建筑設(shè)備工程：第2章 建筑電氣基礎(chǔ)知識(shí)

1、第2章 建筑電氣基礎(chǔ)知識(shí)2.1 電路的基本概念2.2 電路的基本定律2.3 單相交流電路2.4 三相交流電路2.5 磁路與變壓器2.6 三相異步電動(dòng)機(jī)主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材返回目錄2.1 電路的基本概念2.1.1電路的組成及作用2.1.2 電路的基本物理量2.1.3 電路的工作狀態(tài)主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材返回目錄2.1.1電路的組成及作用1. 電路的組成 電路是由電工設(shè)備和元器件按一定方式聯(lián)接起來的總體，為電流流通提供了路徑。圖2-1所示電路是一個(gè)手電筒電路，它由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)（包括聯(lián)接導(dǎo)線和開關(guān)）三部分組成。其中，干電池為電源，燈泡為負(fù)載，連接

2、導(dǎo)線和開關(guān)為中間環(huán)節(jié)。在電路中隨著電流的流動(dòng)，進(jìn)行著不同形式能量之間的轉(zhuǎn)換。 主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材下一頁2.1.1電路的組成及作用電源：電路中供給電能的設(shè)備和器件稱為電源，它是將非電能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。如發(fā)電機(jī)、干電池等。負(fù)載：電路中使用電能的設(shè)備和元件稱為負(fù)載，它是將電能轉(zhuǎn)換成非電能的裝置。中間的環(huán)節(jié)：是把電源與負(fù)載聯(lián)接起來的部分，起傳遞和控制電能的作用。 對(duì)于一個(gè)完整的電路來說，電源（或信號(hào)源）、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)是三個(gè)基本組成部分，它們?nèi)币徊豢伞Ｖ饕獌?nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材下一頁2.1.1電路的組成及作用電路模型 在實(shí)際應(yīng)用中，通常用電路圖來表示電路。

3、在電路圖中，各種電器元件都不需要畫出原有的形狀，而是采用國家統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號(hào)來表示。圖2-2為圖2-1所示的手電筒的電路圖。這種用理想元件構(gòu)成的電路也稱為實(shí)際電路的“電路模型”，我們?cè)谶M(jìn)行理論分析時(shí)所指的電路，就是這種電路模型。 主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材下一頁2.1.1電路的組成及作用2. 電路的作用 電路按其功能可分為兩類：一類是電力電路，它主要起實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換作用，因此，在傳輸和轉(zhuǎn)換過程中，要求盡量減少能量損耗以提高效率。另一類是信號(hào)電路，其主要作用是傳輸和處理信號(hào)等（例如語言 、音樂、圖像、 溫度等）。在這種電路中，一般所關(guān)心的是信號(hào)傳遞的質(zhì)量，如要求不失真、

4、 準(zhǔn)確 、靈敏、 快速等。主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材返回2.1.2 電路的基本物理量1、電流 2電壓與電位 3電動(dòng)勢(shì) 4. 電功率與電能 主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材返回2.1.2 電路的基本物理量1、電流 電流是一種物理現(xiàn)象，是帶電粒子（電荷）的定向運(yùn)動(dòng)形成的。電流的大小用電流強(qiáng)度來衡量。電流強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。電流強(qiáng)度習(xí)慣上又常被稱為電流。 大小和方向均不隨時(shí)間改變的電流叫做恒定電流，簡(jiǎn)稱直流，其強(qiáng)度用符號(hào)I表示。如果電流的大小和方向都隨時(shí)間變化，則稱為變動(dòng)電流。其中一個(gè)周期內(nèi)電流的平均值為零的變動(dòng)電流則稱為交變電流，如正弦波電流等，

5、其強(qiáng)度用符號(hào)i來表示。主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材下一頁2.1.2 電路的基本物理量 對(duì)于直流電流，單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量是恒定不變的，其電流強(qiáng)度 (2-1) 對(duì)于變動(dòng)電流，在很小的時(shí)間間隔內(nèi)，通過導(dǎo)體橫截面的電荷量為，則該瞬間電流強(qiáng)度為 (2-2) 電流的單位是安培，國際符號(hào)為A。它相當(dāng)于1秒內(nèi)通過橫截面的電荷為1庫侖(C)。有時(shí)也會(huì)用到千安(KA)，毫安(mA)或微安（A）。.主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材下一頁2.1.2 電路的基本物理量 習(xí)慣上，我們規(guī)定正電荷移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颉?電流的方向是客觀存在的，但在電路分析中，有時(shí)某段電流的實(shí)際方向

6、難以判斷，甚至實(shí)際方向在不斷改變，為了解決這一問題，需引入電流的參考方向概念。 一段電路中任意選定一個(gè)方向就叫電流的參考方向，在電路圖中用實(shí)線箭頭表示，有時(shí)也用雙下標(biāo)表示，如iAB，其參考方向是由A指向B。 主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材下一頁2.1.2 電路的基本物理量 選定的參考方向不一定就是電流的實(shí)際方向。當(dāng)電流的參考方向與實(shí)際方向一致時(shí)，電流為正值（I 0）；當(dāng)電流的參考方向與實(shí)際方向相反時(shí)，電流為負(fù)值（I B，則沿此參考方向的電壓為正值，U0，即電壓的實(shí)際方向與此參考方向相同；反之，若A點(diǎn)的電位低于B點(diǎn)的電位，即B，則沿此參考方向的電壓為負(fù)值，UXC時(shí)， ，即電壓超前電

