電工電子技術課件

12.1555定時器12.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器12.3施密特觸發(fā)器

12.4多諧振蕩器

555定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成電路。只要外接少量的阻容元件，就可以用來產(chǎn)生脈沖，可進行脈沖的整形、展寬、調(diào)制等。

（1）當高觸發(fā)端TH>2/3VCC，且低觸發(fā)端TR>1/3VCC時，比較器C1輸出為低電平，C2輸出為高電平；C1輸出的低電平將RS觸發(fā)器置為0狀態(tài)，即Q=0，使得定時器的輸出OUT為0，同時放電管T導通；（2）當高觸發(fā)端TH<2/3VCC，且低觸發(fā)端TR<1/3VCC時，比較器C2輸出為低電平，C1輸出為高電平；C2輸出的低電平將RS觸發(fā)器置為1狀態(tài)，即Q=1，使得定時器的輸出OUT為1，同時放電管T截止；（3）當高觸發(fā)端TH<2/3VCC，且低觸發(fā)端TR>1/3VCC時，定時器的輸出OUT和放電管T的狀態(tài)保持不變。

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點：第一，它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)，無觸發(fā)時電路處于穩(wěn)態(tài)狀態(tài)

；第二，在外界觸發(fā)脈沖作用下，由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后便會自動返回穩(wěn)態(tài)；第三，暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關。

將低觸發(fā)端作為輸入端，再將高觸發(fā)端和放電管輸出端D并接在一起，并與定時元件R、C連接，就可以構(gòu)成一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。

1．脈沖延時（a）原理框圖（b）工作波形2．脈沖定時（a）原理框圖（b）工作波形(1)邏輯符號(2)工作波形及電壓傳輸特性第一，滯回特性，即對于正向和負向變化的輸入信號分別有不同的閾值電壓，并且輸入信號小時閾值電壓大，輸入信號大時閾值電壓小，因而抗干擾能力強。

第二，在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過電路內(nèi)部的正反饋過程使輸出電壓波形的邊沿變得十分陡峭。

1．用于波形變換2．用于脈沖整形（a）邊沿變化緩慢脈沖的整形（b）邊沿振蕩脈沖的整形(C）受到脈沖干擾脈沖的整形

多諧振蕩器是一種典型的矩形脈沖產(chǎn)生電路，在接通電源后，無需要外加觸發(fā)信號便能自動地產(chǎn)生矩形脈沖信號。由于輸出的矩形波中含有多種高次諧波分量，所以稱為多諧振蕩器。

a)電路b)工作波形圖12-9由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器當開關S斷開后，經(jīng)過一定的延遲時間后，揚聲器開始發(fā)聲。如果在延遲時間以內(nèi)開關S重新閉合，則揚聲器不會發(fā)出聲音。

13.1半導體存儲器

13.2可編程邏輯器件

半導體存儲器是現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)特別是計算機系統(tǒng)中的重要組成部件，它可用來存儲數(shù)據(jù)、資料、程序等二進制信息。半導體存儲器的種類很多，從存、取功能的角度，可分為只讀存儲器(Read-onlyMemory，ROM)和隨機存取存儲器(RandomAccessMemory，RAM)兩大類。ROM主要由地址譯碼器、存儲矩陣及輸出緩沖器三部分組成。

PROM的存儲單元中的內(nèi)容全為1（或全為0）用戶在使用時可以根據(jù)需要，將某些單元的內(nèi)容進行修改(此過程也稱為編程)。但只能編程一次。PROM的可編程存儲單元煙絲2.一次可編程ROM（PROM）

在沒有編程前，存儲矩陣中的全部存儲單元的煙絲都是連通的，即每個單元存儲的都是1。用戶使用時，只需按自己的需要，借助一定的編程工具，將某些存儲單元上的煙絲用大電流燒斷，該用戶存儲的內(nèi)容就變?yōu)?。煙絲燒斷后不能再接上，故PROM只能進行一次編程。3.光可擦除可編程ROM（EPROM）當所存數(shù)據(jù)需要更新時，可以用特定的方法擦除并重寫。最早出現(xiàn)的是用紫外線照射擦除的EPROM。芯片的封裝外殼裝有透明的石英蓋板。當用紫外線照射后，存儲內(nèi)容被整片擦除，之后可以再次編程。數(shù)據(jù)寫入后，需用不透明的膠帶將石英蓋板遮蔽，以防數(shù)據(jù)丟失。4．電可擦除可編程ROM（E2PROM）可以在線進行擦除和編程，可以全部擦除，也可以按字節(jié)擦除和寫入，并且速度快，反復擦寫次數(shù)多。5．快閃存儲器（FLASH）快閃存儲器簡稱閃存。快閃存儲器是按塊擦除，按位編程，能以閃電般的速度一次擦除一個塊，因而被稱為“閃存”。快閃存儲器存儲容量大，數(shù)據(jù)保存時間長，讀寫速度快，可反復擦除百萬次以上。

又叫隨機讀/寫存儲器，可以從任意選定的單元讀出數(shù)據(jù)，或?qū)?shù)據(jù)寫入任意選定的存儲單元。讀、寫方便，使用靈活；但一旦斷電，所存儲的信息就會丟失。

靜態(tài)存儲單元

利用基本RS觸發(fā)器存儲信息，保存的信息不易失。

動態(tài)存儲單元

利用MOS的柵極來存儲信息RAM的存儲單元

（按工作原理分）

動態(tài)存儲單元由于電容的電量很小，以及漏電流的存在，為了保持信息，必須定時地給電容充電，通常稱為刷新。

PLD是一種新型半導體數(shù)字集成電路,用戶可以利用軟、硬件開發(fā)工具對器件進行設計和編程，使之實現(xiàn)所需要的邏輯功能。

FPGA是目前發(fā)展最快、邏輯規(guī)模最大、適用范圍最廣的PLD器件。大部分FPGA采用了基于SRAM的查找表（LUT）邏輯結(jié)構(gòu)，LUT是可編程的最小單元。一個4輸入查找表可以實現(xiàn)4個輸入變量的任何邏輯功能。

FPGA的查找表結(jié)構(gòu)

Cyclone系列是Altera公司的一款低成本、高性價比的FPGA，其結(jié)構(gòu)如圖13-6所示。它主要由邏輯陣列塊（LAB）、嵌入式存儲塊（EAB）、I/O單元（IOC）等組成。FPGA

CPLD是基于乘積項，即與、或陣列來完成邏輯功能的，由輸入緩沖、與陣列、或陣列和輸出結(jié)構(gòu)四部分組成。CPLD的基本結(jié)構(gòu)框圖

CPLD一般包括三部分：邏輯陣列塊（LAB）I/O控制模塊可編程連線陣列（PIA）邏輯陣列塊能有效實現(xiàn)各種邏輯功能，邏輯塊之間使用可編程內(nèi)部連線實現(xiàn)互相連接。CPLD的結(jié)構(gòu)圖14.1概述

