電工基本知識ppt課件

1、建筑設備工程建筑設備工程主編：劉昌明鮑東杰第三篇第三篇 建筑電氣電工根本知識建筑電氣電工根本知識 12 電工根本知識電工根本知識techbook12 電工基本知識電工基本知識目錄目錄電路的組成及其根本分析方法電路的組成及其根本分析方法1單相交流電路單相交流電路2三相交流電路三相交流電路3 3變壓器變壓器4三相異步電動機三相異步電動機3 5Back12 電工基本知識電工基本知識12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法 電路就是電流所經過的途徑，電路為一閉合回路。電路就是電流所經過的途徑，電路為一閉合回路。電路由電源、中間環(huán)節(jié)和負載組成，如圖電路由電源、中間環(huán)節(jié)和負載組成，如

2、圖12-1a所示。所示。1電源電源 電源，即電能的源泉，是推進電路中電流流動的原電源，即電能的源泉，是推進電路中電流流動的原動力。電源是指電路中供應電能的設備，如圖動力。電源是指電路中供應電能的設備，如圖12-1a中的電池，它的作用是將非電方式的能量轉換為電能。中的電池，它的作用是將非電方式的能量轉換為電能。如電池將化學能轉換為電能，發(fā)電機將機械能轉換為電如電池將化學能轉換為電能，發(fā)電機將機械能轉換為電能等。能等。12.1.1 電路及其組成電路及其組成12 電工基本知識電工基本知識2中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié) 中間環(huán)節(jié)主要包括銜接導線和一些控制、維護電器中間環(huán)節(jié)主要包括銜接導線和一些控制、維護電器等，它

3、們將電源和負載銜接成一個閉合回路，在電路中等，它們將電源和負載銜接成一個閉合回路，在電路中起傳輸、分配電能以及維護等作用。起傳輸、分配電能以及維護等作用。3負載負載 負載是指用電設備，即電路中耗費電能的設備，它負載是指用電設備，即電路中耗費電能的設備，它的作用是將電能轉換為其他方式的能量。如電燈將電能的作用是將電能轉換為其他方式的能量。如電燈將電能轉換為光能，電爐將電能轉換為熱能，電動機將電能轉轉換為光能，電爐將電能轉換為熱能，電動機將電能轉換為機械能等。換為機械能等。12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法12 電工基本知識電工基本知識12.1 電路的組成及其根本分析方

4、電路的組成及其根本分析方法法圖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Back12 電工基本知識電工基本知識 將實踐器件籠統(tǒng)成理想化的模型，用一些規(guī)定的圖將實踐器件籠統(tǒng)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。形符號來表示，繪制成電路模型，即電路圖。 如圖如圖12-1a所示的實踐電路就可以用圖所示的實踐電路就可以用圖12-1b所示的電路模型表示，其中電池用電動勢所示的電路模型表示，其中電池用電動勢E和內電阻和內電阻R0表示，燈泡用負載電阻表示，燈泡用負載電阻RL表示，開關用無接觸電阻的理表示，開關用無接觸電阻的理想開關想開關K表示。由于金屬

5、導線的電阻相對于負載電阻來表示。由于金屬導線的電阻相對于負載電阻來說很小，普通可以忽略不計，即以為它是理想導線。說很小，普通可以忽略不計，即以為它是理想導線。12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法12.1.2 電路模型電路模型12 電工基本知識電工基本知識12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法圖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Back12 電工基本知識電工基本知識1電流電流 電路中的帶電粒子電子和離子遭到電源電場力電路中的帶電粒子電子和離子遭到電源電場力的作用，構成有規(guī)那么的定向運動，稱為電流。電流的的作用，構成

6、有規(guī)那么的定向運動，稱為電流。電流的大小是用單位時間內經過導體某一橫截面積的電荷量來大小是用單位時間內經過導體某一橫截面積的電荷量來度量的，稱為電流強度，簡稱電流。電流的正方向規(guī)定度量的，稱為電流強度，簡稱電流。電流的正方向規(guī)定為正電荷的挪動方向。為正電荷的挪動方向。 大小和方向均不隨時間變化的電流稱為直流電流，大小和方向均不隨時間變化的電流稱為直流電流，電流強度的符號用電流強度的符號用I表示，即表示，即I=Q/t。在國際單位制中，。在國際單位制中，電流強度的單位為安培，簡稱安電流強度的單位為安培，簡稱安A。12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法12.1.3 電路的根本

7、物理量電路的根本物理量12 電工基本知識電工基本知識2電位電位 電位表示電場中某一點所具有的電位能。普通指定電位表示電場中某一點所具有的電位能。普通指定電路中一點為參考點在電力系統(tǒng)中指定大地為參考電路中一點為參考點在電力系統(tǒng)中指定大地為參考點，且規(guī)定該參考點的電位為零。電場力將單位正電點，且規(guī)定該參考點的電位為零。電場力將單位正電荷從荷從A點沿恣意途徑移到參考點所做的功稱為點沿恣意途徑移到參考點所做的功稱為A點的電位點的電位或電勢，用或電勢，用VA表示，單位為伏特，簡稱伏表示，單位為伏特，簡稱伏V。12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法12 電工基本知識電工基本知識3電

