綜采維修電工培訓(xùn)教案解析

1、山西焦煤綜團有限責(zé)任維司員修職電技能工訓(xùn)叢書主編郝利榮煤炭工業(yè)出版社內(nèi)容提要本書是山西焦煤集團有限責(zé)任公司員工職業(yè)技能培訓(xùn)叢書之一。內(nèi)容包括：電工基礎(chǔ)、電子技術(shù)基礎(chǔ)、變壓器與交流異步電動機、綜采工作面安全供電及供電系統(tǒng)、綜采電氣設(shè)備、采煤機和刮板輸送機的電氣控制、礦用電纜等，并附有綜采維修電工技能鑒定標(biāo)準(zhǔn)。本書可作為參加煤炭行業(yè)職業(yè)技能鑒定、技能大賽的有關(guān)人員及綜采維修電工技能培訓(xùn)的教材，也可供有關(guān)工程技術(shù)人員與管理人員學(xué)習(xí)參考。2006年8月第1版2006年8月第1次印刷社內(nèi)編號5589定價31.00元前言綜合機械化采煤是煤礦現(xiàn)代化采煤的主要生產(chǎn)方式，它使回采工作面的主要生產(chǎn)工序連同平巷運輸

2、等環(huán)節(jié)都實現(xiàn)了機械化和連續(xù)化。隨著我國煤炭工業(yè)的迅速發(fā)展，采煤工作面綜合機械化的程度迅速提高，機電設(shè)備單機容量和總的容量不斷增大，綜采設(shè)備不斷向重型化、強力化發(fā)展，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)越來越復(fù)雜，技術(shù)越來越先進(jìn)，這就為綜采設(shè)備的安裝、回撤、使用、維護提出了較高的要求。綜采工作面電氣設(shè)備的維修是綜采工作面生產(chǎn)過程中極為重要的組成部分。由于綜采電氣設(shè)備的類型和數(shù)量很多，工作環(huán)境惡劣，所以要求有較多的備件和專門維護。在綜采工作面，一個部件發(fā)生故障后，如果不及時修復(fù)或因配件供應(yīng)不及時而無法更換，就有可能妨礙整個工作面的正常推進(jìn)。因此，加強電氣設(shè)備的維修具有重要的意義。綜采維修電工是指使用機具及儀表從事綜采工作面的

3、供電、通信、控制等電氣設(shè)備的定檢、維護、檢修的技術(shù)工人。綜采維修電工的職責(zé)是：保證本職范圍內(nèi)電氣設(shè)備的安全、可靠運行；清楚工作環(huán)境的安全狀況，熟知相關(guān)的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，熟悉維修范圍內(nèi)的供電系統(tǒng)、設(shè)備分布以及電纜、設(shè)備的運行情況；熟悉出現(xiàn)事故時停電順序和人員撤離路線；掌握機電設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理性能和事故的處理方法，忠于職守、精心維護、遵守各種規(guī)章制度。為了創(chuàng)建學(xué)習(xí)型企業(yè)，全面提高員工素質(zhì)，為員工學(xué)習(xí)技術(shù)、掌握技能和業(yè)務(wù)，以及為技能大賽和技能鑒定提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的教材和學(xué)習(xí)資料，山西焦煤集團有限責(zé)任公司組織編寫了山西焦煤集團公司員工必讀叢書，綜采維修電工是這套叢書之一。該書按照中華人民共和國工人技術(shù)等級標(biāo)準(zhǔn)

4、煤炭行業(yè)）對綜采維修電工的要求而編寫的。全書共分八章。第一章至第四章為基本知識和基本理論，主要內(nèi)容有電工基礎(chǔ)、電子技術(shù)基礎(chǔ)、變壓器與交流異步電動機、綜采工作面安全供電及其供電系統(tǒng)等；第五章至第八章為實際操作技能，主要內(nèi)容有綜采電氣設(shè)備的工作原理及其維護、檢修、故障分析，礦用電纜，綜采工作面通信控制和照明系統(tǒng)等。在本書編寫過程中，針對煤礦綜采工作面電氣設(shè)備的特點，努力貫徹“理論聯(lián)系實際”的原則，在內(nèi)容上由淺入深，循序漸進(jìn)，既注重了基礎(chǔ)知識和基本技能，又注重了知識的綜合運用以及知識與能力的轉(zhuǎn)化，使教材更貼近實際和應(yīng)用。在文字的敘述上，力求簡明、通俗，便于自學(xué)、易于理解。為了適應(yīng)生產(chǎn)需要，書中還適當(dāng)

5、地編入了調(diào)壓調(diào)頻啟動器、電牽引采煤機的電氣控制等新技術(shù)和新設(shè)備。本書由郝利榮任主編，裴劍平、邵佩林、張志高任副主編，參加編寫的人員有邵佩林、韓錫鈺、曹學(xué)貴、李雙珠、張光斌、常玉春、任學(xué)明，書中插圖由任學(xué)明繪制。在本書編審過程中，得到了太原礦山機器集團有限公司、太原惠特科技有限公司、西山煤礦總公司設(shè)備租賃公司、西銘礦機電科、職教辦等有關(guān)單位的大力支持和幫助，在此表示衷心的感謝。由于時間倉促，水平有限，書中難免有不當(dāng)之處，懇請廣大讀者批評指正。編者2006年6月第一章電工基礎(chǔ)第一節(jié)直流電路的基本概念與基本定律3第二節(jié)電感、電容與電磁感應(yīng)第三節(jié)正弦交流電路18第四節(jié)三相正弦交流電路36第二章電子技術(shù)

6、基礎(chǔ)42第一節(jié)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識第二節(jié)晶體二極管與三極管第三節(jié)三極管的放大電路第四節(jié)整流濾波與穩(wěn)壓電路第五節(jié)數(shù)字電路基礎(chǔ)知識4244.53.66.76.第二章變壓器與交流異步電動機83第一節(jié)變壓器83第二節(jié)交流異步電動機89第四章綜采工作面安全供電及供電系統(tǒng)98第一節(jié)綜采工作面安全供電98第二節(jié)綜采工作面供電系統(tǒng)106第三節(jié)供電保護第五章綜采電氣設(shè)備133第一節(jié)礦用隔爆高壓配電裝置133第二節(jié)移動變電站142第三節(jié)礦用低壓饋電開關(guān)155第四節(jié)隔爆型電磁啟動器164.第六章采煤機和刮板輸送機的電氣控制185第一節(jié)采煤機電氣控制685第二節(jié)刮板輸送機電氣控制第七章礦用電纜21521522022122

