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本钢供水厂职工培训教材 水泵运行工 第五章电工基础知识 本溪钢铁 集团 有限责任公司供水厂主讲 张保同魏学斌 第一节电荷和电场 一 电荷我们用一根玻璃棒在丝绸上摩擦几下 会发现玻璃棒和丝绸都能吸引纸屑 头发 羽毛等轻小的物体 同样 用橡胶在毛皮上摩擦后 它们也能吸引一些轻小的物体 摩擦过的物体有了吸引请小物体的性质 我们就说物体带了电 或者说带了电荷 用摩擦的办法使物体带电叫做摩擦生电 或叫摩擦起电 研究和实验发现 把用橡胶棒摩擦过的两根玻璃棒靠近时 它们会相互排斥 同样 把两根用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近时 它们也会相互排斥 但是 如果把一根用丝绸摩擦过的玻璃棒和一根用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近时 它们就会相互吸引 上述现象表明 两棒在摩擦的过程中都产生了电荷 同时 两棒上的电荷存在着力的作用 显然 玻璃棒上的电荷和橡胶棒上的电荷性质是不同的 我们把玻璃棒上的电荷叫做正电荷 橡胶棒上的电荷叫做负电荷 综上所述可以得出以下结论 摩擦可以使物体带电 即产生电荷 电荷有正 负两种 电荷与电荷之间有相互作用力 同性电荷相互排斥 异性电荷相互吸引 电子围绕原子核运动 原子失去电子后 带正电 二 摩擦生电的原因世界上的一切物质都是由分子构成的 分子又是由原子构成的 原子是由位于中心的原子核和核外电子组成 原子核带有正电 电子带有负电 电子在原子核的电力吸引下作用下 在核外绕核运行 并受到原子核的束缚力 跟地球饶太阳旋转相似 因为原子核所带的正电和电子所带的负电相等 所以原子对外不显带电的性质 叫做中和 或中性 状态不同物质的原子核束缚电子的本领也不同 当当两个物体互相摩擦时 哪个物体的原子和束缚电子的本领弱 它的一些电子就会转移到另一个物体上 失去电子物体因缺少电子而带正电 得到电子的物体因为有了多余的电子而带负电 可见 摩擦生电并不是创造了电荷 只是电核从一个物体转移到了另一个物体 使正负电荷分开 物体失去电子后 便带有正电荷 获得多余的电子时 便带有负电荷 物体缺少的电子越多 所带的正电荷越多 多余的电子越多 所带的负电核越多 我们用符号 或 来表示电荷所带的电量 衡量电量大小的单位叫库仑 简称库 用符号 表示 一库仑约等于 即 亿亿 个电子所带的电量 三 导体 半导体和绝缘体 导体 凡是原子核对电子的吸引力小 电子容易移动的物体 即容易导电的物体 称为导体 如银 铜 铝 铁等 绝缘体 原子核对电子吸引力很大 电子不容易移动的物体 即不容易导电的物体 称为绝缘体 如橡胶 玻璃 云母 陶瓷 油类及塑料等 半导体 导电性能介于导体和绝缘体之间的物体 如硅 锗 硒 氧化铜等 称为半导体 四 电场 在带电体周围的空间 任何电荷都要受到力的作用 这种力称为电场力 而表现有电场力作用的空间称电场 电场强度 单位正电荷在电场中某一点所受力的大小 叫该点的电场强度 简称场强 用符号e表示 式中q0 试验电荷f 电场力 第二节直流电路 一 电路的组成电路 简单的说就是电流所流过的路径 它一般由电源 负载 控制设备和连接部分等组成 g r s u1 u2 简单的直流电路 1 电源 是一种将非电能转换成电能的装置 常用的电源有蓄电池和发电机等 