电工电子技术（少学时） 林平勇 学习指导汇 第1-18章直流电路-DA和AD转换器

电工电子技术学习指导

前言本学习指导书配合高等教育出版社出版的《电工电子技术》少学时第3版教材、电工电子技术虚拟实验软件、电工电子自测系统使用。可供使用该教材的学生在课前预习和课后复习使用；也可作为使用该教材的教师在组织教学内容时参考；还可以指导使用电工电子技术虚拟实验软件完成部分电工电子技术虚拟实验；指导题库的使用；网络互动系统的使用。本指导书按照教材次序逐章编写，每章分为“要点和基本要求”，“逐讲讲授的内容提要”，“部分习题解答”，“虚拟实验内容、实验要求”，“相关学习资料提示”五部分。每章的“要点”部分着重总结、概括，指出特点和容易搞错的地方，供学生在学完一章之后做复习之用。“基本要求”提供了通过本章的学习必须掌握的内容。“逐讲讲授内容提要”根据讲课次序，指明每讲讲授的主要内容。凡教材中已经写明的内容仅列出标题，不做重复；凡教材中没有的则做补充说明，并载明每讲作业要求。“部分习题解答”载有约三分之一的习题解答和部分章节的思考题解答。供使用的教师和学生做参考。“虚拟实验内容、实验要求”指明虚拟实验的目的、试验的方法、需要观测的内容、可能出现的结果。“相关学习资料提示”提示电工电子技术网站提供的相关的精讲内容、动画、图片、题库等资料及的位置方便在网络上下载使用。

目录前言电工电子技术教材组成及各章节内容简介第1章直流电路要点和基本要求逐讲讲授内容提要部分思考题、练习题解答部分实验内容、实验要求、实验结果相关学习资料提示第2章正弦交流电路一、要点和基本要求二、逐讲讲授内容提要三、部分思考题、练习题解答四、部分实验内容、实验要求、实验结果五、相关学习资料提示第3章三相电路一、要点和基本要求二、逐讲讲授内容提要三、部分思考题、练习题解答四、部分实验内容、实验要求、实验结果五、相关学习资料提示第4章动态电路的分析一、要点和基本要求二、逐讲讲授内容提要三、部分思考题、练习题解答四、部分实验内容、实验要求、实验结果五、相关学习资料提示第5章磁路和变压器一、要点和基本要求二、逐讲讲授内容提要三、部分思考题、练习题解答四、部分实验内容、实验要求、实验结果五、相关学习资料提示第6章异步电动机一、要点和基本要求二、逐讲讲授内容提要三、部分思考题、练习题解答四、部分实验内容、实验要求、实验结果五、相关学习资料提示第7章继电-接触器控制一、要点和基本要求二、逐讲讲授内容提要三、部分思考题、练习题解答四、部分实验内容、实验要求、实验结果五、相关学习资料提示第8章工厂供电与安全用电一、要点和基本要求二、逐讲讲授内容提要三、部分思考题、练习题解答四、部分实验内容、实验要求、实验结果五、相关学习资料提示第9章电工测量一、要点和基本要求二、逐讲讲授内容提要三、部分思考题、练习题解答四、部分实验内容、实验要求、实验结果五、相关学习资料提示第10章电子电路中常用的器件一、要点和基本要求二、逐讲讲授内容提要三、部分思考题、练习题解答四、部分实验内容、实验要求、实验结果五、相关学习资料提示第11章基本放大电路一、要点和基本要求二、逐讲讲授内容提要三、部分思考题、练习题解答四、部分实验内容、实验要求、实验结果五、相关学习资料提示第12章集成运算放大器一、要点和基本要求二、逐讲讲授内容提要三、部分思考题、练习题解答四、部分实验内容、实验要求、实验结果五、相关学习资料提示第13章直流稳压电源一、要点和基本要求二、逐讲讲授内容提要三、部分思考题、练习题解答四、部分实验内容、实验要求、实验结果五、相关学习资料提示第14章逻辑门电路一、要点和基本要求二、逐讲讲授内容提要三、部分思考题、练习题解答四、部分实验内容、实验要求、实验结果五、相关学习资料提示第15章组合逻辑电路一、要点和基本要求二、逐讲讲授内容提要三、部分思考题、练习题解答四、部分实验内容、实验要求、实验结果五、相关学习资料提示第16章触发器及其应用一、要点和基本要求二、逐讲讲授内容提要三、部分思考题、练习题解答四、部分实验内容、实验要求、实验结果五、相关学习资料提示第17章555电路及应用一、要点和基本要求二、逐讲讲授内容提要三、部分思考题、练习题解答四、部分实验内容、实验要求、实验结果五、相关学习资料提示第18章D/A和A/D转换器一、要点和基本要求二、逐讲讲授内容提要三、部分思考题、练习题解答四、部分实验内容、实验要求五、相关学习资料提示

电工电子技术教材组成及各章节内容简介电工电子技术一书分为两部分，第一部分第1章至第9章为电工技术部分，第二部分第10章至第18章为电子技术部分。电工技术部分；第1章至第4章是电路及基本分析方法，第1章直流电路，介绍直流电路的组成、电路的基本物理量、电路元件模型及电路基本分析方法、第2章正弦交流电路，介绍单相正弦交流电源及电单相正弦交流路稳态分析方法。第3章三相电路，介绍三相正弦交流电源及三相正弦交流电路分析方法。第4章动态电路的分析，介绍包含电感和电容元件的电路暂态过程及分析方法。第5章磁路和变压器，介绍磁路组成及磁路分析方法，讲述变压器的变换原理及变压器的分析方法。第6章异步电动机，讲述三相和单相异步电动机的结构、工作原理、选择方法。第7章继电-接触控制器，介绍继电-接触控制器件组成、工作原理及由它们组成的控制电路。第8章工厂供电与安全用电，简单介绍电力供电系统、工厂供电方式和如何安全用电。第9章电工测量，讲述常用电工仪表的结构和测量原理。电子技术部分；第10章电子电路中常用的器件，介绍制造半导体器件的材料特性、半导体基本器件的结构和工作原理。第11章基本放大电路，介绍由半导体三极管组成的基本放大电路及放大电路的分析方法。第12章集成运算放大器，简介集成运算放大器的组成，集成运算放大器组成的各种电路的分析方法。第13章直流稳压电源，介绍直流稳压电源的组成及输出电压和电流与电路中器件的关系。第14章基本逻辑门电路，简单介绍数制与编码、逻辑代数及基本应用、基本门电路的组成及工作原理。第15章组合逻辑电路，简单介绍组合逻辑电路的分析方法，中规模组合逻辑电路的基本应用。第16章触发器及其应用，介绍双稳态触发器的电路结构及在数字电路中的应用。第17章555电路及应用，介绍555电路的结构及工作原理、介绍555电路在工业和日常生活中的应用。第18章D/A和A/D转换器，介绍D/A和A/D转换器模拟量与数字量之间的变换原理及基本变换电路的组成。第1章直流电路要点和基本要求本章有些内容在物理课中学过，但是作为电路分析的基础非常重要。许多概念、公式和分析方法在后续的学习中经常用到，要注意这些概念、公式和分析方法在电路分析中与在物理中使用条件的区别及解决的问题的要点区别。注意不要将思路和学习方法停留在物理课程的水平和习惯上，而应该快速建立解决电路问题的思路和分析电路问题的习惯。以适应电工电子技术课程的要求，切勿认为有些内容都已经学过而对其忽视。要点电路模型电路模型是为了分析实际电路而人为假定的理想电路元件，用一定的电路符号表示，该元件具有某种确定的电和磁性质。它源于实际电路元件，但忽略某些对电和磁性质影响的次要因素后，而抽象出来的理想电路元件。不同的实际电路有不同的电路模型，它门可以用一个或多个理想电路元件模拟。同一实际电路在不同的分析条件时电路模型将不同。例如一个实际的电感线圈它是一个实际电路元件，它同时具有电阻、电感和电容效应。在直流条件下它的电路模型可以是一个理想电阻元件，它的电容和电感效应在对电路分析时产生的影响极小，可以忽略不计。但在低频交流条件下它的电路模型将是一个理想电感与一个理想电阻的串联组合，而在高频交流条件下它的电路模型又变成一个理想电容与一个理想电阻的串联组合。