变电检修专业电工基础知识讲座.ppt

1、电工基础知识讲座,教育培训中心,一、 电 场,1、库仑定律 真空中两个静止的点电荷之间的作用力与这两个电荷所带电量的乘积成正比，和它们距离的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线,同号电荷相斥，异号电荷相吸。 库仑定律只适用于计算两个点电荷间的相互作用力,非点电荷间的相互作用力,库仑定律不适用。,一、 电 场,2、电场和电场强度 电场 电场是电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质。电场对放入其中的电荷有作用力。当电荷在电场中移动时，电场力对电荷作功，这说明电场具有能量。 电场强度 电场强度简称场强，定义为放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值，场强的方向与正检验电荷

2、的受力方向相同。,一、 电 场,电力线 为形象地描述场强的分布，在电场中人为地画出一些有方向的曲线，曲线上一点的切线方向表示该点场强的方向。电力线的疏密程度与该处场强大小成正比。电力线是我们人为画出的便于形象描述电场分布的辅助工具，并不是客观存在的。 静电感应 一个带电的物体与不带电的导体相互靠近时由于电荷间 的相互作用，会使导体内部的电荷重新分布，异种电荷被吸引到带电体附近，而同种电荷被排斥到远离带电体的导体另一端这种现象叫静电感应,二、 电路的基本概念和基本定律,1、电路和电路模型 电路：电流所流通的路径，由电源、负载、开关及连接导线四个部分组成。 直流电源构成的电路称直流电路。 交流电源

3、构成的电路称交流电路。,二、 电路的基本概念和基本定律,2、电路的物理量 1）电流 电荷的定向运动形成电流。 电流方向：正电荷运动方向。 电流的大小：用单位时间内通过导体截面的电荷量来表示。 对直流而言：若在t秒内有Q库仑的电荷通过导线截面，则电流的大小为,电流的单位：安培（A），千安（K A）、毫安（m A）、微安（A）等，换算关系为,2）电位 电场中某点电场力对单位正电荷具有的做功能力称为该点的电位。 任取一点o为参考点，则某点a的电位与参考点o的电位比较，用a表示，高于参考点的电位为“正”电位，低于参考点的电位为“负”电位。,二、 电路的基本概念和基本定律,二、 电路的基本概念和基本定律

4、,4）电动势 单位正电荷在电源力作用下从低电位端移动到高电位端时增加的电能，称为电源的电动势。用e表示,3）电压 单位正电荷在电场力作用下由a点移动到b点时所减少的电能，称为电位差，也叫这两点的电压。,电动势的实际方向是从低电位点指向高电位点。 电压的实际方向是从高电位点指向低电位点。 电压、电位、电动势的单位均为伏(V) 、千伏(kV)、毫伏(mV)等，它们的换算关系,直流电路,二、 电路的基本概念和基本定律,5）电能 电源力或电场力在电路中移动正电荷所作的功 单位：焦耳（J），千瓦时（度）（k W h）,二、 电路的基本概念和基本定律,6）电功率 单位时间内电源力或电场力所作的功 单位有瓦

5、特（W）、千瓦(kW)、兆瓦(MW)，其换算关系为 l KW103W， 1MW103 KW,二、 电路的基本概念和基本定律,二、 电路的基本概念和基本定律,7）参考方向 概念：任意规定某一方向为电流（电压）数值为正的方向。 若电流（电压）为正值，则电流（电压）的方向与参考方向一致；若电流（电压）为负值，则电流（电压）的方向与参考方向相反。 关联参考方向：元件电流参考方向与电压参考方向一致 非关联参考方向：元件电流参考方向与电压参考方向相反,二、 电路的基本概念和基本定律,计算电压、功率时： 关联 U=RI P=UI 非关联 U=-RI P=-UI 功率为正，表示电路吸收功率 功率为负，表示电路

6、提供功率,3 、欧姆定律和电阻元件 1）导体和电阻 导体：容易通过电流的物体 电阻：电流流过导电物体所受到的阻力。,二、 电路的基本概念和基本定律,导体的电阻R与长度L成正比，与截面积S成反比，且与电阻率有关。 电阻用R表示，单位 。换算关系为：,电阻率是指长1m、截面积为1mm2的导体，在20温度下的电阻值。 电阻率较小的银、铜、铝常用来制作导电器材，以降低器材的电阻和接触电阻。 金属材料的电阻随温度的升高而增加 电解液导体的电阻随温度的升高而降低,二、 电路的基本概念和基本定律,二、 电路的基本概念和基本定律,2）电导 表述导体导电性能的物理量。符号是G，数值上等于电阻的倒数。单位是西门子