7、3228第一節(jié)概述第二節(jié)電纜的敷設(shè)與維護第三節(jié)電纜的連接第四節(jié)電纜的現(xiàn)場修補第五節(jié)電纜的故障及處理第八章綜采工作面通信控制與照明系統(tǒng)231第一節(jié)CK-2型通信控制系統(tǒng)231第二節(jié)ZXZ8-2.5(4)-11(111)型246第三節(jié)綜采照明253附錄：綜采維修電工職業(yè)技能鑒定標(biāo)準(zhǔn)258參考文獻(xiàn)265第一章電工基礎(chǔ)學(xué)習(xí)提示本章主要介紹直流電路的基本概念與基本定律，電感、電容與電磁感應(yīng)，正弦交流電路,三相正弦交流電路等。初級工應(yīng)掌握電路的基本概念；中、高級工應(yīng)掌握電路的基本原理,看懂電路圖；技師、高級技師必須全面掌握電工基礎(chǔ)知識，能看懂和繪制復(fù)雜的電路圖。第一節(jié)直流電路的基本概念與基本定律、電路的組

8、成與作用電路就是電流通過的路徑。它的作用是實現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換。電路主要由電源、負(fù)載、導(dǎo)線和控制設(shè)備四部分組成，可分為外電路和內(nèi)電路。從電源端經(jīng)過負(fù)載再回到電源另一端的電路稱為外電路。電源內(nèi)部的通路稱為內(nèi)電路。電源：電路中電能的來源，是將其他形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的裝置，是電路中的原動力，如發(fā)電機、蓄電池等。（2）負(fù)載：即用電設(shè)施，也叫負(fù)荷，如電動機、燈泡等。（3）導(dǎo)線：連接電源與負(fù)載的裝置。（4）控制設(shè)備：改變電路狀態(tài)或保護電路不受損壞的裝置，如開關(guān)、熔斷器等。二、電路的基本物理量1. 電流在電場力的作用下，自由電子或離子所發(fā)生的有規(guī)則的運動稱為電流。為了計量電流的強弱，人們規(guī)定電流強度這一物

9、理量。電流強度是在電場力的作用下單位時間內(nèi)通過某一導(dǎo)體截面的電量。如果電流強度不隨時間而變化，則稱這種電流為直流電流，簡稱直流。電流強度簡稱電流，其表達(dá)式為：I=¥（1-D式中I電流,A；Q電量,C；電流的單位是安培（A），即在1秒（s）內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電量為1庫侖（C）時，貝u電流為1安培（A）。在計量小電流時，常用毫安（mA）、微安（“A）為單位，而計量大電流時則采用千安（kA）。其關(guān)系為1mA-IO-3A1uA=IO-6A1kA二IO3A人們習(xí)慣上規(guī)定正電荷運動的方向（或負(fù)電荷運動的相反方向）為電流的方向。2. 電壓和電位電壓是衡量電場做功能力大小的一個物理量。如圖1-1所示，

10、設(shè)在電場力F的作用下，正電荷Q由A移到B，移動距離為1AB，則電場力所做的功為圖1-1電荷在均勻電場中的電位電場力把單位正電荷從A點移到B點所做的功，稱為該兩點間的電壓UAB,用公式表示為：皿=卷（1-2）若電場力將1庫侖（C）的正電荷從A點移到B點，所做的功是1焦耳（J），則A、B間的電壓值為1伏特（V），即伏特擢翻常用的單位還有千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（“V）。1mV=10-3V1MV=10"6V1kV=103V如果選定電路中某一點為參考點，則電路中其他各點與參考點之間的電壓就有一個確定的電壓值（UAO、UBO）,這些電壓值稱為以O(shè)為參考點的各點電位，用符號V表示，如圖1

11、-1所示。在電場中任意兩點間的電壓稱為兩點間的電位差，即Uab=VaVb（1-3）電位的單位與電壓的單位相同。電壓和電位是有區(qū)別的，電路中某兩點間電壓的大小是絕對的，與參考點無關(guān)；而某點電位的大小則是相對的，隨參考點而變。電壓的方向總是從高電位到低電位，即電位降的方向。3. 電動勢電動勢是衡量電源將非電能轉(zhuǎn)換成電能本領(lǐng)的物理量。電源中，外力將單位的正電荷從電源的負(fù)極移到正極所做的功，稱為電源的電動勢，用E表示，即(1-4)電動勢的單位也與電位的單位相同。電動勢的方向是由電源的負(fù)極指向正極，因此電動勢的方向與電壓的方向相反，這是兩者的區(qū)別。在數(shù)值關(guān)系上，電動勢等于電源內(nèi)部電壓降與負(fù)載兩端的電壓降

12、之和，即E=Ir+IR如忽略電源內(nèi)部的電壓降ir則電動勢就等于負(fù)載兩端的電壓降，即E=IR當(dāng)外電路即負(fù)載)開路時，則電動勢就等于電路的開路電壓。4. 電阻導(dǎo)體對電流的阻礙作用稱為電阻，用符號R表示，單位為歐姆(Q),簡稱歐。如果導(dǎo)體的兩端電壓為1V通過電流為1A，則該導(dǎo)體的電阻為1Q,即(1-5)電阻電路電阻常用的單位還有千歐(kQ)和兆歐(MQ)，其換算關(guān)系為：1m=io3n1Mn-io3kn=io6n實驗證明，導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體截面成反比，與導(dǎo)體長度成正比，并且還與導(dǎo)體的材料有關(guān)。用公式表示為：R=S式中I導(dǎo)體長度,m;S導(dǎo)體的截面積,mm2;p電阻系數(shù),Qmm2/m0三、歐姆定律、電功和電

13、功率1. 歐姆定律1)段無源電路的歐姆定律在一段電路中不含電動勢，僅有電阻，如圖1-2所示。這段電路電阻中流過的電流與加在電阻兩端的電壓成正比，與電阻的大小成反比，即1=¥(1-6)電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)，引用電導(dǎo)G后，歐姆定律還可以寫成：Oi=OU(1-7)2)全電路歐姆定律全電路是含有電源的閉合電路，如圖1-3所示。圖中E為電源電動勢，rO為電源的內(nèi)阻，R為負(fù)載電阻。右E，圖1-3含電源的閉合電路全電路歐姆定律的內(nèi)容是：全電路中的電流強度與電源的電動勢成正比，與整個電路中(即內(nèi)電路和外電路)的電阻成反比，其數(shù)學(xué)式為：(1-8)由上式可得E訴+心U外+U內(nèi)(1-9)全電路中的電壓與電流