因为在相关的条。件下电容和电感效应的影响又可以忽略不计。在电工电子技术教材中主要涉及的电路理想模型有电压源、电流源、电阻、电感（包括：自感、互感）电容、受控源（包括：电流控制的电流源、电压控制的电流源、电压控制的电压源、电流控制的电压源）晶体管、运算放大器等。参考方向（正方向）即一般所谓的“假定正方向”参考方向是电路理论的一个最基本的概念。分析电路首先要假定电路中电流、电压的参考方向。参考方向是任意假定的，但一经选定，在列基尔霍夫电流方程和基尔霍夫电压方程时即以此为准。另外所有元件的伏安关系都是在一定的参考方向下得出的。对于少学时《电工电子技术》第3版（以下称教材）中直流电路中的元件直流电路中有4种常用电路元件，分别是电阻、电压源、电流源、受控源，而本教材中主要涉及前三种。电阻元件是由实际元件抽象出来的一种理想元件，理想线性电阻元件具有如下的伏安关系：这里电压的单位是伏特，通常用符号（V）表示；电流的单位是安培，通常用符号（A）表示，在这种条件下，电阻的单位是欧姆，通常用符号（Ω）表示。常用（KΩ）和（MΩ）表示阻值很大的电阻，它们之间的关系是：1MΩ=103KΩ=106Ω理想电阻元件是一种耗能元件，通过它将电能转换成热能。通常用功率来表示其单位时间内转换的能力。电阻的功率可以用电阻两端电压与通过该电阻的电流的乘积表示；也可以用电阻两端电压的平方与电阻值之比表示；还可以用流过电阻的电流的平方与电阻的阻值的乘积表示。既：（注：该式是在关联参考方向下得到）理想电压源元件它是由实际电源器件抽象出的理想元件，理想直流电压源的伏安关系表示为：即无论负载如何变化，理想直流电压源向其提供的端电压值不变。而理想直流电压源提供给负载的电流大小仅由负载阻值确定。在电路分析中直流电压源元件可能是电源，也可能是负载。当其电压与电流取关联参考方向时，其电压与电流乘积为正值时直流电压源元件是负载，而乘积为负值时直流电压源元件是电源。（注意，这与物理中有很大的不同）理想电流源元件它是由实际电源器件抽象出的另一种理想元件，理想直流电流源的伏安关系表示为：即无论负载如何变化，理想直流电流源向其提供的电流值不变。而理想直流电流源提供给负载的电压大小仅由负载阻值确定。在电路分析中直流电流源元件可能是电源，也可能是负载。当其端电压与电流取关联参考方向时，其端电压与电流乘积为正值时直流电流源元件是负载，而乘积为负值时直流电流源元件是电源。注意，这与物理中有很大的不同）基尔霍夫定律基尔霍夫定律是分析复杂电路的非常重要的工具，与元件的伏安关系共同构成分析复杂电路的基础。他根据电路的结构，唯一确定了电路各部分间电压或电流的关系。基尔霍夫第一（电流）定律，从电流角度确定了电路各部分之间的关系；基尔霍夫第二（电压）定律，从电压角度确定了电路各部分之间的关系。（注意，物理中仅讨论了元件的伏安关系，而没讨论过电路的结构关系。）基尔霍夫第一（电流）定律流入任意节点的电流的代数和为零。根据各支路电流的参考方向是流入还是流出选定的节点，列出该节点的电流关系方程。基尔霍夫第二（电压）定律任意闭合回路各器件上电压降的代数和为零。根据各器件参考电压的参考方向和回路选定的绕行方向，列出选定回路的电压关系方程。几种常用的电路分析方法支路电流法应用基尔霍夫两个定律列出电路的结构约束方程，代入电路中元件的伏安关系，得到求解电路的联立方程。对其求解既可得到各支路电流，从而可求解出所需要的参数。节点电压法它实际上是仅利用基尔霍夫第一定律列出电路的结构约束，通过各节点对参考节点的点位和各相邻节点间器件的导纳与各支路电流三者之间的关系，将所有支路电流均转换成各节点电位间的关系，从而获得电路求解各节点点位的联立方程。它列出的方程数量比支路电流法减少了由基尔霍夫第二定律确定的那些方程。电压源与电流源变换利用实际电源可以表示成实际电压源也可以表示成实际电流源的特点，并利用其二者之间的相互转换关系及理想电压源串联可以合并、理想电流源并联可以合并的特点，从获取负载伏安关系的角度，将一个包含有多个电压源和电流源及电阻的复杂电路，通过逐步转换、合并、再转换、再合并，直到相对负载将其转换成一个实际电压源或一个实际电流源。最终形成一个简单电路，并用全电路欧姆定律求解。叠加原理利用一个电路中有多个电源共同作用到一个元件上，在该元件上产生的响应，与这个电路中各个电源单独作用到这个元件上产生的响应之和相等的定理。将一个复杂电路，转换成多个简单电路，利用并联分流、串联分压的方法，求解每个简单电路在同一个元件上产生的响应，并将各个响应求和。最终获得总响应。但是注意在求解各个响应时它们的参考方向应选择一致，这样在求和时求出的代数和就是总响应的解。戴维南定理利用任意有源二端网络总可以等效成一个实际电源的原理，可以将一个复杂电路，相对于负载转换成一个简单电路，从而求解负载上的响应。关键是求解负载断开后形成的有源二端网络的开路电压或短路电流。可以利用将网络中所有电源均置零后将所有电阻等效到该二端网络端口的方法，求解出等效内阻；也可以利用求解的开路电压与短路电流之比求解出等效内阻。如果去掉负载后的二端网络仍是一个复杂电路，可以采用各种方法将其转换成简单电路，从而求解出该二端网络的开路电压和短路电流。基本要求1.掌握如何建立实际元件的电路模型掌握同一个实际电路元件，在不同的电路条件下表示成何种模型。例如一个电磁铁，在直流的条件下它的等效模型应为电阻；在交流条件下它的模型将是电感与电阻的串联。掌握电阻、电压源、电流源的伏安关系。2.掌握参考方向和关联参考方向掌握电路中理想电路元件的参考方向标注，当电路中某元件的电压或电流之一的参考方向已经标定后，会根据关联参考方向的原则标注出另一个参数的参考方向。可以根据关联或非关联参考方向正确写出各元件的伏安关系表达式和功率关系表达式及基尔霍夫电流、电压方程表达式。3.掌握基尔霍夫定律可以利用基尔霍夫两定律正确写出复杂电路的结构约束关系。4.重点掌握元件伏安关系和功率关系求解重点掌握用欧姆定律求解简单电路的伏安关系和功率关系，并能够根据功率关系判断实际电源是电源还是负载。5.掌握几种电路求解方法(1)重点掌握支路电流法求解复杂电路，求解方程的建立。(2)熟练掌握实际电源变换将复杂电路转换成简单电路求解的方法。(3)熟练掌握叠加原理求解复杂电路的方法。(4)掌握戴维南定理求解负载电路的方法，会球开路电压、短路电流、内阻。(5)了解节点电压法求解复杂电路的原理，会列节点电压求解方程。逐讲讲授内容提要第1讲1.1电路模型，1.2电路的基本物理量，1.3电流电压的参考方向 1.4功率1.1电路模型1．电路的组成及作用2．实际电路与电路模型之间的关系1.2电路的基本物理量1．电流电流的定义及表达式，注意电流有随时间变化的和不随时间变化的。不随时间变化的称稳恒直流，用大写字母表示。2．电压从电场力做功的角度定义其表达式为，正电荷自a到b失去能量定义为电压降，反之获得能量为电压升。习惯上将电压降得放心作为电压的实际方向。用表示。3．电动势在电源内部费电场力把单位正电荷自低电位端移动到高电位端所做的功，用表达式表示1.3电流电压的参考方向1．电流的参考方向人为假定电流的流动方向，电流实际方向与其一致,与其相反。2．电压的参考方向也是人为假定的方向，当参考方向与实际方向一致，与实际方向相反3．关联参考方向当电流与电压选取参考方向一致时（电流从器件的高电位点流入），称其为关联参考方向。1.4功率电场力在单位时间内做的功，用，在直流电路中功率可定义为通过元件的电流和元件两端电压的乘积，在关联参考方向条件下表示为；非关联参考方向表示为。