自學指導大綱

1、 自學指導大綱第五章 電路的暫態(tài)分析重點掌握1 換路定則，會計算初始值。2 一階電路的全響應可用三要素法計算：第六章 變壓器重點掌握1. 掌握變壓器的電壓、電流和阻抗變換的工作原理； 2. 掌握變壓器的銘牌；3. 熟悉三相變壓器的變換方法；4. 了解變壓器的其他應用。第七章 三相異步電動機重點掌握1 三相異步電動機的結(jié)構；2 三相異步電動機的工作原理；3 三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)；4 三相異步電動機的啟動及制動。 電路分析自學指導書第五章 電路的暫態(tài)分析53 一階線性電路的三要素法5.3.1 三要素法學習重點：1.時間常數(shù)的物理意義；2.掌握三要素法的表達式。直流激勵下一階線性電路響應的一般計

2、算公式：量的值，一階電路的全響應也就唯一確定了。這三個量稱為一階線性電路的三要素，用三要素求解電路的方法稱為三要素法。1.三要素法的證明分析思路：分析過程：換路后的方程為：的通解加上非齊次方程的特解，即：再利用初始條件求待定系數(shù)A,2.時間常數(shù)的討論(1)的量綱具體時間量綱，其單位為秒(s)。(2)的物理意義僅由電路參數(shù)與結(jié)構決定，表明電路的慣性大小，即決定了電路暫態(tài)過程的長短。越大，電路慣性越大，暫態(tài)過程持續(xù)時間越長。(3)的計算求法。3.三要素法的適用范圍適用于一階線性電路，不僅可求得，還可以求得電路中其他響應如：。此時，要計算與該響應對應的初始值與穩(wěn)態(tài)值，仍不變。例.用三要素法重新計算本

3、節(jié)一階線性暫態(tài)電路。解：5.3.2 RC充放電電路分析學習提示：1.用三要素法計算；2.建立電容充放電波形分析的方法。1.RC充電電路零狀態(tài)響應激勵有兩種，一種是外施電源，一種是儲能元件的能量釋放，零狀態(tài)響應即為換路后外施電源激勵不為零，而儲能元件初始值為零的電路的響應。充電波形如左圖所示。2.RC放電電路零輸入響應零輸入響應：即為換路后外施激勵為零，而儲能元件初始值不為零，僅有儲能元件引起的電路的響應。3.RC電路的全響應換路后外施電源激勵儲能元件初始值都不為零，由二者共同作用的電路響應，稱為電路的全響應。全響應與零輸入、零狀態(tài)的關系。 思路：三要素法。解：電流源兩端的電壓即為電容兩端的電壓

4、u。開關S未斷開時，電路處于穩(wěn)態(tài)，C相當于開路，從C兩端看進去的等效電阻：代如三要素公式：在分析了一階電路時，常常要畫出所討論電量隨時間變化的曲線。本題中，電容電量u(t)隨時間變化的曲線如圖所示：5.3.3 RL電路分析學習提示：1.運用三要素法進行分析；2.注意的計算。54 RC電路的應用學習提示：用波形分析法1.微分電路輸入信號的正(負)跳變相當于兩次換路，并設：則有下圖動畫所示波形圖：由于很小，所以電路的暫態(tài)過程很快就結(jié)束了。輸出脈沖的幅度和方向反映了輸入信號的跳變，這也就是微分的含義。2.積分電路輸入信號的正負跳變相當兩次換路，并設：由于很大，所以暫態(tài)過程持續(xù)時間很長，以致在兩次換路

5、之間波形基本上是線性的，這就是“積分”的含義。3.耦合電路取微分電路的形式和積分電路的條件，即構成耦合電路。由于很大，所以電容兩端的電壓可以忽略，因而有：即電路由于輸入信號的不斷變化而永遠遠離穩(wěn)態(tài)，于是得到輸出電壓基本等于輸入電壓的結(jié)論。這樣的信號傳輸叫做耦合。如果輸入信號疊加有直流，根據(jù)疊加定理，直流分量單獨作用的結(jié)果是將進入穩(wěn)態(tài)，即直流部分全部降在電容上；而變化部分則傳到了輸出端。工程中常用RC耦合電路隔斷直流信號、傳送交流信號。5.5 小結(jié)1.相對于穩(wěn)態(tài)，暫態(tài)在電路中也是普遍存在的。產(chǎn)生暫態(tài)的原因，是電路中存在儲能元件-電感和電容。本章研究了一階電路的暫態(tài)過程。2.換路定則： 3.一階電