8、壓電壓 電場力把單位正電荷從電場的電場力把單位正電荷從電場的A點移到點移到B點所做的功，點所做的功，稱為稱為AB兩點間的電壓，用兩點間的電壓，用UAB表示，即表示，即UAB=WAB/Q。顯然，電路中某兩點間的電位差等于該兩點間的電壓，顯然，電路中某兩點間的電位差等于該兩點間的電壓，即即VA-VB=UAB。當然，電壓的單位也為伏特。當然，電壓的單位也為伏特。12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法12 電工基本知識電工基本知識4電動勢電動勢 在電源內部，非電場力將單位正電荷從電源的低電在電源內部，非電場力將單位正電荷從電源的低電位端負極移到高電位端正極所做的功，稱為電位端負

9、極移到高電位端正極所做的功，稱為電源的電動勢，用符號源的電動勢，用符號E表示，電動勢的單位也是伏特。表示，電動勢的單位也是伏特。5電阻電阻 導體妨礙電流經過的才干，稱為電阻，用導體妨礙電流經過的才干，稱為電阻，用R表示，表示，單位為歐姆，簡稱歐單位為歐姆，簡稱歐。12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法12 電工基本知識電工基本知識6電功率電功率 單位時間內電流所做的功稱為電功率，簡稱功率，單位時間內電流所做的功稱為電功率，簡稱功率，用符號用符號P表示，單位為瓦特，簡稱瓦表示，單位為瓦特，簡稱瓦W。 根據電流、電壓、功率的定義，根據電流、電壓、功率的定義， P=W/t=

10、UI12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法12 電工基本知識電工基本知識1歐姆定律歐姆定律 當電阻兩端加上電壓時，電阻中就會有電流經過。當電阻兩端加上電壓時，電阻中就會有電流經過。實驗證明：在一段沒有電動勢而只需電阻的電路中，電實驗證明：在一段沒有電動勢而只需電阻的電路中，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：成反比。這一規(guī)律稱為歐姆定律，用公式表示如下： I=U/R12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法12.1.4 電路的根本定律電路的根本

11、定律12 電工基本知識電工基本知識2克希荷夫克希荷夫Kirchhoff定律定律 支路支路 電路中經過同一電流的每個分支稱為支路。電路中經過同一電流的每個分支稱為支路。圖圖12-2中的中的ab、cd、ef均是支路。均是支路。 節(jié)點節(jié)點 電路中三條或三條以上支路的結合點稱為電路中三條或三條以上支路的結合點稱為節(jié)點。圖節(jié)點。圖12-2中中a、b兩點為節(jié)點。兩點為節(jié)點。 回路回路 電路中任一閉合途徑稱為回路。圖電路中任一閉合途徑稱為回路。圖12-2中中的的abdca、aefba、aefbdca均是回路，均是回路， 其中回路其中回路abdca和和aefba內部不包含支路，稱為網孔。內部不包含支路，稱為網

12、孔。 任何復雜電路都有三條以上的支路、兩個以上的節(jié)任何復雜電路都有三條以上的支路、兩個以上的節(jié)點和兩個以上的回路。點和兩個以上的回路。12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法12 電工基本知識電工基本知識1 克希荷夫電流定律克希荷夫電流定律KCL 克希荷夫電流定律是用來確定結合在同一節(jié)點上各克希荷夫電流定律是用來確定結合在同一節(jié)點上各支路電流間的關系。支路電流間的關系。 克希荷夫電流定律指出：在任一瞬時，流入電路中克希荷夫電流定律指出：在任一瞬時，流入電路中任一節(jié)點的電流之和等于流出該節(jié)點的電流之和，即任一節(jié)點的電流之和等于流出該節(jié)點的電流之和，即 I入入=I出出 (12

13、-2) 假設規(guī)定流入節(jié)點的電流為正號，流出節(jié)點的電流假設規(guī)定流入節(jié)點的電流為正號，流出節(jié)點的電流為負號，那么上式可改寫為為負號，那么上式可改寫為 I=0 (12-3)12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法12 電工基本知識電工基本知識 因此，克希荷夫電流定律也可表述為：在任一瞬時，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)點上電流的代數和等于零。電路中任一個節(jié)點上電流的代數和等于零。 克希荷夫電流定律通常運用于節(jié)點，但也可以把它克希荷夫電流定律通常運用于節(jié)點，但也可以把它推行運用于包圍部分電路的任一假設的閉合面，如圖推行運用于包圍部分電路的任一假設的閉

14、合面，如圖12-3所示，所示，IA+IB+IC=0。12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法12 電工基本知識電工基本知識【例【例12-1】圖】圖12-4表示某復雜電路中的一個節(jié)點表示某復雜電路中的一個節(jié)點a。知。知I1=-6A，I2=3A，I3=8A，假設經過，假設經過R的電流的電流I4的參考方的參考方向如下圖，試求經過向如下圖，試求經過R的電流的電流I4?！窘狻扛鶕讼：煞螂娏鞫闪谐鲭娏鞣匠虨椋骸窘狻扛鶕讼：煞螂娏鞫闪谐鲭娏鞣匠虨椋?I入入=I1+I4=I出出=I2+I3 I4=I2+I3-I1=3+8-(-6)=17(A) I4為正值，闡明與假設的參考方向一樣