当元件吸收功率（元件为负载）；当元件发出功率（元件为电源）。第2讲1.5电阻元件，1.6电感元件、电容元件，1.7电压源、电流源及其等效变换1.5电阻元件电阻元件是耗能元件，在关联参考方向条件下的伏安关系为：；在非关联参考方向条件下：。当为常数时是线性电阻，否则是非线性电阻。线性电阻功率、电压、电流、电阻之间的关系可以表示成：1.6电感元件、电容元件1．线性电感元件，在关联参考方向条件的伏安关系：，在直流条件下电感元件相当于短接。电感元件是储能元件，在关联参考方向条件下，在0-τ时间内电感元件吸收的电能为：在直流条件下电感元件的储能随电流的增大而增加。2．电容元件也是储能元件，两极板储存的电荷量与加载两极板之间的电压成正比即：，当C为常数时为线性电容。在关联参考方向条件的伏安关系为：，在直流条件下电容元件相当于断开。在关联参考方向条件下，在0-τ时间内电容元件吸收的电能为：在直流条件下电容元件的储能随电压的增高而增加。1.7电压源、电流源及其等效变换1．理想电压源理想电压源的端电压是确定的时间函数与流过的电流无关。直流电压源不随时间变化。2．理想电流源理想电流源供出的电流是确定的时间函数与两端的电压无关。直流电流源不随时间变化。3．实际电源两种模型的等效互换一个实际的电源可以用电压源或电流源模型表示，是从两个不同的方向对电源的描述。电压源模型为一理想电源与一电阻串联组成；电流源模型为一理想电流源与一电阻并联组成。电阻是电源的内阻，既然是对同一电源的描述，所以内阻应相同。既然是对同一电源的两种描述，所以相互之间可以转换。转换条件是： ；；内阻相同。4．应用实际电源之间的互换求解复杂电路为了获得复杂电路某一支路的电压或电流响应，可以应用实际电源相互转换和理想电源等效合并的原理，将除这一支路外的复杂电路逐步转换成一简单电路应用全电路欧姆定律求解。用两串联理想电压源对外电路可以合并成一个新的理想电压源，新理想电源电压是两个电源电压的代数和即：。两并联理想电流源对外电路可以合并成一个新理想电流源，新理想电流源电激流的原理。应用这些原理及电阻的串联、并联合并原理，可以将复杂电路逐支路的变换、合并最后简化成一个实际电源。电路的短路和开路电源与负载连接时，若出现负载为零的情况称其电路短路。这时电源端电压为零，出现极大的短路电流。可能损坏电源或造成事故。所以电路中应有相应的保护装置，防止因短路造成事故。若出现负载无穷大的情况称电路开路。开路可能是负载损坏或连接电源与负载的导线断开产生。第3讲1.8基尔霍夫定律，1.9支路电流法，*1.10结点电压法1.8基尔霍夫定律1．结点、支路、回路定义支路：由一个或多个元件组成流过同一电流的一段电路。结点：三条或以上电路的交点。回路：电路中任意闭合路径。2．基尔霍夫第一定律电路中流入任意结点电流的代数和为零，即：。通常电流流出结点取正值、流入结点取负值。该定理可以推广到任意封闭曲面。3．基尔霍夫第二定律电路中任意回路，沿任意方向绕行，将所遇各元件电位降求代数和其和为零，即：，当各支路电流参考方向已确定时，各元件电压与电流可取关联参考方向。4．电阻的串、并联多个电阻串联电路，串联总电阻等于各电阻之和，即：。各电阻流过同一电流，各电阻电压与总电压的关系为：多个电阻串联电路总等效电阻的功率等于电路中各电阻的功率之和，即：。多个电阻并联电路，并联总电阻的倒数等于各电阻倒数之和，即：各电阻具有相同的端电压，各电阻流过的电流与总电流的关系为：。多个电阻并联电路的总等效电阻功率等于电路中各电阻的功率之和，即：。1.9支路电流法1．选择独立结点独立回路（网孔）。注意如何选择参考结点。2．根据独立结点，依据基尔霍夫第一定律列出各独立结点电流的关系方程式。3．根据网孔，依据基尔霍夫第二定律列出各网孔的各元件的电压方程。4．求解联立方程，获得各支路电流的解，然后计算出其它需要的参数。*1.10结点电压法1．结点电压方程建立的依据根据基尔霍夫第一定律列出独立结点电流方程，将各支路电流用结点之间电位差表示，可获得结点电压方程。2．根据自电导和互电导的概念列结点电位方程两结点间元件的电导与这两结点间电位差的乘积就是该支路的电流。所列结点电位方程自电导定义为，从该结点指向相邻结点时两结点间元件的电导（自电导取正值）；互电导定义为，从相邻结点指向该结点时两结点间元件的电导（互电导取负值）。用列方程结点的电位与各相邻结点自电导相乘，用各相邻结点电位与该结点互电导相乘，将所有积求和等于流入该结点各电流源电流代数和（流入取正值，流出取负值）。将所有独立结点电位方程（即由基尔霍夫第一定律确定的方程）全部列出，获得求解各独立结点电位方程组。联立求解这些方程就可以得到各结点电位的解。由各结点电位可求解其它需要的参数。第4讲1.11叠加原理，1.12戴维宁定理1.11叠加原理绘制各电源独立作用的电路图，注意电压源置零（视其为短路）；电流源置零（视其为开路）。求解各电源独立作用时在选择原件上的各个响应，并将其求代数和。注意各电源独立作用时在选择原件上的响应参考方向应该一致。注意功率不适用叠加原理。1.12戴维宁定理1．去掉求解支路后有源二端网络开路电压或短路电流的求解。去掉求解支路后的有源二端网络将比原电路得到简化，仍然可以用求解复杂电路的各种方法求解开路电压或短路电流。2．该二端网络内阻的求解。相应无源二端网络内阻求解法：将有源二端网络中各电源均置零，利用电阻串并联的方法，将所有电阻都等效到端口，形成的总电阻就是内阻；开路电压与短路电流比值法：利用求得的开路电压和短路电流求其比值即可得到内阻。3．用得到的开路电压和内阻作为电动势和内阻，建立实际电压源模型的戴维宁电路；或用得到的短路电流和内阻作为电流源和内阻，建立实际电流源模型的戴维宁电路。连接断开的求解支路后形成简单电路，对该电路求解获得需要的参数。第2章正弦交流电路一、要点和基本要求本章讨论稳态单相正弦交流电路中的器件及响应，首先学习用于分析正弦交流电路的工具相量；在此基础上展开对简单正弦交流电路的分析讨论；最后介绍复杂正弦交流电路的分析方法。由于稳态正弦交流电路分析中，电压、电流均是随时间变化的量，元件的伏安关系将不再是简单的比列关系，而是微分或积分关系。利用基尔霍夫定律结合元件伏安关系列出的求解方程将是微分方程，这给求解带来了困难。通过分析可知，稳态正弦交流电路中的激励与相应是同频率的正弦量，这就给解决问题提供了简化条件。利用相量可以很好的表示稳态正弦交流电路中的激励与相应的相关参数。这样就可以将求解复杂微分方程的过程，转换成求解简单代数相量方程。在学习过程中要注意，一个相量包含模和辐角两个参数，所以需要用求解复数方程的方法，对列出的相量方程进行求解；也可以利用相量图的方法求解。这比直流电路中参数的求解复杂、困难，但是在直流电路分析中学过的各种定律和定理均适用于稳态正弦交流电路。在获得需要的参数后，利用对应关系，再将这些参数变换成相应的正弦量，获得需要的解。（一）要点1.正弦量与相量的相互对应关系有效值相量的模对应正弦量的有效值、辐角对应正弦量的初相角。幅（最大）值相量的模对应正弦量的幅值、辐角对应正弦量的初相角。在相量图上正弦量被表示成一段绕原点逆时针以角速度ω旋转的有向线段。正弦量的有效值或幅值对应线段的长度；初相角对应有向线段与正实轴的夹角。2.稳态正弦交流电路中元件的伏安关系(1)瞬时值关系：电阻元件：；电感元件：；电容元件：理想电压源：：理想电流源(2)相量关系：电阻元件：；电感元件：；电容元件：理想电压源：； 理想电流源 3.简单正弦交流电路的分析分析计算RLC串联电路的总响应及各理想元件上的响应；计算电路总功率及各元件功率。注意有功功率、无功功率、视在功率的含义及计算方法。