电工电子（第二版）全套课件

电工电子（第二版）模块一直流电路模型建立与分析CONTENTS任务一认识直流电路任务三熟悉直流电路中的负载任务二熟悉直流电源任务四进行电阻电路的连接任务六熟悉直流电路的分析方法任务五了解电路的工作状态任务一认识直流电路任务描述1.搭建如图1.1.1所示电路。2.观察如下现象并记录。（1）合上开关S，观测电压表的指示值、电流表的指示值和方向及灯泡的亮度。（2）改变电源E的极性，观测电压表的指示值、电流表的指示值和方向及灯泡的亮度。（3）改变电阻R的阻值，再观测电压表的指示值、电流表的指示值和方向及灯泡的亮度。3.现象分析和总结。对上述现象进行分析，可得出哪些结论？任务目标1.能根据实际电路绘制简单的理想电路。2.能辨识电路的基本组成元件。123.能进行电路基本物理量参考方向的标注和简单计算。34.能运用常用工具进行电路基本量的测量，在测量时切记“失之毫厘，谬以千里”405四、电路物理量二、电路模型一、电路作用三、电路的组成五、电路基本参数的测量02030401

任务实施一、电路作用电路是由各种元器件为实现某种应用目的，按一定方式连接而成的整体，其特征是提供了电流流动的通道。由于电的应用非常广泛，所以电路的形式也是多种多样、千变万化的，有长达数千千米的电力线路，也有短到只有几微米的集成电路。实际应用的电路种类繁多，形式和结构也各不相同，但其作用大体可分为两大类：一类是用于实现电能的传输、分配和转换。另一类是用于进行电信号的传递和处理。二、电路模型用于组成电路的电工电子设备或元器件统称为实际电路元件，用实际电路元件组成的电路称为实际电路。日常生活中使用的手电筒的电路是一个简单的直流电路，其实际电路如图1.1.2所示。图1.1.2所示手电筒实际直流电路在分析器件的接法和原理时是很有用的，但要用它对电路进行定量分析和计算，则非常困难（很不方便）。所以通常用一些简单但却能够表征电路主要电磁性能的理想元件来代替实际部件，如图1.1.3所示。课堂小实验不同的电路准备以下材料电池、剪刀、灯座（带灯泡）、绝缘电线、绝缘胶带。如何操作请观看视频：三、电路的组成负载：负载是电路中的用电设备，它可将电能转换成其他形式的能量，如电灯、电炉、电动机等。电源：电源是提供电能的设备，它可将其他形式的能量（化学能、光能、机械能等）转换为电能，如蓄电池、干电池、发电机等。中间环节：中间环节是连接电源和负载的部分，用来传输、分配和控制电能，最简单的中间环节是连接导线、开关。也可由多元件或电气设备组成较为复杂的中间环节。四、电路物理量（二）电压电荷移动需要力，推动电荷移动的这种力称为电场力。（三）电位电压是对电路中某两点而言的，有时在电路中选某点作为参考点（如大地、仪器设备的外壳），把其他各点相对于参考点的电压称为该点的电位。（五）电功率和电能电功率和电能是电路中的重要物理量，也是电器元件、电气设备在用电或供电中的重要技术数据。（一）电流电流的大小用电流强度（简称电流）来衡量，数值上等于单位时间内通过某横截面的电荷量。（四）电动势电源力把单位正电荷由低电位经电源内部移到高电位克服电场力所做的功，称为电源的电动势。五、电路基本参数的测量（一）电路基本参数的测量电压、电流和功率是表征电信号能量大小的三个基本参数，它们都可以直接用直读仪表（指针式或数字式）来测量。测量直流量通常采用磁电系仪表，测量交流量主要采用电磁系仪表，比较精密的测量可以使用电动系仪表。（二）常用测量仪表的使用1.500型指针万用表的使用。2.VC9802数字万用表的使用。知识拓展串联电阻电路就是电源，开关，用电器都使用同一条线路，当开关闭合时，电路将流经所有的用电器，一旦某个用电器发生故障，电流就无法流向其它的用电器，但是其好处就是开关一旦断开，所有的用电器都将没有电流，可以做到在维修时确保安全。并联电阻电路的特点就是分流，就比如流入你家的电流是固定的，在每条电路会根据所需公率的不同，分配不同的电流，所有并联到总电源上的电路电压是一定的，都是220V。我国市面上所有用电器的额定功率都是220V，这也是家庭采用并联电阻电路的一个原因。串联电路正好相反，它保证整条电路的电流相同，但是电压会根据需要分配。在生活中，为了保证用电的安全，家中的电路其实是混联电路，也就是说有并联电阻电路，也有串联电阻电路，就是有一个总的电路，在此电路上有一个总开关，就是所谓的用电闸。当断开用电闸之后，整条线路会没有电流。家用电路在串联电阻电路的基础上增加并联电路，保证电路通畅下各个电路又相对独立，这就是家庭电路中的混联电路。任务二熟悉直流电源任务描述对日常生活中的电源进行仔细观察，并查阅相关资料，并进行思考和分析。1.手电筒用的干电池，电子计算器、电子手表使用的纽扣电池。2.智能手机、电瓶车、笔记本电脑使用的蓄电池。3.电工类实验室用的电源发生器、振荡器。4.插座电源、便携式发电机。1234任务目标1能区分直流电源的基本形式。2会直流电源特性分析。5“凡事以理想为因，以实行为果”，在实际应用中，能够使用实际直流电源进行电路分析。4会计算直流电源负载电流/电压。3会连接直流电源与负载电路。

任务实施一、直流电压源二、直流电流源三、直流电源应用计算发电机、电池等都是实际的电源，它们是具有不变的电动势和较低内阻的电源。在电路分析中，常用等效电路来代替实际的元器件。电源的等效电路有两种表示形式，一种是电压源，一种是电流源。一、直流电压源直流电压源是一种以直流电压形式表示电源的电路模型。它有理想电压源和实际电压源两种形式。理想电压源是指内阻为零，且电源两端的端电压值恒定不变，如图1.2.1所示。理想电压源的特点是电压的大小取决于电压源本身的特性，与流过的电流无关。流过电压源的电流大小与电压源外部电路有关，由外部负载决定。因此，它被称为独立电压源。一般电压源的电压与电流的方向是非关联的。也就是说，电压源的端电压方向与流过电流的方向相反。二、直流电流源电流源是用电流的形式表示电源的一种模型。电流源也分为理想电流源和实际电流源两种。理想电流源是能够向外电路提供稳定电流的一种电源，即内阻为无限大、输出恒定电流IS的电源（对外总能提供出一个恒定的电流，此电流与它两端的电压无关），如图1.2.6所示。它的特点是电流的大小取决于电流源本身的特性，与电流源的端电压无关。端电压的大小与电流源外部电路有关，由外部负载决定。因此，也称之为独立电流源。三、直流电源应用计算例1-6在图1.2.5（a）中，设US=20V，Ri=1Ω，外接电阻RL=4Ω，求电阻RL上的电流I。例1-7在图1.2.8中，设IS=5A，Ri=Ω1，外接电阻RL=9Ω，求电阻RL上的电压U。任务三熟悉直流电路中的负载任务描述3211.常用电阻知识电阻的种类较多，按制作材料的不同，可分为绕线电阻和非绕线电阻两大类。非绕线电阻因制造材料的不同，有碳膜电阻、金属膜电阻、金属氧化膜电阻、实心碳质电阻等。2.常用电容知识电容器基本上分为固定的和可变的两大类。3.常用电感知识电感元件概括起来可分两大类：一类为自感式线圈，如天线线圈、调谐线圈等；另一类为互感式变压器，如电源变压器、音频变压器等。任务目标1.会正确进行欧姆定律描述，能正确计算电功率。3.能理解电感磁场效应，会计算磁场吸收功率和能量。2.会电路模型分析，能正确计算电容吸收功率和电功。4.能有效运用电阻、电容、电感元件的特点于电路应用中。任务实施1.会正确进行欧姆定律描述，能正确计算电功率。3.能理解电感磁场效应，会计算磁场吸收功率和能量。2.会电路模型分析，能正确计算电容吸收功率和电功。4.能有效运用电阻、电容、电感元件的特点于电路应用中。一、电阻元件二、电容元件三、电感元件四、电路元件的实际模型任务实施四、电路元件的实际模型二、电容元件三、电感元件一、电阻元件任务实施这说明任何时刻电阻元件绝不可能发出电能，也就是说它吸取的电能全部转换成其他非电能量而被消耗掉或作为其他用途。所以，线性电阻元件不仅是无源元件，而且还是耗能元件，它总是消耗功率的。（三）电阻元件的电功率（一）认识电阻元件电阻是电路中不可缺少的元件，是反映消耗电能这一物理现象的一个二端电路元件。（二）电阻元件的伏安特性电流取为横坐标（或纵坐标），画出电压和电流的关系曲线，这条曲线称为该电阻元件的伏安特性曲线。一、电阻元件一、电阻元件（一）认识电阻元件电阻是电路中不可缺少的元件，是反映消耗电能这一物理现象的一个二端电路元件。它是在不考虑其他电磁现象的情况下，仅考虑其电阻性质的理想元件。电阻元件的性质可分为线性、非线性两种。在任何时刻，对于线性电阻元件，它两端的电压与其电流的关系服从欧姆定律，图形符号见图1.3.4。一、电阻元件当电压与电流为关联参考方向时，如图1.3.4（a）所示，欧姆定律描述为U=IR（1-3-1）当电压与电流为非关联参考方向时，如图1.3.4（b）所示，欧姆定律描述为U=-IR（1-3-2）根据国际单位制（SI），式中R被称为电阻，单位为欧姆（Ω）。非线性电阻元件的电流与其两端的电压是非线性关系。导体的电阻不仅和导体的材质有关，而且还和导体的尺寸有关。实验证明，同一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。为了方便计算，我们常常把电阻的倒数用电导G来表示，

