全套課件·《電工技術(shù)》

1、電工技術(shù)學(xué)習(xí)要點(diǎn)第1章 電路的基本概念和定律理解電路模型及理想電路元件的伏安關(guān)系，了解實(shí)際電源的兩種模型理解電壓、電流的概念及參考方向的意義，電功率的概念及其計(jì)算了解電器設(shè)備額定值的意義和電路負(fù)載、開路和短路狀態(tài)的特點(diǎn)理解并能熟練應(yīng)用基爾霍夫電流定律和電壓定律理解電位的概念，會(huì)分析計(jì)算電路中各點(diǎn)的電位第1章 電路的基本概念和定律1.1 電路及電路模型1.2 電路的基本物理量1.3 電路元件的伏安關(guān)系1.4 電氣設(shè)備的額定值與電路的工作狀態(tài)1.5 基爾霍夫定律1.6 電位的概念及計(jì)算1.1 電路及電路模型電路是為了某種需要而將某些電工設(shè)備或元件按一定方式組合起來的電流通路。電路的功能一：進(jìn)行能量

2、的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配。二：實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞、存儲(chǔ)和處理。1.1.1 電路及其功能1.1.2 電路的組成電路由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)3部分組成。電源提供電能，負(fù)載取用電能，中間環(huán)節(jié)傳遞、分配和控制電能。1.1.3 電路模型理想元件：將實(shí)際元件理想化（模型化），即在一定條件下突出元件主要的電磁性質(zhì)，忽略次要因素，用一個(gè)足以表征其主要特性的理想元件近似表示。理想元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件、理想電壓源、理想電流源，不能產(chǎn)生能量的元件為無源元件，能產(chǎn)生能量的元件為有源元件。電路模型：由理想元件所組成的電路稱為電路模型。1.2.1 電流電荷的定向移動(dòng)形成電流。電流大?。?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電量。

3、大寫 I 表示直流電流小寫 i 表示電流的一般符號(hào)1.2 電路的基本物理量正電荷運(yùn)動(dòng)方向規(guī)定為電流的實(shí)際方向。電流的方向用箭頭或雙下標(biāo)變量表示。任意假設(shè)的電流方向稱為電流的參考方向。 如果求出的電流值為正，說明參考方向與實(shí)際方向一致，否則說明參考方向與實(shí)際方向相反。1.2.1 電壓、電位和電動(dòng)勢(shì)電路中a、b點(diǎn)兩點(diǎn)間的電壓定義為單位正電荷由a點(diǎn)移至b點(diǎn)電場(chǎng)力所做的功。電路中某點(diǎn)的電位定義為單位正電荷由該點(diǎn)移至參考點(diǎn)電場(chǎng)力所做的功。電路中a、b點(diǎn)兩點(diǎn)間的電壓等于a、b兩點(diǎn)的電位差。電壓的實(shí)際方向規(guī)定由電位高處指向電位低處。與電流方向的處理方法類似，可任選一方向?yàn)殡妷旱膮⒖挤较蚶寒?dāng)ua =3V u

4、b = 2V時(shí)u1 =1V最后求得的u為正值，說明電壓的實(shí)際方向與參考方向一致，否則說明兩者相反。u2 =1V 對(duì)一個(gè)元件，電流參考方向和電壓參考方向可以相互獨(dú)立地任意確定，但為了方便起見，常常將其取為一致，稱關(guān)聯(lián)方向；如不一致，稱非關(guān)聯(lián)方向。 如果采用關(guān)聯(lián)方向，在標(biāo)示時(shí)標(biāo)出一種即可。如果采用非關(guān)聯(lián)方向，則必須全部標(biāo)示。 電動(dòng)勢(shì)是衡量外力即非靜電力做功能力的物理量。外力克服電場(chǎng)力把單位正電荷從電源的負(fù)極搬運(yùn)到正極所做的功，稱為電源的電動(dòng)勢(shì)。 電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向與電壓實(shí)際方向相反，規(guī)定為由負(fù)極指向正極。1.2.3 電功率電場(chǎng)力在單位時(shí)間內(nèi)所做的功稱為電功率，簡(jiǎn)稱功率。功率與電流、電壓的關(guān)系：關(guān)聯(lián)方

5、向時(shí)：p =ui非關(guān)聯(lián)方向時(shí)：p =uip0時(shí)吸收功率，p0時(shí)放出功率。例：求圖示各元件的功率.（a）關(guān)聯(lián)方向，P=UI=52=10W，P0，吸收10W功率。（b）關(guān)聯(lián)方向，P=UI=5(2)=10W，P0，吸收10W功率。解：元件A：非關(guān)聯(lián)方向，P1=U1I=101=10W，P10，產(chǎn)生10W功率，電源。元件B：關(guān)聯(lián)方向，P2=U2I=61=6W，P20，吸收10W功率，負(fù)載。P1+P2+P3=1=+6+4=0，功率平衡。例： I=1A，U1=10V，U2=6V，U3=4V。求各元件功率，并分析電路的功率平衡關(guān)系。1.3 電路元件的伏安關(guān)系元件的伏安關(guān)系：電路元件的電流和電壓之間的關(guān)系。元件

6、的伏安關(guān)系只與元件本身的性質(zhì)有關(guān)，與電路的結(jié)構(gòu)無關(guān)，是分析研究電路的基本依據(jù)之一。1.3.1 無源元件伏安關(guān)系（歐姆定律）：關(guān)聯(lián)方向時(shí)：u =Ri非關(guān)聯(lián)方向時(shí)：u =Ri1電阻元件符號(hào)：功率：電阻元件是一種消耗電能的元件。伏安關(guān)系：2電感元件符號(hào)：電感元件是一種能夠貯存磁場(chǎng)能量的元件，是實(shí)際電感器的理想化模型。稱為電感元件的電感，單位是亨利（）。只有電感上的電流變化時(shí)，電感兩端才有電壓。在直流電路中，電感上即使有電流通過，但，相當(dāng)于短路。存儲(chǔ)能量：3電容元件電容元件是一種能夠貯存電場(chǎng)能量的元件，是實(shí)際電容器的理想化模型。伏安關(guān)系：符號(hào)：只有電容上的電壓變化時(shí)，電容兩端才有電流。在直流電路中，電

7、容上即使有電壓，但，相當(dāng)于開路，即 電容具有隔直作用。C稱為電容元件的電容，單位是法拉（F）。存儲(chǔ)能量：1理想電壓源（1）伏安關(guān)系u=uS 端電壓為us，與流過電壓源的電流無關(guān)，由電源本身確定，電流任意，由外電路確定。（2）特性曲線與符號(hào)1.3.2 有源元件（2）特性曲線與符號(hào)i=iS流過電流為is，與電源兩端電壓無關(guān)，由電源本身確定，電壓任意，由外電路確定。2理想電流源（1）伏安關(guān)系1.3.3 實(shí)際電源的兩種模型實(shí)際電源的伏安特性或 可見一個(gè)實(shí)際電源可用兩種電路模型表示：一種為電壓源Us和內(nèi)阻Ro串聯(lián)，另一種為電流源Is和內(nèi)阻Ro并聯(lián)。實(shí)際使用電源時(shí)，應(yīng)注意以下3點(diǎn)：（1）實(shí)際電工技術(shù)中，實(shí)