简单正弦交流电路的分析计算常采用以下两种方法:(1)公式法：应用基尔霍夫第二定律列出结构约束方程，代入各元件的伏安关系得到求解方程。从而解出需要的各响应或各元件参数。(2)相量图法：根据各元件的电压和电流相量关系，利用平行四边形法则在相量图上画出需要的相量，完成对电路的求解。注意，有时可以利用相量图作出分析，然后再应用公式计算需要的参数。4.稳态正弦交流电路中的谐振（1）串联谐振的电路特征、谐振条件、电路的实际应用。（2）RL与C并联电路谐振的电路特征、谐振条件及电路的实际应用。（二）基本要求1.掌握正弦量与相量的对应及相量计算（1）熟练掌握正弦量与相量之间的相互变换。（2）掌握相量的计算方法。包括模和辐角的计算2.重点掌握简单稳态单相正弦电路的分析方法（1）会用基尔霍夫第二定律和元件的伏安关系分别列出瞬时值求解方程和相量模型求解方程。（2）熟练掌握应用复数形式的相量计算法计算电路的各响应。包括模（有效值）、辐角（初相角）的计算；也可以由给定的响应计算出电路元件的参数。（3）掌握电路和元件视在功率、有功功率、无功功率的计算。（4）会分析计算实际电感线圈与电容器并联的电路的响应，及如何应用电容器减小电路的总无功功率。3.重点掌握稳态正弦电路谐振的应用（1）会计算谐振电路的谐振频率。可根据给定的条件计算出符合谐振要求的电路元件参数。能计算出谐振时各电路元件的响应。（2）掌握串联和并联谐振电路的重要应用，及哪些场合需要应用谐振，而哪些场合需要避免出现谐振。二、逐讲讲授内容提要第5讲2.1正弦量的三要素，2.2正弦量的相量表示法2.1正弦量的三要素1．频率与周期频率：单位时间内正弦量变化的次数；周期：正弦量完成一个周期变化需要的时间；二者间具有的关系。2．振幅和有效值振幅：正弦量在一个周期内最大幅值，也成最大值或幅值；有效值：一个正弦周期电流与一直流电流，分别通过同一电阻，在一个周期内消耗的电能相同，则该直流电流的量值就是相应正弦周期电流的有效值。即：则正弦量的有效值：即正弦量的有效值与振幅（最大值）之间具有：的关系。3．相位、初相、相位差相位：反映正弦量随时间变化的进程，由表示。初相：当时的相位即为初相，也就是。相位差：两个同频率正弦量的初相之差。具有超前、滞后、同向、反相、正交等反映这两个正弦量位置的关系。2.2正弦量的相量表示法1．复数复数有四种形式：若A为复数（为实部为虚部）是其代数表达式；是三角表达式是指数表达式是极坐标表达式代数、三角、指数、极坐标形式，各种形式间可以相互转换。2．相量任意正弦量都可以表示成复平面上的一段始于原点的有向线段，线段长度为正弦量的最大值或有效值；线段与实轴的夹角即为正弦量的初相角，线段以角速度ω逆时针旋转，ω即为正弦量的角频率。表示于复平面上的正弦量称为相量。相量的模可以表示正弦量的最大值或有效值，相量的辐角表示正弦量的初相角。一个正弦量对应着一个相量，一个相量也对于着一个正弦量。正弦量对应的相量也与复数一样有代数、三角、指数、极坐标四种表达式。通常用代数式进行相量的加减运算，而用极坐标式进行乘除运算，借助三角式进行二者之间的转换。也可以用相量图表示正弦量，同频率的正弦量可绘制在同一相量图上。在相量图上，利用平行四边形法则可进行相量的计算。借助相量可以将同频率正弦量的微分方程转换成代数方程完成。第6讲2.3电阻、电感、电容元件伏安关系，2.4RLC串联电路2.3电阻、电感、电容元件伏安关系1．电阻元件正弦交流电路中电阻元件的伏安关系表示为：式中相量形式的伏安关系为：，2．电感元件正弦交流电路中电感元件的伏安关系表示为：，式中相量形式的伏安关系为：，,式中：3．电容元件正弦交流电路中电容元件的伏安关系表示为：，式中相量形式的伏安关系为：，式中：2.4RLC串联电路1．公式法求解电路中总电流，根据基尔霍夫列出电压回路方程：有效值相量形式：2．相量图以总电流为参考相量，绘制电压相量图；绘制阻抗相量图。+1+j+1+jRZXXLXC+1+j第7讲2.5阻抗的串联与并联，2.6正弦交流电的功率2.5阻抗的串联与并联1．阻抗的串联多个阻抗串联，可以将各阻抗实部（电阻部分）相加合并，虚部（电抗部分）各部分求代数和。各阻抗电流相同，总电压等于各阻抗电压和。，总电压相量等于各阻抗电压相量和。2．阻抗的并联多个阻抗并联的总阻抗的倒数等于各个阻抗倒数的和。注意阻抗是复数形式，运算将比电阻并联复杂的多.阻抗并联也具有分流作用。……2.6正弦交流电的功率1．有功功率是电路中电阻消耗的，它等于各电阻消耗的功率之和。电路的总有功功率：式中为总电压总电流为总电压与总电流的相位差角；为各阻抗电压和电流有效值及电压与电流相位差角。2．无功功率表示电路中储能元件之间及与电源之间能量交换的规模。总无功功率表示电路与电源之间的能量交换规模：各阻抗与电路其它部分或电源之间的能量交换规模表示为，为各阻抗电压和电流有效值及电压与电流相位差角。各阻抗无功功率代数和等于总无功功率。视在功率它表示电路的容量。一个电路的总视在功率定义为：总电压和总电流有效值的乘积。它与有功功率和无功功率间有的关系；或式中称功率因数。功率可以用功率三角形表示：+1+1+jPSQQLQC第8讲2.7电路中的谐振，*2.8非正弦周期电流电路的概念2.7电路中的谐振1．串联谐振串联谐振的条件：电路与电源之间无能量交换即无功功率为零。能量交换发生在电路电抗元件之间。谐振时：电路谐振频率：，电路阻抗：，电压与电流同相位。电抗元件上的电压与电路品质因数有关：品质因数：谐振时电抗电压：，在品质因数大于1的情况下电抗元件的电压可以出现大于电源电压的情况。2．并联谐振对实际电感线圈与电容器并联电路：；电路总阻抗当时谐振时虚部为零即谐振频率：，谐振阻抗：（最大，呈纯电阻性）*2.8非正弦周期电流电路的概念1．非正弦周期电流电路非正弦周期电流，在满足狄里赫利条件时，可以分解为傅立叶级数，它由直流分量、基波和高次谐波组成。2．有效值、平均值和平均功率有效值：平均值：平均功率：第3章三相电路一、要点和基本要求三相电路是一种复杂正弦交流电路，它通常由三组电源和三组等效负载组成。由于三相电源是同频率、具有不同初相的一组电源。所以，相量仍然是分析三相正弦交流电路的重要工具。由于它的三组电源之间有某种特殊的关系，所以对这样电路的分析，将与分析普通复杂正弦交流电路有一定的区别，在一定的条件下可以将复杂的分析简单化。本章首先学习三相正弦交流电的相、线电压和电流及它们之间的关系；然后讨论星接负载与角接负载，及在三相正弦交流电激励下的响应；最后讨论三相电路中负载的电功率。学习中注意三相对称负载与非对称负载产生的响应有什么不同；负载与电源之间有中线和无中线连接，会对电路产生什么影响。（一）要点1.三相电源对称三相电源是由三个幅值相等，初相相差120度的三个单相电源组成，当采用星型连接时，形成三相四线制供电方式。每个单相电源的电压就是相应相的相电压，两组单相电源的端线之间的电压是线电压，且线电压的大小是相电压的倍。各线电压超前相应的相电压30度电角度。各相电流就是相应的线电流。若采用三角型连接时，形成三相三线制供电方式。各相的相电压也就是相应的线电压；而线电流由各相电流合成，也具有线电流是相电流倍的关系。各相电流滞后相应线电流30度电角度。2.三相负载的联接（1）三相负载星接三相负载有中线星接，适用于负载工作电压与电源相电压相同的单相负载，组合成三相负载的情况。也适合工作电压与电源线电压相同的三相负载。（2）三相负载角接适用于负载工作电压与电源线电压相同的单相负载，组合成三相负载的情况。也适合工作电压与电源线电压相同的三相负载。3.