（1-3-3）即根据国际单位制（SI），电导G的单位为西门子（S）。一、电阻元件（二）电阻元件的伏安特性对于线性电阻元件，其电路模型如图1.3.5所示。如果把电阻元件的电压取为纵坐标（或横坐标），电流取为横坐标（或纵坐标），画出电压和电流的关系曲线，这条曲线称为该电阻元件的伏安特性曲线。根据公式（1-3-1）和（1-3-2）可知，线性电阻元件的伏安特性曲线是一条过原点的直线，元件上电压与元件中电流成正比，如图1.3.6所示。一般的电阻元件，均为线性电阻元件。一、电阻元件（三）电阻元件的电功率电阻元件在通电过程中要消耗电能，是一个耗能元件。电阻所吸收的功率为在直流电路中在直流电路中，电阻R是一个与电压U、电流I无关的正实常数，由式（1-3-5）可知，功率P恒为非负值。这说明任何时刻电阻元件绝不可能发出电能，也就是说它吸取的电能全部转换成其他非电能量而被消耗掉或作为其他用途。所以，线性电阻元件不仅是无源元件，而且还是耗能元件，它总是消耗功率的。一、电阻元件则t1

到

t2时间内，电阻元件吸收的能量W全部转化为热能。在直流电路中根据国际单位制（SI），电能的单位是焦［耳］（J），或千瓦时（kW·h），简称为度。1千瓦时是指功率为1kW的电源（负载）在1h内所输出（消耗）的电能。电功率用瓦特表测量，电能用瓦时表（电度表）测量。二、电容元件（一）认识电容元件工程中，电容器应用极为广泛。电容器虽然品种和规格很多，但都是由两块金属极板间隔以不同的介质（如云母、绝缘纸、电解质等）组成的。（二）电容元件的工作原理当电容器两端接上电源时，电容器的两块金属极板上将各自聚集等量的异性电荷，极板间建立起电场并储存了电场能量；当切断电源时，电容器极板上聚集的电荷仍然存在，这就是电容器充电的过程。所以电容器是一种能够储存电场能量的实际电路元件，忽略介质损耗和漏电流的电容器称为理想电容元件。这样就可以用一个只储存电场能量的理想元件——电容元件作为模型。线性电容元件是一个理想无源二端元件，它在电路中的图形符号如图1.3.8所示，C称为电容元件的电容，单位是法拉（F），u为两端变化的电压，i为两端变化的电流，即交流电压电流的瞬时值。二、电容元件（三）电容元件的电路模型电容元件作为储能元件能够储存电场能量，其电路模型如图1.3.9所示。当电容元件极板间的电压u变化时，极板上的电荷量q也随着改变，于是电容元件电路中出现电流i。如指定电流参考方向为流进正极板，即与电压u的参考方向一致，如图1.3.9（a）所示，则电流二、电容元件式（1-3-9）指出：任何时刻，线性电容元件中的电流与该时刻电压的变化率成正比。由于设u、i关联，（1）当

时，则iC>0，电流的实际方向与参考方向一致，电流从电容的正极流入，给电容增加电荷，电容处于充电状态；（2）当

时，则iC

<0，电流的实际方向与参考方向相反，电流从电容的正极流出，使电容减少电荷，电容处于放电状态；（3）当

时，则iC

<=0，说明电容元件的两端电压恒定不变，通过电容的电流为零，电容处于开路状态。在直流电路中，电容上即使有电压，但i=0，相当于开路（电路工作状态），故电容元件有隔断直流（简称隔直）的作用。二、电容元件（四）电容元件的电场能量从电容的充、放电的过程可知，电容是一个储能元件，在充电过程中吸收能量，在放电过程中释放能量。在电压和电流的关联参考方向下，线性电容元件吸收的功率为从t0

到t时间内，电容元件吸收的电能为电容元件储存的电场能量等于电容元件在任意时刻t和起始时刻t0的电场能量之差。选取t0

为电压等于零的时刻，即有u(t0)=0，电容处于未充电状态，电场能量为零，则从t0到t时间内，电容元件储存的电场能量为从上式中可以看出，电容元件在某一时刻的储能只与当时的电压值有关。二、电容元件电容元件充电时，|u(t)|>

