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1、第一章第一章 基础知识基础知识（讲师用（讲师用PPT）中国网通（集团）有限公司2006年12月中国网通运维人员岗位培训丛书动力专业内部资料注意保密电工基础与系统组成基础知识基础知识 第一章第一章第一节第一节 直流电源直流电源 第二节第二节 交流电源交流电源 第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机 第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用 第五节第五节 集成运算放大器集成运算放大器 第六节第六节 直流稳压电源直流稳压电源 电工基础与系统组成基础知识基础知识 第一章第一章第一节第一节 直流电路直流电路 第二节第二节 交流电路交流电路 第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机 第四节
2、第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用 第五节第五节 集成运算放大器集成运算放大器 第六节第六节 直流稳压电源直流稳压电源 第一节第一节 直流电路直流电路1.11.1电路及其组成电路及其组成 把一些电器设备或元件，按其所要完成的功能，用一定方式连接而成把一些电器设备或元件，按其所要完成的功能，用一定方式连接而成的电源通路称为的电源通路称为电路电路。一个完整的电路是由一个完整的电路是由电源、负载电源、负载和和中间环节中间环节（包括开关和导线等）三（包括开关和导线等）三部分组成。部分组成。电源是将非电能如化学能、机械能和原子能等转换为电能，并向电路电源是将非电能如化学能、机械能和原子能等转换
3、为电能，并向电路提供能量；负载是指电路中能将电能转换为非电能的用电设备，如电灯、提供能量；负载是指电路中能将电能转换为非电能的用电设备，如电灯、电动机和电热器等；中间环节是指将电源连接成闭合电路的导线、开关电动机和电热器等；中间环节是指将电源连接成闭合电路的导线、开关设备和保护设备等，也经常接有测量仪表或测量设备。设备和保护设备等，也经常接有测量仪表或测量设备。第一节第一节 直流电路直流电路 第一节第一节 直流电路直流电路 如图如图1 11 1（a a）所示是按实物做出的手电筒电路的示意图，这是）所示是按实物做出的手电筒电路的示意图，这是最简单的实际电路，它由干电池（电源）、小灯泡（负载）和开
4、关（中最简单的实际电路，它由干电池（电源）、小灯泡（负载）和开关（中间环节）三部分组成。间环节）三部分组成。图1.1 简单电路1.2 电路的主要物理量及元件电路的主要物理量及元件1.电流电流电流的强弱用电流强度来表示，其数值等于单位时间内通过导体某电流的强弱用电流强度来表示，其数值等于单位时间内通过导体某一横截面的电荷量。设在一横截面的电荷量。设在dt时间内通过导体某一横截面的电荷量为时间内通过导体某一横截面的电荷量为dq，则通过该截面的电流强度为则通过该截面的电流强度为(1.1)在一般情况下，电流强度是随时间而变的。如果电流强度不随时间在一般情况下，电流强度是随时间而变的。如果电流强度不随时
5、间而变，即而变，即dq/dt常数，则这种电流就称为恒定电流，简称直流。在直流常数，则这种电流就称为恒定电流，简称直流。在直流电路中，式（电路中，式（1.1）可写成）可写成(1.2)在国际单位制（在国际单位制（SI）中，规定电量）中，规定电量Q的单位为库仑（的单位为库仑（C），时间的单），时间的单位为秒（位为秒（s），电流的单位为安培（），电流的单位为安培（A），即），即1A=1C/s。电流的单位还有。电流的单位还有毫安（毫安（mA）、微安（）、微安（A），其换算关系为），其换算关系为第一节第一节 直流电路直流电路第一节第一节 直流电路直流电路 电流的方向习惯上规定正电荷移动的方向或负电荷移动的
6、反方向为电流的方向习惯上规定正电荷移动的方向或负电荷移动的反方向为电流的方向（实际方向）。电流的方向是客观存在的，在简单电路中电流的方向（实际方向）。电流的方向是客观存在的，在简单电路中,可可以很容易判断出电流的实际方向以很容易判断出电流的实际方向,如图如图1.2(a)1.2(a)中的中的I1、I2。倘若在图中。倘若在图中A、B两点间再接入一个电阻如图两点间再接入一个电阻如图1.2（b）所示，那么该电阻中的电流方向）所示，那么该电阻中的电流方向就很难直观判断了。另外，在交流电路中，电流是随时间变化的，在图就很难直观判断了。另外，在交流电路中，电流是随时间变化的，在图上也无法表示其实际方向，为了
