电工电子技术

第1章直流电路1.1电路模型1.2电路的基本物理量1.3电压源、电流源及其等效变换1.4基尔霍夫定律1.5支路电流法1.6叠加定理1.7戴维南定理1.1电路模型电路的形式是多种多样的，但从电路的本质来说，其组成都有电源、负载、中间环节3个最基本的部分。图1-1所示为手电筒的实际电路，电池把化学能转换成电能供给灯泡，灯泡却把电能转换成光能作照明之用。电路的种类繁多，具体功能各异，按电路的基本功能上可将其分为两类：①信号的产生和处理电路②电能的传输和转换电路为了便于对电路进行分析和计算，将实际元器件近似化、理想化，使每一种元器件只集中表现一种主要的电或磁的性能，这种理想化元器件就是实际元器件的模型。下-页

返回1.1电路模型电路理论研究的对象是电路模型而不是实际电路。只要电路模型建立得足够精确，通过对电路模型的研究所获得的结论就能足够正确地反映出实际电路中所出现的情况。

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返回1.2电路的基本物理量1.2.1电流电荷有规则的定向运动就形成了电流。习惯规定以正电荷运动的方向作为电流的实际方向。电流强度在数值上等于单位时间内通过导体某一截面的电荷量，用符号i表示，即下-页

返回1.2电路的基本物理量大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流I流，用大写字母，表示，即在电路分析中，任意选定一个方向作为电流的方向，这个方向就称为电流的参考方向，有时又称为电流的正方向。当电流的参考方向与实际方向相同时，电流为正值；反之，则电流为负值。电流的参考方向一般用实线箭头表示，如图1-4(a)所示；也可以用双下标表示，如图1-4(b)所示，其中Iab表示电流的参考方向是由a点指向b点。上-页

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返回1.2电路的基本物理量1.2.2电压电路中a、b两点间的电压，在数值上等于电场力将单位正电荷从电路中a点移到电路中b点所做的功，即同时规定：电压的方向为电场力做功使正电荷移动的方向。大小和方向都不随时间变化的电压称为恒定电压，方向不随时间变化的电压称为直流电压，用大写字母U表示上-页

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返回1.2电路的基本物理量分析、计算电路时，要预先设定电压的参考方向。当电压的参考方向与实际方向相同时，电压为正值；反之，则电压为负值。电压的参考方向既可以用正(+)、负（-）极性表示，如图1-5(a)所示，正极性指向负极性的方向就是电压的参考方向；也可以用双下标表示，如图1-5(b)所示。在电路分析中，电压也常用两点之间的电位差来表示，即在分析和计算电路时，特别是在电子技术中，常常将电路中上-页

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返回1.2电路的基本物理量的某一点选作参考点，并将参考点的电位规定为零。于是电路中其他任何一点与参考点之间的电压便是该点的电位。原则上，参考点可以任意选择，但是参考点不同，各点的电位值就不一样，只有参考点选定之后，电路中各点的电位值才能确定。从上面的结果可以得出如下结论。(1)电路中某一点的电位等于该点与参考点（电位为零）之间的电压。(2)电路中电位的大小、极性和参考点的选择有关，而电压的大小、极性则和参考点的选择无关，所以各点电位的高低是相对的，而两点间的电压值是绝对的。上-页

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返回1.2电路的基本物理量1.2.3功率单位时间内电场力所做的功称为电功率，简称为功率，用大写字母P表示。常用单位是瓦(W)、千瓦(kW)。电阻在t时间内所消耗的电能为平时所说消耗1度电就是：功率为1kW的用电设备在1h内消耗的电能，即1kW．h。上-页

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返回1.2电路的基本物理量【例1-2】如图1-9所示，用方框代表某一电路元件，其电压、电流如图中所示。求图中各元件的功率，并说明该元件实际上是吸收功率还是释放功率。(a)电压、电流的参考方向关联，元件的功率为P=UI=5x3=15W>0，元件实际上是吸收功率。(b)电压、电流的参考方向非关联，元件的功率为P=-UI=-5x3=-15W<0，元件实际上是释放功率。(c)电压、电流的参考方向非关联，元件的功率为P=-UI=-5x3=-15W<0，元件实际上是释放功率。(d)电压、电流的参考方向关联，元件的功率为P=UI=5x3=15W>0，元件实际上是吸收功率。上-页

返回1.3电压源、电流源及其等效变换1.3.1理想电压源和理想电流源1．理想电压源理想电压源简称电压源，如图1-10(a)所示。具有如下特点：电压源两端电压为确定的时间函数，与其流过的电流无关。直流电压源的伏安特性是一条不通过原点且与电流轴平行的直线，其端电压不随电流变化，如图1-10(c)所示。2．理想电流源理想电流源简称电流源，如图1-11(a)所示。电流为确定的时间函数，与电流源两端的电压无关。直流电流源的伏安特性是一条与电压轴平行的直线，如图1-11(b)所示。下-页

返回1.3电压源、电流源及其等效变换1.3.2实际电源的模型实际电源可以用两种电路模型来表示，一种为理想电压源与一个电阻串联的电路模型，还有一种为理想电流源与电阻并联的电路模型。电压源输出电压与电流之间的关系式为电压源的内阻越小，则实际电压源越接近于理想电压源，当内阻=0时，电压源就是理想电压源。上-页

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返回1.3电压源、电流源及其等效变换电流源输出电流与电压之间的关系式为1.3.3电压源与电流源的等效变换电压源、电流源都是一个实际电源的电路模型，无论采用哪一种模型，在相同外接负载电阻的情况下，其输出电压、电流均和实际电源输出的电压、电流相等。等效变换时应注意以下几点。(1)变换时应注意极性，Is的流出端要对应Us的“+”极。R0只要一个电压为Us的恒压源和一个电阻R串联的电路，都可以化为一个电流为Is的恒流源和这个电阻R井联的电路。上-页

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返回1.3电压源、电流源及其等效变换(2)理想电压源与理想电流源之间不能等效互换。(3)实际中经常会出现电压源与电流源或电阻并联，由于与电压源并联的元件并不影响电压源的电压，所以对外电路，它可等效为一个理想电压源，如图1-15所示，但等效后电压源的电流并不等于变换前电压源的电流。(4)如果电流源与电压源或电阻串联，由于与电流源串联的元件并不影响电流源的电流，所以对外电路，它可等效为一个理想电流源，如图1-16所示，但等效后电流源的电压并不等于变换前电流源的电压。1．通路如图1-19(a)所示，将开关S闭合，电源和负载接通，称为上-页

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返回1.3电压源、电流源及其等效变换通路或有载状态。电路中的电流，也就是电源的输出电流通路时的功率平衡关系式为在通路状态下，电路中有了电流和功率的输送和转换。这时电源产生的电功率等于负载消耗的功率与电源内部损耗的功率之和。在一定出作条件下，电源和负载等电气设备的出作能力是一定上-页

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返回1.3电压源、电流源及其等效变换的。为表示电气设备的正常出作条件和出作能力，规定电气设备的额定值。当通过电气设备的电流等于额定电流时，称为满载出作状态。电流小于额定电流时，称为轻载出作状态。电流超过额定电流时，称为过载出作状态。2.开路如图1-19(b)所示，将开关S打开或由于其他原因切断电源与负载间的连接，称为电路的开路状态。3．短路如图1-19(c)所示，由于某种原因，电源两端被直接连在一起，造成电源短路，称电路处于短路状态。上-页

返回1.4基尔霍夫定律基尔霍夫定律有两个：第一定律，叫基尔霍夫电流定律(KirchhoffsCurrentLaw)，简写为KCL；第二定律，叫基尔霍夫电压定律(KirchhoffsVoltageLaw)，简写为KVL。KCL应用于结点，确定电路中各支路电流之间的关系；KVL应用于回路，确定电路中各部分电压之间的关系。支路：由单个或几个电路元件串联而成的电路分支称为支路。回路：电路中任意一个由若干支路组成的闭合路径称为回路。圆孔：内部不含有其他支路的单孔回路称为网孔。1.4.1基尔霍夫电流定律在电路中，任一时刻，任一节点，所有支路电流的代数和下-页

