09-10(下)电工学-09技校(升学)教案4

教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 绪绪 论论 电工学是非电专业的技术基础课 通过本课程的学习 使学生具备 电工技术与电子技术的基础知识 为升学以及后续课程打下一定的基础 1 电工学课程研究的对象 电 2 电工学课程的发展 慈石召铁 司南 指南针 18 世纪末 19 世纪初 1785 年 库仑 1820 年 奥斯特 1826 年 欧姆 19 世纪末 麦克斯韦 3 电能的优越性 1 便于转换 2 便于输送 3 便于控制 第一章第一章 直流电路直流电路 电路 电流流通的路径 直流电路 由直流电源供电的电路 1 1 电路及基本物理量电路及基本物理量 一 电路的组成及作用 电路的结构形式和所能完成的任务是多种多样的 从日常生活中使 用的用电设备到工 农业生产中用到的各种生产机械的电器控制部分及 计算机 各种测试仪表等 从广义说 都是电路 最简单的电路如图所 示的手电筒电路 1 组成 从图所示的手电筒电路可知 电路主要由四部分组成 1 电源 是供应电能的设备 在发电厂内将化学能或机械能等非 电能转换为电能 如电池 蓄电池 发电机等 电路四 部分组 成 10 25 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 2 负载 是使用电能的设备 又称用电器 作用是将电能转换成 其它形式的能量 如电灯 电炉 扬声器 电动机等 3 导线 用于连接电源和负载 起传输电能的作用 4 控制装置 主要作用是控制电路的通断 如开关 热继电器等 2 电路图 3 作用 1 进行电能的传输和转换 如照明电路 动力电路等 典型电路 是电力系统 发电机升压变压器降压变压器 输电线 电动机 电灯 电炉 负载 电源 中间环节 2 实现信息的传输和处理 如测量电路 扩音机电路 计算机电 路等 典型电路是扩音机 晶体管放大电路 扬 声 器 中间环节 电源 负载 4 电路的三种状态 1 通路 电路构成闭合回路 有电流流过 2 开路 断路 电路断开 无电流通过 3 短路 电源未经负载直接由导体构成闭合回路 此时电源输出 电流比通路工作电流大很多倍 电源会损耗大量的能量 一般不允许短 路 电路的 三种状 态 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 二 电流 1 电流的形成 电荷的定向移动形成电流 2 电流的大小 电流的大小是指单位时间内通过导体横截面的电荷量 恒定电流 DC t Q I 交变电流 AC t q i 大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流 也称为直流电 流 用表示 大小和方向随时间变化的电流称为交变电流 简称交I 流电流 用 i 表示 电流的单位为 A 安 培 还有 kA 千安 mA 毫安 A 微安 等 3 1kA10 A 36 1A10 mA10A 3 电流的方向 1 实际方向 习惯上规定正电荷移动的方向或负电荷移动的反方向为电流的实 际方向 2 参考方向 可以任意选取 在分析电路时 常常要知道电流的方向 但有时电路中电流的实 际方向难于判断 此时常可任意选定某一方向作为电流的 参考方向 也称正方向 所选的参考方向不一定与实际方向一致 当电流的实际方向与其参考方向一致时 则电流为正值 反之 当电流的实际方向与其参考方向相反时 则电流为负值 如图所示 参考方 向选取 30 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 II 实际方向实际方向 参考方向参考方向 aabb a b 0I 0I 4 电流的表示方法 1 箭头 2 双下标 ab I 5 电流的测量 用电流表 安培表 来测量 测量时注意 1 交 直流电流用不同表测量 2 电流表应串联在电路中 3 直流电流表有正负端子 即 记号 接线时 不能接错 4 选择正确的量程 三 电压 电动势和电位 1 电压 电位差 1 物理意义 在图中 极板 a 带正电 极板 b 带负电 a b 间存在电场 正极 板 a 上的正电荷在电场力的作用下从 a 经过负载移到负极板 b 从而 形成了电流 这说明电场力做功产生了电流 I 负载 ab UE a b 25 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 规定 电场力把单位正电荷从 a 点移动到 b 点所做的功称为 a b 两 点之间的电压 用表示 电压的单位为 V 伏 特 还有 kV 千伏 ab U mV 毫伏 V 微伏 等 3 1kV10 V 36 1V10 mV10V 2 电压的方向 1 实际方向 由高电位指向低电位 结论结论 对对于于电电阻性阻性负载负载来来说说 没有 没有电电流就没有流就没有电压电压 有 有电压电压就一定有就一定有电电流 流 电电阻两端的阻两端的电压电压常叫做常叫做电压电压降 降 压压降 降 而而对对于于电电源来源来说说 其端 其端电压电压的的实际实际方向是正极指向方向是正极指向负负极 