15、，經過為正值，闡明與假設的參考方向一樣，經過R的的電流電流I4的實踐方向是流入的實踐方向是流入a點的。點的。12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法12 電工基本知識電工基本知識2 克希荷夫電壓定律克希荷夫電壓定律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回路順時針或逆時針繞行一周，回路中各段電壓的代數和恒等于零普通取電位升為正，電位降為負，或電和恒等于零普通取電位升為正，電位降為負，或電位升等于電位降。即位升等于電位降。即 U=0 或或 U升升=U降降12.1 電路的組

16、成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法12 電工基本知識電工基本知識【例【例12-2】在圖】在圖12-5中，中，E1=50V，E2=100V，E3=25V，R1=15，R2=15，R3=10，R4=10，求回路中的電，求回路中的電流。流。【解】假設回路繞行方向為順時針，回路電流為【解】假設回路繞行方向為順時針，回路電流為I，回路，回路電流的參考方向也為順時針。根據電流的參考方向也為順時針。根據KVL列出方程如下：列出方程如下： U升升=U降降 E1+E2=R1I+R2I+E3+R4I+R3I解得：解得： I=(E1+E2-E3)/(R1+R2+R3+R4)=(50+100-25)/(15

17、+15+10+10)=2.5(A)12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法12 電工基本知識電工基本知識12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法圖12-2 復雜電路Back12 電工基本知識電工基本知識12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法圖12-3 KCL的擴展運用Back12 電工基本知識電工基本知識12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法圖12-4 例12-1圖Back12 電工基本知識電工基本知識12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法圖12-5 例12-2圖Back12 電

18、工基本知識電工基本知識1電阻的串聯電阻的串聯(圖圖12-6) 假設多個電阻順序相聯，并且在這些電阻中經過同假設多個電阻順序相聯，并且在這些電阻中經過同一電流，這樣的結合方式稱為電阻的串聯。串聯等效電一電流，這樣的結合方式稱為電阻的串聯。串聯等效電阻的計算公式為：阻的計算公式為： R=R1+R2+Rn12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法12.1.5 電路的分析計算方法電路的分析計算方法12.1.5.1 電阻的串并聯電阻的串并聯12 電工基本知識電工基本知識2電阻的并聯電阻的并聯(圖圖12-7) 假設多個電阻結合在兩個公共的節(jié)點之間，每個電假設多個電阻結合在兩個公共的節(jié)點

19、之間，每個電阻上施加同一電壓，這樣的結合方式稱為電阻的并聯。阻上施加同一電壓，這樣的結合方式稱為電阻的并聯。 并聯等效電阻的計算公式為：并聯等效電阻的計算公式為： 1/R=1/R1+1/R2+1/Rn12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法12 電工基本知識電工基本知識12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法圖12-6 電阻的串聯Back12 電工基本知識電工基本知識12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法圖12-7 電阻的并聯Back12 電工基本知識電工基本知識 支路電流法計算電路的步驟為：支路電流法計算電路的步驟為： 1

20、標出各支路電流的方向。假設不能確定電流標出各支路電流的方向。假設不能確定電流的實踐方向，可先恣意假設一個方向。最后根據計算得的實踐方向，可先恣意假設一個方向。最后根據計算得到的電流值是正還是負，判別實踐方向與假設方向一致到的電流值是正還是負，判別實踐方向與假設方向一致或相反。或相反。 2 根據克希荷夫電流定律，對根據克希荷夫電流定律，對n個節(jié)點列出個節(jié)點列出n-1個獨立的電流方程式。所謂獨立的電流方程，普通是個獨立的電流方程式。所謂獨立的電流方程，普通是指在方程中至少包含一個在其他方程中沒有出現過的新指在方程中至少包含一個在其他方程中沒有出現過的新支路電流。支路電流。12.1 電路的組成及其根

21、本分析方電路的組成及其根本分析方法法12.1.5.2 支路電流法支路電流法12 電工基本知識電工基本知識 3 根據克希荷夫電壓定律，對各回路列出根據克希荷夫電壓定律，對各回路列出b-n-1個獨立的電壓方程式。獨立的電壓方程數等于電路的個獨立的電壓方程式。獨立的電壓方程數等于電路的網孔數。網孔是指內部不包含其他支路的回路。具有網孔數。網孔是指內部不包含其他支路的回路。具有b個個支路、支路、n個節(jié)點的電路中，網孔數為個節(jié)點的電路中，網孔數為b-n-1個。個。 4 解聯立方程組，求出各未知的支路電流。解聯立方程組，求出各未知的支路電流。 上面根據克希荷夫電流定律和電壓定律一共可列出上面根據克希荷夫電