返回1.4基尔霍夫定律恒等于零（或流人结点电流的代数和等于流出结点电流的代数和）。即KCL不仅适用于节点，也适用于任一假设的封闭面。1.4.2基尔霍夫电压定律在电路中，任一时刻，沿任一闭合回路的所有支路电压的代数和恒等于零。即上-页

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返回1.4基尔霍夫定律在写上式时，先要任意规定回路的绕行方向，凡支路电压的参考方向与回路绕行方向一致者，此电压前面取“+”号；反之，取“-”号。如果存在节点不构成回路，节点之间有开路电压，KVL同样适合。由此可见，电路中任意两点间的电压与计算路径无关，是单值的。值得注意的是，在应用基尔霍夫定律时，方程中各项前的正页号由各元件电压的参考方向与绕行方向是否一致而定，一致时取正号，相反时取负号。上-页

返回1.5支路电流法支路电流法是分析电路最基本的方法。它是以支路电流为未知量，对独立节点、独立回路（网孔）分别应用KVL和KCL列出与未知量数目相等的独立方程，然后解出各支路电流的方法。具体分析如图1-23。通过以上分析，可总结出应用支路电流法求解电路的步骤如下。(1)选取各支路电流的参考方向，以各支路电流为未知量。(2)如果电路中有n个节点、6条支路，按KCL列出（n-1）个独立的节点电流方程。(3)选取回路，并选定回路的绕行方向，按KVL列出6-（n-1）个独立的回路电压方程。下-页

返回1.5支路电流法注意：若列回路电压方程时有电流源，可设电流源的电压为未知量，同时补充一个方程，即电流源所在支路的电流等于电流源的电流。上-页

返回1.6叠加定理叠加定理叙述为在线性电路中，如果有几个独立电源同时作用时，任一支路的电流（或电压）等于电路中每一个独立电源单独作用时对该支路所产生的电流（或电压）的代数和。叠加定理求解电路的步骤如下。(1)将几个电源同时作用的电路分成每个电源单独作用的分电路。(2)在分电路中标注要求解的电流和电压的参考方向，对每个分电路进行分析，解出相应的电流和电压。下-页

返回1.6叠加定理(3)将分电路的电流和电压进行叠加。【例1-8】用叠加定理求图1-26(a)所示电路中的电压U。解：画出电压源单独作用的电路(图1-26(b))和电流源单独作用的电路(图1-26c))。由图1-26(b)得由图1-26(c)得上-页

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返回1.6叠加定理根据叠加定理得应用叠加定理应注意以下几点。(1)叠加定理只适用于线性电路。(2)叠加定理只适用于电路中的电压、电流，对功率不适用。上-页

返回1.7戴维南定理戴维南定理是指任何一个有源线性二端网络，对其外部电路而言，都可以用电压源与电阻串联的电路等效代替。电压源的电压等于有源线性二端网络的开路电压，电阻等于有源线性二端网络内部所有独立源作用为零时（电压源以短路代替，电流源以开路代替）的等效电阻。用戴维南定理求解电路的步骤如下。(1)画出把待求支路从电路中移去后的有源线性二端网络。(2)求有源线性二端网络的开路电压Uoc。(3)求有源线性二端网络内部所有独立源作用为零时的等效电阻R0。(4)画出戴维南等效电路，将待求支路连接起来，计算待求量。下-页

返回1.7戴维南定理【例1-9】有源线性二端网络如图1-27(a)所示，求此二端网络的戴维南等效电路。解：在图1-27(a)中求开路电压Uoc，得Uoc=3x1+6+3x2=15V在图1-27(b)中求等效电阻R0，得R0=2+1=3画出Uoc和R0构成的戴维南等效电路，如图1-27(c)所示。上-页

返回图1-1手电筒的实际电路返回图1-4电流参考方向的标注方法返回图1-5电压参考方向的标注方法返回图1-9例1一2图返回图1-10理想电压源伏安特性与符号返回图1-11理想电流源伏安特性与符弓返回图1-15电压源与电流源或电阻并联

对外电路的等效电路返回图1-16电流源与电压源或电阻串联对外电路的等效电路返回图1-19电路的基本状态返回图1-23支路电流法返回图1-26例1一8图返回图1-27例1一9图返回第2章正弦交流电路2.1正弦电压与电流2.2正弦量的相量表示法2.3交流电路基本元件与基本定律2.4交流电路的分析与计算2.5正弦交流电路的功率与功率因数2.6电路中的谐振2.7三相正弦交流电路2.1正弦电压与电流随时间按正弦规律变化的物理量，称为正弦量。而随时间按正弦规律变化的电压、电流、电动势等电路基本物理量，统称为正弦交流电。如图2-1所示，以正弦电流为例介绍正弦量的基本特征。依据正弦量的概念，设某支路中正弦电流i在选定参考方向下的瞬时值表达式为正弦量的变化取决于以上3个量，称为正弦量的三要素。1．最大值、瞬时值和有效值最大值是反映正弦量变化幅度的，又称幅值或峰值下-页

返回2.1正弦电压与电流瞬时值是正弦量任一时刻的值，规定用小写字母表示人们平常所说的电压高低、电流大小或用电器上的标称电压或电流指的是有效值。叙述为：交流电流i通过电阻R在一个周期工内产生的热量与直流电流，通过电阻R在时间工内产生的热量相等时，这个直流电流，的数值称为交流电流的有效值。数学表达式为则有效值表达式为上-页

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返回2.1正弦电压与电流则2.周期、频率、角频率反映交流电变化快慢的物理量是频率f或周期T。正弦量变化一次所需的时间称为周期T，如图2-1所示目前世界各国电力系统的供电频率有50Hz和60Hz两种，我国和大多数国家都采用50Hz作为电力标准频率，这种频率称为工业频率，简称工频，其周期是0.02s。上-页

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返回2.1正弦电压与电流若交流电1s内变化了f次，则可得角频率与频率的关系式为3．相位、初相与相位差t=0时的相位角称为初相位角或初相位，简称初相。规定初相位的绝对值不能超过π。如图2-2所示，图中u和i的波形可用下式表示上-页

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返回2.1正弦电压与电流两个同频率正弦量的相位角之差或初相位角之差称为相位差。图2-2所示中电压u和电流i的相位差为需要说明的是，虽然几个同频正弦量的相位都在随时间不停地变化，但它们之间的相位差不变，且与计时起点的选择无关。正是由于相位差的存在，使得交流电路的分析和计算要比直流电路复杂。上-页

返回2.2正弦量的相量表示法2.2.1复数1．复数的实部、虚部和模如图2-4所示，有向线段A可用复数表示为A=a+jb，称为复数代数式。2．复数的表达方式复数不仅有代数式，还可以用直角坐标式、指数式、极坐标式表示。复数的直角坐标式为复数可以方便地实现乘除法运算。两个复数进行乘除运算时，可将其化为指数式或极坐标式来进行。下-页

返回2.2正弦量的相量表示法2.2.2相量相量图是能够确切表达正弦量三要素的简捷图示法。可以由复平面内长为幅值以角速度旋转的矢量来表示，如正弦电压便可表示为图2-5所示的旋转矢量。于是正弦电压的相量表示为按照正弦量的大小和相位关系，用初始位置的有向线段画出的若干个同频率正弦量的图形，称为相量图，如图2-6所示。上-页

