《电工学》全套课件-PPT

1、电工学绪论 电力系统概述 电力系统和电力网概述提问：1.什么是电力系统？电力网？上一页下一页返 回电力的产生及传输分配上一页下一页返 回电力系统：由发电、送电、变电、配电和用电组成的“整体”电力网：输送、变换和分配电能的网络，分为输电网和配电网两大部分电力网的电压等级：低压（1kV以下）、中压（1kV10kV）、高压（10kV330kV）、超高压（330kV1000kV）、特高压（1000kV）电能的质量指标：频率、电压上一页下一页返 回电力的产生发电厂：其它形式的能源（如水能、热能、风能、核能等）电能电力的传输：发电厂变压器升压高压输电线路变配电站上一页下一页返 回电力的传输提问：2为什么要

2、升压供电？因为：电流，传输距离，热能消耗，电能损失所以：在传输容量一定的条件下，输电电压，输电电流，电能消耗我国常用的输电电压等级：有35kV、110kV、220kV、330kV、500kV等多种电力的传输线路：架空线路、电缆线路上一页下一页返 回电力的分配输电线路配电线路分配给用户常用的配电电压：高压：10kV或6kV 低压： 380220V 上一页下一页返 回电工安全基本知识人为什么会触电？人体本身就是一个导体，有一定的电阻。触电有哪几种？单相触电两相触电跨步电压触电上一页下一页返 回单相触电两相触电跨步电压触电上一页下一页返 回触电程度跟哪些因素有关？与通过人体电流强度、持续时间、电压频

3、率、通过人体的途径以及人体状况都有关系。上一页下一页返 回怎样预防触电?要有必要的安全知识安装保护设备创造不导电环境：绝缘、屏护、间距上一页下一页返 回1.2.5 发生了触电怎么办?迅速切断电源触电程度轻重的判断立即采取相应的急救措施：口对口（或口对鼻）人工呼吸法、胸外心脏挤压法上一页下一页返 回图1.11 触电者就地脱离电源的方法上一页下一页返 回对触电者的检查（a）检查瞳孔 （b）检查呼吸 （c）检查心跳上一页下一页返 回口对口人工呼吸法（a）触电者平卧姿势 （b）急救者吹气方法 （c）触电者呼气姿态上一页下一页返 回图1.14 胸外心脏挤压法（a）急救者跪跨位置 （b）急救者压胸的手掌位

4、置（c）挤压方法示意 （d）突然放松示意上一页下一页返 回图1.15 对心跳和呼吸均停止者的急救（a）单人操作法 （b）双人操作法 上一页下一页返 回第1章 直流电路2.1 电路的基本物理量2.2 欧姆定律2.3 电流与电压测量2.4 电路工作状态2.5 电路元件特性方程2.6 基尔霍夫定律2.7 电路中电位的计算2.8 电路中功率的平衡上一页下一页返 回图2.1 电路示意图(a)手电筒电路 (b) 扩音机上一页下一页返 回实例引入：手电筒电路图2.2 手电筒的电路模型上一页下一页返 回电路是电流的通路，它的基本作用：（1）能量的传输和转换；（2）信号的传递和处理。电路主要由四要素：电源、负载

5、、控制元件、回路上一页下一页返 回2.1 电路的基本物理量2.1.1 电流图2.3 导体中的电流 图2.4 电流的正方向上一页下一页返 回电流：由电荷（带电粒子）有规则的定向运动而形成的交流：直流： 实际方向：正电荷运动的方向参考方向、正方向：任意选定某一方向电流的实际方向与其正方向一致时，则电流为正值；电流的实际方向与其正方向相反时，则电流为负值上一页下一页返 回2.1.2 电压和电位电压：绝对值，不随参考点的改变而改变；电位：相对值，随参考点的改变而变化图2.5 电压示意图上一页下一页返 回电压电压：电场力将单位正电荷沿外电路中的一点推向另一点所作的功实际方向：规定从高电位(“”)指向低电

6、位(“”)电压的实际方向与其正方向一致时，则电压为正值；电压的实际方向与其正方向相反时，则电压为负值。上一页下一页返 回2.电位电路中某点的电位实质是这一点与参考点之间的电压，或者说，电路某两点的电压等于这两点之间的电位差。UABVA-VB上一页下一页返 回 例2-1 在图2.6所示的电路中，已知U1=3V，U2=-2V，求U=？图2.6 例2-1的电路图上一页下一页返 回解：因为 UAB+UBC=(VA-VB)+(VB-VC)=VA-VC=UAC 所以 U=UAC=UAB+UBC=U1-U2=3-(-2)=5V上一页下一页返 回2.1.3 电动势图2.7 手电筒电路原理图上一页下一页返 回电

7、动势:电源力将单位正电荷从电源的负极移到正极所作的功。符号E，单位VE= W/q 电动势的方向：规定为电源力推动正电荷运动的方向，即从负极指向正极的方向，也就是电位升高的方向形成持续的电流必须有两个条件：一是要有电源，二是要有一条能够使电荷移动的闭合路径。上一页下一页返 回例2-2 在图2.9所示的电路中，求E=？图2.9 例2-2的图上一页下一页返 回 解：因为UAB=U1-U2=E-U2 所以E=UAB+U2上一页下一页返 回2.电容器电容器：是由两个金属电极中间夹一层绝缘体（又称电介质）所构成，可以储存电场能量用途：具有“隔直通交”的特点，常用于滤波、旁路、信号调谐等方面主要技术参数：电

