電工與電子技術(shù)①

1、l在復(fù)雜電路中，電流的實(shí)際方向很難判斷，為了分析 問題方便，可以任意規(guī)定某一方向?yàn)殡娏鞣较?，并?箭頭表示在電路圖上，將此稱為電流的參考方向。 l如電流的實(shí)際方向與參考方向一致，則電流為正值； 如果兩者相反，則電流為負(fù)值。 圖1-2 電流的參考方向 l由物理學(xué)知道，電路中A、B兩點(diǎn)的電壓是將單位正電 荷由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)電場(chǎng)力所做的功。電壓用u表示， 即 l當(dāng)電壓的量值和方向都不隨時(shí)間變化時(shí)，稱為直流電 壓，用U來表示 q W U AB AB dq dw u l式中，q電荷電量(C)； WAB電荷由A點(diǎn)移至B點(diǎn)電場(chǎng)力所做 的功(J)； UABA、B兩點(diǎn)間的電壓(V)。 常用的電壓單位還有千伏(

2、 kV)、毫伏 ( mV)和微伏(V)，它們之間的換算關(guān)系是 1 kV103 V106 mV109 V q W U AB AB l與電流類似，在電路分析中也要規(guī)定電壓的參考方向， 通常有3種表示方法： (1)采用正()、負(fù)()極性表示，稱為參考極性。 這時(shí)，從正極性端指向負(fù)極性端的方向就是電壓的參 考方向。 (2)采用實(shí)線箭頭表示。 (3)采用雙下標(biāo)表示，UAB表示電壓的參數(shù)方向由 A指向B。 圖1-3 電壓的參考方向 UAB 圖1-4 電流和電壓的參考方向 l電壓的參考方向規(guī)定之后，當(dāng)電壓的實(shí)際方向 與參考方向一致時(shí)，電壓為正值；反之，電壓 為負(fù)值。 任一元件的電流參考方向和電壓參考方向 可

3、以分別獨(dú)立規(guī)定，但為了分析方便，常使同 一元件的電流參考方向與電壓參考方向一致， 稱為關(guān)聯(lián)參考方向。 l如下圖所示，（a）中電流和電壓的參考方向 為關(guān)聯(lián)參考方向，而（b）為非關(guān)聯(lián)參考方向。 l設(shè)導(dǎo)體兩端電壓為U，通過導(dǎo)體橫截面的電量為q，電場(chǎng) 力所做的功為：W = q U ，而q = I t， W = U I t l單位：W焦耳（J）；U伏特（V）； I安培（A）；t 秒（s）。 電能 l電能的主單位是焦（耳），符號(hào)J。實(shí)際生 活中還采用千瓦小時(shí)（kWh），為電能的 單位。簡稱度。 1 kWh3.6106 J=1度 l電場(chǎng)力所做的功即電路所消耗的電能W = U I t。 l電流做功的過程實(shí)際上

4、是電能轉(zhuǎn)化為其他 形式的能的過程。 l在一段時(shí)間內(nèi)，電路產(chǎn)生或消耗的電能與 時(shí)間的比值。 l或 l單位：P瓦特（W）。 W P t PUI 式中，P電功率(W)； U電壓(V)； I電流(A)。 功率的單位為瓦（特），常用的有千瓦（kW）、兆瓦（MW） 和毫瓦（mW）。 一段電路，若P0，表明該段電路吸收功率；若P0， 則表明該段電路供出功率。 P=UI l實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟 電流的平方、導(dǎo)體的電阻和通電時(shí)間成正比， 這就是焦耳定律。 Q = I2 R t 單位：Q焦耳（J）；I安培（A）； R歐姆 （）；t秒（s） l額定功率、額定電壓：用電器上標(biāo)明的電功率 和電壓，叫

5、用電器的額定功率和額定電壓。若 給用電器加上額定電壓，它的功率就是額定功 率，此時(shí)用電器正常工作。若加在它上面的電 壓改變，則它的實(shí)際功率也改變。 l有一220 V / 60 W的白熾燈接在220 V的供電線路 上，它消耗的功率為多大？若加在它兩端的電 壓為110 V，它消耗的功率為多少？（不考慮溫 度對(duì)電阻的影響） l1.一個(gè)電阻元件，當(dāng)其電流減為原來的一半時(shí)，其功 率為原來的（）。 l2.220V,40W的白熾燈正常發(fā)光（）h，消耗電能為1度。 l3.某禮堂有40盞白熾燈，每盞燈的功率為100W，則全 部燈點(diǎn)亮2h,消耗的電能為（）kW.h。 l4.某導(dǎo)體的電阻是1，通過它的電流是1A,那

