电工与电子技术中职业教材课件.ppt

中等职业教育规划教材根据教育部中等职业学校新教学大纲要求编写,电工与电子技术,中华工商联合出版社,目录,第一篇电工基础,第一章直流电路第一节电路的基本结构和电路模型第二节电流第三节电压第四节电阻和欧姆定律第五节电能和电功率第六节电阻的连接第七节复杂电路的分析方法本章小结本章习题试验实训一基尔霍夫定律验证及电位测量实验,第二章交流电路第一节交流电的基本概念第二节正弦交流电路第三节电容和电感第四节正弦交流电路中的电阻、电感、电容元件第五节电阻与电感、电容串联电路第六节正弦交流电路的功率第七节三相交流电路本章小结本章习题试验实训二荧光灯电路的接线及提高功率因素的实验试验实训三三相电路的负载连接,目录,第三章电力的生产和输送第一节电力的生产第二节电力的输送和分配第三节变压器的原理和用途本章小结本章习题,第四章电动机及其控制第一节三相异步电动机第二节三相异步电动机的基本控制电路第三节单相异步电动机第四节直流电动机本章小结本章习题试验实训四三相异步电动机继电器接触器控制电路,第二篇电工技术,目录,第五章电器及其用电技术第一节常用低压电器第二节电工测量第三节安全用电本章小结本章习题,第二篇电工技术,目录,第六章半导体与二极管第一节半导体与二极管第二节二极管的单向导电性第三节二极管的伏安特性与主要参数第四节二极管的简单检测本章小结本章习题试验实训五练习使用示波器,第七章整流电路、滤波电路及稳压电路第一节整流电路第二节滤波电路第三节稳压电路与直流稳压电源第四节集成稳压电路本章小结本章习题试验实训六单相桥式整流电路实验,第三篇模拟电子技术,目录,第八章晶体管第一节晶体管的结构第二节晶体管的放大作用第三节晶体管的工作状态第四节晶体管的主要参数第五节晶体管的管型和管脚的判断本章小结本章习题试验实训七低频信号发生器及毫伏表的正确使用,第九章放大电路基础及分析第一节放大电路的概念及分类第二节共发射极放大电路第三节放大电路的工作原理第四节放大电路的波形失真及其调整方法第五节放大电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻第六节负反馈对放大电路性能的影响第七节共集电极放大电路射极输出器本章小结本章习题试验实训八单级电压放大电路,第三篇模拟电子技术,目录,第十章运算放大器第一节运算放大器基础第二节运算放大器的基本运算电路第三节差分放大器第四节功率放大电路本章小结本章习题试验实训九运算放大器的应用,第十一章其他半导体器件和振荡电路第一节晶闸管及其应用第二节单结晶体管及其应用第三节场效应管及其应用第四节振荡电路本章小结本章习题,第三篇模拟电子技术,第十三章时序和逻辑电路第一节触发器第二节计数器第三节寄存器第四节译码器和显示器本章小结本章习题试验实训十一计数、译码、显示电路实验,目录,第十二章数字电子技术基础第一节概述第二节基本逻辑运算和门电路第三节复合逻辑门电路第四节逻辑代数本章小结本章习题试验实训十集成“与非”门电路的逻辑功能及应用实验,第四篇数字电子技术,目录,第十四章数字电路的应用第一节逻辑电路的简单分析和综合应用的方法第二节触发器的应用第三节555集成定时器第四节数模和模数转换电路第五节数字电路综合实例数字钟电路本章小结本章习题试验实训十二灯光控制电路实验,第四篇数字电子技术,第一篇电工基础,知识目标1.了解电路和电路模型的概念。2.理解电源、负载的定义。3.理解电动势、电位、电能的概念及电流、电压的参考方向。4.了解参考方向与实际方向之间的关系。5.掌握欧姆定律。6.理解电路短路、开路的特点。7.掌握串联分压原理和并联分流原理。8.掌握基尔霍夫的两个定律,了解用支路电流法求解电路。技能目标1.能画出简单的电路模型。2.会判断电流、电压的实际方向。3.会熟练应用欧姆定律。4.掌握电压、电位的计算方法。5.会进行串联电路和并联电路的分析、计算。6.会进行一般复杂电路的分析、计算。,第一章直流电路,第一节电路的基本结构和电路模型,一、电路的定义及组成1.电路的定义让我们来做个实验，在磁性黑板上连接如图1-1所示电路，合上开关，小灯泡发光。先后取走任一元件，观察小灯泡是否还能继续发光。将小灯泡换成电铃，重复上面的实验。由电源、用电器、开关和导线等元件组成的电流路径叫电路。电路就好比马路是人及其他物体的通道，它是电子的通道。一个正确的电路，无论多么复杂，也无论多么简单，都是由这几部分组成的，缺少其中的任一部分，电路都不会处于正常工作的状态。图1-1灯泡发光电路图,第一节电路的基本结构和电路模型,2.电路的基本组成电路的基本组成包括以下4个部分：(1)电源(供能元件)：为电路提供电能的设备和器件(如电池、发电机等)。(2)负载(耗能元件)：使用(消耗)电能的设备和器件(如灯泡、电炉、电视机、电动机等用电器)。(3)控制和保护装置：用来控制电路的通断，保护电路的安全，使电路能够正常工作（如开关、熔断器、继电器等）。(4)连接导线：将电器设备用导线按一定方式连接起来(如各种铜、铝电缆线等)。二、电路模型以理想电路元件代替实际的元件组成电路，即为实际电路的模型，如图1-1所示。图1-2所示为最简单的直流电路灯泡电路。图1-2简单的直流电路,第一节电路的基本结构和电路模型,1.电路的状态(1)通路(闭路)。