8、際電壓源，簡(jiǎn)稱電壓源，常是指相對(duì)負(fù)載而言具有較小內(nèi)阻的電壓源；實(shí)際電流源，簡(jiǎn)稱電流源，常是指相對(duì)于負(fù)載而言具有較大內(nèi)阻的電流源。（2）實(shí)際電壓源不允許短路由于一般電壓源的R0很小，短路電流將很大，會(huì)燒毀電源，這是不允許的。平時(shí)，實(shí)際電壓源不使用時(shí)應(yīng)開路放置，因電流為零，不消耗電源的電能。（3）實(shí)際電流源不允許開路處于空載狀態(tài)?？蛰d時(shí)，電源內(nèi)阻把電流源的能量消耗掉，而電源對(duì)外沒送出電能。平時(shí)，實(shí)際電流源不使用時(shí)，應(yīng)短路放置，因?qū)嶋H電流源的內(nèi)阻R0一般都很大，電流源被短路后，通過內(nèi)阻的電流很小，損耗很小；而外電路上短路后電壓為零，不消耗電能。1.4 電氣設(shè)備的額定值及電路的工作狀態(tài)1.4.1 電氣

9、設(shè)備的額定值額定值是制造廠為了使產(chǎn)品能在給定的工作條件下正常運(yùn)行而規(guī)定的正常容許值。額定值有額定電壓UN與額定電流IN或額定功率PN 。必須注意的是，電氣設(shè)備或元件的電壓、電流和功率的實(shí)際值不一定等于它們的額定值。1.2.2 電路的工作狀態(tài)1、負(fù)載狀態(tài)P=UI：電源輸出的功率PS=USI：電源產(chǎn)生的功率P=I2R0：內(nèi)阻消耗的功率2、空載狀態(tài)3、短路狀態(tài)例：設(shè)圖示電路中的電源額定功率PN=22kW ，額定電壓UN=220V，內(nèi)阻R0=0.2，R為可調(diào)節(jié)的負(fù)載電阻。求：（1）電源的額定電流IN；（2）電源開路電壓U0C；（3）電源在額定工作情況下的負(fù)載電阻RN；（4）負(fù)載發(fā)生短路時(shí)的短路電流IS

10、C。解：(1)電源的額定電流為：(2)電源開路電壓為：(3)電源在額定狀態(tài)時(shí)的負(fù)載電阻為：(4)短路電流為：1.5 基爾霍夫定律支路、節(jié)點(diǎn)、回路電路中兩點(diǎn)之間通過同一電流的不分叉的一段電路稱為支路。電路中3條或3條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。電路中任一閉合的路徑稱為回路。回路內(nèi)部不含支路的稱網(wǎng)孔圖示電路有3條支路、兩個(gè)節(jié)點(diǎn)、3個(gè)回路、兩個(gè)網(wǎng)孔。1.5.1 基爾霍夫電流定律（KCL）在任一瞬時(shí)，流入任一節(jié)點(diǎn)的電流之和必定等于從該節(jié)點(diǎn)流出的電流之和。在任一瞬時(shí)，通過任一節(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和恒等于零。表述一表述二可假定流入節(jié)點(diǎn)的電流為正，流出節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)；也可以作相反的假定。所有電流均為正。KCL通常用

11、于節(jié)點(diǎn)，但是對(duì)于包圍幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的閉合面也是適用的。例：列出下圖中各節(jié)點(diǎn)的KCL方程解：取流入為正以上三式相加： I1I2I3 0 節(jié)點(diǎn)a I1I4I60節(jié)點(diǎn)b I2I4I50節(jié)點(diǎn)c I3I5I601.5.2 基爾霍夫電壓定律（KVL）表述一表述二在任一瞬時(shí)，在任一回路上的電位升之和等于電位降之和。在任一瞬時(shí)，沿任一回路電壓的代數(shù)和恒等于零。電壓參考方向與回路繞行方向一致時(shí)取正號(hào)，相反時(shí)取負(fù)號(hào)。所有電壓均為正。對(duì)于電阻電路，回路中電阻上電壓降的代數(shù)和等于回路中的電壓源電壓的代數(shù)和。在運(yùn)用上式時(shí)，電流參考方向與回路繞行方向一致時(shí)iR前取正號(hào)，相反時(shí)取負(fù)號(hào)；電壓源電壓方向與回路繞行方向一致時(shí)us前取負(fù)

12、號(hào)，相反時(shí)取正號(hào)。KVL通常用于閉合回路，但也可推廣應(yīng)用到任一不閉合的電路上。例：列出下圖的KVL方程例：圖示電路，已知U1=5V， U3=3V，I=2A ，求U2、I2、R1、R2和US。解：I2=U32=32=1.5AU2= U1U3=53=2VR2=U2I2 =21.5=1.33I1=II2=21.5=0.5AR1=U1I1 =50.5=10US= UU1=235=11V例：圖示電路，已知US1=12V，US2=3V，R1=3，R2=9，R3=10，求Uab。解：由KCL I3= 0，I1=I2由KVL I1 R1 I2 R2=US1由KVL解得：解得：1.6 電位的概念及計(jì)算1.6.1

13、 電位的概念電路中的某一點(diǎn)到參考點(diǎn)之間的電壓，稱作該點(diǎn)的電位。電路中選定的參考點(diǎn)雖然一般并不與大地相聯(lián)接，往往也稱為“地”。在電路圖中，參考點(diǎn)用符號(hào)“”表示。1.6.2 電位的計(jì)算選b點(diǎn)為參考點(diǎn)選d點(diǎn)為參考點(diǎn)選用不同的參考點(diǎn)，各點(diǎn)電位的數(shù)值不同，但任意兩點(diǎn)之間的電壓不隨參考點(diǎn)的改變而變化。學(xué)習(xí)要點(diǎn)掌握支路電流法、節(jié)點(diǎn)電壓法、疊加定理、等效電源定理等常用的電路分析方法，重點(diǎn)是疊加定理和戴維南定理理解電路等效的概念，掌握用電路等效概念分析計(jì)算電路的方法了解受控源的概念以及含受控源電阻電路的分析計(jì)算了解非線性電阻電路的圖解分析方法，理解靜態(tài)電阻和動(dòng)態(tài)電阻的意義第2章 電路的基本分析方法第2章 電路的

14、基本分析方法2.1 簡(jiǎn)單電阻電路分析2.2 復(fù)雜電阻電路分析2.3 電壓源與電流源的等效變換2.4 電路定理2.5 含受源電阻電路的分析2.6 非線性電阻電路的分析2.1 簡(jiǎn)單電阻電路分析電阻電路：只含電源和電阻的電路簡(jiǎn)單電阻電路：可以利用電阻串、并聯(lián)方法進(jìn)行分析的電路。應(yīng)用這種方法對(duì)電路進(jìn)行分析時(shí)，一般先利用電阻串、并聯(lián)公式求出該電路的總電阻，然后根據(jù)歐姆定律求出總電流，最后利用分壓公式或分流公式計(jì)算出各個(gè)電阻的電壓或電流。n個(gè)電阻串聯(lián)可等效為一個(gè)電阻2.1.1 電阻的串聯(lián)分壓公式兩個(gè)電阻串聯(lián)時(shí)n個(gè)電阻并聯(lián)可等效為一個(gè)電阻2.1.2 電阻的并聯(lián)分流公式兩個(gè)電阻并聯(lián)時(shí)2.2 復(fù)雜電阻電路分析復(fù)

15、雜電阻電路：不能利用電阻串并聯(lián)方法化簡(jiǎn)，然后應(yīng)用歐姆定律進(jìn)行分析的電路。解決復(fù)雜電路問題的方法：一種是根據(jù)電路待求的未知量，直接應(yīng)用基爾霍夫定律列出足夠的獨(dú)立方程式，然后聯(lián)立求解出各未知量；另一種是應(yīng)用等效變換的概念，將電路化簡(jiǎn)或進(jìn)行等效變換后，再通過歐姆定律、基爾霍夫定律或分壓、分流公式求解出結(jié)果。 支路電流法是以支路電流為未知量，直接應(yīng)用KCL和KVL，分別對(duì)節(jié)點(diǎn)和回路列出所需的方程式，然后聯(lián)立求解出各未知電流。2.2.1 支路電流法 一個(gè)具有b條支路、n個(gè)節(jié)點(diǎn)的電路，根據(jù)KCL可列出（n1）個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)電流方程式，根據(jù)KVL可列出b(n1)個(gè)獨(dú)立的回路電壓方程式。圖示電路（2）節(jié)點(diǎn)數(shù)n=