8、容量、允许误差、额定电压识别方法：数值法和色标法上一页下一页返 回例：某一瓷介电容上标有104，其标称电容量为10104pF，即0.1F有极性的电解电容器上标有负号的一端（一般为短脚）是负极，另一端是正极。在直流电路中，电解电容器正负极不能接反，否则会爆炸。上一页下一页返 回3.电感器镇流器、电机、变压器的线圈都是电感线圈，可以储存磁场能量。用途：LC滤波器，调谐放大电路或谐振均衡，去耦电路分类：按结构特点可分为单层、多层、蜂房、带磁芯及可变电感线圈。主要技术参数：电感量L和品质因数Q。电感量是指电感器通入电流后储存磁场能量的大小，其单位是H、mH和H。1H=103mH， 1mH=103H。上

9、一页下一页返 回2.2 欧姆定律欧姆定律：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比当电压和电流的正方向一致时：U=IR （2-6） 当电压和电流的正方向相反时：U=-IR （2-7）上一页下一页返 回例2-3 已知R=3 ，应用欧姆定律对图2.12的电路列出式子，并求电流I。图2.12 例2-3的图上一页下一页返 回解：在图2.12(a)中： 在图2.12(b)中： 在图2.12(c)中： 在图2.12(d)中： 上一页下一页返 回例2-4 计算图2.13中的电阻R值，已知Uab=-12V。图2.13 例2-4的电路上一页下一页返 回解：Uab=Uan+Unm+Umb =-E1+Unm+E2 Un

10、m=Uab+E1-E2 =-12+5-3=-10V R=Unm/I=-10/-2=5上一页下一页返 回图2.14 线性电阻的伏安特性曲线 图2.15 白炽灯丝的的伏安特性曲线上一页下一页返 回图2.16 半导体二极管伏安特性曲线 图2.17 非线性电阻的符号上一页下一页返 回2.3 电流与电压测量2.3.1 电阻串并联1.电阻的串联（a）串联电阻 （b）等效电阻图2.18 电阻的串联上一页下一页返 回等效电阻R等于各个串联电阻之和，即：R=R1+R2+R3+两个串联电阻上的电压分别为： （2-9） （2-10）上一页下一页返 回2.电阻的并联（a）并联电阻 （b）等效电阻图2.19 电阻的并联

11、上一页下一页返 回等效电阻R为：由式（2-11）得图2.19的并联等效电阻R为：两个并联电阻上的电流分别为： 上一页下一页返 回负载增加（例如并联的负载数目增加）时，负载所取用的总电流和总功率都增加，即电源输出的功率和电流都相应增加。就是说，电源输出的功率和电流决定于负载的大小。上一页下一页返 回2.3.2 电流的测量测量直流电流通常都用磁电式安培计，测量交流电流主要采用电磁式安培计（a）安培计的接法 （b）分流器的接法图2.20 安培计和分流器上一页下一页返 回 （2-14） 即 （2-15）上一页下一页返 回例2-5 有一磁电式安培计，当使用分流器时，表头的满标值电流为5mA。表头电阻为2

12、0。今欲使其量程（满标值）为1A，问分流的电阻应为多大？解：上一页下一页返 回2.3.3 电压的测量测量直流电压常用磁电式伏特计，测量交流电压常用电磁式伏特计。（a）伏特计的接法 （b）分压器的接法图2.21 伏特计和分压器上一页下一页返 回由图2.21(b)可得： （2-16）即 （2-17） 上一页下一页返 回例2-6 有一伏特计，其量程为50V，内阻为2000。今欲使其量程扩大到360V，问还需串联多大电阻的分压器？解： 上一页下一页返 回2.4.2 开路电路开路时的特征可用下列各式表示： I=0 U=U0=E 图2.24 电路开路的示意图上一页下一页返 回2.4.3 短路电源短路时的特

13、征可用下列各式表示： U=0 I=IS=E/R0图2.25 电路短路的示意图上一页下一页返 回2.6.2 基尔霍夫电压定律（KVL） 基尔霍夫电压定律是用来确定构成回路中的各段电压间关系的。对于图2.35所示的电路，如果从回路adbca中任意一点出发，以顺时针方向或逆时针方向沿回路循行一周，则在这个方向上的电位升之和应该等于电位降之和，回到原来的出发点时，该点的电位是不会发生变化的。此即电路中任意一点的瞬时电位具有单值性的结果。 上一页下一页返 回图2.35 回路上一页下一页返 回 以图2.35所示的回路adbca（即为图2.31所示电路的一个回路）为例，图中电源电动势、电流和各段电压的正方向

14、均已标出。按照虚线所示方向循行一周，根据电压的正方向可列出： U1+U4=U2+U3或将上式改写为： U1-U2-U3+U4=0即 U=0 （2-25）上一页下一页返 回 就是在任一瞬时，沿任一回路循行方向（顺时针方向或逆时针方向），回路中各段电压的代数和恒等于零。如果规定电位升取正号，则电位降就取负号。 上一页下一页返 回 图2.35所示的adbca回路是由电源电动势和电阻构成的，上式可改写为： E1-E2-I1R1+I2R2=0或 E1-E2=I1R1-I2R2即 E=(IR) 上一页下一页返 回2.8 电路中的功率平衡1电做的功（简称电功）W=qU=UIt2电功率 P=W/t=UIt/t

15、=UI P=U2/R=I2R3电流热效应Q=I2Rt4额定值：在给定的工作条件下正常运行而规定的正常容许值上一页下一页返 回第3章 正弦交流电路实例引入：日光灯电路实训五：白炽灯调光实验3.1 正弦交流电基本概念3.2 正弦量的相量表示法3.3 正弦交流电路中电压与电流的关系3.4 白炽灯串电感调光电路的阻抗计算及功率因数实训六：日光灯电路的阻抗计算上一页下一页返 回实例引入：日光灯电路正弦交流电得到广泛应用:正弦交流电容易产生，并能用变压器改变电压，便于输送和使用；交流电机结构简单、工作可靠、经济性好上一页下一页返 回图3.1 白炽灯电路图3.2 日光灯电路上一页下一页返 回镇流器串联在电路