返回2.3交流电路基本元件与基本定律2.3.1交流电路基本元件交流电路中除应用电阻元件外，还广泛应用电容、电感元件。1．电容元件1)电容元件的图形、文字符号电容器又名储电器，在电路图中用字母c表示，电路图中常用电容器的符号如图2-9所示。电容的单位是法拉，简称法，通常用符号F表示。2)电容元件的特性当电压、电流为关联参考方向时，线性电容元件的特性方程为下-页

返回2.3交流电路基本元件与基本定律显然，对于直流电路，电压不随时间变化而变化，相当于开路；而对于交流电路，电压随时间变化而变化，不为零，反而形成电流，所以电容元件有直流通交流的作用。在u、i关联参考方向下，线性电容元件吸收的功率为在t时刻，电容元件储存的电场能量为上-页

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返回2.3交流电路基本元件与基本定律电容元件是一种储能元件。在选用电容器时，除了选择合适的电容量外，还需注意实际工作电压与电容器的额定电压是否相等。2．电感元件1)电感元件的图形、文字符号电感元件是由电感线圈构成的，俗称线圈，在电路图中用字母L表示，电路图中常用线圈的符号如图2-10所示。在一个线圈中，通过一定数量的变化电流，线圈产生感应电动势大小的能力称为线圈的电感量，简称电感。2)电感元件的特性上-页

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返回2.3交流电路基本元件与基本定律当电压、电流为关联参考方向时，线性电感元件的特性方程为在u、i关联参考方向下，线性电感元件吸收的功率为在t时刻，电感元件储存的磁场能量为上-页

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返回2.3交流电路基本元件与基本定律2.3.2交流电路基尔霍夫定律的相量形式1．基尔霍夫电流定律(KCL)的相量形式在正弦交流电路中，连接在电路任一节点的各支路电流相量的代数和为零，即2．基尔霍夫电压定律(KVL)的相量形式(a)(b)在正弦交流电路中，任一回路的各支路电压相量的代数为零，即上-页

返回2.4交流电路的分析与计算2.4.1单一参数的交流电路1．纯电阻元件电路电阻电路是最简单的交流电路，如图2-13所示。在日常生活和工作中接触到的白炽灯、电炉、电烙铁等都属于电阻性负载，它们与交流电源连接组成纯电阻电路。绘制电压、电流波形如图2-14所示，比较电压和电流的关系式可见：电阻两端电压M和电流i的频率相同，电压与电流的有效值的关系符合欧姆定律，而且电压与电流同相。它们下-页

返回2.4交流电路的分析与计算在数值上满足如下关系式

2．纯电感电路纯电感电路如图2-16所示。电感元件两端电压为比较电压和电流的关系式可见：电感两端电压M和电流i也是同频率的正弦量，电压的相位超前电流90°，图2-17所示上-页

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返回2.4交流电路的分析与计算为电感元件电压与电流的波形图。电压与电流在数值上满足如下关系式电感具有对交流电流起阻碍作用的物理性质，感抗表示线圈对交流电流阻碍作用的大小，用XL表示，即当f=0时，XL=0，表明线圈对直流电流相当于短路，这就是线圈本身所固有的“直流畅通，高频受阻”作用。上-页

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返回2.4交流电路的分析与计算3．纯电容电路图2-19所示为纯电容电路，如果在电容C两端加一正弦电压，则图2-20所示为电容元件电压与电流的波形图，比较电压和电流的关系式可见：电容两端电压M和电流i也是同频率的正弦量，电流的相位超前电压90°，电压与电流在数值上满足如下关系式上-页

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返回2.4交流电路的分析与计算电容元件对高频电流所呈现的容抗很小，相当于短路；而当频率f很低或f=0（直流）时，电容就相当于开路。这就是电容的“隔直通交”作用。用相量表示电压与电流的关系为电容元件的电压、电流相量图如图2-21所示。2.4.2串联交流电路1．RLC串联电路因为在电路中涉及多个正弦量，为了便于比较各个正弦量之间的关系，对串联电路一般选择电流为参考正弦量（设电流的初相位为零）。上-页

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返回2.4交流电路的分析与计算图2-22(a)所示电路为RLC串联电路，图2-22(b)所示为RLC串联电路相量图。在图2-22(a)中假设电流为在串联电路中，通过R、L.C元件的正弦电流相同，有把上式称为欧姆定律的向量形式，式中Z为RLC串联电路的复阻抗。上-页

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返回2.4交流电路的分析与计算复阻抗是复数，可通过阻抗三角形来表示，如图2-23所示。图中当XL=XC时，Z=R，电路呈电阻性。当XL>XC时，电路呈电感性。当XL<XC时，电路呈电容性。由电压相量所组成的直角三角形称为电压三角形。2．RL串联电路实际的设备大部分是呈感性的，如日光灯负载，可以用理想上-页

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返回2.4交流电路的分析与计算电阻与理想电感相串联的电路模型表示，这类负载称为感性负载，简称RL串联电路，如图2-25所示。RL串联电路的电压方程为RL串联电路的阻抗为电路阻抗的模为上-页

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返回2.4交流电路的分析与计算幅角或阻抗角为2.4.3并联交流电路电阻、电感串联与电容并联电路如图2-26所示。RL支路中的电流为总电流相量等于两条支路中电流的相量和，即上-页

返回2.5正弦交流电路的功率与功率因数2.5.1有功功率P在正弦交流电路中，电压M和电流i的参考方向如图2-29所示，瞬时功率为有功功率也就是平均功率P可以看出，正弦交流电路的有功功率不但与电压、电流的有效值有关，还与电压与电流的相位差的余弦有关。下-页

返回2.5正弦交流电路的功率与功率因数2.5.2无功功率Q无功功率Q定义为由于电路中电感、电容元件实际不消耗能量，而只有电源与电感、电容元件间的能量交换，这种能量交换规模的大小，用无功功率Q来表示。无功功率的单位是var（乏）。即电容性无功功率取负值，电感性无功功率取正值。在电路系统中，电感和电容的无功功率有互补作用。通常在工程上认为电感“吸收”无功功率，电容“释放”无功功率。上-页

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返回2.5正弦交流电路的功率与功率因数2.5.3视在功率S用额定电压与额定电流的乘积来表示视在功率，即视在功率常用来表示电器设备的容量，其标准单位为伏安(V-A)。视在功率不是表示交流电路实际消耗的功率，而只能表示电源可能提供的最大功率或指某设备的容量。2.5.4功率因数的提高交流电路中功率因数的高低是供电系统中密切关注的事情，提高输电网络的功率因数对国民经济的发展有着非常重要的意义。上-页

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返回2.5正弦交流电路的功率与功率因数提高cos9即提高有功功率的利用率，亦即使发电设备的容量得以充分利用，或者说减小电源与负载间的无功互换规模。当电源电压u及输出有功功率P一定时，负载的功率因数越低，线路电流，越大。总之，提高功率因数的意义在于既提高了电源设备的利用率，同时又降低了线路的功率及电压损耗。所以，《全国供用电规则》规定，高压供电的工业企业平均功率因数应不低于0.95，其他单位应不低于0.9。提高功率因数常用的方法就是在电感性负载两端并联电容器。可以在大电力用户变电所的高压侧并联电力电容，也可以在用户的低压进线处并联低压电容。上-页

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返回2.5正弦交流电路的功率与功率因数需要注意的是，提高功率因数是提高整个线路的功率因数，感性负载自身的功率因数是无法改变的。除此以外，并联电容后，感性负载的电压、电流、有功功率和无功功率均不变，只是减少了负载与电源之间的能量交换。将图2-32所示的相量图转换为功率三角形，故所需电容量：用并联电容器提高线路的功率因数，一般提高到0.9左右即可，因为若将功率因数提高到接近于1时，所需的电容量太大，反而不经济。上-页