22、流定律和電壓定律一共可列出n-1+b-n-1b個獨立方程，所以能解出個獨立方程，所以能解出b個個支路電流。支路電流。12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法12 電工基本知識電工基本知識【例【例12-3】試求圖】試求圖12-8所示電路的各支路電流。所示電路的各支路電流。【解】在電路圖中標出電流和回路繞行方向，根據【解】在電路圖中標出電流和回路繞行方向，根據KCL與與KVL列出列出方程為：方程為： 對節(jié)點對節(jié)點A:I1+I2=I3 對回路對回路1:E1=R1I1+R3I3 對回路對回路2:E2=R2I2+R3I3 將知數據代入上面的方程，得：將知數據代入上面的方程，得：I1

23、+I2-I3=0 I1+4I3=12 I2+4I3=6 解聯立方程組得：解聯立方程組得：I1=4A I2=-2A I3=2A 12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法12 電工基本知識電工基本知識12.1 電路的組成及其根本分析方電路的組成及其根本分析方法法圖12-8 例12-3圖Back12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路 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

24、弦規(guī)律變化為正弦、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流的波形如圖12-9所示。所示。 正弦交流電的瞬時值可用正弦函數表示，正弦交流電的瞬時值可用正弦函數表示， 如圖如圖12-9所示正弦交流電流可表示為：所示正弦交流電流可表示為： i=Imsin(t+) (12-6) 角頻率、幅值和初相位稱為正弦電量的三要素。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正弦交流電的三要素12 電工基本知識電工基本知識1頻率、周期與角頻率頻率、周期與角頻率 正弦交流電作周

25、期性變化一次所需的時間稱為周期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，單位是秒(s)。每秒內變化的次數稱為頻率。每秒內變化的次數稱為頻率f，其單位，其單位是赫茲是赫茲Hz。 正弦交流電每秒內變化的電角度稱為角頻率正弦交流電每秒內變化的電角度稱為角頻率，其，其單位是弧度秒單位是弧度秒rads。顯然，頻率、周期與角頻。顯然，頻率、周期與角頻率的關系為率的關系為 =2f=2/T12.2 單相交流電路單相交流電路12 電工基本知識電工基本知識2幅值與有效值幅值與有效值 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，如母來表示，如i、

26、u、e分別表示電流、電壓、電動勢的瞬分別表示電流、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，用帶下標時值。瞬時值中最大的值稱為幅值或最大值，用帶下標m的大寫字母來表示，如的大寫字母來表示，如Im、Um和和Em分別表示電流、分別表示電流、電壓和電動勢的幅值。電壓和電動勢的幅值。 當一個直流電流和一個交流電流在該交流電的一個當一個直流電流和一個交流電流在該交流電的一個周期內經過一樣的電阻產生的熱量相等時的該直流電流周期內經過一樣的電阻產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。值稱為該交流電流的有效值。12.2 單相交流電路單相交流電路12 電工基本知識電工基本知識12.2

27、 單相交流電路單相交流電路mmmI222IUUEE12 電工基本知識電工基本知識3相位、初相位與相位差相位、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，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的要素就是相位、初相位。表示交流電變化的起點的要素就是相位、初相位。 以交流電流以交流電流i=Imsin(t+)為例，我們把為例，我們把(t+)稱為稱為正弦交流電的相位角或相位，正弦交流電的相位角或相位，t=0時的相位角即時的相位角即，稱為，稱為初相角或初相位，簡稱初

28、相。初相位的取值范圍普通規(guī)初相角或初相位，簡稱初相。初相位的取值范圍普通規(guī)定為定為-。12.2 單相交流電路單相交流電路12 電工基本知識電工基本知識 對于兩個同頻率正弦交流電的相位角之差，稱為相對于兩個同頻率正弦交流電的相位角之差，稱為相位差。設兩個同頻率正弦交流電流分別為：位差。設兩個同頻率正弦交流電流分別為： i1=Im1sin(t+1), i2=Im2sin(t+2)那么那么i1、i2的相位差的相位差=(t+1)-(t+2)=1-2，即兩個，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。同頻率正弦交流電的相位差就是它們的初相位之差。 在相位差滿足在相位差滿足-時，假設時，假設0，

29、稱電流，稱電流i1超前超前電流電流i2角；假設角；假設0，稱電流，稱電流i1滯后電流滯后電流i2角；假設角；假設=0，稱電流，稱電流i1和電流和電流i2同相位，簡稱同相；假設同相位，簡稱同相；假設=，稱電流稱電流i1和電流和電流i2反相位，簡稱反相。反相位，簡稱反相。12.2 單相交流電路單相交流電路12 電工基本知識電工基本知識 在圖在圖12-10a中，電流中，電流i1超前電流超前電流i2角，或稱電角，或稱電流流i2滯后電流滯后電流i1角；在圖角；在圖12-10b中，電流中，電流i1和電流和電流i2同相位，電流同相位，電流i1和電流和電流i3反相位，電流反相位，電流i2和電流和電流i3反相反