16、中，它的作用是帮助灯管启动，灯管正常发光时稳定电流；启辉器并联在灯管两端，它是帮助灯管启动的。日光灯发光原理简单叙述如下：开关闭合，电源接通。此时灯管未发光，电压全加在启辉器上，启辉器动静触片接触，使电路接通，灯管中灯丝有电流通过。此时启辉器动静触片断开，整个电路电流突然中断，镇流器此时产生很高的感应电动势，与电源电压串联后，全部加在灯管两端。使灯管内汞气弧光放电，紫外线激发荧光粉，发出近似日光的可见光。 上一页下一页返 回3.1 正弦交流电基本概念正弦量的三要素指的就是频率、幅值和初相位。(a)直流电 (b)交流电 (c)脉冲电图3.6 电流波形图上一页下一页返 回3.1.1 周期、频率、角

17、频率描述正弦量变化快慢的量有周期T（s）、频率f（Hz）和角频率（rad/s）。（a）用t表示 (b) t表示图3.7 正弦交流电波形图f=1/T =2/T=2f上一页下一页返 回3.1.2 瞬时值、最大值、有效值描述正弦量“大小”的量有瞬时值(i、u、e)、最大值(Im、Um、Em)有效值(I、U、E)上一页下一页返 回图3.8 交流电的有效值上一页下一页返 回第5章 磁路与变压器5.1 变压器的工作原理5.2 变压器的应用5.4 磁路在其他方面的应用上一页下一页返 回实例引入：市电给6V小灯泡供电方案 (a) 电阻器分压供电方案 (b) 变压器降压供电方案 图5.1 两种供电方案上一页下一

18、页返 回5.1 变压器的工作原理5.1.1 分类及型号1.按电压的升降分类：有升压变压器和降压变压器两种。2.按相数分类：有单相变压器、三相变压器及多相变压器。上一页下一页返 回3.按用途分类：有用于供配电系统中的电力变压器；有用于测量和继电保护的仪用变压器（电压互感器和电流互感器）；有产生高电压供电设备的耐压试验用的试验变压器；有电炉变压器、电焊变压器和整流变压器等特殊用途的变压器。4.按冷却方式及冷却的介质分类：有以空气冷却的干式变压器；有以油冷却的油浸变压器；有以水冷却的水冷式变压器。上一页下一页返 回 目前我国生产的中小型变压器主要有S5、SL5、SF5、SZ5、SZL5等系列。这些符

19、号的含义是：S三相；D单相；F风冷；W水冷；Z有载调压；L铝线圈变压器。例如某变压器型号为S L 7500 / 10 高压侧电压10kV 额定容量SN=500kVA 设计序号为7 铝线圈 三相变压器上一页下一页返 回5.1.2 变压器的结构 (a) 结构示意图 (b) 符号图5.2 变压器结构示意图及表示符号上一页下一页返 回(a)口型 (b)EI型 (c)F型 (d)C型 图5.3 变压器的铁芯上一页下一页返 回 (a) 芯式变压器 （b）壳式变压器图5.4 变压器的结构形式上一页下一页返 回5.1.3 变压器的额定值 变压器的额定值是保证变压器能够长期可靠地运行工作，并且有良好的工作性能的

20、技术限额，它也是厂家设计制造和试验变压器的依据，其内容包括以下几个方面：上一页下一页返 回1.额定电压U1N/U2NU1N、U2N分别为原、副边额定电压，是指变压器空载时端电压的保证值，以有效值表示，对三相变压器来说，均指线电压，单位是V或kV。上一页下一页返 回2.额定电流I1N/I2NI1N和I2N分别为原、副边额定电流，是指变压器连续运行时原、副绕组允许通过的最大电流有效值。三相变压器的额定电流是指线电流，单位为A。上一页下一页返 回3.额定容量SNSN是变压器在额定状态下的电功率输出能力。单位以VA或kVA表示。对于单相变压器SN=U1NI1N=U2NI2N （5-1）对于三相变压器

21、SN= U1NI1N= U2NI2N（5-2）上一页下一页返 回4.额定频率fN是指变压器应接入的电源频率。我国电力系统的标准频率为50Hz。上一页下一页返 回第2篇 电气控制篇上一页下一页返 回第二篇 电器控制篇第六章 电机第七章 常用低压电器第八章 电器控制系统上一页下一页返 回第6章 电机6.1 电机的分类和选择6.2 三相异步电动机6.3 单相异步电动机6.4 直流电机上一页下一页返 回实例引入：机床电机图6.1 CY6140卧式车床外形图上一页下一页返 回6.1 电机的分类和选择表6-2 各类电机特点和用途上一页下一页返 回表6-2 各类电机特点和用途上一页下一页返 回表6-1 电机

22、的分类上一页下一页返 回表6-1 电机的分类上一页下一页返 回 选择电动机要从技术和经济两方面考虑，即要合理选择电动机的容量类型、结构型式和转速等技术指标，又要兼顾到设备的投资少、费用低等经济指标。上一页下一页返 回电动机容量的确定电动机容量的确定是选择电动机的关键。电动机容量也就是指电动机的功率，是由电动机所带负载的功率确定的。对连续运行的电动机，其额定功率应等于或稍大于其负载（恒定负载）所需的功率；对短时运行的电动机，其额定功率可以是其负载所要求的功率的1/ 。为三相异步电动机的过载系数，的取值范围一般为1.82.2。上一页下一页返 回电动机类型的选择电动机类型是根据电动机所带负载的性质来

23、选择的，如表6-3所示。表6-3 电动机类型选择上一页下一页返 回电动机结构型式的选择电动机按其安装方式不同分为卧式和立式两种，普通机床一般采用通用系列的卧式电动机。根据工作环境选择电动机的防护型式。在正常工作环境，一般采用防护式电动机。在干燥无尘环境，可采用开启式电动机。在潮湿、粉尘较多或户外场所，采用封闭式电动机。在有爆炸危险或有腐蚀性气体的地方，应选用防爆式或防腐式电动机。上一页下一页返 回电动机转速选择电动机额定转速是根据电动机所带负载的需要而选定的。但是，通常转速不低于500r/min（即每分钟500转），因为功率一定时，电动机转速愈低，其尺寸愈大，价格愈贵，而且效率也较低。上一页下

