uab的大小 方向均由外電路決定 受控電源 一 電源的分類 電源 獨立電源 受控源 電壓控制電壓源 VCVS 2 電壓控制電流源 VCCS 二 受控源的類型 3 電流控制電壓源 CCVS 4 電流控制電流源 CCCS 受控源分類 注意 用歐姆定律列方程時 一定要在圖中標明參考方向 1 內(nèi)容 流過電阻R的電流與電阻兩端的電壓U成正比 2 表達式 2 2歐姆定律 I與U的方向不一致 2 3 號的含義 式中 號是對電壓電流參考方向是否一致而言 同時 I U本身數(shù)值也有 號之分 是由物理量所設(shè)參考方向與實際方向是否一致決定 廣義歐姆定律 支路中含有電動勢時的歐姆定律 當Uab E時 I 0表明方向與圖中參考方向一致當Uab E時 I 0表明方向與圖中參考方向相反 電路元件U I之間函數(shù)關(guān)系 表現(xiàn)在直角坐標系中 線性電阻伏安特性曲線為一通過原點的直線 伏安特性曲線 用來描述電路中各部分電壓或各部分電流間的關(guān)系 其中包括電流和電壓兩個定律 名詞注釋 2 3基爾霍夫定律 支路 ab ad 共6條 回路 abda bcdb 共7個 節(jié)點 a b 共4個 例 1KCL電流定律 節(jié)點電流定律 對任何節(jié)點 在任一瞬間 流入節(jié)點的電流等于由節(jié)點流出的電流 或者說 在任一瞬間 一個節(jié)點上電流的代數(shù)和為0 KCL電流定律的依據(jù) 電流的連續(xù)性 例 或 電流定律還可以擴展到電路的任意封閉面 I1 I2 I3 I 0 KCL電流定律的擴展 廣義節(jié)點 I 2KVL電壓定律 回路電壓定律 對電路中的任一回路 沿任意循行方向轉(zhuǎn)一周 其電位升等于電位降 或 電壓的代數(shù)和為0 例如 回路a d c a 即 或 推廣 KVL電壓定律也適合開口電路 注意 電路開口 但電壓回路閉合 例 1 3V 4V 1 5V I1 I2 I3 2 4疊加定理 一 內(nèi)容在線性電阻電路中 任一支路電流 或支路電壓 都是電路中各個獨立電源單獨作用時在該支路產(chǎn)生的電流 或電壓 之疊加 二 說明1 疊加定理適用于線性電路 不適用于非線性電路 2 疊加時 電路的聯(lián)接以及電路所有電阻和受控源都不予更動 例 疊加原理用求 I I 2A I 1A I I I 1A 應(yīng)用疊加定理要注意的問題 1 迭加定理只適用于線性電路 電路參數(shù)不隨電壓 電流的變化而改變 4 迭加原理只能用于電壓或電流的計算 不能用來求功率 如 I3 R3 補充說明 若E1增加n倍 各電流也會增加n倍 顯而易見 例 1 和 2 聯(lián)立求解得 名詞解釋 無源二端網(wǎng)絡(luò) 二端網(wǎng)絡(luò)中沒有電源 有源二端網(wǎng)絡(luò) 二端網(wǎng)絡(luò)中含有電源 2 5等效電源定理 戴維南定理 等效電源定理的概念 有源二端網(wǎng)絡(luò)用電源模型替代 便為等效電源定理 1戴維南定理 注意 等效 是指對端口外等效 等效電壓源的內(nèi)阻等于有源二端網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)無源二端網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻 有源網(wǎng)絡(luò)變無源網(wǎng)絡(luò)的原則是 電壓源短路 電流源斷路 等效電壓源的電動勢 Ed 等于有源二端網(wǎng)絡(luò)的開端電壓 有源二端網(wǎng)絡(luò) R A B Ed Rd R A B 戴維南定理應(yīng)用舉例 之一 已知 R1 20 R2 30 R3 30 R4 20 E 10V求 當R5 10 時 I5 等效電路 第一步 求開端電壓Ux 第二步 求輸入電阻Rd 第三步 求未知電流I5 時 戴維南定理應(yīng)用舉例 之二 求 U 4 4 50 5 33 A B 1A RL 8V 10V C D E U 第一步 求開端電壓Ux 4 4 50 A B 8V 10V C D E Ux 1A 5 第二步 求輸入電阻Rd 4 4 50 5 A B 1A 8V 10V C D E Ux 等效電路 第三步 求解未知電壓 RLC串聯(lián)電路如圖所示 其中 R 1k L lmH C l F 如果用一個100V的直流電壓加在該電路的AB端口 則電路電流I為 真題練兵1 真題練兵2 如果圖b電壓源與圖a所示電路等效 則計算U S和R0的正確算式是 3正弦交流電路 3 1正弦量三要素3 2有效值3 3復阻抗3 4單相和三相電路計算3 5功率及功率因數(shù)3 6串聯(lián)與并聯(lián)諧振3 7安全用電常識 預備知識 復數(shù) 一 復數(shù)的形式1 代數(shù)形式F a jb 為虛單位 復數(shù)F的實部 Re