6、么在 1min內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量是（）C，它消耗的 功率是（）W。 l電路元件理想電路元件，是電路元件理想 化的模型。 l電阻元件R，只表示消耗電能的元件。 l電感元件L，表示周圍空間存在著磁場(chǎng)而 可以儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的元件。 l電容元件C，表示周圍空間存在著電場(chǎng)而 可以儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的元件。 l電路模型：實(shí)際電路可以用一個(gè)或若干個(gè)理想電路元 件經(jīng)理想導(dǎo)體連接起來模擬。 l建模：用理想電路元件或它們的組合模擬實(shí)際元件， 建立其模型。 l舉例：一個(gè)線圈的建模。直流電下是一個(gè)電阻元件； 電流變化情況下是一個(gè)電阻元件加一個(gè)電感元件；電 流變化很快時(shí)還得加上一個(gè)電容元件。 l本書中涉及的電路均指由理想

7、電路元件構(gòu)成的電路模 型。 l1電能和電功的計(jì)算。 l2額定電壓和額定功率的概念。 l3焦耳定律的內(nèi)容。 1.電阻的串并、聯(lián)電阻的串并、聯(lián) 串聯(lián)串聯(lián) 并聯(lián)并聯(lián) I = I1 = I2 = =In I = I1 + I2 + In U = U1 + U2 + +Un R = R1 + R2 + Rn U = U1 = U2 = = Un 1/R = 1/R1 +1/ R2+ 1/Rn IR =I1 R1 =I2 R2 =In Rn U/R =U1/ R1 +U2/ R2 + Un / Rn 總電流與各電阻電流相等總電流與各電阻電流相等 總電壓為各電阻電壓之和總電壓為各電阻電壓之和 總電阻為各電阻

8、之和總電阻為各電阻之和 電阻越大分得的電壓越大電阻越大分得的電壓越大 總電流為各之路電流之和總電流為各之路電流之和 各電阻電壓與干路電壓相等各電阻電壓與干路電壓相等 總電阻倒數(shù)為各電阻倒數(shù)之和總電阻倒數(shù)為各電阻倒數(shù)之和 電阻越小流過的電流越大電阻越小流過的電流越大 串聯(lián)串聯(lián): 分壓，通過電阻的電流分壓，通過電阻的電流 相相 等；電阻越大電阻兩端電壓等；電阻越大電阻兩端電壓 越大越大 并聯(lián)并聯(lián): 分流，電阻兩端的電壓分流，電阻兩端的電壓 相相 等；電阻越小通過電阻的電等；電阻越小通過電阻的電 流越大流越大 串聯(lián)電阻特點(diǎn) 并聯(lián)電阻特點(diǎn) I = I1 = I2 = =In U = U1 +U 2+

9、+Un R = R1 + R2 + Rn I = I1 + I2 + In U = U1 = U2 = = Un 1/R = 1/R1 +1/ R2+ 1/Rn 串聯(lián)電路的總電阻的阻值比任何一個(gè)分電阻的 阻值都大。 電阻并聯(lián)后，總電阻的阻值比任何一個(gè)分電阻電阻并聯(lián)后，總電阻的阻值比任何一個(gè)分電阻 的阻值小的阻值小 電容的串、并聯(lián) 當(dāng)電容為串聯(lián)或并聯(lián)組合時(shí)，可用一個(gè)等效電容當(dāng)電容為串聯(lián)或并聯(lián)組合時(shí)，可用一個(gè)等效電容 來替代。來替代。 一、電容的串并聯(lián)一、電容的串并聯(lián) 1 1、串聯(lián)、串聯(lián) u1 u2 u n C1C2 C n + + + - - - u i i C u + + - - u 1/C

10、=1/C1+ 1/C2+ 1/C n i1 + - u i C1C2Cn i2 in C=C1+C2+Cn i C u + + - - u 2 2、并聯(lián)、并聯(lián) 基爾霍夫定律概括了電路中電流和電基爾霍夫定律概括了電路中電流和電 壓分別遵循的基本規(guī)律，是用以分析和計(jì)算壓分別遵循的基本規(guī)律，是用以分析和計(jì)算 電路的基本依據(jù)。電路的基本依據(jù)。 KCL適用于電路中的任一適用于電路中的任一“節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)”， KVL適用于適用于電路中的任一電路中的任一“回路回路” lKCL基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律 lKVL基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律 l1、支路：、支路： l（1）每個(gè)元件就是一條支路 l（2）串聯(lián)