16、2，可列出21=1個(gè)獨(dú)立的KCL方程。（1）支路數(shù)b=3，支路電流有I1 、I2、I3三個(gè)。（3）獨(dú)立的KVL方程數(shù)為3(21)=2個(gè)。回路I回路節(jié)點(diǎn)a 解得：I1=1A I2=1AI1R，故UL=UCUR=U，即電感和電容上的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電路的端電壓。2、并聯(lián)諧振學(xué)習(xí)要點(diǎn)第4章 三相正弦電路分析掌握三相電路中電源及負(fù)載的聯(lián)接方法掌握相電壓與線電壓、相電流與線電流在對(duì)稱三相電路中的相互關(guān)系掌握對(duì)稱三相電路電壓、電流和功率計(jì)算掌握不對(duì)稱三相四線制電路中中線的作用了解安全用電的常識(shí)和重要性了解接零、接地保護(hù)的作用和使用條件了解靜電保護(hù)和電氣防火、防爆的常識(shí)4.1 三相正弦交流電源4.2 三相電路中

17、負(fù)載的聯(lián)接4.3 安全用電第4章 三相正弦電路分析4.1 三相正弦交流電源由3個(gè)頻率相同、振幅相同、相位互差120的正弦電壓源所構(gòu)成的電源稱為三相電源。由三相電源供電的電路稱為三相電路。4.1.1 三相交流電的產(chǎn)生三相電源由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。在三相交流發(fā)電機(jī)中有3個(gè)相同的繞組。3個(gè)繞阻的首端分別用A、B、C表示，末端分別用X、Y、Z表示。這3個(gè)繞組分別稱為A相、B相、C相，所產(chǎn)生的三相電壓分別為：對(duì)稱三相電源：三個(gè)電壓 同幅值 同頻率相位互差120三個(gè)電壓達(dá)最大值的先后次序叫相序，圖示相序?yàn)锳BC。任一瞬間對(duì)稱三相電源3個(gè)電壓瞬時(shí)值之和或相量之和為零。星形連接：3個(gè)末端連接在一起引出中線，

18、由3個(gè)首端引出3條火線。每個(gè)電源的電壓稱為相電壓火線間電壓稱為線電壓。4.1.2 三相電源的聯(lián)接由相量圖可得：可見，三個(gè)線電壓幅值相同，頻率相同，相位相差120。注：此種接法如一相接反，將造成嚴(yán)重后果。三角形連接：將三相繞組的首、末端依次相連，從3個(gè)點(diǎn)引出3條火線。4.2.1 負(fù)載星形聯(lián)接相電流：負(fù)載中的電流。線電流：火線中的電流。4.2 三相電路中負(fù)載的聯(lián)接在三相電路中，每相負(fù)載中的電流應(yīng)該一相一相地計(jì)算。在忽略導(dǎo)線阻抗的情況下，各相負(fù)載承受的電壓就是電源對(duì)稱的相電壓，因此各相電流為：中線中沒有電流，即如果三相負(fù)載是對(duì)稱的，即則：三相功率：相電流線電流4.2.2 負(fù)載三角形聯(lián)接安全電壓：36

19、V和12V兩種。一般情況下可采用36V的安全電壓，在非常潮濕的場(chǎng)所或容易大面積觸電的場(chǎng)所，如坑道內(nèi)、鍋爐內(nèi)作業(yè)，應(yīng)采用12V的安全電壓。4.3 安全用電4.3.1 觸電方式及其防護(hù)2、間接觸電及其防護(hù)間接觸電主要有跨步電壓觸電和接觸電壓觸電。雖然危險(xiǎn)程度不如直接觸電的情況，但也應(yīng)盡量避免。防護(hù)的方法是將設(shè)備正常時(shí)不帶電的外露可導(dǎo)電部分接地，并裝設(shè)接地保護(hù)等。1、直接觸電及其防護(hù)直接觸電又可分為單相觸電和兩相觸電。兩相觸電非常危險(xiǎn)，單相觸電在電源中性點(diǎn)接地的情況下也是很危險(xiǎn)的。其防護(hù)方法主要是對(duì)帶電導(dǎo)體加絕緣、變電所的帶電設(shè)備加隔離柵欄或防護(hù)罩等設(shè)施。電氣設(shè)備的保護(hù)接地和保護(hù)接零是為了防止人體接

20、觸絕緣損壞的電氣設(shè)備所引起的觸電事故而采取的有效措施。1保護(hù)接地電氣設(shè)備的金屬外殼或構(gòu)架與土壤之間作良好的電氣連接稱為接地?？煞譃楣ぷ鹘拥睾捅Ｗo(hù)接地兩種。工作接地是為了保證電器設(shè)備在正常及事故情況下可靠工作而進(jìn)行的接地，如三相四線制電源中性點(diǎn)的接地。保護(hù)接地是為了防止電器設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，不帶電的金屬外殼或框架因漏電使人體接觸時(shí)發(fā)生觸電事故而進(jìn)行的接地。適用于中性點(diǎn)不接地的低壓電網(wǎng)。2保護(hù)接零在中性點(diǎn)接地的電網(wǎng)中，由于單相對(duì)地電流較大，保護(hù)接地就不能完全避免人體觸電的危險(xiǎn)，而要采用保護(hù)接零。將電氣設(shè)備的金屬外殼或構(gòu)架與電網(wǎng)的零線相連接的保護(hù)方式叫保護(hù)接零。4.3.2 接地與接零4.3.3 靜電防

21、護(hù)與電氣防火防爆1靜電的危害及其防護(hù)靜電防護(hù)措施：（1）利用控制工藝過程和控制工藝過程中所用材料的選擇，使之不產(chǎn)生靜電或少產(chǎn)生靜電；（2）采取接地、增濕、加入抗靜電添加劑等措施，加速靜電的泄漏；（3）利用感應(yīng)中和器、高壓中和器、放射線中和器等裝置，加速靜電的中和；（4）改善生產(chǎn)環(huán)境，利用封閉的方法限制危害的產(chǎn)生，減小易燃易爆物散發(fā)的濃度。2電氣防火防爆電氣防火防爆措施：嚴(yán)格遵守電氣設(shè)備的銘牌值、操作規(guī)程、勤于觀察和檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行情況、溫升情況，以及設(shè)備的定期維修等，都可防止事故的發(fā)生。在易發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)的場(chǎng)所，應(yīng)按國(guó)家有關(guān)技術(shù)規(guī)范選用封閉型、防塵型、防滴型或防爆型等電器設(shè)備。另外，可安裝預(yù)防報(bào)警

22、裝置等監(jiān)測(cè)設(shè)備，防止災(zāi)害的發(fā)生。一旦發(fā)生火災(zāi)，要積極組織撲救。根據(jù)不同的情況，采用相應(yīng)的滅火方法。電氣設(shè)備在切斷電源后的滅火方法與撲救一般的火災(zāi)相同。在無法切斷電源或者不能確定是否已切斷電源的情況下，應(yīng)采用帶電滅火的方法，應(yīng)用不導(dǎo)電的滅火劑帶電滅火。第5章 非正弦周期電流電路分析了解非正弦周期信號(hào)的基本概念了解非正弦周期信號(hào)的平均值和有效值的概念及其計(jì)算方法了解非正弦周期信號(hào)線性電路的分析方法學(xué)習(xí)要點(diǎn)第5章 非正弦周期電流電路分析5.1 非正弦周期信號(hào)的諧波分析5.2 非正弦周期信號(hào)的有效值、平均值和平均功率5.3 非正弦周期電流電路的計(jì)算5.1 非正弦周期信號(hào)的諧波分析作用于電路的電源是非正