F a 復數(shù)F的虛部 Im F b 復數(shù)F在復平面上可以用一條從原點O指向F對應(yīng)坐標點的有向線段表示 F a b 2 三角形式 模 輻角 5 53 1 3 指數(shù)形式 根據(jù)歐拉公式 4 極坐標形式 F F 3 j4 5 53 1 3 j4 5 126 9 10 30 10 cos30 jsin30 8 66 j5 二 復數(shù)的運算 1 加法用代數(shù)形式進行 設(shè) 幾何意義 2 減法 用代數(shù)形式進行 設(shè) 幾何意義 3 乘法 用極坐標形式比較方便設(shè) 4 除法 三 旋轉(zhuǎn)因子 是一個模等于1 輻角為 的復數(shù) 等于把復數(shù)A逆時針旋轉(zhuǎn)一個角度 而A的模值不變 j j 1 因此 j 和 1 都可以看成旋轉(zhuǎn)因子 任意復數(shù)A乘以ej 一個復數(shù)乘以j 等于把該復數(shù)逆時針旋轉(zhuǎn) 2 一個復數(shù)除以j 等于把該復數(shù)乘以 j 等于把它順時針旋轉(zhuǎn) 2 虛軸等于把實軸 1乘以j而得到的 例如 例 設(shè)F1 3 j4 F2 10 135 求 F1 F2和F1 F2 解 求復數(shù)的代數(shù)和用代數(shù)形式 F2 10 135 10 cos135 jsin135 7 07 j7 07 F1 F2 3 j4 7 07 j7 07 4 07 j3 07 5 1 143 3 j4 10 135 5 53 1 10 135 0 5 188 1 0 5 171 9 輻角應(yīng)在主值范圍內(nèi) 3 1正弦量的三要素 i u 瞬時值表達式 大小變化快慢初始值 1 振幅 最大值 Im Im 2 正弦量在整個振蕩過程中達到的最大值 2 角頻率 反映正弦量變化的快慢單位rad s T 2 2 ff 1 T頻率f的單位為赫茲 Hz 周期T的單位為秒 s 工頻 即電力標準頻率 f 50Hz T 0 02s 314rad s 3 初相位 角 主值范圍內(nèi)取值 稱為正弦量的相位 或稱相角 同頻率正弦量相位的比較 相位差 相位差也是在主值范圍內(nèi)取值 0 稱u超前i 0 稱u落后i 0 稱u i同相 2 稱u i正交 稱u i反相 3 2正弦量的有效值 例 i 10sin 314t 30 Au 5cos 314t 150 V求電壓和電流的相位差 i 10sin 314t 30 10cos 314t 30 90 10cos 314t 60 正弦量相應(yīng)符號的正確表示 瞬時值表達式i 10cos 314t 30 A 變量 小寫字母 有效值 I 常數(shù) 大寫字母加下標m 最大值 常數(shù) 大寫字母 最大值相量 有效值相量 常數(shù) 大寫字母加下標m再加點 常數(shù) 大寫字母加點 Im 10A 電路定律的相量形式 一 基爾霍夫定律正弦電流電路中的各支路電流和支路電壓都是同頻正弦量 所以可以用相量法將KCL和KVL轉(zhuǎn)換為相量形式 1 基爾霍夫電流定律對電路中任一點 根據(jù)KCL有 i 0 其相量形式為 2 基爾霍夫電壓定律對電路任一回路 根據(jù)KVL有 u 0 其相量形式為 1 電阻元件瞬時值表達式 相量形式 相量圖 二 電阻 電感和電容元件的VCR相量形式 2 電感元件 L 相量形式 L 相量圖 瞬時值表達式 3 電容元件 瞬時值表達式 C 相量形式 C 相量圖 相量法的三個基本公式 以上公式是在電壓 電流關(guān)聯(lián)參考方向的條件下得到的 如果為非關(guān)聯(lián)參考方向 則以上各式要變號 以上公式既包含電壓和電流的大小關(guān)系 又包含電壓和電流的相位關(guān)系 3 3復阻抗 1 定義 阻抗模 Z U I 阻抗角 阻抗Z的代數(shù)形式可寫為Z R jX其實部為電阻 虛部為電抗 2 R L C對應(yīng)的復阻抗分別為 3 感抗和容抗 感抗 容抗 反映電感對電流的阻礙作用 反映電容對電流的阻礙作用 4 RLC串聯(lián)電路 如果No內(nèi)部為RLC串聯(lián)電路 則阻抗Z為 R X Z 阻抗三角形 當X 0 稱Z呈感性 當X 0 稱Z呈容性 當X 0 稱Z呈電阻性 電路的性質(zhì) Z R jX 復阻抗的串聯(lián)和并聯(lián) 一 復阻抗的串聯(lián)對于n個阻抗串聯(lián)而成的電路 其等效阻抗 各個阻抗的電壓分配為 k 1 2 n 二 復阻抗的并聯(lián) 對n個導納并聯(lián)而成的電路 其等效導納 各個導納的電流分配為 k 1 2 n 例 如圖RLC串聯(lián)電路 R 15 L 12mH C 5 F 端電壓u 141 4cos 5000t V 求 i 各元件的電壓相量 解 用相量法 電路的相量圖 一 相量圖相關(guān)的電壓和電流相量在復平面上組成 在相量圖上 