电源与负载接通，电路中有电流通过，电气设备或元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转换。(2)开路(断路)。如图1-1所示，打开开关，或将电路中的某一部分断开，小灯泡都不会发光，说明电路中没有电流。这种因某一处断开而使电路中没有电流的状态叫开路，又称为空载状态。(3)短路(捷路)。将图1-2中的小灯泡取下，用导线直接把电源的正、负极连接起来，过一会儿如果用手摸导线会感觉到导线发热。这种没有用电器而是直接用导线将电源正、负极相连的电路叫短路。短路是非常危险的，可能把电源烧坏，是不允许的。短路时，输出电流过大对电源来说属于严重过载，如没有保护措施，电源或电器会被烧毁或发生火灾，所以通常要在电路或电气设备中安装熔断器、保险丝等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果。在交流电中，常在总开关处接上保险丝，如果火线和零线直接连接，则保险丝会烧断，而不会烧坏电源，但电器及电线则可能被烧坏。所以，要尽量避免短路现象的发生。,第一节电路的基本结构和电路模型,2.电路模型突出实际电路元件的主要电磁性能，忽略次要因素的元件叫理想电路元件。电路模型中通常遵守以下几点：（1)在一定条件下对实际器件加以理想化，只考虑其中起主要作用的某些电磁现象。（2)理想电路元件是一种理想化的模型，简称为电路元件。电阻元件是一种只表示消耗电能的元件;电感元件是表示其周围空间存在着磁场而可以储存磁场能量的元件;电容元件是表示其周围空间存在着电场而可以储存电场能量的元件。（3)具有两个引出端的元件，称为二端元件;具有两个以上引出端的元件，称为多端元件。3.电路图在设计、安装、修理各种实际电路的时候，常常需要画出表示电路连接情况的图。为了简便，通常不画实物图，而用国家统一规定的符号来代表电路中的各种元件。常见的理想元件及符号如表1-1所示。用统一规定的图形符号画出的电路模型图称为电路图。图1-1即为一电路图。4.电路的作用(1)实现能量转换和电能传输及分配。(2)信号处理和传递。表1-1见书上3页,第二节电流,一、电流的基本概念电路中电荷沿着导体的定向运动形成电流，习惯上，人们把正电荷流动的方向规定为电流的方向。大小与方向都不随时间变化的电流称为稳恒电流，又称直流电流，用符号“I”表示；大小与方向都随时间变化的电流，称为交流电流，用符号“i”表示。讨论一般电流时可用符号i表示。电流的大小等于在单位时间内通过导体横截面的电量，称为电流强度(简称电流)。二、直流电流和交流电流如果电流的大小及方向都不随时间变化，即在单位时间内通过导体横截面的电量相等，则称之为稳恒电流或恒定电流，简称为直流(DirectCurrent)，记为DC或dc。直流电流要用大写字母I表示。对于直流电流，在任一瞬间t通过电路的电荷量q都不变，其电流为：直流电流I与时间t的关系在It坐标系中为一条与时间轴平行的直线。如果电流的大小及方向均随时间变化，则称为变动电流。对电路分析来说，一种最为重要的变动电流是正弦交流电流，其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化，将之简称为交流(Alternatingcurrent)，记为AC或ac。交流电流的瞬时值要用小写字母i或i(t)表示。对于交流电流，由于通过电路的电荷量一直在变化，只能取一个非常小的时间间隔t,此时通过的电荷量为q，则此时电流为：,第二节电流,在国际单位制中,电流的单位名称是安培(A),简称安;电荷量的单位为库仑(C),简称库。常用的电流单位还有毫安（mA）、微安（A）、千安（kA）等，它们与安培的换算关系为：1mA=10-3A;1A=10-6A;1kA=103A三、参考方向的引入在分析电路时，对复杂电路中某一段电路里电流的实际方向有时很难确定，而且有时电流的实际方向还在不断地改变，因此在电路中很难标明电流的实际方向，为了解决这一困难，引入了电流的参考方向这一概念。在一段电路或一个电路元件中事先选定一个方向，这个选定的电流方向就叫做电流的参考方向。（1）参考方向一经选定，在电路分析和计算过程中，不能随意更改；（2）所选定的电流参考方向并不一定就是电流的实际方向。电流参考方向的表示方法如下：（1）用实线箭头表示，如图1-3所示。（2）用双下标表示。如iAB表示电流的参考方向是由A指向B。,图1-3,第二节电流,电流参考方向的表示方法如下：（1）用实线箭头表示，如图1-3所示。（2）用双下标表示。如iAB表示电流的参考方向是由A指向B。若一致，则电流值为正，即i0；若相反，则电流值为负，即i0；相反时，电压值为负值，即UR1，则0，将电阻称为正温度系数电阻，即电阻值随着温度的升高而增大；如果R2R1，则XC)时，电压超前电流，RLC串联后的效果相当于RL串联电路，此时的电路呈感性；（2）当0，ULUC。在容性电路中，则有ULXC时，QLQC，电路的无功功率呈现感性；当XLXC时,QLQC,电路的无功功率呈现容性；当XL=XC时，QL=QC，电路的无功功率为零。综上所述，RLC串联电路的无功功率为：Q=QL-QC=(UL-UC)I根据RLC电路的电压三角形，可得：Q=（UL-UC）I=UIsin式中，U为电路总电压，I为总电流，是电路阻抗角，Q为电路总无功功率。