14.2D-A轉(zhuǎn)換器14.3A-D轉(zhuǎn)換器數(shù)-模轉(zhuǎn)換:從數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換

模-數(shù)轉(zhuǎn)換:從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換

簡稱為D/A(DigitaltoAnalog)轉(zhuǎn)換

能夠?qū)崿F(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的電路稱為D/A轉(zhuǎn)換器，簡寫為DAC

簡稱為A/D(AnalogtoDigital)轉(zhuǎn)換

能夠?qū)崿F(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的電路稱為A/D轉(zhuǎn)換器，簡寫為ADC

模數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換應用十分廣泛。下圖是計算機對生產(chǎn)過程控制的框圖:

轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度是衡量A/D轉(zhuǎn)換器,D/A轉(zhuǎn)換器性能優(yōu)劣的主要標志

14.2.1倒置T形電阻網(wǎng)絡D-A轉(zhuǎn)換器

特點:倒置T型電阻網(wǎng)絡D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)換精度較高，是目前轉(zhuǎn)換速度最快的數(shù)模轉(zhuǎn)換器之一。

D/A轉(zhuǎn)換的基本思路:

將數(shù)字量的每一位代碼按“權(quán)”的大小轉(zhuǎn)換成相應的模擬量,將各位的模擬量相加，其總和就是與數(shù)字量成正比的模擬量。

4位倒置T型D/A轉(zhuǎn)換器由模擬開關、倒置T型電阻網(wǎng)絡、基準電壓VREF和運算放大器組成,如下圖所示。

由于運算放大器的反相端虛地，無論輸入數(shù)字量是0還是1，電阻支路都可視為是接地的。

從各節(jié)點A、B、C、D向右看的等效電阻均為R，因此：N為輸入四位二進制數(shù)字量所對應的十進制數(shù)

輸出電壓:若取R=Rｆ,則輸出的模擬電壓為:對于n位倒置T型電阻網(wǎng)絡，其輸出的模擬電壓為:

結(jié)論:輸出的模擬電壓正比于輸入的數(shù)字信號

1.分辨率分辨率是指D-A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓（對應于輸入數(shù)字量只有最低有效位為1）與最大輸出電壓（對應于輸入數(shù)字量所有有效位全為1）之比。對n位DAC，其分辨率為。因此也可以用數(shù)字信號的位數(shù)來表示分辨率，位數(shù)越多分辨率越高。2.轉(zhuǎn)換精度D-A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度是指實際輸出電壓與理論輸出電壓之間的偏離程度，通常用最大誤差與滿量程輸出電壓之比的百分數(shù)表示。3.線性度線性度反映了D-A轉(zhuǎn)換器實際轉(zhuǎn)換曲線相對于理想轉(zhuǎn)換直線的最大偏差。

目前使用的D-A轉(zhuǎn)換器芯片有8位、10位、12位等。位數(shù)越多分辨率越高，但價格也越高。DAC0832是常用的8位集成D-A轉(zhuǎn)換器芯片。

DAC0832的引腳圖如圖所示。DAC0832共有20條引腳，雙列直插式封裝。

1)分辨率為8位。2)只需要在滿量程情況下調(diào)整其線性度。3)可與單片機或微處理器直接接口，也可單獨使用。4)電流穩(wěn)定時間為1μs。5)可在直通、單緩沖、雙緩沖方式下工作。6)低功耗。7)邏輯電平輸入與TTL兼容。8)單電源供電。DAC0832的應用

1)它可與微處理器完全兼容，因此可利用微處理器實現(xiàn)對數(shù)-模轉(zhuǎn)換的控制。2)DAC0832內(nèi)部無參考電壓，需外接高精度的基準電源。3)DAC0832是電流輸出型D-A轉(zhuǎn)換器，要獲得模擬電壓輸出時，還需外加一個由運算放大器構(gòu)成的電流-電壓轉(zhuǎn)換器。輸出的電壓信號有單極性和雙極性兩種。14.3.1逐次比較型A-D轉(zhuǎn)換器逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理框圖如圖所示

逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器由D/A轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)寄存器、電壓比較器、控制邏輯及時鐘四部分構(gòu)成。

逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換過程類似于天平稱物體重量的過程。

1.分辨率分辨率以輸出二進制代碼的位數(shù)表示。位數(shù)越多，其量化誤差越小，轉(zhuǎn)換精確度越高，分辨率也就越高。2.轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度是指轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量所代表的模擬輸入值與實際模擬輸入值之差。3.轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度是指完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間，即從接到轉(zhuǎn)換控制信號到穩(wěn)定輸出數(shù)字量的時間。不同類型的A-D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度不同。并聯(lián)比較形最快，逐次比較型次之，間接A-D轉(zhuǎn)換器最慢。

常見A-D轉(zhuǎn)換器的有效位數(shù)有4位、6位、8位、10位、12位、14位、16位以及BCD碼輸出的位、位和位多種。ADC0809為28腳雙列直插式封裝，采用CMOS工藝，是8位逐次比較型A-D轉(zhuǎn)換器。ADC0809的引腳圖

各主要引腳功能：1.（8條）：8路模擬信號輸入端。2.（8條）：8位數(shù)字量輸出端。

3.地址輸入（3條）

A、B、C為地址碼輸入端，用以決定對8路通道中的哪一路模擬信號進行轉(zhuǎn)換。A、B、C地址碼與8路通道的關系如表所示。

CBA被選模擬電壓通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN74.控制信號（4條）ALE：為通道地址鎖存輸入線，高電平有效。

START：轉(zhuǎn)換的啟動控制端。

EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號線。

OE：數(shù)據(jù)輸出允許控制線。

5.電源線及其它：（5條）：工作電源，范圍為+5V～+15V。GND：接地端。

、：正、負基準電壓輸入端。CLOCK：時鐘脈沖輸入端。用于為ADC0809提供逐次比較所需640KHz時鐘脈沖序列。1)工作電壓：5～15V。2)分辨率：8位。3)時鐘頻率：640kHz。4)轉(zhuǎn)換時間：100ms。5)未經(jīng)調(diào)整誤差：LSB和1LSB。6)模擬量輸入范圍：0～5V。7)功耗：15mW。15.1磁路的基本概念

15.2變壓器

如圖15-1a所示，一個沒有鐵心的載流線圈所產(chǎn)生的磁通量是彌散在整個空間的；而在15-1b圖中，同樣的線圈繞在閉合的鐵心上時，由于鐵心的磁導率μ很大，遠遠高于周圍空氣的磁導率，這就使絕大多數(shù)的磁通量集中到鐵心內(nèi)部，并形成一個閉合通路。這種人為造成的磁通的路徑，稱為磁路。a）沒有鐵心的載流線圈所產(chǎn)生的磁場b)有鐵心的載流線圈所產(chǎn)生的磁場圖15-1磁場的比較1.磁通Φ在磁場中，磁通量Φ的大小就是垂直穿過某一截面積S的磁力線總數(shù)。在國際單位制（SI）中，磁通量的單位是韋伯，符號是Wb。2.磁感應強度B磁感應強度B是表示磁場空間某點的磁場強弱和方向的物理量，是矢量。大小：磁場方向相垂直的單位面積上通過的磁通（磁力線）。B的單位：特[斯拉]（T）表征各種材料導磁能力的物理量。

