電工基本知識

電工基本知識第1頁/共177頁11.1電路的組成及其基本分析方法

電路就是電流所經(jīng)過的路徑，電路為一閉合回路。電路由電源、中間環(huán)節(jié)和負(fù)載組成，如圖12-1（a）所示1電源電源，即電能的源泉，是推動電路中電流流動的原動力。電源是指電路中供給電能的設(shè)備，如圖12-1（a）中的電池，它的作用是將非電形式的能量轉(zhuǎn)換為電能。如電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能等。11.1.1電路及其組成第2頁/共177頁2中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)主要包括連接導(dǎo)線和一些控制、保護(hù)電器等，它們將電源和負(fù)載連接成一個閉合回路，在電路中起傳輸、分配電能以及保護(hù)等作用。3負(fù)載負(fù)載是指用電設(shè)備，即電路中消耗電能的設(shè)備，它的作用是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量。如電燈將電能轉(zhuǎn)換為光能，電爐將電能轉(zhuǎn)換為熱能，電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能等。11.1電路的組成及其基本分析方法第3頁/共177頁11.1電路的組成及其基本分析方法圖12-1電路的組成及電路模型(a)電路的組成;（b）電路模型（電路圖）Back第4頁/共177頁

將實際器件抽象成理想化的模型，用一些規(guī)定的圖形符號來表示，繪制成電路模型，即電路圖。

如圖12-1（a）所示的實際電路就可以用圖12-1（b）所示的電路模型表示，其中電池用電動勢E和內(nèi)電阻R0表示，燈泡用負(fù)載電阻RL表示，開關(guān)用無接觸電阻的理想開關(guān)K表示。由于金屬導(dǎo)線的電阻相對于負(fù)載電阻來說很小，一般可以忽略不計，即認(rèn)為它是理想導(dǎo)線。11.1電路的組成及其基本分析方法11.1.2電路模型第5頁/共177頁11.1電路的組成及其基本分析方法圖12-1電路的組成及電路模型(a)電路的組成;（b）電路模型（電路圖）Back第6頁/共177頁1電流電路中的帶電粒子（電子和離子）受到電源電場力的作用，形成有規(guī)則的定向運(yùn)動，稱為電流。電流的大小是用單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面積的電荷量來度量的，稱為電流強(qiáng)度，簡稱電流。電流的正方向規(guī)定為正電荷的移動方向。大小和方向均不隨時間變化的電流稱為直流電流，電流強(qiáng)度的符號用I表示，即I=Q/t。在國際單位制中，電流強(qiáng)度的單位為安培，簡稱安（A）。11.1電路的組成及其基本分析方法11.1.3電路的基本物理量第7頁/共177頁2電位電位表示電場中某一點(diǎn)所具有的電位能。一般指定電路中一點(diǎn)為參考點(diǎn)（在電力系統(tǒng)中指定大地為參考點(diǎn)），且規(guī)定該參考點(diǎn)的電位為零。電場力將單位正電荷從A點(diǎn)沿任意路徑移到參考點(diǎn)所做的功稱為A點(diǎn)的電位或電勢，用VA表示，單位為伏特，簡稱伏（V）。11.1電路的組成及其基本分析方法第8頁/共177頁3電壓電場力把單位正電荷從電場的A點(diǎn)移到B點(diǎn)所做的功，稱為AB兩點(diǎn)間的電壓，用UAB表示，即UAB=WAB/Q。顯然，電路中某兩點(diǎn)間的電位差等于該兩點(diǎn)間的電壓，即VA-VB=UAB。當(dāng)然，電壓的單位也為伏特。11.1電路的組成及其基本分析方法第9頁/共177頁4電動勢在電源內(nèi)部，非電場力將單位正電荷從電源的低電位端（負(fù)極）移到高電位端（正極）所做的功，稱為電源的電動勢，用符號E表示，電動勢的單位也是伏特。E=A/Q式中：A—外力移動正電荷所作的功Q—被移動的正電荷量電動勢的大小方向不隨時間的變化而變化的電流為直流電，相反為交流電11.1電路的組成及其基本分析方法第10頁/共177頁5電能

電能指電以各種形式做功的能力。分為直流電能、交流電能，這兩種電能均可相互轉(zhuǎn)換。電能的單位,它的學(xué)名叫做千瓦時(kW.h)。在物理學(xué)中，更常用的能量單位是焦耳，簡稱焦，符號是J。它們的關(guān)系是：1kW.h=3.6×1000000J電能公式：W=U·I·t11.1電路的組成及其基本分析方法第11頁/共177頁6電阻的作用：（1/2）電阻，物質(zhì)對電流的阻礙作用就叫該物質(zhì)的電阻。電阻小的物質(zhì)稱為電導(dǎo)體，簡稱導(dǎo)體。電阻大的物質(zhì)稱為電絕緣體，簡稱絕緣體。電阻元器件的電阻值大小一般與溫度有關(guān)，衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數(shù)，其定義為溫度每升高1°C時電阻值發(fā)生變化的百分?jǐn)?shù)。導(dǎo)體阻礙電流通過的能力，稱為電阻，（或稱負(fù)載）用R表示，單位為歐姆，簡稱歐（Ω）。12.1電路的組成及其基本分析方法35V5Ω+—R1第12頁/共177頁11.1電路的組成及其基本分析方法6電阻的分類:（2/2）

a.按阻值特性固定電阻、可調(diào)電阻、特種電阻(敏感電阻).不能調(diào)節(jié)的,我們稱之為定值電阻或固定電阻,而可以調(diào)節(jié)的,我們稱之為可調(diào)電阻.常見的可調(diào)電阻是滑動變阻器,例如收音機(jī)音量調(diào)節(jié)的裝置是個圓形的滑動變阻器,主要應(yīng)用于電壓分配的,我們稱之為電位器.

b.按制造材料碳膜電阻、金屬膜電阻、線繞電阻，捷比信電阻，薄膜電阻等.C.按安裝方式插件電阻、貼片電阻貼片電阻插件電阻d.按功能分負(fù)載電阻，采樣電阻，分流電阻，保護(hù)電阻等第13頁/共177頁固定電阻、可調(diào)電阻、特殊電阻第14頁/共177頁電阻色環(huán)的識別四個色環(huán)的其中第一、二環(huán)分別代表阻值的前兩位數(shù)；第三環(huán)代表10的冪；第四環(huán)代表誤差。掌握色環(huán)識別方法的幾個要點(diǎn)：（1）熟記第一、二環(huán)每種顏色所代表的數(shù)?？蛇@樣記憶：1棕，