当电路含有多个电感或电容时，电路总无功功率等于各无功功率的代数和，即：Q=Qi,第六节正弦交流电路的功率,四、视在功率在电工技术中，把电路端口电压有效值与电流有效值的乘积称为电路的视在功率，用字母S表示，单位为伏安（VA），即：S=UI视在功率反映电源设备的额定容量。视在功率无物理意义，不满足守恒定律。五、功率因数有功功率与视在功率的比值称为功率因数，用表示，即：=P/S=UIcos/UI=cos式中，cos称为功率因数，通常用表示，即=cos。因为0|90，所以0cos1。功率因数角是电路总电压与总电流的相位差，也是电路的阻抗角，可见功率因数与电路元件的性质有关。对于纯电阻（电路中只有电阻元件）来说，电压与电流同相，=0,cos=1，所以PR=UI；对于纯电感（电路中只有电感元件）来说，电压超前电流90，=90,cos=0，所以PL=0；而对于纯电容（电路中只有电容元件）来说，电压滞后电流90，=-90,cos=0，所以PC=0。,第六节正弦交流电路的功率,六、功率三角形P、Q和S三者之间可用三角形联系起来，此三角形称为功率三角形，如图2-31所示。功率三角形S=UI=P2+Q2P=UIcos=ScosQ=UIsin=Ssin图2-31=cos=PS,第六节正弦交流电路的功率,七、功率因数的提高1.提高功率因数的意义（1)提高电源设备的利用率.当电源容量S=UI一定时，功率因数cos越高，其输出的功率P=UIcos越大。因此，为了充分利用电源设备的容量，应该设法提高负载网络的功率因数。（2)降低线路损耗.当负载的有功功率P和电压U一定时，cos越大，输电线上的电流越小，线路上能耗就越少。（3)提高供电质量.线路损耗减少，可以使负载电压与电源电压更接近，电压调整率更高。（4)节约铜材.在线路损耗一定时，提高功率因数可以使输电线上的电流减小，从而可以减小导线的截面，节约铜材。,第六节正弦交流电路的功率,2.提高功率因数的方法功率因数不高的原因主要是由于大量感性负载的存在。工厂中广泛使用的三相异步电动机就相当于感性负载。为了提高功率因数，可以从两个方面着手：一方面是改进用电设备的功率因数，这主要涉及更换或改进设备；另一方面是在感性负载的两端并联适当大小的电容器。提高功率因数的原理设原负载为感性负载，其功率因数为cos，电流为I1，在其两端并联电容器C，电路如图2-33所示，并联电容以后，并不影响原负载的工作状态。从相量图可知，由于电容电流补偿了负载中的无功电流，使总电流减小，电路的总功率因数提高了。,图2-33,第七节三相交流电路,一、对称三相交流电源日常生活中，往往用的是三相交流电，而不是单相交流电。三相交流电和单相交流电相比，具有以下主要优点：三相电机比单相电机设备利用率高，工作性能优良；三相电比单相电用途更加广泛；三相电在传输分配方面更加优越且节省材料。由于上述原因，所以三相电得到了广泛的应用。生活中的单相电常常是三相电中的一相。1.三相电动势(1)单相电动势的产生：如图2-34所示，在两磁极中间，放一个线圈（绕组）。让线圈以的速度顺时针旋转。根据右手定则可知，线圈中产生感应电动势，其方向由U1U2。合理设计磁极形状，使磁通按正弦规律分布，线圈两端便可得到单相电动势。单相电动势的表达式为：eU1U2(t)=21/2Emsint,第七节三相交流电路,图2-34单相电动势的产生(2)三相电动势的产生：如图2-35所示，若定子中放3个线圈(绕组)：U1U2，V1V2，W1W2，由首端（起始端、相头）指向末端（相尾），3个线圈的空间位置各差120，转子装有磁极并以的速度旋转，则在3个线圈中便产生3个单相电动势。,图2-35三相电动势的产生,第七节三相交流电路,2.对称三相电源(1)供给三相电动势的电源称为三相电源；3个最大值相等、角频率相同而初相位互差120的三相电源则称为对称三相电源。如图2-36所示，它们的参考方向是始端为正极性，末端为负极性。（2）三相电源的表示式为：uU(t)=UmsintuV(t)=Umsin(t-120)uW(t)=Umsin(t-240)=Umsin(t+120)图2-36对称三相电源(3)相量表示式及波形图、相量图三相电源的相量表达式为：UU=U/0UV=U/-120图2-37三相电源的波形图UW=U/120三相电源的波形图和相量图如图2-37和图2-38所示。图2-38三相电源的相量图,第七节三相交流电路,(4)对称三相电源的特征：大小相等，频率相同，相位互差120。对称三相电源的3个相电压瞬时值之和为零，即uU(t)+uV(t)+uW(t)=0,UU+UV+UW=0。(5)相序：对称三相电压到达正（负）最大值的先后次序，UVWU为顺序，UWVU为逆序。本章若无特殊说明，对称三相电源的相序均为顺序。二、三相负载的连接1.三相负载的星形连接(1)常用术语：如图2-43所示。图2-43,第七节三相交流电路,特点：线电流等于相电流，Il=Ip，中性线电流等于各相电流代数和。IU=UU/ZU,IV=UV/ZV,IW=UWZW即：IN=IU+IV+IW中性线：连接两个中性点N和N的连接线。端线：由电源始端引出的连接线。相电流：流过每相电源（负载）的电流IUN、IVN、IWN，有效值记作Ip。线电流：流过端线的电流IU、IV、IW，有效值记作Il。中线电流：流过中性线的电流IN。相电压：每相电源（负载）的端电压。线电压：两端线之间的电压。(2)三相四线制电路的定义和特点。