|u(t0)WC(t)>WC(t0)，WC>0，电容元件吸收能量，并全部转换成电场能量；电容元件放电时|u(t)|<

|u(t0)，WC(t)<WC(t0)，WC<0，电容元件释放电场能量。由上可知，若电容元件原先没有充电，则它在充电时吸取并储存起来的能量一定又在放电完毕时全部释放，它并不消耗能量。所以，电容元件是一种储能元件。同时，电容元件也不会释放出多于它所吸收或储存的能量，因此它又是一种无源元件。为了叙述方便，把线性电容元件简称为电容。所以，“电容”这个术语以及它的相应符号C，一方面表示一个电容元件，另一方面表示这个元件的参数。二、电容元件（五）电容元件的电容效应电容器是为了获得一定大小的电容而特意制成的元件。但是，电容的效应在许多场合也存在。如一对架空输电线之间就有电容，因为一对输电线可视作电容的两个极板，输电线之间的空气则为电容极板间的介质，这就相当于电容器的作用。又如晶体三极管的发射极、基极和集电极之间也存在着电容。就是一只电感线圈，各线匝之间也都有电容，不过这种所谓的匝间电容是很小的，当线圈中电流和电压随时间变化不快时，其电容效应可略去不计。三、电感元件（一）认识电感元件由导线绕制而成线圈或把导线绕在铁芯或磁芯上就构成一个常用的电感器，电感线圈在空调制冷行业应用极为广泛。（二）电感元件的磁场效应电感元件作为储能元件能够储存磁场能量。（三）电感元件的磁场能量电感是一个储能元件，是因为当电感中电流增加时，电感吸收能量，并全部转换成磁场能量储存在电感中。四、电路元件的实际模型在实际电路分析时，常常以元件的主要物理量为分析对象，在一定条件下，忽略了其他次要物理量，从而将电路分析简单化。（1）实际的电阻器是一个耗能元件，在电路中来分配电压、限制电流，用作负载电阻和阻抗匹配等。（2）实际的电容器具有使直流隔断、交流导通的能力。（3）实际的电感器具有使直流电导通、交流电阻挡的能力。（4）电阻、电容、电感这三个名词，有时指元件本身，有时指电路参数，因此在实际应用时，应注意其应用场合，并判断其实际意义。四、电路元件的实际模型在实际电路分析时，常常以元件的主要物理量为分析对象，在一定条件下，忽略了其他次要物理量，从而将电路分析简单化。（1）实际的电阻器是一个耗能元件，在电路中来分配电压、限制电流，用作负载电阻和阻抗匹配等。实际的电阻器种类很多，有金属膜电阻器、绕线电阻、碳膜电阻等，有实验用的可调式电阻器等，也有电动机启动用的降压电阻器等。（2）实际的电容器具有使直流隔断、交流导通的能力。它在电路中可实现滤波旁路、耦合和振荡等功能。电容器通常由绝缘介质隔开的金属极板组成。（3）实际的电感器具有使直流电导通、交流电阻挡的能力。它在电路中可实现滤波、耦合、匹配、振荡、补偿、调谐、均衡、延迟等功能。电感器实际用的有电流互感器、电压互感器、变压器线圈等。（4）电阻、电容、电感这三个名词，有时指元件本身，有时指电路参数，因此在实际应用时，应注意其应用场合，并判断其实际意义。任务四进行电阻电路的连接任务描述电路中电阻元件可按各种不同要求进行各种不同方式的连接，其中最简单的是串联和并联，图1.4.1给出了直流电路中电阻元件的典型连接方式，通过资料查阅、分析和任务学习，掌握电阻电路的基本连接方式。任务目标05040302013.会电阻串联、并联等电路等效电阻阻值等参数计算。4.会电阻Y-△连接等效变化与参数计算。5.“山重水复疑无路，柳暗花明又一村。”看似杂乱的电路连接方式，转化成等效电路就易理清楚了。1.会电阻串联、并联等电路等效电路的绘制。2.能灵活应用电阻串联、并联等电路特点进行电路分析。一、电阻的串联电路二、电阻的并联电路三、电阻的混联四、电阻的Y-△连接任务实施一、电阻的串联电路（一）电阻串联的电路模型在电路中，若干个电阻元件依次相连，在各连接点都无分支，这种连接方式称为串联。图1.4.2给出了三个电阻的串联电路。一、电阻的串联电路020304050601电阻串联的电路特点（二）电阻串联的电路特点电流相等分压作用3.等效电阻4.分压系数5.电压电阻6.功率电阻一、电阻的串联电路（二）电阻串联的电路特点（1）电流相等：通过各电阻的电流相等，即

I1=I2=I3=I。（2）分压作用：总电压等于各电阻上电压之和，即U=U1+U2+U3。（3）等效电阻：等效电阻［总电阻，是指如果用一个电阻R代替串联的所有电阻接到同一电源上，电路中的电流是相同的，如图1.4.2（b）所示的等效电路］，即

R=R1+R2+R3。（4）分压系数：在直流电路中，常用电阻的串联来达到分压的目的。各串联电阻两端的电压与总电压间的关系为一、电阻的串联电路式中

、

、

称为分压系数，由分压系数可直接求得各串联电阻两端的电压。（5）电压电阻：由式（1-4-1）还可知，电阻串联时，各电阻两端的电压与电阻的大小成正比，即U1:U2:U3=R1:R2:R3。（6）功率电阻：各电阻消耗的功率与电阻成正比，即

P1:P2:P3=R1:R2:R3

。例1-9现有一表头，满刻度电流IG=50μA，表头的电阻RG=3

kΩ，若要改装成量程为10V的电压表，如图1.4.3所示，试问应串联一个多大的电阻？解：当表头满刻度时，它的端电压为UG=50×10-6×3×103V=0.15V。设量程扩大到10V时所需串联的电阻为R，则R上分得的电压为

UR=10V-0.15V=9.85V，故即应串联

197kΩ的电阻，方能将表头改装成量程为10V的电压表。二、电阻的并联电路（一）电阻并联的电路模型在电路中，若干个电阻一端连在一起，另一端也连在一起，使电阻所承受的电压相同，这种连接方式称为电阻的并联。图1.4.4（a）所示为三个电阻的并联电路。二、电阻的并联电路（二）电阻并联的电路特点123（1）电压相等：各并联电阻两端的电压相等，即

U=U1=U2=U3。分流作用：总电流等于各电阻支路的电流之和，即

I=I1+I2+I3。（3）等效电阻：等效电阻

R的倒数等于各并联电阻倒数之和，即

或者并联电路的电导等于各支路电导之和，即

G=G1+G2+G3。只有两个电阻R1及R2并联时，等效电阻二、电阻的并联电路（4）分流系数：在电路中，常用电阻的并联来达到分流的目的。各并联电阻支路的电流与总电流的关系为式中

、

、

称为分流系数，由分流系数可直接求得各并联电阻支路的电流。（5）电流电导：由式（1-4-2）还可知

I1:I2:I3

=G1:G2:G3，即电阻并联时，各电阻支路的电流与电导的大小成正比。也就是说电阻越大，分流作用就越小。当两个电阻并联时（6）功率电导：各电阻消耗的功率与电导成正比，即P1:P2:P3=G1:G2:G3

。二、电阻的并联电路利用电阻并联的分流作用，可扩大电流表的量程。在实际应用中，用电器在电路中通常都是并联运行的，属于相同电压等级的用电器必须并联在同一电路中，这样，才能保证它们都在规定的电压下正常工作。例1-10有三盏电灯接在110V电源上，其额定值分别为110V、100W，110V、60W，110V、40W，求总功率P、总电流I以及通过各灯泡的电流及等效电阻。解:（1）因外接电源符合各灯泡额定值，各灯泡正常发光，故总功率为

P=P1+P2+P3=(100+60+40)W=200W（2）总电流与各灯泡电流为（3）等效电阻为实际应用中经常会遇到既有电阻串联又有电阻并联的电路，称为电阻的混联电路，如图1.4.5所示。求解电阻的混联电路时，首先应从电路结构入手，根据电阻串并联的特征，分清哪些电阻是串联的，哪些电阻是并联的，然后应用欧姆定律、分压和分流的关系求解。三、电阻的混联四、电阻的Y-△连接三个电阻元件的一端连接在一起，另一端分别连接到电路的三个节点。（一）电阻的星形连接方式三个电阻元件首尾相接构成一个三角形。（二）电阻的三角形连接方式星形网络和三角形网络的等效互换在三相电路中有着十分重要的应用。（三）电阻的Y-△连接的等效变换拓展知识任务五了解电路的工作状态任务描述05断路频繁引起设备故障。汽车线路短路引起自燃事故。0204电线短路引起可燃物自燃事故。01电线短路引起室内液化气爆炸事故。03变压器短路引起电网事故。任务目标1.会辨识电路通路、开路和短路工作状态。2.会根据电路工作状态进行电路分析。3.会计算电路不同工作状态下的电压和电流等参数。一、电路的工作状态（一）通路状态（负载状态）——灯泡点亮（二）开路状态（空载状态）——灯泡熄灭（三）短路状态——灯泡损坏321（一）通路状态（负载状态）——灯泡点亮当开关S闭合后，干电池