7、解决这一问题，须引入电流的参考方向上也无法表示其实际方向，为了解决这一问题，须引入电流的参考方向这一概念。这一概念。第一节第一节 直流电路直流电路 电流的参考方向可以任意选定，在电路中一般用箭头表示。当然，电流的参考方向可以任意选定，在电路中一般用箭头表示。当然，所选的电流参考方向不一定就是电流的实际方向，当电流的参考方向与所选的电流参考方向不一定就是电流的实际方向，当电流的参考方向与实际方向一致时，电流为正值（实际方向一致时，电流为正值（I0I0）；当电流的参考方向与实际方向相）；当电流的参考方向与实际方向相反时，电流为负值（反时，电流为负值（I0I0 0，表明，表明 ,则则u u比比i i
8、先达到最大值，称先达到最大值，称 u u超前于超前于 i i一个相一个相位角位角 ,或者说或者说 i i滞后于滞后于 u u一个相位角一个相位角 。若若 =0 =0，表明，表明 ，则，则u u与与i i同时达到最大值同时达到最大值,称称u u与与i i同相位，同相位，简称同相。简称同相。若若 ，则称，则称 u u与与 i i的相位相反。的相位相反。若若 0 0，表明，表明 ，则，则 u u 滞后于滞后于 i i（或（或i i超前于超前于u u）一个相位）一个相位角角 。由上可知：两个同频率的正弦量计时起点（由上可知：两个同频率的正弦量计时起点（t=0t=0）不同时，则它们的）不同时，则它们的相
9、位和初相位不同，但它们之间的相位差不变。在交流电路中，常常需相位和初相位不同，但它们之间的相位差不变。在交流电路中，常常需要研究多个同频率正弦量之间的关系，为了方便起见，可以选其中某一要研究多个同频率正弦量之间的关系，为了方便起见，可以选其中某一个正弦量作为参考，称为参考正弦量。令参考正弦量的初相个正弦量作为参考，称为参考正弦量。令参考正弦量的初相=0=0，其他，其他各正弦量的初相，即为该正弦量与参考正弦量的相位差（或初相差）。各正弦量的初相，即为该正弦量与参考正弦量的相位差（或初相差）。第二节第二节 交流电路交流电路正弦交流电的相量表示法正弦交流电的相量表示法 交流电的瞬时值表达式，是以三角
10、函数的形式表示出交流电的变化交流电的瞬时值表达式，是以三角函数的形式表示出交流电的变化规律；交流电的波形图可直观地看出交流电的变化状态；而交流电的相规律；交流电的波形图可直观地看出交流电的变化状态；而交流电的相量表示法，是为了便于交流电的分析和计算。量表示法，是为了便于交流电的分析和计算。用复数表示交流电的方法，称为交流电的相量表示法用复数表示交流电的方法，称为交流电的相量表示法。2、相量与复数、相量与复数1、复数的两种表示形式、复数的两种表示形式3、相量的运算、相量的运算第二节第二节 交流电路交流电路2.2正弦交流电路的计算正弦交流电路的计算 最简单的交流电路是由最简单的交流电路是由电阻电阻
11、、电容电容和和电感电感中任一个元件组成的，这中任一个元件组成的，这些电路元件仅由些电路元件仅由R R、L L、C C三个参数中的一个来表征其特性，这样的电路称三个参数中的一个来表征其特性，这样的电路称为单一参数的交流电路。为单一参数的交流电路。第二节第二节 交流电路交流电路2.2.1 电阻电路电阻电路 日常生活中所用的白炽灯、电饭锅和热水器等在交流电路中都可以日常生活中所用的白炽灯、电饭锅和热水器等在交流电路中都可以看成是电阻元件，如图看成是电阻元件，如图2.52.5（a a）所示。）所示。图图2.5 2.5 电阻电路电阻电路第二节第二节 交流电路交流电路1.电压与电流的关系电压与电流的关系如
12、选择电流为参考正弦量，即电流的初相为如选择电流为参考正弦量，即电流的初相为0 0，瞬时值表达式，瞬时值表达式为为 ,2.2.电阻两端的电压电阻两端的电压 (2.7)(2.7)其波形图如图其波形图如图2.5(2.5(b)b)所示。由式所示。由式(2.7)(2.7)及波形图可知，电阻电路及波形图可知，电阻电路中中u u与与i i同频率同相位。其有效值及相量关系分别为同频率同相位。其有效值及相量关系分别为 (2.8)(2.8)式（式（2.82.8）为电阻电路中欧姆定律的有效值形式和相量形式。电）为电阻电路中欧姆定律的有效值形式和相量形式。电压与电流的相量图如图压与电流的相量图如图2.52.5（c c
13、）所示。所示。第二节第二节 交流电路交流电路2.电阻电路中的功率电阻电路中的功率电阻上的瞬时功率电阻上的瞬时功率 （2.92.9）由此可见：功率由此可见：功率p p的频率是的频率是u u、i i的频率的两倍，其波形如图的频率的两倍，其波形如图2.5(d2.5(d）所示。由波形图可见功率虽然随时间变化，但均为正值。由波形图和式所示。由波形图可见功率虽然随时间变化，但均为正值。由波形图和式（2.92.9）即可得出平均功率）即可得出平均功率 （2.102.10）由波形图可知：由波形图可知：P P为正值，说明电阻是吸收功率的元件，它是把电功为正值，说明电阻是吸收功率的元件，它是把电功率转换成其他有用的