三相电路的分析（1）对称三相电路的计算根据一相的激励与负载关系计算出响应，然后利用相序关系直接写出其它相的响应。（2）非对称三相电路的计算根据各相的激励关系和负载情况分别计算各相的响应对非对称无中线情况，先计算负载中点与电源中点的电压；再计算各相的电压；然后根据各相负载情况分别计算响应。（3）三相功率的计算对称负载可计算出一相得功率后，总功率利用相关关系直接写出。非对称负载分别计算各相功率，通过合成获得总功率。注意如何用线电压和线电流表示总功率。（二）基本要求1.掌握三相电源相电压与线电压的关系由给定的任意一个电压可以熟练的写出其它各相或线电压的瞬时值和相量表达式，并能画出相量图。2.掌握三相负载的连接可以根据要求将一定电压等级的多组单相负载组成符合要求的三相负载，并能与三相供电电源连接。能熟练写出各相负载的阻抗表达式。3.掌握三相电路的分析计算方法（1）熟练掌握三相对称电路的分析计算，能在给定阻抗的条件下，正确计算出负载的响应；在给定电压电流的条件下计算出各相的电阻和电抗。（2）掌握非对称无中线三相电路，电源中点与负载中点之间电压计算方法。在此基础上计算各相响应。（3）熟练掌握三相电路的有功、无功功率计算方法。二、逐讲讲授内容提要第9讲3.1三相电源，3.2三相电源的连接，3.3-1三相负载的连接星接3.1三相电源1．对称三相电源，各相电压相同，各相之间有120°相位差。2．三相电源可以用瞬时值表达式表示，也可以用波形图表示，还可以用相量图表示。3.2三相电源的连接1．星形连接将三相对称各电源的尾端连接，各首端通过导线引出称火线；将三个尾端连接点通过导线引出称中线（零线）。形成三相四线制供电方式。端线之间的电压称线电压，端线与中线之间的电压称相电压。线电压仍是对称三相电压，且各线电压超前相应相电压30°，线电压为相电压。各线电流等于相应相电流。 线电压与相电压之间的关系可以用相量表达式表示。也可以用相量图清楚的表示相电压与线电压之间的关系。2．三角形连接将三相对称各电源的首端与另一个的尾端连接形成闭合三角形，将三个连接点分别引出导线，称火线，形成三相三线制供电方式。各线之间的线电压就等于各相的相电压；线电流为相电流，且线电流滞后相应相电流30°。线电流与相电流之间的关系可以用相量表达式表示。各线、相电流之间的关系也可以用相量图清楚表示。3.3-1三相负载的连接星接1．三相对称负载星接忽略导线阻抗，负载电压与电源电压相同，可以由任意一相电压和负载计算出相电流，然后由相序关系写出其它电流，线电流等于相应相电流。由于三相电流为对称电流所以中线无电流。2．三相非对称负载有中线星接虽然各相负载不同，由于中线作用，负载电压仍与电源电压相同。各相电流即是相应线电流，由相应相电压与负载求出。由于三相电流不对称所以由中线电流，中线电流可以用三相电流的相量和求出。3．三相非对称负载无中线星接负载不对称且无中线，负载线电压仍等于电源线电压，但负载相电压已经不等于电源相电压，所以需要先求解电源与负载两中点之间的电压。然后根据电源相电压和两中点之间电压求出各负载相电压。再计算各相负载电流。电源与负载两中点电压可以用结点电位法方便求解。第10讲3.3-2三相负载的三角连接，3.4三相电路的功率3.3-2三相负载的三角连接1．三相对称负载角接由于负载对称，可以由任意一相电压（线电压）和负载计算出相电流，根据相序关系写出其它相的相电流。根据相电流与线电流的大小和相位关系写出各线电流。2．三相非对称负载角接由于负载不对称，各相负载电流需要单独计算，根据各线电流与相应相电流的关系计算出各线电流。3.4三相电路的功率1．三相有功功率三相对称电路，计算出任意一相有功功率后3倍该功率就是三相有功功率。对称负载三相有功功率可以用相电压表示也可以用线电压表示：式中为相电压与相电流的相位差。三相非对称电路，各相有功率需要单独计算。2．三相无功功率三相对称电路，计算出任意一相无功功率后3倍该功率就是三相无功功率。对称负载三相无功功率可以用相电压表示也可以用线电压表示：式中为相电压与相电流的相位差。三相非对称电路，各相无功率需要单独计算。三种三相功率之间的关系对称三相负载视在功率第4章动态电路的分析一、要点和基本要求动态电路与稳态电路讨论的问题不同，主要分析电路从一种状态过渡到另一种状态时，电路中各元件的响应。由于电路中存在一种或两种储能元件和耗能元件，所以电路将经过一个暂短时间后将从一种稳定状态过渡到另外一种稳定状态。而我们就是要分析在这暂短时间内电路中各元件响应将随时间如何变化。（一）要点1.电路的换路定律换路时流过电感元件的电流不能越变；电容元件两端的电压不能越变。2.经典法分析动态电路由基尔霍夫定律及元件的伏安关系列出动态电路方程，代入约束条件，求出电路的解。（1）一阶电路的零输入响应，电路在换路后无激励电源存在但储能元件已经有初始储能的情况。（2）一阶电路的零状态响应，电路在换路后有激励电源存在但储能元件无初始储能的情况（3）一阶电路的完全响应，电路在换路后即有激励电源存在，储能元件又有初始储能的情况。3.应用一阶电路的三要素法求解电路应用一阶电路在换路后一瞬间各元件的响应，和换路后电路进入稳态各元件的响应，及电路的时间常数。应用适合一阶电路的特定表达式，写出各响应的解。（二）基本要求1．掌握换路定律及换路时各元件响应的求解，会做t=0+时电路的等效电路，并能在该电路上求解相关的响应。2．掌握用经典法求解动态电路会用经典法列出一阶电路各种响应的求解方程，并能正确代入相关约束条件，求解出需要的响应。3．熟练掌握一阶电路的三要素法求解电路会求解t=0+时各元件响应，会求解t=∝时各元件响应，会求解电路时间常数，会应用特定表达式写出求解方程并得到需要的解。二、逐讲讲授内容提要第11讲4.1动态电路，4.2RC电路、RL电路零输入响应4.1动态电路电路中储能元件的存储的能量不能跃变，体现在电容器和电感上是：1．电容器的电荷不能跃变即电容器的电压不能跃变。2．电感的磁链不能跃变即电感的电流不能跃变。以上两式也称换路定则。在换路后的电路图中电容器用电压源代换其电动势为时电容器电压；电感用电流源代换其电激流为时的电感电流。在该图上可以求出所有时的响应。4.2一阶RC电路、RL电路零输入响应电路在换路后电路中不含电源，且仅含一种可以等效成一个元件的储能元件。储能元件在换路前通常已经储存有能量，即电容器的极板间有一定的电压或电感线圈中有一定的电流流动。经典法求解换路后电路的各响应。由给定的时刻的电路，根据基尔霍夫定律列出瞬时值表示的求解方程，代入元件的伏安关系后成为微分方程；利用数学中微分方程求解方法求解；根据换路定则确定解中常数。RC电路零输入响应根据特征根法求解，令解有的形式代入原方程：，解出根据换路定则，代入初始值求常数：R两电路零输入响应根据特征根法求解，令解有的形式代入原方程：，解出根据换路定则，代入初始值求常数：第12讲4.3RC电路、RL电路零状态响应，4.4一阶电路全响应4.3RC电路、RL电路零状态响应换路后的电路中包含有电源，但储能元件没有初始储能。RC电路零状态响应根据特征根法求解，令通解有：的形式特解有：通解代入原方程对应齐次方程：，解出特解代入原方程：完整解：根据换路定则，代入初始值求常数：RL电路零状态响应根据特征根法求解，令通解有：的形式特解有：通解代入原方程对应齐次方程：，解出特解代入原方程：完整解：根据换路定则，代入初始值求常数：4.4一阶电路全响应用一阶电路的三要素法求解一阶电路的全响应。三要素为、、可在电路图中求得，可在换路后电路达稳态时电路上求得，=RC，R是在换路后达稳态的电路上将所有电源置零后，将所有电阻等效成一个与储能元件并联的总电阻。