2紅，3橙，4黃，5綠，6藍(lán)，7紫，8灰，9白，0黑。從數(shù)量級來看，在體上可把它們劃分為三個大的等級，即：金、黑、棕色是歐姆級的；紅是千歐級，橙、黃色是十千歐級的；綠是兆歐級、藍(lán)色則是十兆歐級的。這樣劃分一下也好記憶。所以要先看第三環(huán)顏色（倒數(shù)第2個顏色），才能準(zhǔn)確。第四環(huán)顏色所代表的誤差：金色為5％；銀色為10％；無色為20％。例如：四個色環(huán)顏色為：黃橙紅金讀法：前三顏色對應(yīng)的數(shù)字為152，金為5%，所以阻值為15X10*2=1500=1.5KΩ，誤差為±5%。第15頁/共177頁1—8電容及電容器8電容器1.電容器通常簡稱其為電容，用字母C表示。定義1：電容器，顧名思義，是裝電的容器’，是一種容納電荷的器件。電容是電子設(shè)備中大量使用的電子元件之一，廣泛應(yīng)用于隔直，耦合，旁路，濾波，調(diào)諧回路，能量轉(zhuǎn)換，控制電路等方面。2.定義：電容器，任何兩個彼此絕緣且相隔很近的導(dǎo)體（包括導(dǎo)線）間都構(gòu)成一個電容器。在交流電路中，因為電流的方向是隨時間成一定的函數(shù)關(guān)系變化的。而電容器充放電的過程是有時間的，這個時候，在極板間形成變化的電場，而這個電場也是隨時間變化的函數(shù)。實際上，電流是通過場的形式在電容器間通過的。第16頁/共177頁1—8電容及電容器

電容器的分類

1、按照結(jié)構(gòu)分三大類：固定電容器、可變電容器和微調(diào)電容器。

2、按電解質(zhì)分類：有機(jī)介質(zhì)電容器、無機(jī)介質(zhì)電容器、電解電容器和空氣介質(zhì)電容器等。

3、按用途分有：高頻旁路、低頻旁路、濾波、調(diào)諧、高頻耦合、低頻耦合、小型電容器。

4、按制造材料的不同可以分為：瓷介電容、滌綸電容、電解電容、鉭電容，還有先進(jìn)的聚丙烯電容等等

5、高頻旁路：陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、滌綸電容器、玻璃釉電容器。

6、低頻旁路：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器。

7、濾波：鋁電解電容器、紙介電容器、復(fù)合紙介電容器、液體鉭電容器。

8、調(diào)諧：陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、聚苯乙烯電容器。

9、低耦合：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器、固體鉭電容器。

10、小型電容：金屬化紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、聚苯乙烯電容器、固體鉭電容器、玻璃釉電容器、金屬化滌綸電容器、聚丙烯電容器、云母電容器。第17頁/共177頁電容器的型號命名與標(biāo)示1.電容器的型號命名方法國產(chǎn)電容器的型號一般由四部分組成（不適用于壓敏、可變、真空電容器）。依次分別代表名稱、材料、分類和序號。第1部分：名稱，用字母表示，電容器用C。第2部分：材料，用字母表示。第3部分：分類，一般用數(shù)字表示，個別用字母表示。第4部分：序號，用數(shù)字表示。用字母表示產(chǎn)品的材料：A-鉭電解、B-聚苯乙烯等非極性薄膜、C-高頻陶瓷、D-鋁電解、E-其它材料電解、G-合金電解、H-復(fù)合介質(zhì)、I-玻璃釉、J-金屬化紙、L-滌綸等極性有機(jī)薄膜、N-鈮電解、O-玻璃膜、Q-漆膜、T-低頻陶瓷、V-云母紙、Y-云母、Z-紙介

第18頁/共177頁電容器的型號命名與標(biāo)示

2.電容器容量標(biāo)示

1、直標(biāo)法用數(shù)字和單位符號直接標(biāo)出。如1uF表示1微法，有些電容用“R”表示小數(shù)點(diǎn)，如R56表示0.56微法。

2、文字符號法用數(shù)字和文字符號有規(guī)律的組合來表示容量。如p10表示0.1pF,1p0表示1pF,6P8表示6.8pF,2u2表示2.2uF.

3、色標(biāo)法用色環(huán)或色點(diǎn)表示電容器的主要參數(shù)。電容器的色標(biāo)法與電阻相同。電容器偏差標(biāo)志符號：+100%-0--H、+100%-10%--R、+50%-10%--T、+30%-10%--Q、+50%-20%--S、+80%-20%--Z

4、數(shù)學(xué)計數(shù)法：如上圖瓷介電容，標(biāo)值272，容量就是：27X100pf=2700pf.如果標(biāo)值473，即為47X1000pf=后面的2、3，都表示10的多少次方）。又如：332=33X100pf=3300pf。第19頁/共177頁8.1固定電容器固定電容第20頁/共177頁8.2可調(diào)電容器可調(diào)電容第21頁/共177頁8.3微調(diào)電容器第22頁/共177頁6電功率單位時間內(nèi)電流所做的功稱為電功率，簡稱功率，用符號P表示，單位為瓦特，簡稱瓦（W）。根據(jù)電流、電壓、功率的定義，

P=W/t=U·I11.1電路的組成及其基本分析方法第23頁/共177頁1歐姆定律當(dāng)電阻兩端加上電壓時，電阻中就會有電流通過。實驗證明：在一段沒有電動勢而只有電阻的電路中，電流的大小與電阻兩端的電壓高低成正比，與電阻的大小成反比。這一規(guī)律稱為歐姆定律，用公式表示如下：

I=U/R11.1電路的組成及其基本分析方法11.1.4電路的基本定律第24頁/共177頁2克希荷夫（Kirchhoff）定律①支路電路中通過同一電流的每個分支稱為支路。圖12-2中的ab、cd、ef均是支路。②節(jié)點(diǎn)電路中三條或三條以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。圖12-2中a、b兩點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)。③回路電路中任一閉合路徑稱為回路。圖12-2中的abdca、aefba、aefbdca均是回路，其中回路abdca和aefba內(nèi)部不包含支路，稱為網(wǎng)孔。任何復(fù)雜電路都有三條以上的支路、兩個以上的節(jié)點(diǎn)和兩個以上的回路。11.1電路的組成及其基本分析方法第25頁/共177頁（1）克希荷夫電流定律（KCL）克希荷夫電流定律是用來確定聯(lián)結(jié)在同一節(jié)點(diǎn)上各支路電流間的關(guān)系。

克希荷夫電流定律指出：在任一瞬時，流入電路中任一節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和，即

∑I入=∑I出

(12-2)

如果規(guī)定流入節(jié)點(diǎn)的電流為正號，流出節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)號，則上式可改寫為

∑I=0(12-3)11.1電路的組成及其基本分析方法第26頁/共177頁

因此，克希荷夫電流定律也可表述為：在任一瞬時，電路中任一個節(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和等于零?？讼：煞螂娏鞫赏ǔ?yīng)用于節(jié)點(diǎn)，但也可以把它推廣應(yīng)用于包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面，如圖12-3所示，IA+IB+IC=0。11.1電路的組成及其基本分析方法第27頁/共177頁【例12-1】圖12-4表示某復(fù)雜電路中的一個節(jié)點(diǎn)a。已知I1=-6A，I2=3A，I3=8A，假設(shè)通過R的電流I4的參考方向如圖所示，試求通過R的電流I4?！窘狻扛鶕?jù)克希荷夫電流定律列出電流方程為：∑I入=I1+I4=∑I出=I2+I3I4=I2+I3-I1=3+8-(-6)=17(A)I4為正值，表明與假設(shè)的參考方向相同，通過R的電流I4的實際方向是流入a點(diǎn)的。11.1電路的組成及其基本分析方法第28頁/共177頁（2）克希荷夫電壓定律（KVL）克希荷夫電壓定律指出：在任一瞬時，沿電路任一回路順時針或逆時針繞行一周，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零（一般取電位升為正，電位降為負(fù)），或電位升等于電位降。即