14、功率消耗掉了，所以称电阻为耗能元件。其平均功率转换成其他有用的功率消耗掉了，所以称电阻为耗能元件。其平均功率又称为有功功率。率又称为有功功率。第二节第二节 交流电路交流电路2.2.2 电感电路电感电路 在生产和生活中所接触到的将电能转换成动能的设备，如电动机、在生产和生活中所接触到的将电能转换成动能的设备，如电动机、风机等，还有改变电压大小的变压器等，在交流电路中起主要作用的是风机等，还有改变电压大小的变压器等，在交流电路中起主要作用的是电感（忽略导线电阻）。电感（忽略导线电阻）。图图2.6 2.6 电感电路电感电路第二节第二节 交流电路交流电路1.电压与电流关系电压与电流关系如仍选择电流为参
15、考正弦量，即电流如仍选择电流为参考正弦量，即电流i i的初相为的初相为0 0，则其瞬时值表达式，则其瞬时值表达式为为 电感两端的电压电感两端的电压 （2.112.11）由式（由式（2.112.11）可见，对于电感电路，）可见，对于电感电路，u u与与i i频率相同，相位却不同，频率相同，相位却不同，u u超前超前i i为为9090。其波形如图。其波形如图2.6(b)2.6(b)所示。有效值的关系为所示。有效值的关系为 或或 （2.122.12）（2.132.13）第二节第二节 交流电路交流电路式（式（2.132.13）中，）中，称为感抗，单位也是欧姆（称为感抗，单位也是欧姆（）。它表示电感对电
16、流）。它表示电感对电流阻碍作用大小的物理量。阻碍作用大小的物理量。与电感与电感L L和频率和频率f f成正比，如果成正比，如果L L一定，一定，f f愈高愈高X XL L愈大，愈大，f f愈低愈低X XL L愈小。在直流电路中，愈小。在直流电路中，f=0,f=0,LL2fL=02fL=0，说明电，说明电感在直流电路中可视为短路。即电感有通直阻交的作用。电感两端的电感在直流电路中可视为短路。即电感有通直阻交的作用。电感两端的电压与电流的相量关系为压与电流的相量关系为 或或 (2.14)(2.14)相量图如图相量图如图2.6(c)2.6(c)所示。图所示。图2.6(c)2.6(c)中中i i的初相
17、的初相0,=I00,=I0则则第二节第二节 交流电路交流电路2.电感电路中的功率电感电路中的功率电感的瞬时功率电感的瞬时功率 (2.15)(2.15)由式（由式（2.152.15）可知：电感上瞬时功率）可知：电感上瞬时功率p p的频率是的频率是u u或或i i频率的两倍，并按正频率的两倍，并按正弦规律变化，如图弦规律变化，如图2.6(d2.6(d）所示。在）所示。在0 0/2/2区间区间p p 正值，电感吸收功率并把吸收正值，电感吸收功率并把吸收的电功率转换成磁场能量储存起来；在的电功率转换成磁场能量储存起来；在/2/2区间区间p p为负值，电感发出功率，为负值，电感发出功率，是将其储存的磁场
18、能量再转换成电场能量送回到电源。是将其储存的磁场能量再转换成电场能量送回到电源。电感并不消耗功率，所以电感并不消耗功率，所以称电感为储能元件称电感为储能元件。由图由图2.6(d2.6(d）可见，电感的平均功率）可见，电感的平均功率P=0P=0。虽然。虽然电感不消耗功率，但作为负载电感不消耗功率，但作为负载的电感与电源之间存在着能量交换的电感与电源之间存在着能量交换，交换的能量用无功功率，交换的能量用无功功率Q Q来计量，大小为来计量，大小为 无功功率的单位为乏（无功功率的单位为乏（varvar）。第二节第二节 交流电路交流电路2.2.3 电容电路电容电路 下面讨论电容元件在交流电路中的作用，找
19、出电容与电感作用的区别，电容下面讨论电容元件在交流电路中的作用，找出电容与电感作用的区别，电容电路如图电路如图2.7(a2.7(a）所示。）所示。图图2.7 2.7 电容电路电容电路第二节第二节 交流电路交流电路1.1.电压与电流关系电压与电流关系 如选择电压为参考正弦量，即电压的初相为如选择电压为参考正弦量，即电压的初相为0 ，电压，电压u u 的瞬时的瞬时值表达式为值表达式为则电容上所流过的电流则电容上所流过的电流 （2.162.16）由式（由式（2.162.16）可见对于电容电路，）可见对于电容电路，u u与与i i也是同频率不同相位，也是同频率不同相位，i i超前超前u u为为9090