极 2 参考方向 可以任意选取 同电流参考方向的选取 3 电压的表示方法 1 箭头 2 正负号 3 双下标 ab U 4 电压的测量 用电压表 伏特表 来测量 测量时注意 1 交 直流电压用不同表测量 2 电压表应并联在被测电路两端 3 直流电压表有正负端子 即 记号 接线时不能接 错 4 选择正确的量程 电压实 际方向 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 练习 练习 1 教材 教材 P30 习题一 习题一 1 2 例例 电路如图所示 已知 1 6VU 2 4VU 求 ab U 1 U 2 U a b 解 ab12 6V 4V 10VUUU 2 电动势 1 物理意义 为维持电路中的电流流通 则必须保持电路 a b 两端间的电压 恒定不变 这就需要电源力源源不断地把正电荷从负极板 b 移回正 ab U 极板 a 上 规定 电源力克服电场力把单位正电荷从 b 点 负极 经电源内部 移回到 a 点 正极 所做的功 叫电动势 用表示 E 2 电动势的实际方向 电动势的实际方向规定 在电源内部由负极指向正极 即电位升 其单位与电压单位相同 也是伏特 V 结论结论 对对于一个于一个电电源来源来说说 既有 既有电动势电动势 又有端 又有端电压电压 电动势电动势只存在于只存在于电电源源 内部 方向由内部 方向由负负极指向正极 而端极指向正极 而端电压电压只存在于只存在于电电源外部 其方向由正极源外部 其方向由正极 指向指向负负极 极 一般情况下 一般情况下 电电源的端源的端电压总电压总是低于是低于电电源内部的源内部的电动势电动势 只有当 只有当电电源源 开路或者开路或者电电源的内阻忽略不源的内阻忽略不计时计时 电电源的端源的端电压电压才与其才与其电动势电动势相等 相等 电动势 的实际 方向 35 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 3 电动势 和电压 的区别 E ab U 物理意义不同 实际方向不同 电动势只表示电源 而电压既可表电源 也可表负载 4 直流电动势的两种图形符号 例例 电路如图所示 已知电源电动势 求出 10VE ab U ba U ab E 解 ab 10VUE baab 10VUU 3 电位 1 概念 是描述某一点性质的物理量 指电路中某点与参考点之间的电压 符号用带下标的字母 U 表示 单位也是伏特 V 常把参考点的电位规定为零 又称零电位 一般选大地为参考点 即视大地为零电位 在电子仪器和设备中又常把金属外壳或电路的公共 接点的电位规定为零 在电路图中用符号 来表示 若电路中 O 点为参考点 则 其他各点的电位都同它相比 o 0VU 较 比它高的电位为正 比它低的电位为负 电路中某一点的电位等于 该点到参考点之间的电压 根据定义 电路中 a 点的电位为 aao UU 55 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 电路中任意两点之间的电压等于这两点之间的电位差 abab UUU 例例 1 求各点电位 练习 练习 教材教材 P30 习题一 习题一 2 例例 2 如图示电路 已知 若 c 为参考点 求 1 6VU 2 4VU 和若 b 为参考点 再求 和 a V b V c V ab U a V b V c V ab U 1 U 2 U a b c 解 若 c 为参考点 即 则 c V0V aac1 6VVUU bbc2 4VVUU abab 6V4V10VUVV 若 b 为参考点 即 则 b V0V aab 10VVU ccb2 4VVUU abab 10V010VUVV 2 电位和电压的区别 A 电位针对一点 电压针对两点 aao UU abab UUU B 电位是相对的 电压是绝对的 3 电位的意义 相对的 参考点不同 同一点电位不同 一旦参考点选定 同一点的电位唯一 两个公 式 电位的 意义 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 1 2 电阻电阻 一 电阻与电阻率 1 电阻 导体对电流的阻碍作用称为电阻 用符号 R 表示 电阻元件是耗能 元件 例如灯泡 电热炉等电器 其单位为 欧姆 常用的电阻单位 还有 它们与之间的换算关系是 k M 36 1k101M10 2 电阻率 导体的电阻是导体本身的一种性质 它的大小决定于导体的材料 长度和横截面积 可表示为 l R S 式中 制成电阻的材料的电阻率 国际单位制单位为 m 绕制成电阻的导线长度 国际单位制单位为 m l 绕制成电阻的导线横截面积 国际单位制单位为 S 2 m 电阻值 国际单位制单位为 R 纯金属的电阻率很小 绝缘体的电阻率很大 银是最好的导体 但 价格昂贵而很少采用 目前电气设备中常采用导电性能良好的铜 铝作 导线 二 电阻与温度的关系 教材 P10 了解 三 用万用表测量电阻 测量时应注意 1 切断电路上的电源 单位换 算 万用表 测量电 阻注意 事项 60 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 