14、的變化規(guī)律表現(xiàn)為如下幾個方面：(1) 電路處于通路狀態(tài)時，當(dāng)負(fù)載電阻減小時，電路中電流增大，電源端電壓將略有下降。電路處于斷路狀態(tài)時，如圖1-4所示，電路的特征可用下列各式表示:J=0U=EPe=O丿即：外電路電阻對電源來說等于無限大，電路中電流為零，電源端電壓等于電源電動勢,電源不輸出電能。(DJ圖1-4空載短路狀態(tài)時(電源的兩端a和b由于某種原因連在一起)如圖1-5所示，電路的特征可用下列各式表示:R0電源短路時，外電路電阻可視為零，電流不再流過負(fù)載，回路中僅含電源內(nèi)阻，這時電流很大稱為短路電流。短路電流可使電源遭受電磁力的沖擊與熱的損傷而損壞。電源所產(chǎn)生的能量全被內(nèi)阻所消耗。2. 電功與

15、電功率1)電功電流通過電動機會帶動機器轉(zhuǎn)動，電流通過電爐會發(fā)出大量的熱，電流通過電燈會發(fā)光，這些能量的傳遞和轉(zhuǎn)換，說明電流做功，電流所做的功稱為電功，用符號W表示。電功的大小跟通過電器的電流和加在用電器兩端的電壓及通電時間有關(guān)。其計算公式為：UQ二5=卩=(1-12)電功的單位是焦耳(J)但實用上焦耳太小，而用千瓦時(kwh),即度為單位，其換1kwh二3.6X106J算關(guān)系為：2)電功率電流在單位時間內(nèi)所做的功稱電功率。其計算公式為：P二巴二二誓(1-13)tK電功率常用的單位瓦特(w)、千瓦(kw)，其關(guān)系為：1kW-103W1mW=10-3W由式(1T3可以看出：(1) 當(dāng)電器的電阻一定

16、時，電器消耗的功率與電流的平方或電壓的平方成正比。例如，電流或電壓是原來的2倍，功率則是原來功率的4倍。(2) 當(dāng)流過用電器的電流一定時，電功率與電阻成正比。在串聯(lián)電路中，各電阻消耗的功率與電阻成正比。(3) 當(dāng)加在電器兩端的電壓一定時，功率與電阻成反比。并聯(lián)電路，每個電阻消耗功率與其電阻成反比。四、電阻的串、并聯(lián)電路1. 電阻的串聯(lián)幾個電阻一個接一個地連接起來，中間沒有分支，這種連法稱為串聯(lián)。如圖1-6(a)所示為兩個電阻串聯(lián)電路。電阻串聯(lián)的特點：(1) 通過各電阻的是同一個電流；(2) 總電壓等于各電阻上電壓之和，即U=U1+u2(3) 等效電阻R等于各電阻之和，即于是可以把電路等效成如圖

17、1-6(b)所示。各電阻上的電壓分別為：Ru2=r2iR2可見，串聯(lián)各電阻上的電壓與相應(yīng)的電阻成正比。o1。riU；|tuR“;II1Ioo1._-II圖1-6電阻串聯(lián)電路2. 電阻的并聯(lián)幾個電阻連接在兩個公共節(jié)點之間，這種連法稱為并聯(lián)。如圖1-7(a)所示，表示兩個電阻并聯(lián)。電阻并聯(lián)的特點：(1) 各電阻兩端是同一電壓；(2) 總電流I等于各并聯(lián)電阻中電流之和，即I=Il+h等效電阻R的倒數(shù)，等于各電阻倒數(shù)之和，即(1-16)丄丄R式(1-16也可寫成:G=G+G?(117)于是，可以把電路等效成如圖1-7(b所示。圖1-7電阻并聯(lián)電路兩個電阻并聯(lián)時，式(1T6)可以寫成:Ri+R2則兩并聯(lián)

18、電阻上的電流分別為:鼻1RiRiRiRi+R2RIRiRi+R2(1-19)可見，并聯(lián)各電阻上的電流與相應(yīng)的電阻成反比。3. 電阻混聯(lián)電路中既有串聯(lián)又有并聯(lián)，這樣的聯(lián)接方式叫混聯(lián)。對于這樣的電路，首先將混聯(lián)電路簡化成一個無分支電路，再進(jìn)行電流電壓計算，簡化方法是：(1) 找出混聯(lián)電路中等電位點進(jìn)行編號，將電阻對號接入各點；(2) 畫出簡化電路。第二節(jié)電感、電容與電磁感應(yīng)、電容器1. 電容器和電容量被絕緣材料分隔開的兩個導(dǎo)體，就組成一個電容器。圖1-8所示為一個簡單的平板電容器及其圖形符號。金屬板A、B稱為極板，極板中間的絕緣材料稱為介質(zhì)。如果兩極板接上直流電源，在電場力的作用下，自由電子由電源

19、負(fù)極移到極板B上，使極板B帶負(fù)電荷；同時極板A帶等量的正電荷，直到極板間的電壓與電源電壓相等為止，這種現(xiàn)象叫充電。充電完成后，極板所帶的電量與外加電壓U的大小成正比，即QCU(1-20)+介質(zhì)圖平板電容器式中的比例常數(shù)C稱為電容器的電容量，簡稱電容。它的大小完全取決于電容器的結(jié)構(gòu)，是一個固定不變的量，與所帶電量或兩端電壓大小無關(guān)。在同樣電壓下,c越大，則Q越大，所以電容量表示單位電壓下電容器1個極板上儲存電荷量的能力，可寫為：C=g仃-21)式中Q電容器1個極板上儲存的電量£；U電容器兩極板間的電壓,V。當(dāng)U=1V時，Q=1C時，電容器C=1法拉(F)。由于法拉這個單位太大，通常采用

20、較小的單位微法(mF)和皮法(pF),其換算關(guān)系為：1fiF-10_6F1pF=10_6F=10_12F2.電容器的串聯(lián)兩個或兩個以上的電容器正、負(fù)極板依次連接的方式，叫電容器的串聯(lián)，如圖1-9所示。串聯(lián)電容器的特點是：(1)每個電容器所帶電量相等，并等于等效電容器上所帶的電量，即QQiQ2(2)總電壓等于各電容器兩端電壓之和，即L/=U+U?總電容的倒數(shù)等于各電容器電容的倒數(shù)和，即丄二丄+丄cClc2由此得兩個串聯(lián)電容器的等效電容為：C1C2C1+C2(1-22)(1-23)(1-24)串聯(lián)電容器兩端承受的電壓與其電容量成反比即111當(dāng)兩個電容器串聯(lián)時，各電容器兩端承受的電壓分別為:U1C2