它们分别将化学能和机械能转换为电能 2 负载 是取用电能的装置 也就是用电设备 它将电能转换成其它形式的能量 如电灯 电炉和电动机 分别将电能转换为光能 热能和机械能 3 控制与连接部分 是用来联接电源与负载 构成电流通路的中间环节 包括必不可少的联接导线 开关 接触器 熔断器等 控制与联接部分是用来输送 分配和控制电能的 二 电路的几个物理量1 电流 导体中的自由电子在电场力的作用下 做有规则的定向运动就形成了电流 电流强度 单位时间内通过导体截面的电荷量 简称电流 用i表示 电流的单位是安培 简称安 用符号a表示 如果每秒有1库仑的电量通过导线的某一截面 这时的电流就是1安培 1安培 1库仑 秒 电流很小时常用毫安 ma 或微安 a 做单位1a 1000ma1ma 1000 a电流很大时常以千安 ka 为单位1ka 1000a 2 电位和电压电位 电路中某点的电位是指电场力将单位正电荷从该点移到参考点所做的功 电位常用符号 表示 电压 电路中某两点间的电压 就是该两点间的电位差 它是电场力将单位正电荷从某点移到另一点所做的功 电压常用符号 表示 电压的方向规定为电压降低的方向 即从高电位点指向低电位点 在电路图中常以带箭头的细实线表示 电位和电压的单位都是伏特 简称伏 用符号v表示 在实际应用中 有时要用到毫伏 mv 微伏 v 和千伏 kv 作单位 1v 1000mv1mv 1000 v1kv 1000v 3 电动势电源力将单位正电荷从电源的负极经电源的内部移动到电源的正极所做的功 就叫做电源的电动势 用符号e表示 电动势的单位与电位和电压相同都是伏特 4 电阻导体对电阻起阻碍作用的能力叫电阻 用r表示 电阻的单位是欧姆 用符号 表示 在实际应用中还经常用到千欧 k 兆欧 m 作单位 1k 1000 1m 1000000 导体的电阻不仅和导体的材料 种类有关 而且还和导体的尺寸有关 实验证明 同一种材料导体的电阻和导体的截面积成反比 而和导体的长度成正比 也就是说 导体的截面积越大 电阻就越小 导体越长 电阻就越大 用公式表示为 式中 l 导线长度 单位是米 m s 导线截面积 单位是平方毫米 mm2 比例常数 叫做导体的电阻率 单位是欧 毫米2 米 mm2 m 电阻率 就是指长1米 截面积为1平方毫米的电阻值 几种常用导电材料的电阻率和电阻温度系数 电阻的温度系数 导电材料的电阻值不仅和材料的性质及材料的尺寸有关 而且还会受到外界条件的影响 大量的实验证明 各种导电材料的电阻值都和温度有关 银 铜 铝等金属导体的电阻值随着温度的升高而增大 但碳的电阻值却随着温度的上升而减小 为了计算导电材料在不同温度下的电阻值 我们把导体的温度每升高1 时 它的电阻值增大的百分数叫做电阻的温度系数 用 表示 三 欧姆定律 在电阻电路中 电流的大小与电阻两端的电压成正比 而与电路的电阻成反比 用公式表示为 这个公式表达了电路中电压 电流和电阻的关系 它说明 如果保持电阻不变 当增加电压时电流与电压成正比例增加 当降低电压时 电流与电压成正比例减小 如果保持电压不变 当增加电阻时 电流与电阻成反比例减小 当减小电阻时 电流与电阻成比例增加 根据欧姆定律所表示的电压 电流和电阻三者之间的关系 我们可以从两个以知量中求出另一个未知量 所以欧姆定律可以以三种不同的形式来表示 已知电压 电阻 求电流 已知电流 电阻 求电压 该式说明 当电流流过电阻时 在电阻上会产生电位的下降 习惯上叫做电压降或电位降 