2 选择适当倍率档 万用表调零 3 测量时避免把人体的电阻量入 4 使被测电阻的一端断开 四 电阻器的选用 教材 P11 13 了解 作业 习题册作业 习题册 30 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 1 3 欧姆定律欧姆定律 一 部分电路欧姆定律 1 部分电路 只含有负载而不包含电源的一段电路 2 内容 流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比 与电阻值IU 成反比 称为部分电路欧姆定律 R 3 表达式 参考方向一致 U I R UI 参考方向不一致 U I R UI R R IIUU R R IIUU a 参考方向一致 b 参考方向不一致UIUI 例例 1 应用欧姆定律对下图电路列出式子 并求电阻 R R U 6V 2A R U 6V I a b I 2A 解 对图 a 有 UIR 6 3 2 U R I 对图 b 有 UIR 6 3 2 U R I 例例 2 已知某 100W 的白炽灯在电压 220V 时正常发光 此时通过的 电流是 0 455A 试求该灯泡工作时的电阻 解 220 484 0 455 U R I 注意表 达式的 符号 30 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 例例 3 有一个量程为 300V 即测量范围是 0 300V 的电压表 它 的内阻为 40k 用它测量电压时 允许流过的最大电流是多少 O R 解 3 O 300 0 0075A7 5mA 40 10 U I R 二 全电路欧姆定律 1 概念 1 全电路 含有电源的闭合电路 2 内电路 电源内部的电路 外电路 电源外部的电路 3 内电阻 电源内部的电阻 简称内阻 用表示 r 外电阻 外电路的电阻 用表示 R 2 内容 闭合电路中的电流与电源的电动势成正比 与电路的IE 总电阻 即内电阻和外负载电阻之和 成反比 Rr E R r I U 3 表达式 E I rR IIErRUU 外内 是内阻上的压降 既是外阻上的压降 又是电源两端的电压U内U外 路端电压或端电压 全电路 欧姆定 律表达 式 20 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 三 电路的三种状态 1 通路 开关 SA 接到 3 时 电路处于通路状态 电路中的电流为 E I rR 端电压与输出电流的关系为 UIEr E R r SA A V 1 2 3 上式表明 当电源具有一定值的内阻时 端电压总是小于电源电动 势 当电源电动势和内阻一定时 端电压随输出电流的增大而下降 这 种电源端电压随输出 负载 电流的变化关系 称为电源的外特性 其 关系曲线称为电源的外特性曲线 2 开路 断路 开关 SA 接到 2 时 电路处于开路状态 相当于 R 0I 0IUr 内 IUErE 外 即 电源的开路电压等于电源的电动势 3 短路 开关 SA 接到 1 时 相当于电源两极被导线直接相连 短路电流 极大 电源输出电压为 E I r 短 0IUEr 短 电源短路时严重 最危险的的故障状态 必须尽量避免发生 如果 没有短路保护 会发生火灾 产生短路的原因主要是接线不当 线路绝缘老化损坏等 应在电路 中接入过载和短路保护 电路的 三种状 态的特 点 40 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 例例 1 1 如图所示 不计电压表和电流表内阻对电路的影响 求开关 在不同位置时 电压表和电流表的读数各为多少 解 开关接 1 号位置 电路短路 电压表读数为 0 电流表中的短路电流为 2 10A 0 2 E I r 短 开关接 2 号位置 电路断路 电压表读数为电源电动势的数值 即 2V 电流表中无电流通过 0AI 断 开关接 3 号位置 电路处于通路状态 电流表读数 2 0 2 A 9 80 2 E I Rr 电压表读数 0 2 9 81 96 VUIR 或20 2 0 21 96 VUEIr 练习 练习 1 教材教材 P30 习题一 习题一 3 2 习题册 习题册 P4 计算题计算题 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 1 4 电功和电功率电功和电功率 一 电功 1 电功 电流所做的功 简称 电功 电能 用 W 表示 电 流做功的过程 实质上就是把电能转换为其他形式的能的过程 2 表达式 WUIt 3 单位 焦耳 J 或千瓦时 kW h 1指 1 千瓦功率的设备 使用 1 小时所消耗的电能 俗称 1kW h 度电 6 1kW h 3 6 10 J 二 电功率 电流在单位时间内所作的功 用 P 表示 定义式 2 2 U PUII R R 所 以 WUItPt 单位 W kW mW 例例 1 1 度电可以为 20W 的电灯供电 50 小时 例例 2 有一功率为的电灯 每天使用它照明时间为 如果按60W4h 每月 30 