7、，符号s。,3）绝缘体、绝缘材料和半导体 绝缘体：电流几乎不能通过的物体，其电阻很大。 绝缘材料：由绝缘体物质做成的材料。 绝缘老化：绝缘材料在长期的设备运行中会因热、电、光、化学、机械的各种作用逐渐失去原有的绝缘性能。 半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质,4）欧姆定律 欧姆定律表明了在有恒稳电流的电路中，电流、电压和电阻三者之间关系的客观规律。欧姆定律的内容是在电阻中的电流与电压成正比，与电阻成反比。若在电阻R上施加电压U，则电流I可表示为 计及内阻时：,I电流，A U电压，V； R电阻，。,I电流，A E电动势，V； R负荷电阻， R0电源内阻， ,二、 电路的基本概念和基本定律,

8、二、 电路的基本概念和基本定律,4、电流源和电压源 电流源：通过电流源的电流与电压无关，电流总保持为某给定的时间函数。是一个理想二端元件。特点：电流固定不变化，电压随外接电路的不同而不同。 电压源：通过电压源的电压与电流无关，电压总保持为某给定的时间函数。是一个理想二端元件。特点：电压固定不变化，电流随外接电路的不同而不同。,二、 电路的基本概念和基本定律,5、基尔霍夫定律 平面电路：将一个电路画在平面上时，若能使它的各条支路除所联接的节点外不再交叉，这样的电路称为平面电路。 支路：联接于电路中的每一个二端元件称为一条支路。 节点：支路的联接点成为节点 回路：由支路所构成的闭合路径成为回路。

9、网孔：电路回路中不含有支路的回路.,基尔霍夫电流定律KCL 任何时刻、任一节点，所有支路电流代数和为零。即流入节点的电流之和等于从节点流出的电流之和 I0 I in I ex I1I4 I2I3I6,二、 电路的基本概念和基本定律,基尔霍夫电压定律KVL 任何时刻，沿任一回路的各支路电压的代数和恒等于零。即在任何闭合回路中的电源电压代数和等于各分电压的代数和 u0 UE 以上两定律可以结合起来使用，对较复杂的电路列方程，联立求解。,二、 电路的基本概念和基本定律,该定律的使用方法如下： 1)设定各支路电流的正方向。 2)电源电压方向是从(+)极指向(一)极。 3)任意选定回路的绕行方向。 4)

10、各电压方向与回路绕行方向一致的取“+”，反之取“-”号，建立电压方程。 I3 R3 E2一I2 R2Il R l E l 0 即I3 R3一I2 R2Il R lE2E l,二、 电路的基本概念和基本定律,三、 直流电路,1、电阻的串联、并联和混联 1）电阻的串联 将电阻首尾依次连接，使电流只有一条通路的连接方式，叫做电阻的串联。 特点： 各电阻流过的电流都相等 电路两端的总电压等于各电阻两端电压之和 等效电阻(即总电阻)等于各串联电阻之和 各电阻上分配的电压与各电阻值成正比,各电阻流过的电流都相等 II1I2 电路两端的总电压等于各电阻 两端电压之和 UU1+U2 总电阻等于各串联电阻之和

11、RR1+R2 各电阻上分配的电压与各电阻 值成正比,三、直流电路,2）电阻的并联 两个或两个以上电阻一端连在一起，另一端也连在一起，使每一电阻两端都承受同一电压的作用，电阻的这种连接方式叫做电阻的并联。 特点： 各电阻两端的电压相等 并联电路中的总电流等于各电阻中的电流之和 并联电路中的等效电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和 各支路分配的电流与各支路电阻值成反比,三、直流电路,并联电路中各电阻两端的电 压相等，且等于电路两端的电 压U=U1=U2 并联电路中的总电流等于各 电阻中的电流之和I=I1I2 总电阻的倒数，等于各并联 电阻的倒数之和 并联电路中，各支路分配的 电流与各支路电阻值成反比