定义：在电源与负载都是星形连接的电路中，连接电源与负载有4条输电线，即3根端线与1根中性线，这样的连接叫三相四线制，用Y/Y0表示，如图2-44所示。目前我国低压配电系统普遍采用三相四线制，线电压是380V，相电压是220V。当负载不是对称负载时，应采用三相四线制连接。,图2-44三相四线制,第七节三相交流电路,(3)三相三线制电路的定义和特点。在电源与负载都是星形连接的电路中，连接电源与负载有3条输电线，即3根端线，这样的连接叫三相三线制，如图2-45所示。当负载是对称负载时，可以省略中性线，采用三相三线制连接。线电流等于相电流，Il=Ip，而IU+IV+IW=0，由于3个线电流的初相位不同，在某一瞬时不会同时流向负载，至少有1根端线作为返回电源的通路。图2-45三相三线制电路图2-46三相负载的三角形连接2.三相负载的三角形连接(1)将三相负载首尾依次连接成三角形后，分别接到三相电源的3根端线上，这种连接称为三角形连接，如图2-46所示。(2)接在对称三相电源上的对称三相负载为三角形连接时，线电流是相电流的3倍，其相位依次较对应的相电流滞后30。当Y形负载为三相电动机之类的绝对对称负载时，不接中性线，电源可以是Y形的，也可以是形的。,第七节三相交流电路,三、三相电路中的电压和电流的关系三相电源和三相负载对称，且3根端线的线路阻抗也相同的三相电路称为对称三相电路，如图2-47所示。图2-47三相负载星形连接的对称三相电路对称三相电路的特点：（1）中性点之间的电压和中性线电流都等于0，中性线不起作用，ZN的大小与电路工作状态无关，甚至可以不用连线，从而节约导线。（2）三相电流是对称的，各相电流仅由各相电源电压与各相阻抗决定，相电流大小相等，相位差120。（3）负载端相电压对称，线电压也对称，Ul=31/2Up，线电压超前对应相电压30。,第七节三相交流电路,四、三相电路的功率1.三相负载的有功功率P=PU+PV+PW=UUIUcosU+UVIVcosV+UWIWcosW=I2URU+I2VRV+I2WRW若三相负载是对称的，UUIUcosU=UVIVcosV=UWIWcosW=UpIpcosp。三相总有功功率为P=PU+PV+PW=3UpIpcospUp、Ip代表负载上的相电压和相电流。当负载为星形连接时，Up=Ul/31/2,Ip=Il,P=31/2UlIlcosp=3I2pR。当负载为三角形连接时，Up=Ul,Ip=Il/31/2,P=31/2UlIlcosp。即对称三相电路的有功功率的计算公式为P=31/2UlIlcosp，与负载的连接方式无关，但p仍然是相电压与相电流之间的相位差，由负载的阻抗角决定。2.三相负载的无功功率Q=QU+QV+QW=UUIUsinU+UVIVsinV+UWIWsinW=I2UXU+I2VXV+I2WXWQp=UpIpsinp若三相负载是对称的，无论负载接成星形还是三角形，则有：Q=QU+QV+QW=3UpIpsinp=31/2UlIlsinp=3I2pXp,第七节三相交流电路,3.三相负载的视在功率S=（P2+Q2）1/2若三相负载对称，则S=【(31/2UlIlcosp)2+(31/2UlIlsinp)2】1/2=31/2UlIl=3UpIp。但要注意在不对称三相制中，SSU+SV+SW。见书第73页4.三相负载的功率因数cos=P/S，若负载对称，则=3UlIlcosp3UlIl=cosp。在对称情况下，cos=cos是一相负载的功率因数，=，即为负载的阻抗角。在不对称负载中，各相功率因数不同，三相负载的功率因数值无实际意义。,第七节三相交流电路,5.对称三相电路的瞬时功率p=pU+pV+pW=uUiU+uViV+uWiWp=31/2UlIlcosp即对称三相电路中，虽然各相功率是随时间变化的，但三相瞬时总功率等于平均功率，是不随时间变化的常数。因此,作为三相对称负载的电动机的转矩是恒定的，运转平稳，这种对称三相电路也称为平衡三相电路.,实验实训二荧光灯电路的接线及提高功率因数的实验,一、实验目的1.学会荧光灯的安装。2.学会提高并联电容器功率因数的方法。3.理解提高功率因数的意义。二、实验原理1.荧光灯发光原理（1）荧光灯电路的组成。荧光灯电路由荧光灯管、镇流器、启辉器组成，其原理图如图2-51所示。图2-51荧光灯电路原理图荧光灯管。荧光灯管是一支细长的玻璃管，其内壁涂有一层荧光粉薄膜，在荧光灯管的两端装有钨丝，钨丝上涂有受热后易发射电子的氧化物。荧光灯管内抽成真空后，充有一定量的惰性气体和少量的汞气。惰性气体有利于荧光灯的启动，并延长灯管的使用寿命；汞气作为主要的导电材料，在放电时产生紫外线激发荧光灯管内壁的荧光粉转换为可见光。,实验实训二荧光灯电路的接线及提高功率因数的实验,启辉器。启辉器主要由辉光放电管和电容器组成，其内部结构如图2-52所示。其中辉光放电管内部的倒U形双金属片（动触片）由两种热膨胀系数不同的金属片组成；通常情况下，动触片和静触片是分开的；小容量的电容器，可以防止启辉器动、静触片断开时产生的火花烧坏触片。图2-52启辉器的内部结构镇流器。镇流器是一个带有铁芯的电感线圈。它与启辉器配合产生瞬间高电压使荧光灯管导通，激发荧光粉发光，还可以限制和稳定电路的工作电流。,实验实训二荧光灯电路的接线及提高功率因数的实验,（2）荧光灯的工作原理.