应用表达式写出t≥0时电路的响应。第5章磁路和变压器一、要点和基本要求许多电工器件均是利用电磁原理工作的。了解电与磁之间的关系，掌握构成磁路的材料和磁路的结构，对掌握各种包含磁路的电工器件的工作原理是很有必要的。电磁铁、继电器、变压器、电动机均是电磁变换和转换元件可以完成电-磁-力；电-磁-电等能量之间的变换和转换。注意物理课中对磁的分析，重点是磁场。而本课程重点分析的是限制在磁路中的磁场、组成磁路的磁材料和包含磁路的电工元件。（一）要点1.磁路及磁路定律磁路是磁通通过的闭合路径它与电路类似，它可以用各种导磁材料制作。磁路中的磁通、磁动势、磁阻之间具有一定的关系，这一关系可以用磁路的磁欧姆定律表示。它也具有类似电路中基尔霍夫电压定律的规律，称其为磁路环路定律。磁路环路定律表明任意一闭合磁路中，各段磁路的磁压降的代数和一定等于磁动势。2.铁磁材料及应用铁磁材料在制作磁路方面有重要用途，用其高导磁率特性，可以制作许多电工器件；利用其磁滞特性可以制作许多特殊器件。了解铁磁材料的微观结构有助于了解铁磁材料的宏观特性。磁与电是紧密联系的，磁场强度与电流之间有密切的关系，而磁感应强度又与磁场强度密切相关。掌握它们之间的关系结合铁磁材料，可以设计或分析磁路，获得需要磁通的电激励条件；或根据给定的条件分析计算磁路参数。3.变压器的变换原理及应用变压器是一种电-磁-电的转换元件，可以实现三种变换，电压、电流、阻抗变换。利用三种变换可以达到多种目的，解决许多工业和电讯方面的问题，特别是在电力传输和信号传输匹配方面有着极其重要的用途。（二）基本要求1．掌握磁路的欧姆定律和环路定律利用磁路的欧姆定律和环路定律确定磁路的结构或根据磁路的结构和给定磁路参数计算磁路的其它参数。2．熟练掌握变压器的参数计算了解变压器的变换原理。熟练掌握变压器的电压变换计算方法；变压器原、副绕组电流变换计算方法；原、副绕组阻抗变换计算方法。掌握变压器功率和效率的计算方法。3．掌握变压器的用途掌握普通变压器在电子电路中的应用；了解自藕变压器的结构及用途；了解互感器的结构及应用方法；了解电力变压器的结构连接方式。二、逐讲讲授内容提要第13讲5.1磁路的基本概念，5.2变压器的用途与结构5.1磁路的基本概念1．磁路的基本物理量磁感应强度、磁通与磁路截面积S之间有：的关系。磁导率衡量物质导磁能力的物理量对于顺磁和反磁物质，对于铁、钴、镍及其合金类铁磁物质。磁场强度H与磁感应强度和材料磁导率之间有的关系。2．磁路的欧姆定律磁路可以由非铁磁材料形成，但更多的磁路是由铁磁材料制成，磁路的磁通由饶在磁路上的通电线圈产生，所以将通电线圈的匝数与通过的电流强度乘积，表示为磁动势磁。磁通被聚集在闭合的磁路中形成闭合回路。磁路对磁通的运动有阻力就象电路对电流运动有阻力一样，可以用磁阻表示这种阻力。磁路的磁阻正比于磁路长度，反比于磁路的截面积，其比例系数为磁导率的倒数，即。而磁通正比于磁动势反比于磁阻：该式称磁路欧姆定律，与电路欧姆定律类似。3．交流铁心线圈电路若交流铁心电路的绕组接正弦电源，绕组中通过的是正弦交流，则由该电流产生的磁通也是按正弦规律变化的，通过铁心的磁通称主磁通用表示；还有很少一部分磁通通过空气形成磁路，称其为漏磁通用表示。磁通将在绕组中产生感应电动势。由主磁通产生的电动势，有效值为在相位上滞后主磁通90°。相量形式由漏磁通产生漏磁电动势，由于漏磁磁路是线性的，所以漏磁电动势：相量形式：绕组电压与绕组电动势之间的关系：铁损和无功损耗：由于铁心中由磁滞和涡流现象所以会损耗一定的能量，称其为铁损；此外交流铁心线圈也存在与电源的能量交换称其为无功损耗。铁损正比于电流的平方，比例系数用表示，则：交流铁心线圈与电源的能量交换也正比电流的平方，用比例系数表示，则：与均不是常数，随磁路的饱和而减小。5.2变压器的用途与结构1．变压器的用途电力变压器（供电系统用）、仪用（电子电路用）、特殊变压器（电焊、电炉、启动）。2．变压器的基本结构铁心、原绕组、副绕组；铁心形式：芯式、壳式。第14讲5.3变压器，5.4特殊变压器5.3变压器1．变压器工作原理通过磁路将原副饶组的电路隔离开，但通过磁路中的磁场传递能量，形成电变磁-能量传递-磁变电的形式。在变换的过程中能量仍然是守恒的，原绕组提供的能量等于副绕组输出的能量加变压器自身的损耗。在电源电压作用下，电流通过原绕组形成磁动势，在磁动势作用下在铁心磁路中形成主磁通和通过空气的漏磁通；主磁通铰链原、副两个绕组，并在各绕组中产生电动势和；当副绕组通过负载闭合时，在作用下会形成副绕组电流，通过副绕组也会产生磁动势，在该磁动势的作用下会形成通过铁心磁路的附加磁通，和仅通过空气的漏磁通；由于的作用会使有减小的趋势，但在电源电压、电源频率不变的条件下主磁通又不能改变，所以只能增大原绕组的电流，使原绕组产生的磁动势增大，若原绕组增加的电流产生附加的磁动势，形成了附加磁通。当=时主磁通保持不变磁路达到动态平衡。当负载变化时副绕组电流变化，原绕组的电流也相应的变化，但磁路中的主磁通始终保持不变，原副绕组的电动势和也不变，从而实现了能量的传递。2．电压变换原绕组电动势的有效值副绕组电动势的有效值在忽略漏磁电动势影响的情况下；变压器的变比：，说明改变原副绕组匝数可以变换原副绕组的电压，即变压器可以实现电压变换。3．电流变换由由于所以或所以原副绕组电流关系为：4．阻抗变换由原副绕组电压和电流变换关系可得阻抗变换关系：5．变压器外特性变压器的外特性可以用电压变化率来表示：越小越好。6．变压器得功率和效率原绕组从电源获得的功率等于副绕组输出的功率加上变压器的铁损和铜损即：效率：7．变压器的额定值可以从变压器的铭牌上获得，主要有额定容量、额定电压、额定电流。5.4特殊变压器1．自耦变压器仅有一个有抽头的绕组，原副绕组电气上不隔离。通过滑动与绕组有电气接触的抽头获得可以变化的输出电压。符合变压器的所有变换关系。电流互感器它是仅有1匝原绕组的变压器，副绕组饶制在闭合铁心上，副绕组接标准电压表或电流表，原绕组就是输电导线，从铁心中心穿过即可。使用时副绕组不允许开路。第6章异步电动机一、要点和基本要求掌握三相异步电动机的结构和转动原理，了解三相异步电动机的机械特性，对选择和使用三相异步电动机会有很大的帮助。由于很多机械在工作过程中都需要有速度的变化，直接对带动这些机械转动的电动机进行调速将会极大的简化机械的传动机构和变速器的结构。有些电动机在停止运转时需要制动，虽然可以采用机械制动方法，但是如果采用三相异步电动机电气制动，将会使制动装置非常简单，既简化了机械结构又降低了造价。通过本章的学习将会有助我们了解三相异步电动机的电气调速和制动原理，掌握三相异步电动机的电气调速和制动方法。（一）要点1.三相异步电动机的结构转子、定子、磁轭、端盖、轴承等各部分的结构及用途。2.转动原理及旋转磁场的产生原理转子导体与旋转磁场相互作用产生电流，电流与磁场作用产生电磁力，推动转子旋转运动。三相电流在三个绕组中随时间变化，合成磁场在空间形成旋转磁场。3.三相异步电动机的启动、调速、制动（1）启动：小功率电动机启动时由于电流较小，所以不会对电网产生影响，所以可以直接启动；大功率电动机启动时，由于很大的启动电流将会对电网造成影响，所以不允许直接启动，必须采用降压启动的方式，将对电网的影响限制在允许范围内。所以需要掌握各种启动方法。（2）调速：异步电动机有多种调速方法，不同类型的异步电动机适用不同的调速方法。各种调速电路需要不同的控制器件，组成不同的调速控制电路。（3）制动：异步电动机可以采用机械和电气制动方式，本章主要学习常用的电气制动方式和制动控制电路的组成。