23、弦的。幾個(gè)不同頻率的電源作用于同一電路。電路中存在非線性元件。5.1.1 非正弦周期信號(hào)的產(chǎn)生5.1.2 非正弦周期信號(hào)的分解電工和電子技術(shù)中非正弦周期信號(hào)一般都滿足狄里赫利條件，可分解成收斂的三角級(jí)數(shù)，稱為傅里葉級(jí)數(shù)。直流分量基波二次諧波5.1.3 非正弦周期信號(hào)的頻譜幅頻譜：用長(zhǎng)度與直流分量和各次諧波分量幅值大小相對(duì)應(yīng)的線段按頻率的高低依次排列起來得到的圖形。相頻譜：把非正弦周期函數(shù)各次諧波的初相用相應(yīng)的線段按頻率的高低依次排列起來得到的圖形。幅頻譜和相頻譜統(tǒng)稱為頻譜。如無特別說明，一般所說的頻譜是專指幅頻譜而言的。5.2 非正弦周期信號(hào)的有效值、平均值和平均功率如果已經(jīng)知道非正弦周期信號(hào)

24、在一個(gè)周期內(nèi)的表達(dá)式，有效值的計(jì)算公式為：5.2.1 非正弦周期信號(hào)的有效值如果已經(jīng)知道非正弦周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)分解結(jié)果，有效值的計(jì)算公式為：5.2.2 非正弦周期信號(hào)的平均值如果已經(jīng)知道非正弦周期信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)的表達(dá)式，平均值的計(jì)算公式為：如果已經(jīng)知道非正弦周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)分解結(jié)果，平均值就等于其直流分量。例：已知非正弦周期電流的波形如圖所示，試求其有效值和平均值。所以有效值為：解：本題中給出了非正弦周期電流的波形。由電流波形可以寫出其在一個(gè)周期內(nèi)的表達(dá)式，為：電流平均值為：例：已知非正弦周期電流：試求其有效值和平均值。解：本題中給定的非正弦周期電流包括直流分量和兩個(gè)不同頻率的正弦量

25、，并且已知各正弦量的有效值，所以其有效值為：平均值就等于其直流分量，為：5.2.3 非正弦周期信號(hào)的平均功率如果電壓u和電流i同頻率的非正弦周期量，并且已知電壓u和電流i的函數(shù)表達(dá)式，則平均功率為：如果電壓u和電流i已被分解為傅里葉級(jí)數(shù)，則由平均功率的計(jì)算公式，可求得平均功率為：上式表明，非正弦周期電流電路的平均功率等于直流分量和各次諧波分別產(chǎn)生的平均功率之和。例：已知某無源二端網(wǎng)絡(luò)的端電壓和電流分別為：解：直流分量的功率為：所以，該二端網(wǎng)絡(luò)的平均功率為：試求該二端網(wǎng)絡(luò)的平均功率?；ǖ钠骄β蕿椋憾沃C波的平均功率為：5.3.1 非正弦周期電流電路的計(jì)算方法（1）把給出的電壓源或電流源的非正

26、弦周期電壓或電流分解為傅里葉級(jí)數(shù)，高次諧波取到哪一項(xiàng)為止，要由所需要的準(zhǔn)確度的高低來確定。5.3 非正弦周期電流電路的計(jì)算（2）分別求出電源的直流分量及各次諧波分量單獨(dú)作用時(shí)在電路各處所產(chǎn)生的電壓分量和電流分量。（3）把所求得的相量轉(zhuǎn)化為用三角函數(shù)表示的瞬時(shí)表達(dá)式后，應(yīng)用疊加定理將屬于同一支路的電壓或電流分量相加，即得電路中實(shí)際的電壓或電流。注意：應(yīng)用疊加定理時(shí)不能將表示不同頻率的電壓相量或電流相量直接相加，更不能將各電壓或電流的有效值直接相加。例：圖示電路中，作用于電路兩端的電壓為：5.3.2 非正弦周期電流電路計(jì)算舉例已知電阻R=100，電容C=20F，角頻率=500rad/s。求各支路電

27、流和電路的有功功率。解：直流分量U0=50V單獨(dú)作用時(shí)電容可視為開路，總電流的直流分量I0和電阻支路的電流IR0相等，為：基波分量u1單獨(dú)作用時(shí)，由于：其相量為：這時(shí)電容的容抗為：所以電阻支路、電容支路及總電流的基波相量分別為：二次諧波分量u2單獨(dú)作用時(shí)，由于其相量為：這時(shí)電容的容抗為：所以電阻支路、電容支路及總電流的二次諧波相量分別為：把上面求得的基波電流分量及二次諧波電流分量用三角函數(shù)式表示，然后將屬于同一支路的各個(gè)電流分量進(jìn)行相加，即得最終結(jié)果，分別為：因?yàn)殡娐返挠泄β示褪请娮鑂上所消耗的功率，所以有功功率可以計(jì)算如下：學(xué)習(xí)要點(diǎn)掌握用三要素法分析一階動(dòng)態(tài)電路的方法理解電路的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)以

28、及時(shí)間常數(shù)的物理意義了解用經(jīng)典法分析一階動(dòng)態(tài)電路的方法了解一階電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)的概念了解微分電路和積分電路的構(gòu)成及其必須具備的條件第6章 一階動(dòng)態(tài)電路分析第6章 一階動(dòng)態(tài)電路分析6.1 換路定理6.2 一階動(dòng)態(tài)電路分析方法6.3 零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)6.4 微分電路和積分電路6.1 換路定理過渡過程：電路從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，電壓、電流等物理量經(jīng)歷一個(gè)隨時(shí)間變化的過程。含有動(dòng)態(tài)元件電容C和電感L的電路稱為動(dòng)態(tài)電路。動(dòng)態(tài)電路的伏安關(guān)系是用微分或積分方程表示的。通常用微分形式。一階電路：用一階微分方程來描述的電路。一階電路中只含有一個(gè) 動(dòng)態(tài)元件。本章著重于無源和

29、直流一階電路。產(chǎn)生過渡過程的條件：電路結(jié)構(gòu)或參數(shù)的突然改變。產(chǎn)生過渡過程的原因：能量不能躍變，電感及電容能量的存儲(chǔ)和釋放需要時(shí)間，從而引起過渡過程。6.1.1 電路產(chǎn)生過渡過程的原因換路：電路工作條件發(fā)生變化，如電源的接通或切斷，電路連接方法或參數(shù)值的突然變化等稱為換路。換路定理：電容上的電壓uC及電感中的電流iL在換路前后瞬間的值是相等的，即：必須注意：只有uC 、 iL受換路定理的約束而保持不變，電路中其他電壓、電流都可能發(fā)生躍變。6.1.2 換路定理例：圖示電路原處于穩(wěn)態(tài)，t=0時(shí)開關(guān)S閉合，US=10V，R1=10， R2=5，求初始值uC(0+) 、i1(0+) 、i2(0+)、iC

30、(0+)。解：由于在直流穩(wěn)態(tài)電路中，電容C相當(dāng)于開路，因此t=0-時(shí)電容兩端電壓分別為：在開關(guān)S閉合后瞬間，根據(jù)換路定理有：由此可畫出開關(guān)S閉合后瞬間即時(shí)的等效電路，如圖所示。由圖得：例：圖示電路原處于穩(wěn)態(tài)，t=0時(shí)開關(guān)S閉合，求初始值uC(0+)、iC(0+)和u(0+)。解：由于在直流穩(wěn)態(tài)電路中，電感L相當(dāng)于短路、電容C相當(dāng)于開路，因此t=0-時(shí)電感支路電流和電容兩端電壓分別為：在開關(guān)S閉合后瞬間，根據(jù)換路定理有：由此可畫出開關(guān)S閉合后瞬間即時(shí)的等效電路，如圖所示。由圖得：u(0+)可用節(jié)點(diǎn)電壓法由t=0+時(shí)的電路求出，為：6.2 一階動(dòng)態(tài)電路的分析方法任何一個(gè)復(fù)雜的一階電路，總可以用戴微