21、Cc2ClC1+C2(125)由此可見，電容器串聯(lián)時總電容量比其中任一串聯(lián)電容器的電容量小。串聯(lián)電容器越多,總電容量越小。而且，電容器串聯(lián)時，電容器電容量越小，承受的電壓會越高。5=Fci圖1-9兩個電容串聯(lián)電路圖1-10兩個電容器的并聯(lián)電路3. 電容器的并聯(lián)兩個或兩個以上的電容器，同性極板連接在一起的連接方式叫做電容器的并聯(lián)，如圖1-10所示。并聯(lián)電容器的特點：(1)每個電容器兩端電壓相同，并等于外加電壓，即(1-26)(1-27)(1-28)Ui=u2(2)并聯(lián)電容器的總電量等于各電容器電量之和，即Q=Qi十Q2(3) 并聯(lián)后的總電容等于各電容量之和，即CCi+C2由此可見，并聯(lián)電容器的總

22、電容比其中任一個電容器的電容量都大。而且并聯(lián)電容器越多，總電容量越大。因此，在電容量不能滿足要求的情況下，可以用幾個電容器并聯(lián)使用,但最高工作電壓按并聯(lián)電器中最小額定工作電壓確定。二、電流的磁場實驗表明，產(chǎn)生磁場的根本原因是電流。在載流導(dǎo)體或永久磁鐵的周圍存在著磁場，磁場是物質(zhì)的一種特殊形態(tài)。磁場有兩種表現(xiàn)形式：一是磁場對處在磁場內(nèi)的載流導(dǎo)體或鐵磁物質(zhì)有力的作用，在對磁場做相對運動的導(dǎo)體上能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；二是磁場具有能量。為了使磁場形象化，可用磁力線來描繪磁場。磁力線都是些閉合曲線，線上任一點的切線方向即為該點的磁場方向，如圖1-11(a)所示。載流導(dǎo)體周圍的磁場方向與產(chǎn)生該磁場電流方向有關(guān)

23、系，磁場的方向與電流方向之間關(guān)系可用右手螺旋定則來確定。用右手握住通電導(dǎo)體，拇指伸直并指向電流方向，則其余四指所指的方向便是磁力線即磁場方向，如圖1-11(b)所示。對于通電螺旋線圈周圍的磁場，磁場方向也用右手螺旋定則判斷，四指指向線圈中的電流方向，伸直的拇指就表示磁力線的方向，如圖1-11(c)所示。磁力線方向3)2)圖1-11磁場及其方向的判定(a)電流磁場方向；(小載流導(dǎo)體磁力線方向；(門螺旋線圈磁力線方向三、磁場的基本物理量圖1-12導(dǎo)體受到的作用力1.磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度是表示磁場內(nèi)某點磁場的強弱和方向的一個物理量，其大小可用該點磁場作用于1m長、通過1A電流的導(dǎo)體在磁場中所受到的力

24、來衡量，如圖1-12所示，即皆鴛(-29)式中B磁感應(yīng)強度,T;F電磁力,N;I電流,A；/導(dǎo)體長度,m°磁感應(yīng)強度的單位有：特斯拉(T)、韋伯/米$(Wb/n?)、高斯(Gs)、牛/安米(N/A-m)圖1-12導(dǎo)體受到的作用力1特斯拉門姦(聶卜勢罟)W高斯G)2. 磁通磁感應(yīng)強度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積，稱為通過該面積的磁通，即=BS(1-30)磁通的單位是韋伯(Wb)，簡稱韋。為了把磁通、磁感應(yīng)強度與磁力線密切聯(lián)系起來，把垂直穿過單位面積上的磁力線數(shù)叫磁感應(yīng)強度，也叫做磁通密度，即B=|(1-31)3. 磁勢要使電路中產(chǎn)生電流必須有電源電動勢。同樣，要使線圈中產(chǎn)生磁通，必

25、須要有磁勢。通常把電流與線圈匝數(shù)N的乘積叫磁勢(FC),即(1-32)FC=N/磁勢的單位是安(A)。磁勢愈大，產(chǎn)生的磁通愈大，說明磁場愈強。4. 磁場強度表示磁場強弱的一個輔助計算量，通過它來確定磁場與電流的關(guān)系。磁力線通過的閉合路徑叫磁路。如果磁路長為L,則磁場強度為：H二甲(1-33)在數(shù)值上表示單位磁路長度上所加的磁勢，其單位有:安/厘米(A/cm)、安/米(A/m)05. 磁導(dǎo)率S)磁導(dǎo)率是用來表示磁場媒質(zhì)的磁性的物理量，也就是用來衡量物質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量。它與磁場強度的乘積就等于磁感應(yīng)強度，即(134)例如，有兩個完全相同的線圈，一個線圈內(nèi)以磁鋼做心，一個以銅做心。這兩個線圈內(nèi)的媒

26、質(zhì)不同，則磁導(dǎo)率“不同，通入同樣大小的電流所產(chǎn)生的磁通也不同。因此，磁感應(yīng)強度隨著媒質(zhì)的不同而不同。磁導(dǎo)率的實用單位為亨利/米真空中的磁導(dǎo)率為儀=47rX10-7H/mo任一媒質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空中的磁導(dǎo)率之比叫做相對磁導(dǎo)率用Mr表示，即1L“0表示在其他條件相同的情況下，媒質(zhì)中的磁感應(yīng)強度是真空中的多少倍。從以上分析可知，磁導(dǎo)率M只與磁路材料有關(guān)，M愈大說明材料的導(dǎo)磁性能愈好，也就是說能夠用較小的磁場強度產(chǎn)生較大的磁通密度。四、對載流直導(dǎo)線的作用力把一根通有電流I的導(dǎo)線垂直放入均勻磁場中，如圖1T3(a)所示，載流導(dǎo)線在磁場中受力F的大小與磁通密度B、導(dǎo)線電流I及導(dǎo)線有效長度成正比。B圖1-13

27、磁場對通電導(dǎo)體的作用力如果導(dǎo)線l以任意方向放在磁場中，如圖1T3(b)所示，求載流導(dǎo)線所受到的電磁力時，可將導(dǎo)體l按投影法則，分解為與磁場垂直的分量和平行的分量，其垂直分量為導(dǎo)體的有效長度，即F=Bllsina式中F電磁力,N；磁感應(yīng)強度，Wb/n?；I導(dǎo)體電流,A；Z通電導(dǎo)體長度,m;a導(dǎo)體方向與磁場方向的夾角，(°)電磁力的方向可用左手定則來確定，如圖lT3(a所示。即伸開左手于磁場內(nèi)，讓磁力線直穿過手心，四指伸直指向電流方向，則與四指垂直的拇指的指向便是導(dǎo)體所受電磁力的方向。應(yīng)用左手定則可以判斷通電導(dǎo)體在磁場中的運動方向，它和電動機原理相同。五、電磁感應(yīng)電流能夠產(chǎn)生磁場，在一定