12、,三、直流电路,3）电阻混联 既有电阻的串联，又有电 阻的并联的电路称为电阻 的混联电路。 “先串后并”为 R1和R2串联 后再与R3并联 R(R1+R2)R3 “先并后串” 为R2和R3并联 后再与R1串联 R(R2 R3 )+ R1,三、直流电路,分析混联电路，关键在于分清各电阻的串、并联连接，然后采用逐步合并的方法。,三、直流电路,2、电阻的星形连接和三角形连接的等效变换 已知三角形连接的电阻值求星形连接的电阻值,三、直流电路,已知星形连接的电阻值求三角形连接的电阻值 3、两种电源模型的等效变换 注意：用一个恒定电流IS和一个电导G0并联表示一个电源；用一个恒定电动势E和一个内阻R0串联

13、表示一个电源,三、直流电路,1）已知电压源，若用等效电流源表示，则电流源的 电流IS= E/ R0，并联电导G0=1/ R0。 2）已知电流源，若用等效 电压源表示，则电压源的 电动势E = IS / G0，内阻 R0=1/ G0 。 IS 的参考方向 由E 的负极指向正极。,三、直流电路,4、支路电流法 思路：以各支路电流为未知量，根据基尔霍夫定律列出回路电压方程和节点电流方程，然后求得各支路电流。 步骤： 1）假设各支路电流的参考方向及选定回路的参考方向。 2）根据基尔霍夫电流定律列出独立的节点电流方程，得到的方程数等于n-1 3）根据基尔霍夫电压定律列出独立回路电压方程，得到的方程数等于

14、b-n+1 4）联立求解回路电压方程和节点电流方程，然后带入数据求出各支路电流。,三、直流电路,n=2个节点，选择b为参考节点，a为1个独立节点 b=3条支路，确定三个未知量I1,I2,I3，独立回路共2个,三、直流电路,5、网孔电流法 思路：以每个网孔的独立回路电流为未知量，根据基尔霍夫定律列出回路电压方程，然后求得各回路电流。 步骤： 1）以网孔为基础，假设回路电流参考方向 2）根据基尔霍夫电压定律列出回路的电压方程 3）带入数据联立求解回路电流。 4）假设各支路电流参考方向，根据支路电流和回路电流的关系，确定出各支路电流。,三、直流电路,网孔电流方向与绕行方向一致时，每个网孔的自阻抗均为

15、+，互阻抗当两个网孔电流流过公共电阻方向一致时为+ ，不一致为-，电动势在等号右边，其方向与网孔电流方向一致取-，不一致取+ 。,三、直流电路,2个网孔，列2个方程，两个网孔电流取顺时针方向， 绕行方向也取顺时针方向。,三、直流电路,6 、节点电位法 思路：以节点电压为电路的变量列写方程，根据基尔霍夫定律列出回路电压方程，然后求得各节电电压。 步骤： 1）指定参考节点，其余独立节点与参考节点之间的电压就是节点电压，参考方向由独立节点指向参考节点。 2）列节点方程 3）解节点方程，求得节点电压 4）指定支路电流的参考方向，根据欧姆定律求出各支路电流。,三、直流电路,自电导为各节点上电导的总和，恒

16、为正值，互电导，两个相关节点的公共电导，恒为负值。电流源在等式右边，等于流入各节点的电流代数和。,三、直流电路,弥尔曼定理：通常把用来解由电压源和电阻组成的两个节点电路的节点电压法叫做弥尔曼定理。,式中分母的各项总为正，分子中各项的正负符号为：电压源Us的参考方向与节点电压U的参考方向相同时取正号，反之取负号；电流源Is的参考方向与节点电压U的参考方向相反时取正号，反之取负号。,三、直流电路,如图电路，由KCL有 I1+I2-I3-Is1+Is2=0 设两节点间电压为U，则有：,三、直流电路,7、叠加定理 在线性电路中，任一支路的电流(或电压)可以看成是电路中每一个独立电源单独作用于电路时 ，