11、的元件我們視它為一條支路 l（3）流入等于流出的電流的支路 l2、節(jié)點(diǎn)：、節(jié)點(diǎn)： l（1）支路與支路的連接點(diǎn) l（2）兩條以上的支路的連接點(diǎn) l（3）廣義節(jié)點(diǎn)（任意閉合面） l l3、回路：、回路： l（1）閉合的支路 l（2）閉合節(jié)點(diǎn)的集合。 l4、網(wǎng)孔：、網(wǎng)孔： l（1）其內(nèi)部不包含任何支路的回路 l（2）網(wǎng)孔一定是回路，但回路不一定是 網(wǎng)孔 l集中參數(shù)電路：電阻、電容、電感都集中到一 點(diǎn)，能量損耗、電場(chǎng)儲(chǔ)能、磁場(chǎng)儲(chǔ)能過程也分 別集中在電阻、電容、電感元件中進(jìn)行。稱 這些電阻、電容、電感元件為集中參數(shù) 元件，由集中參數(shù)元件組成的電路為集 中參數(shù)電路。 l 對(duì)于任一集中參數(shù)電路中的任一節(jié)點(diǎn)，

12、在對(duì)于任一集中參數(shù)電路中的任一節(jié)點(diǎn)，在 任一瞬間，流出（或流入）該節(jié)點(diǎn)的所有支路任一瞬間，流出（或流入）該節(jié)點(diǎn)的所有支路 電流的代數(shù)和等于零。電流的代數(shù)和等于零。 1 ( )0 n k k i t KCL反映了電路中會(huì)合到任一節(jié)點(diǎn)的各反映了電路中會(huì)合到任一節(jié)點(diǎn)的各 電流間相互約束關(guān)系。電流間相互約束關(guān)系。 對(duì)上圖所示電路，取流出節(jié)點(diǎn)的支路電流對(duì)上圖所示電路，取流出節(jié)點(diǎn)的支路電流 為正，流入為負(fù)（或取流入為正，流出為負(fù)）為正，流入為負(fù)（或取流入為正，流出為負(fù)） 則有：則有： 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) -i2+i3+i4=0 lKCL的實(shí)質(zhì)是電流的實(shí)質(zhì)是電流連續(xù)性原理在集中參數(shù)電路連續(xù)性原理在集中參數(shù)電路 中的表

13、現(xiàn)。所謂電流連續(xù)性：在任何一個(gè)無限中的表現(xiàn)。所謂電流連續(xù)性：在任何一個(gè)無限 小的時(shí)間間隔里，流入節(jié)點(diǎn)和流出節(jié)點(diǎn)的電流小的時(shí)間間隔里，流入節(jié)點(diǎn)和流出節(jié)點(diǎn)的電流 必然是相等的，或在節(jié)點(diǎn)上不可能有電荷的積必然是相等的，或在節(jié)點(diǎn)上不可能有電荷的積 累，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)上電荷守恒。累，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)上電荷守恒。 l對(duì)于任一集中參數(shù)電路中的任一回路，在任一對(duì)于任一集中參數(shù)電路中的任一回路，在任一 瞬間，沿該回路的所有支路電壓的代數(shù)和等于瞬間，沿該回路的所有支路電壓的代數(shù)和等于 零。零。 lKVLKVL反映了回路中各支路電壓間的相互約束關(guān)反映了回路中各支路電壓間的相互約束關(guān) 系。系。 1 ( )0 n k k v t

14、 對(duì)右圖所示電路，取支對(duì)右圖所示電路，取支 路電壓方方向與回路方向路電壓方方向與回路方向 一致時(shí)為正，否則為負(fù)，一致時(shí)為正，否則為負(fù)， 則有則有 回路回路 v4-v5+v6=0 回路回路 -v1+v5-v4-v3=0 l電路中要有電流通過，就必須在電路兩端保持電壓， 電路中的電源就是完成這一任務(wù)的設(shè)備，它的工作實(shí) 質(zhì)就是將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能。 如圖是電源工作的示意圖。虛線內(nèi)為電源，A是 電源的正極，B是電源的負(fù)極，R為用電器。 圖1-5 電源工作示意圖 電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì) l電源的工作就是把正電荷從B極通過電源內(nèi)部移動(dòng)到A 極，或者把負(fù)電荷從A極移動(dòng)到B極。在這個(gè)過程中外 力要克服電場(chǎng)力做功，

15、而將其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能。 不同的電源這種做功的本領(lǐng)大小不同。電源的這種本 領(lǐng)，我們用“電動(dòng)勢(shì)”這個(gè)物理量來表示。 外力把正電荷通過電源內(nèi)部從B極移動(dòng)到A極所做 的功為W，與所移動(dòng)電荷量q的比值，稱為電源的電動(dòng) 勢(shì)。規(guī)定電動(dòng)勢(shì)的方向從電源負(fù)極指向正極。電動(dòng)勢(shì) 的方向與其端電壓U的方向相反。 W E q 式中，W功(J)； q電量(C)； E電動(dòng)勢(shì)(V)。 電位電位 l分析電路時(shí)常用到“電位”這一物理量。在電路中任選一點(diǎn)作 為參考點(diǎn)，用符號(hào)“”表示，規(guī)定該點(diǎn)的電位為零。如果參 考點(diǎn)為O，則電路任一點(diǎn)A的電位為 VAUAO l參考點(diǎn)本身的電位為零，VO=0，參考點(diǎn)又叫零電位點(diǎn)。 l如果已知A、B