电压降的大小等于电流和电阻的乘积 已知电压 电流 求电阻 该式说明 电阻两端电压与电流的比值是一个常数 这个常数就等于电阻的阻值 四 电阻的联接 在电路中 电阻的连接方式是多种多样的 其中最简单和最常用的是串联 并联两种 1 电阻的串联如果把几个电阻首尾相接地连接起来 在这几个电阻中通过的是同一电流 这种连接方式叫电阻的串联 a s a b c d r1 r2 r3 串联电路中的总电阻 也叫等效电阻 等于各个电阻之和 r r1 r2 r3 串联电路中 总电压等于电路上各段电压之和 u u1 u2 u3 串联电路中的电流处处相等 电阻串联的应用较多 例如两盏相同的110伏灯泡 可以串联起来接到220伏的电源上使用 当负载所加的电压高于额定电压时 可以串联一个电阻 降低一部分电压 以满足负载接入电源使用的需要 在必要时 可以利用串联电阻的方法调节或限制电路中的电流 另外在电工测量中还广泛使用串联电阻的方法来扩大电表的电压量程 2 电阻的并联在电路中 若几个电阻的首端和尾端分别连接在两个节点之间 使每个电阻承受同一个电压 这种连接的方法叫电阻的并联 a s i1 i2 i3 r1 r2 r3 并联电路的总电阻的倒数 等于各并联支路电阻的倒数之和 并联电路中的总电流等于各支路电流之和 负载一般都有一定的额定电压 当负载并联运行时 它们处于同一电压下 任何负载的工作情况不受其它负载的影响 这是负载并联运行的显著优点 因为负载在串联时 当某一负载发生变化 也将引起其它负载的电压 电流发生变化 例如 多盏灯的串联 若一盏灯断开 其它各灯也同时熄灭 所以电灯通常都接成并联 有时还应用并联分流的作用来调节电路中的电流 如在电工测量中 广泛应用并联的作用来扩大电表的电流量程 3 电阻的混联电路中的电阻除了串联和并联外 有时还出现既有串联 又有并联的情况 这叫做电阻的混联 这样的电路称为电阻混联电路 r1 r2 r3 r4 u 计算混联电路的总电阻时 可采用电阻逐步合并的办法 如左图可先计算r2与r3的串联电阻 然后再与r4并联计算 最后将求得的并联电阻与r1串联 计算出该电路的总电阻 五 电功率与电能1 电功率 电流通过电动机带动水泵抽水或带动其它机器工作 电流通过电炉产生大量的热 电流通过电灯使其发光 这些都说明电流做了功 在一秒钟内电流所做的功叫做电功率 计算电功率的公式有三种形式 1 p ui式中p 电功率 w u 电压 v i 电流 a 上式不难理解 因为电压u表示移动单位正电荷所做的功 电流i表示1秒钟移动的正电荷 所以1秒钟所做的功是u与i的乘积 电功率的单位是瓦 w 或千瓦 kw kw 1000w 将欧姆定律的公式 代入公式 电功率的公式又可以写成 将欧姆定律的公式 代入公式 电功率的公式又可以写成 该公式说明 当电路中电阻一定时 电阻所消耗的电功率与电阻所承受电压的平方成正比 该公式说明 一定电阻消耗的电功率和流过它的电流平方成正比 电能电能就是电流在一段时间内所做的功 如果知道电功率后 要计算一段时间里所做的功 只要把电功率乘以时间就可以得出 即 w pt式中 w 电能 kwt p 电功率 kw t 时间 h 电能的单位是千瓦小时 用kwh表示 习惯上称为度 电能可以用瓦时表 又称电度表 来测量 3 电流的热效应当电流通过电阻时 电阻的温度会升高 这是因为电流通过导体时克服导体的电阻而做了功 促使分子的热运动加剧 从而将电能转变为热能 这种现象叫电流的热效应 电炉 电烙铁等电热设备就是利用这种性能来产生我们所需要的热量 