如图2-51所示，当把荧光灯电路开关合上后，灯管两端的电压是220V，这个电压不能使管内的惰性气体导通，灯管是断路的，此时电源电压经过灯丝加到启辉器的两触片上，使它们之间发生辉光放电。由于放电使动触片（膨胀系数不同的U型双金属片）受热膨胀与静触片相接触，此时电路就接通了。于是电流流过灯丝，将灯丝加热从而使灯丝上的氧化物发射出大量的电子，但与此同时，由于双金属片与静触片接触闭合，它们之间的放电停止，双金属片便冷缩又与静触片离开，使电路突然中断，镇流器中电流突然减小，于是在镇流器两端产生一个比电源电压高得多的自感电动势，它和电源电压串联后加在荧光灯管两端，迫使灯管内惰性气体分子电离而产生弧光放电，荧光灯管内温度逐渐升高，汞气游离，并猛烈地撞击惰性气体分子而放电，同时辐射出不可见的紫外线激发灯管内壁的荧光粉而发出近似荧光的可见光。荧光灯管发光后，其两端的电压不足以使启辉器辉光放电，这时，交流电源、镇流器与荧光灯管串联构成一个电流通路，从而保证荧光灯的正常工作。2.功率因数补偿原理提高功率因数可以降低线路损耗、提高电源设备的利用率、改善供电质量等。,实验实训二荧光灯电路的接线及提高功率因数的实验,三、实验器材荧光灯（220V，40W）1只；镇流器（220V，40W）1个；启辉器1个；熔断器（220V，5A）1只；交流电源1个；交流电流表1个；功率表1个；交流电压表1个；万用表1个；电容器1个；开关（250V，5A）2个；导线若干。四、实验步骤1.荧光灯电路的安装（1）布局定位。根据荧光灯电路各部分的尺寸进行合理布局定位，制作荧光灯安装电路板，如图2-53所示。图2-53荧光灯安装电路板（2）用万用表检测荧光灯。灯管两端灯丝应有几欧姆电阻，镇流器电阻约为2030，启辉器不导通，电容器应有充电效应。（3）根据图2-51，进行荧光灯电路的安装。（4）接好线路并经老师检查合格后，通电观察荧光灯电路的工作情况。,实验实训二荧光灯电路的接线及提高功率因数的实验,2.荧光灯电路参数的测量（1）根据荧光灯电路原理图，画出接线图如图2-54所示，并接线。图2-54荧光灯电路接线图（2）断开开关S2，闭合电源开关S1，用交流电流表测量荧光灯电路的电流I；用功率表测量荧光灯电路的功率P；用交流电压表分别测量荧光灯电路的电压UBD、灯管两端的电压UCD、镇流器的电压UBC，并计算灯管的电阻R、镇流器的电阻RL、镇流器的电感L。3.荧光灯电路功率因数的提高（1）按照图2-54所示电路连接实验电路。（2）闭合开关S2，闭合电源开关S1，改变并联电容的数值，分别测量荧光灯电路的总电流I、荧光灯电流I1、电容电流I2，并计算电路对应的功率因数。,实验实训二荧光灯电路的接线及提高功率因数的实验,五、注意事项（1）实训过程中必须注意人身安全和设备安全。（2）注意荧光灯电路的正确接线，镇流器必须与灯管串联。（3）镇流器的功率必须与灯管的功率一致。（4）荧光灯的启动电流较大，启动时用单刀开关将功率表的电流线圈和电流表短路，防止仪表损坏，操作时要注意安全。（5）保证安装质量，注意安装工艺。六、实验结论在感性负载两端并联上适量电容，可使电路中的总电流下降，从而提高整个电路的功率因数。,实验实训三三相电路中的负载连接,一、实验目的1.学会三相负载的星形连接方法。2.学会三相负载的三角形连接方法。3.验证对称三相负载时，线电压与相电压之间的关系。4.验证对称三相负载时，线电流与相电流之间的关系。5.理解负载电路中中性线的作用。二、实验原理三相电路中，负载的连接方式有星形连接和三角形连接两种。星形连接时，根据需要可采用三相三线制或三相四线制供电。三角形连接时只能用三相三线制供电。三相电路中的电源和负载有对称和不对称两种情况，本实验仅研究三相电源对称情况下，负载作星形连接和三角形连接的工作情况。1.星形连接三相负载作星形连接时，其电路原理图如图2-55所示。图2-55三相负载星形连接的电路原理图三相对称负载Ul=31/2Up,Il=Ip。,实验实训三三相电路中的负载连接,2.三角形连接三相负载作三角形连接时，其电路原理图如图2-56所示。图2-56三相负载三角形连接的电路原理图三相对称负载Ul=UP,Il=31/2Ip。三、实验器材三相调压器1台；三相闸刀开关（500V，15A）1个；一般单级开关（250V，5A）2个；灯座6个；灯泡6只；交流电压表6个；交流电流表6个；导线若干。,实验实训三三相电路中的负载连接,四、实验步骤1.三相负载作星形连接（1）按图2-56所示电路原理图接线；（2）检查接线无误后，将三相调压器手柄旋到输出电压为零的位置，闭合三相电源闸刀开关QS1和QS2；（3）调节三相调压器的输出手柄，使输出的相电压Up=220V；（4）用电压表分别测量负载对称（采用3个均为60W的灯泡作为对称负载）、负载不对称（采用3个分别为25W、40W、60W的灯泡作为不对称负载）两种情况下加在各个灯泡上的电压以及中性点之间的电压，观察灯泡的发光情况（正常、过亮、过暗、不亮），并列表进行记录；（5）拆除中性线后，重复步骤（4）的过程，并列表进行记录；（6）将三相调压器输出电压降为零，切断三相电源开关。,2.