除了按比例反映各相量的模外 最重要的是確定各相量的相位關(guān)系 二 相量圖的畫法選擇某一相量作為參考相量 而其他有關(guān)相量就根據(jù)它來加以確定 參考相量的初相可取為零 也可取其他值 視不同情況而定 1 串聯(lián)電路 取電流為參考相量 從而確定各元件的電壓相量 表達KVL的各電壓相量可按向量求和的方法作出 2 并聯(lián)電路取電壓為參考相量 從而確定各元件的電流相量 表達KCL的各電流相量可按向量求和的方法作出 3 串并聯(lián)電路從局部開始 53 1 以上一節(jié)中例題為例 V1讀數(shù)為10V V2讀數(shù)為10V V0的讀數(shù)為 V0的讀數(shù)為14 14V 正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析 在用相量法分析計算時 引入正弦量的相量 阻抗 導納和KCL KVL的相量形式 它們在形式上與線性電阻電路相似 對于電阻電路有 對于正弦電流電路有 用相量法分析時 線性電阻電路的各種分析方法和電路定理可推廣用于線性電路的正弦穩(wěn)態(tài)分析 差別僅在于所得電路方程為以相量形式表示的代數(shù)方程以及用相量形式描述的電路定理 而計算則為復數(shù)運算 3 4功率及功率因數(shù) 一 瞬時功率 u i 一端口內(nèi)部不含獨立電源 僅含電阻 電感和電容等無源元件 它吸收的瞬時功率p等于電壓u和電流i的乘積 p ui 二 平均功率 又稱有功功率 是指瞬時功率在一個周期內(nèi)的平均值 功率因數(shù) 單位 瓦 W 電阻R 1 電感L 0 電容C 0 定義 三 無功功率 反映了內(nèi)部與外部往返交換能量的情況 單位 乏 Var 電阻R 電感L 電容C 四 視在功率 電機和變壓器的容量是由視在功率來表示的 單位 伏安 VA 有功功率P 無功功率Q和視在功率S存在下列關(guān)系 例 測量電感線圈R L的實驗電路 已知電壓表的讀數(shù)為50V 電流表的讀數(shù)為1A 功率表讀數(shù)為30W 電源的頻率f 50Hz 試求R L之值 解 可先求得線圈的阻抗 50 解得 30 j40 R 30 127mH 另一種解法 R 30 而 故可求得 40 2 f 314rad s 可以證明 正弦電流電路中總的有功功率是電路各部分有功功率之和 總的無功功率是電路各部分無功功率之和 即有功功率和無功功率分別守恒 但視在功率不守恒 單一參數(shù)正弦交流電路的分析計算小結(jié) 電路參數(shù) 電路圖 正方向 復數(shù)阻抗 電壓 電流關(guān)系 瞬時值 有效值 相量圖 相量式 功率 有功功率 無功功率 R i u 設(shè) 則 u i同相 0 L i u C i u 設(shè) 則 設(shè) 則 u領(lǐng)先i90 u落后i90 0 0 基本關(guān)系 三 功率因數(shù) 是電路的功率因數(shù) 電壓與電流間的相位差或電路的功率因數(shù)決定于電路 負載 的參數(shù) 只有在電阻負載的情況下 電壓和電流才同相 其功率因數(shù)為1 對于其他負載來說 其功率因數(shù)均介于0與1之間 功率因數(shù)不等于1時 電路中發(fā)生能量互換 出現(xiàn)無功功率 這樣引起下面兩個問題 1 發(fā)電設(shè)備的容量不能充分利用2 增加線路和發(fā)電機繞組的功率損耗 提高功率因數(shù)的意義 與電感性負載并聯(lián)靜電電容器 提高功率因數(shù)的常用方法 提高功率因數(shù) 是指提高電源或電網(wǎng)的功率因數(shù) 而不是指提高某個電感性負載的功率因數(shù) 并聯(lián)電容后并不改變原負載的工作狀況 所以電路的有功功率并沒有改變 只是改變了電路的無功功率 從而使功率因數(shù)得到提高 提高功率因數(shù)的含義 串聯(lián)電路的諧振 一 RLC串聯(lián)電路 二 串聯(lián)諧振的定義 由于串聯(lián)電路中的感抗和容抗有相互抵消作用 所以 當 0時 出現(xiàn)X 0 0 這時端口上的電壓與電流同相 工程上將電路的這種工作狀況稱為諧振 由于是在RLC串聯(lián)電路中發(fā)生的 故稱為串聯(lián)諧振 三 串聯(lián)諧振的條件 Im Z j 0 四 諧振頻率 角頻率 頻率 諧振頻率又稱為電路的固有頻率 是由電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定的 串聯(lián)諧振頻率只有一個 是由串聯(lián)電路中的L C參數(shù)決定的 而與串聯(lián)電阻R無關(guān) 五 串聯(lián)諧振的特征 1 阻抗 R 諧振時阻抗為最小值 2 電流 在輸入電壓有效值U不變的情況下 電流為最大 3 電阻電壓 實驗時可根據(jù)此特點判別串聯(lián)諧振電路發(fā)生諧振與否 