返回2.6电路中的谐振在交流电路中，当电流与电压同相位，即电路的性质为纯电阻性时，就称此电路发生了谐振。2.6.1串联电路的谐振图2-33所示的RLC串联电路总阻抗为当w为某一值，恰好使感抗X和容抗XC相等时，则X=0，此时电路中的电流和电压同相位，电路的阻抗最小，且等于电阻(Z=R)。电路的这种状态称为谐振。下-页

返回2.6电路中的谐振对于RLC串联电路，谐振时应满足以下条件电路发生谐振的频率称为谐振频率，用f0表示，则电路发生谐振时，电路中的感抗和容抗相等，即电抗为零。电源电压U=UR，相量图如图2-34所示。在RLC串联谐振电路中，阻抗随频率的变化而改变，在外加电压U不变的情况下，，也将随频率变化，这一曲线称为电流谐振曲线，如图2-35所示。上-页

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返回2.6电路中的谐振2.6.2并联电路的谐振1．RLC并联谐振电路当信号源内阻很大时，采用串联谐振会使Q值大为降低，使谐振电路的选择性显著变差。这种情况下，常采用并联谐振电路。RLC并联谐振电路如图2-36所示，在外加电压U的作用下，电路的总电流相量为上-页

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返回2.6电路中的谐振要使电路发生谐振，应满足下列条件谐振频率为并联谐振电路的特点如下。(1)并联谐振电路的总阻抗最大，为上-页

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返回2.6电路中的谐振(2)并联谐振电路的总电流最小，为(3)谐振时，回路阻抗为纯电阻，回路端电压与总电流同相。2．R、L与C并联谐振电路在实际工程电路中，最常见的、用途极广泛的谐振电路是由电感线圈和电容器并联组成的，如图2-37所示。电路的总阻抗为上-页

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返回2.6电路中的谐振所以谐振频率近似为上-页

返回2.7三相正弦交流电路2.7.1三相正弦交流电源由三相正弦交流电源供电的电路称为三相正弦交流电路。所谓三相正弦交流电路是指由3个频率相同、最大值（或有效值）相等、在相位上互差120°角的单相交流电动势组成的电路，这3个电动势称为三相对称电动势。三相交流电与单相交流电相比具有如下优点。(1)三相交流发电机比功率相同的单相交流发电机体积小、重量轻、成本低。(2)当输送功率相等、电压相同、输电距离一样、线路损耗也相同时，用三相制输电比单相制输电可大大节省输电线有色金属的消耗量，即输电成本较低，三相输电的用铜量仅为单相输电用铜量的75%。下-页

返回2.7三相正弦交流电路(3)目前获得广泛应用的三相异步电动机是以三相交流电作为电源，它与单相电动机或其他电动机相比，具有结构简单、价格低廉、性能良好和使用维护方便等优点，因此在现代电力系统中，三相正弦交流电路获得广泛应用。磁极放在转子上，一般均由直流电通过励磁绕组产生一个很强的恒定磁场。当转子由原动机拖动做匀速转动时，三相定子绕组切割转子磁场而感应出三相交流电动势。这3个电动势的三角函数表达式为上-页

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返回2.7三相正弦交流电路从图2-39(b)中还可看出三相交流电动势的相量和也等于零，即把它们称作三相对称电动势，规定每相电动势的正方向是从绕组的末端指向首端（或由低电位指向高电位）。2.7.2三相电源与负载的连接三相交流发电机实际有3个绕组、6个接线端，目前采用的方法是将这三相交流电按照一定的方式连接成一个整体向外送电。连接的方法通常为星形连接和三角形连接。上-页

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返回2.7三相正弦交流电路三相负载根据使用方法和电力系统负载的不同分成两类：一类是像电灯这样有两根接线端的，叫做单相负载。电风扇、收音机、电烙铁、单相电动机等都是单相负载。另一类是像三相电动机这样有3个接线端的负载，叫做三相负载。1．三相电源的星形连接星形连接将电源的三相绕组末端U2、V2、W2连在一起，首端U1、V1、W1分别与负载相连。三相绕组末端相连的一点称为中点或零点，一般用N表示。从中点引出的线叫中性线（简称中线），由于中线一般与大地相连，通常又称为地线（或零线）。上-页

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返回2.7三相正弦交流电路由3根火线和一根地线所组成的输电方式称为三相四线制（通常在低压配电系统中采用）。只由3根火线所组成的输电方式称为三相三线制（在高压输电时采用较多）。三相电源星形连接时的电压相量图如图2-41所示。3个相电压大小相等，在空间各相差120°角。两端线之间的线电压应该是两个相应的相电压之差，即上-页

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返回2.7三相正弦交流电路三相电路中线电压的大小是相电压的倍，其公式为平常的电源电压为220V，是指相电压；电源电压为380V，是指线电压。2．三相电源的三角形连接如图2-42所示，将电源一相绕组的末端与另一相绕组的首端依次相连（接成一个三角形），再从首端U、V、W分别引出端线，这种连接方式称为三角形连接。上-页

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返回2.7三相正弦交流电路所以，三相电源三角形连接时，电路中线电压的大小与相电压的大小相等，即由相量图可以看出，3个线电压之和为零，即因此当电源的三相绕组采用三角形连接时，在绕组内部是不会产生环路电流（环流）的。2.7三相正弦交流电路3．三相负载的星形连接图2-43所示为三相负载的星形连接，它的接线原则与电源的星形连接相似，即将每相负载末端连成一点N（中性点N），首端U、V、W分别接到电源线上。图2-43所示的接线方式是只有3根相线而没有中性线的电路，即三相三线制三相负载的线电压就是电源的线电压，也就是两根相线之间的电压；每相负载两端的电压称作负载的相电压，当忽略输电线上的电压降时，负载的相电压就等于电源的相电压，因此有上-页

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返回2.7三相正弦交流电路若三相负载对称，则在三相对称电压的作用下，流过三相对称负载中每相负载的电流应相等，即三相四线制接线方式具有如下特点。(1)相电流等于线电流。(2)加在负载上的相电压和线电压之间的关系为UL=1.732UP。(3)流过中性线N的电流，IN=IU+IV+IW。当三相电路中的负载完全对称时，在任意一个瞬间，3个相电流中总有一相电流与其余两相电流之和大小相等、方向相反，正好互相抵消；所以，流过中性线的电流等于零。上-页

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返回2.7三相正弦交流电路4．三相负载的三角形连接将三相负载分别接在三相电源的每两根相线之间的接法，称为三相负载的三角形连接，如图2-45所示。由于三角形连接的各相负载接在两根相线之间，因此负载的相电压就是线电压。假设三相电源及负载均对称，则三相电流大小均相等，为3个相电流在相位上互差120°，图2-46画出了它们的相量图，并假定电压超前电流一个角度。上-页

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返回2.7三相正弦交流电路所以线电流分别为由图2-46所示的几何关系不难证明

因此三相对称负载三角形连接时的电流、电压关系如下。(1)线电压与相电压相等。上-页

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返回2.7三相正弦交流电路(2)线电流是相电流的1.732倍。在三相三线制电路中，根据KCL定律，把整个三相负载看成一个节点，则不论负载的接法如何以及负载是否对称，三相电路中的3个线电流的瞬时值之和或3个线电流的相量和总是等于零上-页