6、路的全響應可用三要素法計算：第六章 變壓器本章重點：變壓器的三個變換原理、外特性及效率。6.1 變壓器的結(jié)構6.1.1 概述變壓器是什么樣的？它有哪些“五臟六腑”？這就是本節(jié)的學習目的。我們已學習了線圈與鐵心的作用。實際上，這就是變壓器的主體結(jié)構，本節(jié)將對此作進一步的介紹。 變壓器常見的結(jié)構型式有兩種：（a）心式變壓器，（b）殼式變壓器 特點：(a）心式：繞組套在鐵心柱上，該結(jié)構多應用于大容量的電力變壓器上； (b)殼式：繞組被包圍在中間，該結(jié)構常用于小容量的電子設備用變壓器。 本節(jié)將以單相雙繞組變壓器為例，介紹變壓器的基本結(jié)構。 6.1.2 繞組在變壓器中，一般有兩種繞組，如圖所示。 fdg

7、fdgfdgfdgfdg1. 原繞組:接電源的繞組，又稱為一次繞組、原邊或一次側(cè)，其匝數(shù)N1，電磁量用下標“1”表示； 2. 副繞組：接負載的繞組，又稱為二次繞組、副邊或二次側(cè)，其匝數(shù)N2，電磁量用下標“2”表示。 z3. 特點： (1) 一般地，N1N2 ，將匝數(shù)多的稱為高壓繞組，將匝數(shù)少的稱為低壓繞組；(2) 排列方式：將原、副繞組同心地套在鐵心柱上，而且一般將低壓繞組放置在靠近鐵心的位置上，而將高壓繞組套在低壓繞組的外側(cè)。(3) 變壓器原、副繞組之間以及繞組與鐵心之間必須進行可靠的絕緣，沒有直接的電氣上的聯(lián)系。 4.作用原、副繞組構成變壓器電路的主體，完成電能的傳輸或信號的傳遞：(1)

8、原邊（原繞組）通電后產(chǎn)生電流，接收電源的電能。 (2) 副邊（副繞組）供電給負載，將電能傳輸給負載。 思考題原、副邊沒有電氣上的直接聯(lián)系，那么電能的傳輸又是如何實現(xiàn)的？ 6.1.3 鐵心 1形狀：變壓器的鐵心形狀一般有口字型和曰字型兩種。 fdgfdgfdgfdgfdg2. 材料：常用0.350.55mm厚的硅鋼片疊裝而成，各層硅鋼片之間必須涂有絕緣漆，這是為了減少鐵心中的能量損耗。 3作用： （1）由于鐵心具有匯聚磁通的能力從而使鐵心內(nèi)部的磁場加強；并且使磁場問題簡化為磁路問題。(2）通過鐵心磁路，完成電能磁能電能的轉(zhuǎn)換，從而使變壓器的電能轉(zhuǎn)換效率大為提高。6.2 工作原理6.2.1 概述變

9、壓器的種類很多，但其基本原理都是一樣的。以單相變壓器為例說明。 .基本原理：交變在原邊產(chǎn)生交變在鐵心中產(chǎn)生交變磁通在原、副邊產(chǎn)生交變感應電動勢、副邊接負載后，供電給負載?？梢姡儔浩骼秒姶鸥袘韺㈦娔軅鬟f給負載。 研究目的：搞清變壓器電壓，電流和阻抗變換的原理。研究方法：將磁路分析轉(zhuǎn)化為電路分析，將電磁關系式轉(zhuǎn)化為電壓電流關系式，.6.2.2 電壓變換（空載運行） 學習重點：1.電壓變換式 2.從磁路到電路的分析方法變壓器空載運行：副邊電流（負載電流）的運行方式。.1從磁路分析得到電磁關系式 結(jié)論:. .應用意義：上式為變壓器重要的電磁關系式，廣泛用于分析各種工作狀況，判斷變壓器運行 的合

10、理性，與下面的電壓方程式結(jié)合將導出電壓變換的公式。2從電路分析得到電壓電流關系式從電路角度對上圖進行等效，如圖所示： .和分別表示原、副邊的電阻，應用KVL得到 .由于很小，與主電動勢相比，可忽略，所以3. 電壓變換原理得出下面的式子(K 稱為變壓器的變比) .應用意義：（1）當電源電壓一定，通過改變原、副邊的匝數(shù)比，就能得到不同的輸出電壓，.這就是電壓的變換。（2）當，為降壓變壓器；當，為升壓變壓器。例題：有一臺空載變壓器，原邊電源電壓V，電源頻率Hz，此時鐵心中磁通最大值Wb，副邊匝數(shù)匝。求：原邊匝數(shù)以及副邊空載電壓 ？解答:TOP:（返回）6.2.3 電流變換（負載運行） 學習重點：1.