∑U=0或∑U升=∑U降11.1電路的組成及其基本分析方法第29頁/共177頁【例12-2】在圖12-5中，E1=50V，E2=100V，E3=25V，R1=15Ω，R2=15Ω，R3=10Ω，R4=10Ω，求回路中的電流。【解】假設(shè)回路繞行方向為順時針，回路電流為I，回路電流的參考方向也為順時針。根據(jù)KVL列出方程如下：∑U升=∑U降

E1+E2=R1I+R2I+E3+R4I+R3I解得：

I=(E1+E2-E3)/(R1+R2+R3+R4)=(50+100-25)/(15+15+10+10)=2.5(A)11.1電路的組成及其基本分析方法第30頁/共177頁11.1電路的組成及其基本分析方法圖12-2復(fù)雜電路Back第31頁/共177頁11.1電路的組成及其基本分析方法圖12-3KCL的擴(kuò)展應(yīng)用Back第32頁/共177頁11.1電路的組成及其基本分析方法圖12-4例12-1圖Back第33頁/共177頁11.1電路的組成及其基本分析方法圖12-5例12-2圖Back第34頁/共177頁1電阻的串聯(lián)(圖12-6)

如果多個電阻順序相聯(lián)，并且在這些電阻中通過同一電流，這樣的聯(lián)結(jié)方式稱為電阻的串聯(lián)。串聯(lián)等效電阻的計算公式為：

R=R1+R2+…+Rn11.1電路的組成及其基本分析方法11.1.5電路的分析計算方法11.1.5.1電阻的串并聯(lián)第35頁/共177頁2電阻的并聯(lián)(圖12-7)

如果多個電阻聯(lián)結(jié)在兩個公共的節(jié)點(diǎn)之間，每個電阻上施加同一電壓，這樣的聯(lián)結(jié)方式稱為電阻的并聯(lián)。并聯(lián)等效電阻的計算公式為：

1/R=1/R1+1/R2+…+1/Rn11.1電路的組成及其基本分析方法第36頁/共177頁11.1電路的組成及其基本分析方法圖12-6電阻的串聯(lián)Back第37頁/共177頁11.1電路的組成及其基本分析方法圖12-7電阻的并聯(lián)Back第38頁/共177頁

支路電流法計算電路的步驟為：（1）標(biāo)出各支路電流的方向。如果不能確定電流的實際方向，可先任意假設(shè)一個方向。最后根據(jù)計算得到的電流值是正還是負(fù)，判別實際方向與假設(shè)方向一致或相反。（2）根據(jù)克希荷夫電流定律，對n個節(jié)點(diǎn)列出（n-1）個獨(dú)立的電流方程式。所謂獨(dú)立的電流方程，一般是指在方程中至少包含一個在其他方程中沒有出現(xiàn)過的新支路電流。11.1電路的組成及其基本分析方法11.1.5.2支路電流法第39頁/共177頁

（3）根據(jù)克希荷夫電壓定律，對各回路列出b-（n-1）個獨(dú)立的電壓方程式。獨(dú)立的電壓方程數(shù)等于電路的網(wǎng)孔數(shù)。網(wǎng)孔是指內(nèi)部不包含其他支路的回路。具有b個支路、n個節(jié)點(diǎn)的電路中，網(wǎng)孔數(shù)為b-（n-1）個。（4）解聯(lián)立方程組，求出各未知的支路電流。上面根據(jù)克希荷夫電流定律和電壓定律一共可列出（n-1）+［b-（n-1）］＝b個獨(dú)立方程，所以能解出b個支路電流。11.1電路的組成及其基本分析方法第40頁/共177頁【例12-3】試求圖12-8所示電路的各支路電流。【解】在電路圖中標(biāo)出電流和回路繞行方向，根據(jù)KCL與KVL列出方程為：對節(jié)點(diǎn)A:I1+I2=I3

對回路1:E1=R1I1+R3I3

對回路2:E2=R2I2+R3I3

將已知數(shù)據(jù)代入上面的方程，得：I1+I2-I3=0I1+4I3=12I2+4I3=6

解聯(lián)立方程組得：I1=4AI2=-2AI3=2A11.1電路的組成及其基本分析方法第41頁/共177頁11.1電路的組成及其基本分析方法圖12-8例12-3圖Back第42頁/共177頁11.2單相交流電路

大小和方向均隨時間作周期性變化且平均值為零的電動勢、電壓和電流統(tǒng)稱為交流電。交流電的波形可以為正弦、三角形或矩形等。其中隨時間作正弦規(guī)律變化的電動勢、電壓和電流，稱為正弦交流電，正弦交流電流的波形如圖12-9所示。正弦交流電的瞬時值可用正弦函數(shù)表示，如圖12-9所示正弦交流電流可表示為：

i=Imsin(ωt+φ)(12-6)

角頻率、幅值和初相位稱為正弦電量的三要素。12.2.1正弦交流電的三要素第43頁/共177頁1頻率、周期與角頻率正弦交流電作周期性變化一次所需的時間稱為周期T，單位是秒(s)。每秒內(nèi)變化的次數(shù)稱為頻率f，其單位是赫茲（Hz）。正弦交流電每秒內(nèi)變化的電角度稱為角頻率ω，其單位是弧度／秒（rad／s）。顯然，頻率、周期與角頻率的關(guān)系為

ω=2πf=2π/T11.2單相交流電路第44頁/共177頁2幅值與有效值正弦交流電在任一瞬間的值稱為瞬時值，用小寫字母來表示，如i、u、e分別表示電流、電壓、電動勢的瞬時值。瞬時值中最大的值稱為幅值或最大值，用帶下標(biāo)m的大寫字母來表示，如Im、Um和Em分別表示電流、電壓和電動勢的幅值。當(dāng)一個直流電流和一個交流電流在該交流電的一個周期內(nèi)通過相同的電阻產(chǎn)生的熱量相等時的該直流電流值稱為該交流電流的有效值。11.2單相交流電路第45頁/共177頁3相位、初相位與相位差交流電的頻率、周期與角頻率要素表示交流電變化的快慢，交流電的幅值與有效值要素表示交流電的大小，表示交流電變化的起點(diǎn)的要素就是相位、初相位。以交流電流i=Imsin(ωt+φ)為例，我們把(ωt+φ)稱為正弦交流電的相位角或相位，t=0時的相位角即φ，稱為初相角或初相位，簡稱初相。初相位的取值范圍一般規(guī)定為-π≤φ≤π。11.2單相交流電路第46頁/共177頁

對于兩個同頻率正弦交流電的相位角之差，稱為相位差。設(shè)兩個同頻率正弦交流電流分別為：

i1=Im1sin(ωt+φ1),i2=Im2sin(ωt+φ2)則i1、i2的相位差φ=(ωt+φ1)-(ωt+φ2)=φ1-φ2，即兩個同頻率正弦交流電的相位差就是它們的初相位之差。在相位差滿足-π≤φ≤π時，若φ＞0，稱電流i1超前電流i2φ角；若φ＜0，稱電流i1滯后電流i2φ角；若φ=0，稱電流i1和電流i2同相位，簡稱同相；若φ=±π，稱電流i1和電流i2反相位，簡稱反相。11.2單相交流電路第47頁/共177頁

在圖12-10（a）中，電流i1超前電流i2φ角，或稱電流i2滯后電流i1φ角；在圖12-10（b）中，電流i1和電流i2同相位，電流i1和電流i3反相位，電流i2和電流i3反相位。11.2單相交流電路第48頁/共177頁11.2單相交流電路圖12-9正弦交流電流的波形Back第49頁/共177頁11.2單相交流電路圖12-10用波形圖表示的相位差Back第50頁/共177頁