真空中的磁導率為常數(shù)一般材料的磁導率和真空中的磁導率之比，稱為這種材料的相對磁導率，則稱為磁性材料，則稱為非磁性材料3.磁導率（亨/米）7010π4×=m

磁場強度是計算磁場所用的物理量，其大小為磁感應強度和導磁率之比。4、磁場強度HmBH=單位B

：特斯拉：亨/米：安/米mH主磁通通過鐵心形成閉合的路徑——磁路。

線圈通入電流后，產(chǎn)生磁通，分主磁通

和漏磁通

S。圖15-2例15-1圖對于圖15-2所示環(huán)形線圈：l為磁路的平均長度S為磁路的截面積F=NI為磁通勢Rm為磁阻IldHl?=òl(fā)SlBHlINmFm===mRFSlIN==mF/（磁路的歐姆定律）（安培環(huán)路定律）15.1.4交流鐵心線圈電路（2）交流鐵心線圈電路鐵心線圈分為兩種：（1）直流鐵心線圈電路電磁關系：交流鐵心線圈電路據(jù)KVL有：當為正弦量時，上式中的各量可視作正弦量，于是上式可用相量表示：

電壓電流關系:seeiRu--=)dtdiL(eiRs---=)e(dtdiLiR-++=suuuR￠++=stUumwsin=··￠++=UjXRI)(s····￠++=UIjXUURs其中Xσ為漏磁感抗，R為線圈的電阻。設則tmwFFsin=)90sin()90sin(2cos00-=-=-=-=tEtfNtNdtdNemmmwwFpwFwF有效值為：由于R和Xσ很小，∴UR和Uσ與U/相比可忽略mmmfN44.42fN22EEFFp===····￠++=UIjXUURs··￠++=UjXRI)(sBm為鐵心中磁感應強度的最大值，S為鐵心面積。即··-?EUSfNBfNUmm44.444.4=?F功率損耗

為防止渦流損失，鐵芯一般由一片片導磁材料疊合而成。銅損Pcu：線圈電阻R上的功率損耗。鐵損Pfe：在交變磁通的作用下，由磁滯和渦流產(chǎn)生的功率損耗。包括磁滯損耗Ph

和渦流損耗Pe。電磁關系結(jié)構(gòu)根據(jù)交流磁路的分析可得：E1＝4.44fN1

m

E2＝4.44fN2

m改變匝數(shù)比，可得到不同的輸出電壓15.2.2變壓器的作用1.電壓變換

由于變壓器鐵心的導磁率高，空載電流（i0）很小，可忽略。寫成相量為變壓器原、副繞組的電流與匝數(shù)成反比

2.電流變換∴變壓器原邊的等效負載，為副邊所帶負載乘以變比的平方。

3.阻抗變換1.變壓器繞組的極性判斷變壓器的極性用來標志在同一時刻一次繞組與二次繞組線圈電位的相對關系，即同一時刻極性相同的對應端稱為變壓器的同極性端，也稱為同名端，用符號“·”標記。不是同名端的兩端稱為異名端。a）b）圖a中兩個繞組的繞線方向相同，因而根據(jù)右手定則可判斷出A與a或X與x為同名端；圖b中兩個繞組繞向相反，則A與x或X與a為同名端。

（1）串聯(lián)將兩個繞組按首-末-首-末的順序連接起來，如圖a所示，可以提高輸出電壓。注意只有額定電流相同的繞組才能串聯(lián)。（2）并聯(lián)將兩個繞組按首-首、末-末分別連接起來，如圖b所示，可以增大輸出電流。注意只有額定電壓相同的繞組才能并聯(lián)。a）b）（1）直流法：如圖所示，在一次繞組一側(cè)接一節(jié)干電池，然后在二次繞組接直流毫安表。當合上開關S的一瞬間，毫安表正偏，則A、a

為同名端；毫安表反偏，則A、x為同名端。

S直流法判別繞組極性的電路若電壓表的讀數(shù)，可確定相接的兩點為同名端，如圖a所示；若讀數(shù)U=U1+U2，可確定相接的兩點為異名端，如圖b所示。（2）交流法：如圖所示，u1為電源電壓，u2為開路電壓，u為一、二次繞組間電壓。分別測量圖示電壓的有效值U、U1和U2。a）b）1．變壓器的外特性

變壓器的外特性是指變壓器帶有負載時，在電源U1和負載功率因數(shù)不變的條件下，二次端電壓與電流的變化關系。如圖所示變壓器的外特性，變壓器二次端電壓隨負載的增加而下降。

變壓器的外特性變壓器的損耗分為銅損和鐵損兩部分。因此變壓器的損耗為：變壓器的效率為

式中，P2為輸出功率；P1為輸入功率。變壓器的效率的高低，標志著變壓器運行的經(jīng)濟性能的好壞，一般都在85%左右，大型電力變壓器的效率可達99%以上。（1）額定電壓一次側(cè)額定電壓U1N是根據(jù)絕緣強度，使變壓器長時間正常運行時應加的工作電壓。二次側(cè)額定電壓U2N是指一次側(cè)加額定電壓、二次側(cè)處于空載狀態(tài)時的電壓。三相變壓器中，額定電壓指的是線電壓。（2）額定電流額定電流是指變壓器允許長期通過的電流，其值由額定容量和額定電壓共同決定。（3）額定容量

額定容量是指變壓器在額定狀態(tài)下二次側(cè)額定電壓和額定電流的乘積，即SN=U2NI2N。需指出的是變壓器的額定容量是視在功率，與輸出功率不同。輸出功率的大小還于負載的大小和性質(zhì)有關。

1.自耦變壓器

如圖所示，自耦變壓器的結(jié)構(gòu)特點是：二次繞組是一次繞組的一部分。自耦變壓器在電力系統(tǒng)中，主要用于聯(lián)接不同電壓等級的電網(wǎng)，電壓比一般為2左右。自耦變壓器的一、二次電壓、電流關系為：在高電壓、大電流的系統(tǒng)和裝置中，為了測量的方便和安全，需要使用儀用互感器。根據(jù)用途不同，儀用互感器分為電壓互感器和電流互感器。

a）電壓互感器接線圖

電壓互感器：

電壓互感器是一個一次側(cè)匝數(shù)多、二次側(cè)匝數(shù)少的降壓變壓器。電壓互感器一次側(cè)并接于被測高壓線路中，測量儀表作為負載并聯(lián)接于二次側(cè)兩端。為使儀表標準化，二次側(cè)的額定電壓均為標準值100V。b)電流互感器接線圖電流互感器是將大電流變換為小電流，所以一次側(cè)匝數(shù)少，二次側(cè)匝數(shù)多。電流互感器一次側(cè)應串接于被測線路中，二次側(cè)與測量儀表相串接。通常,電流互感器的二次側(cè)額定電流設計成標準值5A?！钍褂脮r，電壓互感器的二次側(cè)不能短路，電流互感器的二次側(cè)不允許開路；其次，互感器的二次側(cè)必須可靠接地，防止絕緣損壞時二次側(cè)出現(xiàn)高電壓而危及運行人員的安全。16.1三相異步電動機概述