24、一页返 回电动机额定电压选择电动机电压等级的选择，要根据电动机类型、功率以及使用地点的电源电压来决定，一般为380V。大功率异步电动机采用3000V和6000V的额定电压。上一页下一页返 回二、原理说明三相异步电动机分成两个基本部分：定子（固定部分）和转子（旋转部分）图6.2 三相异步电动机的构造上一页下一页返 回1.定子1-定子 2-转子图6.3 定子和转子的铁芯上一页下一页返 回2.转子(a)鼠笼式绕组 (b)转子外形图6.4 鼠笼式转子上一页下一页返 回图6.5 铸铝的鼠笼式转子上一页下一页返 回图6.6 线绕式异步电动机的构造上一页下一页返 回要正确使用电动机，必须要看懂铭牌。Y132

25、M-4型电动机的铭牌如下。电动机铭牌数据的意义详见6.2.4节。 此外，它的主要技术数据还有：功率因数0.85，效率87%。 。上一页下一页返 回6.2 三相异步电动机 世界上75% 的用电设备都是三相交流异步电动机。本节将详细介绍三相异步电动机的原理、转速与转矩的计算以及起动、制动、调速的控制方法。上一页下一页返 回6.2.1 三相异步电动机工作原理 三相异步电动机转动原理如下：三相交流电通入定子绕组，产生旋转磁场。磁力线切割转子导条使导条两端出现感应电动势，闭合的导条中便有感应电流流过。在感应电流与旋磁场相互作用下，转子导条受到电磁力并形成电磁转矩，从而使转子转动。上一页下一页返 回电压铭

26、牌上所标的电压值是指电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压有效值。三相异步电动机的额定电压有380V、3000V及6000V等多种。一般规定电动机的工作电压不应高于或低于额定值的5%。当电压高于额定电压值时，磁通将增大（因U14.44f1N1）。磁通的增大又将引起励磁电流的增大（由于磁饱和，可能增得很大）。这样，可使铁损（与磁通平方成正比）增加，铁芯发热。但常见的是电压低于额定值。这时引起转速下降，电流增加。如果在满载或接近满载的情况下，电流的增加将超过额定电流值，使绕组过热。在低于额定电压下运行时，和电压平方成正比的最大转矩Tmax会显著地降低，这对电动机运行也不利。上一页下一页返 回电流

27、铭牌上所标的电流值是指电动机在额定运行时定子绕组的线电流有效值。当电动机空载时，转子转速接近于旋转磁场的转速，两者之间相对转速很小，所以转子电流近似为零，这时定子电流几乎全是建立旋转磁场的励磁电流。当输出功率增大时，转子电流和定子电流都相应增大。上一页下一页返 回功率与效率 铭牌上所标的功率值是指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率值。输出功率与输入功率不等，其差值等于电动机本身的损耗功率，包括铜损（PCu）、铁损（PFe）及机械损耗等。以Y132M-4型电动机为例： 输入功率 P1= UlIlcos= 38015.40.85=8.6kW 输出功率 P2=7.5kW 效率 =P2/P1=(7.

28、5/8.6)100%=87% 一般鼠笼式电动机在额定运行时的效率约为7293%。在额定功率的75%左右时效率最高。上一页下一页返 回功率因数因为电动机是感性负载，定子相电流比相电压滞后一个角，cos就是电动机的功率因数。三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为0.70.9，而在轻载和空载时更低，空载时只有 0.20.3。因此，必须正确选择电动机的容量，防止“大马拉小车”，并力求缩短空载的时间。上一页下一页返 回接法（a）星形（Y）联接 （b）三角形（）联接图6.16 定子绕组的星形（Y）联接和三角形（）联接上一页下一页返 回6.2.5 三相异步电动机的起动1起动性能（1）起动电流Ist

29、电动机的起动电流对线路是有影响的。过大的起动电流在短时间内会在电路上造成较大的电压降落，而使负载端电压降低，影响邻近负载的正常工作。上一页下一页返 回（2）起动转矩Tst如果起动转矩Tst过小，就不能在满载下起动，应设法提高。但起动转矩Tst过大，会使传动机构（譬如齿轮）受到冲击而损坏，所以又应设法减小。异步电动机起动时的主要缺点是起动电流较大。为了减小起动电流（有时也为了提高或减小起动转矩），必须采用适当的起动方法。上一页下一页返 回2.变频调速 3.变转差率调速图6.19 变频调速装置示意图上一页下一页返 回6.2.7 三相异步电动机的制动1能耗制动 图6.20 能耗制动原理图上一页下一页

30、返 回2.反接制动反接制动的原理如图6.21所示。 将接到电源的三根导线中任意两根的一端对调位置，使旋转磁场反向旋转，产生制动转矩。当转速接近零时，利用某种控制电器将电源自动切断。反接制动比较简单，效果较好，但能量消耗较大。适用于某些中型车床和铣床的主轴制动。图6.21 反接制动原理图上一页下一页返 回3.发电反馈制动图6.22 发电反馈制动原理图上一页下一页返 回6.3 单相异步电动机单相异步电动机广泛用于洗衣机、电冰箱、电风扇、排油烟机等家用电器，也常用于功率不大的电动工具（如电钻、搅拌器等）。上一页下一页返 回6.3.1 单相异步电动机的构造和工作原理图6.23 单相运行异步电动机原理图