天计算 那么每月消耗的电能为多少度 合多少焦耳 解 该电灯平均每月工作实际 4h30120ht 天 则 60W 120h7200W h7 2kW hWPt 即每月消耗的电能为 7 2 度 约合 67 3 6 10 J7 22 6 10 J 度 例例 3 某 19 寸彩电功率 180W 平均每天开机 2h 若每度电费 0 5 元 则一年 以 360 天计算 要缴纳多少钱电费 解 0 18 2 360129 6kW h129 6 129 6 0 564 8 WPt 度 元 三 电流的热效应 电流通过导体时使导体发热的现象称为电流的热效应 2 2 U t QI Rt R 1kW h 的意义 30 10 单位也是焦耳 J 这种热也称焦耳热 例例 1 2 P18 略略 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 三 负载的额定值 1 额定电流 额定电压和额定功率 电气设备安全工作时所允许的最大电流 最大电压和最大功率 2 铭牌数据 通常电气设备或元件的额定值标在产品的铭牌上 故额定值也称铭 牌数据 如一白炽灯标有 220V 40W 表示它的额定电压为 220V 额定功率为 40W 3 电气设备的工作状态 1 额定工作状态 电气设备或元件在额定功率下工作的状态 也 称为满载状态 电气设备满载工作时经济合理 安全可靠 2 轻载状态 电气设备或元件低于额定功率运行的工作状态 也 称为欠载状态 电气设备轻载工作时不经济 3 过载状态 电气设备或元件高于额定功率运行的工作状态 也 称为超载状态 电气设备超载工作时容易损坏或造成严重事故 一般不 允许出现 例例 1 3 P19 略略 例例 一只标有 220V 60W 的白炽灯 试分析接在下列三种情况 下的工作状态 1 电源电压 220V 2 电源电压 380V 3 电源 电压 110V 解 1 额定电流 N N N 60 0 273A 220 P I U 电阻为 22 N N 220 807 60 U R P 工作值与额定值相同 满载运行 发光正常 使用安全 保证有效 使用寿命 2 白炽灯的实际电流和实际功率分别为 N 22 N 380 0 471A 807 380 179W 807 U II R U PP R 工作值超过额定值 过载运行 发光过亮 寿命大大缩短 甚至烧 断灯丝而损坏 额定值 的计算 电气设 备的工 作状态 35 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 3 白炽灯的实际电流和实际功率分别为 N 22 N 110 0 136A 807 110 15W 807 U II R U PP R 工作值低于额定值 轻载运行 发光过暗 效能不能充分发挥 四 负载获得最大功率的条件 电源输出最大功率的条件 条件是 负载电阻与电源内阻相等 即Rr 这时负载获得最大功率为 22 m 44 EE P Rr 例例 1 4 P20 略略 练习 练习 1 教材教材 P31 习题一 习题一 9 2 习题册 习题册 获得最 大功率 的条件 15 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 1 5 电阻的串联 并联和混联电阻的串联 并联和混联 一 电阻的串联 多个元件逐个顺次连接起来 就组成了串联电路 两个或两个以上的电阻依次连接 组成一条无分支电路 这样的连 接方式叫做电阻的串联 1 R I U R I U 2 R 1 U 2 U 1 串联电路的特点 1 等效电阻为 123n RRRRR 12 RRR 当时 大 12 RR 1 RR 2 流经各电阻的电流相等 3 串联总电压等于各电阻上电压之和 即 123n UUUUU 4 分压关系为 12n 12n UUUU I RRRR 当两只电阻 R1 R2串联时 总电阻 则有分压公式 12 RRR 1 1 12 R UU RR 2 2 12 R UU RR 2 电阻串联电路的应用 1 用几个电阻串联以获得较大的电阻 2 采用几个电阻串联构成分压器 使同一电源能供给几种不同数 值的电压 3 当负载的额定电压低于电源电压时 可用串联电阻的方法将负 载接入电源 注意分 压公式 的使用 40 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 4 限制和调节电路中电流的大小 5 扩大电压表的量程 电阻分压器 限制和调节电路中电流 例例 1 5 有一只万用表 表头的等效内阻为 满刻度电流 a 10kR 为 若改装成量程为 10V 的电压表 则应串联多大的电阻 a 50 AI 解 根据题意可知 当表头满刻度时 表头两端电压为 a U 63 aaa 50 1010 100 5 VUI R 可见 用这个表头测量大于 0 5V 的电压会烧坏表头 需串联分压 电阻 以扩大测量范围 设量程扩大到 10V 需要串入的电阻为 x R ax x 6 aa 100 5 190 k 50 10 UUU R II 20 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 