返回图2-1正弦电流波形图返回图2-2和i的相位不相等返回图2-4复数坐标返回图2-5正弦量的相量图表示法返回图2-9常用电容器的符号返回图2-10常用线圈的符号返回图2-13纯电阻电路返回图2-14电阻元件电压、电流波形图返回图2-16纯电感电路返回图2-17电感元件电压、电流的波形图返回图2-19纯电容电路返回图2-20电容元件电压与电流的波形图返回图2-21电容元件电压与电流的相量图返回图2-22RLC串联电路及其相量图返回图2-23阻抗三角形返回图2-25RL串联电路返回图2-26电阻、电感串联与电容并联电路返回图2-29正弦交流电路返回图2-32相量图返回图2-34RLC串联谐振相量图返回图2-35电流谐振曲线返回图2-36RLC并联谐振电路返回36图2-37R,L与C并联谐振电路返回图2-39三相交流电动势返回图2-41三相电源星形连接时的电压相量图返回图2-42三相电源的三角形连接返回图2-43三相负载的星形连接返回图2-45三相负载的三角形连接图返回图2-46三相对称负载(感性)三角形连接时的相量图返回第3章磁路和变压器3.1磁路的基本概念3.2交流铁芯线圈与电磁铁3.3磁路定律与计算3.4变压器3.1磁路的基本概念3.1.1磁路在物理学中曾经学习过，将电流通入线圈，在线圈内部及周围就会产生磁场，磁场在空间的分布情况可以用磁力线形象地描述。由于铁磁材料是良导磁物质，所以它的磁导率比其他物质的磁导率大得多，能把分散的磁场集中起来，使磁力线绝大部分经过铁芯而形成闭合的磁路，如图3-1所示。3.1.2磁场的基本物理量1．磁感应强度磁感应强度B是表示空间某点磁场强弱和方向的物理量，其大小可用通过垂直于磁场方向的单位面积内磁力线的数目来表示。下-页

返回3.1磁路的基本概念2．磁导率磁导率“是用来表示物质导磁性能的物理量，某介质的磁导率是指该介质中磁感应强度和磁场强度的比值3．磁场强度磁场强度H也是表征磁场某点磁场强弱和方向的物理量，但它不包括磁化物质因磁化而产生的磁场。也就是说，在载流线圈中，H这个量只与电流的大小有关，而与线圈中被磁化物质，即与物质的磁导率“无关。磁场强度为上-页

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返回3.1磁路的基本概念1．磁性材料物质按其导磁性能大体上分为磁性材料和非磁性材料两大类。铁、镍、钴及其合金等为磁性材料，在具有高导磁性能材料的铁芯线圈中，通入不大的励磁电流，便可产生足够大的磁通和磁感应强度，具有励磁电流小、磁通大的特点。2．磁滞回线当铁芯线圈中通有大小和方向变化的电流时，铁芯就产生交变磁化，磁感应强度B随磁场强度H变化的关系如图3-2所示。上-页

返回3.2交流铁芯线圈与电磁铁3.2.1交流铁芯线圈铁芯线圈可以通入直流电来励磁（如电磁铁），产生的磁通是恒定的，在线圈和铁芯中不会感应出电动势来，在一定的电压下，线圈中的电流和线圈的电阻有关。铁芯线圈也可以通入交流电来励磁（变压器、交流电动机及各种交流电器的线圈都是由交流电励磁的）。设电压、电流和磁通及感应电动势的参考方向如图3-3所示。由基尔霍夫电压定律有

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返回3.2交流铁芯线圈与电磁铁根据法拉第电磁感应定律有电压的有效值为即当铁芯线圈上加以正弦交流电压时，铁芯线圈中的磁通也是按正弦规律变化的。上-页

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返回3.2交流铁芯线圈与电磁铁在交变磁通的作用下，铁芯中有能量损耗，称为铁损。铁损主要由如下两部分组成。1)涡流损耗铁芯中的交变磁通在铁芯中感应出电压，由于铁芯也是导体，便产生一圈圈的电流，称之为涡流。减少涡流损耗的途径有两种：一是用较薄的硅钢片叠成铁芯，二是提高铁芯材料的电阻率。2)磁滞损耗铁磁性物质在反复磁化时，磁畴反复变化，磁滞损耗是克服各种阻滞作用而消耗的那部分能量。为了减少磁滞损耗，一般交流铁芯都采用软磁材料。上-页

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返回3.2交流铁芯线圈与电磁铁3.2.2电磁铁电磁铁是利用载流铁芯线圈产生的电磁吸力来操纵机械装置，以完成预期动作的一种电器。它是将电能转换为机械能的一种电磁元件。当线圈通电后，铁芯和衔铁被磁化，成为极性相反的两块磁铁，它们之间产生电磁吸力。电磁铁按其线圈电流的性质可分为直流电磁铁和交流电磁铁；按用途不同可分为牵引电磁铁、制动电磁铁、起重电磁铁及其他类型的专用电磁铁。上-页

返回3.3磁路定律与计算3.3.1磁路欧姆定律图3-5所示为一个线圈匝数为N、通有电流为I、闭合磁路的平均长度为L、截面积为S的均匀磁路铁芯，材料的磁导率为U，在铁芯中的磁场强度为H，磁感应强度为B。由于磁路截面处处相同，故铁芯中的磁通为根据安培环路定律

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返回3.3磁路定律与计算联立上面几个式子，则有如果线圈中的铁芯换上导磁性能差的非磁性材料，而磁通势NI仍保持不变，那么，由于非磁性材料的磁导率很小，磁路中的磁通将变得很小。仿效直流电路中电阻对电流起阻碍作用的分析方法，在磁路中也有磁阻Rm对磁通（可看做磁流）起阻碍作用。根据推导，磁阻可用下式来决定上-页

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返回3.3磁路定律与计算上式就和电路的欧姆定律相似，被称为磁路欧姆定律。值得注意的是，如果在磁路中含有气隙，则磁路的总磁阻等于铁芯磁阻与气隙磁阻之和，与电路中两个电阻串联的情况相似。3.3.2磁路基尔霍夫定律磁力线是闭合的，因此磁通是连续的，对于磁路中任一闭合面、任一时刻穿人的磁通，必定等于穿出的磁通，在一个有分支的磁路中的节点处取一闭合面，磁通的代数和为零，这就是磁路基尔霍夫第一定律。图3-6所示为一分支磁路，在节点A处作一闭合面，若设穿上-页

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返回3.3磁路定律与计算人闭合面的磁通为正，穿出闭合面的磁通为负，则有上式和电路中的基尔霍夫电流定律相似。此外，考虑到在磁路的任一闭合路径中，磁场强度与磁通势的关系应符合安培环路定律，故有上式和电路中的基尔霍夫电压定律相似，称为磁路基尔霍夫第二定律。上-页

返回3.4变压器3.4.1变压器的用途与结构变压器的结构根据它的使用场合、工作要求及制造等不同而有所不同，结构形式多种多样，但其基本结构相类似，主要由铁芯和绕组两个基本部分组成。铁芯是变压器的磁路部分，为了减小铁芯损耗，通常用厚度为0.35mm或0.5mm、两面涂有绝缘漆的硅刚片叠装而成。按线圈套装铁芯的情况不同，变压器可分为心式和壳式两种，如图3-7所示。

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返回3.4变压器3.4.2变压器基本工作原理图3-8所示为单相变压器的原理图，与电源相连的称为一次绕组（又称原边绕组），与负载相连的称为二次绕组（又称副边绕组）。一次绕组、二次绕组的匝数分别为N1和N2。当变压器的一次绕组接上交流电压U1时，一次绕组中便有电流i1通过。电流i1在铁芯中产生闭合磁通函，磁通随i1的变化而变化，从而在二次绕组中产生感应电动势。变压器中一、二次绕组的电压之比为变压器的电压比，即上-页

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返回3.4变压器变压器中一、二次绕组的电流之比为在图3-9(a)所示电路中，负载阻抗ZL与变压器二次绕组连接，虚线框内部分为ZL折算到一次绕组的等效阻抗ZL，如图3-9(b)所示。通过变换可得这表明变压器的副边接上负载ZL后，对电源而言，相当于接上阻抗为k2ZL的负载。当变压器负载一定时，改变变压器原、副边匝数，可获得所需的阻抗。上-页