31、上一页下一页返 回图6.24 单相异步电动机转动原理上一页下一页返 回6.3.2 单相异步电动机的起动单相异步电动机根据起动方法不同可分为分相式电动机、电容式电动机和罩极式电动机。1.分相式电动机分相式电动机常用于泵、压缩机、冷冻机、传送机、机床等。分相式电动机的接线原理图如图6.25所示。上一页下一页返 回图6.25 分相式单相异步电动机接线原理图上一页下一页返 回2.电容式电动机3.罩极式电动机图6.26 罩极式单相异步电动机的结构示意图上一页下一页返 回6.3.3 单相异步电动机的正反转和调速单相异步电动机的转动方向，决定于主绕组和副绕组的相序，调换这两个绕组中任一绕组的端头，即可改变电

32、动机的转向。单相异步电动机的调速方法有电抗器调速、绕组抽头调速、自耦变压器调和可控硅装置调速。目前以绕组抽头调速方法使用比较普遍。上一页下一页返 回6.4 直流电机6.4.1 直流电机的构造 直流电机主要由磁极、电枢和换向器组成，如图6.27所示。 图6.27 直流电机的组成示意图上一页下一页返 回图6.28 直流电机的磁极及磁路1.磁极上一页下一页返 回2.电枢 (a) 电枢 (b) 电枢铁芯片图6.29 直流电机的电枢和电枢铁芯片示意图上一页下一页返 回3.换向器 （a）外形 (b)剖面图图6.30 直流电机换向器示意图上一页下一页返 回6.4.2 直流电机的基本工作原理直流发电机 图6.

33、31 直流发电机工作原理图上一页下一页返 回图6.32 直流电动机工作原理图上一页下一页返 回直流电动机直流电机作电动机运行时，将直流电源接在两电刷之间而使电流通入电枢线圈。电流方向应该是：N极下的有效边中的电流总是一个方向，而S极下的有效边中的电流总是另一个方向。这样才能使两个边上受到的电磁力的方向一致，电枢因而转动。因此当线圈的有效边从N（S）极下转到S（N）极下时，其中电流的方向必须同时改变，以使电磁力的方向不变，而这也必须通过换向器才得以实现.上一页下一页返 回6.4.3 直流电动机的转向与转速由图6.32可知，改变电枢电流方向，可以使直流电动机反转。直流电动机转动时，电枢绕组切割磁力

34、线，产生感应电动势。此电动势的方向与电动机端电压U的方向相反，称反电动势E，如图6.33所示。上一页下一页返 回图6.33 直流电动机端电压与反电动势上一页下一页返 回图6.33中的反电动势E为： E=kn （6-12）式（6-12）中，k为常数，为磁通，n为直流电动机转速。 由图6.33可得： U=E+Iara （6-13）式（6-13）中，ra为电枢绕组电阻，Ia为电枢电流。由式（6-12）和式（6-13）得： （6-14）由式（6-14）可知，直流电动机转速与反电动势E成正比，而与磁通成反比。上一页下一页返 回6.4.4 直流电动机的转矩与机械特性 直流电动机转矩T与磁极发出的磁通及电枢

35、电流Ia成比例，即： T=KIa （6-15） 直流电动机的机械特性包括转速特性和转矩特性。转速（转矩）特性是指加在电动机端子上的电压不变时，负荷电流和转速（转矩）的关系。上一页下一页返 回直流电动机按励磁方式分为并励电动机、串励电动机、复励电动机和他励电动机四种。下面将分别讨论前三种直流电动机的转速特性和转矩特性。上一页下一页返 回并励电动机 并励电动机的接线图与特性曲线如图6.34所示。由图6.34可见，并励电动机的转速基本不变，为恒速电动机。由于磁通不变，并励电动机转矩与负荷电流成比例。并励电动机与三相异步电动机特性相似，一般很少使用。图6.34 并励电动机的接线图与特性曲线上一页下一页

36、返 回2.串励电动机 串励电动机的接线图与特性曲线如图6.35所示。由于串励电动机磁通与负荷电流成正比，其转速大体上与电流成反比。空载时无约束速度，很危险。 当I较小时，串励电动机转矩与I2成正比；I较大时，串励电动机转矩则与I成正比。串励电动机常用于电车、电动机、起重机、卷扬机等。图6.35 串励电动机的接线图与特性曲线上一页下一页返 回3.复励电动机 复励电动机的接线图与特性曲线如图6.36所示。因为复励电动机有并励绕组，即使空载也不会有危险的转速。复励电动机起动转矩大，适用于负荷转矩不变的情况如起重机等。图6.36 复励电动机的接线图与特性曲线上一页下一页返 回第7章 常用低压电器7.1

37、 低压电器的作用与分类7.2 开关电器7.3 低压熔断器7.4 接触器7.5 控制继电器7.6 主令电器上一页下一页返 回实例引入：机床电气控制系统低压电器CY6140车床电气控制系统中低压电器包括自动空气开关、接触器、按钮、熔断器、热继电器等。自动空气开关QF为电源开关，熔断器FU对电动机起短路保护，热继电器FR对电动机起过载保护。按钮SB和接触器KM控制电动机的起动和停止。上一页下一页返 回若机床的主轴电动机型号为Y112M-4，其额定功率为4kW，额定电压为380V，额定电流为8.8A，起动电流为额定电流的7倍。要实现对该台电动机的正反转控制，该如何设计其继电接触器控制系统呢？首先要学会

38、如何根据要求选择低压电器。上一页下一页返 回7.1 低压电器的作用与分类表7-1 低压电器按所起的作用分类上一页下一页返 回低压电器按动作方式又可分为非自动切换电器和自动切换电器两种，如表7-2所示。 表7-2 低压电器按动作方式分类上一页下一页返 回7.2 开关电器（a）外型 （b）内部结构图7.1 瓷底胶盖闸刀开关上一页下一页返 回图7.2 铁壳开关上一页下一页返 回图7.3 HZ10-10/3型转换开关上一页下一页返 回7.2.1 低压断路器低压断路器按用途分有配电（照明）、限流、灭磁、漏电保护等几种；按动作时间分有一般型和快速型；按结构分有框架式(万能式) DW系列和塑料外壳式（装置式