US（内阻为R0）与负载（灯泡电阻

RL）接成闭合回路，电路中有电流I流过，称为负载状态，如图1.5.3所示。当开关接通时，灯泡发光，表明电路处于导通状态。负载的大小（灯泡电阻RL）是以消耗功率的大小来衡量的。当电压一定时，流过负载的电流越大，则消耗的功率越大，负载也就越大。一、电路的工作状态

（二）开路状态（空载状态）——灯泡熄灭开关S断开或电路中某处断开，被切断的电路中没有电流流过，称为开路状态（断路状态、空载状态），如图1.5.4所示。当开关断开或电线断裂、接头松脱时，灯泡不发光，表明电路处于断开状态。（三）短路状态——灯泡损坏如图1.5.5所示，当A、B两点接通时，电源被短路，此时电源的两个极性端直接相连。电源被短路往往会造成严重后果，如导致电源因发热过甚而损坏，或因电流过大而引起电气设备的机械损伤，因而要绝对避免电源被短路。一、电路的工作状态

二、电器设备的额定值（一）额定工作状态任何电器设备在使用时，若电流过大，温升过高，则会导致绝缘的损坏，甚至烧坏设备或元器件。为了保证电器设备正常工作，制造厂对产品的电压、电流和功率都规定其使用限额，称为额定值。（二）超载、满载、轻载电器设备工作在额定值情况下的状态称为额定工作状态（又称“满载”）。若电器设备超过额定值工作，则称为“过载”。若电器设备低于额定值工作，则称为“轻载”。电线短路确实可以引发室内液化气爆炸事故。‌例如，德阳中江柏树乡的一居民家中因电线短路引发火灾，引燃了家中的沙发和煤气罐，导致煤气泄漏起火，情况十分危急‌1。此外，南山区白石洲塘头二坊的一杂货店也因电线短路起火引发了燃气爆炸，导致一男一女被烧伤‌2。电线短路引发火灾的原理在于电流通过导线时产生热量，如果电流过大或时间过长，会导致导线发热，进而引发火灾。当火灾涉及到易燃物品或与液化气等可燃气体距离较近时，火灾的能量足以引爆这些气体，造成严重的爆炸事故‌。为了预防此类事故，建议采取以下安全措施：‌1.定期检查电线和电器设备‌，确保没有老化或损坏的电线。‌2.保持室内通风‌，避免天然气等燃气积聚。‌3.避免在同一室内同时使用明火和燃气‌，以减少火灾和爆炸的风险。‌4.安装烟雾报警器‌和灭火器，以便在火灾发生时及时报警和扑灭初期火灾‌。拓展知识任务六熟悉直流电路的分析方法任务描述通过前述任务的学习，对直流电路的电阻、电容、电感、电源元件组成的电路模型、电路特点、元件连接方式、电路工作状态等都有了整体的认识和把握，直流电路的应用非常广泛，面对众多复杂的电路如何进行分析，就需要对直流电路的分析方法进行系统性学习。电路有简单电路和复杂电路之分。简单电路可用欧姆定律和元件串并联特点进行电路分析，而复杂电路则要应用基尔霍夫定律、电压源电流源等效变换、节点等方法进行分析。任务描述1.支路。电路中通过同一个电流的每一个分支。图1.6.1中有三条支路，分别是BAF、BCD和BE。支路BAF、BCD中含有电源，称为含源支路。支路BE中不含电源，称为无源支路。2.节点。电路中三条或三条以上支路的连接点。图1.6.1中有两个节点，为B和E。常见的心理问题任务描述3.回路。电路中的任一闭合路径。图1.6.1中有三个回路，分别是ABEFA、BCDEB、ABCDEFA。4.网孔。内部不含支路的回路。图1.6.1中ABEFA和BCDEB都是网孔，而ABCDEFA则不是网孔。常见的心理问题任务目标2.会利用支路电流法对电路进行分析与计算。4.会利用戴维南定理对电路进行分析与计算。1.会电路的基尔霍夫定律（KVL和KCL）分析与计算。3.会利用电源变换法对电路进行分析与计算。一、基尔霍夫定律二、基尔霍夫定律的应用——支路电流法三、电压源与电流源的等效变换四、戴维南定理任务实施一、基尔霍夫定律（一）基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律简称KCL，是用来确定电路中连接在同一个节点上的各条支路电流间的关系的。基本内容是：任何时刻，对于电路中的任一节点，流进流出节点所有支路电流的代数和恒等于零。（二）基尔霍夫电压定律基尔霍夫电流定律是对电路中任意节点而言的，而基尔霍夫电压定律是对电路中任意回路而言的。基尔霍夫电压定律简称KVL，是用来确定回路中各部分电压之间的关系的。二、基尔霍夫定律的应用——支路电流法前面分析的电路都是简单电路，它可以应用于串、并联的等效变换化简电路，但实际电路常为复杂电路，而在计算复杂电路的各种方法中，支路电流法是最基本的分析方法。支路电流法是以支路电流为未知量，应用基尔霍夫定律列出与支路电流数目相等的独立方程式，再联立求解。支路电流法求解电路的步骤为（假定某电路有m条支路，n个节点）：（1）标出支路电流参考方向和回路绕行方向；（2）根据KCL列写（n−1）个节点电流方程式；（3）根据KVL列写［mn−−(1)］个独立回路电压方程式；（4）解联立方程组，求取未知量。三、电压源与电流源的等效变换电路计算中，有时要求用电流源、电阻的并联组合来等效替代电压源、电阻的串联组合，或者用电压源、电阻的串联组合来等效替代电流源、电阻的并联组合。对于外电路而言，如果电源的外特性相同，即负载上的U和I相同，那么一个实际的电源，既可以用理想电压源与内阻串联来表示，又可以用理想电流源与内阻并联来表示。故对外电路而言，两种电源模型是可以等效变换的。试做对比如表1.6.1所示。四、戴维南定理简便的做法是：把电路划分为两部分，一部分为待求支路，另一部分看成是一个有源两端网络（具有两个端的网络称为两端网络）。有源两端网络部分用戴维南定理化简为一个等效电压源，则电路就变成一个等效电压源和待求支路相串联的简单电路，如图1.6.12所示。拓展案例集成稳压电路创新设计设计并制作固定式三端集成稳压电路，利用LM317芯片实现9V直流输入，5V直流输出，基本设计电路如图1.0所示。创新要求：改动如图1.0所示电路，实现连续可调的双极型直流稳压电源的创新设计。感谢观看电工电子（第二版）模块二正弦交流电路及其应用CONTENTS任务一认识交流电路任务三分析计算交流电路任务二了解单一参数元件的单相交流电路任务四功率因数的计算与分析任务六对三相交流电路的认识、分析与应用任务五了解实际交流电路的应用任务一认识交流电路任务描述交流电有许多优点，应用极为广泛，如电力系统中利用变压器把某一数值的交流电压变换为同频率另一数值的交流电压，解决高压输电和低压配电的矛盾等。广泛使用的交流电机与直流电机相比，构造简单，成本低廉，运行可靠，维护方便；凡需要直流的地方，可以通过整流设备方便地得到直流。基于本任务，学习交流电的产生过程、概念，三要素及两种常用表示方法等内容。任务目标3能熟练应用相量分析法对复杂电路进行分析。21能熟练运用正弦量的表示方法进行正弦交流电表示。能复述频率、角频率、周期的概念及其关系。一、交流电的产生获得交流电的方法有多种，但大多数交流电是由交流发电机产生的。图2.1.1（a）是一种最简单的交流发电机原理示意图。图中标有N、S的为两个静止磁极。磁极间放置一个可以绕轴旋转的铁芯，铁芯上绕有线圈abb′a′，线圈两端分别与两个铜质滑环相连。滑环经过电刷与外电路相连。二、交流电路概述交流电（AlternatingCurrent，AC）是指大小和方向都发生周期性变化的电流，因为周期电流在一个周期内的运行平均值为零，称为交变电流或简称交流电。交流电与直流电的区别在于：直流电的方向、大小不随时间变化；而交流电的方向、大小都随时间做周期性的变化，并且在一周期内的平均值为零。图2.1.2所示为直流电和交流电的电流波形。三、正弦交流量的三要素（二）频率、周期与角频率当发电机转子转一周时，转子绕组中的正弦交变电动势也随之变化一周。我们把正弦交流电变化一周所需的时间叫周期，用T表示，周期的单位是秒（s）。正弦交流电每经过一个周期T，对应的角度变化了2π弧度，即ωT=2π（一）瞬时值、最大值和有效值瞬时值：交流电在变化过程中任一时刻的值称为瞬时值。最大值：正弦交流电在一周期内数值最大的瞬时值称为最大值，也叫幅值、峰值。有效值：正弦交流电的瞬时值是随时间变化的，计量时不方便表示，故引入有效值的概念。（三）初相位与相位差1.初相位。