31、南定理或諾頓定理將其等效為一個(gè)簡(jiǎn)單的RC電路或RL電路。因此，對(duì)一階電路的分析，實(shí)際上可歸結(jié)為對(duì)簡(jiǎn)單的RC電路和RL電路的求解。一階動(dòng)態(tài)電路的分析方法有經(jīng)典法和三要素法兩種。1RC電路分析圖示電路，t=0時(shí)開關(guān)S閉合。根據(jù)KVL，得回路電壓方程為：從而得微分方程：而:6.2.1 經(jīng)典分析法解微分方程，得：只存在于暫態(tài)過程中， t時(shí)uC0，稱為暫態(tài)分量。其中uC=US為t時(shí)uC的值，稱為穩(wěn)態(tài)分量。=RC稱為時(shí)間常數(shù)，決定過渡過程的快慢。波形圖：電路中的電流為：電阻上的電壓為：iC與uR的波形2RL電路分析圖示電路，t=0時(shí)開關(guān)S閉合。根據(jù)KVL，得回路電壓方程為：因?yàn)椋簭亩梦⒎址匠蹋航庵茫悍€(wěn)

32、態(tài)分量暫態(tài)分量式中=L/R為時(shí)間常數(shù)經(jīng)典法求解一階電路的步驟：（1）利用基爾霍夫定律和元件的伏安關(guān)系，根據(jù)換路后的電路列出微分方程；（2）求微分方程的特解，即穩(wěn)態(tài)分量；（3）求微分方程的補(bǔ)函數(shù)，即暫態(tài)分量；（4）將穩(wěn)態(tài)分量與暫態(tài)分量相加，即得微分方程的全解；（5）按照換路定理求出暫態(tài)過程的初始值，從而定出積分常數(shù)。例：圖(a)所示電路原處于穩(wěn)態(tài)，t=0時(shí)開關(guān)S閉合，求開關(guān)閉合后的電容電壓uC和通過3電阻的電流i。解：用戴微南定理將圖(a)所示開關(guān)閉合后的電路等效為圖(b)，圖中：對(duì)圖(b)列微分方程：解微分方程：由圖(a)求uC的初始值為：積分常數(shù)為：所以，電容電壓為：通過3電阻的電流為：6.

33、2.2 三要素分析法求解一階電路任一支路電流或電壓的三要素公式為：式中，f(0+)為待求電流或電壓的初始值，f()為待求電流或電壓的穩(wěn)態(tài)值，為電路的時(shí)間常數(shù)。對(duì)于RC電路，時(shí)間常數(shù)為：對(duì)于RL電路，時(shí)間常數(shù)為：例：圖示電路，IS=10mA，R1=20k，R2=5k，C=100F。開關(guān)S閉合之前電路已處于穩(wěn)態(tài)，在t=0時(shí)開關(guān)S閉合。試用三要素法求開關(guān)閉合后的uC。解：（1）求初始值。因?yàn)殚_關(guān)S閉合之前電路已處于穩(wěn)態(tài)，故在瞬間電容C可看作開路，因此：（2）求穩(wěn)態(tài)值。當(dāng)t=時(shí)，電容C同樣可看作開路，因此：（3）求時(shí)間常數(shù)。將電容支路斷開，恒流源開路，得：時(shí)間常數(shù)為：（4）求uC。利用三要素公式，得：

34、例：圖示電路，US1=9V，US2=6V ，R1=6，R2=3，L=1H。開關(guān)S閉合之前電路已處于穩(wěn)態(tài)，在t=0時(shí)開關(guān)S閉合。試用三要素法求開關(guān)閉合后的iL和u2。解：（1）求初始值。因?yàn)殚_關(guān)S閉合之前電路已處于穩(wěn)態(tài)，故在瞬間電感L可看作短路，因此：（2）求穩(wěn)態(tài)值。當(dāng)t=時(shí)，電感L同樣可看作短路，因此：（3）求時(shí)間常數(shù)。將電感支路斷開，恒壓源短路，得：時(shí)間常數(shù)為：（4）求iL和u2。利用三要素公式，得：6.3 零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)6.3.1 一階電路響應(yīng)的分解根據(jù)電路的工作狀態(tài)，全響應(yīng)可分解為穩(wěn)態(tài)分量和暫態(tài)分量，即：全響應(yīng)=穩(wěn)態(tài)分量+暫態(tài)分量根據(jù)激勵(lì)與響應(yīng)的因果關(guān)系，全響應(yīng)可分解為零輸入響應(yīng)

35、和零狀態(tài)響應(yīng)，即：全響應(yīng)=零輸入響應(yīng)+零狀態(tài)響應(yīng)零輸入響應(yīng)是輸入為零時(shí)，由初始狀態(tài)產(chǎn)生的響應(yīng)，僅與初始狀態(tài)有關(guān)，而與激勵(lì)無關(guān)。零狀態(tài)響應(yīng)是初始狀態(tài)為零時(shí)，由激勵(lì)產(chǎn)生的響應(yīng)，僅與激勵(lì)有關(guān)，而與初始狀態(tài)無關(guān)。將一階RC電路中電容電壓uC隨時(shí)間變化的規(guī)律改寫為：零輸入響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)將一階RL電路中電感電流iL隨時(shí)間變化的規(guī)律改寫為：零輸入響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)例：圖示電路有兩個(gè)開關(guān)S1和S2，t0時(shí)S1閉合，S2打開，電路處于穩(wěn)態(tài)。t=0時(shí)S1打開，S2閉合。已知IS=2.5A，US=12V，R1=2，R2=3，R3=6，C=1F。 求換路后的電容電壓uC，并指出其穩(wěn)態(tài)分量、暫態(tài)分量、零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)

36、，畫出波形圖。解：（1）全響應(yīng)=穩(wěn)態(tài)分量+暫態(tài)分量穩(wěn)態(tài)分量初始值時(shí)間常數(shù)暫態(tài)分量全響應(yīng)（2）全響應(yīng)=零輸入響應(yīng)+零狀態(tài)響應(yīng)零輸入響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)全響應(yīng)6.3.2 一階電路的零輸入響應(yīng)1RC電路的零輸入響應(yīng)圖示電路，換路前開關(guān)S置于位置1，電容上已充有電壓。t=0時(shí)開關(guān)S從位置1撥到位置2，使RC電路脫離電源。根據(jù)換路定理，電容電壓不能突變。于是，電容電壓由初始值開始，通過電阻R放電，在電路中產(chǎn)生放電電流iC。隨著時(shí)間增長(zhǎng)，電容電壓uC和放電電流iC將逐漸減小，最后趨近于零。這樣，電容存儲(chǔ)的能量全部被電阻所消耗?？梢婋娐窊Q路后的響應(yīng)僅由電容的初始狀態(tài)所引起，故為零輸入響應(yīng)。由初始值uC(0+)=U