28、的條件下，變化的磁場也可以產(chǎn)生電動勢。這種變化的磁場能在導(dǎo)體中引起電動勢的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)，由電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢，由感應(yīng)電動勢引起的電流叫感應(yīng)電流。在電力系統(tǒng)中，發(fā)電機、變壓器等設(shè)備都是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制造出來的。1. 自感電動勢當(dāng)線圈中通過電流時，線圈周圍一定會產(chǎn)生磁場。若線圈中電流發(fā)生變化時，由這個變化的電流所產(chǎn)生的磁通也將隨著變化，這個變化的磁通將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由于這個感應(yīng)電動勢是由線圈本身的電流變化而產(chǎn)生的，所以叫自感電動勢。自感電動勢的方向總是反抗線圈中磁通變化。當(dāng)電流增加時，自感電動勢的方向力圖阻止電流增加；而當(dāng)電流減小時，自感電動勢的方向力圖阻止電流減小

29、。自感電動勢大小是由下列因素決定的：(1) 與電流變化率有關(guān)。電流變化快慢通常用電流變化率表明。所謂電流變化率是指在很短的時間內(nèi)電流變化的數(shù)值與這段時間的比值。(2) 與線圈本身的結(jié)構(gòu)(如幾何形狀、匝數(shù))有關(guān)。(3) 與線圈周圍介質(zhì)有關(guān)。2. 互感電動勢兩個互相靠近的線圈，當(dāng)其中一個線圈接通電源時，其電流的變化將引起磁通變化。這個變化的磁通除穿過本身線圈外，還有一部分穿過與它靠近的另一線圈。因此，在另一線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這種現(xiàn)象稱互感，由互感產(chǎn)生的電動勢稱互感電動勢。第三節(jié)正弦交流電路一、概述通常把大小和方向隨時間變化的電流、電壓、電動勢，統(tǒng)稱為交流電。在交流電動勢作用下的電路稱為交流電

30、路。如果交流電是按正弦規(guī)律變化的，稱為正弦交流電。圖1T4所圖1-14正弦交流電的變化曲線正弦交流電有許多優(yōu)點。例如，可以方便地利用變壓器升壓和降壓，便于高壓輸電，減少輸電損失；交流電動機比直流電動機結(jié)構(gòu)簡單，在制造和維護上都比較經(jīng)濟；在某些場合下必須用直流電時，可以用整流設(shè)備很方便地轉(zhuǎn)換成直流電，供給直流負(fù)載。所以正弦交流電得到了廣泛的應(yīng)用。二、正弦交流電的產(chǎn)生正弦交流電動勢是由交流發(fā)電機產(chǎn)生的，如圖1-15(a)所示為兩極交流發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖。在靜止的兩個磁極N、S之間放置圓柱形鐵心，其上繞有線圈(圖中僅示1匝)。鐵心和線圈合稱電樞。線圈的兩端分別接到兩只相互絕緣的銅環(huán)上，銅環(huán)固定在轉(zhuǎn)軸

31、上，環(huán)上壓接電刷與外電路相連。為了使線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢能按正弦規(guī)律變化，把磁極做成特殊形狀，使其氣隙中的磁場按正弦規(guī)律分布。如圖lT5(b)所示，當(dāng)電樞由原動機拖動在按正弦規(guī)律分布的磁場中旋轉(zhuǎn)切割磁力線時，線圈中便會產(chǎn)生正弦感應(yīng)電動勢。如圖1-15(c)所示，電樞表面的磁感應(yīng)強度可用公式表示為：B=Bmsina電樞在磁場中等速旋轉(zhuǎn)時，線圈中的感應(yīng)電動勢為：e2BmZ?jsina式中E感應(yīng)電動勢的瞬時值,V；磁感應(yīng)強度的最大值,T;p線圈有效邊切割磁力線的速度,m/s;I線圈一個邊的長度,m;a繞組平面與磁極中性面夾角,(°)o當(dāng)a-90°時，電動勢最大，即因此，上式可寫成

32、：eEmsina(1一35)圖1-15最簡單的交流發(fā)電機*在圖1-15(b中，發(fā)電機電樞在按正弦規(guī)律分布的磁場中旋轉(zhuǎn)1周時，線圈中的感應(yīng)電動勢e也按正弦規(guī)律交變1次。如果發(fā)電機是四極的，如圖1T6(a)所示，在2n的空間角內(nèi)，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)1周時，電動勢就按正弦規(guī)律變化了2次，如圖1-16(b)所示。交流電在變化過程中經(jīng)過的角度叫電角度。電角度和空間角的關(guān)系為：a-p6(1-36)式中a電角度；P磁極對數(shù);0空間角。交流電在任一瞬間的值稱為瞬時值，瞬時值用小寫字母表示，如i、u、e分別表示交流電流、交流電壓、交流電動勢的瞬時值。(口)3)三、正弦礙電的三要素四級交流發(fā)電機及其電動勢變化曲線正弦交流

33、電的主要特征表現(xiàn)在量值大小、交變的快慢及初始值三個方面，它們分別由幅值(或有效值)、頻率(或周期)和初相位來確定。所以，幅值、頻率和初相位就稱為正弦量的三要素。最大值：瞬時值中的最大值，電動勢、電壓和電流分別用大寫字母Em、Um和Im表示。(2) 周期T和效率f:周期T為交流電按正弦規(guī)律變化1次所需的時間，單位為s;頻率f為每秒鐘內(nèi)正弦交流電變化的周期數(shù)，單位為Hz。周期和頻率互為倒數(shù)，即11T=fif=T(1-37)例如，我國發(fā)電廠發(fā)出的交流電頻率為50Hz；周期為0.02s(3) 角頻率e:正弦交流電在1s內(nèi)變化的電角度。即3=¥二普=2對(1-38)角頻率的單位為弧度/秒(ra

