资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本章要求,:,1.,理解电压与电流参考方向的意义；,2.,理解电路的基本定律并能正确应用；,3.,了解电源的有载工作、开路与短路状态；,4.,电压源与电流源及其等效变换；,5.,支路电流法；,6.,叠加原理；,7.,会计算电路中各点的电位。,单元一 直流电路,1,电路的基本概念,1.1,电路的作用与组成部分,(,一）,.,电路的作用,(1),实现电能的传输、分配与转换,(2),实现信号的传递与处理,（二）,.,电路的组成部分,(1),电源,:,是把其它形式的能转换成电能的装置。,(2),用电器,:,是把电能转变成其它形式能的元件或设备，也常被称为电源的负载,。,(3),开关,:,是控制电路接通或断开的器件,。,(4),导线,:,是连接电源与用电器的金属线，它把电源产生的电能输送到用电器。常用导线材料有铜、铝等。,（三）电路模型,手电筒的电路模型,为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。,例：手电筒,R,+,R,o,E,S,+,U,I,电池,导线,灯泡,开关,手电筒由电池、灯,泡、开关和筒体组成。,理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。,手电筒的电路模型,R,+,R,o,E,S,+,U,I,电池,导线,灯泡,开关,电池,是电源元件，其参数为电动势,E,和内阻,R,o,；,灯泡,主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻,R,；,筒体,用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体；,开关,用来控制电路的通断。,今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。,(2),参考方向的表示方法,电流：带箭头的实线表示,U,ab,双下标,电压：,(1),参考方向,I,E,+,_,在分析与计算电路时，对物理量任意假定的方向。,I,ab,双下标,1.2,电路基本物理量的参考方向,a,R,b,箭 标,a,b,R,I,正负极性,+,a,b,U,U,+,_,实际方向与参考方向,一致,，电流,(,或电压,),值为,正值,；,实际方向与参考方向,相反,，电流,(,或电压,),值为,负值,。,(3),实际方向与,参考方向的关系,注意：,在参考方向选定后，电流,(,或电压,),值才有正负之分。,若,I,=5A,，,则电流从,a,流向,b,；,例：,若,I,=5A,，,则电流从,b,流向,a,。,a,b,R,I,a,b,R,U,+,若,U,=5V,，,则电压的实际方向从,a,指向,b,；,若,U,=5V,，,则电压的实际方向从,b,指向,a,。,1.3,电气设备的额定值,把用电设备长期安全工作时允许的最大电流、电压和电功率分别叫做该用电设备的额定电流（,I,N,）、额定电压（,U,N,）、额定功率（,P,N,），统称为额定值。,电气设备的三种运行状态,轻载,：,I I,N,，,P I,N,，,P P,N,(,设备易损坏,),防止过载的常用方法是在电路中安装熔断器。,满载,(,额定工作状态,),：,I=I,N,，,P=P,N,(,经济合理安全可靠,),1.,额定值反映电气设备的使用安全性；,2.,额定值表示电气设备的使用能力。,电路端电压与电流的关系称为伏安特性。,遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。,I,/,A,U,/,V,o,线性电阻的伏安特性,线性电阻的概念：,线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。,2,电源及等效电路,开关闭合,接通电源与负载,负载端电压,U,=,E,IR,0,特征,:,一、电源有载工作,I,R,0,R,+,-,E,U,+,-,I,电流的大小由负载决定。,在电源有内阻时，,I,U,。,电源的外特性,E,U,I,0,当,R,0,R,时，则,U,E,，,表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。,2.1,电源的工作状态,特征,:,开关 断开,二、电源开路,I=,0,电源端电压,(,开路电压,),负载功率,U,=U,0,=E,P,=,0,1.,开路处的电流等于零；,I,=0,2.,开路处的电压,U,视电路情况而定。