20、,其波形如图其波形如图2.72.7（b b）所示。有效值的关系为）所示。有效值的关系为（2.172.17）（2.182.18）或或第二节第二节 交流电路交流电路 式（式（2.18）中，）中，Xc称为容抗，单位仍是欧姆（称为容抗，单位仍是欧姆（）。它是表示电）。它是表示电容对电流阻碍作用大小的物理量。容对电流阻碍作用大小的物理量。Xc与频率与频率f成反比，如果成反比，如果C确定后，确定后，f愈高愈高Xc愈小，愈小，f愈低愈低Xc愈大。在直流电路中，愈大。在直流电路中，f=O,Xc=1/2fC，说，说明电容在直流电路中可视为开路，即电容有隔直通交作用。电容两端明电容在直流电路中可视为开路，即电容有
21、隔直通交作用。电容两端的电压与电流的相量关系为的电压与电流的相量关系为（2.19）相量图如图相量图如图2.7(c）所示。图）所示。图2.7(c）中）中u的初相的初相0,=U 0，则，则或或第二节第二节 交流电路交流电路2.电容电路中的功率电容电路中的功率 电容的瞬时功率电容的瞬时功率 (2.20)(2.20)由式（由式（2.202.20）可见，电容）可见，电容p p的频率也是的频率也是i i或或u u频率的两倍频率的两倍,并按正弦规律变并按正弦规律变化，如图化，如图2.7(d)2.7(d)所示。由所示。由p p的波形图可见，在的波形图可见，在0 0/2/2区间，区间，p p为正值为正值,电电容
22、吸收功率，并把吸收的电功率以电场能量的形式储存起来；在容吸收功率，并把吸收的电功率以电场能量的形式储存起来；在/2/2区间，区间，p p为负值，电容发出功率，是将其储存的电场能量再送回到电源。为负值，电容发出功率，是将其储存的电场能量再送回到电源。电容并不消耗功率，所以电容元件也是储能元件。电容并不消耗功率，所以电容元件也是储能元件。由图由图2.7(d)2.7(d)可见，电容的平均功率可见，电容的平均功率P=0P=0。电容与电源之间交换的能量。电容与电源之间交换的能量用无功功率用无功功率Q Q来计量，其大小为来计量，其大小为 (2.21)(2.21)无功功率的单位是乏（无功功率的单位是乏（va
23、rvar）。）。第二节第二节 交流电路交流电路2.2.4 RLC串联交流电路串联交流电路 电阻、电感和电容串联的电路如图电阻、电感和电容串联的电路如图2.8所示。下面讨论串联后的阻抗、所示。下面讨论串联后的阻抗、电压、电流及功率的关系。电压、电流及功率的关系。、和和 是分析计算电路的是分析计算电路的重要依据。重要依据。图2.8 RLC串联电路 阻抗三角形阻抗三角形电压三角形电压三角形功率三角形功率三角形无功功率的单位是乏（无功功率的单位是乏（var）第二节第二节 交流电路交流电路2.32.3功率因数的提高功率因数的提高功率因数是有功功率与视在功率之比功率因数是有功功率与视在功率之比，用字母，用
24、字母 表示。表示。在只有电感或电容元件的电路中，在只有电感或电容元件的电路中，P=O,S=Q P=O,S=Q，=O =O，功，功率因数最低，在只有电阻元件的电路中，率因数最低，在只有电阻元件的电路中，Q=0,S=PQ=0,S=P，=1 =1，功率因数最高。功率因数最高。如果电感如果电感L L很大，可采用并接电容的方法提高功率因很大，可采用并接电容的方法提高功率因数数，电路如图，电路如图2.12(a 2.12(a）所示。图）所示。图2.12(a2.12(a）中的）中的R R为电感线圈的导为电感线圈的导线电阻。线电阻。图2.12 提高功率因素的方法第二节第二节 交流电路交流电路 并联电路选择电压为
25、参考量并联电路选择电压为参考量,，电流之间的相量关系可根，电流之间的相量关系可根据据KCLKCL定律得出定律得出 。由图。由图2.12(b)2.12(b)相量图和式相量图和式 得出电容支路电流的有效值为得出电容支路电流的有效值为又根据电容电路有又根据电容电路有 (2.31)(2.31)第二节第二节 交流电路交流电路 式中，式中，为没并电容时的功率因数角，可根据条件在三个三角形为没并电容时的功率因数角，可根据条件在三个三角形中的任意一个求得。中的任意一个求得。为并入电容后的功率因数角，可根据要达到的为并入电容后的功率因数角，可根据要达到的 =cos =cos 的值求得。一般要求的值求得。一般要求
26、0.9 0.9 1 1。如。如 =1 =1 电路则产生电路则产生谐振，损坏电气设备。谐振，损坏电气设备。提高功率因数能使电源设备得到充分利用，又提高功率因数能使电源设备得到充分利用，又能减小供电电流，减小线路的损耗能减小供电电流，减小线路的损耗。第二节第二节 交流电路交流电路2.4 电路中的谐振电路中的谐振 所谓所谓谐振谐振，是指在含有电容和电感的电路中，当调节电路的参数或，是指在含有电容和电感的电路中，当调节电路的参数或电源的频率，使电路的总电压和总电流相位相同时，整个电路的负载呈电源的频率，使电路的总电压和总电流相位相同时，整个电路的负载呈电阻性，这时电路就发生了谐振，谐振分为电阻性，这时