設(shè)正弦交流電壓u=Umsin(ωt+φ)，其波形如圖12-11所示。在直角坐標(biāo)系中，以坐標(biāo)原點(diǎn)O為中心，作逆時針方向旋轉(zhuǎn)的向量。向量的長度為電壓的最大值Um，旋轉(zhuǎn)的角速度為ω，t＝0時向量與橫軸的夾角φ為正弦交流電壓的初始角。這個向量在縱軸上的投影即為該電壓的瞬時值。t＝0時，u0=Umsinφ；t＝t1時，u1=Umsin(ωt1+φ)，向量與橫軸的夾角為(ωt1+φ)。這樣，用旋轉(zhuǎn)向量既能表示正弦交變量的三要素（幅值、角頻率、初相位），又能表達(dá)出正弦交變量的瞬時值。所以用旋轉(zhuǎn)向量可以完善地表示正弦交流電。11.2單相交流電路12.2.2正弦交流電的相量表示第51頁/共177頁12.2單相交流電路圖12-11用相量表示正弦交流電Back第52頁/共177頁1純電阻電路在交流電路中常常遇到照明白熾燈、電阻爐、電烙鐵等電阻性負(fù)載，它們的電阻在電路中起主要作用，電感、電容的影響很小，可以忽略，這種電路稱為純電阻電路，如圖12-13所示。11.2單相交流電路12.2.3單一參數(shù)的交流電路第53頁/共177頁（1）電壓與電流的關(guān)系在交流電路中電壓和電流的方向是不斷變化的，為了分析方便起見，假定電壓和電流的正方向如圖12-13(a)所示，并且假定電壓的初相角為0，即以電壓作為參考矢量，則設(shè)加在負(fù)載電阻R兩端的正弦交流電壓為

u=√2Usinωt式中U為電壓有效值，由歐姆定律可得電路的電流瞬時值為

i=u/R=√2U/Rsinωt=2Isinω11.2單相交流電路第54頁/共177頁12.2單相交流電路

上式表明，通過電阻的電流和加在電阻兩端的電壓具有相同的頻率和相位，且電流與電壓的有效值滿足歐姆定律，即有效值：I=U/R

相位：同相位（相位差φ=0）將電壓、電流用相量表示為電阻電路中電壓、電流的波形圖和相量圖如圖12-13(b)、（c）所示。第55頁/共177頁（2）功率關(guān)系在交流電阻電路中，由于電壓和電流隨時間按正弦規(guī)律變化，電阻R上每一瞬間所消耗的功率P稱為瞬時功率。它等于瞬時電壓u和瞬時電流i的乘積，可表示為

p=ui=2UIsin2ωt=UI(1-cos2ωt)由上式可見，p是由兩部分組成的，第一部分是常數(shù)UI；第二部分是幅值UI，并以2ω的角頻率隨時間而變化的交變量UIcos2ωt，瞬時功率變化曲線如圖12-13（d）所示。11.2單相交流電路第56頁/共177頁

瞬時功率在一個周期內(nèi)的平均值，稱為平均功率或有功功率P，即

P=UI=I2R式中,U、I均為正弦電壓、電流的有效值，平均功率的單位為瓦（W）或千瓦（kW）。電阻電路中消耗的電能量為

W=Pt=UIt=I2Rt11.2單相交流電路第57頁/共177頁【例12-4】一單相220V、1000W的電爐，接在50Hz、220V的交流電源上，試求電爐的電阻、電流和使用8h消耗的電能是多少度?【解】電爐的電阻

R=U2/P=2202/1000=48.4(Ω)

電爐的電流

I=P/U=1000/220=4.55(A)

消耗的電能

W=Pt=1000×8=8(kW·h)11.2單相交流電路第58頁/共177頁2純電感電路（1）電壓與電流的關(guān)系將電感線圈接入正弦交流電路中，因為電流是交變的，所以線圈中會產(chǎn)生自感電動勢eL。交流電壓u、電流i和自感電動勢eL的正方向如圖12-14(a)所示。設(shè)通過電感線圈L的電流為：i=√2Isinωt根據(jù)電磁感應(yīng)定律，線圈上產(chǎn)生的自感電動勢為eL=-Ldi/dt11.2單相交流電路第59頁/共177頁

當(dāng)電感線圈的電阻忽略不計時，自感電動勢eL必與外加電壓u相平衡，因此電壓、電流的瞬時值關(guān)系為

u=-eL=Ldi/dt=2ωLIsin(ωt+90°)=2Usin(ωt+90°)上式表明，通過線圈的電流與電源電壓、自感電動勢具有相同的頻率。但是它們的相位不同，電流滯后電壓90°（即1/4周期），自感電動勢與外加電壓是相平衡的，任何時刻都是大小相等，方向相反，其波形圖和相量圖如圖12-14（b）、（c）所示。它們的關(guān)系式為有效值:U=ωLI=2πfLI=XLI

相位:電壓超前電流90°（相位差φ=90°）11.2單相交流電路第60頁/共177頁11.2單相交流電路（2）功率關(guān)系電感電路的瞬時功率等于電壓、電流瞬時值的乘積，即

p=ui=2UIsin（ωt+90°）sinωt=UIsin2ωt

由上式可見，瞬時功率的幅值為UI，而角頻率為電壓、電流角頻率的兩倍。瞬時功率的變化曲線如圖12-14（d）所示。在一個周期內(nèi)的平均功率（或稱有功功率）為第61頁/共177頁【例12-5】正弦交流電源電壓U=220V，f=50Hz，接上電感線圈的電感L=0.05H，電阻可忽略不計。試求通過線圈中的電流I、有功功率P和無功功率QL為多少？【解】XL=ωL=2πfL=2π×50×0.05≈15.71(Ω)I=U/XL=220/15.71≈14.0(A)P=0QL=UI=220×14=3080(var)11.2單相交流電路第62頁/共177頁3純電容電路（1）電壓與電流的關(guān)系將電容接入正弦交流電路中，因為電源電壓u是交變的，所以電容器極板上的電荷也是交變的（Q=CU），即電容器作周期性的充放電，因而在電路中就形成了電流i，它們的正方向如圖12-5（a）所示。設(shè)電源電壓u=√2Usinωt，則電流為i=Cdu/t=Cd(√2Usinωt)/dt=√2UωCsin(ωt+90°)=√2Isin(ωt+90°)11.2單相交流電路第63頁/共177頁

上式表明，在電容電路中，電流i和電壓u具有相同的頻率，在相位關(guān)系上，電流超前電壓90°（即1/4周期），其波形圖和相量圖如圖12-15（b）、（c）所示。它們的關(guān)系式為有效值:I=UωC=U2πfC=U/XC

相位:電壓滯后電流90°（相位差φ=-90°）11.2單相交流電路第64頁/共177頁11.2單相交流電路2）功率關(guān)系電容電路的瞬時功率為

p=ui=2UIsin(ωt+90°)=UIsin2ωt

由上式可見，瞬時功率幅值為UI，而角頻率為電壓、電流角頻率的兩倍，瞬時功率的變化曲線如圖12-15（d）所示在一個周期內(nèi)的平均功率（有功功率）為這種交換能量的規(guī)?？梢杂脽o功功率QC表示，其關(guān)系為