37、0，穩(wěn)態(tài)值uC()=0，時(shí)間常數(shù)=RC，運(yùn)用三要素法得電容電壓：放電電流放電過程的快慢是由時(shí)間常數(shù)決定。 越大，在電容電壓的初始值U0一定的情況下，C越大，電容存儲(chǔ)的電荷越多，放電所需的時(shí)間越長(zhǎng)；而R越大，則放電電流就越小，放電所需的時(shí)間也就越長(zhǎng)。相反，越小，電容放電越快，放電過程所需的時(shí)間就越短。從理論上講，需要經(jīng)歷無限長(zhǎng)的時(shí)間，電容電壓uC才衰減到零，電路到達(dá)穩(wěn)態(tài)。但實(shí)際上，uC開始時(shí)衰減得較快，隨著時(shí)間的增加，衰減得越來越慢。經(jīng)過t=(35)的時(shí)間，uC已經(jīng)衰減到可以忽略不計(jì)的程度。這時(shí)，可以認(rèn)為暫態(tài)過程已經(jīng)基本結(jié)束，電路到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。2RL電路的零輸入響應(yīng)圖示電路，換路前開關(guān)S置于位置

38、1，電路已處于穩(wěn)態(tài)，電感中已有電流。在t=0時(shí)，開關(guān)S從位置1撥到位置2，使RL電路脫離電源。根據(jù)換路定理，電感電流不能突變。于是，電感由初始儲(chǔ)能開始，通過電阻R釋放能量。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，電感電流iL將逐漸減小，最后趨近于零。這樣，電感存儲(chǔ)的能量全部被電阻所消耗?？梢婋娐窊Q路后的響應(yīng)僅由電感的初始狀態(tài)所引起，故為零輸入響應(yīng)。由初始值iL(0+)=I0，穩(wěn)態(tài)值iL()=0，時(shí)間常數(shù)=L/R，運(yùn)用三要素法得電感電流：電感兩端的電壓RL電路暫態(tài)過程的快慢也是由時(shí)間常數(shù)來決定的。越大，暫態(tài)過程所需的時(shí)間越長(zhǎng)。相反，越小，暫態(tài)過程所需的時(shí)間就越短。且經(jīng)過t=(35)的時(shí)間，iL已經(jīng)衰減到可以忽略不計(jì)的程

39、度。這時(shí)，可以認(rèn)為暫態(tài)過程已經(jīng)基本結(jié)束，電路到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。6.3.3 一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)1RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)圖示電路，換路前開關(guān)S置于位置1，電路已處于穩(wěn)態(tài)，電容沒有初始儲(chǔ)能。t=0時(shí)開關(guān)S從位置1撥到位置2，RC電路接通電壓源US。根據(jù)換路定理，電容電壓不能突變。于是US通過R對(duì)C充電，產(chǎn)生充電電流iC。隨著時(shí)間增長(zhǎng)，電容電壓uC逐漸升高，充電電流iC逐漸減小。最后電路到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，電容電壓等于US，充電電流等于零。可見電路換路后的初始儲(chǔ)能為零，響應(yīng)僅由外加電源所引起，故為零狀態(tài)響應(yīng)。由初始值uC(0+)=0，穩(wěn)態(tài)值uC()= US，時(shí)間常數(shù)=RC，運(yùn)用三要素法得電容電壓：充電電流RC電路

40、充電過程的快慢也是由時(shí)間常數(shù)來決定的，越大，電容充電越慢，過渡過程所需的時(shí)間越長(zhǎng)；相反，越小，電容充電越快，過渡過程所需的時(shí)間越短。同樣，可以根據(jù)實(shí)際需要來調(diào)整電路中的元件參數(shù)或電路結(jié)構(gòu)，以改變時(shí)間常數(shù)的大小。2RL電路的零狀態(tài)響應(yīng)圖示電路，換路前開關(guān)S置于位置1，電路已處于穩(wěn)態(tài)，電感沒有初始儲(chǔ)能。t=0時(shí)開關(guān)S從位置1撥到位置2，RL電路接通電壓源US。根據(jù)換路定理，電感電流不能突變。于是US通過R對(duì)L供電，產(chǎn)生電流iL。隨著時(shí)間增長(zhǎng)，電感電流iL逐漸增大，最后電路到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感電流等于US/R?？梢婋娐窊Q路后的初始儲(chǔ)能為零，響應(yīng)僅由外加電源所引起，故為零狀態(tài)響應(yīng)。由初始值iL(0+)=0

41、，穩(wěn)態(tài)值iL()= US/R，時(shí)間常數(shù)=L/R，運(yùn)用三要素法得電感電流：電感兩端的電壓RL電路暫態(tài)過程的快慢也是由時(shí)間常數(shù)來決定的。越大，暫態(tài)過程所需的時(shí)間越長(zhǎng)。相反，越小，暫態(tài)過程所需的時(shí)間就越短。且經(jīng)過t=(35)的時(shí)間，iL已經(jīng)衰減到可以忽略不計(jì)的程度。這時(shí)，可以認(rèn)為暫態(tài)過程已經(jīng)基本結(jié)束，電路到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。6.4 微分電路與積分電路6.4.1 微分電路條件：(1)時(shí)間常數(shù)tw；(2)輸出電壓從電容兩端取出。第7章 磁路和變壓器了解磁路的基本概念、基本物理量和基本定律了解磁損耗概念以及磁性材料的磁性能理解交流鐵心線圈電路的基本電磁關(guān)系以及電壓電流關(guān)系了解變壓器的基本結(jié)構(gòu)、外特性、繞組的同極

42、性端掌握變壓器的工作原理以及變壓器額定值的意義了解三相變壓器的結(jié)構(gòu)、三相電壓的變換方法以及特殊變壓器的特點(diǎn)學(xué)習(xí)要點(diǎn)第7章 磁路和變壓器7.1 磁路7.2 交流鐵心線圈電路7.3 單相變壓器7.4 三相變壓器7.5 特殊變壓器7.1 磁路實(shí)際電路中有大量電感元件的線圈中有鐵心。線圈通電后鐵心就構(gòu)成磁路，磁路又影響電路。因此電工技術(shù)不僅有電路問題，同時(shí)也有磁路問題。7.1.1 磁路的基本物理量1磁感應(yīng)強(qiáng)度B 磁感應(yīng)強(qiáng)度B是表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱及方向的物理量。 B的大小等于通過垂直于磁場(chǎng)方向單位面積的磁力線數(shù)目，B的方向用右手螺旋定則確定。單位是特斯拉(T)。2磁通 均勻磁場(chǎng)中磁通等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B

43、與垂直于磁場(chǎng)方向的面積S的乘積，單位是韋伯(Wb)。3磁導(dǎo)率 磁導(dǎo)率表示物質(zhì)的導(dǎo)磁性能，單位是亨/米(H/m)。真空的磁導(dǎo)率 非鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空極為接近，鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于真空的磁導(dǎo)率。 相對(duì)磁導(dǎo)率r：物質(zhì)磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率的比值。非鐵磁物質(zhì)r近似為1，鐵磁物質(zhì)的r遠(yuǎn)大于1。4磁場(chǎng)強(qiáng)度H 磁場(chǎng)強(qiáng)度只與產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流以及這些電流分布有關(guān)，而與磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率無關(guān)，單位是安米（Am）。是為了簡(jiǎn)化計(jì)算而引入的輔助物理量。7.1.2 磁場(chǎng)的基本定律1安培環(huán)路定律 計(jì)算電流代數(shù)和時(shí)，與繞行方向符合右手螺旋定則的電流取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。 若閉合回路上各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等且其方向與閉合回路的切線方向一

44、致，則：2磁路歐姆定律 稱為磁阻，表示磁路對(duì)磁通的阻礙作用。 因鐵磁物質(zhì)的磁阻Rm不是常數(shù)，它會(huì)隨勵(lì)磁電流I的改變而改變，因而通常不能用磁路的歐姆定律直接計(jì)算，但可以用于定性分析很多磁路問題。3電磁感應(yīng)定律 7.1.3 鐵磁材料的磁性能高導(dǎo)磁性：磁導(dǎo)率可達(dá)102104，由鐵磁材料組成的磁路磁阻很小，在線圈中通入較小的電流即可獲得較大的磁通。磁飽和性：B不會(huì)隨H的增強(qiáng)而無限增強(qiáng)，H增大到一定值時(shí)，B不能繼續(xù)增強(qiáng)。磁滯性：鐵心線圈中通過交變電流時(shí)，H的大小和方向都會(huì)改變，鐵心在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化，在反復(fù)磁化的過程中，B的變化總是滯后于H的變化。鐵磁材料的類型：軟磁材料：磁導(dǎo)率高，磁滯特性不明顯，矯