34、d/s)由于a=et于是式(1-35可寫成：e=Emsinet發(fā)電機所產(chǎn)生的電動勢的頻率與發(fā)電機的磁極對數(shù)和轉(zhuǎn)速有關(guān)，即pn60(1-39)四、相位與相位差1.相位與初相位如圖1T7所示，設(shè)t=0時開始計時，a1b1線圈平面與中性面之間的夾角為龍1,a2b2線圈與中性面之間的夾角為龍2,則在任意時刻這兩個電動勢的瞬時值可分別為：(1-40)S二Emsin(十0i)£2二£msin(a)t+如上式中的電角度(et+如稱為該交流電量的相位或相角，它反映了交流電變化的進(jìn)程。顯然，e1的相位(et+龍1)與e2的相位(et+龍2)不相同。電動勢e1、e2的波形圖如圖1-17(b)所

35、示。t=0時的相位叫初相位或初相，顯然el的初相是龍1,e2的初相是龍2。交流電量的初相可以為正也可以為負(fù)，圖1T8(a)(b分別表示初相為+60。及初相為-30。的正弦電動勢的波形。圖初相位2.相位差兩個同頻率交流電量的相位之差叫做相位差，用字母9表示，即爭=（汰+01）（如十02）=0102（141）可見，兩個同頻率交流電量的相位差就等于它們的初相之差。根據(jù)兩個同頻率正弦量的相位差，可以確立兩個正弦量之間的相位關(guān)系。一般的相位關(guān)系可分為超前或滯后；特殊的相位關(guān)系有同相、反相、正交幾種。超前、滯后：當(dāng)兩個同頻率正弦量的相位差0=1-龍2>0時，即el的初相大于e2的初相時，el的變化領(lǐng)

36、先e2,這種情況叫做el的相位超前e2,或叫做e2的相位滯后于el。在圖1-19中，el超前e2為135°，或e2滯后el為135°。圖1-19相位關(guān)系動勢el與e2反相。如果(p=1-2=90°,則稱兩個正弦量正交，在圖l-20(c中，電流il與i2正交。圖1-20兩波形的相位關(guān)系(a)同相；厲)反相；匕)正交交流電量的相位差實際上反映了兩個交流電量到達(dá)最大值的時間差，時差(t的大小等于相位差除以角頻率。即co2tt(1-42)五、交流電的有效值1. 有效值的概念交流電流的有效值是以電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的。因此，有效值的定義如下：如果一個交流電通過一個電阻在一個周

37、期時間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量和某一直流電流通過同一電阻在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，那么這個直流電的量值就是交流電的有效值。有效值常用大寫字母U、E、I表示。2. 有效值與最大值的關(guān)系根據(jù)有效值的定義，采用圖形面積來推導(dǎo)有效值與最大值之間的數(shù)量關(guān)系。首先看看接在直流電源上的燈泡A所消耗的能量。在圖1-21(a中,燈泡A的電阻為R，通過的電流為I時，燈泡所消耗的功率為：在t秒時間內(nèi)，燈泡A所消耗的電能為：WA=I2Rt設(shè)直流電流的波形如圖1-21(c所示，那么燈泡A所消耗的電能可以用圖1-21(e)中帶有陰影的矩形面積來表示。再來看接在交流電源上的燈泡B所消耗的能量。在圖1-21(b中，燈泡B接在交流電

38、源上，它的電阻也等于R，通過它的交流電流波形如圖1-21(d所示。燈泡消耗的功率為：因為電流i的大小是隨時間而變化的，所以功率力也隨時間變化，不能用一個固定的數(shù)值來表示。因此，需要用做圖的方法求出燈泡B在t時間內(nèi)所消耗的電能WB。圖1-21交流電的有效值在圖l-21(d中，如果將電流i每一瞬間的數(shù)值平方，再乘以R,就可以得到在同一瞬間功率的大小。逐點求出功率的瞬時值，畫在直角坐標(biāo)中，就得到PB的波形圖，如圖21(f)所示。在一個周期內(nèi)，電流值雖有正有負(fù)，但是電阻上消耗的功率總是正值。因為在后半周期內(nèi)，電流雖為負(fù)值，但i2R仍為正值。燈泡B所消耗的電能可以用圖中的帶有陰影的矩形面積來表示。從圖中

39、可以看出或用數(shù)學(xué)證明)，矩形的高度平均高度)為：Pb二/濃這時WB應(yīng)為We二尹Bf=卻浪根據(jù)有效值的定義可得耳gm(1一43)也就是說正弦電流的有效值等于最大值的0.707倍,或正弦電流的最大值等于有效值的、：2倍。把正弦電流有效值的概念推廣到正弦電壓和正弦電動勢上同樣可得到：mE丄厲一一卜(1-44)在交流電路中，通常都是用有效值進(jìn)行計算的。電氣設(shè)備的額定電流、額定電壓也都是用有效值來標(biāo)定的，交流伏特表和安培表的刻度也都是用有效值來刻度的?？梢?，有效值的應(yīng)用是十分廣泛的。有效值和最大值是對同一交流電量從不同角度來反映電流強弱和電壓高低的物理量。在計算功率時，要用有效值。但在選擇電器設(shè)備的耐壓

40、時，必須考慮到最大值。例如，直流耐壓160V的紙介電容器，就不能用于電壓有效值為160V的交流電路。六、正弦交流電的表示法為了便于研究交流電，人們通常用四種形式表示一個正弦交流電。第一種形式是解析式，就是用一個數(shù)學(xué)式子來表示，例如i=12sin(10nt-3°)(A);第二種形式是曲線圖；第三種形式是相量圖，即用旋轉(zhuǎn)矢量來表示；第四種形式稱為符號形式，是用復(fù)數(shù)來表示一個交流電。本節(jié)的重點是研究正弦交流電的矢量圖表示法。旋轉(zhuǎn)矢量表示法，就是用一個在直角坐標(biāo)中繞原點不斷旋轉(zhuǎn)的矢量，來表示正弦交流電的方法。旋轉(zhuǎn)矢量常用最大值符號Em、Im或Um表示。圖1-22所示為用旋轉(zhuǎn)矢量表示交流電動勢

41、的方法。旋轉(zhuǎn)矢量Em沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，其角速度等于正弦交流電動勢的角頻率，其長度代表正弦交流電動勢的最大值或有效值)。若旋轉(zhuǎn)矢量與x軸的正方向同向時，正弦電動勢的初相為零。若旋轉(zhuǎn)矢量的長度為Em，角頻率為e,起始時與橫軸正方向的夾角為龍，則t=0時刻旋轉(zhuǎn)矢量在縱坐標(biāo)軸y上的投影就等于正弦電動勢的瞬時值的初始值，即：正弦電動勢的瞬時值可表示為y=e=Emsin(et+龍)。例如，在tl時刻，和其對應(yīng)的正弦電動勢是瞬時值el。這樣規(guī)定以后，正弦電動勢的每一瞬時值將和一個確定的旋轉(zhuǎn)矢量相對應(yīng)。在tat1時的瞬時值，在y軸上有eO、e1與其對應(yīng)。由于旋轉(zhuǎn)矢量在坐標(biāo)中的位置與時間有關(guān)，通常稱其為時間矢量