27、电路就发生了谐振，谐振分为串联谐振串联谐振和和并联谐振并联谐振。R R、L L、C C串联电路如图串联电路如图2.13(a2.13(a）所示。）所示。图2.13串联谐振第二节第二节 交流电路交流电路串联谐振串联谐振 当当 与与 同相时，即同相时，即 =0 =0，电路产生串联谐振。由阻抗三角，电路产生串联谐振。由阻抗三角形可得出，串联谐振的条件是形可得出，串联谐振的条件是 即即 =式中，式中，为谐振频率为谐振频率 (2.32)(2.32)式（式（2.322.32）说明，当调节）说明，当调节L L或或C C时就可改变谐振频率时就可改变谐振频率 ，而调节电源，而调节电源的频率使的频率使f=f=，就可
28、产生谐振。，就可产生谐振。=第二节第二节 交流电路交流电路串联谐振的特点：串联谐振的特点：(1)(1)电路的阻抗最小并呈电阻性，根据阻抗三角形有电路的阻抗最小并呈电阻性，根据阻抗三角形有(2)(2)电路中的电流最大，为电路中的电流最大，为(3(3）当）当 时，时，串联谐振可以在电容和电感两端产，串联谐振可以在电容和电感两端产生高压，故又称其为电压谐振。生高压，故又称其为电压谐振。谐振电容两端的电压谐振电容两端的电压 或电感线圈两端的电压或电感线圈两端的电压 与总电压与总电压U U的比值，的比值，称为串联谐振电路的品质因数，用字母称为串联谐振电路的品质因数，用字母Q Q表示为表示为 Q=第二节第
29、二节 交流电路交流电路并联谐振并联谐振电感线圈与电容并联的电路如图电感线圈与电容并联的电路如图2.15(a2.15(a）所示。）所示。图图2.15 2.15 并联谐振并联谐振图图2.15(a)2.15(a)中中R R为线圈电阻，一般很小，特别是在频率较高时，为线圈电阻，一般很小，特别是在频率较高时，R L,R L,与与 同相时，即同相时，即 0 0，电路产生并联谐振。由复阻抗的串并联关系可推导出并联谐振的，电路产生并联谐振。由复阻抗的串并联关系可推导出并联谐振的条件是（在条件是（在 R R 时，一般情况都能满足）时，一般情况都能满足）=。谐振频率为。谐振频率为=第二节第二节 交流电路交流电路并
30、联谐振的特点：并联谐振的特点：(1)(1)电路的阻抗最大，呈电阻性，电路的阻抗最大，呈电阻性，=(2)(2)电路的总电流量小，电路的总电流量小，=(3)(3)谐振总电流谐振总电流 和支路电流和和支路电流和 和和 的相量关系如图的相量关系如图2.15(b2.15(b）所示。）所示。并联谐振各支路电流大于总电流，所以并联谐振又称为电流谐振。并联谐振并联谐振各支路电流大于总电流，所以并联谐振又称为电流谐振。并联谐振在电子线路中有着广泛的应用，而在电力工程中应避免谐振给电气设备带来在电子线路中有着广泛的应用，而在电力工程中应避免谐振给电气设备带来危害。危害。第二节第二节 交流电路交流电路2.5 2.5
31、 三相交流电路三相交流电路 目前发电及供电系统都是采用三相交流电，在日常生活中所使用的交目前发电及供电系统都是采用三相交流电，在日常生活中所使用的交流电源，只是三相交流电中的一相。本小节主要介绍三相交流电源，以流电源，只是三相交流电中的一相。本小节主要介绍三相交流电源，以及对电压、电流和功率的分析。及对电压、电流和功率的分析。第二节第二节 交流电路交流电路2.5.1 2.5.1 三相交流电源三相交流电源 三相交流电是由三相同步发电机产生的。三相同步发电机内有三个结构相同、三相交流电是由三相同步发电机产生的。三相同步发电机内有三个结构相同、空间位置互差空间位置互差1201200 0对称分布的固定
32、绕组，在同一旋转磁场中切割磁力线，产生三对称分布的固定绕组，在同一旋转磁场中切割磁力线，产生三相对称的交流电，如图相对称的交流电，如图2.162.16所示。所示。图图2.16 2.16 三相交流电三相交流电 、分别为三个对称的单相交流电，三个引出线分别称为分别为三个对称的单相交流电，三个引出线分别称为A A 相线、相线、B B 相线、相线、C C 相线，俗称相线，俗称火线火线。N N 引出线称为中线，俗称引出线称为中线，俗称零线零线。相。相线与中线之间的电压线与中线之间的电压 、称为称为相电压相电压，其有效值用，其有效值用 表示。表示。相线与相线之间的电压相线与相线之间的电压 、称为称为线电压