7、流 角，電路呈感性； 下一頁2.3.2 正弦交流電路的計(jì)算方法主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材 2）當(dāng)XLXC時(shí)， 0，即電壓滯后電流，電路呈容性； 3）當(dāng)XLXC時(shí)， 0，即電壓與電流同相位，電路呈電阻性。 三種情況的相量圖如圖2-32所示： 由上面分析可知：-90 90，當(dāng)電源頻率不變時(shí)，改變電路參數(shù)L或C可以改變電路的性質(zhì)；若電路參數(shù)不變，也可以改變電源頻率達(dá)到改變電路的性質(zhì)。 下一頁2.3.2 正弦交流電路的計(jì)算方法主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材 下一頁2.3.2 正弦交流電路的計(jì)算方法主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材 從圖2-32的相量圖還可看出

8、，電阻電壓 、電抗電壓 和端電壓 三個(gè)相量組成一個(gè)直角三角形，又叫電壓三角形，它與阻抗三角形是相似三角形。即 其中 下一頁2.3.2 正弦交流電路的計(jì)算方法主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材 例2.4 電路如圖2-33(a)圖所示為正弦交流電路中的一部分,已知電壓表V1的讀數(shù)為6V，V2的讀數(shù)為8V，試求端口電壓U。 解 以電流為參考相量，畫出相量圖如圖2-33(b)所示。下一頁2.3.2 正弦交流電路的計(jì)算方法主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材 由相量圖可見， 、 、 三者組成一直角三角形，故得 本例也可用相量法計(jì)算：/ 0 則 / 0 設(shè)電流相量為 =6 V / 90

9、=j8 V 由KVL得 /53.1V 返回2.3.3功率因數(shù)及其改善的方法主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材1、功率因數(shù)2、改善功率因素的意義 3、改善功率因素的方法 返回2.3.3功率因數(shù)及其改善的方法主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材1.功率因數(shù) 二端網(wǎng)絡(luò)電壓、電流參考方向如圖2-34所示，則網(wǎng)絡(luò)在任一瞬間時(shí)吸收的功率即瞬時(shí)功率為 (2-62) 其中 為電壓與電流的相位差。 下一頁2.3.3功率因數(shù)及其改善的方法主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材二端網(wǎng)絡(luò)所吸收的平均功率即有功功率P為(2-63) 可見，正弦交流電路的有功功率等于電壓、電流的有效值和電壓、電流相

10、位差角余弦 的乘積。這里稱為二端網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)， 稱為功率因數(shù)角。 下一頁2.3.3功率因數(shù)及其改善的方法主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材 有幾種特殊值： ，功率因數(shù) ，二端網(wǎng)絡(luò)為一等效純電阻，網(wǎng)絡(luò)吸收的有功功率 ，沒有能量的交換； ，功率因數(shù) ，二端網(wǎng)絡(luò)為純電抗，則網(wǎng)絡(luò)吸收的有功功率 ，這與前面的結(jié)果完全一致； ，說明二端網(wǎng)絡(luò)中必有儲(chǔ)能元件，因此，二端網(wǎng)絡(luò)與電源間有能量的交換。對(duì)于感性負(fù)載，電壓超前電流， ， ；對(duì)于容性負(fù)載，電壓滯后電流， ， 。下一頁2.3.3功率因數(shù)及其改善的方法主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材電源的額定輸出功率為 它除了決定于本身容量（即額定視

11、在功率）外，還與負(fù)載功率因數(shù)有關(guān)。 返回2.3.3功率因數(shù)及其改善的方法主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材2改善功率因素的意義 工廠用電設(shè)備除了電熱設(shè)備、電阻爐和白熾燈外，基本上都是電感性負(fù)荷，運(yùn)行時(shí)需要電力系統(tǒng)供給大量的無功功率，功率因素較低。由于無功功率的存在使得系統(tǒng)中的電流增大，從而使電力系統(tǒng)的有功損耗增加。為了最大效率發(fā)揮發(fā)、供、配電設(shè)備的能力，減少功率損耗和電能損耗，節(jié)約電能，減小電壓損失，改善電壓質(zhì)量，必需進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。下一頁2.3.3功率因數(shù)及其改善的方法主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材 供電部門一般要求新建企業(yè)的月平均功率因素達(dá)到0.9以上。當(dāng)企業(yè)的自

12、然總平均功率因素較低，單靠提高用電設(shè)備的自然功率因素達(dá)不到要求時(shí)，應(yīng)裝設(shè)必要的無功功率補(bǔ)償設(shè)備，以進(jìn)一步提高企業(yè)的功率因素，節(jié)約電能。返回2.3.3功率因素及其改善的方法主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材3.改善功率因素的方法 提高功率因數(shù)的方法，基本上分為：改善用電設(shè)備自然功率因數(shù)和安裝人工補(bǔ)償裝置兩種。提高用電設(shè)備的自然功率因數(shù)即合理選擇電動(dòng)機(jī)，使其盡可能在高負(fù)荷率狀態(tài)下運(yùn)行；人工補(bǔ)償一般選用電力電容器補(bǔ)償。 下面分析利用并聯(lián)電容器來提高功率因數(shù)的方法。 下一頁2.3.3功率因素及其改善的方法主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材 一感性負(fù)載功率因數(shù)為 ，電流為 ，在其兩端并聯(lián)電容器C，如圖2-35所示，并聯(lián)電容以后由相量圖可知，電容電流補(bǔ)償了負(fù)載中的無功電流，總電流減小，電路的總功率因數(shù) 提高了。 下一頁2.3.3功率因素及其改善的方法主要內(nèi)容普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材 通過相量圖還可計(jì)算由 提高到 時(shí)需并聯(lián)補(bǔ)償?shù)碾娙萑萘俊＃?-64） 在實(shí)際