17、在该支路产生的电流(或电压)的代数和。 使用叠加定理时要注意以下几点： 1）叠加定理适用于线性电路,不适用于非线性电路； 2）叠加的各分电路中，不作用的电源置零。电路中的所有线性元件都不予更动，受控源则保留在各分电路中； 3）叠加时各分电路的电压和电流的参考方向可以取与原电路中的相同。 4）原电路的功率不等于按各分电路计算所得功率的叠加。 5）电压源不作用时短路,电流源不作用时断路。,电压源单独作用，电流源开路：,三、直流电路,电流源单独作用，电压源短路：,由叠加定理得电压为：,三、直流电路,8、戴维南定理 思路：任何一个线性有源网络，对外电路都可以用一个具有电动势E0和内阻R0的等效电路代替

18、。 步骤： 1）将原电路划分为待求支路与有源二端网络两部分。 2）断开待求支路，求出有源二端网络开路电压。 3）将网络内电动势全部短接，内阻保留，求出无源二端网络的等效电阻。 4）画出等效电路，接入待求支路，由欧姆定律求出该支路电流。,三、直流电路,四、电容器,1、电容器与电容元件 电容器：以储存电荷为特征、能隔断直流而允许交流电流通过的电子元件。 电容器是由两个电极及其间的介电材料构成的。介电材料是一种电介质，当被置于两块带有等量异性电荷的平行极板间的电场中时，由于极化而在介质表面产生极化电荷，遂使束缚在极板上的电荷相应增加，维持极板间的电位差不变。这就是电容器具有电容特征的原因。,四、电容

19、器,电容器主要参数 1）标称电容量：标志在电容器上的电容量 2）额定电压 ：在最低环境温度和额定环境温度下可连续加在电容器的最高直流电压有效值 3）绝缘电阻：直流电压加在电容上，并产生漏电电流，两者之比称为绝缘电阻 4）损耗 ：电容在电场作用下，在单位时间内因发热所消耗的能量叫做损耗 5）频率特性：随着频率的上升，一般电容器的电容量呈现下降的规律。,四、电容器,电容元件 电容元件是一种表征电路元件储存电荷特性的理想元件,其原始模型为由两块金属极板中间用绝缘介质隔开的平板电容器.当在两极板上加上电压后,极板上分别积聚着等量的正负电荷,在两个极板之间产生电场.积聚的电荷愈多,所形成的电场就愈强,电

20、容元件所储存的电场能也就愈大. 电容元件的电压电流关系,四、电容器,电容元件储能计算 2、电容元件的串联和并联 三个电容并联，等效电容为C=C1+C2+C3 并联电容的总电容为各电容之和 三个电容串联，等效电容的倒数1/C=1/C1+1/C2+1/C3 串联电容的总电容的倒数等于各电容倒数之和.,五、 电磁和电磁感应,1、磁场 磁体的性质 具有吸引铁、镍、钴等物质的性质称为磁性。具有磁性的物体叫作磁体。 1）吸铁性 2）具有N极和S极 3）不可分割性： N极和S极必定同时存在 4）磁极间的相互作用：同性磁极互相排斥，异性磁极互相吸引。 5）磁化：铁磁性材料放在磁体近旁能被磁化。,五、 电磁和电

21、磁感应,磁场和磁力线 磁体周围存在的磁力作用的空间,称为磁场。互不接触的磁体之间具有的相互作用力，就是通过磁场进行传递的。磁场是一种看不见，而又摸不着的特殊物质。 1）磁场是用磁力线进行形象 描述的。 2）在磁体外部，磁力线由N 极指向S极，在磁体内部，磁 力线由S极指向N极。这样磁 力线在磁体内外形成一条闭 合曲线,五、 电磁和电磁感应,3）在磁力线上任何一点切线方向就是磁针在磁力作用下N极所指的方向。 4）在磁极附近磁力线最密，表示磁场最强；磁体中间磁力线较稀，则磁场较弱。 2、磁场的物理量 磁感应强度（磁通密度）B 穿过垂直于磁力线方向单位面积上的磁力线的数量用“B”表示，单位：特斯拉。