在百炽等中 由于钨丝温度升得很高 达到白热的程度 又将一部分热能转化为光能而发出亮光 这是利用电流的热效应为生产和生活服务的一个方面 另一方面 在电机 变压器等电气设备中 电流通过绕组时所产生的热量 对于这些设备是不利的 这些热量如果不设法从电气设备内部散发出去 经过长时间运行后 就会使设备的温度升得很高 严重时甚至会烧坏设备 所以必须要严密监视设备的温升 即设备本身所发出的热量 它等于设备本身的实际温度减去周围环境温度 采取各种方法进行冷却和散热 人们经过长期的实践和实验 发现电流通过导体时所产生的热量和电流的平方 导体本身的电阻及电流通过的时间成正比 即q 0 24i2rt式中 q 电流在电阻上产生的热量 单位是卡 cal 1卡等于使1克水的温度升高1 所需要的热量 i 通过导体的电流 单位是安 a r 导体的电阻 单位是欧 t 电流通过的时间 单位是秒 0 24 热功当量 它相当于电阻为1欧姆的导体通过1安培电流时 每秒钟产生的热量 4 效率由于能量在转换和传递过程中 不可避免地会产生各种损耗 因而使输出功率总是小于输入功率 例如电动机在工作时将电能转换成机械能 由于电动机绕组具有电阻 通电后会发热 这部分热量就是能量损耗 另外电动机在运转时还有铁芯损耗和机械损耗等其它能量损耗 所以它的输出功率总是小于输入功率 为了衡量能量在转换和传递过程中损耗程度 我们把用电设备输出功率与输入功率之比定义为用电设备的效率 通常用百分数表示 即 式中 效率p2 输出功率p1 输入功率 第三节磁和电磁 一 磁铁的性质我们的祖先在公元前300年左右 就发现某种铁矿有吸引铁质物体的性质 这种铁矿叫磁铁矿 磁铁矿的矿石叫做天然磁铁 磁铁也可以人工制造 用钢和其它合金制成的磁铁叫人造磁铁 人造磁铁一般做成条形 菱形 马蹄形等 天然磁铁和人造磁铁都能长期保持吸引铁的性质 因此又叫永久磁铁 简称磁铁 人造磁铁一般用在电工仪表 永磁发电机和电讯等方面 磁铁不仅能吸引铁和钢 还能吸引铬 镍 钴等物质 这种能吸引某些金属物质的性质叫做磁性 磁铁的各部分吸引钢铁和某些金属物质的本领是不同的 实践证明 在磁铁的两端磁性最强 这两端叫磁极 把铁磁物质 铁 镍 钴或它们的合金 放在磁铁附近 这种物质也能带上磁性 这种现象叫做磁化 磁铁拿走以后 这些物资还会保留一些磁性 叫做剩磁 可以自由转动的磁铁 在静止时 总是一端指北 另一端指南 指北的一端叫北极 用n表示 指南的一端叫南极 用s表示 司南勺 地磁场 若将一块磁铁的n极接近另一块的n极或将一块磁铁的s极接近另一块磁铁的s极 就会发现同性磁极之间有互相排斥的现象 如果将一块磁铁的n极接近另一块磁铁的s极 就会发现异性磁极之间有互相吸引的现象 因此可以得出以下结论 同性磁极互相排斥 异性磁极互相吸引 可见在磁铁的周围有力的存在 我们把这种力叫做磁力 而把磁铁周围有磁力作用的空间称为磁场 磁极之间的相互作用是通过磁场来实现的 磁场和电场一样也是一种特殊物质 同名磁极相排斥异名磁极相吸引 二 磁场和磁力线 磁力线的特点1 是为了形象地描述磁场而引入的假想的曲线 实际上是不存在的 2 磁力线的密疏程度表示磁场的强弱 3 磁力线上任一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致 4 任何两条磁力线都不相交 5 磁力线是闭合曲线 6 磁力线具有互相排斥和缩短自己长度的特性 三 通电导线周围的磁场 磁针 