二 电阻的并联 把多个元件并列地连接起来 由同一电压供电 就组成了并联电路 两个或两个以上的电阻接在电路中相同的两点之间 承受同一电压 这样的连接方式叫做电阻的并联 1 R I U R I U 2 R 1 I 2 I 1 并联电路的特点 1 等效电阻如下 12n 1111 RRRR 12 p0 从电源处吸收能量 并将它转换为磁能储存起来 在第二和第四个周1 4 期内 表示线圈向电路释放能量 将磁能转换成电能而送回电源 p0 第四个周期内 电容元件在放电 放出充电时所储存的能量 1 4090 性 当时 为纯电感电路 90 2 若 则 电压滞后电流角 电路呈电容 LC XX 900 性 当时 为纯电容电路 90 3 若 则 电压与电流同相位 电路呈电阻性 此 LC XX 0 时电路 发生串联谐振现象 三 功率关系 1 瞬时功率 把电路中电压的瞬时值与电流的瞬时值的乘积叫做瞬时功率 即 CLR pppuip 2 有功功率 平均功率 有功功率是电路所消耗的功率 在 RLC 串联电路中 只有电阻消耗 电路性 质的讨 论 功率的 计算 20 30 功 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 率 所以 电路的有功功率为 即 2 RR PPU II R 其中称为功率因数 cosPUI cos 因而角又叫功率因数角 3 无功功率 电感元件和电容元件均为储能元件 与电源进行能量交换 其交换 的无功功率为 sin LCLC QQQUUIUI 在串联电路中 因为电流相同 与反相 所以 当电RLCI L U C U 感储存能量时 电容必定在释放能量 反之亦然 说明电感与电容的无 功功率具有互相补偿的作用 而电源只与电路交换补偿后的差额部分 4 视在功率 视在功率表示电源提供总功率 包括和 的能力 即电源的容PQ 量 在交流电路中 总电压与总电流有效值的乘积定义为视在功率 用 字母表示 单位为 伏 安 或 千伏 安 即SV A kV A SUI 由于平均功率 无功功率和视在功率三者所代表的意义不同 PQS 为区别起见 各采用不同的单位 这三个功率之间有一定的关系 即 22 SPQ 显然 它们也可以用一个直角三角形来表示 叫做功率三角形 功率 电压和阻抗三角形都是相似的 R LC XX Z U R U LC UU P S Q 三个三 角形 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 3 7 提高功率因数的意义和方法提高功率因数的意义和方法 在交流电路中 有功功率 其中称为电路的功率cosPUI cos 因数 功率因数是用电设备的一个重要技术指标 在整个电力供电系统 中 感性负载占的比重相当大 如广泛使用的日光灯 电动机 电焊机 电磁铁 接触器等都是感性负载 它们的功率因数较低 有的低至 0 35 如电焊变压器 一 提高功率因数的意义 1 提高电源设备的利用率 交流电源的容量是用其视在功率来衡量的 当容量一定的电源设备 向外供电时 负载能够得到多少有功功率 除了与电源设备的视在功P 率有关外 还与负载的功率因数有密切关系 功率因数越大 cos 越大 无功功率就越小 提高功率因数 可以使同等容量的cosPUI 供电设备向用户提供更多的有功功率 提高供电能力 2 降低线路损耗 提高供电质量 节约用铜 当负载的有功功率和电压一定时 越大 输电线上的电流PUcos 越小 线路上能耗就越少 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 此外 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 二 提高功率因数的方法 功率因数低的根本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 从两个方面来着手 1 提高自然功率因数 合理选用电动机 改进用电设备的功率因数 但这主要涉及更换或 改进设备 2 在感性负载的两端并联适当大小的电容器 并联电容器前后 电路所消耗的有功功率不变 因为电容不消耗有 功功率 仅仅是用电容性无功功率去补偿电感性无功功率 同时也未改 变感性负载本身的功率因数和工作状态 因为感性负载的端电压不变 而是提高了整个电路的功率因数 提高功 率因数 的方法 40 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 3 8 常用照明电路常用照明电路 一 常用照明方式 1 一般照明 2 局部照明 3 混合照明 此外 还有事故照明 障碍照明等特殊照明方式 二 常用照明灯具 白炽灯 荧光灯 此外还有卤钨灯 高压汞灯 高压钠灯等 三 荧光灯电路 由荧光灯管 镇流器 启辉器及开关组成 220V 启辉器 灯管 镇流器 Q FU 组成 1 荧光灯管 是一个在真空情况下充有一定数量的氩气和少量水银 的玻璃管 管的内壁涂有荧光材料 两个电极用钨丝绕成 上面涂有一 层加热后能发射电子的物质 管内氩气既可帮助灯管点燃 又可延长灯 管寿命 2 镇流器 又称限流器 