六 品質(zhì)因數(shù) 諧振時有 所以串聯(lián)諧振又稱為電壓諧振 串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù) 如果Q 1 則有 當Q 1 表明在諧振時或接近諧振時 會在電感和電容兩端出現(xiàn)大大高于外施電壓U的高電壓 稱為過電壓現(xiàn)象 往往會造成元件的損壞 但諧振時L和C兩端的等效阻抗為零 相當于短路 并聯(lián)諧振電路 一 GLC并聯(lián)電路 二 并聯(lián)諧振的定義 由于發(fā)生在并聯(lián)電路中 所以稱為并聯(lián)諧振 三 并聯(lián)諧振的條件 四 諧振頻率 角頻率 頻率 該頻率稱為電路的固有頻率 五 并聯(lián)諧振的特征 1 輸入阻抗最大 2 端電壓達最大值 可以根據(jù)這一現(xiàn)象判別并聯(lián)電路諧振與否 六 品質(zhì)因數(shù) 并聯(lián)諧振時有 所以并聯(lián)諧振又稱電流諧振 如果Q 1 則諧振時在電感和電容中會出現(xiàn)過電流 但從L C兩端看進去的等效電納等于零 即阻抗為無限大 相當于開路 3 6三相電路 一 對稱三相電源對稱三相電源是由3個等幅值 同頻率 初相依次相差120 的正弦電壓源連接成星形或三角形組成的電源 星形接法 三角形接法 3個電源依次稱為A相 B相和C相 它們的電壓為 0 它們對應(yīng)的相量形式為 是工程上為了方便而引入的單位相量算子 0 二 三相電壓的相序 上述三相電壓的相序 次序 A B C稱為正序或順序 與此相反 如B相超前A相120 C相超前B相120 這種相序稱為反序或逆序 電力系統(tǒng)一般采用正序 三 三相電路的基本概念 1 端線 從3個電壓源正極性端子A B C向外引出的導線 2 中線 從中 性 點N引出的導線 3 線電壓 端線之間的電壓 4 相電壓電源每一相的電壓 或負載阻抗的電壓 5 線電流端線中的電流 6 相電流各相電源中的電流或負載阻抗的電流 相電壓 線電壓 線電流又是相電流 相電壓又是線電壓 線電流 相電流 iA iA iAB 四 電源和負載的連接 1 負載的連接方式負載也可以連接成星形或三角形 當三相阻抗相等時 就稱為對稱三相負載 2 三相電路從對稱三相電源的3個端子引出具有相同阻抗的3條端線 或輸電線 把一些對稱三相負載連接在端線上就形成了對稱三相電路 實際三相電路中 三相電源是對稱的 3條端線阻抗是相等的 但負載則不一定是對稱的 3 三相電路的連接方式三相電源為星形電源 負載為星形負載 稱為Y Y連接方式 三相電源為星形電源 負載為三角形負載 稱為Y 連接方式 此外還有 Y連接方式和 連接方式 線電壓 電流 與相電壓 電流 的關(guān)系 三相電源的線電壓和相電壓 線電流和相電流之間的關(guān)系都與連接方式有關(guān) 對于三相負載也是如此 一 線電壓與相電壓的關(guān)系1 星形連接 對于對稱星形電源 依次設(shè)其線電壓為 相電壓為 線電壓與對稱相電壓之間的關(guān)系可以用圖示電壓正三角形說明 相電壓對稱時 線電壓也一定依序?qū)ΨQ N A B C 電壓相量圖 依次超前相應(yīng)相電壓的相位為30 實際計算時 只要算出一相就可以依序?qū)懗銎溆鄡上?線電壓是相電壓的倍 2 三角形電源 3 對稱星形負載和三角形負載以上有關(guān)線電壓和相電壓的關(guān)系同樣適用 二 線電流和相電流的關(guān)系 1 星形連接線電流顯然等于相電流 2 三角形連接 電流相量圖 線電流與對稱的三角形負載相電流之間的關(guān)系可以用圖示電流正三角形說明 相電流對稱時 線電流也一定對稱 依次滯后相應(yīng)相電流的相位為30 實際計算時 只要算出一相就可以依序?qū)懗銎溆鄡上?線電流是相電流的倍 對稱三相電路的計算 三相電路實際上是正弦電流電路的一種特殊類型 因此 前面對正弦電流電路的分析方法對三相電路完全適用 根據(jù)三相電路的一些特點 可以簡化對稱三相電路分析計算 A C B N Z 相電流 負載上的電流 Z Z 1 星形接法及計算 A C B N Z Z Z 星形接法特點 中線電流 線電壓 相電壓 線電壓領(lǐng)先于相電壓30 星形接法特點 A C B N ZA ZB ZC 負載星形接法時的一般計算方法 1 負載不對稱時 各相單獨計算 2 負載對稱時 只需計算一相 3 負載對稱 只要求電流 電壓大小時 僅算一相有效值即可 關(guān)于中線的結(jié)論 中線的作用在于 使星形連接的不對稱負載得到相等的相電壓 照明電路中絕對不能采用三相三線制供電 而且必須保證中線可靠 為了確保中線在運行中不斷開 其上不允許接保險絲也不允許接刀閘 2三角形接法及計算 特點 線電壓 相電壓 各電流的計算 ZAB ZBC ZCA 相電流 2 負載對稱時 ZAB ZBC ZCA Z 各相電流有效值相等 相位互差120 有效值為 