16、兩點(diǎn)的電位各為VA、VB，則兩點(diǎn)間的電壓為 UABUAOUOBUAOUBOVAVB 即兩點(diǎn)間的電壓等于這兩點(diǎn)的電位之差，又叫電位差。 l電壓和電位都是非常抽象的物理量，它們之間 既有區(qū)別又有聯(lián)系。電路某點(diǎn)的電位與參考點(diǎn) 有關(guān)，即參考點(diǎn)不同，電路中同一點(diǎn)的電位不 同，但電路中任意兩點(diǎn)間的電壓與參考點(diǎn)的位 置無關(guān)。 l復(fù)習(xí)高中學(xué)過的正弦函數(shù) y o 2 4 1 1 x 2 4 ysinx y=Asinx；y=Asin(2x+y) 周期T=2 最大值：當(dāng)x=/2 ，y(max)=1 最小值：當(dāng)x=3/2，y(min)=-1 零值點(diǎn)： (k,0) l正弦交流電正弦交流電: l 電流或電壓的大小和方向隨

17、時(shí)間按正弦規(guī)律變電流或電壓的大小和方向隨時(shí)間按正弦規(guī)律變 化化. 數(shù)學(xué)表示式為數(shù)學(xué)表示式為: u tUu sin m i tIi sin m I Im m 2 T i t O 角頻率：角頻率： 幅值：幅值： 初相角：初相角： 0m sintIi f T 2 2 T f 1 t O 工頻工頻50赫茲周期赫茲周期 為為20毫秒角頻率毫秒角頻率314 rad/s 相位角：相位角：0 t 初相位初相位： 0 初相位等于初相位等于 相位差相位差 : 兩個(gè)兩個(gè)同頻率同頻率正弦量相位差等于正弦量相位差等于初相位之差初相位之差。 i t )sin( m0 tIi O 0 )sin( 1m tUu )()( 2

18、1 tt 21 )sin( 2m tIi 相位差：相位差： 兩個(gè)兩個(gè)同頻率同頻率正弦量相位差等于正弦量相位差等于初相位之差初相位之差。 l最大值 ：Im、Um l有效值：有效值：與其熱效應(yīng)相等的直流電量的大小。與其熱效應(yīng)相等的直流電量的大小。I、U dtRi T 2 0 RTI 2 則有則有 T ti T I 0 2 d 1 T ttI T 1 0 22 m dsin 2 m I 同理：同理： 2 m U U 2 m E E 已知一正弦信號(hào)源的電壓幅值為已知一正弦信號(hào)源的電壓幅值為10 mV10 mV，初相位為，初相位為3030， 頻率為頻率為1 000 Hz1 000 Hz，則電壓瞬時(shí)值表達(dá)

19、式為，則電壓瞬時(shí)值表達(dá)式為_。 )30314sin(210)(ttu )30314sin(10)(ttu )30 2000sin(210)(ttu)30 2000sin(10)(ttu A D C B 如圖所示，某正弦電流波形圖，其瞬時(shí)值表達(dá)式為如圖所示，某正弦電流波形圖，其瞬時(shí)值表達(dá)式為_。 )90314sin(210ti)90314sin(10ti )90314sin(10ti)904.31sin(10ti A B CD a j b A +1 0 r 根據(jù)歐拉公式根據(jù)歐拉公式: e j= cos+ j sin A = r e j 指數(shù)式指數(shù)式 A = r 極坐標(biāo)式極坐標(biāo)式 A= a+j b

20、 A= r(cos +j sin ) 1.復(fù)數(shù) 模模 幅角幅角 2.2正弦量的相量表示法正弦量的相量表示法 = arctan( b/a ) 22 bar a = r cos b = r sin 其中其中 i y t 一個(gè)復(fù)數(shù)的幅角等于正弦量的初相角，一個(gè)復(fù)數(shù)的幅角等于正弦量的初相角， 復(fù)數(shù)的復(fù)數(shù)的 模等于正弦量的最大值或有效值，該復(fù)數(shù)稱為模等于正弦量的最大值或有效值，該復(fù)數(shù)稱為 正弦量的相量。正弦量的相量。 tIi m sin m mII 初相角初相角 幅值幅值 相量相量 mm UU . tUusin m UU . 有效值相量有效值相量 最大值相量最大值相量 1 j 0 30 60 I1m I