22、磁感应强度表示磁场源在特定环境下的效果。,五、 电磁和电磁感应,磁通量 ：穿过某一截面的磁力线数量的物理量，韦伯。 磁链 ：线圈穿过的磁通与线圈匝数的乘积 =N 磁导率 ：表征磁介质磁性的物理量，等于磁介质中磁感应强度B与磁场强度H之比。 磁场强度H：线圈安匝数的一个表征量，反映磁场的源强弱。定义为磁通密度B除以真空磁导率0再减去磁化强度M,真空的磁导率,3、安培定则 电流周围存在着磁场，产生磁场的根本原因是电流。磁场总是伴随着电流而存在，而电流则永远被磁场所包围。我们把电流产生磁场的现象称为电流的磁效应。,五、电磁和电磁感应,安培定则表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则，也叫右手螺

23、旋定则。 直线电流的安培定则 用右手握直导线，大拇指伸直，指向电流的方向，则其余四指弯曲所指方向即为磁场的方向 通有电流的直导线，其周围的磁场可以用同心圆环的磁力线来表示。电流愈大，线圆环愈密，磁场愈强。,五、电磁和电磁感应,环形电流的安培定则 让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，那么伸直的大拇指所指的方向就是环形电流中心轴线上磁感线的方向。 通有电流的线圈的磁场强弱 与线圈匝数和线圈内电流的 大小有关。电流大磁场强； 匝数越多，磁场也越强,五、电磁和电磁感应,4、磁场对载流导线的作用力 磁场对载流导体产生的作用力称为电磁力。 通电导体在磁场中受力的 方向，可以应用左手定则 来确定。 将左手

24、平伸，拇指与四指 垂直并在一个平面上，使掌 心迎着磁力线，磁力线垂直 穿过手心，四指指向电流方 向，则拇指所指的方向就是导线受力的方向为电磁力方 向。 平行载流直导线间的相互作用力,五、电磁和电磁感应,5、电磁感应 当导体与磁力线之间有相对切割运动时，这个导体中就有电动势产生。当导体放在变化的磁场中时，导体中就有电动势产生。以上现象称为电磁感应现象。由电磁感应现象所产生的电动势叫做感应电动势，由感应电动势所产生的电流叫做感应电流。 导体与磁力线间做相对切割运动时，所产生的感应电动势的方向可用右手定则来确定。,五、电磁和电磁感应,伸出右手，拇指与其余四指垂直，让磁力线垂直穿过手心，拇指的指向代表

25、导线运动的方向，则其余四指的指向就是感应电动势的方向。,五、电磁和电磁感应,发电机就是利用电磁感应原理制成的。图为一直流发电机的原理图，磁场固定不变，线圈在外力作用下按顺时针方向旋转，此时，导体AB、CD在磁场中运动切割磁力线，产生感应电动势和感应电流，其方向可按右手定则进行判断。,五、电磁和电磁感应,五、电磁和电磁感应,楞次定律 线圈中的感应电流所产生的磁通，其方向总是力图阻碍原有的磁力线的变化。,五、 电磁和电磁感应,6、涡流 把一个线圈绕在一个实心铁柱上，当线圈中通过变化的电流时，铁心中就有变化的磁通通过，在铁心柱内部会产生感应电动势，它会在垂直于磁通的铁心柱断面内产生自成闭合回路的环流

26、，看起来就象水中的旋涡 ，称为涡流。 计算公式： 减小办法： 1)增大铁心材料的电阻率。 2）将铁心沿磁场方向剖分为许多薄片相互绝缘后再叠合成铁心，以增加涡流路径的电阻。,五、 电磁和电磁感应,7、自感、互感 自感现象 流过线圈本身的电流变化而在线圈内部产生电磁感应的现象，叫自感现象。它所产生的电动势和电流叫自感电动势和自感电流。 互感现象 两个没有电联系的线圈之间，在一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中会产生的感生电动势，反之亦然，这种现象叫互感现象。,五、 电磁和电磁感应,同名端 当两个电流在耦合线圈中产生的磁场方向相同时，两个电流流入（流出）的两个端钮为同名端。 当外加电流由一线圈的端

27、钮流入且增大时，其耦合线圈感应电动势，在同名端引起较异名端高的电位，并由同名端向外电路流出电流。,五、电磁和电磁感应,8、电感元件 电感元件：电感元件是一种储能元件,电感元件的原始模型为导线绕成圆柱线圈.当线圈中通以电流i,在线圈中就会产生磁通量,并储存能量. 电感元件是指电感器（电感线圈）和各种变压器。 电压电流关系： 储能计算：,六、 单相正弦交流电路,1、正弦交流电的基本概念 电压、电流、电动势等的大小和方向均按正弦波形状周期性变化的叫做正弦交流电，如图所示为一正弦交流电压波形图。,eEm sint,基本物理量 1）瞬时值：交流电的大小是随时间变化的，我们把交流电在某一时刻的大小称为交流