1 負載不對稱時 先算出各相電流 然后計算線電流 同理 負載對稱時 三角形接法線 相電流的相位關(guān)系 負載對稱時三角形接法的特點 三相電路的功率 在三相負載對稱的條件下 3 7安全用電基本知識 一 電流對人體的危害 一般說50 60Hz的交流電 人能感到的觸電電流約為1mA 能夠自行擺脫電源的觸電電流10mA 觸電電流達到50mA以上 將引起心室顫動 因此 國際電工委員會規(guī)定的安全電流 擺脫電流 為30mA s 電擊 電流通過人體 使內(nèi)部器官組織受損 電傷 在電弧的作用下 對人體的外部傷害 如燒傷等 根據(jù)觸電傷害的性質(zhì)可分為 電擊的傷害程度與下列因素有關(guān) 人體電阻的大小電流通過的時間長短電流的大小電流的頻率 二 接地與接零 采取適當?shù)慕拥鼗蚪恿惚Ｗo措施 防止各種故障情況下出現(xiàn)的人身傷亡或設(shè)備損壞事故的發(fā)生 1 工作接地 為了保證供電系統(tǒng)和電氣設(shè)備的正常工作而進行的接地 如變壓器的中性點接地 我國規(guī)定 低壓配電系統(tǒng)的工作接地極接地電阻不大于4 2 保護接地 為了保證人身安全 防止觸電事故而進行的接地 如電氣設(shè)備的金屬外殼 或金屬構(gòu)架 接地 我國規(guī)定 低壓用電設(shè)備的接地電阻不大于4 3 接零 保護接零 為防止觸電 保證安全 將電氣設(shè)備正常運行時不帶電的金屬外殼與零線相連 4 重復接地 在中性點直接接地的低壓系統(tǒng)中 當采用保護接零時 為了確保接零保護系統(tǒng)的安全可靠 除在電源中性點進行工作接地外 還必須在零線的其它地點再進行必要的接地 根據(jù)國際電工委員會 IEC 規(guī)定 低壓配電系統(tǒng)的接地方式有 TN系統(tǒng)TT系統(tǒng)IT系統(tǒng) IT系統(tǒng) IT系統(tǒng)和TN系統(tǒng) 表示系統(tǒng)型式符號的含義為 第一個字母表示電源端的接地狀態(tài) T 表示直接接地 I 表示不直接接地 即對地絕緣或經(jīng)1k 以上的高阻抗接地 第二個字母表示負載端接地狀態(tài) T 表示電氣設(shè)備金屬外殼的接地與電源端接地相互獨立 N 表示負載側(cè)接地與電源端工作接地作直接電氣連續(xù) TN系統(tǒng) TN系統(tǒng)又分為TN C系統(tǒng) TN S系統(tǒng)和TN C S系統(tǒng) C 表示中性線 N 與保護線 PE 合用為一根導線 PEN S 表示中性線 N 與保護線 PE 分開設(shè)置 為不同的導線 真題練兵1 真題練兵2 真題練兵3 4RC和RL電路暫態(tài)過程 三要素分析法 穩(wěn)態(tài) 暫態(tài) 有儲能元件 L C 的電路在電路狀態(tài)發(fā)生變化時 如 電路接入電源 從電源斷開 電路參數(shù)改變等 存在過渡過程 沒有儲能作用的電阻 R 電路 不存在過渡過程 電路中的u i在過渡過程期間 從 舊穩(wěn)態(tài) 進入 新穩(wěn)態(tài) 此時u i都處于暫時的不穩(wěn)定狀態(tài) 所以過渡過程又稱為電路的暫態(tài)過程 產(chǎn)生過渡過程的電路及原因 初始值f 0 穩(wěn)態(tài)值f 時間常數(shù) 僅適用直流激勵 f f 0 f f 0 三要素法 三要素 公式 1 uc 0 與iL 0 按換路定則求出 C視作開路 iL 0 iL 0 2 其它電路變量的初始值 1 初始值f 0 的計算 應(yīng)畫出t 0 的等效電路 然后按電阻電路計算 L視作短路 uc 0 uc 0 在t 的等效電路中 因為直流作用 電感視作短路 2 穩(wěn)態(tài)值f 的計算 當t 作出t 的等效電路 然后按電阻電路計算 電容視作開路 所以 3 時間常數(shù) 的計算 RC電路 RL電路 Ro為換路后的電路 從動態(tài)元件兩端看進去的戴維寧等效電阻 L R0 R0C 當正確求出f 0 f 及 三要素后 即可按上式寫出變量的完全響應(yīng) 注意標注單位 4 三要素法求完全響應(yīng) 電容C 0 1F 求S閉合后電容兩端的電壓uC和電流i 解 利用三要素法先求出uC1 求初值 例 i 2 求終值 3 求時間常數(shù) Ro 2 5 10 7 4 i i 電流i也可以通過三要素法直接求得 i 換路后的電路 i的初值 i的終值 求電路中的電流i和iL 解 1 求初值 2 求終值 例 3 求時間常數(shù) 4 真題練兵 5變壓器與電動機 5 1變壓器的電壓 電流和阻抗變換5 2三相異步電動機的使用5 3常用繼電一接觸器控制電路 5 1變壓器 組成 閉合鐵心和高壓 低壓繞組 變壓器的電壓 電流和阻抗變換 電壓變換 電流變換 阻抗變換 阻抗變換舉例 揚聲器上如何得到最大輸出功率 求 負載上得到的功率 解 1 將負載直接接到信號源上 