21、2m 畫出相量圖畫出相量圖 相相 量量 圖圖 分析：根據(jù)分析：根據(jù)i1、 、i2的幅值、 的幅值、 初相角，可直接寫出其相量；初相角，可直接寫出其相量； 根據(jù)相量畫出相量圖。根據(jù)相量畫出相量圖。 例例 若若 i1= 8sin( t+30)A, i2= 6sin( t+60)A 按照正弦量的大小和相位關(guān)系畫出的若干按照正弦量的大小和相位關(guān)系畫出的若干 相量的圖形，稱為相量的圖形，稱為相量圖相量圖。 注意：注意： 只有只有正弦周期量正弦周期量才能用相量表示；才能用相量表示； 只有只有同頻率同頻率的正弦量才能畫在同一相量圖上；的正弦量才能畫在同一相量圖上； 相量是相量是正弦交流電的復(fù)數(shù)，正弦交流電正

22、弦交流電的復(fù)數(shù)，正弦交流電 是時(shí)間的函數(shù)，二者之間是時(shí)間的函數(shù)，二者之間并并。 相量圖中，可以用幅值相量，也可化為有效值相量圖中，可以用幅值相量，也可化為有效值 相量，但是有效值相量在縱軸上的投影不再代相量，但是有效值相量在縱軸上的投影不再代 表正弦量的瞬時(shí)值。表正弦量的瞬時(shí)值。 l2.3.1 電阻元件 lU和i為關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，根據(jù)歐姆定律得出， i=u/R或u=Ri 電感線圈電感線圈 電感電感線圈是由線圈是由導(dǎo)線導(dǎo)線一圈靠一圈地繞在絕緣管上，導(dǎo)線一圈靠一圈地繞在絕緣管上，導(dǎo)線 彼此互相絕緣，而絕緣管可以是空心的，也可以包含鐵芯彼此互相絕緣，而絕緣管可以是空心的，也可以包含鐵芯 或磁粉芯，簡

23、稱電感。用或磁粉芯，簡稱電感。用L L表示，單位有表示，單位有亨利亨利(H)(H)、毫亨利、毫亨利 (mH)(mH)、微亨利、微亨利(uH)(uH)。 電感是利用電磁感應(yīng)的原理進(jìn)行工作的電感是利用電磁感應(yīng)的原理進(jìn)行工作的. .當(dāng)有電流流過當(dāng)有電流流過 一根導(dǎo)線時(shí)一根導(dǎo)線時(shí), ,就會(huì)在這根導(dǎo)線的周圍產(chǎn)生一定的電磁場(chǎng)就會(huì)在這根導(dǎo)線的周圍產(chǎn)生一定的電磁場(chǎng), ,而而 這個(gè)電磁場(chǎng)的導(dǎo)線本身又會(huì)對(duì)處在這個(gè)電磁場(chǎng)范圍內(nèi)的導(dǎo)這個(gè)電磁場(chǎng)的導(dǎo)線本身又會(huì)對(duì)處在這個(gè)電磁場(chǎng)范圍內(nèi)的導(dǎo) 線發(fā)生感應(yīng)作用線發(fā)生感應(yīng)作用. . l右手螺旋定則： l(1)通電直導(dǎo)線：用右手握住通電直導(dǎo)線，讓大拇 指指向電流的方向，那么四指的指向

24、就是磁感線的環(huán) 繞方向； l(2)通電螺線管：用右手握住通電螺線管，使四指 彎曲與電流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通 電螺線管的N極。 l（3）磁感線方向判斷：在磁體外部磁感線由N極 指向S極，在磁體內(nèi)部由S極指向N 極。 定義：定義：一個(gè)二端元件如果在任一時(shí)刻一個(gè)二端元件如果在任一時(shí)刻t，它的磁通，它的磁通(t),同同 它的電流它的電流i（t）之間的關(guān)系可以用）之間的關(guān)系可以用i，平面上一條曲平面上一條曲 線來確定，則此元件稱電感元件。線來確定，則此元件稱電感元件。 磁通磁通L與電流與電流i參考方向關(guān)聯(lián)時(shí)參考方向關(guān)聯(lián)時(shí)：L=Li L=Li lL自感磁鏈自感磁鏈 l L電感系數(shù)，電感電感