,电路中某处断开时的特征,:,I,+,U,有,源,电,路,I,R,o,R,+,-,E,U,0,+,-,电源外部端子被短接,三、电源短路,特征,:,电源端电压,负载功率,电源产生的能量全被内阻消耗掉,短路电流（很大）,U,=,0,P,E,=,P=I,R,0,P,=,0,1.,短路处的电压等于零；,U,=0,2.,短路处的电流,I,视电路情况而定。,电路中某处短路时的特征,:,I,+,U,有,源,电,路,I,R,0,R,+,-,E,U,0,+,-,2.2,电压源与电流源及其等效变换,一、,电压源,电压源模型,由上图电路可得,:,U,=,E IR,0,若,R,0,=0,理想电压源,:,U,E,U,0,=,E,电压源的外特性,I,U,I,R,L,R,0,+,-,E,U,+,电压源是由电动势,E,和内阻,R,0,串联的电源的电路模型。,若,R,0,R,L,，,I,I,S,，,可近似认为是理想电流源。,电流源,电流源模型,R,0,U,R,0,U,I,S,+,理想电流源（恒流源,),例,1,：,(2),输出电,流是一定值，恒等于电流,I,S,；,(3),恒流源两端的电压,U,由外电路决定。,特点,:,(1),内阻,R,0,=,；,设,I,S,=10 A,，,接上,R,L,后，恒流源对外输出电流。,R,L,当,R,L,=1,时，,I,=10A,，,U,=10 V,当,R,L,=10,时，,I,=10A,，,U,=100V,外特性曲线,I,U,I,S,O,I,I,S,U,+,_,电流恒定，电压随负载变化。,三、,电压源与电流源的等效变换,由图,a,：,U,=,E,IR,0,由图,b,：,U,=,I,S,R,0,IR,0,等效变换条件,:,E,=,I,S,R,0,I,R,L,R,0,+,E,U,+,电压源,a,R,L,R,0,U,R,0,U,I,S,I,+,电流源,b,等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。,理想电压源与理想电流源之间无等效关系。,电压源和电流源的等效关系只对外电路而言，,对电源内部则是不等效的。,注意事项：,例：当,R,L,=,时，,电压源的内阻,R,0,中不损耗功率，,而电流源的内阻,R,0,中则损耗功率。,任何一个电动势,E,和某个电阻,R,串联的电路，,都可化为一个电流为,I,S,和这个电阻并联的电路。,R,0,+,E,a,b,I,S,R,0,a,b,R,0,+,E,a,b,I,S,R,0,a,b,例,1:,试用电压源与电流源等效变换的方法计算下,2,电阻中的电流。,解,:,8V,+,2,2,V,+,2,I,(d),2,由图,(d),可得,6V,3,+,+,12V,2A,6,1,1,2,I,(a),2A,3,1,2,2V,+,I,2A,6,1,(b),4A,2,2,2,2V,+,I,(c),3,基尔霍夫定律,支路：,电路中的每一个分支。,一条支路流过一个电流，称为支路电流。,结点：,三条或三条以上支路的联接点。,回路：,由支路组成的闭合路径,。,网孔：,内部不含支路的回路。,I,1,I,2,I,3,b,a,+,-,E,2,R,2,+,-,R,3,R,1,E,1,3,1,2,例,1,：,支路：,ab,、,bc,、,ca,、,（共,6,条）,回路：,abda,、,abca,、,adbca,（共,7,个）,结点,：,a,、,b,、,c,、,d,(,共,4,个）,网孔：,abd,、,abc,、,bcd,（共,3,个）,a,d,b,c,E,+,G,R,3,R,4,R,1,R,2,I,2,I,4,I,G,I,1,I,3,I,3.1,基尔霍夫电流定律,(,KCL,定律,),1,定律,即,:,入,=,出,在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。,实质,:,电流连续性的体现。,或,:,=0,I,1,I,2,I,3,b,a,+,-,E,2,R,2,+,-,R,3,R,1,E,1,对结点,a,：,I,1,+,I,2,=,I,3,或,I,1,+,I,2,I,3,=0,基尔霍夫电流定律,（,KCL,）,反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。,在任一瞬间，沿任一回路绕行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。,3.2,基尔霍夫电压定律（,KVL,定律,),1,定律,即：,U,=0,对回路,1,：,对回路,2,：,I,1,R,1,+,I,3,R,3,E,1,=0,I,2,R,2,+,I,3,R,3,E,2,=0,I,1,I,2,I,3,b,a,+,-,E,2,R,2,+,-,R,3,R,1,E,1,1,2,基尔霍夫电压定律,（,KVL,）,反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。