4.三相异步电动机的选择我们可以根据负载特性选择三相异步电动机，在选择时要借助三相电动机铭牌上提供的参数进行选择。所以了解铭牌参数的含义是非常重要的。5.单相异步电动机单相异步电动机与三相异步电动机有类似的工作原理，但是与三相异步电动机的主要不同点在于它不具备启动转矩。单相交流电流在单相异步电动机的定子绕组中产生的脉动磁场，可以分解成两个旋转方向相反的旋转磁场，在转子静止时，由于两个磁场的作用结果不会再转子中产生感应电流，所以转子不会转动。但是在这样的条件下如果转子转动后，由于两个旋转磁场相对转子的运动速度不同，其结果将会在转子导体中产生感应电流，在该感应电流与磁场的作用下降会产生电磁力矩，从而推动转子继续旋转下去。如何产生一个使转子能够初始转动的力矩是单相异步电动机的关键。（二）基本要求1．了解三相异步电动机的内部结构掌握鼠笼式和绕线式三相异步电动机转子结构，包括铁芯和绕组。掌握定子绕组的结构和其他辅助部分的结构2．了解三相异步电动机的转动原理了解异步电动机的转动原理，掌握如何产生感应电流、感应电流如何与磁场作用产生电磁力、而电磁力如何推动转子旋转。可以通过图示的方法给与说明。3．了解旋转磁场的产生原理了解三相交流电，在三个首端成一定角度的三个绕组中如何产生旋转磁场，并能够通过图示的方法说明旋转磁场的产生原理。4．掌握三相异步电动机的启动、调速、制动方法（1）掌握小功率三相异步电动机的直接启动方法；大功率三相异步电动机降压启动方法。重点是掌握各种制动方法的制动原理和各种不同的制动控制电路。（2）掌握鼠笼式和绕线式异步电动机的调速方法。了解各种方法的调速原理，掌握各种调速控制电路的组成。（3）掌握三相异步电动机的制动方法。了解能耗、反接、发电反馈制动原理，掌握各种方法控制电路的组成。5．会正确选择需要的电动机能看懂三相异步电动机的铭牌参数，根据负载的参数要求选择可以满足需要的电动机。6．了解单相异步电动机的工作和启动原理（1）了解单相异步电动机的结构，工作原理。（2）掌握几种常用的单相异步电动机启动原理。二、逐讲讲授内容提要第15讲6.1三相异步电动机的结构与转动原理，*6.2三相异步电动机的电磁转矩与机械特性6.1三相异步电动机的结构与转动原理1．三相异步电动机的结构定子（铁心、绕组）、转子（铁心、绕组）、辅助装置。2．转动原理及旋转磁场通过实验说明转动原理，通过实验说明三相电流可以产生旋转磁场。从三相电流在三组绕组中随时间变化，用图解的方法说明旋转磁场是如何产生的。旋转磁场磁极对数与转速、电流频率有关系。转子绕组导体切割旋转磁场磁力线在其内部产生感应电动势，由于转子导体是闭合的所以在导体中产生电流，该电流与旋转磁场作用产生电磁力，在电磁力矩的推动下转子旋转。转子的转速必须低于旋转磁场的转速，二者之间才能存在切割磁力线的情况，也才能产生推动转子旋转的电磁力矩，使转子不断的运动下去。二者之间的转速差用转差率表示。转差率与负载状况有关，负载越重转差率越大反之小。*6.2三相异步电动机的电磁转矩与机械特性1．三相异步电动机的电磁转矩三相异步电动机的电磁转矩正比于转子导体中电流的有功分量，正比于旋转磁场每极的磁通，且与电机结构参数有关即：还可以表示称电机电参数之间的关系：转子绕组电阻、转子不旋转时转子绕组漏电抗、定子绕组电压。电动机轴上的输出转矩；空载转矩（主要是机械损耗）注意：单位为KW，单位转/分，单位机械特性是电磁转矩与转速之间的关系，通常用特性曲线图表示。机械特性的三个转矩须特别关注：额定转矩最大转矩最大转矩与定子绕组电压平方成正比，与转子绕组漏电抗成反比，且与电动机的结构有关。最大转矩与额定转矩之比反应电动机的过载能力，也称最大转矩倍数：起动转矩起动转矩与定子绕组电压平方成正比，与转子绕组电阻有关，可以通过改变转子绕组电阻方法改变起动转矩。第16讲6.3三相异步电动机的起动、调速与制动，6.4三相异步电动机的铭牌和技术数据6.3三相异步电动机的起动、调速与制动1．三相异步电动机的起动（1）直接起动，通常用于7.5KW以下电机起动，或按经验公式确定：电动机起动电流倍数（2）降压起动（a）.起动对于定子绕组三角形连接正常运转的电机可以采用起动的方法，起动时将定子绕组接成Y型，而当起动后转速接近正常转速时再将定子绕组接成型。这种起动方式起动电流将减小到直接起动电流的，但起动转矩也降低到直接起动时的。所以只能适合轻载起动。（b）起动变压器降压起动对于采用Y型运行的电动机，不能采用起动起动方法，可以采用自耦降压变压器起动的方法。起动时电动机与变压器的抽头连接降低起动电压，当转速接近正常转速时电动机改接与电源连接的接头，将变压器切除。降压起动时起动电流减小到正常起动时的，起动转矩也减小到正常起动时的。通常起动变压器有几组抽头，各组有不同的变比，以适合不同要求的电动机。2．三相异步电动机的调速（1）变磁极对数调速通过改变定子绕组的连接形成不同的磁极对数从而改变转速。磁极对数越多转速越慢。注意：必须是特殊电机。（2）变频率调速通过改变连接定子绕组电源的频率达到调速的目的。频率越低转速越慢。注意：需要专用的供电设备。（3）变转差率调速通过改变转子绕组的电阻而改变转差率，从而实现调速的目的。这种方法仅适合饶线式结构的转子，通过外部连接电阻实现。3．三相异步电动机的制动（1）能耗制动制动时将一相定子绕组接通直流电源，从而产生与转子旋转方向相反的制动阻力矩使转子很快的停下来，制动力矩与转子的转速有关转速越快制动力矩越大。当电机停止后切断直流电源。（2）反接制动制动时将三相绕组与电源连接的三条线中的两条对调，改变定子绕组中三相电流的相序关系从而使旋转磁场反向旋转，对转动的转子产生阻力矩使转子快速停止转动。但当转子转速接近零时必须立即切断电源，否则电机将反转。（3）发电反馈制动当转子的转速快于旋转磁场的转速时，转子绕组的感应电动势的方向和由其产生的感应电流的方向均反向，这时转子导体的电磁转矩也改变方向，对在惯性或外力作用下转动的转子产生制动作用，转子转动的越快制动力矩就越大。这种制动适合吊车类设备快速下放物体时减速制动使用。6.4三相异步电动机的铭牌和技术数据名牌上的参数都表达什么内容，如何看懂名牌上的参数。型号：对产品名称、规格等技术参数的简化表达的一种代号，由汉语拼音字母、国际通用符号、数字组成。额定功率：额定状况下运行时，轴上的输出功率。额定电压：电机额定运行时定子绕组所接线电压值。额定电流：额定运行时定子绕组的线电流值。额定转速：额定运行时电机的转速。额定频率：给定子绕组供电电源的频率。接法：电机正常工作时，定子绕组的连接方式。升温及绝缘等级：表示电机运行时定子绕组允许的最高温度。工作方式：电机是断续运行还是连续运行。第17讲6.5三相异步电动机的选择，*6.6单相异步电动机6.5三相异步电动机的选择1．电动机容量（功率）的选择起动转矩大于生产机械的负载转矩；电动机运行时温升不超过允许值；具有一定的过载能力（电机的最大转矩大于生产机械的最大转矩）2．电动机类型的选择对于异步电动机，通常优先考虑使用鼠笼式电机，对有大起动转矩要求的机械考虑使用饶线式异步电动机。3．电动机结构形式升温选择根据安装位置考虑立或卧式；根据工作场所要求选择开启式、防护式或防暴式。4．电动机额定电压的选择功率在100KW以下的电机，通常使用低压（380V）电动机，大于100KW的使用高压（3KV、6KV、10KV）电动机。4KW以上的鼠笼电机定子绕组通常额定电压为380V，绕组采用三角型连接工作方式；3KW以下的鼠笼电机定子绕组通常额定电压为220V，定子绕组采用星型连接工作方式。5．