25、系數(shù)，電感 l電感電感L單位有單位有 亨利亨利(H)、毫亨利、毫亨利 (mH)、微亨利、微亨利 (uH)。 l1H=103mH=106uH l電感為常數(shù)時(shí)，稱之為線性電感元件。電感為常數(shù)時(shí)，稱之為線性電感元件。 圖1-13 線圈的磁通和磁鏈圖1-14 線性電感元件 i + 線圈線圈N匝匝 （此圖只畫出一匝） 磁通磁通 u N N匝線圈產(chǎn)生的磁通總和稱為磁鏈：匝線圈產(chǎn)生的磁通總和稱為磁鏈： Li 磁鏈與電流成比例：磁鏈與電流成比例： 磁通的參考方向與電流的參考方向符合右手螺旋法則磁通的參考方向與電流的參考方向符合右手螺旋法則 L稱為電感，無鐵心線圈稱為電感，無鐵心線圈L是常數(shù)是常數(shù) 2.3.2電

26、感 若選擇電感若選擇電感u、i的方向?yàn)殛P(guān)聯(lián)參考方向的方向?yàn)殛P(guān)聯(lián)參考方向 1 1）數(shù)量關(guān)系：）數(shù)量關(guān)系： 2 2）相位關(guān)系：）相位關(guān)系： 3 3）相量關(guān)系：）相量關(guān)系： LL IXU L LL LIU? 2 iu LLj IXU L 電壓超前電流電壓超前電流9090度度 LX L 感抗感抗 或 圖1-15 線性電容元件 當(dāng)電壓參考極性與極板儲(chǔ)存 電荷的極性一致時(shí)，線性電容元件 所儲(chǔ)存的電荷與電容C關(guān)系為： 電容C-表征電容元件特性的參數(shù)。 （電感H-表征電感元件特性的參數(shù)。） 單位為法拉，符號(hào)F。通常還用微法（F），皮法（pF）。 1F=106 F=1012 pF 1 1）數(shù)量關(guān)系：）數(shù)量關(guān)系：

27、 2 2）相位關(guān)系：）相位關(guān)系： 3 3）相量關(guān)系：）相量關(guān)系： 電壓滯后電流電壓滯后電流9090度度 CC IXU C 2 ui C I C U 1 C 容抗容抗 C 1 X C C C Cj IXU 或 單一參數(shù)正弦交流電路中的關(guān)系總結(jié) t i Lu d d t u Ci d d iRu 基本關(guān)系基本關(guān)系 I IL LU U I I C C 1 1 U U R RI IU U I IX X L L I IX X C C 有效值關(guān)系有效值關(guān)系 RIU IXU L j IXU C j 相量式相量式 U I U I U I 相量圖相量圖 i iu u 9090 i iu u 9 90 0 i i

28、u u 相位關(guān)系相位關(guān)系 L C R 參數(shù)參數(shù) 有功功率有功功率I IU UP P0P P0P P 無功功率無功功率0Q QI IU UQ QI IU UQ Q 2.6 功率因數(shù)的提高功率因數(shù)的提高 問題的提出問題的提出：日常生活中很多負(fù)載為感性的，日常生活中很多負(fù)載為感性的， 其等效電路及相量關(guān)系如下圖。其等效電路及相量關(guān)系如下圖。 u i R L R u L u 當(dāng)當(dāng)U、P 一定時(shí)，一定時(shí)， 希望將希望將 cos 提高提高 U I RU LU P = PR = UIcos 其中消耗的有功功率為：其中消耗的有功功率為： cosI (1) 設(shè)備不能充分利用。設(shè)備不能充分利用。 (2) 當(dāng)輸出相

29、同的有功功率時(shí)，線路上電流大當(dāng)輸出相同的有功功率時(shí)，線路上電流大 I=P/(Ucos )，線路壓降損耗大。，線路壓降損耗大。 功率因數(shù)低帶來的問題功率因數(shù)低帶來的問題： 解決辦法解決辦法：改進(jìn)自身設(shè)備；：改進(jìn)自身設(shè)備； 并聯(lián)電容，提高功率因數(shù)。并聯(lián)電容，提高功率因數(shù)。 例例 40W白熾燈白熾燈 1cos 40W日光燈日光燈 5 . 0cos A364. 0 5 . 0220 40 cos U P I 發(fā)電與供電發(fā)電與供電 設(shè)備的容量設(shè)備的容量 要求較大要求較大 供電局一般要求用戶的供電局一般要求用戶的 ， 否則受處罰。否則受處罰。 85. 0cos A182. 0 220 40 U P Ico

30、sUIP A102 220 104400 U S I 4 3 e 例題例題1：一臺(tái)發(fā)電機(jī)的額定電壓為：一臺(tái)發(fā)電機(jī)的額定電壓為220V，輸出的總功，輸出的總功 率為率為4400kVA。（。（1）該發(fā)電機(jī)向額定電壓）該發(fā)電機(jī)向額定電壓220V，有，有 功功率為功功率為4.4kW，功率因數(shù)為，功率因數(shù)為0.5的用電器供電，能使的用電器供電，能使 多少這樣的用電器正常工作？（多少這樣的用電器正常工作？（2）若把用電器的功）若把用電器的功 率因數(shù)提高到率因數(shù)提高到0.8，又能使多少個(gè)用電器正常工作。，又能使多少個(gè)用電器正常工作。 40A 0.5220 4400 Ucos P I 個(gè)500 40 102