11、電流變換式 與空載不同之處：由于副邊電流不再為零,導致下述不同之處：（1）鐵心磁路中的主磁通由與共同產(chǎn)生，那么與有何不同？（2）對有何影響？1. 從磁路分析得到電磁關系式: 結(jié)論：推導過程：7.4.4節(jié)應用意義：與空載運行時的公式聯(lián)系在一起，可導出主磁通最大值基本不變的公式。2 磁動勢平衡及電流變換作用 得到下式： 上式即為磁動勢平衡方程式。 結(jié)論1：變壓器由空載變?yōu)樨撦d運行時，主磁通的最大值基本不變。思考：既然加負載后主磁通最大值基本不變,那么原邊電流是否也不變?與有 .何關系? 結(jié)論2：,原、副邊電流有效值之比等于匝數(shù)比的倒數(shù)，這就是電流變換原理。應用意義：原邊電流將隨負載電流（副邊電流）

12、的增加而成比例增加。 。 .6.2.4 阻抗變換學習重點：1.阻抗變換公式 2.分析方法引言：在實際應用中，變壓器通常被視作一個電路元件。人們不僅關心原副邊電壓、電流關系，.還關心其阻抗的特性。事實上，變壓器作為端口元件，具有阻抗變換功能。原理：應用意義：可根據(jù)需要，通過改變匝數(shù)比，獲得合適的等效阻抗，從而使負載獲得最大功 .率，這種方法稱為“阻抗匹配”。 例題例題：一只4的揚聲器經(jīng)變壓器接入晶體管功率放大電路中。該功放電路相當于電動勢V，內(nèi)阻為的交流信號源，求：.(1)該負載所能獲得的最大功率是多少？此時變壓器的變比是多少？.(2)若將該負載直接接在信號源上，負載獲得的功率又是多少？:TOP

13、:6.3 變壓器的額定值為確保變壓器合理、安全運行，生產(chǎn)廠家根據(jù)國家技術標準，對變壓器的工作條件進行了使用上的規(guī)定，為用戶提供了變壓器的允許工作數(shù)據(jù)，稱為額定值。它們通常標注在變壓器的鉻牌上，故也稱為銘牌值，并用下標“N”表示。 (1)額定電壓(2)額定電流(3)額定容量(4)額定頻率(1)額定電壓 根據(jù)變壓器的絕緣強度和允許溫升所規(guī)定的電壓值。是指原邊電源電壓的有效值，是指當原邊加額定電壓時，副邊空載時副邊電壓的有效值，即對于三相變壓器，額定電壓是指線電壓的有效值。(2)額定電流原、副邊額定電流值和是指原、副邊允許通過的最大電流，是根據(jù)絕緣材料允許的溫度確定的。變壓器的滿載運行是指變壓器負載

14、運行時的副邊電流等于的運行方式，也稱為變壓器帶額定負載運行；欠載運行是指的運行方式；過載運行則是指的運行方式。(3)額定容量定義：指副邊輸出的額定視在功率，單位是VA或KVA。由于變壓器的效率很高，所以通常原、副邊的額定容量設計得相等。 公式： 單相變壓器三相變壓器(4)額定頻率是指變壓器的工作頻率，單位為Hz。我國規(guī)定的工業(yè)標準頻率（簡稱工頻）為 50Hz（而某些國家則規(guī)定為60Hz）。頻率的改變將影響變壓器的某些工作參數(shù)，影響變壓器的運行性能。思考題：變壓器額定容量的單位為什么是VA（KVA）而不是功率的單位W(kW)呢？ 例題：一臺單相變壓器的額定容量KVA，其額定電壓為6000/230

15、V， 變壓器的鐵損0.5kW，滿載時的銅損為2kW，如果變壓器在滿載情況 下向功率因數(shù)為0.85的負載供電，這時副繞組的端電壓為220V。求： （1）變壓器的效率？（2）問這臺變壓器能否允許接入120kW，功率因數(shù)為0.55的感性負載？（思路） :(1)滿載定義:(2)，可接入負載；，則不能接入負載。（解答） 討論：通過本例題可以得出幾點結(jié)論：（1）變壓器負載運行后，副邊電壓通常小于副邊額定電壓，這是由于變壓器的內(nèi)部損耗所決定的，本題中電壓調(diào)整率為:（2）負載的功率因數(shù)過低，將引起變壓器的過載運行，從而影響變壓器 的正常運行，因而提高負載的功率因數(shù)非常必要。(6.4 三相變壓器學習提示：三相變