33、线电压，其有效，其有效值用值用 表示。线电压表示。线电压 与相电压与相电压 的关系，的关系，=如在我国低压配电系统中相电压为如在我国低压配电系统中相电压为220V,220V,线电压线电压 =220=380V =220=380V。第二节第二节 交流电路交流电路第二节第二节 交流电路交流电路2.5.2 2.5.2 三相交流电的功率三相交流电的功率 三相负载总功率与负载的连接方式无关三相负载总功率与负载的连接方式无关,三相负载总的有功功率等于各相有功功率代数和三相负载总的有功功率等于各相有功功率代数和，即：即：三相总的无功功率等于各相无功功率的代数和三相总的无功功率等于各相无功功率的代数和，即：即：
34、三相总的视在功率根据功率三角形可得：三相总的视在功率根据功率三角形可得：第二节第二节 交流电路交流电路负载与三相电源连接时尽可能对称分布。如果负载与三相电源连接时尽可能对称分布。如果负载对称，则三相总的功负载对称，则三相总的功率分别为率分别为：式中，式中，是相电压是相电压 与相电流与相电流 之间的相位差。之间的相位差。应该注意，虽然应该注意，虽然Y Y形连接和形连接和形连接计算功率的形式相同，但其具体形连接计算功率的形式相同，但其具体的计算值并不相等。的计算值并不相等。电工基础与系统组成基础知识基础知识 第一章第一章第一节第一节 直流电源直流电源 第二节第二节 交流电源交流电源 第三节第三节
35、变压器与电动机变压器与电动机 第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用 第五节第五节 集成运算放大器集成运算放大器 第六节第六节 直流稳压电源直流稳压电源 第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机3.1 3.1 变压器变压器 变压器是利用电磁感应原理制成的，它是传输电能或信号的静止电变压器是利用电磁感应原理制成的，它是传输电能或信号的静止电器，种类很多，应用十分广泛。它能实现变压、变流、变阻抗及电隔离器，种类很多，应用十分广泛。它能实现变压、变流、变阻抗及电隔离作用。作用。第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机变压器由变压器由铁心铁心和
36、和绕组绕组两部分组成，如图两部分组成，如图3.13.1所示。这是一个简单的双所示。这是一个简单的双绕组变压器，在一个闭合铁心上套有两组绕组。绕组变压器，在一个闭合铁心上套有两组绕组。N Nl l为一次绕组的匝数，为一次绕组的匝数，一次绕组也称为原绕组或原边。一次绕组也称为原绕组或原边。N N2 2为二次绕组的匝数，二次绕组也称为为二次绕组的匝数，二次绕组也称为副绕组或副边。通常绕组都用铜或铝制漆包线绕制而成。副绕组或副边。通常绕组都用铜或铝制漆包线绕制而成。图图3.1 3.1 变压器结构示意图变压器结构示意图铁心是用铁心是用0.350.350.50.5的硅钢片叠压而成，为了降低磁阻，一般用交错
37、的硅钢片叠压而成，为了降低磁阻，一般用交错叠安装的方式，即将每层硅钢片的接缝处错开。叠安装的方式，即将每层硅钢片的接缝处错开。变压器一、二次绕组电流、电压的有效值与匝数的关系为：变压器一、二次绕组电流、电压的有效值与匝数的关系为：第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机3.2 3.2 三相异步电动机三相异步电动机 电动机是能量转换装置，把机械能转化为电能的装置称为发电机，电动机是能量转换装置，把机械能转化为电能的装置称为发电机，把电能转化为机械能的装置称为电动机把电能转化为机械能的装置称为电动机。电动机主要用于拖动生产机械。电动机主要用于拖动生产机械之用，电动机按所需电源的种类可分为交流电动
38、机和直流电动机，交流之用，电动机按所需电源的种类可分为交流电动机和直流电动机，交流电动机又可分为异步电动机和同步电动机。其中异步电动机由于结构简电动机又可分为异步电动机和同步电动机。其中异步电动机由于结构简单、运行可靠、维护方便和价格便宜，是所有电动机中应用最广泛的一单、运行可靠、维护方便和价格便宜，是所有电动机中应用最广泛的一种。种。第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机3.2.1 3.2.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构 三相异步电动机分成两个基本组成部分：三相异步电动机分成两个基本组成部分：定子定子（固定部分）和（固定部分）和转子转子（转动部分），如图（转动部分），如图3