42、。圖1-22旋轉(zhuǎn)矢量需要說明：該矢量反映了正弦量三要素，它可以表示一正弦量，但它與速度的空間矢量不同，它只是用來作為正弦交流電路的計算工具。通常將這種矢量稱為相量。相量的符號用大寫字母上加“表示，如uI等。將同頻率的交流電畫在同一張旋轉(zhuǎn)相量圖上時，由于這些相量的角頻率相同，不論它們旋轉(zhuǎn)到什么位置時，彼此之間的相位關(guān)系始終保持不變，所以在研究各相量之間的關(guān)系時,通常不標(biāo)出角頻率而只按初相和最大值作出相量，這樣作出的圖叫相量圖。例如：£=3051(咖十6(f)u60sin(30°)/=5sin(tdi-30°)圖1-23相量圖它們的相量圖如圖1-23所示。作圖時要注意

43、，在同一相量圖上，相同單位的相量，要用相同的尺寸比例繪制，如圖1-23中的Em或Um。上面是用最大值作出的相量圖。由于有效值已被人們廣泛使用，因而各正弦量的旋轉(zhuǎn)相量也可以用有效值畫出。以后畫相量圖時，將較多地采用有效值旋轉(zhuǎn)相量圖。有效值相量常用字母U、I、E來表示。采用相量來表示正弦交流電的優(yōu)點是，計算和決定幾個同頻率交流電相加或相減時，要比解析式和曲線圖簡便，故相量圖是研究交流電的重要工具之一。正弦交流電用相量表示以后，它們的和差運算就可以采用相量加減的方法進(jìn)行。一般步驟是先畫出各相量，然后用平行四邊形法則作出總相量，最后用三角方法計算出結(jié)果。七、純電阻電路純電阻電路，就是既沒有電感，又沒有

44、電容而只包含有電阻的電路，如圖l-24（a所示。在實際生活中，由白熾燈、電烙鐵、電阻爐或電阻器組成的交流電路都可近似地看成是純電阻電路。(c)圖1-24純電阻電路圖1-24純電阻電路1. 電流與電壓的相位關(guān)系為了分析方便起見，設(shè)加在電阻兩端的正弦電壓uR的初相為零，即Ur=根據(jù)歐姆定律，通過電阻的電流瞬時值應(yīng)為:(1-45)從上式不難看出，在正弦電壓作用下，電阻中通過的電流也是一個同頻率的正弦電流,且與加在電阻兩端的電壓同相位。圖1-24（b和（c分別畫出了電流、電壓的相量圖有效值）和波形圖瞬時值）。在作相量圖時，是以電壓相量作為參考相量的，由于電流與電壓同相，故兩者的指向一致。2. 電流與電

45、壓的數(shù)量關(guān)系由式(1-45可知，通過電阻的最大電流為:若把兩邊除以2,則得:u晉或Ur=IR(1-46)這說明，在純電阻電路中，電壓與電流的有效值之間符合歐姆定律。3. 電路的功率在任一瞬間，電阻中的電流瞬時值與同一瞬間電阻兩端電壓的瞬時值的乘積，稱為電阻獲取的瞬時功率，用pR來表示，即sin2瞬時功率的變化曲線如圖1-24(c)中的畫有線條的曲線所示。由于電流與電壓同相，所以pR在任一瞬間的數(shù)值都是正值。這就說明，在任一瞬時電阻都從電源取用功率，起著負(fù)載的作用。由于瞬時功率時刻變動，不便計算，因而通常都是計算一個周期內(nèi)取用功率的平均值，即平均功率。平均功率又稱為有功功率，用P表示。電流、電壓

46、用有效值表示時，其功率P的計算與直流電路相同，即7J2P=UrI=PR二卡(1-47)八、純電感電路由電阻很小的電感線圈組成的交流電路，都可以近似地看成是純電感電路。圖1-25所示為由一個線圈構(gòu)成的純電感電路。1. 電流與電壓的關(guān)系在純電感線圈的兩端，加上交流電壓uL，線圈中必定要產(chǎn)生一交流電流i由于這一電流時刻都在變化，因而線圈上就產(chǎn)生自感電動勢來“反抗”電流的改變，因此線圈中的電流變化就要落后于線圈兩端的電壓變化，uL和i之間就會有相位差。對于一個內(nèi)阻很小的電源，其自感電動勢與端電壓總是大小相等方向相反的，即廿F(-L怎卜L簫(1-48)由上式可看出，線圈兩端的電壓大小與電流的變化率成正比

47、。下面就通過式1-48)來分析電流與電壓之間的相位關(guān)系。設(shè)線圈中的電流的初相為零，電流波形如圖1-25所示。現(xiàn)把一周期內(nèi)電流的變化分成四個階段來研究。在0n2即第一個1/4周期內(nèi))。電流從零增加到最大正值。此間電流的變化率AiAt為正值，并且起始時刻最大，然后逐漸減小到零，根據(jù)式(1-48可知，此期間的電壓uL從最大正值逐漸變?yōu)榱?，如圖1-25所示。圖1-25純電感電路中的電壓和電流(2) 在n2_n(即第二個1/4周期內(nèi))。電流從最大正值減小到零。此間電流的變化率AiAt為負(fù)值，且從零變到最大負(fù)值，uL也從零變到最大負(fù)值。(3) 在n3n2即第三個1/4周期內(nèi))。電流從零變?yōu)樽畲筘?fù)值，此間電

48、流的變化率仍為負(fù)值，且從最大負(fù)值變到零，則uL也從最大負(fù)值變到零。(4) 在3n2一2n即第四個1/4周期內(nèi))。電流從最大負(fù)值變到零，此間電流的變化率為正值，且從零變到最大正值，則uL也從零變到最大正值。圖1-26純電感電路中的相位關(guān)系電路中的相位關(guān)系從以上分析可得電流和電壓的相位關(guān)系。圖1-25所示為i與uL的波形圖，從波形圖中可清楚地看出：在純電感線圈中的正弦電流要比它兩端的電壓滯后90°，或者說，電壓總是超前電流90°，圖1-26為電流、電壓的相量圖。設(shè)流過電感的正弦電流的初相為零，則電流、電壓的瞬時值表達(dá)式為：i二lmsinwZULmsin(血+于)(149)2.