16、壓器的接法是學習重點。1. 問題的提出電力網(wǎng)中的變壓器幾乎都是三相變壓器，生活中的單相交流電通常是由其一相提供的。 2. 三相變壓器的接法三相變壓器的高、低壓繞組可分別接成星形或三角形，故我國采用的聯(lián)接組別有等幾種， 表示中點有引出線。如圖所示：更多資料1. 傳輸同樣的功率，用三相變壓器要比單相變壓器節(jié)省材料，并且效率高。2.聯(lián)接的三相變壓器是供動力負載和照明負載共用的，低壓繞組一般是400V，高壓繞組不超過35kV。3.聯(lián)接的變壓器，低壓一般是10kV，高壓不超過60kV。第七章 三相異步電動機71 三相異步電動機的結(jié)構學習目的：了解電動機的定子與轉(zhuǎn)子。體會在結(jié)構上與變壓器不同之處。生產(chǎn)、生

17、活中，電機跟家用電器一樣太常見了，在商店里，一般值千元以上呢！主要有兩部分：（）定子（靜止不動的）機座定子鐵心定子繞組（）轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)的）轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子繞組72 電動機的轉(zhuǎn)動原理1. 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的基本原理三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)原理是在電與磁的關系上建立的。其物理過程可描述為：定子三相繞組通入三相電流后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導條時便在其中感應出電動勢和電流（電動勢的方向由右手定則確定）轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩（電磁力的方向由左手定則確定）電磁轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。其中關鍵是旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差率異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場的方向相同，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總要小于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)

18、速,即,故稱為異步電動機，二者關系用轉(zhuǎn)差率表示。定義：轉(zhuǎn)差率表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的相差程度，即電動機在額定情況下運行時，與很接近，故轉(zhuǎn)差率很小。一般為或應用：轉(zhuǎn)差率是用來說明異步電動機運行情況的一個重要物理量，如在起動瞬間，則，此時轉(zhuǎn)差率最大。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以轉(zhuǎn)差率可表示為 3 電磁轉(zhuǎn)矩學習目的：掌握電磁轉(zhuǎn)矩的物理意義，了解其分析方法。定義：電磁轉(zhuǎn)矩（）是由轉(zhuǎn)子中各個載流導體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下受到的電磁力對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸所形成的轉(zhuǎn)矩之總和。轉(zhuǎn)矩公式：其中：是一常數(shù)，它與電動機的結(jié)構有關；旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通；轉(zhuǎn)子電路的電流有功分量。73 三相異步電動機的起動和制動731 起動概述定義：異步電動機與

19、電源接通以后，如果電動機的起動轉(zhuǎn)矩大于負載轉(zhuǎn)矩，則轉(zhuǎn)子從靜止開始轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速逐漸升高至穩(wěn)定運行，這個過程稱為起動。起動性能：1起動電流（）:起動電流約為額定電流的7倍。2起動轉(zhuǎn)矩（）:正常起動轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的0.92倍。3起動時間。4繞組發(fā)熱。起動要求：1. 減少起動電流，并使起動轉(zhuǎn)矩滿足負載要求；2起動方法應可靠、正確，起動設備應簡單、經(jīng)濟，便于操作。3起動過程中，功率損耗應盡量小。起動方法：籠型電動機的起動有直接起動和降壓起動兩種；繞線型電動機的起動采用轉(zhuǎn)子串接電阻起動。732 異步電動機的制動定義：電動機的定子繞組斷電后，其轉(zhuǎn)動部分由于慣性還會繼續(xù)轉(zhuǎn)動一段時間才會停止。為了縮短輔助工時，

20、提高生產(chǎn)機械的生產(chǎn)率，同時也為了安全，往往要求電動機能迅速停車和反轉(zhuǎn)，故需要對電動機制動。原理：即它的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向相反，此時的轉(zhuǎn)矩稱為制動轉(zhuǎn)矩。方法：機械方法-電磁抱閘電氣方法-能耗制動、反接制動、發(fā)電反饋制動能耗制動定義：用消耗轉(zhuǎn)子的動能（轉(zhuǎn)換為電能）來進行制動，故稱為能耗制動。方法：在切斷三相電源的同時，接通直流電源，使直流電流通入定子繞組。直流電流的磁場是固定不動的，而轉(zhuǎn)子由于慣性繼續(xù)在原方向轉(zhuǎn)動。根據(jù)右手定則和左手定則可確定此時的轉(zhuǎn)子電流與固定磁場相互作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向。它與電動機轉(zhuǎn)動方向相反，故起制動作用。制動轉(zhuǎn)矩的大小與定子繞組中直流電流的大小有關，直流電流的大小一般為電