39、.23.2所示。所示。图图3.2 3.2 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机 三相异步电动机的定子由机座和装在机座内的圆筒形铁心及三相定三相异步电动机的定子由机座和装在机座内的圆筒形铁心及三相定子绕组构成。机座是用铸铁或铸钢所制成，铁心是由相互绝缘的硅钢片子绕组构成。机座是用铸铁或铸钢所制成，铁心是由相互绝缘的硅钢片叠成（与变压器铁心一样）。铁心圆筒内表面冲有槽，如图叠成（与变压器铁心一样）。铁心圆筒内表面冲有槽，如图3.33.3所示，用所示，用来放置三相对称绕组来放置三相对称绕组AX,BYAX,BY，CZCZ，三相绕组可接成星形或三角形。，三相
40、绕组可接成星形或三角形。图图3.3 3.3 定子和转子的铁心定子和转子的铁心第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机 三相异步电动机的转子有两种形式，即三相异步电动机的转子有两种形式，即鼠笼式鼠笼式和和绕线式绕线式。转子铁心。转子铁心是圆柱状，也用硅钢片叠成，表面冲有槽，以放置导条或绕组，轴上加是圆柱状，也用硅钢片叠成，表面冲有槽，以放置导条或绕组，轴上加机械负载。鼠笼式转子做成鼠笼状，就是在转子铁心的槽中置入铜条或机械负载。鼠笼式转子做成鼠笼状，就是在转子铁心的槽中置入铜条或铝条（导条），其两端用端环连接，称为短路环，如图铝条（导条），其两端用端环连接，称为短路环，如图3.43.4所示。在
41、中小所示。在中小型鼠笼式电动机中，转子的导条多用铸铝制成型鼠笼式电动机中，转子的导条多用铸铝制成。图图3.4 3.4 鼠笼式转子鼠笼式转子第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机 绕线式异步电动机的结构如图绕线式异步电动机的结构如图3.53.5所示，它的转子绕组同定子绕组一所示，它的转子绕组同定子绕组一样，也是三相，接成星形。每相的始端接在三相滑环上，尾端接在一起，样，也是三相，接成星形。每相的始端接在三相滑环上，尾端接在一起，滑环固定在转轴上，同轴一起旋转，环与环，环与轴，都相互绝缘，在滑环固定在转轴上，同轴一起旋转，环与环，环与轴，都相互绝缘，在环上用弹簧压着碳质电刷，借助于电刷可以改变
42、转子电阻以改变它的起环上用弹簧压着碳质电刷，借助于电刷可以改变转子电阻以改变它的起动和调速性能。动和调速性能。3.53.5图图 绕线式转子绕线式转子第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机3.2.2 3.2.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理1.1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生 在三相异步电动机定子铁心中放有三相对称绕组在三相异步电动机定子铁心中放有三相对称绕组AXAX、BYBY、CZCZ，将三，将三相绕组结成星形接在三相电源上，绕组中便通入三相对称正弦电流为相绕组结成星形接在三相电源上，绕组中便通入三相对称正弦电流为其波形如图其波形如图3.63.6所示。所示。图图3.6
43、3.6 三相对称正弦电流三相对称正弦电流 第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机 设在正半周时，电流从绕组的首端流入，尾端流出。在负半周时，设在正半周时，电流从绕组的首端流入，尾端流出。在负半周时，电流从绕组的尾端流入，首端流出。取各个不同的时刻，分析定子绕组电流从绕组的尾端流入，首端流出。取各个不同的时刻，分析定子绕组中电流产生合成磁场的变化情况，用以判断它是否为旋转磁场。中电流产生合成磁场的变化情况，用以判断它是否为旋转磁场。在在 时，定子绕组中电流方向如图时，定子绕组中电流方向如图3.7(a）所示，此时）所示，此时iA=0,iC为为正半周，其电流从首端流入，尾端流出，正半周，其电流从
44、首端流入，尾端流出，iB为负半周，电流从尾端流入，为负半周，电流从尾端流入，首端流出。可由右手定则判断合成磁场的方向。同理可得出首端流出。可由右手定则判断合成磁场的方向。同理可得出 （b图）图）和和 (c图）时的合成磁场方向，由图发现，当定子绕组中通入三图）时的合成磁场方向，由图发现，当定子绕组中通入三相电流后，它们产生的合成磁场是随电流的变化在空间不断地旋转着。相电流后，它们产生的合成磁场是随电流的变化在空间不断地旋转着。第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机2.2.磁场的方向磁场的方向 旋转磁场的转向和三相电流旋转磁场的转向和三相电流i iA A、i iB B、i iC C的顺序有关，