31、I I In 4 e e 發(fā)電機(jī)額定電流發(fā)電機(jī)額定電流 cos=0.5=0.5時(shí)，時(shí)，每每 個(gè)用電器的電流個(gè)用電器的電流 發(fā)電機(jī)供給用電器個(gè)數(shù)發(fā)電機(jī)供給用電器個(gè)數(shù) 1、提高供電設(shè)備的能量利用率。、提高供電設(shè)備的能量利用率。 A102 220 104400 U S I 4 3 e 例題例題1：一臺(tái)發(fā)電機(jī)的額定電壓為：一臺(tái)發(fā)電機(jī)的額定電壓為220V，輸出的總功，輸出的總功 率為率為4400kVA。（。（1）該發(fā)電機(jī)向額定電壓）該發(fā)電機(jī)向額定電壓220V，有，有 功功率為功功率為4.4kW，功率因數(shù)為，功率因數(shù)為0.5的用電器供電，能使的用電器供電，能使 多少這樣的用電器正常工作？（多少這樣的用電器

32、正常工作？（2）若把用電器的功）若把用電器的功 率因數(shù)提高到率因數(shù)提高到0.8，又能使多少個(gè)用電器正常工作。，又能使多少個(gè)用電器正常工作。 25A 0.8220 4400 Ucos P I 個(gè)800 25 102 I I In 4 e e 發(fā)電機(jī)額定電流發(fā)電機(jī)額定電流 cos=0.8=0.8時(shí)，時(shí)，每每 個(gè)用電器的電流個(gè)用電器的電流 發(fā)電機(jī)供給用電器個(gè)數(shù)發(fā)電機(jī)供給用電器個(gè)數(shù) 1、提高供電設(shè)備的能量利用率。、提高供電設(shè)備的能量利用率。 純電阻電路純電阻電路 )0( 1cos 1cos0R-L-C串聯(lián)電路串聯(lián)電路 )9090( 純電感電路或純電感電路或 純電容電路純電容電路 0cos)90( 電動(dòng)

33、機(jī)電動(dòng)機(jī) 空載空載 滿載滿載 3 . 02 . 0cos 9 . 07 . 0cos 日光燈日光燈 （R-L-C串聯(lián)電路）串聯(lián)電路） 6 . 05 . 0cos 常用電路的功率因數(shù)常用電路的功率因數(shù) 提高功率因數(shù)的原則提高功率因數(shù)的原則： 必須保證原負(fù)載的工作狀態(tài)不變。即：加至負(fù)必須保證原負(fù)載的工作狀態(tài)不變。即：加至負(fù) 載上的電壓和負(fù)載的有功功率不變。載上的電壓和負(fù)載的有功功率不變。 提高功率因數(shù)的措施提高功率因數(shù)的措施: 并電容并電容 u i R L R u L u C RLI CI I 1 并聯(lián)電容值的計(jì)算并聯(lián)電容值的計(jì)算 u i R L R u L u C 設(shè)原電路的功率因數(shù)為設(shè)原電路的

34、功率因數(shù)為 cos L，要求補(bǔ)償?shù)?，要求補(bǔ)償?shù)?cos 需并聯(lián)多大電容（設(shè)需并聯(lián)多大電容（設(shè) U、P 為已知）為已知） ？ U C I C + U - R L I 1 I 1 I C I I U 1 相量圖相量圖 因?yàn)橐驗(yàn)镮C=UC sinsin 11 III C sin cos sin cos 1 1 U P U P 即即: :sinsin 11 IICU )tan(tan 1 2 U P C 所以所以 11sin I sinI )tan(tan 2 L U P C i u R L R u L u C 正弦交流發(fā)電機(jī)原理圖 正弦交流發(fā)電機(jī)的主要部 分是線圈和磁極。 線圈：多用銅線繞成矩 形，