21、動機額定電流的（0.51）倍，可用電阻R進行調(diào)節(jié)。優(yōu)缺點：能量消耗小，制動平穩(wěn)，停車準確可靠，對交流電網(wǎng)無沖擊。但需要直流電源。適用對象：某些金屬切削機床。反接制動方法：電動機停車時，可將接到電源的三根導線中的任意兩根的一端對調(diào)位置，使旋轉(zhuǎn)磁場反向旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)子由于慣性仍沿原方向轉(zhuǎn)動。這時的轉(zhuǎn)矩方向與電動機的轉(zhuǎn)動方向相反，因而起制動作用。特點：由于旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，其相對速度很大，故定子電流很大。為了限制電流，對功率較大的電動機進行制動時，必須在定子電路（籠型）或轉(zhuǎn)子電路（繞線型）中接入電阻。優(yōu)缺點：方法簡單可靠、效果較好，但能耗較大，振動和沖擊也大，對加工精度有影響。適用對象：常用于

22、起停不頻繁，功率較小的金屬切削機床（如車床、銑床）的主軸制動。（發(fā)電回饋制動方法：當起重機快速下放重物時，重物拖動轉(zhuǎn)子，電動機轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，即。根據(jù)右手定則和左手定則可判定，此時電動機的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，所以是制動轉(zhuǎn)矩。特點：；電動機已轉(zhuǎn)入發(fā)電機運行狀態(tài)，將重物的位能轉(zhuǎn)換為電能送入電網(wǎng)，故稱發(fā)電反饋制動。7.4 三相異步電動機的調(diào)速 三相異步電動機的起動和制動:TOP:定義：所謂調(diào)速，就是指電動機在同一負載下能得到不同的轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)過程的要求。方法：由轉(zhuǎn)速公式 ，表明改變電動機轉(zhuǎn)速的三種可能：變頻調(diào)速-改變電源頻率適用于籠型電動機調(diào)速變極調(diào)速-改變極對數(shù)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速-改變轉(zhuǎn)差

23、率-適用于繞線型電動機調(diào)速7.4.1變頻調(diào)速定義：改變供電電源的頻率可以使旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速隨著改變，電動機的轉(zhuǎn)速也跟著改變，這種調(diào)速方法稱為變頻調(diào)速。原理：變頻調(diào)速裝置圖、機械特性圖如下所示。整流器先將頻率為50Hz的三相交流電變換為直流電，再由逆變器變換為頻率可調(diào)、電壓有效值也可調(diào)的三相交流，供給籠型電動機。頻率電調(diào)節(jié)范圍一般為0.5320Hz。變頻調(diào)速裝置特點：可實現(xiàn)無級調(diào)速，并具有硬的機械特性。調(diào)速方式：1.在,即低于額定轉(zhuǎn)速調(diào)速時，應保持的比值近于不變，即兩者成比例同時調(diào)節(jié)-這是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。2.在，即高于額定轉(zhuǎn)速調(diào)速時，應保持-這是恒功率調(diào)速。7.5 三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)定義：電機制

24、造廠按照國家標準，根據(jù)電機的設計和試驗數(shù)據(jù)而規(guī)定的每臺電機的正常運行狀態(tài)和條件，稱為電機的額定運行情況。表征電機額定運行情況的各種數(shù)值，如電壓、電流、功率等稱為電動機的額定值。額定值一般標記在電機的銘牌或產(chǎn)品說明書上，常用下標N 標記。1. 型號；2接法；3額定功率()；4額定電壓()；5額定電流()；6額定頻率()；7額定轉(zhuǎn)速()；8額定功率因數(shù)()；9額定效率()；10定額；11絕緣等級。型號接法指定子三相繞組的接法，有星形聯(lián)結(jié)（）和三角形聯(lián)結(jié)()。若電動機銘牌上標有 220/380V兩種額定電壓，接法標明/，則表明： =220V,接；=380V,接。額定功率在額定運行情況下，電動機軸上所輸出的機械功率為電動機的額定功率。額定電壓電動機在額定運行情況下的線電壓為電動機的額定電壓。一般規(guī)定電動機的電壓不應高于或低于額定值的5%。如三相定子繞組可有兩種接法時，就標有兩種相應的額定電壓值。電動機的額定電壓有380V，3000V及6000V等多種。額定電流電動機在額定情況下運行時定子繞組的線電流值為電動機的額定電流，也稱滿載電流。如三相定子繞組可有兩種接法時，就標有兩種相應的額定電流值。額定頻率電動機在額定運行情況下的交