称为正弦量的相位角或相位，它反映出正弦量变化的进程。2.相位差。遇到若干个正弦量，不仅要分析它们的数量关系，还常常要比较它们的相位关系，它们之间的相位差是一个关键值。四、正弦量的常用表示法（一）旋转矢量法所谓旋转矢量法，即用旋转矢量表示一个正弦量。具体表示方法如下：在直角坐标系中画一个旋转矢量，规定其长度等于正弦量的最大值，与正向横轴间的夹角等于正弦量的初相位，按逆时针方向旋转，角速度等于正弦量的角频率。则此旋转矢量既能表示出正弦量的三要素，又能通过矢量在纵轴上的投影求得其瞬时值，即能完整地表达出一个正弦量。以

为例，如图2.1.8所示，旋转矢量的长度是

Im

，旋转矢量在t=0时与横轴的夹角是

，旋转矢量的纵轴投影为

。经过t=t1时间，旋转矢量与横轴之间的夹角为（

），其在纵轴上的投影

为

，即为t1时刻交流电i的瞬时值。由此可在任何时刻都能在纵轴上得到正弦量的瞬时值。四、正弦量的常用表示法旋转矢量的位置与时间有关，它随时间改变方向，因而旋转矢量是时间矢量。不同于在空间有一定方向的空间矢量（如力、电场强度等），只有随时间按正弦规律变化的量才能用旋转矢量表示。一般约定，以旋转矢量初始位置即t=0时刻的位置表示它所代表的正弦量，旋转矢量用大写英文字母，并在顶上加一横线表示，如

。注意，旋转矢量的长度是正弦量的最大值，也可用有效值表示，但用有效值表示旋转矢量时，其在纵轴上的投影不再为其瞬时值。当

为正时，旋转矢量与正向横轴间的夹角应按逆时针方向度量，反之则按顺时针方向度量。图2.1.9表示正弦交流电压

、正弦交流电流

i=的旋转矢量。把几个同频率的正弦量的旋转矢量画在同一个坐标平面上，称为矢量图，如图2.1.9所示。利用矢量图可以进行正弦量之间的加减运算，且还能表示出几个正弦量之间的相位关系，它是分析和计算交流电路的重要方法。四、正弦量的常用表示法（二）相量表示法由于在正弦交流电路中，所有的电压、电流都是同频率的正弦量，所以要确定这些正弦量，只要确定它们的有效值和初相就可以了。相量表示法就是用复数来表示正弦量。用复数表示正弦量可以把对正弦量的各种运算转化为复数的代数运算，从而简化正弦交流电路的分析计算过程。1.复数及其表示形式。设A是一个复数，并设a和b分别为它的实部和虚部，则有A=a+jb（2-1-14）式（2-1-14）中，j=是虚单位（为避免与电流i混淆，在电工中选用j表示虚单位），常用Re[A]表示取复数A的实部，用Im[A]表示取复数A的虚部，即a=Re[A]，b=Im[A]，a和b都是实数。式（2-1-14）表示形式称为复数的代数形式。四、正弦量的常用表示法复数可以用复平面上所对应的点表示。作直角坐标系，以横轴为实轴，纵轴为虚轴，此直角坐标所确定的平面称为复平面。复数A可以用复平面上坐标为（a，b）的点来表示，如图2.1.10所示。复数A还可以用原点指向点（a，b）的矢量来表示，如图2.1.11所示。该矢量的长度称为复数A的模，记作|A|，且四、正弦量的常用表示法四、正弦量的常用表示法2.复数的运算。（1）复数的加减。进行复数相加（或相减），要先把复数化为代数形式。设有两个复数A1=a1+jb1和A2=a2+jb2，则即复数的加减运算就是把它们的实部和虚部分别相加减。复数相加减也可以在复平面上进行。两个复数相加的运算在复平面上是符合平行四边形的求和法则的；两个复数相减时，可先作出（−A2）矢量，然后把A1+(-A2)用平行四边形法则相加。如图2.1.12所示。四、正弦量的常用表示法（2）复数的乘除。复数的乘除运算，一般采用指数的形式。设有两个复数和

则即复数相乘时，将模相乘，辐角相加；复数相除时，将模相除，辐角相减。（3）复数相等和共轭复数。若两个复数的模相等，辐角也相等；或实部和虚部分别相等，称两个复数相等。设若两个复数的实部相等，虚部大小相等但异号，称为共轭复数。与A共轭的复数记作A*。四、正弦量的常用表示法四、正弦量的常用表示法四、正弦量的常用表示法拓展知识交流电路原理及到底有啥用处任务二了解单一参数元件的单相交流电路任务描述电阻R、电感L、电容C是交流电路中的基本电路元件。直流电流的大小与方向不随时间变化，而交流电流的大小和方向则随时间不断变化。因此，电阻、电感和电容在交流电路中出现了一些与直流电路不同的现象。电阻在直流电路与交流电路中作用相同，起着限制电流的作用，并把取用的电能转换成热能。电感线圈在直流电路中相当于导线，但在交流电路中由于电流是交变的，线圈中有自感电动势产生。电容器接入直流电路时，电容器被充电，充电结束后，电路处在断路状态。但在交流电路中，由于电压是交变的，因而电容器时而充电时而放电，电路中出现了交变电流，使电路处在导通状态。任务目标0201031.能够掌握纯电阻元件上电压与电流的关系、电阻元件功率分析方法。2.能够掌握纯电感元件上电压与电流的关系、电感元件功率分析方法。3.能够掌握纯电容元件上电压与电流的关系、电容元件功率分析方法。任务实施3三、纯电容元件单相交流电路21一、纯电阻元件单相交流电路二、纯电感元件单相交流电路一、纯电阻元件单相交流电路当电阻两端加上单相正弦交流电压时，电阻中就有交流电流通过，电压与电流的瞬时值仍然遵循欧姆定律。（一）电阻元件上电压与电流的关系在交流电路中，任意电路元件上的电压瞬时值与电流瞬时值的乘积称为该元件的瞬时功率，用小写字母p表示。（二）电阻元件功率分析一、纯电阻元件单相交流电路（一）电阻元件上电压与电流的关系在图2.2.1中，电压与电流为关联参考方向，则电阻上的电流为式（2-2-1）是交流电路中电阻元件的电压与电流的基本关系，表明线性电阻上的电压与电流成正比，具有可叠加性。如加在电阻两端的正弦交流电压为则电路中的电流为式中写成有效值关系为（1）电阻两端的电压与电流同频率、同相位；（2）电阻两端的电压与电流的数值成正比。一、纯电阻元件单相交流电路从以上分析可知：其波形图如图2.2.2所示（设