35、有許多匝，匝數(shù)越多，產(chǎn) 生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。 磁極：至少一對(duì)，多的 達(dá)40對(duì)以上。磁極對(duì)數(shù)越多 的發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生的交流電的變 化速度越快。圖示發(fā)電機(jī)的磁 極對(duì)數(shù)為一對(duì)。 線圈處于磁極中性面位置（如圖示 位置）并逆時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí)， =0，轉(zhuǎn)至與 磁極中線平行時(shí)， 最大；邊轉(zhuǎn)至邊的 位置時(shí)，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)半周，這個(gè)半周中 除了這兩個(gè)位置，A點(diǎn)的電位高于B點(diǎn) 的電位，電動(dòng)勢(shì)為正。此后的另一半 周中，B點(diǎn)的電位高于A點(diǎn)的電位，電 動(dòng)勢(shì)為負(fù)。故圖示發(fā)電機(jī)(一對(duì)磁極發(fā) 電機(jī))的線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，電動(dòng)勢(shì)正、負(fù) 變化一次。流過負(fù)載的電流的方向也 就隨線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周而變化一次。 e e 電能可以由水能（水力發(fā)電）、熱能電能可以由水

36、能（水力發(fā)電）、熱能 （火力發(fā)電）、核能（核能發(fā)電）、化學(xué)能（火力發(fā)電）、核能（核能發(fā)電）、化學(xué)能 （電池）、太陽能（太陽能電站）等轉(zhuǎn)換而得。（電池）、太陽能（太陽能電站）等轉(zhuǎn)換而得。 而各種電站、發(fā)電廠，其能量的轉(zhuǎn)換由三相發(fā)而各種電站、發(fā)電廠，其能量的轉(zhuǎn)換由三相發(fā) 電機(jī)來完成。電機(jī)來完成。 如：三峽電站，三相水輪發(fā)電機(jī)將水能轉(zhuǎn)換為如：三峽電站，三相水輪發(fā)電機(jī)將水能轉(zhuǎn)換為 電能；火電站，三相氣輪發(fā)電機(jī)將燃燒煤炭產(chǎn)電能；火電站，三相氣輪發(fā)電機(jī)將燃燒煤炭產(chǎn) 生的熱能轉(zhuǎn)換為電能。三相交流電是如何產(chǎn)生？生的熱能轉(zhuǎn)換為電能。三相交流電是如何產(chǎn)生？ 有何特點(diǎn)？有何特點(diǎn)？ 2.7 三相交流電源 1 、三相電

37、源、三相電源 三相交流電一般是由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的，下圖(a)為三 相交流發(fā)電機(jī)的示意圖。 三相發(fā)電機(jī)示意圖 定子定子 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 鐵心鐵心（作為導(dǎo)磁路經(jīng)）（作為導(dǎo)磁路經(jīng)） 三相繞組三相繞組 : 直流勵(lì)磁的電磁鐵直流勵(lì)磁的電磁鐵 定子定子 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu) 對(duì)稱三相交流電相電壓的瞬時(shí)值分別為 以相量形式表示為 120EEV 0EE U UU . Uv . U U 三相電動(dòng)勢(shì)的特征：三相電動(dòng)勢(shì)的特征： 大小相等，頻率大小相等，頻率 相同，相位差互為相同，相位差互為120120 2sin UP uUt 2sin120o VP uUt 2sin2402sin120 oo WPP uUt

38、Ut 240120 WUUU （b）相量圖（a）波形圖 3 2 3 2 uWuUuV O t e 三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)的波形圖和相量圖 1200 1200 UV . UW . UU . - (1) 聯(lián)接方式聯(lián)接方式 中性點(diǎn)中性點(diǎn) CBA UUU 、 CABCAB UUU 、 、Up C U + + B U + A U 、Ul X Y Z N B C A eA + eC + eB + AB U + + BC U + CA U 三相三線制三相三線制 中性點(diǎn)中性點(diǎn) 零線（中線）零線（中線） 火線（相線或端線）火線（相線或端線） 火線（相線或端線）火線（相線或端線） 火線（相線或端線）火線（相線或端線） X

39、 X Y Y Z Z 三相四線制三相四線制 通常將三個(gè)末端聯(lián)在一起，稱為中性點(diǎn)或零點(diǎn)，用通常將三個(gè)末端聯(lián)在一起，稱為中性點(diǎn)或零點(diǎn)，用 N N表示，從中性點(diǎn)表示，從中性點(diǎn)N N引出的導(dǎo)線稱為中性線。引出的導(dǎo)線稱為中性線。 從三個(gè)首端從三個(gè)首端U U、V V、W W分別引出相線（即火線）。分別引出相線（即火線）。 星形接法星形接法 U U V V W W N N 相電壓（相電壓（U UP P）：火線和零線間的電壓）：火線和零線間的電壓 線電壓線電壓(U(U1 1) )：火線間的電壓：火線間的電壓 線電壓和相電壓在線電壓和相電壓在大小大小上的關(guān)系：上的關(guān)系： 中性點(diǎn)中性點(diǎn) 零線（中線）零線（中線） 火線（相線或端線）火線（相線或端線） 火線（相線或端線）