39、）DZ系列。DZ系列低压断路器动作时间低于0.02s（秒），DW系列低压断路器动作时间大于0.02s。上一页下一页返 回（a）外型 （b）内部结构图7.4 DZ5-20型低压断路器上一页下一页返 回图7.5 低压断路器工作原理图上一页下一页返 回7.2.2 漏电保护开关图7.6 漏电保护开关原理图上一页下一页返 回7.2.3 漏电保护断路器低压断路器具有短路、过载、欠压和失压保护功能，漏电保护开关只有漏电保护功能。继电接触器控制系统一般可以只装接低压断路器，但不能只装接漏电保护开关。在实际工作中，常可发生漏电保护开关已被短路电流烧毁但就是不跳闸的情况。这是因为短路电流虽大，但进出零序电流互感器

40、铁芯的电流仍相等，并不产生漏电信号之故。所以，有了漏电保护还必须安装有短路、过载、欠压和失压保护的设施。近几年来在低压断路器的基础上设计生产了一类新型开关漏电保护断路器。漏电保护断路器同时具备短路、过载、欠压、失压和漏电等多种保护功能。上一页下一页返 回7.3 低压熔断器图7.8 熔断器外形结构和图形符号上一页下一页返 回7.4 接触器交流接触器的外形与结构(a) 外形(b) 结构上一页下一页返 回图7.9 CJ10-20型交流接触器的结构示意图及图形符号上一页下一页返 回图7.10 交流接触器工作原理图上一页下一页返 回 接触器是一种适用于远距离频繁接通和分断交直流主电路和控制电路的自动控制

41、电器。其主要控制对象是电动机，也可用于其他电力负载，如电热器、电焊机等。接触器还具有欠电压释放保护、零压保护、控制容量大、工作可靠、寿命长等优点，是自动控制系统中应用最多的一种电器。接触器的工作原理是利用电磁铁吸力及弹簧反作用力配合动作，使触头接通或断开。按其触头控制交流电还是直流电，分为交流接触器和直流接触器，二者之间的差异主要是灭弧方法不同。上一页下一页返 回7.5 控制继电器7.5.1 时间继电器 时间继电器是电路中控制动作时间的继电器，它是一种利用电磁原理或机械动作原理来实现触点延时接通或断开的控制电器。按其动作原理与构造的不同可分为电磁式、电动式、空气阻尼式和晶体管式等类型。上一页下

42、一页返 回上一页下一页返 回图7.11 JS7-A系列空气阻尼式时间继电器结构示意图上一页下一页返 回a)线圈一般符号 b)通电延时线圈 c)电延时线圈 d)延时闭合常开触点 e)延时断开常闭触点 f)延时断开常开触点 g)延时闭合常闭触点 h)瞬动常开触点 i)瞬动常闭触点图7.12 时间继电器的图形符号上一页下一页返 回7.5.2 热继电器热继电器外形与结构(a) 外形(b) 结构上一页下一页返 回图7.13 热继电器外形、结构及图形符号上一页下一页返 回 图7.14 热继电器的原理示意图上一页下一页返 回 7.6 主令电器 主令电器主要用来切换控制电路，即用它来控制接触器、继电器等电器的

43、线圈得电与失电，从而控制电力拖动系统的起动与停止，以及改变系统的工作状态，如正转与反转等。由于它是一种专门发号施令的电器，故称为主令电器。主令电器应用广泛，种类繁多。常用的主令电器有按钮开关、位置开关和主令控制器等。上一页下一页返 回7.6.1 按钮开关(b) 结构按钮开关的外形和符号(a) 外形图常闭触点常开触点上一页下一页返 回图7.15 按钮开关的作用、结构和符号上一页下一页返 回7.6.2 位置开关未撞击撞击(b)示意图(a)外形图行程开关的外形符号上一页下一页返 回图7.16 JLXK1系列位置开关外型图上一页下一页返 回(a)常开触点 (b)常闭触点 (c)复合触点图7.17 位置

44、开关符号上一页下一页返 回第8章 电气控制系统8.1 点动控制8.2 电动机的正反转控制上一页下一页返 回图8.1 C650卧式车床电气原理图上一页下一页返 回实例引入：机床电气控制系统点动控制线路是用按钮、接触器来控制电动机运转的最简单的控制线路所谓点动控制是指按下铵钮时，电动机就得电运转；松开按钮时，电动机就失电停转。这种控制方法常用于电动葫芦的起重电机控制和机床上的手动调校控制。8.1 点动控制上一页下一页返 回图8.2 电机点动控制线路上一页下一页返 回主电路由图8.2可知，点动控制线路的主电路由三相空气开关QF、交流接触器主触头KM、热继电器的热元件FR以及三相电动机M组成。上一页下

45、一页返 回控制回路由图8.2可知，点动控制线路的控制回路由熔断器FU1、FU2、按钮SB、交流接触器线圈KM及热继电器的辅助常闭触头组成。上一页下一页返 回工作原理当电动机M需要点动运转时，先合上空气开关QF，再按下起动按钮SB，接触器KM的线圈得电，使接触器KM的三对主触头闭合，电动机M便得电起动运转。当电动机M需要停转时，只要松开起动按钮SB，接触器KM的线圈失电，使接触器KM的三对主触头恢复断开，电动机M失电而停转。这就是点动控制的工作原理，它的线路虽然很简单，但它很有实用价值，希望我们都能掌握。上一页下一页返 回实训十一：电动机单向运行控制实训目的掌握单向运转控制的工作原理。掌握单向运