16.2三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)16.3三相異步電動機的起動、制動及調(diào)速

16.4常用低壓電器16.5電動機的控制電路16.1.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)

異步電動機主要包含兩部分：定子（靜止不動的部分）、轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)的部分）。（1）定子鐵心定子鐵心一般由0.35～0.5mm厚表面具有絕緣層的硅鋼片沖制、疊壓而成，在鐵心的內(nèi)圓沖有均勻分布的槽，用以嵌放定子繞組。（2）定子繞組定子繞組是電動機的電路部分，由三個在空間互隔120°電角度、隊稱排列的結(jié)構(gòu)完全相同繞組連接而成。如圖所示，電動機定子繞組有聯(lián)結(jié)和△聯(lián)結(jié)兩種，通入三相交流電，可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。電動機定子繞組的Y形聯(lián)結(jié)和△形聯(lián)結(jié)（1）轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心作為電機磁路的一部分，裝在轉(zhuǎn)軸上，也是由0.5mm厚的硅鋼片沖制、疊壓而成，外圓沖有均勻分布的孔用來安置轉(zhuǎn)子繞組。（2）轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組切割定子旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應電動勢及電流，并形成電磁轉(zhuǎn)矩而使電動機旋轉(zhuǎn)。

按構(gòu)造轉(zhuǎn)子繞組可分為鼠籠式和繞線式轉(zhuǎn)子繞組兩種。

如圖16-3所示，轉(zhuǎn)子繞組由插入轉(zhuǎn)子槽中的多根導條和兩個環(huán)行的端環(huán)組成。若去掉轉(zhuǎn)子鐵心，整個繞組的外形像一個鼠籠，故又稱籠型繞組。

圖16-3籠型異步電動機轉(zhuǎn)子1—轉(zhuǎn)子鐵心2—風葉3—鑄鋁條如圖16-4所示，繞線轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似，也是一個對稱的三相繞組，一般接成星形，三個出線頭通過集電環(huán)和電刷與外電路聯(lián)接。2）繞線式轉(zhuǎn)子繞組。圖16-4繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)1—鐵心2—集電環(huán)3—轉(zhuǎn)子繞組1．旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生如圖16-5a所示，定子三相對稱繞組U1-U2、V1-V2、W1-W2在空間互差120°，并進行連接，如圖16-5b所示。接通電源后，繞組中就流有三相對稱電流，如圖16-5c所示。a)結(jié)構(gòu)圖b)電路圖c)波形圖圖16-5定子繞組ωt=0°時:iU1=0；iV1為負值，即iV1由末端V2流入，首端V1流出；iW1為正值，即iW1由首端W1流入，末端W2流出。利用右手螺旋定則可確定在ωt=0°瞬間由三相電流所產(chǎn)生的合成磁場方向如圖16-6a所示。合成磁場上方N極，下方S極，為一對磁極，故磁極對數(shù)p=1。a)ωt=0°ωt=60°時:iW1=0；iV1為負值，即由末端V2流入，首端V1流出；i

U1為正值，由首端U1流入，末端U2流出。產(chǎn)生的合成磁場方向如圖16-6b所示。與圖16-6a比較，磁場在空間上沿順時針方向旋轉(zhuǎn)了60°。b)ωt=60°ωt=120°時:

iV1=0；i

W1為負值，即iW1由末端W2流入，首端W1流出；iU1為正值，即i

U1由首端U1流入，末端U2流出。合成磁場方向如圖16-6c所示。與圖16-6b比較，磁場又在空間上沿順時針方向旋轉(zhuǎn)了60°。同理可畫出ωt=180°時的合成磁場，如圖16-6d所示。c)ωt=120°

以此類推，可見當定子三相對稱繞組通入三相對稱交流電后，電流變化一個周期，合成磁場旋轉(zhuǎn)一周（360°），即在定子與轉(zhuǎn)子的空氣隙間產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場。并且由圖16-6可見，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與三相電流的相序一致，或者說旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向由三相電流的相序決定。若要改變旋轉(zhuǎn)方向，只需改變?nèi)嚯娏鞯南嘈颉?/p>

a)ωt=0°b)ωt=60°c)ωt=120°d)ωt=180°圖16-6旋轉(zhuǎn)磁場的形成

旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速又稱為同步轉(zhuǎn)速，用n0表示。經(jīng)分析，其大小為（16-1）式中，f1為電流頻率；p為磁場的極對數(shù)（由定子三相繞組的安排決定），我國工頻f1=50Hz，p與轉(zhuǎn)速的關系見表16-1。表16-1p與轉(zhuǎn)速的關系

三相異步電動機轉(zhuǎn)動原理如圖16-7所示。旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n0逆時針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導體將切割定子旋轉(zhuǎn)磁場而產(chǎn)生感應電動勢、感應電流（其方向用右手定則判定）。載有感應電流的轉(zhuǎn)子導體在定子磁場中要受到電磁力的作用，力的方向用左手定則判定，電磁力對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)。

圖16-7異步電動機轉(zhuǎn)動原理圖路異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場的方向相同，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n總要小于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n0，即n﹤n0，故稱為異步電動機，二者關系用轉(zhuǎn)差率S表示。轉(zhuǎn)差率S表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速n0的相差程度，即轉(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。在起動瞬間，n=0，S=1，此時轉(zhuǎn)差率最大。電動機在額定情況下運行時，nN與n0很接近，轉(zhuǎn)差率很小，一般為0.01～0.09。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速用轉(zhuǎn)差率可表示為：n=(1－s)n0

1．穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)

機械特性曲線上有兩個工作區(qū)：BC段為不穩(wěn)定區(qū)，AB段為穩(wěn)定區(qū)。

電動機的機械特性曲線三相異步電動機一般都工作在穩(wěn)定區(qū)域AB段上。在這區(qū)域里，負載轉(zhuǎn)矩變化時，異步電動機能夠通過調(diào)節(jié)自身轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩來達到新的平衡，以自動適應負載的變化，并且轉(zhuǎn)速變化不大，一般僅為2%～8%。這樣的機械特性稱為硬特性。而在BC段上，當負載轉(zhuǎn)矩變化時，電動機不能自動適應負載的變化，因此BC段為不穩(wěn)定區(qū)。