,例：,对网孔,abda,：,对网孔,acba,：,对网孔,bcdb,：,I,1,R,1,+,I,6,R,6,I,3,R,3,=0,I,2,R,2,I,4,R,4,I,6,R,6,=0,I,4,R,4,+,I,3,R,3,E,=0,对回路,adbca,，,沿逆时针方向绕行,：,I,1,R,1,+,I,3,R,3,+,I,4,R,4,I,2,R,2,=0,应用,U,=0,列方程,对回路,cadc,，,沿逆时针方向绕行,：,I,2,R,2,I,1,R,1,+,E,=0,R,6,a,d,b,c,E,+,R,3,R,4,R,1,R,2,I,2,I,4,I,6,I,1,I,3,I,4,复杂电路的计算,通常求解复杂电路都是已知电源电动势和电阻值，求解各支路中的电流和电压。最常用的方法是支路电流法和叠加定理。,支路电流法：,以支路电流为未知量、应用基尔霍夫定律（,KCL,、,KVL,）列方程组求解。,4,.1,支路电流法,对上图电路,支,路数：,b,=3,结点数：,n,=2,1,2,b,a,+,-,E,2,R,2,+,-,R,3,R,1,E,1,I,1,I,3,I,2,3,回路数,=3,单孔回路（网孔）,=2,若用支路电流法求各支路电流应列出三个方程,1.,在图中标出各支路电流的参考方向，对选定的回路,标出回路绕行方向。,2.,应用,KCL,对结点列出,(,n,1),个独立的结点电流,方程。,3.,应用,KVL,对回路列出,b,(,n,1),个独立的回路,电压方程（,通常可取,网孔,列出,）,。,4.,联立求解,b,个方程，求出各支路电流。,支路电流法的解题步骤,:,如下图所示电路。已知,E,1,=18V,，,E,2,=9V,，,R,1,=R,2,=1,，,R,3,=4,，求通过各支路的电流。,例,1,：,对结点,a,：,I,1,+,I,2,I,3,=0,对网孔,1,：,I,1,R,1,+,I,3,R,3,=,E,1,对网孔,2,：,I,2,R,2,+,I,3,R,3,=,E,2,解,:,b,a,+,-,E,2,R,2,+,-,R,3,R,1,E,1,I,1,I,3,I,2,1,2,代入已知数得,解联立方程组得：,方向与假设相同,I,1,=6A,I,2,=,3A,I,3,=3A,方向与假设相同,方向与假设相反,支路数,b,=4,，,但恒流源支路的电流已知，,则未知电流只有,3,个，,能否只列,3,个方程？,例,2,：,试求各支路电流,。,支路中含有恒流源。,可以。,注意：,(1),当支路中含有恒流源时,，,若在列,KVL,方程时，,所选回路中不包含恒流源支路,，,这时，电路中有几条支路含有恒流源，则可少列几个,KVL,方程。,(2),若所选回路中包含恒流源支路,，,则因恒流源两端的电压未知，所以，有一个恒流源就出现一个未知电压，因此，在此种情况下不可少列,KVL,方程。,b,a,I,2,I,3,42V,+,I,1,12,6,7,A,3,c,d,1,2,应用,KCL,列结点电,流方程,(2),应用,KVL,列回路电压方程,联立解得：,I,1,=2A,，,I,2,=3A,，,I,3,=6A,例,2,：,试求各支路电流,。,对结点,a,：,I,1,+,I,2,I,3,=7,对回路,1,：,12,I,1,6,I,2,=42,对回路,2,：,6,I,2,+3,I,3,=0,支路中含有恒流源。,支路电流法是电路分析中最基本的方法之一，但当支路数较多时，所需方程的个数较多，求解不方便。,b,a,I,2,I,3,42V,+,I,1,12,6,7,A,3,c,d,1,2,4.2,叠加原理,叠加原理：,对于,线性电路,，任何一条支路的电流，都可以看成是由电路中各个电源分别作用时，在此支路中所产生的电流的代数和。,+,E,1,E,2,单独作用,R,1,R,3,I,1,I,3,+,叠加原理,R,2,R,1,R,3,I,1,I,3,+,E,2,I,2,原电路,(a),E,1,单独作用,=,E,(b),+,1,R,1,R,3,I,1,I,3,I,2,R,2,(c),I,2,R,2,+,E,2,例,3,如下图（,a,）所示，已知,E,1,=E,2,=17V,，,R,1,=2,，,R,2,=1,，,R,3,=5,，应用叠加定理求各支路中的电流,。