）。一、纯电阻元件单相交流电路（二）电阻元件功率分析在交流电路中，任意电路元件上的电压瞬时值与电流瞬时值的乘积称为该元件的瞬时功率，用小写字母p表示。当uR、iR为关联参考方向时，在任一瞬间，电阻中的电流瞬时值与同一瞬间加在电阻两端的电压瞬时值的乘积，称为电阻取用的瞬时功率，用pR表示，即从0到t的时间内，电阻元件消耗的电能为一、纯电阻元件单相交流电路式（2-2-6）表明电阻消耗的电能全部转化为热能，是一个不可逆的能量转换过程，由于电阻元件的电流和电压同相位，所以pR

在任一瞬间的数值都是正值或者等于零，故电阻是一个耗能元件。实际电路中如白炽灯、电炉等即可视作电阻元件。电阻消耗的平均功率为二、纯电感元件单相交流电路（一）电感元件上电压与电流的关系设电感L中通入正弦电流，其参考方向如图2.2.4所示。设流过电感元件的正弦交流电流为则电感两端的电压为二、纯电感元件单相交流电路式（2-2-7）表明，线性电感的端电压u与电流i对时间的变化率di/dt成正比。对于恒定直流，电感元件的两端电压为零，因此，电感元件对直流电路来讲可视作短路。电感元件的电压、电流波形图如图2.2.5所示（设φi=0）。比较电压和电流的关系式可见：电感两端电压u和电流i也是同频率的正弦量，电压的相位超前电流90°，电压与电流在数值上满足关系从以上分析可知：（1）电感两端的电压与电流同频率；（2）电感两端的电压在相位上超前电流90°；（3）电感两端的电压与电流有效值（或最大值）之比为ωL。二、纯电感元件单相交流电路（2）电感两端的电压在相位上超前电流90°；（3）电感两端的电压与电流有效值（或最大值）之比为ωL。二、纯电感元件单相交流电路二、纯电感元件单相交流电路（二）电感元件功率分析在电压与电流参考方向一致时：1.电感元件的瞬时功率。电感元件的瞬时功率为二、纯电感元件单相交流电路其电压、电流、功率的波形图如图2.2.7所示。由式（2-2-12）或波形图都可以看出，此功率是以二倍角频率作正弦变化的。2.电感元件的平均功率。电感在通以正弦电流时，所吸收的平均功率为式（2-2-13）表明电感元件是不消耗能量的，它是储能元件。电感吸收的瞬时功率不为零，在第一和第三个1/4周期内，瞬时功率为正值，、电感吸取电源的电能，并将其转换成磁场能量储存起来；在第二和第四个1/4周期内，瞬时功率为负值，将储存的磁场能量转换成电能返送给电源。因此纯电感条件下电路中仅有能量的交换而没有能量的损耗。二、纯电感元件单相交流电路工程中为了表示能量交换的规模大小，将电感瞬时功率的最大值定义为电感的无功功率，简称感性无功功率，用Q

L

表示。即无功功率的单位为乏（var），工程中有时也用千乏（kvar），且有1kvar=103var。实际电感线圈广泛存在于各种电气设备之中，如变压器、电机的绕组、继电器的电磁作用机构、日光灯镇流器等。例2-7若将L=20mH的电感元件接在UL=110V的正弦电源上，则通过的电流是1mA。（1）求电感元件的感抗及电源的频率。（2）若把该元件接在直流110V电源上，会出现什么现象?二、纯电感元件单相交流电路（2）在直流电路中，XL=0，电流很大，电感元件可能烧坏。例2-8一个线圈电阻很小，可略去不计，电感L=35mH。（1）求该线圈在50

Hz的交流电路中的感抗；（2）若接在U=220V，f=50Hz的交流电路中，求电流I、有功功率P、无功功率Q

。三、纯电容元件单相交流电路由于电压的大小和方向随时间变化，使电容器极板上的电荷量随之变化，电容器的充、放电过程将不断进行，由此形成了纯电容电路中的电流。（一）电容元件上电压与电流的关系在电压与电流参考方向一致的情况下，设。1.电容元件的瞬时功率。2.电容元件的平均功率。3.电容元件的无功功率。（二）电容元件功率分析三、纯电容元件单相交流电路（一）电容元件上电压与电流的关系设电容器C两端加上电压uc=

umsin(ωt+ϕc)，其参考方向如图2.2.8所示。由于电压的大小和方向随时间变化，使电容器极板上的电荷量随之变化，电容器的充、放电过程将不断进行，由此形成了纯电容电路中的电流。电容元件两端的电压uC随时间变化时，极板上储存的电荷也随之变化，则在电路中就有电流iC。若uC和iC的参考方向如图2.2.8所示，则三、纯电容元件单相交流电路从以上分析可知：（1）电容两端的电压与电流同频率；（2）电容两端的电压在相位上滞后电流90°；（3）电容两端的电压与电流有效值之比为

；（4）对于恒定电压，电容的电流为零，因此，电容元件对直流电路来说可视为开路。XC称为容抗，用来表示电容元件对电流阻碍作用的一个物理量，它与角频率成反比，单位是欧姆。将式（2-2-17）代入式（2-2-16），得三、纯电容元件单相交流电路电容元件的电压、电流波形图如图2.2.9所示（设ϕu=0）。电容元件上电压与电流的相量关系为图2.2.10给出了电容元件的相量模型及相量图。三、纯电容元件单相交流电路（二）电容元件功率分析在电压与电流参考方向一致的情况下，设

。1.电容元件的瞬时功率。电容元件的瞬时功率为其电压、电流、功率的波形图如图2.2.11所示。由上式或波形图都可以看出，此功率是以二倍角频率做正弦变化的。三、纯电容元件单相交流电路2.电容元件的平均功率。电容在通以正弦电流时，所吸收的平均功率为与电感元件相同，电容元件也是不消耗能量的，它也是储能元件。电容吸收的瞬时功率不为零，在第一和第三个1/4周期内，瞬时功率为正值，电容吸取电源的电能，并将其转换成电场能量储存起来；在第二和第四个1/4周期内，瞬时功率为负值，将储存的电场能量转换成电能返送给电源。3.电容元件的无功功率。用无功功率Q

C表示电源与电容间的能量交换三、纯电容元件单相交流电路实际电容器有许多种类，如固定电容器、可变电容器、微变电容器；有极性电容器、无极性电容器；空气电容器、纸质电容器、云母电容器、陶瓷电容器、薄膜电容器、电解电容器；等等。特别是还有一些自然形成的电容器，如两云层之间、云层和大地之间、两输电导线之间、输电线和大地之间、导线与机壳之间、晶体管各电极之间都有自然形成的电容，一般称为分布电容或寄生电容。例2-9设加在一电容器上的电压