28、电的瞬时值。瞬时值一般用小写字母e、u、i来表示。 2）最大值：最大的瞬时值称为最大值，最大值也称为振幅或峰值。在公式eEmsint中，由于sint的最大值等于1，所以Em即为电动势的最大值。最大值常用符号Em、Um、Im表示。,六、 单相正弦交流电路,3）有效值：一个交流电通过一个电阻在一个周期时间内所产生的热量和某一直流电通过同一电阻在相同的时间内产生的热量相等，这个直流电的量值就称为交流电的的有效值 正弦交流电的有效值等于交流电的最大值的 ，即,六、 单相正弦交流电路,4） 周期：交流电每循环一次所需要的时间叫周期。周期用符号T来表示，单位是秒（s）。 5）频率：指ls内交流电重复变化的

29、次数，用字母f表示，单位是赫兹(Hz)。 周期和频率互为倒数，即 6）角频率： 通常称为角频率，指正弦量相位增加的速率，单位是弧度秒(rads)。 交流电变化一个周期T，其角度 T2 ，因此角频率与周期的关系为,六、 单相正弦交流电路,7）相位：( t)及t 是表示正弦交流电瞬时变 化的一个角度，称为相位或相角 初相位：t0时的相位，称为初相位或初相角。 图示的e1，其初相位为，e2的初相位为零。 8）相位差：两个同频率交流 电的相位之差叫相位差，用 字母表示，即 （t1）（t2） （12）,六、 单相正弦交流电路,2、正弦量的表示法 正弦函数式 如u =U m sin (t) i=15sin

30、(314t+300) 最大值、角频率、初相位为 三要素 曲线法 波形图直观地体现了交流电的最大值、频率或角频率及周期、初相位。波形图中横坐标表示时间t或电角度t，以纵坐标表示交流电压、电流等电量。瞬时值式子和波形图之间可以相互转换。,六、 单相正弦交流电路,相量图 取一带箭头的线段表示正弦量， 线段的长度表示正弦量有效 值的大小，在开始旋转的那 一瞬间，相量与横坐标轴正方 向的夹角表示初相角，并让相 量以角速度反时针旋转，则此旋转相量每个瞬间在纵坐标轴上的投影便是正弦量的各个瞬时 值，为简化作图其直角坐标和旋转方向可不画出。正弦交流电用相量表示后，它们的和差运算就可以采用相量加减的方法进行。,

31、六、 单相正弦交流电路,3、正弦交流电路中的电阻元件 在实际生活中：由白炽灯、电烙铁、电阻炉或电阻器组成的交流电路都可近似地看成是纯电阻电路。 图为在电阻R上施加交流电压 的情形，按欧 姆定律，电阻中流过的电流为,六、 单相正弦交流电路,电阻的电压u与电流iR同相。在图l一22(b) 分别表示电压、电流的波形图和相量图。,六、 单相正弦交流电路,4、正弦交流电路中的电感元件 图为单一电感电路，表示在电感为L的线圈上施加交流电压，若在线圈产生的电流 由 可得 在L两端产生感应电压 从式中可以看出，电压u超前 电流iL 900。 电感电路电压电流有效值关系为,六、 单相正弦交流电路,XL表示线圈对

32、交流电流的阻碍作用，称为感抗，单位为欧姆()。感抗XL与 成正比。 左所示为由一个线圈构成的纯电感电路的波形图，右所示为电感电压电流相量图。,六、 单相正弦交流电路,5、正弦交流电路中的电容元件 电容C上加交流电压 的电路。 由 可得电容电流应为 电流iC比电压u超前900。,六、 单相正弦交流电路,XC表示电容器对交流电流的阻碍作用，称为容抗，单位为欧姆()。容抗XC与 成反比。 左所示为由一个电容构成的纯电容电路的波形图，右所示为电容电压电流相量图。,六、 单相正弦交流电路,六、 单相正弦交流电路,6、电阻、电感、电容元件串联的正弦交流电路 RLC串联电路的电流相同，以各元件电流 i=I