,+,E,1,E,2,单独作用,R,1,R,3,I,1,I,3,+,R,2,R,1,R,3,I,1,I,3,+,E,2,I,2,原电路,(a),E,1,单独作用,=,E,(b),+,1,R,1,R,3,I,1,I,3,I,2,R,2,(c),I,2,R,2,+,E,2,E,1,单独作用时，如图（,b,）所示,E,2,单独作用时，如图（,c,）所示,将各支路电流叠加起来（即求出代数和），即,方向与,I,1,相同,方向与,I,2,”,相同,方向与,I,3,相同,叠加原理,只适用于线性电路,。,不作用电源,的处理：,E,=0,，,即将,E,短路,；,I,s,=0,，,即将,I,s,开路,。,线性电路的电流或电压均可用叠加原理计算，,但,功率,P,不能用叠加原理计算,。例：,注意事项：,解题时要标明各支路电流、电压的参考方向。,若分电流、分电压与原电路中电流、电压的参考方,向,相反,时，叠加时相应项前要,带负号,。,5,电路中电位的概念及计算,电位：电路中某点至参考点的电压，,记为“,V,X,”,。,通常设参考点的电位为零。,1.,电位的概念,电位的计算步骤,:,(1),任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；,(2),标出各电流参考方向并计算电流；,(3),计算该点至参考点间的,各元件电压代数和,即为该点的电位,。,某点电位为正，说明该点电位比参考点高；,某点电位为负，说明该点电位比参考点低。,从该点往参考点走,各元件电压方向与行走方向一致就取正,否则取负,.,2.,举例,求图示电路中各点的电位,:,V,a,、,V,b,、,V,c,、,V,d,。,解：,设,a,为参考点，即,V,a,=0V,V,b,=,U,ba,=,106=,60V,V,c,=,U,ca,=420=80 V,V,d,=,U,da,=65=30 V,设,b,为参考点，即,V,b,=0V,V,a,=,U,ab,=106=60 V,V,c,=,U,cb,=,E,1,=140 V,V,d,=,U,db,=,E,2,=90 V,U,ab,=,106=60 V,U,cb,=,E,1,=140 V,U,db,=,E,2,=90 V,U,ab,=,106=60 V,U,cb,=,E,1,=140 V,U,db,=,E,2,=90 V,c,20,4A,6,10A,E,2,90V,E,1,140V,5,6A,d,b,a,结论：,(1),电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中 各点的电位也将随之改变；,(2),电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考 点的不同而变，,即与零电位参考点的选取无关。,借助电位的概念可以简化电路作图,b,c,a,20,4A,6,10A,E,2,90V,E,1,140V,5,6A,d,+90V,20,5,+140V,6,c,d,例,:,图示电路，计算开关,S,断开和闭合时,A,点,的电位,V,A,解,:(1),当开关,S,断开时,(2),当开关闭合时,电路,如图（,b,）,电流,I,2,=0,，,电位,V,A,=0V,。,电流,I,1,=,I,2,=0,，,电位,V,A,=6V,。,电流在闭合,路径中流通,2K,A,+,I,1,2k,I,2,6V,(b),2k,+6V,A,2k,S,I,2,I,1,(a),单元二 正弦交流电路,2.2,正弦量的相量表示法,2.1,正弦交流电的基本概念,2.3,单一参数的交流电路,2.5,功率因数的提高,2.4,电阻、电感与电容元件串联交流电路,1.,理解正弦量的特征及其各种表示方法；,2.,理解正弦交流电的相量表示法，会画相量图；,3.,掌握不同元件的正弦交流电路中电流、电压的关 系；,4.,掌握有功功率和功率因数的计算,了解瞬时功率、无功功率和视在功率的概念；,5.,了解正弦交流电路的频率特性，串、并联谐振的条件及特征；,6.,了解提高功率因数的意义和方法。,本章要求,1,正弦交流电的三要素,正弦量：,随时间按正弦规律做周期变化的量。,R,u,+,_,_,_,i,u,+,_,正弦交流电的优越性：,便于传输；易于变换,便于运算；,有利于电器设备的运行；,.,正,半周,负半周,R,u,+,_,设正弦交流电流：,幅值、角频率、初相角成为正弦量的三要素。,角频率：,决定正弦量变化快慢,幅值：,决定正弦量的大小,初相角：,决定正弦量起始位置,I,m,2,T,i,O,一、,频率与周期,周期,T,：,变化一周所需的时间 （,s,）,角频率：,（,rad/s,）,频率,f,：,（,Hz,）,T,*,无线通信频率：,30 kHz 3,0,GMHz,*,电网频率：,我国,50 Hz,，美国,、日本,60 Hz,*,高频炉频率：,200 300,kHZ,*,中频炉频率：,500 8000 Hz,i,O,二、幅值与有效值,有效值：,与交流热效应相等的直流定义为交流电的有效值。