45、頑力和剩磁都小，磁滯回線較窄，磁滯損耗小。硬磁材料：剩磁和矯頑力均較大，磁滯性明顯，磁滯回線較寬。矩磁材料：只要受較小的外磁場(chǎng)作用就能磁化到飽和，當(dāng)外磁場(chǎng)去掉，磁性仍保持，磁滯回線幾乎成矩形。磁化曲線磁滯回線 設(shè)線圈的電阻為R，主磁電動(dòng)勢(shì)為e和漏感電動(dòng)勢(shì)為e，由KVL，有：7.2.1 電磁關(guān)系e 的有效值為：7.2 交流鐵心線圈電路寫成相量形式：設(shè)漏磁電感為L(zhǎng)，則：等效電路： 圖中X0是反映線圈能量?jī)?chǔ)放的等效感抗。7.2.2 功率損耗7.3 單相變壓器7.3.1 變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器通常由一個(gè)公共鐵心和兩個(gè)或兩個(gè)以上的線圈（又稱繞組）組成，分為心式變壓器和殼式變壓器兩類。接電源的繞組稱為原繞

46、組（又稱初級(jí)繞組或一次繞組），接負(fù)載的繞組稱為副繞組（又稱次級(jí)繞組或二次繞組）。心式變壓器殼式變壓器7.3.2 變壓器的工作原理 原繞組匝數(shù)為N1，電壓u1，電流i1，主磁電動(dòng)勢(shì)e1 ，漏磁電動(dòng)勢(shì)e1；副繞組匝數(shù)為N2 ，電壓u2 ，電流i2 ，主磁電動(dòng)勢(shì)e2 ，漏磁電動(dòng)勢(shì)e2 。1電壓變換原繞組的電壓方程：副繞組的電壓方程：忽略電阻R1和漏抗X1的電壓，則：k稱為變壓器的變比。2電流變換 由U1E1=4.44N1fm可知，U1和f不變時(shí)，E1和m也都基本不變。因此，有負(fù)載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原、副繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)（i1N1+i2N2）和空載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原繞組的磁動(dòng)勢(shì)i0N1基本相等，即：空載電流

47、i0很小，可忽略不計(jì)。3阻抗變換 設(shè)接在變壓器副繞組的負(fù)載阻抗Z的模為|Z|，則：Z反映到原繞組的阻抗模|Z|為：7.3.3 變壓器的工作特性1外特性 電壓變化率反映電壓U2的變化程度。 通常希望U2的變動(dòng)愈小愈好，一般變壓器的電壓變化率約在5%左右。2損耗與效率鐵損PFe包括磁滯損耗和渦流損耗。損耗：銅損：效率：(1)同極性端的標(biāo)記(2)同極性端的測(cè)定毫安表的指針正偏1和3是同極性端；反偏1和4是同極性端。U13=U12U34時(shí)1和3是同極性端； U13=U12U34時(shí)1和4是同極性端。7.3.4 變壓器線圈極性測(cè)定7.4 三相變壓器7.4.1 三相變壓器的結(jié)構(gòu)外形鐵心繞組7.4.2 變壓器

48、的額定值（1）產(chǎn)品型號(hào)。表示變壓器的結(jié)構(gòu)和規(guī)格，如SJL一500/10，其中S表示三相（D表示單相），J表示油浸自冷式，L表示鋁線（銅線無文字表示），500表示容量為500kVA，10表示高壓側(cè)線電壓為10kV。（2）額定電壓。指高壓繞組接于電網(wǎng)的額定電壓，與此相應(yīng)的是低壓繞組的空載線電壓，例如100005/400V，其中100005表示高壓繞組額定線電壓為10000V，并允許在5范圍內(nèi)變動(dòng)，低壓繞組輸出空載線電壓為400V。（3）額定電流。額定電流I1N和I2N是指原繞組加上額定電壓U1N，原、副繞組允許長(zhǎng)期通過的最大電流。三相變壓器的I1N和I2N均為線電流。（4）額定容量。是在額定工作條

49、件下，變壓器輸出能力的保證值。單相變壓器的額定容量為副繞組額定電壓與額定電流的乘積，即：SN=U2NI2N U1NI1N三相變壓器的額定容量為：（5）連接組標(biāo)號(hào)。連接組標(biāo)號(hào)表明變壓器高壓、低壓繞組的連接方式。星形連接時(shí)，高壓端用大寫字母Y，低壓端用小寫字母y表示。三角形接法時(shí)高壓端用大寫字母D，低壓端用小寫字母d表示。有中線時(shí)加n。例如，Y，yn0表示該變壓器的高壓側(cè)為無中線引出的星形連接，低壓側(cè)為有中線引出的星形連接，標(biāo)號(hào)的最后一個(gè)數(shù)字0表示高低壓對(duì)應(yīng)繞組的相位差為零。三相變壓器的兩種接法及電壓的變換關(guān)系7.5.1 自耦變壓器特點(diǎn)：副繞組是原繞組的一部分，原、副壓繞組不但有磁的聯(lián)系，也有電的

50、聯(lián)系。7.5 特殊變壓器 (1)電流互感器：原繞組線徑較粗，匝數(shù)很少，與被測(cè)電路負(fù)載串聯(lián)；副繞組線徑較細(xì)，匝數(shù)很多，與電流表及功率表、電度表、繼電器的電流線圈串聯(lián)。用于將大電流變換為小電流。使用時(shí)副繞組電路不允許開路。7.5.2 儀用互感器 (2)電壓互感器：電壓互感器的原繞組匝數(shù)很多，并聯(lián)于待測(cè)電路兩端；副繞組匝數(shù)較少，與電壓表及電度表、功率表、繼電器的電壓線圈并聯(lián)。用于將高電壓變換成低電壓。使用時(shí)副繞組不允許短路。7.5.3 電焊變壓器特點(diǎn)：因?yàn)樵诤附舆^程中，電焊變壓器的負(fù)載經(jīng)常處于從空載（當(dāng)焊條與工件分離時(shí)）到短路（當(dāng)焊條與工件接觸時(shí)）或者從短路到空載之間急劇變化的狀態(tài)，所以，要求電焊變

51、壓器具有急劇下降的外特性。這樣，短路時(shí)，由于輸出電壓迅速下降，副邊電流也不至于過大；空載時(shí)，由于副邊電流為零，輸出電壓能迅速恢復(fù)到點(diǎn)火電壓。掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理掌握三相異步電動(dòng)機(jī)使用方法理解三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行和控制方法了解三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性了解單相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理了解直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理學(xué)習(xí)要點(diǎn)第8章 電動(dòng)機(jī)第8章 電動(dòng)機(jī)8.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)動(dòng)原理8.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性8.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行與控制8.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇與使用8.5 單相異步電動(dòng)機(jī)8.6 直流電動(dòng)機(jī)8.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)動(dòng)原理8.1.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)