30、相位。位。12.2 單相交流電路單相交流電路12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路圖12-9 正弦交流電流的波形Back12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路圖12-10 用波形圖表示的相位差Back12 電工基本知識電工基本知識 設正弦交流電壓設正弦交流電壓u=Umsin(t+)，其波形如圖，其波形如圖12-11所示。在直角坐標系中，以坐標原點所示。在直角坐標系中，以坐標原點O為中心，作逆時為中心，作逆時針方向旋轉的向量。向量的長度為電壓的最大值針方向旋轉的向量。向量的長度為電壓的最大值Um，旋，旋轉的角速度為轉的角速度為，t0時向量與橫軸

31、的夾角時向量與橫軸的夾角為正弦交流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。瞬時值。t0時，時，u0=Umsin；tt1時，時，u1=Umsin(t1+)，向量與橫軸的夾角為，向量與橫軸的夾角為(t1+)。這樣，。這樣，用旋轉向量既能表示正弦交變量的三要素幅值、角頻用旋轉向量既能表示正弦交變量的三要素幅值、角頻率、初相位，又能表達出正弦交變量的瞬時值。所以率、初相位，又能表達出正弦交變量的瞬時值。所以用旋轉向量可以完善地表示正弦交流電。用旋轉向量可以完善地表示正弦交流電。12.2 單相交流電路單相交流電路12.2.2 正弦

32、交流電的相量表示正弦交流電的相量表示12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路圖12-11 用相量表示正弦交流電Back12 電工基本知識電工基本知識1純電阻電路純電阻電路 在交流電路中經常遇到照明白熾燈、電阻爐、電烙在交流電路中經常遇到照明白熾燈、電阻爐、電烙鐵等電阻性負載，它們的電阻在電路中起主要作用，電鐵等電阻性負載，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，如圖電路，如圖12-13所示。所示。12.2 單相交流電路單相交流電路12.2.3 單一參數的交流電路單一參數的交流電

33、路12 電工基本知識電工基本知識1 電壓與電流的關系電壓與電流的關系 在交流電路中電壓和電流的方向是不斷變化的，為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所示，并且假定電壓的初相角為0，即以電壓作為參考矢，即以電壓作為參考矢量，那么設加在負載電阻量，那么設加在負載電阻R兩端的正弦交流電壓為兩端的正弦交流電壓為 u=2Usint式中式中U為電壓有效值，由歐姆定律可得電路的電流瞬時為電壓有效值，由歐姆定律可得電路的電流瞬時值為值為 i=u/R=2U/Rsint=2Is

34、in12.2 單相交流電路單相交流電路12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路 上式闡明，經過電阻的電流和加在電阻兩端的電壓具有一樣的頻率和相位，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=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。,jojoUUeIIeUI R12 電工基本知識電工基本知識2 功率關系功率關系 在交流電阻電路中，由于電壓和電流隨時間按正弦在交流電阻電路中，由于電壓和電流隨時間按正弦規(guī)律變化，電阻規(guī)律變化，電阻R上每一瞬間所耗費的功率上每一瞬間所耗費的功率P稱為瞬時功

35、稱為瞬時功率。它等于瞬時電壓率。它等于瞬時電壓u和瞬時電流和瞬時電流i的乘積，可表示為的乘積，可表示為 p=ui=2UIsin2t=UI(1-cos2t)由上式可見，由上式可見，p是由兩部分組成的，第一部分是常數是由兩部分組成的，第一部分是常數UI；第二部分是幅值第二部分是幅值UI，并以，并以2的角頻率隨時間而變化的交的角頻率隨時間而變化的交變量變量UIcos2t，瞬時功率變化曲線如圖，瞬時功率變化曲線如圖12-13d所示。所示。12.2 單相交流電路單相交流電路12 電工基本知識電工基本知識 瞬時功率在一個周期內的平均值，稱為平均功率或瞬時功率在一個周期內的平均值，稱為平均功率或有功功率有功

36、功率P，即，即 P=UI=I2R式中式中,U、I均為正弦電壓、電流的有效值，平均功率的單均為正弦電壓、電流的有效值，平均功率的單位為瓦位為瓦W或千瓦或千瓦kW。 電阻電路中耗費的電能量為電阻電路中耗費的電能量為 W=Pt=UIt=I2Rt12.2 單相交流電路單相交流電路12 電工基本知識電工基本知識【例【例12-4】一單相】一單相220V、1000W的電爐，接在的電爐，接在50Hz、220V的交流電源上，試求電爐的電阻、電流和運用的交流電源上，試求電爐的電阻、電流和運用8h耗耗費的電能是多少度費的電能是多少度?【解】電爐的電阻【解】電爐的電阻 R=U2/P=2202/1000=48.4()

37、電爐的電流電爐的電流 I=P/U=1000/220=4.55(A) 耗費的電能耗費的電能 W=Pt=10008=8(kWh)12.2 單相交流電路單相交流電路12 電工基本知識電工基本知識2純電感電路純電感電路1 電壓與電流的關系電壓與電流的關系 將電感線圈接入正弦交流電路中，由于電流是交變將電感線圈接入正弦交流電路中，由于電流是交變的，所以線圈中會產生自感電動勢的，所以線圈中會產生自感電動勢eL。交流電壓。交流電壓u、電、電流流i和自感電動勢和自感電動勢eL的正方向如圖的正方向如圖12-14(a)所示。所示。 設經過電感線圈設經過電感線圈L的電流為的電流為 i=2Isint 根據電磁感應定律