,幅值：,I,m,、,U,m,、,E,m,则有,交流,直流,幅值必须大写,下标加,m,。,同理：,有效值必须大写,给出了观察正弦波的起点或参考点,。,:,三、初相位与相位差,相位：,注意：,交流电压、电流表测量数据为有效值,交流设备铭牌标注的电压、电流均为有效值,初相位：,表示正弦量在,t,=0,时的相角。,反映正弦量变化的进程。,i,O,如：,若,电压超前,电流,两,同频率,的正弦量之间的初相位之差。,相位差,：,u,i,u,i,t,O,电流超前电压,电压与电流,同相,电流超前电压,电压与电流反相,u,i,t,u,i,O,u,i,t,u,i,90,O,u,i,t,u,i,O,t,u,i,u,i,O,不同频率的正弦量比较无意义。,两同频率的正弦量之间的相位差为常数，,与计时的选择起点无关。,注意,:,t,O,2,正弦量的表示法,解析法,前两种不便于运算，重点介绍相量表示法。,波形法,重点,必须,小写,旋转相量法,u,O,旋转相量法,设正弦量,:,若,:,有向线段长度,=,有向线段以速度,按逆时针方向旋转,则,:,该旋转有向线段每一瞬时在纵轴上的投影即表示相应时刻正弦量的瞬时值。,有向线段与横轴夹角,=,初相位,u,0,x,y,O,O,相量只是表示正弦量，而不等于正弦量。,注意,:,只有正弦量才能用相量表示，,非正弦量不能用相量表示。,只有,同频率,的正弦量才能画在同一相量图上。,相量图,:,把相量表示在平面直角坐标系上的图形,U,m,I,m,最大值相量,U,I,有效值相量,最大值相量表示用符号：,U,m,I,m,E,m,实际应用中多采用有效值相量，符号：,I,U,E,可不画坐标轴,超前,落后,？,解,:,相量图,例,1:,将,u,1,、,u,2,用,相量表示,X,Y,U,1,U,2,u,1,滞后于,u,2,u,2,u,1,例,2:,已知,求：,解：,画出,U,1,U,2,相量图,从相量图上看,53.1,于是可得,u,的三要素为,=100,rad/s,=53.1,U,1,U,2,U,3.,单一参数的交流电路,电阻元件为耗能元件，把电能转化为热能散发掉，其转换过程不可逆转；,电感元件是储能元件，把从电路中吸收的能量转化为磁场能储存起来，在一定条件下又放出能量送回电路；,电容元件是储能元件，把从电路中吸收的能量转化为电场能储存起来，在一定条件下又放出能量送回电路；,电路的瞬时功率为正值表示该时刻元件吸收能量；瞬时功率为负值表示该时刻元件放出能量；,1.,电压与电流的关系,设,大小关系：,相位关系：,u,、,i,相位相同,根据欧姆定律,:,频率相同,相位差 ：,一、,电阻元件的交流电路,R,u,+,_,U,I,2.,功率关系,(1),瞬时功率,p,：,瞬时电压与瞬时电流的乘积,小写,结论,:,（耗能元件）,且随时间变化。,p,i,t,u,O,t,p,O,i,u,瞬时功率在一个周期内的平均值,大写,(2),平均功率,(,有功功率,),P,单位,:,瓦（,W,）,P,p,p,t,O,注意：通常铭牌数据或测量的功率均指有功功率。,基本,关系式：,频率相同,U,=,I,L,电压超前电流,90,相位差,1.,电压与电流的关系,二、,电感元件的交流电路,设：,+,-,e,L,+,-,L,u,t,u,i,i,O,或,则,:,感抗,(),电感,L,具有通直阻交的作用,直流：,f=,0,X,L,=0,，,电感,L,视为,短路,定义：,有效值,:,交流：,f,X,L,只对交流电路有意义,2.,功率关系,(1),瞬时功率,(2),平均功率,L,是非耗能元件,小写,大写,用以衡量电感电路中能量交换的规模。,用,瞬时功率达到的最大值表征，即,单位：,var,(3),无功功率,Q,瞬时功率,：,例,1:,把一个,0.1H,的电感接到,f,=50Hz,U,=10V,的正弦电源上，求,I,，,如保持,U,不变，而电源,f,=5000Hz,这时,I,为多少？,解：,(1),当,f,=50Hz,时,（,2,）,当,f,=5000Hz,时,所以电感元件具有通低频阻高频的特性,练习题：,1.,一只,L,=20mH,的电感线圈，通以,的电流,求,(1),感抗,X,L,;(2),线圈两端的电压,u,;,(3),有功功率和无功功率。,电流与电压的变化率成正比。,基本,关系式：,1.,电流与电压的关系,频率相同,I,=,U,C,电流超前电压,90,相位差,则：,三、,电容元件的交流电路,u,i,C,+,_,设：,i,u,i,u,或,则,:,容抗,（,）,定义：,有效值,所以电容,C,具有隔直通交的作用,X,C,直流：,X,C,，,电容,C,视为,开路,交流：,f,相量图,U,I,2.,功率关系,(1),瞬时功率,(2),平均功率,由,C,是非耗能元件,小写,大写,同理，无功功率等于瞬时功率达到的最大值。