如負載轉(zhuǎn)矩增加，使轉(zhuǎn)速下降、轉(zhuǎn)矩減小，使得與負載轉(zhuǎn)矩差距加大，轉(zhuǎn)速進一步下降，甚至會使電動機停車，造成轉(zhuǎn)子和定子繞組電流急劇增大而燒毀電機。（1）額定轉(zhuǎn)矩TN

電動機在額定電壓下，以額定轉(zhuǎn)速nN運行，輸出額定功率PN時，其軸上輸出的轉(zhuǎn)矩稱為額定轉(zhuǎn)矩，即（16-4）三相異步電動機的額定工作點通常在機械特性穩(wěn)定區(qū)的中部。（2）最大轉(zhuǎn)矩Tm電動機轉(zhuǎn)矩的最大值稱為最大轉(zhuǎn)矩。為了描述電動機允許的瞬間過載能力，通常用最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值來表示，稱為過載系數(shù)λ。一般λ=1.8～2.5。（16-5）（3）起動轉(zhuǎn)矩Tst電動機剛接入電源但尚未轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)矩稱為起動轉(zhuǎn)矩。三相異步電動機的起動能力通常用起動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值λst來表示。（16-6）圖16-9電動機的銘牌電動機的銘牌用來表示電機額定運行情況的各種數(shù)值。型號Y160L-4：Y表示三相異步電動機（T表示同步電動機)；160是機座中心高度為160mm；機座長度規(guī)格：L表示長機座，S表示短機座，M是中機座規(guī)格；“4”表示旋轉(zhuǎn)磁場為四極（p=2）。額定電壓UN(380V)：定子繞組上的線電壓。通常3kW以下的異步電動機定子繞組作星形聯(lián)結(jié)，4kW以上的異步電動機定子繞組作三角形聯(lián)結(jié)。額定功率PN(15kW)：表示額定運行時電動機軸上輸出的額定機械功率。額定電流IN(30.3A)：電動機在額定電壓和額定頻率下，輸出額定功率時定子繞組的線電流。工作方式：電動機運行的持續(xù)時間，分為連續(xù)、斷續(xù)、短時工作制。額定轉(zhuǎn)速nN(1460r/min)：電動機在額定電壓、額定頻率、額定負載下，電動機每分鐘的轉(zhuǎn)速。額定功率因數(shù)cosφN：額定負載下定子等效電路的功率因數(shù)。絕緣等級：電動機的絕緣等級是指其所用絕緣材料的耐熱等級。表16-2所示為絕緣材料絕緣等級及溫升極限值。絕緣等級YAEBFHC工作極限溫度/℃90105120130155180>180

除銘牌上標出的參數(shù)外，還有其他一些技術數(shù)據(jù)，如額定效率ηN為電動機額定狀態(tài)下輸出功率與輸入功率的比值，即16.3.1三相異步電動機的起動

三相異步電動機接通電源以后，轉(zhuǎn)速由零開始增大，直至穩(wěn)定運行的過程稱為起動。起動時的定子電流稱為起動電流。一般地，起動電流為額定電流的5～7倍。對電動機的起動要求：起動電流小，起動轉(zhuǎn)矩大；起動時間短。三相籠型異步電動機的起動方法：直接起動和減壓起動。

電動機在額定電壓下起動稱為直接起動。優(yōu)點:起動轉(zhuǎn)矩大、起動時間短、起動設備簡單、操作方便、易于維護、投資省、設備故障率低等。

缺點:起動電流大，為額定電流5~7倍。如果電動機的功率較大，將會引起配電系統(tǒng)的電壓顯著下降，從而影響其他電氣設備的正常工作。因此一般規(guī)定低于7.5kW的三相異步電動機可以直接起動，否則應采用減壓起動。

減壓起動是降低定子的端電壓來起動電機，目的是限制起動電流。

待起動過程結(jié)束后，恢復全壓供電，使電動機進入正常運行。

起動轉(zhuǎn)矩較小，只適用于輕載或空載下起動。

最常用的方法有Y-△換接起動和自耦減壓起動。

Y-△換接起動只適合于正常運行時定子繞組為三角形聯(lián)結(jié)，且每相繞組都有兩個引出端子的籠型電動機。如圖所示，起動時開關Q2扳至起動位置，電動機聯(lián)成星形；待電動機轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時，開關扳至運行位置，電動機換接成三角形運行。Y-△換接起動電路

對于容量較大或正常運行聯(lián)成星形不能采用星三角起動器的籠型電動機常采用自耦減壓起動。

如圖所示:起動時，開關Q2板到起動位置，電動機定子繞組聯(lián)結(jié)在自耦變壓器的低壓側(cè)，電動機的起動電壓為U1′

=U1/K。當電動機轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時，將Q2扳向"工作"位置，切除自耦變壓器，電動機全壓運行。自耦降壓起動電路

1.能耗制動能耗制動通過消耗轉(zhuǎn)子的動能（轉(zhuǎn)換為電能）來進行制動。如圖所示為能耗制動原理圖，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。直流電流產(chǎn)生固定不動的磁場，而轉(zhuǎn)子由于慣性繼續(xù)在原方向轉(zhuǎn)動?？梢耘卸ù藭r的轉(zhuǎn)子電流與固定磁場相互作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向與電動機轉(zhuǎn)動方向相反，起到制動作用。如圖所示：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。

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（鼠籠式）或轉(zhuǎn)子電路（繞線式）中接入電阻。

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。如圖所示：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。此時電動機已轉(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)，故稱為發(fā)電反饋制動。利用它可以穩(wěn)定的下放重物。發(fā)電回饋制動原理圖

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，以滿足工藝需要。轉(zhuǎn)速公式由此可知，改變電動機轉(zhuǎn)速的三種方法：

變頻調(diào)速(f)、變極調(diào)速(p)、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速(s)

改變供電電源的頻率可以使電動機的轉(zhuǎn)速改變，這種調(diào)速方法稱為變頻調(diào)速。變頻調(diào)速可實現(xiàn)無級調(diào)速，頻率調(diào)節(jié)范圍一般為0.5～320Hz，并具有硬的機械特性，適用于要求精度高、調(diào)速性能較好的場合。變頻調(diào)速需要有變頻器。隨著晶閘管元件及變流技術的發(fā)展，目前在許多設備中都有成套的調(diào)速裝置。變頻調(diào)速是一種高效、節(jié)能的調(diào)速方式，是電動機調(diào)速的發(fā)展方向。

當電源頻率不變時，轉(zhuǎn)速與磁極對數(shù)成反比。如圖所示，通過改變定子繞組的接線方式來改變籠型電動機定子磁極對數(shù)，可以達到調(diào)速目的。改變磁極對數(shù)的方法

變極調(diào)速可實現(xiàn)有級調(diào)速，具有較硬的機械特性，穩(wěn)定性良好，適用于不需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機械，如金屬切削機床、升降機、起重設備、風機、水泵等。