得到的輸出功率為 2 將負載通過變壓器接到信號源上 輸出功率為 結(jié)論 由此例可見加入變壓器以后 輸出功率提高了很多 原因是滿足了電路中獲得最大輸出的條件 信號源內(nèi) 外阻抗差不多相等 真題練兵 5 2三相異步電動機的使用 返回 三相定子繞組 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場 組成 定子鐵心 定子繞組和機座 轉(zhuǎn)子 在旋轉(zhuǎn)磁場作用下 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流 組成 轉(zhuǎn)子鐵心 轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸 1三相異步機的結(jié)構(gòu) 1 轉(zhuǎn)動原理 演示圖 三相異步電動機的工作原理 異步 2 線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢 異步電動機定子上有三相對稱的交流繞組 三相對稱交流繞組通入三相對稱交流電流時 將在電機氣隙空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場 動畫 2旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 三相對稱繞組通入三相對稱電流就形成旋轉(zhuǎn)磁場 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速大小 極對數(shù) P 的概念 點擊上圖 極對數(shù) P 的改變 將每相繞組分成兩段 按右下圖放入定子槽內(nèi) 形成的磁場則是兩對磁極 極對數(shù) 點擊上圖 極對數(shù)和轉(zhuǎn)速的關(guān)系 點擊上圖 1 三相異步電動機的同步轉(zhuǎn)速 極對數(shù) 同步轉(zhuǎn)速 2常用公式 2 轉(zhuǎn)差率 異步電機運行中 轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)速之差 即 3 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的頻率 取決于轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度 n0 T n 牛頓 米 電動機在額定負載時的轉(zhuǎn)矩 如果電機將會因帶不動負載而停轉(zhuǎn) n0 T n 過載系數(shù) 三相異步機 n0 T n 3機械特性和電路參數(shù)的關(guān)系 和電壓的關(guān)系 結(jié)論 和轉(zhuǎn)子電阻的關(guān)系 結(jié)論 4三相異步電動機的使用 三相異步電動機的起動 三相異步電動機的調(diào)速 三相異步電動機的制動 1 三相異步機的起動 三相異步機的起動方法 1 直接起動二三十千瓦以下的異步電動機一般采用直接起動 3 轉(zhuǎn)子串電阻起動 Y 起動 轉(zhuǎn)子串電阻起動 起動時將適當?shù)腞串入轉(zhuǎn)子繞組中 起動后將R短路 轉(zhuǎn)子串電阻起動的特點 2 R2選的適當 轉(zhuǎn)子串電阻既可以降低起動電流 又可以增加起動力矩 2 三相異步電動機的調(diào)速方式 調(diào)速 在同一負載下能得到不同的轉(zhuǎn)速 適用于鼠籠式電動機 適用于繞線式電動機 3 改變電源頻率 變頻調(diào)速 無級調(diào)速 4 三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù) Y132M 4型電動機 1 型號 表明不同用途 不同環(huán)境 轉(zhuǎn)差率 如 n 1440轉(zhuǎn) 分 3 額定電壓 定子繞組在指定接法下應(yīng)加的線電壓 4 額定電流 定子繞組在指定接法下的線電流 5 額定功率 額定功率指電機在額定運行時軸上輸出的功率 不等于從電源吸收的功率 兩者的關(guān)系為 其中 額定負載時一般為0 7 0 9 空載時功率因數(shù)很低約為0 2 0 3 額定負載時 功率因數(shù)最大 注意 實用中應(yīng)選擇合適容量的電機 防止 大馬 拉 小車 的現(xiàn)象 6 功率因數(shù) cos 1 P2 PN cos 1 真題練兵 有一臺6kW的三相異步電動機 其額定運行轉(zhuǎn)速為148rpm 額定電壓為380V 全壓啟動轉(zhuǎn)矩是額定運行轉(zhuǎn)矩的1 2倍 現(xiàn)采用 Y啟動以降低其啟動電流 此時的啟動轉(zhuǎn)矩為 5 3常用繼電一接觸器控制電路 1點動控制電路2單向旋轉(zhuǎn)控制電路3可逆旋轉(zhuǎn)控制電路4時間控制基本線路 