，其电容C为10μF。（1）求流过电容的电流i（t）。（2）若接在直流6V的电源上，则电流为多少？（2）在直流电路中，电容的电流为0。任务三分析计算交流电路实际交流电路中的负载往往是两个或三个不同元件的组合，而三种基本元件串联起来就组成一种具有普遍意义的电路。在电力工程和日常生活中，RLC串联电路和并联电路是最常见的电路。因此分析这类交流电路有着很实际的意义。任务描述任务目标会相量分析法分析正弦交流电路。会矢量图法分析正弦交流电路。12一、串联电路的分析计算三、电路参数对电路性质的影响二、并联电路的分析计算四、正弦交流电路的分析方法2341任务实施一、串联电路的分析计算（一）RLC的串联电路由电阻、电感和电容相串联所组成的电路叫作RLC串联电路，如图2.3.1所示。（二）RLC串联电路电压电流关系分析设电路中的电流为则电阻元件上的电压uR与电流同相，即电感元件上的电压uL比电流超前90°，即电容元件上的电压uC比电流滞后90°，即电源电压瞬时值等于各个元件上电压瞬时值之和，根据KVL定律得出一、串联电路的分析计算（三）RLC串联电路复阻抗分析根据相量形式的KVL可得一、串联电路的分析计算可见，在R、L、C串联电路中，电压相量U与电流相量I之比为一复数Z，它的实部为电路的电阻R，虚部为电路中的感抗XL与容抗XC之差，X称为电路的电抗，Z称为电路的复阻抗。将复阻抗写成指数形式，则为式(2-3-3)和(2-3-4)表明：复阻抗的模|Z|(也可称阻抗)及辐角φ的大小，只与参数及角频率有关，而与电压及电流无关。式(2-3-3)还说明，复阻抗的模|Z|和R及X构成一个直角三角形，如图2.3.2所示，称为阻抗三角形，辐角φ又称为阻抗角，即为电流与电压之间的相位差。对感性电路，φ为正；对容性电路，φ为负。一、串联电路的分析计算可见复阻抗的模|Z|等于电压的有效值与电流的有效值之比，辐角φ等于电压与电流的相位差角，即由此可见，复阻抗Z决定了电压、电流的有效值大小和相位间的关系。所以复阻抗是正弦交流电路中一个十分重要的概念，为了简明，复阻抗可简称为阻抗。由电压相量所组成的直角三角形，称为电压三角形。利用这个电压三角形，可求得电源电压的有效值，如图2.3.3所示，即二、并联电路的分析计算（一）RLC并联电路电阻、电感和电容并联电路如图2.3.4（a）所示，其相量模型如图2.3.4（b）所示。二、并联电路的分析计算（二）RLC并联电路电压电流关系分析（三）RLC并联电路复导纳分析二、并联电路的分析计算由此可见，复导纳Y

决定了电流、电压的有效值大小和相位间的关系。复导纳的模|Y|

和G

及

B

也构成一个直角三角形，如图2.3.5所示，称为导纳三角形。（一）RLC串联电路参数对电路性质的影响三、电路参数对电路性质的影响根据电路参数可得出RLC

串联电路的性质：（1）当XL>XC时，

，即电压超前电流φ角，电路呈感性；（2）当XL

<XC

时，φ<0，即电压滞后电流φ角，电路呈容性；（3）当XL

=XC时，φ=0，即电压与电流同相位，电路呈阻性。三种情况的相量图如图所示。三、电路参数对电路性质的影响（二）RLC并联电路参数对电路性质的影响根据电路参数可得出RLC并联电路的性质：（1）当BC>

BL

时，ϕ′>0，电流超前电压ϕ′角，电路呈容性；（2）当BC<

BL时，ϕ′<0，电流滞后电压ϕ′角，电路呈感性；（3）当BC=

BL时，ϕ=0，电流与电压同相位，电路呈阻性。三种情况的相量图如图2.3.7所示。四、正弦交流电路的分析方法（一）矢量图分析法矢量图表示几个同频率正弦量的矢量组合。在正弦交流电路中，同频率的各正弦量均可在矢量图中画出其对应的旋转矢量。矢量图分析法就是利用矢量图分析同类正弦量相互间相位关系，求解正弦量相互叠加的结果。设有两个正弦交流电压

，用矢量图分析法求两个电压相加和相减的结果，具体方法如下。如图2.3.14所示，先在直角坐标系中画出两个已知正弦量的旋转矢

、，

，它们的初相位分别为

。若求两正弦交流电压之和，可以证明两正弦量相加结果仍为一个同频率的正弦量，其合成正弦量的瞬时值等于它们的瞬时值的代数和，最大值（或有效值）等于它们最大值（或有效值）的矢量和。即四、正弦交流电路的分析方法故可用矢量求和的办法，以OA、OB为邻边作一平行四边形OACB，则它的对角线OC就是合成电压的旋转矢量

，其长度等于u的有效值，<COD就等于u的初相位φ。如果矢量图解过程中辅以三角运算，可以求出有效值和初相位的准确数值，这种方法称为解析法。使用解析法时，先将相加的各矢量分别作X轴和Y轴的投影，然后分别求出X轴和Y轴上各投影分解量的代数和，如图中的OD和CD，再根据勾股定理求合成量的有效值，即四、正弦交流电路的分析方法若求两正弦交流电压之差

，仍可采用矢量求和法，即四、正弦交流电路的分析方法四、正弦交流电路的分析方法（二）相量分析法相量分析法即把正弦量变换成相量来分析计算正弦交流电路的方法，又称符号分析法。其实质是用复数来表述正弦量，使用复数的运算方法，简化正弦交流电路复杂的电路计算。通过前面的分析，我们知道正弦交流电路引入电压、电流相量以及阻抗（导纳）的概念后，得出了相量形式的欧姆定律和基尔霍夫定律。然后根据这两个定律又导出了阻抗（导纳）串、并联，分压及分流公式。这些公式在形式上与直流电路中相应的公式对应，由此可以推知：分析直流电路的各种方法和定理在形式上同样能适用于分析复杂交流电路。下面通过例题说明如何应用支路电流法、戴维南定理等来分析复杂正弦交流电路。四、正弦交流电路的分析方法知识拓展RLC电路在生活中的应用非常广泛，主要包括电力系统的安全运行、无线通信的数据传输和确认机制等方面。‌在电力系统中，RLC电路主要用于防孤岛负载测试。通过RLC防孤岛负载测试，可以有效地防止电力系统出现孤岛现象，保证电力系统的安全运行。具体应用包括：2341‌电力系统的安全运行‌：通过RLC防孤岛负载测试，可以防止电力系统出现孤岛现象，确保电力系统的安全运行‌。‌电力设备的保护‌：对电力设备进行实时监测，一旦发现异常情况，可以立即切断电源，防止电力设备受到损坏‌。电力系统的维护‌：在进行电力系统的维修时，通过RLC防孤岛负载测试，确保维修人员的安全‌。‌电力系统的优化‌：通过对电力系统的实时监测和控制，可以对电力系统进行优化，提高电力系统的运行效率‌知识拓展在无线通信中，RLC层（RadioLinkControlLayer）负责提供无线链路控制和确认机制，确保数据传输的可靠性。RLC层的主要功能包括：‌1.提供可靠性‌：通过重传机制，确保在无线环境中传输的数据不会丢失或损坏‌。2.负载平衡‌：检测无线环境中的信号强度，决定将数据发送到哪个节点，以提高系统性能。‌3.分段与连接‌：负责数据的分段和连接，确保数据的完整传输‌。1任务四功率因数的计算与分析电类设备及其负载都要提供或吸收一定的功率。如某台变压器提供的容量为250kV·A，某台电动机的额定功率为2.5kW，一盏白炽灯的功率为60W，等等。由于电路中负载的性质不同，它们的功率性质及大小也各不相同。前面所提到的感性负载就不一定全部都吸收或消耗能量。所以我们要对电路中的不同功率进行分析。13功率因数是衡量电网经济运行水平的一个重要指标，国家电力部门专门对用户的功率因数制定了考核标准，要求功率因数cos

φ在0.85至0.9之间。而在工业生产中大量的设备均为感性负载，功率因数往往很低，故常要求采取措施提高电网的功率因数。那么为何一定要提高电网的功率因数呢？2电力系统中的负载大多是呈感性的。这类负载不只消耗电网能量，还要占用电网能量，这是我们所不希望的。日光灯负载内带有电容器就是为了减小感性负载占用电网的能量。这种利用电容来达到减小占用电网能量的方法称为无功补偿法，也就是后面我们提到的提高功率因数。4原因之一：若电源的容量SN一定，其输出的有功功率为P=UIcos