38、，線圈上產生的自感電動勢為根據電磁感應定律，線圈上產生的自感電動勢為 eL=-Ldi/dt12.2 單相交流電路單相交流電路12 電工基本知識電工基本知識 當電感線圈的電阻忽略不計時，自感電動勢當電感線圈的電阻忽略不計時，自感電動勢eL必與必與外加電壓外加電壓u相平衡，因此電壓、電流的瞬時值關系為相平衡，因此電壓、電流的瞬時值關系為 u=-eL=Ldi/dt=2LIsin(t+90)=2Usin(t+90)上式闡明，經過線圈的電流與電源電壓、自感電動勢具上式闡明，經過線圈的電流與電源電壓、自感電動勢具有一樣的頻率。但是它們的相位不同，電流滯后電壓有一樣的頻率。但是它們的相位不同，電流滯后電壓9

39、0即即1/4周期，自感電動勢與外加電壓是相平衡的，任周期，自感電動勢與外加電壓是相平衡的，任何時辰都是大小相等，方向相反，其波形圖和相量圖如何時辰都是大小相等，方向相反，其波形圖和相量圖如圖圖12-14b、c所示。它們的關系式為所示。它們的關系式為 有效值有效值: U=LI=2fLI=XLI 相位相位: 電壓超前電流電壓超前電流90相位差相位差=9012.2 單相交流電路單相交流電路12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路2 功率關系 電感電路的瞬時功率等于電壓、電流瞬時值的乘積，即 p=ui=2UIsint+90sint=UIsin2t 由上式可見，瞬時功率的幅值為U

40、I，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12-14d所示。 在一個周期內的平均功率或稱有功功率為0011sin20TTPpdtUItdtTT12 電工基本知識電工基本知識【例【例12-5】正弦交流電源電壓】正弦交流電源電壓U=220V，f=50Hz，接上電，接上電感線圈的電感感線圈的電感L=0.05H，電阻可忽略不計。試求經過線，電阻可忽略不計。試求經過線圈中的電流圈中的電流I、有功功率、有功功率P和無功功率和無功功率QL為多少？為多少？【解】【解】XL=L=2fL=2500.0515.71() I=U/XL=220/15.7114.0(A) P=0 QL=UI=22014

41、=3080(var)12.2 單相交流電路單相交流電路12 電工基本知識電工基本知識3純電容電路純電容電路1 電壓與電流的關系電壓與電流的關系 將電容接入正弦交流電路中，由于電源電壓將電容接入正弦交流電路中，由于電源電壓u是交變是交變的，所以電容器極板上的電荷也是交變的的，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，因此在電路中就構成了電即電容器作周期性的充放電，因此在電路中就構成了電流流i，它們的正方向如圖，它們的正方向如圖12-5a所示。所示。 設電源電壓設電源電壓u=2Usint，那么電流為，那么電流為 i=Cdu/t=Cd(2Usint)/dt =2UCsin(

42、t+90) =2Isin(t+90)12.2 單相交流電路單相交流電路12 電工基本知識電工基本知識 上式闡明，在電容電路中，電流上式闡明，在電容電路中，電流i和電壓和電壓u具有一樣具有一樣的頻率，在相位關系上，電流超前電壓的頻率，在相位關系上，電流超前電壓90即即1/4周周期，其波形圖和相量圖如圖期，其波形圖和相量圖如圖12-15b、c所示。所示。它們的關系式為它們的關系式為 有效值有效值: I=UC=U2fC=U/XC 相位相位: 電壓滯后電流電壓滯后電流90相位差相位差=-9012.2 單相交流電路單相交流電路12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路2 功率關系

43、電容電路的瞬時功率為 p=ui=2UIsin(t+90)=UIsin2t 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12-15d所示 在一個周期內的平均功率有功功率為 這種交換能量的規(guī)模可以用無功功率QC表示，其關系為 QC=UI=U2/XC=I2XC0011Psin0TTTTpdtUItdt12 電工基本知識電工基本知識【例【例12-6】將一個】將一個2F的電容器接在的電容器接在220V、50Hz的正弦的正弦交流電源上，試求經過電容器的電流交流電源上，試求經過電容器的電流I、有功功率、有功功率P和無和無功功率功功率QC為多少？為多少？【解】【解】

44、XC=1/(C)=1/(2fC)=1/(250210-6)1591.55() I=U/XC=220/1591.550.14(A) P=0 QC=UI=2200.14=30.8(var)12.2 單相交流電路單相交流電路12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路圖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Back12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路圖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Back12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路圖12-13純電阻

45、電路a 電路圖；b 電壓電流波形圖;c 相量圖;d 功率曲線Back12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路圖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Back12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路圖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Back12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路圖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Back12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路圖12-14 純電