QC=UI=U2/XC=I2XC第65頁/共177頁【例12-6】將一個2μF的電容器接在220V、50Hz的正弦交流電源上，試求通過電容器的電流I、有功功率P和無功功率QC為多少？【解】XC=1/(ωC)=1/(2πfC)=1/(2π×50×2×10-6)≈1591.55(Ω)I=U/XC=220/1591.55≈0.14(A)P=0QC=UI=220×0.14=30.8(var)11.2單相交流電路第66頁/共177頁11.2單相交流電路圖12-13純電阻電路（a）電路圖；（b）電壓電流波形圖;（c）相量圖;（d）功率曲線Back第67頁/共177頁11.2單相交流電路圖12-13純電阻電路（a）電路圖；（b）電壓電流波形圖;（c）相量圖;（d）功率曲線Back第68頁/共177頁11.2單相交流電路圖12-13純電阻電路（a）電路圖；（b）電壓電流波形圖;（c）相量圖;（d）功率曲線Back第69頁/共177頁11.2單相交流電路圖12-13純電阻電路（a）電路圖；（b）電壓電流波形圖;（c）相量圖;（d）功率曲線Back第70頁/共177頁11.2單相交流電路圖12-14純電感電路（a）電路圖；（b）電壓、電流波形圖；（c）相量圖；（d）功率曲線Back第71頁/共177頁11.2單相交流電路圖12-14純電感電路（a）電路圖；（b）電壓、電流波形圖；（c）相量圖；（d）功率曲線Back第72頁/共177頁11.2單相交流電路圖12-14純電感電路（a）電路圖；（b）電壓、電流波形圖；（c）相量圖；（d）功率曲線Back第73頁/共177頁11.2單相交流電路圖12-15純電容電路（a）電路圖；（b）電壓、電流波形圖；（c）相量圖；（d）功率曲線Back第74頁/共177頁11.2單相交流電路圖12-15純電容電路（a）電路圖；（b）電壓、電流波形圖；（c）相量圖；（d）功率曲線Back第75頁/共177頁11.2單相交流電路圖12-15純電容電路（a）電路圖；（b）電壓、電流波形圖；（c）相量圖；（d）功率曲線Back第76頁/共177頁11.2單相交流電路1電流和電壓的關(guān)系

如圖12-16(a）所示，電路中的電阻R和電感L均通過同一電流，如果電源電壓u為正弦交流量，則電流i與電阻上的電壓uR、電感上的電壓uL均為同頻率的正弦交流量。根據(jù)克希荷夫電壓定律（KVL）可以得到：

u=uR+uL

用相量表示為11.2.4RL串聯(lián)的交流電路第77頁/共177頁12.2單相交流電路

以電流為參考相量畫相量如圖12-17，得電流滯后于電壓一個φ角。由數(shù)學(xué)分析可知第78頁/共177頁2功率關(guān)系（1）瞬時功率由上面電流和電壓的關(guān)系分析，設(shè)i=Imsinωt=√2Isinωt，則u=Umsin(ωt+φ)=√2Usin(ωt+φ)，故瞬時功率為

p=ui=2UIsinωtsin(ωt+φ)=UIcosφ(1-2cos2ωt)+UIsinφsin2ωt12.2單相交流電路第79頁/共177頁（2）有功功率即平均功率，用P表示。因為電感不消耗有功功率，只進(jìn)行無功交換；而電阻不進(jìn)行無功交換，只消耗有功功率，所以RL串聯(lián)的交流電路的有功功率等于電阻上消耗的功率，即

P=I2R=URI或P=UIcosφ（3）無功功率同理，RL串聯(lián)的交流電路的無功功率等于電感與電源交換的無功功率，即Q=ULI=I2XL=UIsinφ12.2單相交流電路第80頁/共177頁12.2單相交流電路（4）視在功率在RL串聯(lián)的交流電路中，電阻消耗有功功率，電感與電源交換無功功率。換言之，RL串聯(lián)的交流電路既消耗有功功率又占有電源功率。將電源對此電路表現(xiàn)出的功率稱為視在功率，它等于電流、電壓有效值之乘積，用S表示，單位為V·A或kV·A。第81頁/共177頁【例12-7】一個電感線圈，L=25.5mH，電阻R=6Ω，接于電壓220V的交流電源上，求電路中的電流I、有功功率、無功功率和視在功率?！窘狻縓L=2πfL=2×3.14×50×25.5×10-3=8(Ω)|Z|=10(Ω)根據(jù)歐姆定律I=U/|Z|=220/10=22(A)cosφ=R/|Z|=6/10=0.6有功功率為

P=UIcosφ=220×22×0.6=2904(W)無功功率為

Q=UIsinφ=220×22×0.8=3872(var)視在功率為

S=UI=220×22=4840(V·A)12.2單相交流電路第82頁/共177頁12.2單相交流電路Back圖12-16RL串聯(lián)電路(a)電路圖;(b)曲線圖第83頁/共177頁12.2單相交流電路Back圖12-17RL串聯(lián)電路的相量圖第84頁/共177頁12.3三相交流電路

三相交流電源是由三個頻率相同、大小相等、彼此之間具有120°相位差的對稱三相電動勢組成的，一般稱為對稱三相電源。對稱三相電動勢是由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的，對用戶來說也可看成是變壓器提供的。不管發(fā)電機(jī)還是變壓器，三相電源都是由三相繞組直接提供的。每相繞組的始端標(biāo)為A、B、C，而末端標(biāo)為X、Y、Z。AX、BY、CZ分別稱為A相、B相和C相繞組。在三個繞組中分別產(chǎn)生頻率相同、幅值相等、相位互差120°的三個正弦交變電動勢eA、eB、eC，稱為對稱三相電動勢。12.3.1三相交流電源第85頁/共177頁12.3三相交流電路

每相電動勢的正方向規(guī)定為從每相繞組的末端指向始端。若以A相電動勢作為參考相量（初相位等于零），則對稱三相電動勢的瞬時表達(dá)式為：

三相電動勢用相量表示為eA=EmsinωteB=Emsin(ωt-120°)eC=Emsin(ωt+120°)第86頁/共177頁12.3三相交流電路三相電動勢的波形圖及相量圖如圖12-18所示。三相電動勢依次達(dá)到正的最大值的先后順序稱為相序。圖12-19中三相電動勢的相序為A→B→C。從圖中還可知，三相電動勢的瞬時值之和或相量和都等于零，即

eA+eB+eC=0第87頁/共177頁12.3三相交流電路1三相電源的星形聯(lián)結(jié)如果把三相繞組的三個末端X、Y、Z接在一起形成一個公共點(diǎn)，稱為中性點(diǎn)或零點(diǎn)，用字母N表示，而把三相繞組的三個始端引出，或?qū)⒅行渣c(diǎn)和三個始端一起引出向外供電，這種聯(lián)結(jié)方法稱為星形聯(lián)結(jié)，如圖12-19（a）所示。三相電源星形聯(lián)結(jié)時，線電壓相量與相電壓相量之間的關(guān)系，可利用克希荷夫電壓定律分析運(yùn)算得到第88頁/共177頁