,(3),无功功率,Q,单位：,var,由,单一参数电路中的基本关系,小 结,参数,L,C,R,基本关系,阻抗,相量图,U,I,U,I,U,I,单一参数正弦交流电路的分析计算小结,电路,参数,电路图,(,参考方向,),阻抗,电压、电流关系,瞬时值,有效值,相量图,功率,有功功率,无功功率,R,i,u,设,则,u,、,i,同相,0,L,C,设,则,则,u,领先,i,90,0,0,基本,关系,+,-,i,u,+,-,i,u,+,-,设,u,落后,i,90,U,I,U,I,U,I,1.,电流、电压的关系,4,RLC,串联的交流电路,设：,R,L,C,+,_,+,_,+,_,+,_,则,为同频率正弦量,电路参数,与电路性质的关系：,阻抗：,阻抗角：,当,X,L,X,C,时,，,0,，,u,超前,i,呈,感性,当,X,L,X,C,时，,X,C,X,L,0,感性,),参考相量,I,U,U,R,U,L,U,C,U,C,U,L,+,(,0,容性,),U,C,U,L,+,I,U,C,U,L,U,U,R,参考相量,由相量图可求得,:,2),相量图,由阻抗三角形：,电压,三角形,阻抗,三角形,U,U,R,U,C,U,L,+,2.,功率关系,储能元件上的瞬时功率,耗能元件上的瞬时功率,在每一瞬间,电源提供的功率一部分被耗能元件消耗掉,一部分与储能元件进行能量交换。,(1),瞬时功率,设：,R,L,C,+,_,+,_,+,_,+,_,(3),无功功率,Q,单位：,var,总电压,总电流,u,与,i,的夹角,根据电压三角形可得：,电阻消耗的电能,根据电压三角形可得：,电感和电容与电源之间的能量互换,U,U,R,U,C,U,L,+,(4),视在功率,S,电路中总电压与总电流有效值的乘积。,单位：,VA,注：,S,N,U,N,I,N,称为发电机、变压器 等供电设备的容量，可用来衡量发电机、变压器可能提供的最大有功功率。,P,、,Q,、,S,都不是正弦量，不能用相量表示。,阻抗三角形、,电压三角形、,功率三角形,S,Q,P,将电压三角形的有效值同除,I,得到阻抗三角形,将电压三角形的有效值同乘,I,得到功率三角形,R,U,U,R,U,X,例,1,：,已知,:,求,:(1),电流的有效值,I,;(2),各部分电压的有效值；,(3),作相量图；,(4),有功功率,P,、,无功功率,Q,和视在功率,S,。,在,RLC,串联交流电路中，,解：,电源电压,U,=220V,，,角频率为,314rad/s,。,(1),(2),U,R,U,C,U,L,+,U,U,C,U,L,(3),相量图,(4),单元三 正弦交流电路,3.1,三相电压,3.2,负载星形连接的三相电路,3.3,负载三角形连接的三相电路,3.4,三相功率,本章要求：,1.,理解三相,对称,电源,Y,和,连接时相电压、,线电压,关系。,2.,掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正,确联接方法，理解中线的作用。,3.,掌握对称三相电路电压、电流及功率的计算。,图,1,三相交流发电机示意图,1,三相电压,1.,三相电压的产生,工作原理：动磁生电,(,尾端,),(,首端,),+,e,1,e,2,e,3,U,2,U,1,V,1,V,2,W,1,W,2,+,+,+,+,_,_,e,e,U,1,U,2,图,2,三相绕组示意图,图,3,电枢绕组及其电动势,定子,转子,W,2,U,1,U,2,V,2,N,S,W,1,-,+,V,1,三相电动势瞬时表示式,铁芯,（作为导磁路经）,三相绕组,匝数相同,空间排列互差,120,:,直流励磁的电磁铁,定子,转子,发电机结构,相量图,波形图,e,0,e,1,e,2,e,3,2,120,240,360,E,2,E,1,.,.,120,120,120,E,3,.,对称三相电动势在任一时刻的瞬时值之和为,0,三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。