33、m sint为参考量。XLXC,当XLXC ，情况如何，思考？ 当XL=XC ，情况如何，思考？,总电压U的大小可以用勾股定理得 电压超前电流，称此电路 为感性电路。若相反， 此时称为容性电路，其电压电流的相位差,六、 单相正弦交流电路,六、 单相正弦交流电路,7、复阻抗和复导纳 复阻抗：表示对电流阻碍的性质，它是一个复数，实部是电阻R，虚部是电抗X，复阻抗不是相量。 Z=U/I=R+jX 复导纳：它是一个复数，实部是电导G，虚部是电纳B。Y=I/U=G+jB 8、复阻抗和复导纳的等效变换,9、功率 交流电路的电压和电流为： 瞬时功率 有功功率：瞬时功率在一个周期内的平均值叫有功功率，它是负载

34、在单位时间内得到的能量，会被负载转化为其他能量。单位：瓦特 PU I cos ,六、 单相正弦交流电路,无功功率 电源提供的能量有一部分没有消耗，而是储存在电路中，称为无功功率，单位为乏(var) QU I sin 视在功率 U 、I的乘积称为视在功率，单位为伏安(VA) SU I 功率因数 有功功率与视在功率的比值叫功率因素，它是表明电源功率利用率的一个系数。,六、 单相正弦交流电路,六、 单相正弦交流电路,10、功率因数的提高 原因：正弦电流电路中，负载从电源获得有功功率和无功功率。电源设备的额定容量一定，不能超过额定值，负载功率因数越低，电源提供的有功功率越少，此时通过线路的电流越大，导

35、线上的能量损耗和电压降越大，引起负载电压降低，影响负载工作。所以需要提高功率因数，减少电源提供的无功功率。,六、 单相正弦交流电路,方法：提高功率因数最常用的方法就是在需要无功的用电或供电设备上并联无功补偿电容器 由原来的功率因数补偿到所需要的功率因数，需要并联的电容器容量可用下式计算：,六、 单相正弦交流电路,11、谐振 串联谐振： 在电阻、电感及电容所组成的串联电路内，当容抗XC与感抗XL相等时，即XCXL，电路中的电压U与电流I的相位相同，电路呈现纯电阻性，这种现象叫串联谐振(也称为电压谐振)。 当电路发生串联谐振时，电路的阻抗 Z2=R2+（XC-XL）2 = R2 此时电路中总阻抗最

36、小，电流将达到最大值。,六、 单相正弦交流电路,并联谐振：在电感和电容并联的电路中，当电容的大小恰恰使电路中的电压与电流同相位，即电源电能全部为电阻消耗，成为电阻电路时，叫作并联谐振。 并联谐振是一种完全的补偿，电源无需提供无功功率，只提供电阻所需要的有功功率。谐振时，电路的总电流最小，而支路的电流往往大于电路的总电流，因此，并联谐振也称为电流谐振。,七、 三相正弦交流电路,1、对称三相交流电 由三相交流电源和三相负载组成的电路，叫三相交流电路。三相交流电源是由三个最大值相等，频率相同，相互的相位差为1200的电动势作为供电的体系。三相电动势可由三相发电机提供，它们的三相电动势的瞬时表达式为,

37、对称三相交流电势之和为零，对于对称三相电流也成立。三相电动势到达最大值的先后次序叫做相序。在图中，最先到达最大值的是eU，其次是eV，再次是eW 正序：UV一W 负序：UWV U V W三相母线以 黄 绿 红色以示区别,七、 三相正弦交流电路,2、三相电源和三相负载的连接 3、 三相电路中的电压和电流 1）三相电源的Y形连接(星形连接) 连接方法： 将三个产生三相电压电源的一端作为公共端，再由另一端引出线与负载相连，公共点N称为中点。 相电压：每相绕组二端的电压称为相电压，用Uu、Uv、Uw表示。在有中线时，相电压就是各相线与中线之间的电压。 线电压：两根相线之间的电压称为线电压，用UUV、U