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速的方法是在繞線型電動機的轉(zhuǎn)子電路中接入調(diào)速電阻。在恒轉(zhuǎn)矩負載下，增大調(diào)速電阻，機械特性變軟，轉(zhuǎn)速下降，。變轉(zhuǎn)差率調(diào)速可得到平滑調(diào)速，設備簡單，投資少，但能量損耗大，廣泛應用于起重設備中。低壓電器的分類:按電器的動作性質(zhì)分按電器的性能和用途分手動電器(如繼電器、接觸器、自動空氣開關)

自動電器(如刀開關、組合開關、按鈕)控制電器（如按鈕、接觸器）保護電器（如熔斷器、熱繼電器等）在不經(jīng)常操作的低壓電路中，刀開關用作接通或切斷電源。a)外形

b)結(jié)構(gòu)c)符號一種轉(zhuǎn)動式的閘刀開關，有單極、雙極和三極之分。SASASAa)單極

b)雙極

c)三極熔斷器一般串接于主電路或控制電路中，一旦發(fā)生短路或過載，熔斷器熔斷，切斷電源。廣泛應用于低壓配電系統(tǒng)及用電設備中作短路和過電流保護。a)插式熔斷器b)管式熔斷器c)螺旋式熔斷器d)熔斷器符號按鈕通常用來接通或斷開控制電路的信號。1—按鈕2—復位彈簧3—常閉靜觸點4—動觸點5—常開靜觸點a)常開按鈕

b)常閉按鈕

c)復式按鈕

接觸器是最常用的一種自動開關，是利用電磁吸力使觸點閉合或分斷的電器。適合于頻繁操作的遠距離控制,并具有失壓保護的功能。

接觸器觸點分主觸點和輔助觸點兩種。其工作原理為：

當電磁線圈通電后產(chǎn)生磁場，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引動鐵心向下運動，使常開主觸點閉合，同時常閉輔助觸點斷開，常開輔助觸點閉合。當線圈斷電時，電磁力消失，動觸點在彈簧作用下向上復位，各觸點復原（即主觸點斷開、常閉輔助觸點閉合、常開輔助觸點斷開）。

1—主觸點2—常閉輔助觸點

3—常開輔助點

4—動鐵心5—電磁線圈

6—靜鐵心

7—滅弧罩

8—彈簧

a)接觸器線圈

b)主觸點

c)常開輔助觸點

d)常閉輔助觸點接觸器各部件符號熱繼電器用來實現(xiàn)電動機或其他負載的過載保護。熱繼電器結(jié)構(gòu)原理圖1—熱元件

2—雙金屬片

3—扣板

4—彈簧5—復位按鈕

6—常閉觸點a)加熱元件

b)熱繼電器觸點熱繼電器各部件符號自動空氣開關又稱為自動空氣斷路器，能實現(xiàn)欠電壓、過載和短路保護。它與熔斷器配合是低壓電路中廣泛應用的最基本保護手段。

自動空氣開關結(jié)構(gòu)及符號

16.5.1基本控制電路

1.起停控制（1）點動控制點動控制就是當按下按鈕時電動機轉(zhuǎn)動，松開按鈕時電動機就停轉(zhuǎn)。啟動：按下按鈕SB→接觸器KM線圈得電→KM主觸頭閉合→電動機M啟動運行停止：松開按鈕SB→接觸器KM線圈失電→KM主觸頭斷開→電動機M失電停轉(zhuǎn)QS接觸器自鎖控制：熱繼電器熱元件自鎖觸點熱繼電器常閉觸點按下SB1，KM線圈通電，主電路中KM主觸點閉合，電動機接通電源直接起動運轉(zhuǎn)。同時與SB1并聯(lián)的常開輔助觸點KM閉合，即使SB1松開后，KM線圈仍保持通電，電動機可連續(xù)運行。這種依靠接觸器自身輔助觸點而使其線圈保持通電的控制方式稱為自鎖，這個輔助觸點稱為自鎖觸點。大型機電設備為了操作方便，常要求在兩個或兩個以上地點都能操作，其控制電路如圖所示，需要在每一個控制地點安裝一組起動和停止按鈕。各組按鈕的接線原則是：起動按鈕并聯(lián)，停止按鈕串聯(lián)按下任意一個起動按鈕均可使KM線圈通電，電動機運行；同樣按下任意一個停止按鈕均可使KM線圈失電，電動機停止。

多地控制電路正反轉(zhuǎn)基本控制電路如圖所示。主電路中用兩個接觸器引入電源，KM1閉合電動機正轉(zhuǎn)，KM2閉合電動機反轉(zhuǎn)。

正轉(zhuǎn)按鈕反轉(zhuǎn)按鈕a)主電路

b)控制電路正反轉(zhuǎn)基本控制電路SB2和SB3同時按下，造成電源短路在各自的控制電路中串接對方的常閉輔助觸點，達到兩個接觸器不會同時工作的控制方式稱為互鎖，這兩個常閉觸點稱為互鎖觸點。動作過程：接觸器互鎖控制電路

接觸器互鎖合上電源開關按下按鈕SB2KM1線圈通電M啟動正轉(zhuǎn)按下停止按鈕SB1KM1線圈斷電電動機M停止按下按鈕SB3反向啟動SB2和SB3是兩只復式按鈕，它們各具有一對常開和常閉觸點，將常閉觸點交叉地串接在對方的控制電路中。有些生產(chǎn)機械如萬能銑床，要求工作臺在一定距離內(nèi)能自動往返，通常利用行程開關控制電動機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)。行程開關又稱為限位開關，它是利用機械部件的位移來切換電路的自動電器。它有一對常閉觸點和一對常開觸點。當運動部件的撞塊壓下推桿時，常閉觸點斷開、常開觸點閉合。當撞塊離開推桿時，觸點復位。常開觸點常閉觸點

行程開關符號1-推桿2-彈簧3-常閉觸點4-常開觸點行程開關結(jié)構(gòu)工作臺由電動機M帶動進行自行往返運動示意圖如圖所示。行程開關SQ1、SQ2分別裝在工作臺的原位和終點，行程開關SQ3、SQ4分別裝在工作臺的極限位置。

工作臺往返運動示意圖自動往返運動控制電路動作過程：自動往返控制電路

指電動機起動時，把定子繞組接成Y形，以降低起動電壓，減小起動電流；待電動機起動后，再把定子繞組改接成△形，使電動機全壓運行。Y—△起動只能用于正常運行時為△形接法的電動機。Y—△換接起動是按時間順序進行控制的，需要采用時間繼電器來實現(xiàn)延時。時間繼電器是一種利用電磁原理或機械動作原理實現(xiàn)觸點延時接通或斷開的自動控制電器。其延時方式有通電延時和斷電延時兩種。a)通電延時線圈

b)斷電延時線圈

c)常開延時閉合觸頭

e)常開延時斷開觸頭d)常閉延時斷開觸頭

f)常閉延時閉合觸頭時間繼電器各種部件的圖形文字符號星形接法接觸器三角形接法接觸器2.1簡單電阻電路的分析2.2支路電流法2.3疊加原理

2.4戴維南定律

電阻電路的分析方法2.1.1歐姆定律它指出：流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比。數(shù)學表達式為R=U/I若電阻兩端的電壓和流過的電流具有相同的參考方向，則數(shù)學表達式為