46、转控制的接线及接线工艺。掌握单向运转控制线路的检查方法及通电运行过程。掌握常用电工仪表的使用方法。上一页下一页返 回原理说明图8.3 电动机单向运行控制线路上一页下一页返 回三、操作步骤1.线路的装接(1)查图8.3中各元件的好坏。(2)弄清楚交流接触器的主触头、辅助常开和辅助常闭触头以及线圈的接线位置，热继电器的热元件、辅助常开和辅助常闭触头的接线位置，以及起动按钮（常开）和停止按钮（常闭）的接线位置。(3)按图8.4进行接线。上一页下一页返 回图8.4 电动机单向运行结构连接图上一页下一页返 回2.线路检查对于简单的电气线路，我们只需对照控制线路图和我们的接线一根一根检查就可以，有关用万用

47、表的检查将在实训十二中学习。上一页下一页返 回3.通电试车经检查无误后，可在教师的监护下通电试车。(1)合上QF，接通电源。(2)按一下起动按钮SB2，接触器得电吸合，电动机连续运转。(3)按一下停止按钮SB1，接触器失电断开，电动机停转。上一页下一页返 回四、分析思考1.断开KM的辅助常开触头后，将会怎样？2.总结装接线路的经验和技巧。上一页下一页返 回8.2 电动机的正反转控制电梯的上下升降，机床工作台的移动，其本质就是电动机的正反转。要实现电动机的正反转，只要将接至电动机三相电源进线中的任意两相对调接线，即可达到反转的目的。下面是接触器联锁的正反转控制线路，如图8.5所示上一页下一页返

48、回图8.5 电动机接触器连锁的正反转控制线路上一页下一页返 回电路分析图中主回路采用两个接触器，即正转接触器KM1和反转接触器KM2。当接触器KM1的三对主触头接通时，三相电源的相序按UVW接入电动机。当接触器KM1的三对主触头断开，接触器KM2的三对主触头接通时，三相电源的相序按WVU接入电动机，电动机就向相反方向转动。电路要求接触器KM1和接触器KM2不能同时接通电源，否则它们的主触头将同时闭合，造成U、W两相电源短路。为此在KM1和KM2线圈各自支路中相互串联对方的一对辅助常闭触头，以保证接触器KM1和KM2不会同时接通电源，KM1和KM2的这两对辅助常闭触头在线路中所起的作用称为联锁或

49、互锁作用，这两对辅助常闭触头就叫联锁或互锁触头。上一页下一页返 回电路动作原理正转控制：反转控制：KM1联锁触头断开，使线圈KM2不能得电KM1主触头闭合电动机M运转合上QF按SB2KM1线圈获电KM1自锁触头闭合KM1联锁触头闭合（为反转作准备） KM1主触头断开电动机M断电停止 先按SB1KM1线圈断电 KM1自锁触头断开 KM2联锁触头断开, 使线圈KM1不能得电 KM2主触头闭合电动机M反转 再按SB3KM2线圈获电 KM2自锁触头闭合 上一页下一页返 回 对于这种控制线路，当要改变电动机的转向时，就必须先按停止按钮SB1，再按反转按钮SB3，才能使电机反转。如果不先按SB1，而是直接

50、按SB3，电动机是不会反转的。上一页下一页返 回实训十二：接触器联锁和按钮联锁的正反转控制一、实训目的掌握接触器联锁和按钮联锁的正反转控制的工作原理。掌握接触器联锁和按钮联锁的正反转控制的接线及接线工艺。掌握接触器联锁和按钮联锁的正反转控制线路的检查方法和通电运行过程。掌握常用电工仪表的使用方法，能正确进行各种测量。上一页下一页返 回二、原理说明 图8.6所示的是电动机接触器、按钮双重联锁的正反转控制线路图，这种线路是在接触器联锁的基础上，增加了按钮联锁，所谓按钮联锁就是利用复合按钮，将其常开触头串接在正转（或反转）控制电路中，将其常闭触头串接在反转（或正转）控制电路中。当按下正转（或反转）起

51、动按钮时，先断开反转（或正转）控制电路，反转（或正转）停止，接着接通正转（或反转）控制电路，使电动机正转（或反转）。这样既保证了正反转接触器不会同时接通电源，又可不按停止按钮而直接按反转（或正转）按钮进行反转（或正转）起动。故这种双重联锁控制线路使线路操作方便，工作安全可靠，因此在电力拖动中被广泛采用。 上一页下一页返 回图8.6 电动机接触器、按钮双重连锁的正反转控制线路上一页下一页返 回图8.7 手动顺序控制图上一页下一页返 回图8.8 自动顺序控制图上一页下一页返 回图8.9 正反转行程控制图上一页下一页返 回图8.10 手动Y-起动控制图上一页下一页返 回图8.11 自动Y-起动控制图

52、上一页下一页返 回图8.12 半波整流能耗制动线路图 上一页下一页返 回图8.13 电动机制动时定子绕组的联接图上一页下一页返 回第3篇 复杂电路分析上一页下一页返 回第三篇 复杂电路分析第九章 复杂直流电路的分析与计算 第十章 复杂交流电路分析上一页下一页返 回第9章 复杂直流电路的分析与计算9.1 电路的拓扑结构9.2 电源9.3 支路电流法9.7 叠加原理的应用9.8 戴维南定理的应用 上一页下一页返 回实例引入：三极管基础电路(a)实际电路 (b)直流电路模型图9.1 三极管基础电路上一页下一页返 回9.1 电路的拓扑结构实际电路由四个要素组成：电源、负载、控制元件和回路电路中的每一分