电荷盘 图5 10导线中的电流方向和导线周围磁力线的方向 表示电流自内向外 表示电流自外向内 四 载流线圈所产生的磁场 螺管线圈的磁场 图5 14线圈的右手定则 五 磁场对载流导体的作用力 载流导线在磁场中受到力的作用 电动机左手定则 直流电动机的工作原理 六 平行载流导线间的相互作用力 i2 i1 i1 i1 i2 i1 i2 a b 图5 18平行载流导线间电磁力的方向 a 两电流同方向时电磁力的方向 b 两电流反方向时电磁力的方向 通过同方向电流的平行导线互相吸引通过反方向电流的平行导线互相推斥 七 电磁铁 带有铁芯的线圈叫电磁铁有铁芯的线圈的磁场比空心线圈的磁场强得多 这主要是因为铁磁体被磁化的结果 利用这一磁场能吸引其它铁磁物质的特点制成的电磁器件 在生产中有着广泛的应用 例如工业生产中常用到的起重电磁铁 电磁阀 电磁制动器 接触器以及某些电工仪表和继电器等 第四节电磁感应 由变化的磁场在导体中产生感应电动势的现象 叫做电磁感应 由电磁感应产生的电动势叫做感应电动势 有感应电动势所产生的电流叫做感应电流 在电力系统中运行的发电机 变压器以及一些电工仪表都是根据电磁感应原理制造出来的 在这些设备中 产生感应电动势的方法有以下几种 1 移动导线附近的磁场 应用在大部分交流发电机中 2 使导线在固定的磁场中运动 应用在所有直流发电机中 3 变动穿过线圈的次通 应用在变压器 互感器等静止的电气设备中 一 导线切割磁力线产生感应电动势 发电机右手定则 伸开右手 拇指和其余四指垂直 使磁力线穿过手掌 拇指的方向表示导线运动的方向 其余四指指的就是感应电动势的方向 当导线在磁场中运动时 所产生的感应电动势的大小和以下几个因素有关 1 导线的有效长度l 即在磁场中切割磁力线的导线长度 l越长 所产生的感应电动势越大 2 导线运动的速度u 也就是导线在垂直于磁场方向切割磁力线的速度 u越大 所产生的感应电动势越大 3 磁感应强度b 即磁通密度 b越大 所产生的感应电动势越大 4 导线运动的方向与磁力线方向垂直时 感应电动势最大 导线运动的方向与磁力线相平行时 感应电动势为零 二 线圈中的感应电动势 楞次定律线圈中感应电动势的方向总是企图使它所产生的感应电流反抗原有磁通的变化 也就是说 当磁通要增加时 感应电流要产生新的磁通反抗它的增加 当磁通要减少时 感应电流要产生新的磁通反抗它的减少 三 自感电动势 当线圈中的电流方向发生变化时 由这个变化的电流所产生的穿过线圈的磁通量也要跟着变化 这个变动的磁通反过来又在线圈中产生感应电动势 由于这个感应电动势是由线圈本身的电流变化而产生的 所以又叫自感电动势 自感电动势的方向是反抗线圈中磁通的变化 所以当电流增加时 自感电动势的方向与电流方向相反 力图阻止电流的增加 而当电流减小时 自感电动势的方向和电流方向相同 力图组织电流的减小 四 互感电动势 两个互相靠近的线圈 当一个线圈接通电源时 由于线圈电流的变化 将引起磁通的变化 这个变化的磁通除穿过本身线圈外 同时也穿过了与它靠近的另一线圈 因此 在另一线圈中也产生了感应电动势 这个感应电动势所产生的电流是变化的 它必然又反过来在原来那个线圈中也产生感应电动势 这种现象称为互感现象 由互感产生的电动势称互感电动势 互感电动势的方向是由楞次定律决定的 互感现象应用极为广泛 变压器和互感器就是根据这一原理制成的 u1 i1 i2 e2 r 变压器的工作原理 第五节正弦交流电 一 什么是交流电 电流 