38、VW、UWU表示。,七、 三相正弦交流电路,有中线的三相制叫三相四线制，如图a所示； 无中线的三相制叫做三相三线制，如图b所示。,七、 三相正弦交流电路,各线电压相量图： 线电压与相电压的数量关系 两者的相位关系是：线电压超前对应的相电压300。,七、 三相正弦交流电路,2）三相电源形连接(三角形连接) 连接方式：将三相发电机每一相绕组的末端和另一相绕组的始端依次相接的连接方式 线电压等于相电压，即UL Up。,七、 三相正弦交流电路,3）负荷连接原则 当三相负荷的额定电压等于电源的相电压时，负荷应接成星形。 当三相负荷的额定电压等于电源的线电压时，负荷应接成三角形。 单相负荷也根据其额定电压

39、等于电源电压的原则确定应接入相电压还是线电压。单相负荷应均匀分配在三相上，使三相电源上的负荷尽量平衡。,七、 三相正弦交流电路,4）三相负载星形连接 连接方式：把三相负载的末端连成一点，负荷首端分别接以三相电源的三相线上，这叫三相负荷星形连接。 相电流：流过每相负载的 电流叫做相电流，记为IP。 线电流：流过相线的电流 叫做线电流，记为IL。 线电流与相电流： IL = IP 线电压与相电压：,七、 三相正弦交流电路,5）三相负荷的三角形连接 连接方式：把三相负载分别接在三相电源每两根相线之间的接法，称为负荷的三角形连接 相电压就是线电压，即 ULUP 线电流的大小为相电流 的 倍，即,七、

40、三相正弦交流电路,线电流在相位上比对应的相电流滞后300。,七、 三相正弦交流电路,七、 三相正弦交流电路,三相对称电路具有对称性，计算过程可以简化。,设N点为参考节点列写节点电压方程为：,4、对称三相电路的计算,中线电流为“0”，又因三相电源、负载均对称，所以：,七、 三相正弦交流电路,总结： （1）Y-Y对称三相电路可以不要中线。 （2）三相电路中的各组电压、电流均为对称组。 （3）只计算一相，其他两相可直接写出。对于Y- 联接的三相对称电路，可利用Y- 变换为Y-Y，再进行计算。,七、 三相正弦交流电路,七、 三相正弦交流电路,5、不对称三相电路 概念 三相交流电的物理量（电势、电压、电

41、流）大小不等，或相位互差不是120，称三相电路不对称。 原因 三相电源电势不对称，三相负载不对称，故障 正序、负序和零序 正序：A-B-C 负序：A-C-B 零序：三者同相,不对称三相电路的计算,1）负载三角形联接 A：线路阻抗为零，电源线电压加于每相负载上， 一相一相算相电流，再利用KCL求线电流。 B：线路阻抗不为零，将三角形联接转化为星形连接。 2）负载星形联接,七、 三相正弦交流电路,若,结论：不对称三相负载的星形联接必须采用三相四线制，不能省掉中性线，以保证不对称负载上所加电压为电源对称的相电压。且中线上不得接熔断器和开关，要用机械强度高的导线。,七、 三相正弦交流电路,6、三相电路

42、的功率 在三相交流电路中，三相负载消耗的总功率(有功功率)为各相负载消耗功率之和 式中的UU、UV、UW为各相电压，IU、IV、IW为各相电流，cos U、cos V、cos W为各相功率因数。在对称三相电路中，各相电压、相电流的有效值相等，功率因数也相等，因而上式变为,七、 三相正弦交流电路,在实际工作中，测量线电流比测量相电流要方便些，三相功率的计算常用线电流、线电压来表示。 当对称负载作Y形连接时，有功功率为 当对称负载作形连接时，有功功率 因此，对称负载不论是连成星形还是连成三角形，其总有功功率均为,七、 三相正弦交流电路,式中的仍是相电压与相电流之间的相位差，而不是线电压与线电流间的相位差 对称三相负载的无功功率为 三相负载的视在功率,七、 三相正弦交流电路,五、 三相正弦交流电路,7、不对称三相电压和电流对称分量 正序对称分量：模相等、频率相同、相位依次相差120，相序 负序对称分量：模相等、频率相同、相位依次相差120，相序 零序对称分量：模相等、频率相同、相位相同,五、 三相正弦交流电路,不对称三相正弦量由对称分量表示为 对称分量由不对称三相正弦量表示为：,八、非正弦周期电流电路,1、非正弦周期信号 各种激励和响应的波