,最大值相等,频率相同,相位互差,120,称为对称三相电动势,三个正弦交流电动势满足以下特征,供电系统三相交流电的相序为,1,2,3,2.,三相电源的星形连接,(1),连接方式,中性线,(,零线,),端线,(,相线,),相电压,：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压,线电压,：端线与端线间的电压,、,U,p,、,U,l,U,1,、,U,2,、,U,3,U,12,、,U,23,、,U,31,L,1,黄,e,1,+,中性点,+,+,U,V,W,e,3,+,e,2,+,U,3,+,+,L,2,绿,L,3,红,+,+,N,黑,U,1,U,12,U,2,U,31,U,23,(2),线电压与相电压的关系,由相量图可得,相量图,U,V,W,中性点,e,1,+,e,3,+,e,2,+,U,3,+,+,L,2,L,3,L,1,+,+,N,U,1,U,12,U,2,U,31,U,23,U,12,30,U,2,U,1,U,2,U,3,=,U,2,U,1,U,12,=,U,3,U,2,U,23,=,U,1,U,3,U,31,3.,三相电源的三角形连接,+,+,+,V,U,W,U,12,U,31,U,23,2,负载星形连接的三相电路,三相负载,不对称三相负载：,不满足,Z,1,=,Z,2,=,Z,3,如由单相负载组成的三相负载,对称三相负载：,Z,1,=,Z,2,=,Z,3,如,三相电动机,1.,三相负载,分类,单相负载：,只需一相电源供电,照明负载、家用电器,负载,三相负载：,需三相电源同时供电,三相电动机等,三相负载的联接,三相负载也有,Y,和,两种接法，至于采用哪种方法，要根据负载的额定电压和电源电压确定。,三相负载,Y,形连接原则,（,1,）电源提供的相电压,=,负载的额定电压；,（,2,）单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。,1,2,电源,3,熔断丝,三相四线制,380/220,伏,N,额定电压为,220,伏的单相负载,额定电压为,220,伏的三相负载,2.,负载星形连接的三相电路,结论：,负载,Y,形连接时，线电流等于相电流。,Y:,三相三线制,Y,0,：,三相四线制,(1),连接形式,U,2,U,1,U,3,+,Z,2,Z,3,Z,1,N,N,+,+,N,电源中性点,N,负载中性点,I,1,线,I,2,线,I,3,线,I,N,I,1,相,相电流：,流过每相负载的电流,I,相,线电流：,流过端线的电流,I,线,(2),负载,Y,连接三相电路的计算,1),负载端的线电压电源线电压,4),线电流相电流,Y,连接时：,5),中线电流,负载,Y,连接带中性线时,可将各相分别看作单相电路计算,负载,Y,连接带中性线时,2),负载的相电压电源相电压,负载对称时,中性线无电流,可省掉中性线。,例,1,：,若,R,1,=,R,2,=,R,3,=5,，,求线电流及中性线电,若,R,1,=5,R,2,=10,R,3,=10,求线电流及,一星形连接的三相电路，电源电压对称。设电源线电压,。,负载为,电灯组，,流,I,N,;,中性线电流,I,N,。,U,1,U,2,U,3,N,+,+,+,N,R,1,R,2,R,3,1,3,2,I,1,I,N,I,2,I,3,中性线电流,解：,三相负载对称,三相负载不对称,中性线电流,例,2,：照明系统故障分析,解,:,(,1,),1相短路,1),中性线未断,N,R,1,R,3,R,2,1,2,N,3,此时,1相短路电流很大，将1相熔断丝熔断，而,2,相和,3,相,未受影响，其相电压,仍为,220V,正常工作。,在上例中，试分析下列情况,(1)1,相短路,:,中性线未断时，求各相负载电压；,中性线断开时，求各相负载电压。,(2)1,相断路,:,中性线未断时，求各相负载电压；,中性线断开时，求各相负载电压。,此情况下，,2,相和,3,相的电灯组由于承受电压上所加的电压都超过额定电压（,220V),，,这是不允许的。,2)1相短路,中性线断开,时,此时负载中性点,N,即为,1,因此负载各相电压为,1,2,N,3,N,i,1,i,3,i,2,+,+,+,(2)1,相断路,2),中性线断开,2,、,3,相灯仍承受,220V,电压,正常工作。,1),中性线未断,变为单相电路，,如图,(2),所示,I,2,3,U,1,U,2,+,+,(2),N,R,1,R,3,R,2,1,2,N,3,(1),由图（,2,）可求得,结论,（,1,）,不对称负载,Y,连接又未接中性线时，负载相电压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。,（,2,）中线的作用：保证星形连接三相不对称负载的相电压对称。,（,3,）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开关。