电动机额定转速的选择转速越低的电动机体积越大、价格越高、效率越低，通常不使用转速低于500转/分的电机。在满足生产机械转速要求的条件下尽可能选择高速电机，以提高电机的效率、减小体积、降低成本。*6.6单相异步电动机1．单相异步电动机工作原理（1）单相异步电动机的结构转子与三相异步电动机鼠笼转子相同，定子铁心也与三相电动机基本相同，仅是定子绕组不同，因为是单相所以只有一相工作绕组。但有一个用于起动的起动绕组。工作绕组与起动绕组首端在空间上有一定的角度。（2）工作原理单相正弦电流在单相绕组中产生大小和方向均随时间变化的脉动磁场。脉动磁场可分解为大小相同（均为原脉动磁场幅值一半），转速相同（），而转向相反的两个旋转磁场。正旋转磁场对转子的转差率它产生正向电磁转矩反旋转磁场对转子的转差率它产生反向电磁转矩作用在电机轴上的总转矩在时所以单相异步电动机没有起动转矩在时且可正、可负，在起动转矩的作用下，向起动转矩方向转动。由于和方向相反所以互为制动，所以单相异步电动机的转矩和过载能力都很小。2．单相异步电动机的起动方法由于单相异步电动机没有起动转矩，所以需要有专用的起动绕组或其它方法建立起动转矩。常用的起动方法有下面几种。（1）分相起动在空间与工作绕组首端成功一定角度再放置一组起动绕组。利用工作绕组与起动绕组电阻和电感不同的原理，或与起动绕组串联电容器的方法均可以使接在同一电源的两组绕组中的电流有不同的初相位。这具有相位差的两相电流在两组首端成一定角度的绕组中也会产生旋转磁场，该旋转磁场将会在转子导体中产生感应电流从而产生电磁力矩。在该力矩的作用下单相电机将能够起动。起动后起动绕组已经不再需要，可以利用一定的电工器件将其与电源脱离，也可以保留。罩极起动当采用凸极定子结构时，工作绕组为套在凸起磁极上的集中绕组。可以采用在极靴处开一小槽，使极靴成为大小两部分，在小的磁极部分嵌入金属导体制作的短路环（罩极绕组）。在罩极绕组的作用下单相电动机就会自己起动。第7章继电-接触控制器一、要点和基本要求继电-接触控制电路是工业上最常用的一类控制电路，它具有原理简单、工作可靠、便于维护等诸多优点，所以虽然在各种新型控制电器的冲击下，它仍然在工业控制系统中占有重要的位置。通过本章的学习，我们要了解这些器件的结构、工作原理、会分析由这些器件组成的控制电路。在此基础上通过训练达到会按图组装、调试这类控制电路的目标。（一）要点1.常用控制电器各种开关、继电器等电工器件，可以完成对由电动机驱动的生产线或装置的正确运行。这些器件的工原理是什么、内部结构如何、与图形符号是怎样对应的，对分析和设计由这些器件组成的控制电路是至关重要的。所以需要了解这些器件的内部结构，掌握它们的工作原理。2.电动机继电-接触控制电路继电-接触控制电路，是控制电动机工作的一种最常用的控制电路，可以通过各种控制器件的组合完成对电动机的各种工作状态控制要求。会分析给定电路的控制原理，才能完成这样电路的组装调试；掌握了各种继电-接触控制电路的控制方法，才能够根据被控制对象的需要，设计出符合要求的继电-接触控制电路。3.电气识图能看动电原理路图，并按图组装调试实际电路。关键是认识图中的器件符号，并能将符号与实际器件相对应；其次是在了解器件工作原理的基础上，清楚电路的控制原理及控制过程。目的是可以按图组装实际电路；且在调试时知道在那步控制过程实现的条件下，各控制器件出现什么现象产生什么样的动作。如出现不符合要求的状况可根据图找到存在的问题。（二）基本要求1．掌握常用控制电器掌握按钮开关、组合开关、交流接触器、自动空气开关、热继电器等常用控制电器的内部结构、工作原理及器件特性和电路符号。2．掌握三相异步电动机常用的控制电路掌握直接启动、正反转电路、顺序启动电路、时序控制电路的电路结构和工作原理，能看懂控制电路图。能将图中的原件与实际器件对应，可以按照图纸完成电路的组装调试。二、逐讲讲授内容提要第18讲7.1常用控制电器，7.2-1三相异步电动机的基本控制电路7.1常用控制电器1．刀开关、组合开关、按钮通过刀开关、组合开关、按钮开关内部结构的动画了解这些电工器件的结构和组装方法和工作原理。2．熔断器常用的几种熔断器的结构。选择熔断器的要求：（1）根据应用场合选择适当的结构形式。（2）对照明和电热负载，溶体额定电流≥被保护设备的额定电流。（3）单台电动机，按照电动机的起动电流来选择溶体。（4）多台电动机合用的溶体，溶体额定电流=（1.5倍~2.5倍）最大容量电动机的额定电流+其余电动机的额定电流。3．交流接触器、中间继电器通过交流接触器内部结构的动画了解这些电工器件的结构和组装方法和工作原理。4．热继电器通过热继电器内部结构的动画了解热继电器的结构和组装方法和工作原理。5．自动空气开关通过自动空气开关内部结构的动画了解自动空气开关的结构和组装方法及工作原理。7.2-1三相异步电动机的基本控制电路1．直接起动控制电路（1）刀开关直接起动，通过刀开关将电动机直接接刀三相电源上，或将其从电源上断开。（2）通过交流接触器直接起动，通过交流接触器和按钮组成起动和停止电路。可以完成：点动、起停、远程控制等功能。电路具有自锁能力。第19讲7.2-2三相异步电动机的基本控制电路，7.3基本电气识图7.2-2三相异步电动机的基本控制电路1．直接起动控制电路（3）正反转控制，通过两个交流接触器和三个按钮开关实现电动机正、反转起停控制，电路具有自锁和互锁功能。2．行程控制电路（1）限位控制行程开关的结构。将行程开关的常闭触点接在各向控制支路中，当装在移动架上的滑块运动倒滑道端头时，顶动行程开关的控制杆将触点断开，触点断开会使控制支路断开，从而使电动机停止转动。起到限位的作用。（2）往复运动控制往复运动控制与限位控制类似，在运动部件需要反向运动开始的位置安装行程开关。与限位控制不同的是，开关有常开和常闭两组触点，当常闭触点被滑块顶开后切断了该运动方向的控制电路，使电动机停止运动。但在惯性的作用下滑块还会再向前运动一定的距离，就又使常开触点被顶闭合。而常开触点的闭合又起动了另一运动方向的控制电路，使电动机反向起动运行，使运动部件向反方向运动。这就实现了在两个行程开关之间运动部件的往复运动。时限控制电路通过动画了解时间继电器的结构和工作原理。在电路中接入时间继电器，利用时间继电器的瞬时触点和延时触点，实现对电路中多台电动机的按一定时间间隔起动或停止。7.3基本电气识图1．学习各种电工器件的电路符号。2．了解原理图和接线图。（1）电原理图的绘制原则：电源的画法和在图中的位置；主电路、控制电路、信号电路照明电路的画法和在图中的位置；各原器件的位置安排；各种线粗细的要求。（2）图中各元件图形符号、文字符号必须使用国家标准。（3）图中同一元件的各个符号可以不画在一起，但要使用同一文字标号标注，使用下标加以区别。（4）图中各元件符号均是正常态表示，即指未通电或无外力作用的状态。（5）原理图是按动作的先后顺序，自上而下、自左至右顺序绘制。3．电动机控制电路图（1）主电路图：电源-自动空气开关（刀开关、熔断器）-交流接触器（主触点）-热继电器（主触点）-电动机。（2）控制电路图：控制电源-停止按钮开关-起动按钮开关、交流接触器辅助常开触点-交流接触器常闭触点、时间继电器的瞬时及延时触点-交流接触器及其它继电器线圈-热继电器控制触点-控制电源。第8章工厂供电与安全用电一、要点和基本要求目前工农也生产、日常生活均需要电能为各式各样的设备提供工作能量。这是因为电能具有转换容易、便于传输等特点；电能虽然使用方便，但是如果使用不当，也极易出现事故，造成人身伤亡和设备损毁。掌握电能的转换及传输过程，了解电能的应用特点，知