是一个带有铁心的电感线圈 其作用是 在灯管启辉瞬间产生一个比电源电压高得的多的自感电压帮助灯管启 辉 灯管发光后限制通过灯管的电流不致过大而烧毁灯丝 3 启辉器 它由一个启辉管 氖泡 和一个小容量的电容组成 氖泡内充有氖气 并装有两个电极 一个是固定电极 另一个是用 膨胀系数不同的双金属片制成的倒 U 型可动电极 两电极上都焊有触 头 U 型可动电极内层金属片热膨胀系数大 在两电极间加上电源电 压时管内气体电离产生辉光放电而发热 U 型可动电极因受热而伸直 使触头闭合 这时两电极间的电压降为零 辉光放电停止 几秒钟内双 金属片冷却后回到原来位置 两触头分开 启辉器在电路中起自动开关 作用 电容是防止触头断开而产生火花将触头烧坏以及灯管启辉时对无 线设备产生的干扰 荧光灯 电路工 作原理 50 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 工作原理 1 辉光放电 热电子发射 当接通电源瞬间 由于启辉器没工作 电源电压都加在启辉器内氖 泡的两电极之间 电极瞬间击穿 管内的气体导电 使 U 型的双金属 片受热膨胀伸直而与固定电极接通 这时日光灯的灯丝通过电极与电源 构成一个闭合回路 灯丝因有电流 称为启动电流或预热电流 通过而 发热 从而使灯丝上的氧化物发射电子 2 产生高电压 同时 启辉器两端电极接通后电极间电压为零 启辉器停止放电 由于接触电阻小 双金属片冷却 当冷却到一定程度时 双金属片恢复 到原来状态 与固定片分开 在此瞬间 回路中的电流突然断电 于是镇流器两端产生一个比电 源电压高得多的感应电压 连同电源电压一起加在灯管两端 使灯管内 的惰性气体电离而产生弧光放电 3 荧光灯点亮 随着管内温度的逐步升高 水银蒸气游离 并猛烈的碰撞惰性气体 而放电 水银蒸气弧光放电时 辐射出紫外线 紫外线激励灯管内壁的 荧光粉后发出可见光 在正常工作时灯管两端电压较低 30W 灯管的两端电压约 80V 左右 即启辉器两端电压低于电源电压 不足以使启辉器放电 所以启辉器 的触头不再闭合 这时日光灯处于正常工作状态 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 第四章第四章 三相交流电路三相交流电路 4 1 三相交流电三相交流电 单相交流电路中发电机只产生一个交变电动势 但在现代电力系统 中 电能的产生 输送和分配 普遍采用三相正弦交流电路 三相交流 电路之所以获得广泛应用 是因为它和单相交流电路相比具有下列优点 1 三相交流发电机比同容量的单相交流发电机节省材料 体积小 2 远距离输电较为经济 电能损耗小 节约导线的使用量 在输 送功率 电压 距离和线损相同的情况下 三相输电用铝仅是单相的 75 3 三相电器在结构和制造上比较简单 工作性能优良 使用可靠 一 三相交流电动势的产生 三相对称电源三相对称电源 指由三个频率相同 幅值相等 相位彼此互差 的正弦电压源按一定方式联接而成的对称电源 120 三相对称电压是由三相交流发电机产生的 在三相交流发电机中有 三个相同的绕组 三个绕阻的首端分别用 表示 末端分别 1 U 1 V 1 W 用 表示 这三个绕组分别称为相 相 相 所产 2 U 2 V 2 WUVW 生的三相电压分别为 UmP sin2sinuUtUt VmP sin 120 2sin 120 uUtUt WmP sin 120 2sin 120 uUtUt 波形图和相量式如图所示 三相对 称电压 表达式 的书写 20 t u uA uB uc 0 T a 波型图 120 120 120 AU BU CU b 相量图 图 7 2 对称三相交流电的波形图和相量图 2 U u V u W u 2 u U U V U W U 120 120 120 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 三个交流电压达到最大值的先后次序叫相序 相序为 称为正序或顺序 反之 当相序为 时 这种UVWWVU 相序称为反序或逆序 通常无特殊说明 三相电源均为正序 二 三相四线制 三相电源的联接有两种 星形联接 接 和三角形联接 接 Y 而星形联接是电源通常采用的联接方式 下图为三相电源的星形联接 图 a 中三个电源的末端连接成一个点 该点称为中性点 简称中点或零 点 从中点引出的输电线叫中性线或零线 用表示 在低压供电系统N 中 中点通常是接地的 因而中性线又俗称地线 由三个电源的首端引 出三根输电线称为相线或端线 俗称火线 用 或 UVW 1 L 表示 工程上 三根相线分别用黄 绿 红颜色 2 L 3 LUVW 来区别 零线的颜色是黑色或黄绿相间色 U U V U W U V U UV U U U WU U W U VW U 30 30 30 a b U V W N U U V U W U 由三根相线和一根中性线所组成的输电方式称为三相四线制 三相 四线制通常在低压供电系统中采用 三相电源联接成星形时 可以向用 户提供两种电压 相线与中性线之间的电压称为相电压相电压 用 U U V U 表示 相线与相线之间的电压称为线电压线电压 