三相负载作三角形连接（1）按图2-56所示电路原理图接线；（2）检查接线无误后，将三相调压器手柄旋转到输出电压为零的位置，闭合三相电源闸刀开关QS1和QS2；（3）调节三相调压器的输出手柄，使输出的线电压UL=220V；（4）用电流表分别测量负载对称（采用3个均为60W的灯泡作为对称负载）、负载不对称（采用3个分别为25W、40W、60W的灯泡作为不对称负载）两种情况下负载的线电流，观察灯泡的亮度，并列表进行记录；（5）将三相调压器输出电压降为零，切断三相电源开关,实验实训三三相电路中的负载连接,五、注意事项（1）注意三相调压器的正确接线，调压器的中性点必须与电源的中性线相连接。（2）三相交流电源电压较高，线路必须经实验指导教师检查认可后，方可通电进行实验，严禁人体触及带电部分，以确保人身安全。（3）更换实验内容时，必须先断电，严禁带电操作。（4）在进行三相不对称负载星形连接无中性线的实验时，由于加在3个灯泡上的电压不对称，有的灯泡上的电压可能超过220V，因此在进行实验时动作要迅速，以免烧坏灯泡。（5）三相电路的实验线路比较复杂，要会对故障现象进行分析、判断，并用电压表有目的地进行查找。六、实验结论三相交流电路星形连接和三角行连接中电压与电流之间的关系与预期一致。中性线有很重要的作用，它可以保证三相负载电压的对称，防止发生事故。,第二篇电工技术,第三章电力的生产和输送知识目标1.了解电能的特点及生产方式。2.了解电能的输送和分配原理。3.了解变压器的基本原理和主要用途。4.掌握变压器的功率和效率。技能目标1.会识别各种类型的变压器。2.熟悉几种常用变压器。,第一节电力的生产,一、电能的特点电能是电作功的能力。自然界存在着电能，如打雷闪电时产生电能，但人类至今还未能开发或直接利用自然界存在的电能，人类现在利用的所有电能都是由其他形成的能源转换而来的。二、电力的生产当前比较常见的电力生产方式主要有以下3种：1.火力发电火力发电是通过煤、石油、天然气等化石燃料燃烧来加热水，使化学能转变为热能，从而产生高温、高压的水蒸汽，然后用水蒸汽来推动汽轮机旋转并带动三相交流同步发电机发电。2.水力发电水力发电的基本原理是利用水体中的落差和流量来推动水轮机旋转并带动发电机发电。影响水力发电效率的主要因素是流量与水头。流量是指单位时间内通过某一地点的水体体积。水头是指水体在被利用于发电过程中的高度差，也称落差。,第一节电力的生产,3.原子能发电原子能发电的基本原理是利用原子核裂变时释放出来的巨大能量来加热水，产生高温高压的水蒸汽来推动汽轮机从而带动发电机发电。原子能发电具有以下优点：（1）能量高度集中，燃料费用低廉，综合经济效益好。原子能发电的总成本低于常规发电的总成本。（2）所需燃料数量少，不受运输和储存的限制。一座100万千瓦的常规发电厂，一年需要烧掉300万吨煤，平均每天需要一艘万吨轮来运煤。而使用原子能发电，一年只需要30吨核燃料。（3）污染环境较轻。原子能发电不向外排放CO、SO2、NOx等有害气体和固体微粒，也不排放产生温室效应的CO2。原子能发电站日常放射性废气和废液的排放量很小，周围居民由此受到的辐射极其微小。此外，还有太阳能发电、风力发电、潮汐发电和地热发电等电力生产方式。,第二节电力的输送和分配,一、电力系统电力系统是由发电厂、输配电系统及电力用户组成，是由电源、中间环节、负载组成的对能量进行转换、输送及分配的典型电路。1.传统的交流输电系统三相交流输电线输送的功率正比于线电压及线电流，当输送功率一定的情况下，输送电压越高，输送的电流就越小，所用导线截面积也就越小，线路上的电能损耗也越少，线路投资当然就越少，这是提高输电电压的原因。但电压越高对绝缘的要求也越高，线路电压的提高受制于高压电器的制作水平与能力；并且电压越高，对杆塔、变压器、断路器等的投资也就越大。因此，对应一定的输送功率与输送距离，可以得到一个相对最佳的输电电压。再综合考虑高压电器设备制作的经济性以及便于代换，我国国家标准规定高压交流送电电压为6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV和750kV共8个等级，现在还在进行10001500kV超高压送电系统的研究。,第二节电力的输送和分配,图3-1最早的三相交流输电系统示意图从图3-2可以看出，电力系统是由电源（各种类型的发电厂）、变压器、导线、开关以及负载（用电单元）所组成，是实现电荷流通的物理通道，由各种架空电线（水泥杆塔、铁塔）或电缆向分布在各处的用电单元实现电能输送，在空间上形成了电能分配的网络，这类似信息传输中的“空分”。当用电紧张或电网出现突发事故时，供电部门的调度人员有时会采取措施对某些用电单元限时供电，这又有点类似信息传输中的“时分”。总之，电力系统是一个实现能量转换、传输、分配的复杂的电网络。,第二节电力的输送和分配,图3-2某电力系统示意图,第二节电力的输送和分配,2.灵活的交流输电技术灵活的交流输电技术采用大功率现代电力电子器件代替传统的机电式开关，对电压、线路阻抗、功角这3个影响电力系统中功率输送的主要因素按系统的需求迅速调整，它具有如下优点：（1）在不改变现有电网结构的情况下，可以极大地提高电网的输电能力。（2）扩大了系统对电压潮流的控制能力。（3）有很强的限制短路电流、阻尼振荡的能力，能提高系统暂态稳定性。（4）提高了系统的可靠性、快速性和灵活性。（5）对系统的参数既可断续调节又可连续调节。现代电力系统引入了现代能量管理系统，使系统运行实现实时信息的采集和监测、经济运行、静态安全评估及预防性控制等功能，它应用了现代电子信息技术中包括数字化技术、计算机网络、微波、光纤及卫星通信技术和全球定位系统等在内的新技术。