电压和电动势的大小和方向都随时间变化的叫做交流电 交流电又可以分为正弦交流电和非正弦交流电两种 正弦交流电是指它的电流 电压和电动势的大小和方向都随时间按正弦规律变化的 非正弦交流电是指它的电流 电压和电动势的大小和方向也随时间变化 但不是按正弦按正弦规律变化的 im 0 i t 正弦交流电波形图 二 正弦交流电的几个基本物理量 交流电变化一个周波所需要的时间叫周期 用符号t表示 单位是秒 交流电每秒变化的次数叫频率 用符号f表示 单位是赫芝 简称赫 用符号hz表示 比较大的单位常用千赫 khz 兆赫 mhz 1khz 103hz1mhz 106hz 1 周期 频率和角频率 周期与频率是互为倒数的 即 在我国的供电系统中 交流的频率为50hz 习惯上称为工频交流电 交流电在单位时间内变化的角度叫角频率 用符号w表示 因正弦交流电完成一次循环 相应的角度变化为2 f弧度 即w 2 f 2 瞬时值和最大值 由于正弦交流电的电动势 或电压 电流 是随时间按正弦规律不断变化的 所以每一时刻的值都是不同的 我们把每一时刻的值叫做交流电瞬时值 正弦电动势 正弦电压及正弦电流的瞬时值分别用e u i表示 系统电压变化过程中所出现的最大瞬时值叫做交流电的最大值 或峰值 振幅 用em um及im表示 3 有效值和平均值 正弦量的瞬时值是随时间变化的 它不能表示正弦交变量的大小 其最大值在一个周期内出现两次 同样也不能表示正弦量的大小 我们在计算和测量时为了解决这个问题 就引入一个有效值的概念 即当交流电通过电阻性负载时 如果产生的热量与直流电在相同时间内通过同一负载所产生的热量相等时 这一直流电的大小就是交流电的有效值 有效值都用大写字母表示 如电流的有效值用i表示 电压和电动势的有效值分别用u和i表示 有效值与最大值的关系 交流电在一个周期内 正半周和负半周的数值相等 所以它在一个周期内的平均值等于零 这实际上没有什么意义 所以交流电的平均值是指交流电在半个周期内 在同一方向通过导体横截面的电量与半个周期时间的比值 常用ep up ip来表示电动势 电压和电流的平均值 它们与最大值的关系如下 三 简单的交流电路 将用电器接到交流电源上所组成的电路叫做交流电路 接在交流电路中的用电器可以分为电阻 如电阻炉 电阻器等 电感 感应线圈 电感线圈等 电容三种基本情况 电阻器的电阻与在直流电路中的情况一样 对系统电流也起阻碍作用 而且电阻对高频电流比对直流电流的阻碍作用还要大一些 这是集肤效应的影响 但在工频交流电路中 电阻的阻碍作用可以认为与在直流电路中一样 电感线圈的电阻一般很小 主要是电感 在直流电路中 由于电流不变 电感线圈不会产生感应电动势 因此 电感线圈在直流电路中不起作用 但在交流电路中 因电流不断变化而产生感应电动势 而且电感越大 感应电动势也就越大 感应电动势对电流的变化起阻碍作用 这种阻碍作用叫做感抗 电容器在直流电路中起隔断直流的作用 但在交流电路中 由于电压不断变化 对电容器不断进行充放电 所以在电路中有不断的充放电流 但在充放的过程中也表现出对交流电的阻碍作用 这种阻碍作用叫做容抗 综上所述 在交流电路中 存在电阻 感抗和容抗三种因素对电流有阻碍作用 在电路中 如果只有一种因素阻碍电流流过的电路叫做纯电路 如果只有电阻的交流电路叫纯电阻电路 只有感抗的电路叫纯电感电路 只有容抗的电路叫纯电容电路 严格地说 在交流电路中纯电路几乎是没有的 但只有在理论上先明确纯电路的特点 才能进一步分析比较复杂的电路 