用 表 W U UV U VW U WU U 示 各相电压与线电压之间的关系为 UVUV UUU VWVW UUU WUWU UUU 其相量图上图所示 三相四 线制电 源的特 点 50 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 由相量图分析得到 三个线电压的幅值相同 频率相同 相位相差 且线电压与相电压之间的大小关系为 120 LP 3UU 式中为线电压的有效值 为相电压的有效值 L U P U 线电压与相电压的相位关系为线电压超前相应的相电压 30 我国供电系统所说的电源电压为 指的是相电压 电源电压为220V 指的是线电压 由此可见 三相四线制的供电方式可以给负载提380V 供两种电压 线电压和相电压 380V220V 例例 1 当发电机三相电源星形连接接时 已知相电压 试写出相电压表达式及线电压 A sin30V m uUt BC uu 表达式 ABBCCA uuu 例例 2 当发电机三相绕组联成星形时 设线电压表达式为 AB 380 2sin30Vut 写出相 A u电压表达式 20 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 4 2 三相负载的连接方式三相负载的连接方式 三相负载三相负载 接在三相电源上的负载 对称三相负载对称三相负载 各相负载相同的三相负载 不对称三相负载不对称三相负载 各相负载不相同的三相负载 一 三相负载星形连接 U VW N U U V U W U U Z V Z W Z N U I V I W I N I 相电压相电压 每相负载两端的电压称为负载的相电压相电压 相电流相电流 流过每相负载的电流称为负载的相电流相电流 线电流线电流 流过相线的电流称为线电流线电流 中线电流中线电流 中性线上的电流为中线电流中线电流 负载星形联接的电路特点是 1 负载相电压等于电源相电压 线电压有效值为相电压有效值的 倍 且在相位上线电压超前相应的相电压 330 2 负载相电流等于线电流 3 中线电流 NUVW 0IIII 4 中性线的作用 1 对称三相电路 三相电源提供的线电压和相电压是对称的 如果 三相负载的阻抗相等 则称为对称的三相负载 由对称三相电源和对称 三相负载组成的三相电路称为对称三相电路 对称三相电路中线电压 相电压 线电流和相电流均是对称的 由于负载相电流对称 对称三相电路的中线电流 中性线没 N 0I 有电流 便可省去 并不影响电路的正常工作 这样三相四线制就变成 三相三线制 三相负 载星形 连接的 特点 40 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 2 不对称三相电路 如果三相负载的阻抗不相等 即三相负载不对 称 则中线电流 中性线便不可省去 若断开中性线变成三相三 N 0I 线制供电 则将导致各相负载的相电压分配不均匀 有时会出现很大的 差异 造成有的相电压超过额定相电压而使用电设备不能正常工作 故 三相四线制供电时 中性线是非常重要的 决不允许断开 因此在中性 线上严禁安装开关 保险丝等 而且中性线的机械强度要比较好 接头 处必须连接牢固 二 三相负载三角形连接 U VW N U U V U W U UV Z VW Z WU Z U I V I W I UV I VW I WU I 电路的特点为 1 负载相电压等于电源线电压 2 线电流有效值是相电流有效值的倍 且在相位上线电流3 滞后相应的相电流 30 三 三相负载的功率 在三相交流电路中 不论负载采用星形联接还是三角形联接 三相 负载消耗的总功率等于各相负载消耗的功率之和 即 UVW PPPP 如果三相电路为对称的 则表明各相负载的有功功率相等 则有 PPP 3cosPU I 由于负载为星形联接时有 负载为三角形联接 LP 3UU PL II 时有 因此可得 LP UU LP 3II 三相负 载三角 形连接 的特点 三相负 载的功 率计算 20 30 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 LLP 3cosPU I 同单相交流电路一样 三相负载中既有耗能元件 也有储能元件 因此 三相交流电路中除了有有功功率外 也有无功功率和视在功率 在对称三相电路中 三相负载的无功功率和视在功率分别为 PPPLLP 3sin3sinQU IU I 22 PPLL 33SU IU IPQ 例例 4 1 一直某三相对称负载在线电压为 380V 三相电源中 其中 试分别计算负载作星形连接和三角形连接时的相6R 相 8X 相 电流 线电流及有功功率 并作比较 解 1 星形连接时 2222 1068RXZ 相相相 Y YLY 220 22A 10Z U II 相 相 相 cos 6 0 6 10 R Z 相 相 YYYcos 33 220 22 0 68 7kWPUI 相相 2 三角形连接时 380 38A 10Z U I 相 相 相 L 33 3866AII 相 cos33 380 38 0 626kWPUI 相相 3 比较可知 