由上述公式可見，在數(shù)值上線電壓是相電壓的√3倍（Ul=√3UP），在相位上線電壓比對應(yīng)的相電壓超前30°。由于相電壓是三相對稱電壓，線電壓也是對稱電壓。星形聯(lián)結(jié)時，三相電源的相電壓與線電壓的相量圖如圖12-19（b）所示。12.3三相交流電路第89頁/共177頁2三相電源的三角形聯(lián)結(jié)三相繞組也可以按順序?qū)⑹级伺c末端依次聯(lián)結(jié)，組成一個閉合三角形，由三個聯(lián)結(jié)端點(diǎn)向外引出三條導(dǎo)線供電，這種接法稱為三角形聯(lián)結(jié)。三相電源三角形聯(lián)結(jié)時，線電壓等于相應(yīng)的相電壓，電源只能提供一種電壓。12.3三相交流電路ABC第90頁/共177頁12.3三相交流電路發(fā)電原理圖12-18三相電動機(jī)發(fā)電原理圖Back第91頁/共177頁12.3三相交流電路圖12-18三相電動構(gòu)造圖Back第92頁/共177頁12.3三相交流電路圖12-18三相電動勢的波形圖及相量圖Back第93頁/共177頁12.3三相交流電路圖12-19三相電源的星形聯(lián)結(jié)Back第94頁/共177頁12.3三相交流電路圖12-19三相電源的星形聯(lián)結(jié)Back第95頁/共177頁12.3三相交流電路圖12-19三相電源的星形聯(lián)結(jié)Back第96頁/共177頁

負(fù)載接到三相電路中必須注意負(fù)載的類型和工作額定電壓值，根據(jù)其額定工作電壓接上三相電源的相電壓或者線電壓。有的負(fù)載為單相負(fù)載，只需單相交流電源，例如白熾燈、單相異步電動機(jī)等。一般家用電器均使用220V的單相交流電源，由三相四線制電源的相電壓供電。有的負(fù)載本身就是三相負(fù)載，例如三相異步電動機(jī)等，一般工作額定電壓為380V，必須接上三相電源的線電壓才能工作。12.3三相交流電路12.3.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)與計算第97頁/共177頁12.3三相交流電路1負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路如圖12-20（a）所示，由三相四線制電源供電。三相負(fù)載的阻抗分別為ZA、ZB、ZC，電壓和電流的正方向都在圖中標(biāo)示。三相電路中的電流分為相電流和線電流，每相負(fù)載中的電流IP稱為相電流，每根火線中的電流Il稱為線電流。在負(fù)載為星形聯(lián)結(jié)時，相電流即為線電流，即IP=Il，各相負(fù)載中電流的有效值為第98頁/共177頁

各相負(fù)載中相電流與相電壓的相位差為φA=arctanXA/RA,φB=arctanXB/RB,φC=arctanXC/RC

根據(jù)克希荷夫電流定律，中線內(nèi)的電流為

iN=iA+iB+iC

如果三相負(fù)載是對稱的，即XA=XB=XC=X，RA=RB=RC=R，則三相負(fù)載的各相電流大小相等，相電流與相電壓之間的相位差也相等，三個電流的相量和為零，如圖12-20（b）所示，所以中線內(nèi)的電流為零，可分別表示為12.3三相交流電路第99頁/共177頁12.3三相交流電路

在三相負(fù)載對稱的情況下，既然中線中沒有電流通過，那么可以省去中線，形成沒有中線的三相電路，稱為三相三線制電路。第100頁/共177頁【例12-8】有一臺三相異步電動機(jī)的繞組星形聯(lián)結(jié)，由線電壓Ul為380V的對稱三相50Hz交流電源供電，若電動機(jī)在額定功率運(yùn)行時，每相繞組的電阻R為6Ω，感性電抗XL為8Ω，求在額定功率運(yùn)行時電動機(jī)的相電流和線電流?！窘狻坑嬎阆嚯妷篣PUP=Ul/√3=380/√3=220（V）每相負(fù)載阻抗為

|Z|=√R2+XL2=10(Ω)

星形聯(lián)結(jié)線電流與相電流相等，為

Il=IP=UP/|Z|=220/10=22(A)12.3三相交流電路第101頁/共177頁12.3三相交流電路2負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的三相電路負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的三相電路如圖12-21（a）所示，各相負(fù)載阻抗分別為ZAB、ZBC、ZCA。三相負(fù)載直接接在電源的線電壓上，所以負(fù)載的相電壓等于電源的線電壓，即UP=Ul，負(fù)載的相電壓也是對稱的，其電壓和電流正方向已在圖中標(biāo)示。各相負(fù)載的相電流有效值為第102頁/共177頁12.3三相交流電路

如果XAB、XBC、XCA分別為三相負(fù)載的電抗值，RAB、RBC、RCA分別為三相負(fù)載的電阻值，則各相負(fù)載中相電流與相電壓的相位差為φAB=arctanXAB/RAB,φBC=arctanXBC/RBC,φCA=arctanXCA/RCA

根據(jù)克希荷夫電流定律，三角形聯(lián)結(jié)的三相電路中，端線的線電流IA、IB、IC與相電流IAB、IBC、ICA的相量關(guān)系為：第103頁/共177頁12.3三相交流電路

當(dāng)三相負(fù)載對稱時，其阻抗和相電流與相電壓的相位差是相等的，即又因為三相線電壓對稱相等，所以三相負(fù)載的相電流也對稱相等，即

IAB=IBC=ICA=IP=UP/|Z|第104頁/共177頁12.3三相交流電路

三相對稱負(fù)載作三角形聯(lián)結(jié)時，各電流、電壓相量圖如圖12-21（b）所示。根據(jù)相量圖可以求得線電流IA和相電流IAB的關(guān)系，即或用一般表達(dá)為第105頁/共177頁【例12-9】某三相負(fù)載，每相額定工作電壓為380V，每相阻抗為38Ω，三相電源的線電壓為380V，問電源與負(fù)載的相聯(lián)結(jié)的方法是什么？并求出負(fù)載的相電流和線電流。【解】根據(jù)負(fù)載每相的額定工作電壓和電源電壓，三相負(fù)載應(yīng)采用三角形聯(lián)結(jié)。由于負(fù)載是對稱的，所以各相相電流和線電流也是對稱的。負(fù)載相電流為

IP=UP/|Z|=380/38=10(A)

負(fù)載線電流為

Il=√3IP=√3×10=17.32(A)12.3三相交流電路第106頁/共177頁12.3三相交流電路圖12-20負(fù)載星形聯(lián)結(jié)（a）三相電路；（b）相量圖Back第107頁/共177頁12.3三相交流電路圖12-20負(fù)載星形聯(lián)結(jié)（a）三相電路；（b）相量圖Back第108頁/共177頁12.3三相交流電路圖12-21負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)（a）三相電路；（b）相量圖Back第109頁/共177頁12.3三相交流電路圖12-21負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)（a）三相電路；（b）相量圖Back第110頁/共177頁

在三相交流電路中，不論負(fù)載是星形聯(lián)結(jié)還是三角形聯(lián)結(jié)，三相負(fù)載所消耗的總有功功率P為各相負(fù)載消耗的有功功率之和，即

P=PA+PB+PC=UAIAcosφA+UBIBcosφB+UCICcosφC

在三相對稱電路中，各相的相電壓、相電流和相功率因數(shù)都相等，因此各相功率也相等，三相總有功功率為

P=3UPIPcosφ12.3三相交流電路12.3.3三相電路的功率第111頁/共177頁

通常對稱三相負(fù)載銘牌上所標(biāo)出的是額定線電壓和線電流.