46、感電路a 電路圖；b 電壓、電流波形圖；c相量圖；d功率曲線Back12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路圖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Back12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路圖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Back12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路圖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Back12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路1電流和電壓的關系 如圖12-16(

47、a所示，電路中的電阻R和電感L均經過同一電流，假設電源電壓u為正弦交流量，那么電流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。根據克希荷夫電壓定律KVL可以得到： u=uR+uL 用相量表示為12.2.4 RL串聯的交流電路串聯的交流電路RU=U +UILZ12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路 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角。 由數學分析可知222222()()RLLLUUUIRIXIRXI ZLLRUX=arctan=arctanUR12 電工基本知識電工基本知識2功率關系功率關系1 瞬時功率瞬時功率 由上面電流和電

48、壓的關系分析，設由上面電流和電壓的關系分析，設i=Imsint=2Isint，那么，那么u=Umsin(t+)= 2Usin(t+)，故瞬時功率為，故瞬時功率為 p=ui=2UIsintsin(t+)=UIcos(1-2cos2t)+UIsinsin2t12.2 單相交流電路單相交流電路12 電工基本知識電工基本知識2 有功功率有功功率 即平均功率，用即平均功率，用P表示。由于電感不耗費有功功率，表示。由于電感不耗費有功功率，只進展無功交換；而電阻不進展無功交換，只耗費有功只進展無功交換；而電阻不進展無功交換，只耗費有功功率，所以功率，所以RL串聯的交流電路的有功功率等于電阻上耗串聯的交流電路

49、的有功功率等于電阻上耗費的功率，即費的功率，即 P=I2R=URI 或或 P=UIcos3 無功功率無功功率 同理，同理，RL串聯的交流電路的無功功率等于電感與電串聯的交流電路的無功功率等于電感與電源交換的無功功率，即源交換的無功功率，即Q=ULI=I2XL=UIsin12.2 單相交流電路單相交流電路12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路4 視在功率 在RL串聯的交流電路中，電阻耗費有功功率，電感與電源交換無功功率。換言之， RL串聯的交流電路既耗費有功功率又占有電源功率。將電源對此電路表現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VA或k

50、VA。22SUIPQ12 電工基本知識電工基本知識【例【例12-7】一個電感線圈，】一個電感線圈，L=25.5mH，電阻，電阻R=6，接于電壓，接于電壓220V的交流電源上，求電路中的電流的交流電源上，求電路中的電流I、有功功率、無功功率和視在功率。、有功功率、無功功率和視在功率?！窘狻俊窘狻縓L=2fL=23.145025.510-3=8() |Z|= 10()根據歐姆定律根據歐姆定律I=U/|Z|=220/10=22(A) cos=R/|Z|=6/10=0.6有功功率為有功功率為 P=UIcos=220220.6=2904(W)無功功率為無功功率為 Q=UIsin=220220.8=387

51、2(var)視在功率為視在功率為 S=UI=22022=4840(VA)12.2 單相交流電路單相交流電路12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路Back圖12-16 RL串聯電路(a) 電路圖;(b) 曲線圖12 電工基本知識電工基本知識12.2 單相交流電路單相交流電路Back圖12-17 RL串聯電路的相量圖12 電工基本知識電工基本知識12.3 三相交流電路三相交流電路 三相交流電源是由三個頻率一樣、大小相等、彼此三相交流電源是由三個頻率一樣、大小相等、彼此之間具有之間具有120相位差的對稱三相電動勢組成的，普通稱相位差的對稱三相電動勢組成的，普通稱為對稱三相電

52、源。為對稱三相電源。 對稱三相電動勢是由三相交流發(fā)電機產生的，對用對稱三相電動勢是由三相交流發(fā)電機產生的，對用戶來說也可看成是變壓器提供的。不論發(fā)電機還是變壓戶來說也可看成是變壓器提供的。不論發(fā)電機還是變壓器，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。每相繞組的始端標為始端標為A、B、C，而末端標為，而末端標為X、Y、Z。AX、BY、CZ分別稱為分別稱為A相、相、B相和相和C相繞組。在三個繞組中分別產相繞組。在三個繞組中分別產生頻率一樣、幅值相等、相位互差生頻率一樣、幅值相等、相位互差120的三個正弦交變的三個正弦交變電動勢電動勢eA、eB、eC，稱為對

53、稱三相電動勢。，稱為對稱三相電動勢。12.3.1 三相交流電源三相交流電源12 電工基本知識電工基本知識12.3 三相交流電路三相交流電路 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。假設以A相電動勢作為參考相量初相位等于零，那么對稱三相電動勢的瞬時表達式為： eA=EmsinteB=Emsin(t-120)eC=Emsin(t+120) 三相電動勢用相量表示為 j0-j120120EA=Ee =EEB=Ee=E(cos120-jsin120)EC=Eej=E(cos120+jsin120)12 電工基本知識電工基本知識12.3 三相交流電路三相交流電路 三相電動勢的波形圖及相量圖如圖1