U=IR2.1簡單電阻電路的分析若兩者的參考方向不一致，則數(shù)學表達式為

U=-IR

串聯(lián)電阻的等效電阻等于各電阻之和。這個結(jié)論可以推廣至n個電阻的串聯(lián)，即R=R1+R2+…+Rn2.1.2電阻的串聯(lián)圖2-2串聯(lián)電阻的等效電阻串聯(lián)時，各電阻上的電壓為Uk=RkI=U

各個串聯(lián)電阻的電壓與電阻值成正比。兩個電阻分得的電壓為U1=R1I=U

U2=R2I=U等效電阻的倒數(shù)等于各個并聯(lián)電阻的倒數(shù)之和，即

2.1.3電阻的并聯(lián)圖2-5并聯(lián)電阻的等效也可以表示為電導形式G=G1+G2+…+Gn=通過各電阻的電流為Ik=GkU=I每個電阻的電流與它們各自的電導成正比，與各自的電阻成反比。電路中電阻的串聯(lián)和并聯(lián)同時存在，這種聯(lián)接方式稱為電阻的串、并聯(lián)或混聯(lián)。電阻混聯(lián)的計算求解步驟一般是：1）識別各電阻的串、并聯(lián)關系，將電路逐步化簡，用一個等效電阻來代替。2）用歐姆定律算出總電壓（或總電流）。3）分別解出各個所求電阻上的電流和電壓。2.1.4電阻的混聯(lián)解：RAB=R5+R1∥R4+R2∥R3+R6=24Ω例2-5求圖2-8a所示電路中A、B兩點間的等效電阻RAB。已知R1=5Ω，R2=6Ω，R3=3Ω，R4=20Ω，R5=10Ω，R6=8Ω。圖2-8例2-5圖支路電流法解題的一般步驟如下：1）假定b條支路電流的參考方向，確定網(wǎng)孔及網(wǎng)孔繞行方向。2）對n個節(jié)點，列出n－1個獨立節(jié)點的KCL方程。3）對各網(wǎng)孔列出b－(n－1)個獨立KVL方程。4）對上述b個獨立方程聯(lián)立求解，得出各支路電流.網(wǎng)孔是平面電路中的回路，在該回路內(nèi)部不存在其他支路。本例題中只有回路Ⅰ和回路Ⅱ滿足網(wǎng)孔定義.2.2支路電流法對A點列KCL方程：I1+I2－I3=0網(wǎng)孔Ⅰ有KVL方程：US1+I2R2=I1R1+US2網(wǎng)孔Ⅱ有方程：US2=I2R2+I3R3疊加原理是線性電路的一個基本定理。其內(nèi)容描述為：在線性電路中，有多個獨立電源共同作用時，任一支路的電壓或電流，等于電路中每個獨立電源單獨作用時產(chǎn)生的電壓或電流的代數(shù)和。一個獨立電源單獨作用，意味著其他電源不作用，應該除去。對電壓源來說，不作用就是輸出電壓為零，可以用短路代替；對電流源來說，不作用就是輸出電流為零，可以用開路代替。要注意，如果電源有內(nèi)阻，則內(nèi)阻應保留在原處不能除去。2.3疊加原理I1=I1′－I1"I2=I2"－I2′I3=I3′+I3"應用疊加原理時，應注意以下幾點：1）疊加原理只適用于線性電路，不適用于非線性電路。2）各個電源分別單獨作用時，對不作用的電源應去掉。即電壓源用短路代替，電流源用開路代替，而其他元件（包括電源內(nèi)阻）都不應變動。3）將原電路分解成各電源單獨作用時，各支路電流、電壓的參考方向可以任意假定。但要注意在疊加時是各分量的代數(shù)和，即各分量與原電路中總量的參考方向一致取正號，不一致取負號。4）疊加原理不能用來計算線性電路中的功率。戴維南定律是分析線性二端口網(wǎng)絡的一個重要定律。所謂二端口網(wǎng)絡，就是指任何具有兩個與外電路相連的端口的電路（網(wǎng)絡）。2.4.1戴維南定律及應用戴維南定律指出：任何一個有源二端網(wǎng)絡，對其外電路來說，都可以用一個理想電壓源和內(nèi)阻串聯(lián)的電壓源模型來等效代替。該理想電壓源的電壓等于有源二端網(wǎng)絡的開路電壓U0；內(nèi)阻RS等于該有源二端網(wǎng)絡無源化后的網(wǎng)絡等效電阻。2.4戴維南定律有源二端網(wǎng)絡無源化是指，將原網(wǎng)絡中的所有理想電源除去。除去理想電壓源是對其作短路處理，使US=0；除去理想電流源是將其開路，使IS=0。UO=US2+RS=I3=

UO/(RS+R3)可得到應用戴維南定律分析電路的一般步驟：1）找到待求量所在支路，將該支路從電路中分離，剩余的電路就是需要等效的有源二端網(wǎng)絡。2）根據(jù)戴維南定律畫出等效電路。3）求解有源二端網(wǎng)絡的開路電壓UO。4）將有源二端網(wǎng)絡中電源去除（無源化），解出網(wǎng)絡等效電阻即內(nèi)阻RS。5）把UO、RS代入戴維南定律等效電路，得到待求量。諾頓定律:任何一個有源二端網(wǎng)絡，都可以用一個理想電流源和內(nèi)阻并聯(lián)的電流源模型來等效代替。該理想電流源的電流IS等于有源二端網(wǎng)絡的短路電流；內(nèi)阻RS等于該有源二端網(wǎng)絡無源化后的網(wǎng)絡電阻。2.4.2諾頓定律例2-12用諾頓定律求解圖a中的支路電流I3。IS=US1/R1+US2/R2RS=I3=

3.1正弦交流電的基本概念3.2正弦量的相量表示3.3單一元件的正弦交流電路3.4電阻、電感與電容串聯(lián)交流電路3.5正弦交流電路的功率及功率因數(shù)3.6電路中的諧振

單相正弦交流電路3.1正弦交流電的基本概念正弦交流電是指大小和方向隨時間按正弦規(guī)律變化的交流電壓和交流電流的總稱。由于交流電的大小和方向都是隨時間不斷變化的，所以在分析和計算交流電路時，必須先設定參考方向。當交流電的實際方向與參考方向一致時，其值為正，反之為負。Riab規(guī)定電流參考方向如圖i

t0正半周：電流實際方向與參考方向相同負半周：電流實際方向與參考方向相反+

振幅角頻率初相角正弦量的三要素

周期(T):變化一個循環(huán)所需要的時間，單位(s)。頻率(f):單位時間內(nèi)的周期數(shù)