低壓電器 手動控制電器 自動控制電器 閘刀開關(guān)組合開關(guān)按鈕 自動空氣斷路器接觸器繼電器 時間繼電器中間繼電器 預備知識 低壓電器簡介 保護控制電器 低壓斷路器熔斷器熱繼電器 1閘刀開關(guān)2組合開關(guān)3控制按鈕 1手動控制電器 1閘刀開關(guān) 低壓隔離開關(guān) 在無負載下操作 低壓負荷開關(guān) 通斷負荷電流 閘刀開關(guān)廣泛用于500V以下的電路中接通和斷開小電流電路 或作為隔離電源的明顯斷開點 以確保檢修 操作人員的安全 HD系列隔離開關(guān) 2組合開關(guān) 組合開關(guān)又叫轉(zhuǎn)換開關(guān) 有單極 雙極和三極三種 用于小容量籠型異步電動機的直接起動及正反轉(zhuǎn)控制 照明電源的接通與分斷等 3控制按鈕 1 作用 接通或斷開控制電路 2 符號 2自動控制電器 行程開關(guān)接觸器3繼電器 1行程開關(guān) 用作電路的限位保護 行程控制 自動切換等 結(jié)構(gòu)與按鈕類似 但其動作要由機械撞擊 2交流接觸器 作用 遠距離頻繁接通和斷開主電路 交流接觸器的結(jié)構(gòu)圖 組成 由電磁鐵和觸點兩部分組成 接觸器有關(guān)符號 簡單的接觸器控制 A B C M3 刀閘起隔離作用 自保持 停止按鈕 起動按鈕 特點 小電流控制大電流 3繼電器 繼電器是根據(jù)某一輸入量來換接執(zhí)行機構(gòu)的電器 起傳遞信號的作用 時間繼電器類型 機械式 空氣阻尼式 電氣式 阻容式數(shù)字式 1 時間繼電器 可以延時或周期性定時接通或分斷控制電路 時間繼電器觸頭類型 通電式 瞬時動作 延時動作 常閉觸點 常開觸點 常開通電后延時閉合 常閉通電后延時斷開 2 中間繼電器 作用 用來傳遞信號和同時控制多個電路 組成 基本同交流接觸器 區(qū)別是觸點多 流過的電流小 符號 同交流接觸器 3保護控制電器 1低壓斷路器2熔斷器3熱繼電器4漏電開關(guān) 1 作用 低壓保護電器 可實現(xiàn)短路 過載 失壓保護 2 原理 利用電磁鐵的作用原理 故障時斷開觸點 故障消除后 可自動閉合觸點 1低壓斷路器 自動空開 低壓斷路器結(jié)構(gòu)圖 作用 可實現(xiàn)短路 過載 失壓保護 低壓斷路器 自動空開 結(jié)構(gòu) 工作原理 過流時 過流脫扣器將脫鉤頂開 斷開電源 欠壓時 欠壓脫扣器將脫鉤頂開 斷開電源 2低壓熔斷器 作用 最簡單 有效地進行短路保護 3熱繼電器主要用于電動機的過載保護 由于熱慣性 不可做短路保護 1 發(fā)熱元件2 主雙金屬片3 導板4 補償片5 推桿6 動觸頭7 靜觸頭8 復位按鈕9 調(diào)節(jié)裝置 熱繼電器外型及動作原理示意圖 發(fā)熱元件 雙金屬片式熱繼電器 結(jié)構(gòu) I 常閉觸頭 熱繼電器的符號 發(fā)熱元件 串聯(lián)在主電路中 串聯(lián)在控制電路中 常閉觸頭 1異步機的點動控制 A B C KM FU QS B C KM SB 動作過程 控制電路 主電路 2異步機的單向旋轉(zhuǎn)控制電路 自鎖的作用 KM SB1 KM SB2 KH A B C KM FU QS KH 電流成回路 只要接兩相就可以了 異步機的直接起動 過載保護 例如 甲 乙兩地同時控制一臺電機 方法 兩起動按鈕并聯(lián) 兩停車按鈕串聯(lián) 多地點控制 QS KH 方法一 用復合按鈕 點動 連續(xù)運行 1 主電路 控制電路 點動 連續(xù)運行 2 SB KA SB1 KA SB2 KH KM KA 方法二 加中間繼電器 KA 以下控制電路能否實現(xiàn)即能點動 又能連續(xù)運行 不能點動 思考題 3可逆旋轉(zhuǎn)控制電路 A B C KMF FU QS KH 可逆旋轉(zhuǎn)控制電路 2 加互鎖 互鎖作用 正轉(zhuǎn)時 SBR不起作用 反轉(zhuǎn)時 SBF不起作用 從而避免兩觸發(fā)器同時工作造成主回路短路 KMF SB1 KMF SBF KH KMR KMR M3 A B C KMF FU QS KH KMF SB1 KMF SBF KH KMR KMR KMR KMF 可逆旋轉(zhuǎn)控制電路 3 雙重互鎖 KMR M3 A B C KMF FU QS KH 可逆旋轉(zhuǎn)控制電路 4 行程控制 基本的行程控制電路 反向運行同樣分析 行程控制的應(yīng)用舉例 自動往復運動 正程 逆程 電機 工作要求 1 能正向運行也能反向運行2 到位后能自動返回 自動往復運動控制電路 1 電機的Y 起動 2 電機的順序控制 4時間控制基本線路 KM FU QS KH A x B y C z 主電路 Y 轉(zhuǎn)換完成 控制要求 1 M1起動后 M2才能起動 2 M2可單獨停車 2 電機的順序控制 順序控制電路 1 