总之，现代电力系统为了能向现代社会提供更高质量的供电，一直在不断地采用新的科学技术来促进自身的发展。,第二节电力的输送和分配,二、工业与民用供电系统小型工业与民用建筑设施供电，一般电源进线为610kV，用配电线路将电能送到一个简单的降压变电所，降为低压380V/220V，供给用电设备。如图3-3所示。图3-3小型图3-4中型图3-5大型中型工业与民用建筑设施供电，一般电源进线为610kV，经高压配电所，再由610kV配电线路将电能送到各用电点的变电所，降为380V/220V低压，供给用电设备。如图3-4所示。大型工业与民用建筑设施供电，电源进线一般为35kV或以上，第一次降压至610kV，然后由配电线路送到各用电点的变电所，再降至380V/220V电压。也有将35kV直接降为低压的。如图3-5所示。,第三节变压器的原理和用途,一、变压器的基本知识1.变压器的定义变压器是一种利用电磁感应原理，将某一数值的交变电压变换为同一频率的另一数值的交变电压的静止的电气设备。变压器在电工与电子技术中具有非常广泛的用途。变压器可用来把某种数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压，也可以改变交流电的数值及变换阻抗或改变相位。2.变压器的意义发电厂欲将P=3UIcos的电功率输送到用电区域，在P、cos为一定值时，若采用的电压愈高，则输电线路中的电流愈小，因而可以减少输电线路上的损耗，节约导电材料。所以，远距离输电采用高电压是最为经济的。电能输送到用电区域后，为了适应用电设备的电压要求，还需通过各级变电站（所）利用变压器将电压降低为各类电器所需要的电压值。在用电方面，多数用电器所需电压是380V、220V或36V，少数电机采用3kV、6kV等。,第三节变压器的原理和用途,3.变压器的分类按用途不同，变压器分为电源变压器、电力变压器、调压变压器、仪用互感器和隔离变压器。按结构不同，变压器分为双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器及自耦变压器。按铁芯结构不同，变压器分为壳式变压器和心式变压器。按相数不同，变压器分为单相变压器、三相变压器和多相变压器。变压器的种类虽多，但基本原理和结构是一样的。图3-6为各种变压器的图形。,图3-6各种变压器,第三节变压器的原理和用途,4.变压器的基本结构变压器由套在一个闭合铁芯上的两个或多个线圈（绕组）构成，如图3-7所示。（1）铁芯。铁芯构成了电磁感应所需的磁路。为了减少磁通变化时所引起的涡流损失，变压器的铁芯要用厚度为0.350.5mm的硅钢片叠成，片间用绝缘漆隔开。铁芯分为芯式和壳式两种。图3-7变压器的基本结构（2）线圈。变压器和电源相连的线圈称为原绕组（或原边,或初级绕组），其匝数为N1；和负载相连的线圈称为副绕组（或副边,或次级绕组），其匝数为N2。绕组与绕组及绕组与铁芯之间都是互相绝缘的。5.变压器的符号变压器的符号如图3-8所示。6.理想变压器图3-8变压器的符号原、副两绕组的电阻为零，电感无穷大，没有漏磁，没有铁芯损耗的变压器为理想变压器。,第三节变压器的原理和用途,二、变压器的工作原理变化的磁场在绕组里产生了感应电动势，接上正弦波电压，则线圈中将产生正弦波电流，同时在铁芯中有正弦交变磁通穿过绕组，所以二次绕组中产生感应电动势、感应电流。简单地说，即交变磁场感应出交变电压，交变电流产生交变磁场。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交变磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。1.变压器的空载运行变压器原线圈接上额定的交变电压u1，副线圈开路不接负载，称为空载运行，如图3-9所示。副边中的电流为零，原边的空载电流为i0。2.电压平衡方程和变压比空载时变压器的原绕组电路是一个含有铁芯线圈的交流电路，在工程计算中常忽略原绕组中的阻抗不计，则有：U1/U2E1/E2=N1/N2=Ku,图3-9空载时的变压器,第三节变压器的原理和用途,式中，Ku称为变压器的变压比，简称变比.3.变压器的负载运行变压器副边接上负载阻抗Z后，副线圈中通过电流i2，如图3-10所示。I1/I2=N2/N1=KiKi称为变压器的变流比，表明原、副绕组内的电流大小与线圈匝数成反比。结合前式还可得：U1/U2I2/I1该式表明，在不考虑变压器本身损耗的情况下（理想状态），变压器原绕组输入的功率等于副绕组输出的功率。这也说明变压器是一种把电能转换为“高压小电流”或“低压大电流”的电器设备，因而起着传递能量的作用。,图3-10负载运行时的变压器,第三节变压器的原理和用途,三、变压器的损耗和效率1.输入功率变压器负载运行时，原线圈的输入功率即有功功率P1=U1I1cos1,其中1为原边电压U1与电流I1的相位差。2.输出功率副线圈给负载输出的有功功率P2=U2I2cos2，这里cos2为负载的功率因数。3.变压器的损耗输入的有功功率和输出的有功功率之差，就是变压器的损耗。变压器的损耗包括铜损和铁损两部分，铜损为绕组的损耗，铁损为铁芯中产生的磁滞损耗和涡流损耗。变压器的功率损耗P=PCu+PFe=P1-P2。