單位(Hz)。角頻率(ω):每秒鐘變化的弧度數(shù)，單位(rad/s)。三者間的關系示為：=2

/T=2

fωf=1/TT

t2

ti0ＴT/2

我國和大多數(shù)國家采用50Hz作為電力工業(yè)標準頻率(簡稱工頻)，少數(shù)國家采用60Hz。周期、頻率是描述正弦量變化快慢的參數(shù)。3.1.2正弦交流電的周期與頻率瞬時值:正弦量任意瞬間的值稱為瞬時值，用小寫字母表示

i、u、e振幅:正弦量在一個周期內(nèi)的最大值，用帶有下標m的大寫字母表示:

Im、Um、Em

有效值：一個交流電流的做功能力相當于某一數(shù)值的直流電流的做功能力，這個直流電流的數(shù)值就叫該交流電流的有效值。用大寫字母表示：

I、U、E

瞬時值、振幅和有效值是描述正弦量數(shù)值大小的參數(shù)。ti0Ｔ振幅

Im3.1.3正弦交流電的瞬時值、振幅和有效值同一時間T內(nèi)消耗的能量==消耗能量相同=即：則有：

有效值與幅值的關系推導如下：

以電流為例：設同一個負載電阻R，分別通入周期電流

i和直流電流

I。RiRI設代入整理得：或同理：熟記：

可見,周期電流有效值等于它的瞬時值的平方在一個周期內(nèi)的積分取平均值后再開平方，因此有效值又稱為方均根值。i

t0相位：正弦量：

稱為正弦量的相位角或相位。它表明了正弦量的進程。初相：t=0時的相位角

稱為初相角或初相位。（用的角度表示）相位差：同頻率正弦量的相位角之差或是初相角之差，稱為相位差，用

表示。若所取計時時刻（時間零點的選擇）不同，則正弦量初相位不同。3.1.4正弦量的相位和相位差

0

tiuiu

設正弦量：i和u的相位差為：如果：稱I超前u

角。如果：稱i滯后u

角(如圖示）。相位差等于i和u的初相之差，與時間t無關。①同頻率的正弦量才能比較相位；②相位差和初相都規(guī)定不得超過180o。

注意0

tiuiu如果:其特點是：當一正弦量的值達到最大時，另一正弦量的值剛好是零。0

tiuiu稱i與u同相位,簡稱同相。如果:稱i與u正交。0

tiuiu如果:稱i與u反相。同相正交反相

當兩個同頻率的正弦量計時起點改變時，它們的初相位角改變，但相位差不變。

注意已知的交流電，求它的周期和角頻率。

已知,試求電壓有效值。解：解：例：例：已知工頻電壓有效值U=220V，初相；工頻電流有效值I=22A，初相，求其瞬時值表達式以及它們的相位關系。工頻電的角頻率：電壓瞬時值表達式為：電流瞬時值表達式為：相位差為：所以電壓超前電流，二者相位關系為正交。例：解：求：已知相量，求瞬時值。已知兩個頻率都為1000Hz的正弦電流其相量形式為：I1=－60°100AI2=1030°A解：例：正弦量的函數(shù)式表示：0

tiui1

i2正弦量的波形圖表示：求和：求和：計算過程復雜為簡化計算采用一種新的表示方法：相量表示法（用復數(shù)表示正弦量）3.2正弦交流電的相量表示3.2.1復數(shù)的表達形式設A為復數(shù)則：A=a+jb（代數(shù)式）其中：a稱為復數(shù)A的實部，

b稱為復數(shù)A的虛部。為虛數(shù)單位在復平面上可以用一向量表示復數(shù)A，如右圖：aAb0+1+j模幅角復數(shù)的幾種形式：（指數(shù)式）（三角式）（極坐標式）復數(shù)運算加減運算：設則乘法運算：設則除法運算：A=a+jb（代數(shù)式）則

相量和復數(shù)一樣，可以在復平面上用矢量來表示，表示相量的圖稱為相量圖。

1j0例：用相量表示并畫出相量圖。解：相量圖只有同頻率的正弦量才能用相量式或相量圖分析、計算。

注意3.2.2正弦量的相量表示法只有正弦周期量才能用相量表示。

例：求：解:（1）用相量表示（2）用相量進行計算（3）把相量再表示為正弦量

注意：1.只有對同頻率的正弦周期量，才能應用對應的相量來進行代數(shù)運算。2.只有同頻率的正弦量才能畫在同一相量圖上。3.正弦量與相量是對應關系，而不是相等關系（正弦交流電是時間的函數(shù)）。4.可推廣到多個同頻率的正弦量運算?；鶢柣舴蚨傻南嗔啃问?.3

單一元件的正弦交流電路3.3.1電阻電路3.3.2電感電路3.3.3電容電路3.3.1電阻電路1.電壓、電流關系設：則或

設在電阻元件的交流電路中，電壓、電流參考方向如圖示。

電阻的電壓與電流瞬時值、有效值、最大值都滿足歐姆定律。

瞬時值最大值、有效值2.電壓電流的相位關系u、i同相uiu

t0i3.電壓電流的相量關系–

+uRi–

+R相量圖3.3.2電感電路設：則

設在電感元件的交流電路中，電壓、電流參考方向如圖示。

電感的電壓與電流有效值、最大值滿足歐姆定律形式。

瞬時值最大值、有效值1.電壓、電流關系–

+uiL

感抗()

當L一定時,線圈的感抗與頻率f成正比。頻率越高，感抗越大，在直流電路中感抗為零，可視為短路。2.電壓電流的相位關系u超前i0

tiuiu–

+uiLU

?I?相量圖3.電壓電流的相量關系–

+L3.3.3電容電路設：則

設在電容元件的交流電路中，電壓、電流參考方向如圖示。

電容的電壓與電流有效值、最大值滿足歐姆定律形式。

瞬時值最大值、有效值1.電壓、電流關系

當C一定時,電容的容抗與頻率f成反比。頻率越高，感抗越小，在直流電路中容抗為無限大，可視為開路。iC

u

容抗()2.電壓電流的相位關系i超前uU?I?相量圖3.電壓電流的相量關系iC

u0

tiuiuC

3.4

電阻、電感、電容元件串聯(lián)電路3.4.1復阻抗的概念3.4.2RLC串聯(lián)電路及分析3.4.2RLC串聯(lián)電路及分析電壓電流參考方向如圖所示。–

+L–

+uCRiuLuCuR–

+–

+1.電壓和電流的關系設：則：根據(jù)KVL可列出相量模型2.相量–

+–

+–

+–

+–jXCRjXL–

+–

+–

+–

+–