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返回3.4变压器三相变压器3个高压线圈首端通常用U1、V1、W1（或U1、V1、W1）表示，末端用U2、V2、W2（或U2、V2、W2）表示；3个低压线圈首端用u1、v1、w1（或u1、v1、w1）表示，末端用u2、v2、w2（或u2、v2、w2）表示；高、低压线圈中性点（若有的话）分别用N（或0）和n（或o）表示，如图3-11所示。三相电力变压器的三相线圈有Y形（旧型号为Y）和D形（旧型号为△）两种联结方式。高压线圈接成Y形联结比较有利，因这时加在每相线圈上的相电压在数值上只为电网线电压的1/1.732倍，因此对变压器的绝缘要求降低了。上-页

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返回3.4变压器Y，yn联结的三相变压器低压侧有中性线引出作三相四线制供电，供给动力和照明混合负载，其高压侧额定电压不超过35kV，低压侧电压额定电压为400V（单相为230V），动力负载用400V线电压，照明负载用230V单相电压。3.4.3变压器主要额定值1．额定容量SN（单位为V-A或kV．A）指铭牌规定在额定运行状态下所能输送的容量（视在功率）。它等于变压器二次线圈的额定电压和额定电流的乘积。上-页

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返回3.4变压器需强调的是变压器的额定容量是视在功率，它与输出功率（单位为W或kW）不同，因输出功率的大小还与负载的功率因数有关。2．额定电压（单位为V或kV）一次额定电压是指根据绝缘强度，变压器长时间运行所能承受的工作电压。二次额定电压定义为：一次加额定电压、二次线圈开路（空载）时的端电压。三相变压器额定电压一律指线电压。3．额定电流（单位为A）指变压器在额定容量和允许温升条件下，长时间通过的电流。三相变压器额定电流一律指线电流。上-页

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返回3.4变压器3.4.4特殊变压器1．自耦变压器图3-14所示是自耦（降压）变压器电路示意图，它的二次线圈是一次线圈的一部分，故其最大特点是一次、二次线圈间不仅有磁的耦合，还有电的联系。实验室中常用的调压器就是一种可以改变二次线圈匝数的自耦变压器，其外形及电路如图3-15所示。转动手柄可改变二次线圈匝数，从而达到调压目的。其一次侧输入220V或110V电压，二次侧输出电压可由0均匀变化到250V。上-页

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返回3.4变压器2．电流互感器电流互感器的作用是将交流电路中的大电流变为小电流，以用来扩大交流电流表的量程，并使测量仪表与高压电路隔开，以确保人身及设备安全的一种电器，它是利用变压器变电流的原理制成的。电流互感器是根据变压器变电流的原理制成的，电流互感器一次、二次线圈中的电流关系和普通变压器一样，即可见，电流互感器可将大电流变为小电流。如果电流表配以一只专用的电流互感器，二次侧接上电流表，测出的/乘上上-页

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返回3.4变压器变换系数K，即得被测的一次线圈大电流的值（通常在其电流表表盘刻度上直接标I出被测的电流值）。电流互感器接于高压电路时，为了保证安全，二次线圈的一端及互感器铁心必须接地。由于电流互感器的负载阻抗（如测量仪表的电流线圈）很小，故它相当于在短路状态下运行。其一次磁通势虽然可以很大，但基本上被二次磁通势所平衡，只剩下很小一部分励磁磁通势用以建立磁通，故正常运行时，二次侧电动势并不高。上-页

返回图3一1磁路返回图3一2磁滞回线返回图3一3交流铁芯线圈电路返回图3一5磁路与磁通返回图3一6分支磁路返回图3一8单相变压器的原理图返回图3一9阻抗变换电路返回图3一11三相变压器返回图3一14自耦变压器返回图3一15调压器外形及电路返回第4章异步电动机4.1三相异步电动机的结构与转动原理4.2三相异步电动机的电磁转矩与机械特性4.3三相异步电动机的启动、调速与制动4.4三相异步电动机的选择4.1三相异步电动机的结构与转动原理4.1.1三相异步电动机的基本结构三相异步电动机由定子（固定部分）和转子（旋转部分）构成。定子和转子之间留有气隙，定子和转子都有铁芯和绕组。转子分为笼型和绕线式两种结构。1．定子三相异步电动机的定子部分包括机座，定子铁芯，定子绕组，如图4-1所示。1)定子铁芯定子铁芯是电动机磁路的组成部分。为了减少铁损，定于铁芯一般由优质硅钢片叠成一个圆筒，圆筒内表面有均匀分布的槽，这些槽用于嵌放定子绕组，如图4-2所示。下-页

返回4.1三相异步电动机的结构与转动原理2)定子绕组三相异步电动机具有三相对称的定子绕组，定子绕组采用漆包线绕成。三相绕组的6个出线端（首端U1、V1、W1，末端U2、V2、W2）通过机座的接线盒连接到三相电源上，如图4-3所示。2．转子转子由转子铁芯、转子绕组和转轴3部分组成。笼型转子如图4-4所示。1)转子铁芯转子铁芯冲片如图4-4(a)所示。转子铁芯是由优质硅钢片叠压成的网柱体，转轴固定在铁芯中央。上-页

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返回4.1三相异步电动机的结构与转动原理2)转子绕组转子绕组有笼型和绕线式两种。笼型转子由安放在铁芯槽内的裸铜或铝导体构成，这些导体两端分别焊接在两个端环上，形成短接回路，如图4-4(b)所示。其形状像动物笼子，故称为笼型电动机。4.1.2三相异步电动机的转动原理1．旋转磁场在空间位置上互差120。的三相对称定子绕组中通入三相对称交流电，如图4-7所示。就会在定、转子之间的气隙中产生一个旋转的磁场。上-页

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返回4.1三相异步电动机的结构与转动原理2．旋转磁场对转子的作用三相异步电动机的定子绕组中通入对称三相交流电，在定、转子之间的气隙中产生一个转速为n。=60f/p、转向与电流的相序一致的旋转磁场；固定不动的转子绕组就会与旋转磁场相切割，从而在转子绕组中产生感应电动势（用右手发电机定则判断），如图4-9所示。3．电动机的转子绕组在旋转磁场作用下转动由于转子绕组自身闭合，使转子绕组成为载流导体；载流的转子绕组又与旋转磁场相互作用产生电磁力（用左手电动机定则判断）；电磁力对转轴形成电磁转矩，则电动机就顺着旋转磁场的方向旋转。上-页

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返回4.1三相异步电动机的结构与转动原理4．“异步”、转差率及转动方向异步电动机的转子沿着定子旋转磁场的方向转动，但转速n总是小于同步转速nn。实际上，nn>n，因此，异步电动机的“异步”也由此而得名。转差率s为5．改变电动机的转动方向改变三相交流电的相序，就可以改变旋转磁场的转向，也即改变电动机的转动方向。具体方法是：任意对调两根电源接线，相序发生改变，旋转磁场的转向随之改变，则电动机转动方向发生改变。上-页

返回4.2三相异步电动机的电磁转矩与机械特性4.2.1三相异步电动机的电路分析1．定子电路的分析三相异步电动机的电磁关系同变压器类似，定子绕组相当于变压器的一次绕组线圈，转子绕组相当于变压器的二次绕组线圈。当定子绕组通入三相电流时，定子绕组的电压2．转子电路的分析根据电动机的转动原理，异步电动机之所以能够转动，是因为转子绕组在旋转磁场中要产生感应电动势e2，转子绕组下-页

返回4.2三相异步电动机的电磁转矩与机械特性回路中产生转子电流i2，与旋转磁场作用产生电磁转矩T。转子电流转子的功率因数所以三相异步电动机的转子电流和功率因数都与转差率s有关。上-页

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返回4.2三相异步电动机的电磁转矩与机械特性4.2.2三相异步电动机的电磁转矩三相异步电动机的电磁转矩T是由旋转磁场的每极磁通与转子电流相互作用而产生的，即三相异步电动机电磁转矩公式的另一个表示式4.2.3三相异步电动机的机械特性上-页