我们经常见到的白炽等 电烙铁 电阻炉等 其灯丝或炉丝是用高电阻材料 如钨 康铜 锰铜等制成的 在这些电路中 电阻起主要作用 而电感和电容的影响很小 可以忽略不计 这种电路称为纯电阻电路 在纯电阻电路中 电压 电流与电阻的关系符合欧姆定律 即 与直流电路不同的是电流i和电压u均为有效值 1 纯电阻电路 在纯电阻电路中 电功率的计算是指在一个周期内功率的平均值 以符号p表示 功率的大小等于电压有效值u与电流有效值i的乘积 电位是瓦特 其公式与直流电路电功率公式相同 即p ui因为在纯电阻电路中 其电能全部转变为热能 所以这种功率有称为有功功率 2 纯电感电路 当线圈中的电阻忽略不计 在线圈两端接上一个交流电压时 线圈中就有电流通过 因而在线圈中产生一个自感电动势反抗电流的的变化 这就是纯电感电路 纯电感电路中的电流 电压关系也可以用欧姆定律表示 即 式中电流i和电压u均为有效值 xl是反抗电流变化的阻力 就是感抗 电位与电阻一样用欧姆表示 与电阻不同的是 它是反抗电流变化的 举例说 如果线圈通以直流电时 电流就不会变化 因此感抗就是零 线圈中电流无限大 形成短路 所以要特别注意 纯电感电路不能接到直流电源上 实践证明 纯电感电路并不消耗电能 当电流增大时 线圈的电源吸取能量 当电流减小时 线圈释放能量 当电流减小到零时 线圈会将吸取的能量全部释放 这说明电能仅在电源和线圈之间交换 在一个周期内的平均功率为零 即p 0 我们用瞬时功率的最大值来衡量这种能量转换的规模 并把它叫做电路的无功功率 用符号ql表示 电位是乏 var 无功功率在电力系统中占有很重要的地位 因为电力系统中许多根据电磁感应原理工作的设备 例如变压器和电动机等 都是具有电感的负载 它们要依靠磁场来传送和转换能量 通过磁场变压器才能改变电压 并将能量传送过去 电动机才能转动并带动机械负载 没有磁场 这些设备就不能工作 而磁场所具有的磁场能就是有电源供给的 我们用无功功率来说明电源向电感负载所提供的磁场能量的规模 因此发电机必须向电感负载供给一定数量的无功功率 有时候 电力系统甚至专门用一台或几台发电机 或同步补偿机 来供给系统中所需要的无功功率 所以 无功 不能理解为 无用 无功功率决不是无用功率 它是具有电感的设备正常工作必不可少的条件 3 纯电容电路 当电容的介质损失忽略不计时 在电容两端接上一个交流电源 电容就不断地进行充电和放电 这就是纯电容电路 实践证明 它对交流电会呈现一定的阻力 称为容抗 用xc表示 交流电频率越高 容抗就越小 电容量越大 容抗也越小 纯电容电路中的电流与电压的关系 也可以用欧姆定律表示 即 式中电流i和电压u均为有效值 xc为容抗 单位与电阻一样 用欧姆表示 与电阻不同的是 交流电的频率越高 容抗就越小 如果接上直流电时 容抗将为无穷大 说明电容有隔断直流的作用 如果接上高频电源时 则会近似于短路状态 由于纯电容电路只产生充电 放电的能量吞吐 所以不消耗电能 因此在一个周期内的平均功率同样为零 即p 0 我们把纯电容电路中瞬时功率的最大值叫做电容器的无功功率 用qc表示 单位仍为乏 它也是衡量能量转换规模的 4 电压三角形 电阻与电感串联电路 电压三角形 u r l u ul ur 在电阻与电感串联的电路中 电流i与电压u之间的关系仍可用欧姆定律表示出来 即 式中 u与i均为有效值 z称为阻抗 单位是欧姆 因它即包括电阻有包括感抗 所以称阻抗 5 阻抗三角形和功率三角形 xl xc z r 阻抗三