49、電流與電壓的數(shù)量關(guān)系由數(shù)學(xué)推導(dǎo)可知，電壓的最大值為:若把兩邊同除以2,則得:L4=sZJ或K(1-50)XlfL=2機(1-51)XL稱為電感抗，簡稱感抗，它的單位是歐姆。因此，電感線圈中的電流有效值，就等于線圈兩端電壓的有效值除以它的感抗。圖1-27感抗和頻率的關(guān)系抗是用來表示電感線圈對交流電流阻礙作用的一個物理量。感抗的大小，取決于線圈的電感量L和流過它的電流的頻率f對具有某一電感量的線圈而言，f愈高則XL愈大，在相同電壓作用下，線圈中的電流就會減小。在直流電路中，因頻率f=0,故線圈的感抗也等于零，這時線圈只起電阻作用。由于一般線圈的電阻很小，故可視電感線圈為短路。圖1-27所示為線圈的

50、感抗隨頻率變化的圖形。3. 電路的功率純電感線圈的瞬時功率為：Pluii=LmSint(i)t+-y)/msino>fUjm1msincostuf(1-52)專U£m/msin2o)Z=在圖1-28畫出了pL的變化曲線，從圖中可以看到：在第一和第三個1/4期內(nèi)，pL是正值，這就表示線圈要從電源方面吸取電能并把它轉(zhuǎn)換成電磁能，儲藏在線圈周圍的磁場中，此時線圈起著一個負(fù)載的作用。但在第二和第四個1/4期內(nèi)，pL為負(fù)值，這表示線圈是在向電源輸送能量，也就是線圈把磁能再轉(zhuǎn)換為電能而送回電源，此時線圈起著一個電源的作用。綜上所述，純電感線圈時而“吞進(jìn)”電能，功率為正；時而“吐出”電能，功

51、率為負(fù)，在-個周期內(nèi)的平均功率為零。平均功率不能反映線圈能量交換的情況，因而人們就用電流與電壓有效值之乘積來反映這種能量交換的情況，并把它叫做電路的無功功率。無功功率用字母QL表示，QL的大小為：Ql=UlI=I2Xl(1-53)圖1-28純電感電路和功率曲線為與有功功率相區(qū)別，無功功率的單位用乏爾，簡稱乏。在式（1-53中，當(dāng)各物理量的單位分別用V、A、Q時，無功功率的單位就是乏。必須指出，“無功”的含義是“交換”而不是“消耗”它是相對“有功”而言的，絕不能理解為“無用”九、純電容電路由介質(zhì)損耗很小、絕緣電阻很大的電容器組成的交流電路，可近似地看成純電容電路,圖l-29(a所示就是純電容電路

52、。(口)圖1-29純電容電路的中的電壓和電流1. 電流與電壓的相位關(guān)系電容器接入直流電源電路中，在電容器充放電過程中會產(chǎn)生電流，穩(wěn)恒直流電流不能通過電容器。當(dāng)電容器接到交流電路中時，由于外加電壓不斷變化，電容器就不斷充放電，電路中就不斷有電流流過，交流電流可以通過電容器。電容器兩端的電壓隨電荷的積累即充電)而升高，隨電荷的釋放即放電)而降低的，由于電容電流等于電荷的積累和釋放的變化率，因此電容中的電流與電容兩端的電壓的變化率成正比。設(shè)在At時間內(nèi)電容器極板上的電荷變化量是AQ,則C銳cAz(1-54)容電路的中的相位關(guān)系圖1-29(b中所示為電壓與電流的變化波形，現(xiàn)根據(jù)式(1-54來分析電流的

53、變化。在0n/2即第一個1/4周期內(nèi))。uC從零增加到最大正值。電壓變化率為正值且開始為最大，然后逐漸減小到零。根據(jù)式(1-54可知，電流i從最大正值逐漸變?yōu)榱恪?2) 在n/2n即第二個1/4周期內(nèi))。uC從最大正值變?yōu)榱悖兓蕿樨?fù)且從零到最大負(fù)值。此間電流也從零變到最大負(fù)值。(3) 在n_3n/2即第三個1/4周期內(nèi))。uC從零變到最大負(fù)值，變化率為負(fù)且從最大負(fù)值變?yōu)榱恪４碎g電流也從最大負(fù)值變?yōu)榱恪?4) 在3n/2一2n即第四個1/4周期內(nèi))。uC從最大負(fù)值變?yōu)榱?，變化率為正且從零到最大正值。此間電流也從零變到最大正值。相位關(guān)系從以上分析可清楚地看出：純電容電路中的電流超前電壓90&#

54、176;，這與純電感電路的情況正好相反。圖1-30所示就是電流、電壓的相量圖。2. 電壓與電流的數(shù)量關(guān)系設(shè)加在電容器兩端的交流電壓的初相為零，則電流、電壓的瞬時值表達(dá)式為:u(ji/mSin(血+號)(1-55；其中，電流的最大值為：1m一若把上式兩邊同除以2,則得IcvCU=字丄a）CXc=i=2C式中Xc電容抗，簡稱容抗,Q。(1-56)(1-57)式（1-56表明，在純電容電路中，電流的有效值等于它兩端電壓的有效值除以它的容抗。容抗是用來表示電容器對電流阻礙作用大小的一個物理量。容抗的大小與頻率及電容量成反比。當(dāng)電容器的電容量一定時，頻率f愈高，則容抗XC愈小。在直流電路中，因頻率f=0

55、,故電容器的容抗等于無限大。這表明，電容器接入直流電路時,在穩(wěn)態(tài)下是處于斷路狀態(tài)的。圖1-31為電容器的容抗隨頻率變化的曲線。3. 電路功率圖1-31容抗和頻率的關(guān)系曲線純電容電路的瞬時功率為:Ucmsi口血人血（奴+刁）二Ucm/mSinwtCOS3t(1-58)圖1-32純電容電路的功率曲線圖1-32中畫出了pC的變化曲線。從圖中可看出，在第一和第三個1/4周期內(nèi)，pC是正值，此時電容器被充電，從電源吸取能量，并把它儲藏在電容器的電場中，此時電容器起著一個負(fù)載的作用。但在第二和第四個1/4周期內(nèi)，pC是負(fù)值，此時電容器放電，它把儲藏的電場能量又送回電源，此時電容器又起著一個電源的作用。所以在純電容電路中，電容器也是時而“吞進(jìn)”電能，時而“吐出”電能，因而電容器不消耗電能，在一個周期內(nèi)的平均功率為