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返回4.2三相异步电动机的电磁转矩与机械特性在实际工作中，通常用异步电动机的机械特性来分析问题。所谓机械特性指在电源电压不变的条件下，电动机的转速n和电磁转矩工之间的函数关系，即n=f(t)，如图4-11(b)所示。机械特性是三相异步电动机的主要特性，现根据机械特性来讨论3个不同工作点所对应的3个有特征意义的主要转矩。1．启动转矩电动机刚启动(n=0，s=1)时的转矩称为启动转矩。上-页

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返回4.2三相异步电动机的电磁转矩与机械特性2．额定转矩电动机在额定负载下工作时的电磁转矩称为额定转矩。忽略空载损耗转矩，则额定转矩等于机械负载转矩。3．最大转矩三相异步电动机所能产生的最大限度的电磁转矩称为最大转矩。在较短的时间内，电动机的负载转矩可以超过额定负载转矩上-页

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返回4.2三相异步电动机的电磁转矩与机械特性而不致立即过热。异步电机短时允许过载的能力，可以用过载系数来表示，即综上所述，三相异步电动机有如下主要特点：①异步电动机有较硬的机械特性，即随着负载的变化，转速变化较小；②异步电动机有较大的过载能力；③电源电压的波动对异步电动机的工作影响较大。上-页

返回4.3三相异步电动机的启动、调速与制动4.3.1三相异步电动机的启动1．全压启动把电动机三相定子绕组直接加上额定电压的启动方式称为全压启动，如图4-12所示。全压启动时，刚接通电源瞬间，旋转磁场和转子间的相对转速较大，由于电磁感应，定子电流也很大，一般为额定电流的4~7倍。过大的启动电流会在线路上造成较大的电压降，影响供电线路上其他设备的正常工作。2．降压启动降压启动是指启动时降低加在电动机定子绕组上的电压，待启动结束后再恢复额定值运行。三相异步电动机的降压启动下-页

返回4.3三相异步电动机的启动、调速与制动常用串电阻降压启动、星一角降压启动和自耦变压器降压启动等方法。1)星一三角降压启动在启动时将定子绕组连接成星形，通电后电动机运转，当转速升高到接近额定转速时再换接成三角形，如图4-13所示。2)自耦变压器降压启动利用三相自耦变压器将电动机在启动过程中的端电压降低，以达到减小启动电流的目的，如图4-14所示。3)转子串电阻降压启动这种启动方式仅适用于绕线式异步电动机。由于绕线式异步电动机的转子电路可以经过滑环和电刷与外电路连通，故可上-页

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返回4.3三相异步电动机的启动、调速与制动采用在转子电路中串接电阻的方法来改善其启动性能，如图4-15所示。4.3.2三相异步电动机的调速1．变极调速改变磁极对数，可有级地改变电动机的转速。增加磁极对数，可以降低电动机的转速，但磁极对数只能成整数倍地变化，因此，该调速方法无法做到平滑调速。变极调速的实质是改变电动机旋转磁场的转速。2．变转差率调速是指通过改变转子绕组中串接调速电阻的大小来调整转差率以实现平滑调速，又称为变阻调速。调速电阻的接法与启动电阻相同。上-页

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返回4.3三相异步电动机的启动、调速与制动3．变频调速电动机调速用得最多的是变频调速，其原理是：采用整流电路将交流电转换为直流电再由逆变器将直流电变换为频率、电压可调的三相交流电，然后供给三相异步电动机，从而使电动机的速度得到调节.4.3.3三相异步电动机的制动1．机械制动机械制动是利用机械装置使电动机在切断电源后能迅速停转的方法。应用较普遍地有电磁抱闸。它主要由两部分组成：牵引电磁铁和闸瓦制动器。牵引电磁铁又有单相和三相之上-页

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返回4.3三相异步电动机的启动、调速与制动分；闸瓦制动器包括闸瓦、闸轮、杠杆和弹簧等，闸轮装在电动机的转轴上。2．电气制动1)能耗制动这种方法是在电动机脱离三相电源的同时，将定子绕组接人直流电源，则在电动机中产生一个小的直流磁场，如图4-19所示。此时，由于惯性转子继续旋转，根据右手定则和左手定则确定，转子感应电流和直流磁场相互作用所产生的电磁转矩与转子转动方向相反，称为制动转矩，电动机在制动转矩的作用下就能很快停止。上-页

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返回4.3三相异步电动机的启动、调速与制动2)反接制动在使电动机停止工作时，可将三相电源中的任意两相电源接线对调，此时旋转磁场便反向旋转，转子绕组中的感应电流及电磁转矩方向改变，与转子转动方向相反，所以成为制动转矩。3)反馈制动发电反馈制动如4-21图所示。其原理为：当电动机转速超过旋转磁场的转速（如下降重物）时，电磁转矩的方向与转子的运动方向相反，从而限制转子的转速，起到了制动作用。上-页

返回4.4三相异步电动机的选择4.4.1三相异步电动机的铭牌常见三相异步电动机的铭牌，如图4-22所示。功率：电动机在铭牌规定条件下正常工作时转轴上输【的机械功率，也称为额定功率或容量。电压：电动机的额定线电压。电流：电动机在额定状态下运行时的线电流。频率：电动机所接交流电源的频率。转速：额定转速。接法：是指电动机定子绕组的连接方式，常用的接法有Y和△两种。下-页

返回4.4三相异步电动机的选择绝缘等级：是指电动机绕组所采用的绝缘材料的耐热等级，它表明了电动机所允许的最高工作温度。4.4.2三相异步电动机的选择1．三相异步电动机的功率选择原则功率的选择实际上也就是容量的选择，如果容量选择太大，容量没得到充分利用，既增加投资，也增加运行费用。如选得过小，电动机的温升过高，影响寿命，严重时，可能还会烧毁电动机。2.三相异步电动机的种类和结构型式的选择原则1)种类的选择选择电动机的种类是从交流或直流、机械特性、调速与启动性能、维护及价格等方面来考虑的。上-页

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返回4.4三相异步电动机的选择工作场所通常所用的都是三相交流电源。在交流电动机中，三相笼型异步电动机有许多优点。三相笼型异步电动机主要缺点是调速困难，功率因数较低，启动性能较差。绕线型电动机的基本性能与笼型相同。其特点是启动性能较好，并可在不大的范围内平滑调速。2)结构型式的选择(1)开启式电动机。这种类型的电动机在构造上无特殊防护装置，用于干燥无尘的场所。(2)全封闭式电动机。这种电动机具有全封闭式的外壳，既防水的滴溅又防粉尘等杂物。上-页

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返回4.4三相异步电动机的选择(3)密闭式电动机。密闭式电动机的外壳严密封闭，有的密闭式电动机具有很好的防水性能（如潜水泵电机）。(4)防爆电动机。这种电动机也采用密闭式结构。此外，电机骨架被设计成能够承受巨大的压力。3．三相异步电动机的电压和转速的选择原则1)电压的选择原则电动机电压等级的选择要根据电动机的类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。2)转速的选择原则异步电动机的速度由于受到电源频率和电动机旋转磁场极对数的限制，选择范围并不大。电动机的额定转速是根据生产机械的要求而选定的。上-页

返回图4-1三相异步电动机的定子返回图4-2定子铁芯的硅钢片返回图4-4笼型转子返回图4-9异步电动机转动原理返回图4-12全压启动返回图4-13星一角降压启动返回图4-14自耦变压器降压启动返回图4-15绕线式转子绕组与外加变阻器连接返回图4-19能耗制动返回图4-21反馈制动返回图4-22三相异步电动机的铭牌返回第5章继电器一接触器控制5.1低压电器5.2基本电气识图5.3基本控制电路5.1低压电器电气控制系统是由各种控制电器所组成的，一般分为两大部分。一部分为主电路，由电动机和接通、断开控制电动机的接触器主触点等电器元件组成，一般主电路的电流较大；另一部分是控制电路，由按钮、接触器线圈、继电器等电器元件组成，它的任务是根据给定的指令，依照白动控制系统的规律和具体的工艺要求对主电路系统进行控制。电器按其工作电压等级可分为高压电器和低压电器。低压电器通常是指交流额定电压小于或等于1200V，直流电压小于或等于1500V的电器。5.1.1开关电器开关电器主要用在低压成套配电装置中，用于不频繁地手动接通和分断交立流电路或作隔离开关用。下-页