同理可以推導(dǎo)出三相電路中的總無功功率為各相負(fù)載的無功功率之和，即

Q=QA+QB+QC=UAIAsinφA+UBIBsinφB+UCICsinφC

三相對稱電路的總無功功率為

Q=3UPIPsinφ=√3UlIlsinφ

總視在功率為

S=3UPIP=√3UlIl12.3三相交流電路第112頁/共177頁12.3三相交流電路

三種功率之間的關(guān)系為

P=ScosφQ=Ssinφ第113頁/共177頁【例12-10】三相交流電源星形聯(lián)結(jié)，線電壓Ul=380V，有一個對稱三相負(fù)載，各相電阻R=6Ω，感抗XL=8Ω，試求負(fù)載作星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)時的線電流Il、相電流IP和三相有功功率PY、P△，并作比較?！窘狻浚?）對稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時|Z|=10Ωφ=arctanXL/R=arctan8/6≈53.1°Il=IP=UP/|Z|≈22(A)PY=8.38(kW)（2）對稱負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時IP=UP/|Z|=380/10=38(A)Il=√3IP=65.8(A)P△=√3UlIlcosφ=26(kW)12.3三相交流電路第114頁/共177頁（3）分析比較在同一電源電壓下，同一負(fù)載作三角形聯(lián)結(jié)時，線電流是星形聯(lián)結(jié)時的3倍；三角形聯(lián)結(jié)時相電壓是星形聯(lián)結(jié)時的√3倍；三角形聯(lián)結(jié)時有功功率是星形聯(lián)結(jié)的3倍。12.3三相交流電路第115頁/共177頁

變壓器的電磁感應(yīng)部分包括電路和磁路兩部分。電路又有一次電路與二次電路之分。各種變壓器由于工作要求、用途和型式不同，外形結(jié)構(gòu)不盡相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)都是由鐵心和繞組組成的。鐵心是磁通的通路，它是用導(dǎo)磁性能好的硅鋼片沖剪成一定的尺寸，并在兩面涂以絕緣漆后，按一定規(guī)則疊裝而成。12.4變壓器12.4.1單相變壓器12.4.1.1變壓器的結(jié)構(gòu)第116頁/共177頁

變壓器的鐵心結(jié)構(gòu)可分為心式和殼式兩種，如圖12-22所示。心式變壓器繞組安裝在鐵心的邊柱上，制造工藝比較簡單，一般大功率的變壓器均采用此種結(jié)構(gòu)。殼式變壓器的繞組安裝在鐵心的中柱上，線圈被鐵心包圍著，所以它不需要專門的變壓器外殼，只有小功率變壓器采用此種結(jié)構(gòu)。繞組是電流的通路。小功率變壓器的繞組一般用高強(qiáng)度漆包線繞制，大功率變壓器的繞組可以采用有絕緣的扁形銅錢或鋁線繞制。繞組分為高壓和低壓繞組。高壓繞組匝數(shù)多，導(dǎo)線細(xì)；低壓繞組匝數(shù)少，導(dǎo)線粗。12.4變壓器第117頁/共177頁12.4變壓器圖12-22心式和殼式變壓器(a)心式變壓器；(b)殼式變壓器；(c)單相變壓器的符號Back第118頁/共177頁12.4變壓器

單相變壓器有兩個繞組，其中一個繞組接交流電源，叫做一次繞組（又叫原繞組、初級繞組），匝數(shù)為N1，另一個繞組接負(fù)載，叫做二次繞組（又叫副繞組、次級繞組），匝數(shù)為N2。若將變壓器的一次繞組接交流電源，二次繞組開路不接負(fù)載，這種運(yùn)行方式叫做變壓器的空載運(yùn)行，如圖12-23所示。12.4.1.2變壓器的工作原理第119頁/共177頁當(dāng)一次繞組接上交流電壓U1時，繞組中有空載電流I0流過。在鐵心中產(chǎn)生磁場，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，交變的主磁通必然在一次、二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E1、E2。當(dāng)變壓器空載運(yùn)行時，忽略一次繞組的電阻、漏磁通和鐵耗的影響，則它們在數(shù)值上分別為：

U1=E1=4.44fN1ΦmU2=E2=4.44fN2Φm電壓比K則為：

K=U1/U2=E1/E2=N1/N2如圖12-23所示。12.4變壓器第120頁/共177頁2變壓器的負(fù)載運(yùn)行當(dāng)變壓器的一次繞組接交流電源，二次繞組兩端接上負(fù)載時，稱為變壓器的負(fù)載運(yùn)行，如圖12-24所示。變壓器的二次繞組接上負(fù)載ZL之后，由于電動勢E2的作用，在二次繞組中便有電流I2流過，I2的大小和相位決定于負(fù)載阻抗的大小和性質(zhì)，因此稱為負(fù)載電流。根據(jù)能量守恒定律，忽略損耗，S1=U1I1≈U2I2=S2，所以一次、二次電流的關(guān)系為：

I1/I2≈U2/U1=N2/N1=1/K12.4變壓器第121頁/共177頁【例12-11】某變壓器的一次繞組電壓220V，匝數(shù)N1為825匝，二次繞組電壓36V，純電阻負(fù)載為60W的白熾燈泡。試求二次繞組的匝數(shù)N2和接負(fù)載時一、二次繞組中的電流I1、I2?！窘狻浚?）二次繞組的匝數(shù)

N2=U2/U1N1=36/220×825=135(匝)（2）負(fù)載電燈泡為純電阻負(fù)載接負(fù)載時二次繞組電流為

I2=P/U2=60/36=1.67(A)

一次繞組電流為

I1=N2/N1I2=135/825×1.67=0.27(A) 12.4變壓器第122頁/共177頁12.4變壓器圖12-23單相變壓器空載運(yùn)行Back第123頁/共177頁12.4變壓器圖12-24單相變壓器負(fù)載運(yùn)行Back第124頁/共177頁

三相變壓器可以看成三個單相變壓器組合，結(jié)構(gòu)、原理與單相變壓器類似，三個繞組可以接成星形或三角形。三相電力變壓器外形如圖12-25所示。變壓器的外殼上的銘牌標(biāo)注以下內(nèi)容：（1）型號例如：SL7—630/10，表示為三相油浸自冷鋁線變壓器，設(shè)計序號為7，額定容量為630kV·A，高壓側(cè)額定電壓等級為10kV。12.4變壓器12.4.2三相電力變壓器第125頁/共177頁（2）額定電壓U1N/U2N

一次額定電壓U1N是指加到一次繞組上的電源線電壓額定值。二次額定電壓U2N是指當(dāng)一次繞組所接電壓為額定值、分接開關(guān)位于額定分接頭上，變壓器空載時，二次繞組的線電壓，單位為kV或V。（3）額定電流I1N/I2N

指一、二次繞組的線電流，可根據(jù)額定容量和額定電壓計算出電流值，單位為A。12.4變壓器第126頁/共177頁（4）額定容量SN

額定容量是變壓器在額定工作狀態(tài)下輸出的視在功率，單位為kV·A或V·A。單相變壓器SN=U2NI2N三相變壓器SN=3U2NI2N（5）額定頻率fN

指變壓器一次繞組所加電壓的額定頻率，額定頻率不同的變壓器是不能替換使用工作的。國產(chǎn)電力變壓器的額定頻率均為50Hz。12.4變壓器第127頁/共177頁