4.额定容量变压器的额定电压是指变压器在额定情况下运行时，原线圈应加的电压及原线圈加上额定电压时副边的空载电压。变压器的额定容量为副边额定电压和副边额定电流的乘积，即S=U2eI2e，其单位为VA或kVA(伏安或千伏安）。5.变压器的效率变压器的效率为：=P2/P1100%,第四章电动机及其控制,知识目标1.掌握三相异步电动机的结构、工作原理、旋转磁场、转动原理、转矩、转速与转差率。2.了解三相异步电动机的机械特性。3.了解三相异步电动机的起动、反转、调速、制动方法和技术数据的计算。4.熟悉单相异步电动机的结构、工作原理。5.了解继电器接触器控制系统。技能目标掌握三相异步电动机的工作原理、机械特性、起动方法以及正反转控制电路。,第一节三相异步电动机,电机是利用电和磁相互作用的电磁感应原理来实现将机电能量和信号相互转换的装置，它是电动机、发电机和信号电机的总称。而电动机是将电能转换为机械能（旋转运动或直线位移）的装置。按电源的种类，可将电动机分为交流电动机和直流电动机。交流电动机还分为同步机和异步机（鼠笼式和绕线式），直流电动机可分为永磁式电动机和电磁式电动机等。目前应用最广泛的电动机依次为三相交流异步电动机、单相交流异步电动机和直流电动机。一、三相交流异步电动机三相交流异步电动机（简称三相异步电动机）由定子和转子构成。定子和转子都有铁芯和绕组。转子分为鼠笼式和绕线式两种结构。鼠笼式转子绕组有铜条和铸铝两种形式。绕线式转子绕组的形式与定子绕组基本相同，3个绕组的末端连接在一起构成星形连接，3个始端连接在3个铜集电环上，起动变阻器和调速变阻器通过电刷与集电环和转子绕组相连接。（1）三相定子绕组：产生旋转磁场。（2）转子：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。（3）机座：机座是电动机的外壳，起支撑作用。（4）在异步电动机中,旋转磁场代替了旋转磁极。其中：iU=ImsintiV=Imsin(t-120)iW=Imsin(t-240)=Imsin(t+120),第一节三相异步电动机,如图4-2(a)、(b)所示。定子通入三相电流，定子内产生旋转磁场。(a)定子绕组(b)定子绕组的三相电流图4-2图4-3电流各时刻的合成磁场方向对应电流各时刻的合成磁场方向如图4-3所示。从图4-3可看出，电流变化一周，磁场旋转360。,第一节三相异步电动机,二、三相异步电动机的工作原理异步电动机的转动原理1.转子电动势和转子电流定子绕组通入电流后，产生旋转磁场，与转子绕组之间产生相对运动，由于转子电路是闭合的，产生转子电流。根据左手定则可知，转子绕组上产生了电磁力。2.电磁转矩和转子旋转方向电磁力分布在转子两侧，对转轴形成一个电磁转矩T，电磁转矩的作用方向与电磁力的方向相同，因此转子顺着旋转磁场的旋转方向转动起来。3.转子转速和转差率转子转速n与旋转磁场的转速n1的方向一致，但不能相等（应保持一定的转差）。n1又称为同步转速。转差率为旋转磁场同步转速与电动机转速之差。同步转速一样，转差率也可反映电动机运行速度的快慢。常用转差率s来表示n与n1相差的程度，即：s=n1-n/n1100%在电动机起动瞬间，n=0,s=1（转差率最大）；当转子达到最大转速时，nn1,s0(转差率最小）。因此，s的范围为：00时，VD1、VD4导通,VD2、VD3截止，故有图示iD1（iD4）的波形；同样，在u1的负半周时，u20，UBC0，功率管的导电角=2。（2）乙类放大。在输入正弦信号的一个周期内，只有半个周期三极管导通，称为乙类放大。此时功率管的导电角=。（3）甲乙类放大。在输入正弦信号的一个周期内，有半个周期以上且小于一个周期三极管是导通的，称为甲乙类放大。此时功率管的导电角满足：2。,第四节功率放大电路,二、互不对称功率放大器1.互补对称功率放大电路的结构特点（1）由NPN型、PNP型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成。（2）双电源供电。（3）输入端和输出端不加隔直。2.互补对称功率放大电路的工作原理图10-13互补对称功率放大电路在图10-13所示电路中，两晶体管分别为NPN管和PNP管，由于它们的特性相近，故称为互补对称管。静态时，两管的ICQ=0；有输入信号时，两管轮流导通，相互补充，既避免了输出波形的严重失真，又提高了电路的效率。由于两管互补对方的不足，工作性能对称，所以这种电路通常称为互补对称功率放大电路。双电源互补对称功率放大电路又称无输出电容的功率放大电路(OCL电路)。,实验实训九运算放大器的应用,一、实验目的1.熟悉集成运算放大器的外形结构、引脚功能以及连接方法。2.研究集成运算放大器组成比例求和电路的特点和分析方法。3.培养良好的识图能力和按照电路接线的能力。4.练习使用示波器、信号发生器和万用表。二、仪器设备1.SS-7802型示波器1台；2.信号发生器1台；3.万用表1只；4.模拟/数字实验箱1台。三、实验步骤1.反相比例运算电路注意：接线时断开电源,接线完毕检查无误后再接通电源。（1）按图10-17接线,将电源+12V接入实验电路,将电源地线接入实验电路。图10-17反相比例运算电路实验电路图,实验实训九运算放大器的应用,（2）输入f=1000Hz,Uipp=100mV的正弦信号,用示波器