53、支称为支路。每个支路内的元件都是串联的，流过支路上各元件的是同一电流，称为支路电流。电路中三条或三条以上的支路相联接的点称为节点。回路是一条或多条支路所组成的闭合回路，在绕行闭合回路的过程中该回路的每个元件只可以经过一次。中间没有支路的单孔回路称作网孔。显然，网孔是回路的特例。上一页下一页返 回分析图9.1(a)的基础三极管电路，建立如图9.1(b)的直流电路模型，分析它的静态工作情况。其中UBE、UCC为电压源，三极管等效为受控电流源IC（电源的分类介绍见第9.2节）。这个电路中，节点有2个，支路有3条，回路有3个，网孔有2个。详细分析如下：节点数n=2 节点:A,E支路数b=3 支路是由I

54、B，IC，IO三个电流流过的路径回路数 3 回路：A-RB-UBE-E-IC-RC-A A-RC-IC-E-UCC-A A-RB-UBE-E-UCC-A网孔数l=2 网孔: A-RB-UBE-E-IC-RC-A A-RC-IC-E-UCC-A上一页下一页返 回例9-1 在图9.2中的三极管直流基础电路中，试运用基尔霍夫定律写出其全部节点电流关系、网孔电压关系和三极管上的电流电压关系。图9.2 三极管直流基础电路上一页下一页返 回解：这是一个包含有三极管的复杂电路，由基尔霍夫电流定律 对节点A有： I0=IC+I1 对节点B有： I1=IB+I2 对节点D有： I0=IE+I2 把三极管当作一个

55、节点有： IE=IB+IC上一页下一页返 回由基尔霍夫电压定律对网孔ACBA有： URC+UCB=URB1对网孔BEDB有： UBE+URE=URB2对网孔ADECA有： UCC=URE+UCE+URC对三极管有： UCE=UCB+UBE 以上是由电路拓扑结构决定的电流、电压关系。此外还有反映元件特性的电压电流关系： IC=IB+ICEO UBE常数 有了以上关系式，加上元件的特性方程（如U=IR），就可以对这个电路进行全面的定量分析了。上一页下一页返 回9.2 电源实际电路中电源以两种形式存在：独立电源和受控源。所谓独立电源是指不受外电路的控制而独立存在的电源，所谓受控电源是指它们的电压或电

56、流受电路中其他部分的电压或电流控制的电源。任何一个实际电源（不论是独立电源还是受控源）在进行电路分析时，都可以用一个电压源或与之等效的电流源来表示。上一页下一页返 回9.2.1 电压源(a)画法1 (b)画法2 图9.3 电压源电路上一页下一页返 回 没有内阻的电压源，即其端电压是恒定不变的，这种电压源称为理想电压源。实际的电压源看成由一个理想电压源和其内阻串联所组成。电压源输出端的电压U随负载电流I的变化情况可以用图形来表示，称为伏安特性曲线（V-A特性曲线），如图9.4所示。由图9.4可知，理想电压源的端电压不受流过电流的影响；而实际电压源因流过的电流增大，其内阻上的压降增大，而使其输出的

57、端电压下降。上一页下一页返 回 图9.4 电压源及理想电压源伏安特性上一页下一页返 回9.2.2 电流源图9.5 高内阻电源 图9.6 电流源及理想电流源伏安特性上一页下一页返 回I=60/（60000+R）1mA一个实际电流源可以用一个理想电流源并联一个内电阻来表示，如图9.7所示。图9.7 电流源电路上一页下一页返 回9.2.3 电压源与电流源的等效变换(a)实际电压源电路 (b)实际电流源电路 图9.8 两种实际电源的等效变换上一页下一页返 回从图9.8(a)电路可得 U=E-IR0将上式两边除以R0再移项，得 I=E/R0-U/R0 （9-3）从图9.8 (b)可得I=IS-U/ （9

58、-4）因此，只要满足条件 IS=E/R0和R0= （9-5） 式（9-3）和式（9-4）就完全相同，也就是说图9.8(a)和图9.8(b)所示的两个实际电源的外部伏安特性曲线完全相同，因而对外接负载是等效的。式（9-5）就是电压源和电流源等效互换的条件。上一页下一页返 回电压源和电流源在等效变换时还需注意：（1）电压源是电动势为E的理想电压源与内阻R0相串联，电流源是电流为IS的理想电流源与内阻相并联。它们是同一电源的两种不同的电路模型；（2）变换时两种电路模型的极性必须一致，即电流源流出电流的一端与电压源的正极性端相对应；上一页下一页返 回（3）这种等效变换，是对外电路而言，在电源内部是不等

59、效的。以空载为例，对电压源来说，其内部电流为零，内阻上的损耗亦为零；对电流源来说，其内部电流为IS，内阻上有损耗；（4）理想电压源和理想电流源不能进行这种等效变换。因为理想电压源的短路电流IS为无穷大，理想电流源的开路电压U0为无穷大，都不能得到有限的数值；上一页下一页返 回（5）这种变换关系中，R0不限于内阻，而可扩展至任一电阻。凡是电动势为E的理想电压源与某电阻R串联的有源支路，都可以变换成电流为IS的理想电流源与电阻R并联的有源支路，反之亦然。其相互变换的关系是 IS=E/R （9-6）在一些电路中，利用电压源和电流源的等效变换关系，可使计算大为简化。上一页下一页返 回例9-2 图9.9

60、所示电路中已知电压源电压E1=12V，E2=24V，R1=R2=20，R3=50，试用电压源与电流源等效变换的方法求出通过电阻R3的电流I3。上一页下一页返 回 (c) (d) 图9.9 例9-2的电路 (a) (b)上一页下一页返 回解：由图9.9可得 上式负号表示I3的实际方向与本题给出的参考方向相反。从此例题可以看出反复进行电压源与电流源的等效变换来求解电路有时是很方便的。上一页下一页返 回9.2.4 受控电源受控源的特点是：（1）受控电压源的电压或受控电流源的电流是受电路中其他部分的某个电压或电流控制的；（2）控制量为零时，受控源的电压或电流也等于零。此时受控电压源相当于短路，受控电流