返回5.1低压电器1．刀开关刀开关也称闸刀开关。主要作为电源引入开关，用于不频繁接通或分断容量较小的负载。刀开关的种类很多，根据工作原理、使用条件和结构形式的不同，刀开关可分为刀开关、刀形转换开关、开启式负荷开关、封闭式负荷开关（铁壳开关）、熔断器式刀开关和组合开关等。根据刀的极数和操作方式的不同，刀开关可分为：单极、双极和三极。刀开关的外形结构及符号如图5-1所示，其文字符号为QS。5.1低压电器刀开关安装时，合闸状态手柄要向上，不得倒装或平装。如果倒装，则拉闸手柄可能因自重下落引起误合闸而造成人身和设备安全事故。2．组合开关组合开关实质也是一种刀开关，其操作手柄是在平行于其安装的平面内向左或向右转动。组合开关一般在电气设备中用于非频繁地接通和分断电路，换接电源和负载，测量三相电压以及控制小容量异步电动机的正反转和星型一三角形降压启动等。组合开关外形结构及符号如图5-2所示，其文字符号为QS。上-页

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返回5.1低压电器3．空气开关空气开关又称为空气断路器或低压断路器，主要用于低压动力线路中。其作用是：正常工作时可以不频繁接通或断开电路；当电路发生过载、短路或失压等故障时，能自动跳闸切断故障电路。空气开关外形结构及符号如图5-3所示，其文字符号是QF。5.1.2主令电器1．控制按钮控制按钮也称按钮开关，它是一种典型的主令电器，其作用通常是用来短时间接通或断开小电流的控制电路，从而控制电动机或其他电器设备的运行。上-页

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返回5.1低压电器1)控制按钮的外形结构及符号常用控制按钮的外形结构如图5-4所示，文字符号为SB。2)控制按钮的种类及动作原理(1)控制按钮按结构形式分为指示灯式，旋钮式和紧急式。(2)控制按钮按接触点形式分为动合按钮、动断按钮、复合按钮。2．行程开关行程开关又称限位开关，是依据生产机械的行程发出命令以控制其运行方向或行程长短的主令电器。1)行程开关的外形结构及符号行程开关的外形结构如图5-6所示，其文字符号为SQ。上-页

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返回5.1低压电器2)行程开关的工作原理行程开关的工作原理与控制按钮类似，只是它用运动部件上的撞块来碰撞行程开关的推杆。触点结构是双断点直动式，为瞬动型触点，瞬动操作是靠传感头推动推杆1达到一定行程后，触桥中心点过死点0、以使触点在弹簧2的作用下迅速从一个位置跳到另一个位置，完成接触状态的转换，使动断触点断开（动触点3和静触点4分开），动合触点闭合（动触点3和静触点5闭合）。3．主令控制器主令控制器是用来较为频繁地切换复杂的多回路控制电路的主令电器。上-页

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返回5.1低压电器1)主令控制器的结构及工作原理主令控制器一般由触点、凸轮、定位机构、转轴、面板及支承件等部分组成。图5-8所示为主令控制器的工作原理图，图中1和7是固定于方轴上的凸轮块，2是接线柱，由它连向被操作的回路；静触点3由桥式动触点4来闭合与断开，静触点4固定于能绕轴6转动的支杆5上。当操作者用手柄转动凸轮块7的方轴使凸轮块达到推压小轮8带动支杆5向外张开，将被操作的回路断电，在其它情况下（凸轮块离开推压轮）触点是闭合的。2)主令控制器的图形符号及文字符号主令控制器的图形符号如图5-9所示，文字符号为SA。上-页

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返回5.1低压电器4．万能转换开关万能转换开关是一种多档式且能对电路进行多种转换的主令电器。它是由多组相同结构的触点组件迭装而成的多回路控制电器，主要用于各种配电装置的远距离控制，也可作为电气测量仪表的转换开关或用作小容量电动机的启动、制动、调速和换向的控制。万能转换开关一般由操作机构、面板、手柄及数个触点座等部件组成，用螺栓组装成为整体。触点的分断与闭合由凸轮进行控制，如图5-10所示。5.1.3接触器接触器是一种自动控制电器，它可以用来频繁地接通或者断开大容量的交直流负载电路。上-页

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返回5.1低压电器1．电磁系统电磁系统主要用于产生电磁吸力（动力）。它由电磁线圈（吸力线圈）、动铁芯（衔铁）和静铁芯等组成。2．触点系统触点系统主要用于通断电路或者传递信号。它分为主触点和辅助触点，主触点用以通断电流较大的主电路，一般由3对动合触点组成；辅助触点用以通断电流较小的控制电路，一般有动合和动断两对触点，常在控制电路中起电气白锁或互锁作用。3．灭弧装置灭弧装置用来熄灭触点在切断电路时所产生的电弧，保护触点不受电弧灼伤。上-页

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返回5.1低压电器4．其他部件其他部件包括反作用弹簧、缓冲弹簧、传动机构、接线柱和外壳等。5.1.4电磁式继电器继电器是一种根据某种输入信号的变化接通或断开控制电路的电器，电磁式继电器是以电磁力为驱动力的继电器，也是电气设备中用得最多的一种继电器。电磁式继电器一般由铁芯、衔铁、线圈、反力弹簧和触点等部分组成，其结构及图形符号如图5-13所示。1．电磁式电流继电器电流继电器的线圈串接在被测量的电路中，以反映电路电流上-页

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返回5.1低压电器的变化。为了不影响电路的正常工作，电流继电器线圈匝数少、导线粗、线圈阻抗小。电流继电器有欠电流继电器和过电流继电器两种。欠电流继电器的吸引电流为线圈额定电流的30%—65%，继电器电流为线圈额定电流的10%~20%，因此在电路正常工作时，衔铁是吸合的，只有当电流降低到某一整定值时，继电器释放输出信号。2．电磁式电压继电器电压继电器的结构与电流继电器相似，不同的是电压继电器线圈要并联在被测量的电路中，以反映电路电压的变化。为了不影响电路的正常工作，电压继电器线圈匝数多、导线细、线圈阻抗大。上-页

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返回5.1低压电器3．电磁式中间继电器中间继电器实质上是电压继电器的一种，但它的触头数多（多至6对或更多），触头电流容量大（额定电流5—10A），动作灵活（动作时间不大于0.05s）。5.1.5时间继电器时间继电器也称为延时继电器，是一种用来实现触点延时接通或断开的控制继电器。时间继电器种类繁多，但目前常用的时间继电器主要有空气阻尼式、电动式、晶体管式及直流电磁式等几大类。时间继电器按延时方式可分为通电延时型和断电延时型两种。上-页

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返回5.1低压电器1．外形结构空气阻尼式时间继电器的外形结构如图5-14所示。它由电磁系统、延时机构和工作触点3部分组成。将电磁机构翻转180°安装后，通电延时型可以改换成断电延时型，同样，断电延时型也可改换成通电延时型。2．动作原理及符号图5-15所示为JST-A系列时间继电器的动作原理和图形符号，时间继电器分通电延时型和断电延时型两种，其文字符号为KT。上-页

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返回5.1低压电器通电延时时间继电器动作原理：通电时，电磁线圈产生磁通，当电磁力大于弹簧拉力时，动铁芯（衔铁）被静铁芯吸