,1.,连接形式,3,负载三角形连接的三相电路,线电流,:,流过端线的电流,相电流,:,流过每相负载的电流,、,Z,12,Z,23,Z,31,1,3,2,+,+,+,线电流不等于相电流,(2),相电流,(1),负载相电压,=,电源线电压,即,:,U,P,=,U,L,一般电源线电压对称，因此不论负载是否对称，负载相电压始终对称,即,2.,分析计算,Z,12,Z,23,Z,31,1,3,2,+,+,+,相电流：,线电流：,U,12,=,U,23,=,U,31,=,U,l,=,U,P,相量图,23,12,31,23,12,31,30,负载对称时,相电流对称,，即,2,3,(3),线电流,由相量图可求得,为此线电流也对称，即 。,线电流比相应的相电流,滞后,30,。,三相负载的连接原则,负载的额定电压,=,电源的线电压,应作,连接,负载的额定电压,=,电源线电压,应作,Y,连接,应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源的联接方式无关。,三相电动机绕组可以连接成星形，也可以连接成三,角形，而照明负载一般都连接成星形（具有中性线）。,4,三相功率,无论负载为,Y,或,连接，每相有功功率都应为,P,p,=,U,p,I,p,cos,p,对称负载,连接时：,同理,对称负载,Y,连接时：,相电压与相,电流的相位差,当负载对称时：,P=,3,U,p,I,p,cos,p,所以,三相对称负载作三角形连接，,U,L,=220V,，当,S,1,、,S,2,均闭合时，各电流表读数均为,17.31,，三相功率,P,=4.5 kW,，,试求,:,1),每相负载的电阻和感抗；,2)S,1,合、,S,2,断开时,各电流表读数和有功功率,P,；,3)S,1,断、,S,2,闭合时,各电流表读数和有功功率,P,。,例,1,：,Z,31,1,1,1,S,1,S,2,Z,12,Z,23,3,1,2,或：,P,=,I,2,R,P,=,UI,3os,tg,=X,L,/R,解：,(1),由已知条件可求得,Z,31,1,1,1,S,1,S,2,Z,12,Z,23,3,1,2,2)S,1,闭合、,S,2,断开时,I,1,=,I,3,=10A,I,2,=17.32 A,流过电流表,1,、,3,的电流变为相电流,I,P,，,流过电流表,2,的电流仍为线电流,I,L,。,因为开关,s,均闭合时,每相有功功率,P,=1.5 kW,当,S,1,合、,S,2,断时，,Z,12,、,Z,23,的相电压和相电流不,变，则,P,12,、,P,23,不变。,P,=,P,12,+P,23,=,3,kW,S,1,1,1,1,S,2,Z,12,Z,31,Z,23,3,1,2,I,2,=0,3)S,1,断开、,S,2,闭合时,变为单相电路,Z,1,2,Z,23,Z,31,1,3,I,1,I,2,I,1,仍为相电流,I,P,，,I,2,变为,1/2,I,P,。,I,1,=,I,3,=10+5=15A,I,2,变为,1/2,I,P,，,所以,12,、,23,相的功率变为原来的,1/4,。,P,=1/4,P,12,+,1/4,P,23,+P,31,=,0.375 W+0.375 W+1.5 W,=2.25,kW,1,1,1,S,1,S,2,Z,12,Z,23,Z,31,1,2,3,例,2,：,某大楼电灯发生故障，第二层楼和第三层楼所有电灯都突然暗下来，而第一层楼电灯亮度不变，试问这是什么原因？这楼的电灯是如何联接的？同时发现，第三层楼的电灯比第二层楼的电灯还暗些，这又是什么原因,？,解,:,(,1),本系统供电线路图,P,三,层,二层,1,2,3,N,+,一层,(2),当,P,处断开时，二、三层楼的灯串联接,380V,电压，所,以,亮度变暗，但一层楼的灯仍承受,220V,电压亮度不变。,(3),因为,三楼灯多于二楼灯即,R,3,R,2,所以三楼灯比,二楼灯暗。,解：,(1),本系统供电线路图,1,P,2,3,N,三层,二层,一层,+,单元五,交流电动机及控制,5.1,三相异步电动机的构造,5.2,三相异步电动机的工作原理,5.3,三相异步电动机铭牌数据,5.4,三相异步电动机的起动、调速、制动,5.5,三相异步电动机转矩与机械特性,5.6,三相异步电动机电路的控制和保护,1.,理解三相交流异步电动机的基本构造和转动,原理。,本章要求：,3.,理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握起动和反转的基本方法,了解调速和制动的方法。,2.,理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。,电动
展开阅读全文
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490 