54、2-18所示。 三相電動勢依次到達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ABC。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=0EEE0ABC12 電工基本知識電工基本知識12.3 三相交流電路三相交流電路1三相電源的星形結合 假設把三相繞組的三個末端X、Y、Z接在一同構成一個公共點，稱為中性點或零點，用字母N表示，而把三相繞組的三個始端引出，或將中性點和三個始端一同引出向外供電，這種結合方法稱為星形結合，如圖12-19a所示。 三相電源星形結合時，線電壓相量與相電壓相量之間的關系，可利用克希荷夫電壓定律分析運算得到j30ABABAj30B

55、CBCBj30CACACU=U -U =3U eU=U -U =3U eU=U -U =3U e12 電工基本知識電工基本知識 由上述公式可見，在數值上線電壓是相電壓的由上述公式可見，在數值上線電壓是相電壓的3倍倍Ul=3UP，在相位上線電壓比對應的相電壓超前，在相位上線電壓比對應的相電壓超前30。由于相電壓是三相對稱電壓，線電壓也是對稱電壓。星由于相電壓是三相對稱電壓，線電壓也是對稱電壓。星形結合時，三相電源的相電壓與線電壓的相量圖如圖形結合時，三相電源的相電壓與線電壓的相量圖如圖12-19b所示。所示。12.3 三相交流電路三相交流電路12 電工基本知識電工基本知識2三相電源的三角形結合三

56、相電源的三角形結合 三相繞組也可以按順序將始端與末端依次結合，組三相繞組也可以按順序將始端與末端依次結合，組成一個閉合三角形，由三個結合端點向外引出三條導線成一個閉合三角形，由三個結合端點向外引出三條導線供電，這種接法稱為三角形結合。三相電源三角形結合供電，這種接法稱為三角形結合。三相電源三角形結合時，線電壓等于相應的相電壓，電源只能提供一種電壓。時，線電壓等于相應的相電壓，電源只能提供一種電壓。12.3 三相交流電路三相交流電路12 電工基本知識電工基本知識12.3 三相交流電路三相交流電路圖12-18 三相電動勢的波形圖及相量圖Back12 電工基本知識電工基本知識12.3 三相交流電路三

57、相交流電路圖12-19 三相電源的星形結合 Back12 電工基本知識電工基本知識12.3 三相交流電路三相交流電路圖12-19 三相電源的星形結合 Back12 電工基本知識電工基本知識12.3 三相交流電路三相交流電路圖12-19 三相電源的星形結合 Back12 電工基本知識電工基本知識 負載接到三相電路中必需留意負載的類型和任務額負載接到三相電路中必需留意負載的類型和任務額定電壓值，根據其額定任務電壓接上三相電源的相電壓定電壓值，根據其額定任務電壓接上三相電源的相電壓或者線電壓。有的負載為單相負載，只需單相交流電源，或者線電壓。有的負載為單相負載，只需單相交流電源，例如白熾燈、單相異步

58、電動機等。普通家用電器均運用例如白熾燈、單相異步電動機等。普通家用電器均運用220V的單相交流電源，由三相四線制電源的相電壓供電。的單相交流電源，由三相四線制電源的相電壓供電。有的負載本身就是三相負載，例如三相異步電動機等，有的負載本身就是三相負載，例如三相異步電動機等，普通任務額定電壓為普通任務額定電壓為380V，必需接上三相電源的線電壓，必需接上三相電源的線電壓才干任務。才干任務。12.3 三相交流電路三相交流電路12.3.2 三相負載的結合與計算三相負載的結合與計算12 電工基本知識電工基本知識12.3 三相交流電路三相交流電路1負載星形結合的三相電路 負載星形結合的三相電路如圖12-2

59、0a所示，由三相四線制電源供電。 三相負載的阻抗分別為ZA、ZB、ZC，電壓和電流的正方向都在圖中標示。三相電路中的電流分為相電流和線電流，每相負載中的電流IP稱為相電流，每根火線中的電流Il稱為線電流。在負載為星形結合時，相電流即為線電流，即IP=Il，各相負載中電流的有效值為 CABABCUUU=,=,=ZZZABCIII12 電工基本知識電工基本知識 各相負載中相電流與相電壓的相位差為各相負載中相電流與相電壓的相位差為A=arctanXA/RA,B=arctanXB/RB,C=arctanXC/RC 根據克希荷夫電流定律，中線內的電流為根據克希荷夫電流定律，中線內的電流為 iN=iA+i

60、B+iC 假設三相負載是對稱的，即假設三相負載是對稱的，即XA=XB=XC=X，RA=RB=RC=R，那么三相負載的各相電流大小相等，那么三相負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，如圖和為零，如圖12-20b所示，所以中線內的電流為零，所示，所以中線內的電流為零，可分別表示為可分別表示為12.3 三相交流電路三相交流電路12 電工基本知識電工基本知識12.3 三相交流電路三相交流電路 在三相負載對稱的情況下，既然中線中沒有電流經過，那么可以省去中線，構成沒有中線的三相電路，稱為三相三線制電路。PABCPA