變壓器銘牌上還標(biāo)明阻抗電壓、聯(lián)結(jié)組別、油重、器身重、總重、絕緣材料的耐熱等級及各部分允許溫升等。12.4變壓器第128頁/共177頁12.4變壓器圖12-25三相電力變壓器外形圖Back第129頁/共177頁

互感器是電力系統(tǒng)中供測量和保護(hù)用的設(shè)備。在測量高電壓、大電流時，使測量儀表和測量人員與其隔離，以保證人員與儀表的安全，并且擴(kuò)大測量儀表的量程范圍。它們也是利用電磁感應(yīng)原理工作的，可分為電壓互感器和電流互感器兩種類型。11.4變壓器11.4.3特殊用途的變壓器第130頁/共177頁1電壓互感器電壓互感器相當(dāng)于一臺降壓變壓器，將高壓線路的電壓轉(zhuǎn)換為低電壓進(jìn)行測量或作為控制信號。其測量原理和接線圖如圖12-26所示。由于電壓互感器二次側(cè)的負(fù)載通常是高阻抗的電壓表或繼電器的電壓線圈，因此電流很小，接近空載狀態(tài)，即電壓互感器的工作情況相當(dāng)于變壓器的空載運(yùn)行。電壓互感器一、二次側(cè)電壓的關(guān)系為：

KU=U1/U2=N1/N212.4變壓器第131頁/共177頁2電流互感器電流互感器又叫變流器。在測量高電壓線路的電流時，為了測量人員的安全，要使用電流互感器將電流表與高電壓隔離開。在測量大電流時，使用電流互感器將大電流變?yōu)樾‰娏骱筮M(jìn)行測量或保護(hù)。

圖12-27為電流互感器的測量原理和接線圖。電流互感器一、二次側(cè)電流的關(guān)系為：

Ki=I1/I2=N2/N111.4變壓器第132頁/共177頁11.4—2電流互感器第133頁/共177頁3電焊變壓器在建筑施工中，鋼筋、鋼梁、鋼管的連接等經(jīng)常需要進(jìn)行焊接加工，如電弧焊、點(diǎn)焊、縫焊和對焊，通常以電弧焊為主。電弧焊接的電源設(shè)備有兩類，即直流電焊機(jī)和交流電焊機(jī)。應(yīng)根據(jù)被焊工件的材質(zhì)、板厚、接頭形式和綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，選擇合適的焊接方法及相應(yīng)的焊機(jī)。交流電焊機(jī)主要由一個電焊變壓器和一個可變電抗器組成，如圖12-28所示。12.4變壓器第134頁/共177頁12.4變壓器圖12-26電壓互感器測量高電壓（a）原理圖;（b）接線圖Back第135頁/共177頁12.4變壓器圖12-27電流互感器（a）原理圖;（b）接線圖Back第136頁/共177頁12.4變壓器圖12-28交流電焊機(jī)Back第137頁/共177頁

電動機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)器，通常又稱作馬達(dá)。電動機(jī)的種類很多，它可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)兩大類。直流電動機(jī)雖然具有調(diào)速性能好和起動轉(zhuǎn)矩大等特點(diǎn)，但由于直流電源不易獲得，所以直流電動機(jī)除在一些特殊要求的場合中使用外，應(yīng)用不太廣泛。交流電動機(jī)又可分為同步電動機(jī)和異步電動機(jī)。12.5三相異步電動機(jī)第138頁/共177頁

異步電動機(jī)基本結(jié)構(gòu)是由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子和轉(zhuǎn)子之間留有一定的氣隙，此外還有端蓋、軸承及風(fēng)扇等部件，其外形和結(jié)構(gòu)如圖12-29所示。1定子異步電動機(jī)的定子由定子鐵心、定子繞組和機(jī)座三部分組成。定子鐵心是由很薄的硅鋼片經(jīng)過沖剪、涂絕緣漆后疊壓而成。12.5三相異步電動機(jī)12.5.1三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)第139頁/共177頁

定子繞組一般由絕緣銅線或鋁線繞成。接線柱的布置如圖12-30所示。將接線柱上的連接銅片進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接，就可以使三相定子繞組接成星形或三角形，以滿足異步電動機(jī)不同運(yùn)行工作狀態(tài)時對繞組不同接法的要求。機(jī)座的主要作用是固定定子鐵心和端蓋。中、小型機(jī)座采用鑄鐵制成；小機(jī)座也有的用鋁合金壓鑄而成。考慮不同安裝場合的要求，機(jī)座的基本安裝結(jié)構(gòu)形式有機(jī)座帶底腳或不帶底腳，端蓋有凸緣或無凸緣等形式，分別適合臥式或立式安裝。12.5三相異步電動機(jī)第140頁/共177頁2轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心也是由很薄的硅鋼片疊合而成，在外圓表面上有許多均勻分布的槽，槽內(nèi)放置轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子繞組分為鼠籠式和繞線式兩種。（1）鼠籠式轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)都有裸銅（或鋁）導(dǎo)條，在伸出鐵心兩端的槽口處用兩個端環(huán)把所有導(dǎo)條都連接起來，使所有銅（或鋁）導(dǎo)條短路（故端環(huán)又稱短路環(huán)），由此構(gòu)成了鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組。如果去掉鐵心，整個繞組的形狀就像一個“鼠籠”，如圖12-31所示。12.5三相異步電動機(jī)第141頁/共177頁（2）繞線式轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子與鼠籠式轉(zhuǎn)子相似，但是它用絕緣導(dǎo)線放置在轉(zhuǎn)子鐵心的槽內(nèi)，接成三相對稱繞組，通常把該三相繞組的末端連結(jié)在一起，首端的引線分別接到轉(zhuǎn)軸上的三個互相絕緣的銅環(huán)（稱為集電環(huán)、滑環(huán)）上，再通過電刷把電流引出，與外接的變阻器接通，以便對電動機(jī)進(jìn)行起動或調(diào)速，如圖12-32所示。12.5三相異步電動機(jī)第142頁/共177頁12.5三相異步電動機(jī)圖12-29異步電動機(jī)的外形和結(jié)構(gòu)Back第143頁/共177頁12.5三相異步電動機(jī)圖12-30定子繞組的布置與連接（a）接線柱的布置；（b）星形連接；（c）三角形連接Back第144頁/共177頁12.5三相異步電動機(jī)圖12-31鼠籠式轉(zhuǎn)子（a）鼠籠；（b）鼠籠式轉(zhuǎn)子；（c）鑄鋁轉(zhuǎn)子Back第145頁/共177頁12.5三相異步電動機(jī)圖12-32繞線式轉(zhuǎn)子Back第146頁/共177頁1旋轉(zhuǎn)磁場三相異步電動機(jī)定子具有對稱分布的三相定子繞組，接入三相交流電后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與電源的頻率f、三相繞組的極數(shù)2p有關(guān)，對于p對極的三相繞組，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為

n1=60f/p

旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向與通入三相繞組電源的相序有關(guān)。12.5三相異步電動機(jī)12.5.2三相異步電動機(jī)的工作原理第147頁/共177頁

若通入三相繞組電流的相序為A→B→C→A，即ia超前于ib120°，ib超前于ic120°，ic超前于ia120°，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向為順時針；若將三相電流聯(lián)結(jié)的三根導(dǎo)線中的任