兩電機只保證起動的先后順序 沒有延時要求 控制電路 不可以 兩電機各自要有獨立的電源 這樣接 主觸頭 KM1 的負荷過重 主電路 控制電路 KM1 SB1 SB2 KT KH KM1 KM2 KM2 KT 順序控制電路 2 M1起動后 M2延時起動 SB2 主電路同前 控制電路 實現(xiàn)M1起動后M2延時起動的順序控制 用以下電路可不可以 不可以 繼電器 接觸器的線圈有各自的額定值 線圈不能串聯(lián) 6二極管及整流 濾波 穩(wěn)壓電路 6 1半導體二極管 1 PN結(jié)的形成 在同一片半導體基片上 分別制造P型半導體和N型半導體 經(jīng)過載流子的擴散 在它們的交界面處就形成了PN結(jié) 2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)加上正向電壓 正向偏置的意思都是 P區(qū)加正 N區(qū)加負電壓 PN結(jié)加上反向電壓 反向偏置的意思都是 P區(qū)加負 N區(qū)加正電壓 3半導體二極管 伏安特性 死區(qū)電壓硅管0 6V 鍺管0 2V 導通壓降 硅管0 6 0 7V 鍺管0 2 0 3V 反向擊穿電壓U BR 主要參數(shù) 1 最大整流電流IOM 二極管長期使用時 允許流過二極管的最大正向平均電流 2 反向擊穿電壓VBR 二極管反向擊穿時的電壓值 擊穿時反向電流劇增 二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?甚至過熱而燒壞 手冊上給出的最高反向工作電壓VWRM一般是VBR的一半 3 反向電流IR 指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流 反向電流大 說明管子的單向?qū)щ娦圆?因此反向電流越小越好 反向電流受溫度的影響 溫度越高反向電流越大 硅管的反向電流較小 鍺管的反向電流要大幾十到幾百倍 以上均是二極管的直流參數(shù) 二極管的應(yīng)用是主要利用它的單向?qū)щ娦园ㄕ?限幅 保護等 整流電路的任務(wù)是把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動的電壓 常見的小功率整流電路 有單相半波 全波 橋式和倍壓整流等 下面主要介紹前三種 為分析簡單起見 我們把二極管當作理想元件處理 即二極管的正向?qū)娮铻榱?反向電阻為無窮大 6 2二極管整流電路 u2 0時 二極管導通 二極管導通 忽略二極管正向壓降 u0 u2 1 單相半波整流電路的工作原理 u2 0時 二極管截止 輸出電流為0 二極管截止 u0 0 輸出電壓波形與大小 輸出電壓平均值 U0 輸出電壓波形 輸出電壓波形與大小 二極管上承受的最高電壓 二極管上的平均電流 ID I0 輸出電壓波形 輸出電壓波形 2 單相全波整流電路的工作原理 輸出電壓波形與大小 u0平均值U0 U0 0 9U2 輸出電壓波形 二極管上承受的最高電壓 二極管上的平均電流 橋式整流電路 u2正半周時電流通路 3 單相橋式整流電路的工作原理 橋式整流電路 u0 u2負半周時電流通路 u2 0時 D1 D3導通D2 D4截止電流通路 由 經(jīng)D1 RL D3 u2 0時 D2 D4導通D1 D3截止電流通路 由 經(jīng)D2 RL D4 輸出是脈動的直流電壓 橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形 4 整流電路的主要參數(shù) 負載電壓U0的平均值為 負載上的 平均 電流 平均電流 ID 與反向峰值電壓 URM 是選擇整流管的主要依據(jù) 流過每只整流二極管的平均電流ID是負載平均電流的一半 二極管截止時兩端承受的最大反向電壓 5 整流電路中整流管的選擇 6 2穩(wěn)壓二極管及穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓二極管 U UZ IZ 穩(wěn)壓誤差 曲線越陡 電壓越穩(wěn)定 真題練兵 7三極管及單管放大電路 7 1半導體三極管 1 基本結(jié)構(gòu) 基極 發(fā)射極 集電極 NPN型 PNP型 發(fā)射結(jié) 集電結(jié) NPN型三極管 1 輸入特性 死區(qū)電壓 硅管0 5V 鍺管0 2V 工作壓降 硅管UBE 0 6 0 7V 鍺管UBE 0 2 0 3V 3 特性曲線 2 輸出特性 IC mA 此區(qū)域滿足IC IB稱為線性區(qū) 放大區(qū) 當UCE大于一定的數(shù)值時 IC只與IB有關(guān) IC IB 此區(qū)域中UCE UBE 集電結(jié)正偏 IB IC UCE 0 3V稱為飽和區(qū) 此區(qū)域中 IB 0 IC ICEO UBE 死區(qū)電壓 稱為截止區(qū) 實現(xiàn)放大的條件 1 晶體管必