52、構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子和轉(zhuǎn)子都有鐵心和繞組。定子的三相繞組為AX、BY、CZ。轉(zhuǎn)子分為鼠籠式和繞線式兩種結(jié)構(gòu)。鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組有銅條和鑄鋁兩種形式。繞線式轉(zhuǎn)子繞組的形式與定子繞組基本相同，3個(gè)繞組的末端連接在一起構(gòu)成星形連接，3個(gè)始端連接在3個(gè)銅集電環(huán)上，起動(dòng)變阻器和調(diào)速變阻器通過電刷與集電環(huán)和轉(zhuǎn)子繞組相連接。8.1.2 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生 把三相定子繞組接成星形接到對(duì)稱三相電源，定子繞組中便有對(duì)稱三相電流流過。結(jié)論： (1)在對(duì)稱的三相繞組中通入三相電流，可以產(chǎn)生在空間旋轉(zhuǎn)的合成磁場(chǎng)。 (2)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向與電流相序一致。電流相序?yàn)锳-B-C時(shí)磁場(chǎng)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)；電流相序?yàn)锳-C-B

53、時(shí)磁場(chǎng)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。 (3)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速(同步轉(zhuǎn)速)與電流頻率有關(guān)，改變電流頻率可以改變磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速。對(duì)兩極(一對(duì)磁極)磁場(chǎng)，電流變化一周，則磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周。同步轉(zhuǎn)速no與磁場(chǎng)磁極對(duì)數(shù)p的關(guān)系為：8.1.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理 靜止的轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并在形成閉合回路的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，其方向用右手定則判定。轉(zhuǎn)子電流在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中受到磁場(chǎng)力F的作用，F(xiàn)的方向用左手定則判定。電磁力在轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向一致。 電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其轉(zhuǎn)速n總是稍低于同步轉(zhuǎn)速no，因而稱為異步電動(dòng)機(jī)。又因?yàn)楫a(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的電流是電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的，

54、所以也稱為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。 異步電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的差值與同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即： 轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)。異步電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)差率約為1%9%。8.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性8.2.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的電路分析1定子電路分析忽略R1和X1上的壓降，則：2轉(zhuǎn)子電路分析8.2.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩8.2.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1起動(dòng)轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)剛起動(dòng)（n=0，s=1）時(shí)的轉(zhuǎn)矩稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。2額定轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下工作時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩稱為額定轉(zhuǎn)矩，忽略空載損耗轉(zhuǎn)矩，則額定轉(zhuǎn)矩等于機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 式中PN是電動(dòng)機(jī)的額定功率，單位為kW；

55、nN是電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，單位是r/min。3最大轉(zhuǎn)矩8.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行與控制8.3.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)1直接起動(dòng)直接起動(dòng)是利用閘刀開關(guān)或接觸器將電動(dòng)機(jī)直接接到額定電壓上的起動(dòng)方式，又叫全壓起動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：起動(dòng)電流較大，將使線路電壓下降，影響負(fù)載正常工作。適用范圍：電動(dòng)機(jī)容量在10kW以下，并且小于供電變壓器容量的20。2降壓起動(dòng)Y-換接起動(dòng)：在起動(dòng)時(shí)將定子繞組連接成星形，通電后電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速升高到接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)再換接成三角形。適用范圍：正常運(yùn)行時(shí)定子繞組是三角形連接，且每相繞組都有兩個(gè)引出端子的電動(dòng)機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)電流為全壓起動(dòng)時(shí)的13。缺點(diǎn)：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩均為全壓起動(dòng)

56、時(shí)的13。自耦降壓起動(dòng)：利用三相自耦變壓器將電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中的端電壓降低，以達(dá)到減小起動(dòng)電流的目的。自耦變壓器備有40、60、80等多種抽頭，使用時(shí)要根據(jù)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求具體選擇。繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串入附加電阻后，既可以降低起動(dòng)電流，又可以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。8.3.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：1變極調(diào)速通過改變電動(dòng)機(jī)的定子繞組所形成的磁極對(duì)數(shù)p來調(diào)速。因磁極對(duì)數(shù)只能是按1、2、3、的規(guī)律變化，所以用這種方法調(diào)速，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不能連續(xù)、平滑地進(jìn)行調(diào)節(jié)。2變頻調(diào)速通過變頻器把頻率為50Hz工頻的三相交流電源變換成為頻率和電壓均可調(diào)節(jié)的三相交流電源，然后供給三相異步電動(dòng)機(jī)，

57、從而使電動(dòng)機(jī)的速度得到調(diào)節(jié)。變頻調(diào)速屬于無級(jí)調(diào)速，具有機(jī)械特性曲線較硬的特點(diǎn)。3變轉(zhuǎn)差率調(diào)速通過改變轉(zhuǎn)子繞組中串接調(diào)速電阻的大小來調(diào)整轉(zhuǎn)差率實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速的，又稱為變阻調(diào)速。調(diào)速電阻的接法與起動(dòng)電阻相同。這種方法只適用于繞線式異步電動(dòng)機(jī)。8.3.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)因?yàn)槿喈惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向決定的，而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向取決于定子繞組中通入三相電流的相序。因此，要改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向非常容易，只要將電動(dòng)機(jī)三相供電電源中的任意兩相對(duì)調(diào)，這時(shí)接到電動(dòng)機(jī)定子繞組的電流相序被改變，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向也被改變，電動(dòng)機(jī)就實(shí)現(xiàn)了反轉(zhuǎn)。8.3.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)1能耗制動(dòng)電動(dòng)機(jī)定子繞

58、組切斷三相電源后迅速接通直流電源。感應(yīng)電流與直流電產(chǎn)生的固定磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，起到制動(dòng)作用。特點(diǎn)：是制動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)，但需要額外的直流電源。2反接制動(dòng)電動(dòng)機(jī)停車時(shí)將三相電源中的任意兩相對(duì)調(diào)，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)改變方向，電磁轉(zhuǎn)矩方向也隨之改變，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。注意：當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近為零時(shí)，要及時(shí)斷開電源防止電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。特點(diǎn)：簡(jiǎn)單，制動(dòng)效果好，但由于反接時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)加快，因而電流較大。對(duì)于功率較大的電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)必須在定子電路（鼠籠式）或轉(zhuǎn)子電路（繞線式）中接入電阻，用以限制電流。3發(fā)電反饋制動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)

59、子的運(yùn)動(dòng)方向相反，從而限制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，起到了制動(dòng)作用。因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速時(shí)，有電能從電動(dòng)機(jī)的定子返回給電源，實(shí)際上這時(shí)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)轉(zhuǎn)入發(fā)電機(jī)運(yùn)行，所以這種制動(dòng)稱為發(fā)電反饋制動(dòng)。8.4.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌8.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇與使用型號(hào)：功率：電動(dòng)機(jī)在銘牌規(guī)定條件下正常工作時(shí)轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率，稱為額定功率或容量。電壓：電動(dòng)機(jī)的額定線電壓。電流：電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)的線電流。頻率：電動(dòng)機(jī)所接交流電源的頻率。轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)速。接線方法：8.4.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇8.4.3 電動(dòng)機(jī)的安裝與接地8.5 單相異步電動(dòng)機(jī)8.5.1 單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理與特性在單相異步

60、電動(dòng)機(jī)的定子繞組通入單相交流電，電動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)大小及方向隨時(shí)間沿定子繞組軸線方向變化的磁場(chǎng)，稱為脈動(dòng)磁場(chǎng)。 但一旦讓單相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，由于順時(shí)針旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B1和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B2產(chǎn)生的合成電磁轉(zhuǎn)矩不再為零，在這個(gè)合成轉(zhuǎn)矩的作用下，即使不需要其它的外在因素，單相異步電動(dòng)機(jī)仍將沿著原來的運(yùn)動(dòng)方向繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于單相異步電動(dòng)機(jī)總有一個(gè)反向的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩存在，所以其效率和負(fù)載能力都不及三相異步電動(dòng)機(jī)。8.5.2 單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)1分相法下圖所示分別為t=0、45、90時(shí)合成磁場(chǎng)的方向，由圖可見該磁場(chǎng)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。這樣一來，單相異步電動(dòng)機(jī)就可以在該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下起動(dòng)了。2罩極法罩極