三角形连接时相电流是星形连接相电流的倍 线3 电流是星形连接线电流的 3 倍 有功功率是星形连接有功功率的 3 倍 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 4 3 发电 输电和配电常识发电 输电和配电常识 一 发电厂 发电厂是生产电能的工厂 它把非电形式的能量转换成电能 它是 电力系统的核心 根据所利用能源的不同 发电厂分为水力发电厂 火 力发电厂 核能发电厂 风力发电厂 地热发电厂 太阳能发电厂等类 型 二 电力网和电力系统 输电线路 电 能 用 户 电力网 电力系统 发电机升压变压器降压变压器 电能是由发电厂生产的 发电厂一般建在燃料 水力丰富的地方 而和电能用户的距离一般又很远 为了降低输电线路的电能损耗和提高 传输效率 由发电厂发出的电能 要经过升压变压器升压后 再经输电 线路传输 这就是所谓的高压输电 电能经高压输电线路送到距用户较 近的降压变电所 经降压后分配给用户应用 这样 就完成一个发电 变电输电 配电和用电的全过程 1 电力网电力网 将发电厂生产的电能传输和分配到用户的输配电系统称 为电力网电力网 简称电网电网 2 电力系统电力系统 将发电厂 电力网和用户联系起来的一个发电 输电 变电 配电和用电的整体叫电力系统电力系统 目前我国远距离输电电压有 3 6 10 35 63 110 220 330 500 750kV 十个等级 输电方式 有交流输电交流输电和直流输电直流输电两种 3 变配电及配电方式 1 变配电 变电所变电所的任务是受电 变压和配电 如果只受电和配电 不进行变 压则为配电所配电所 2 厂区内配电方式 放射式 配电式两种 3 配电装置 用于受电和配电的电气装置 包括断路器 隔离开关等控制电器 熔断器 继电器等保护电器及母线和各种载流导体 用于功率补偿的电 力电容器等 发电 输电和 配电的 常识 40 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 4 4 安全用电常识安全用电常识 当人体触及带电体承受过高的电压而导致死亡或局部受伤的现象称 为触电触电 一 可能触电的几种情况 1 单相触电 人体处于 220V 相电压下 危险较大 2 两相触电 人体处于 380V 线电压下 通过人体的电流很大 触电后果更为严重 3 跨步电压触电 在高压输电线断线落地时 有强大的电流流入大地 在接地点周围 产生电压降 当人体接近接地点时 两脚之间承受跨步电压而触电 跨 步电压的大小与人和接地点距离 两脚之间的跨距 接地电流大小等因 素有关 一般在之外 跨步电压就降为零 如果误入接地点附近 20m 应双脚并拢或单脚跳出危险区 可能触 电的几 种情况 50 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 4 电流对人体的伤害 触电依伤害程度不同可分为电击电击和电伤电伤两种 电击电击是指电流通过人体 影响呼吸系统 心脏和神经系统 造成人 体内部组织的破坏乃至死亡 电伤电伤是指在电弧作用下或熔断丝熔断时 对人体外部的伤害 如烧 伤 金属溅伤等 人体是导体 当人体上加有电压时 就会有电流通过人体 通过人 体的电流达到会使人感到麻痹或剧痛 难以摆脱电源 达到10mA 以上且持续时间超过 1s 就可能危及人的生命 30mA 触电程度取决于通过人体电流的大小 持续时间 电流的频率以及 电流通过人体的途径等 电流通过人体的时间愈长 则伤害愈大 电流 的路径通过心脏会导致神经失常 心跳停止 血液循环中断 危险性最 大 其中电流的从左手经前胸到脚 从一侧手到另一侧脚最危险从左手经前胸到脚 从一侧手到另一侧脚最危险 工频工频 50Hz 交流电流对人体的伤害最大交流电流对人体的伤害最大 5 安全电压 加在人体上一定时间内不致造成伤害的电压称为安全电压安全电压 通常规定交流以下及直流以下的电压为安全电压 工厂进36V48V 行设备检修使用的手灯及机床照明都采用安全电压 二 防止触电的技术措施 1 保护接地 保护接地保护接地就是将电气设备的金属外壳与大地可靠地连接 适用于 1kV 以下中性点不接地的三相供电系统 保护接地的作用原理是利用数值较小的接地装置电阻 低压系统一 般应控制在 4 以下 与人体电阻并联 将漏电设备的对地电压大幅度 地降低至安全范围内 电流对 人体的 伤害 安全电 压的规 定 防止触 电的技 术措施 教教 学学 内内 容容注意点注意点配时配时 2 保护接零 保护接零保护接零就是将电气设备正常情况下不带的的外露导电部分与电源 的零线相连接 适用于电源中性点接地的三相四线制供电系统中 当电气设备的金属外壳与零线相接后 若设备某相发生碰壳漏电故 障 该相就会通过金属外壳与接零线形成单相短路 使该相上的保护装 置迅速动作 从而切断了故障设备的电源 确保了安全 1 工作接地 2 保护接零 3 重复接地 采用保护接零时 零线不允许断开 因此 除了电源零线上不允许 接开关 熔断器外 在实际应用中 用户端往往将电源零线重复接地 以防零线断开 3 家庭安全用电 三孔插座接线规定 左零右火中接地 4 照明配电箱 又称小型断路器组合