φ=Scos

φ，因而，为充分利用电源设备的容量，提高有功成分，就要求提高电路的功率因数。原因之二：提高功率因数可减少线路损耗，提高输电效率和质量。任务描述任务目标4.能复述提高功率因数的方法及提高电路功率因数在生产生活中的意义。3.会计算交流电路瞬时功率、有功功率、无功功率和视在功率。1.能熟练应用功率计算方法对正弦交流电路的功率进行分析。2.会分析正弦交流电路负载获得最大功率的条件。任务实施（二）平均功率（有功功率）（三）无功功率（五）功率三角形（一）瞬时功率（四）视在功率一、正弦交流电路中的功率（六）功率因数一、正弦交流电路中的功率一、正弦交流电路中的功率一、正弦交流电路中的功率二、功率因数的提高方法二、功率因数的提高方法的端电压将减少，这就影响负载的正常工作。从另一方面看，电流I增加，输电线路中的功率损耗也要增加。因此，提高负载的功率因数对合理、科学地使用电能以及对国民经济发展都有着重要的意义。常用的感应电动机在空载时的功率因数为0.2～0.3，在轻载时只有0.4～0.5，而在额定负载时约为0.83～0.85。不装电容器的日光灯，功率因数为0.45～0.6。应设法提高这类感性负载的功率因数，以降低输电线路的电压降和功率损耗。常用的提高功率因数的方法，是在感性负载两端并联容量合适的电容器。这种方法不会改变负载原有的工作状态，但负载的无功功率从电容支路得到了补偿，从而提高了功率因数。感性负载和电容器的并联电路如图2.4.3所示。二、功率因数的提高方法二、功率因数的提高方法由于相位不同，故总电流I的有效值应从I1

和IC的矢量和求得。根据电流矢量式画出该电路电流、电压矢量图如图2.4.4所示，并联电路取总电压为参考矢量。感性负载中的电流

I1

可以分解成两个分量，其中与电压同相的

IR称为有功分量，另一个滞后于电压

电角的IL称为无功分量，它们的大小分别是从矢量图求出总电流的有效值为总电流与电压的相位差为任务五了解实际交流电路的应用任务描述单相交流电路应用很广泛，如家庭、办公室等场合用的日光灯、白炽灯、电风扇、洗衣机等都应用单相交流电路。任务目标1.能根据实际需要，设计室内电气照明电路，合理选择灯具。2.能够排除遇到的照明电路故障问题。一、室内电气照明电路一、室内电气照明电路如图2.5.1所示是日常生活中常见的简单照明电路图。电路由电度表、开关、白炽灯、日光灯和插座等器件组成。合上电源空气开关QF1后，单相电度表不转动；再合上空气开关QF2，此时电路进入通电状态。（1）合上开关S1，白炽灯EL发亮，电度表表盘旋转（从左向右转），开始计量电能。（2）合上开关S2，日光灯点亮，由于日光灯与白炽灯同时发光，负荷增大，电度表表盘的转速比刚才的速度快了一点。（3）插座接通，左边是零线，右边是火线，电压是相电压220V；插上电热器，因为电热器是大功率负载，电度表表盘的转速转得非常快。二、日光灯电路如图2.5.2所示是电感式镇流器日光灯电路图，它主要由灯管、镇流器和启辉器组成。镇流器是一个带铁芯的线圈。启辉器是一个充有氖气的小玻璃泡，里面装上两个电极。灯管内充有稀薄的水银蒸气，当水银蒸气导电时，就发出紫外线，使涂在管壁上的荧光粉发出柔和的光。由于激发水银蒸气导电所需的电压比220V的电源电压高得多，因此，日光灯在开始点亮时需要一个高出电源电压很多的瞬时电压。当日光灯点燃后正常发光时，灯管的电阻变得很小，只允许通过不大的电流，电流过强就会烧坏灯管，这时又要使加在灯管上的电压大大低于电源电压。这两方面的要求都是利用跟灯管串联的镇流器来满足功能的。任务六三相交流电路的认识、分析与应用任务描述目前，电能的产生、输送和分配，基本都采用三相交流电路。三相交流电路就是由三个频率相同、最大值相等、相位上互差120°的正弦电动势组成的电路。这样的三个电动势称为三相对称电动势。三相交流电路之所以应用广泛，是因为它具有以下优点：（1）在相同体积下，三相发电机的输出功率比单相发电机的大；（2）在输送功率相等、电压相同、输电距离和线路损耗都相同的情况下，三相输电比单相输电节省输电线材料，输电成本低；（3）与单相电动机相比，三相电动机结构简单，价格低廉，性能良好，维护使用方便。任务目标1.能熟练进行三相电源和三相负载的星形和三角形的电路连接，并能对相电压、相电流、线电压、线电流进行分析计算。2.能熟练对三相对称电路、典型三相不对称电路进行分析计算，并能对三相对称电路的功率进行计算。一、三相交流电源（一）三相对称电源三相交流电一般来自三相发电机或变压器副边的三个绕组，它是由三个大小相等、频率相同、相位互差120°的单相交流电构成的一组三相对称交流电源。由三相电源构成的电路，称为三相（制）电路。三相发电机中三个线圈的首端分别用A、B、C表示；尾端分别用X、Y、Z表示。三相电压的参考方向为首端指向尾端。对称三相电源的电路符号如图2.6.1所示。图2.6.2和图2.6.3为三相对称电动势的波形图和矢量图。一、三相交流电源（二）三相交流电源的连接三相发电机的每一相绕组产生的电动势都是独立的电源，可各自单独与负载连接成一个独立的回路，形成三个互不联系的三相电路，称为三相六线制，如图2.6.4所示。将三相电源的三个绕组以一定的方式连接起来就构成三相电路的电源。通常的连接方式是星形（也称Y形）连接和三角形（也称△形）连接。对三相发电机来说，通常采用星形连接。1.三相电源的星形连接2.三相电源的三角形连接二、三相负载的接线方式（一）三相负载的星形连接三相负载的星形连接如图2.6.8所示。三个负载ZA、ZB、ZC的一端连在一起，并接入三相电源的中线上，另一端分别与电源的三根端线A、B、C相连。（二）三相负载的三角形连接电源的线电压总是对称的，故不管负载对称与否，三相负载上的相电压也总是对称的。但负载的相电流与线电流不等。三、三相电路的功率三相电路的功率测量可采用三功率表法或两功率表法来测量。对称三相正弦交流电路的瞬时功率经公式推导等于平均功率P，是不随时间变化的常数。对三相电动机来说，瞬时功率恒定意味着电动机转动平稳，这是三相制的重要优点之一。三相电功率的计算公式虽然两种接法时形式上一样，但其线电压、相电压，线电流、相电流的值是不同的，故计算的结果也不一样。感谢观看电工电子（第二版）模块三工业企业供电及安全用电常识CONTENTS任务一了解工业企业供电任务三熟悉防止触电的保护措施任务二熟悉安全用电知识任务四熟悉节约用电常识任务一了解工业企业供电任务描述通过资料查阅和文献学习，了解日常的生活用电、行业企业的生产用电等应用的电力系统基本知识，了解基本的安全操作规程。任务目标4.在实际工作中牢记安全操作规范与要求。3.会查阅供配电安全操作规程。1.能复述发电、输电和配电过程，了解电力供电的主要方式和特点。2.能复述供配电系统的基本组成。一、电力系统构成（一）发电发电即电力的生产。生产电力的工厂称为发电厂，简称电厂。（三）变电变电即变换电网的电压等级。（二）输电输电是电力的输送。（四）配电配电即电力的分配。为配电服务的线路称为配电线路。（2）水电厂：是利用自然水力资源作为动力的发电厂，往往通过建库蓄水或筑坝截流的方法提高水位形成落差，利用水流的位能驱动水轮机，由水轮机带动发电机而发出电力，如三峡水力发电厂。（1）火电厂：通常以煤或石油为燃料，供燃烧锅炉产生蒸气，以高压高温蒸气驱动汽轮机，由汽轮机带动发电机而发出电力。规模较小的电厂，也有采用燃气轮机或内燃机带动发电机发电的。一、电力系统构成（3）核电厂：也称原子能电厂。由核燃料在原子能反应堆中的裂变反应所产生的热能来生产高温高压蒸气，而后基本上如同火电厂一样的程序进