45、也称相序。以上的顺序有关，也称相序。以上是按是按ABCABC的相序，旋转磁场就按顺时针方向旋转。如将三相电源的任的相序，旋转磁场就按顺时针方向旋转。如将三相电源的任意两相对调位置，可发现此时旋转磁场也反转，因此意两相对调位置，可发现此时旋转磁场也反转，因此改变相序可以改变改变相序可以改变三相异步电动机的转向三相异步电动机的转向。图图3.7 旋转磁场的产生（旋转磁场的产生（p=1)第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机 图图3.8 3.8 旋转磁场的反转旋转磁场的反转第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机3.旋转磁场的极数旋转磁场的极数 旋转磁场的极数与每相绕组的串联个数有关，以上为每相
46、有一个绕组，旋转磁场的极数与每相绕组的串联个数有关，以上为每相有一个绕组，能产生一对磁极能产生一对磁极(p=1,p(p=1,p为极对数为极对数)。当每相有两个绕组串联，则绕组的。当每相有两个绕组串联，则绕组的首端之间的相位差为首端之间的相位差为1201200 0/2=60/2=600 0 ，则产生的旋转磁场具有两对极（，则产生的旋转磁场具有两对极（P=2P=2）称称4 4极电动机极电动机，如图，如图3.93.9和图和图3.103.10所示。所示。图图3.9 产生产生4极旋转磁场的定子绕组极旋转磁场的定子绕组 同理，每相有同理，每相有3 3个绕组串联（个绕组串联（p=3p=3时，时，6 6极电动
47、机），绕组首端之间相极电动机），绕组首端之间相位差为位差为1201200 0/3=40/3=400 0空间角。空间角。第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机 图图3.10 3.10 三相电流产生的旋转磁场（三相电流产生的旋转磁场（p=2p=2）第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机4 4 旋转磁场的转速旋转磁场的转速(同步转速同步转速n n0 0)旋转磁场的转速决定于磁极数。在一对磁极的情况下，当电流从旋转磁场的转速决定于磁极数。在一对磁极的情况下，当电流从 到到 时，磁极也旋转了时，磁极也旋转了6060，设电源的频率为，设电源的频率为f f，即电流，即电流每秒钟交变每秒钟交变f f次
48、或每分钟交变了次或每分钟交变了60f60f次次,则旋转磁场的转速为则旋转磁场的转速为n n0 060f,60f,转速转速的单位为转的单位为转/分（分（r/minr/min）；在两对磁极的情况下，当电流从）；在两对磁极的情况下，当电流从 到到 经历了经历了6060时，而磁场在空间仅旋转了时，而磁场在空间仅旋转了3030，当电流交变一周时，磁场转，当电流交变一周时，磁场转过半周，比过半周，比p=1 p=1 的情况转速慢了一半，即的情况转速慢了一半，即 n n0 0=60f/2=60f/2，同理，在三对磁，同理，在三对磁极的情况下极的情况下,n,n0 0=60f/3 =60f/3。由此可知，当旋转磁
49、场有。由此可知，当旋转磁场有p p 对磁极时，其旋对磁极时，其旋转磁场的转速为转磁场的转速为 n n0 0=60f/p =60f/p (3.1)(3.1)在我国，在我国，工频工频f=50Hzf=50Hz，由式（，由式（3.13.1）可得出对应于不同极对数）可得出对应于不同极对数p p 的旋的旋转磁场转速转磁场转速n n0 0：p123456n0(r/min)300015001000750600500电工基础与系统组成基础知识基础知识 第一章第一章第一节第一节 直流电源直流电源 第二节第二节 交流电源交流电源 第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机 第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件
50、及其应用 第五节第五节 集成运算放大器集成运算放大器 第六节第六节 直流稳压电源直流稳压电源 第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用4.1 4.1 二极管二极管二极管的基本结构二极管的基本结构 将将PN PN 结加上相应的封装并引出两根电极就构成了结加上相应的封装并引出两根电极就构成了二极管二极管。常用的封。常用的封装有金属封装、塑料封装和玻璃封装等。从装有金属封装、塑料封装和玻璃封装等。从P P区引出的线称为区引出的线称为阳极阳极，用，用“+”表示；从表示；从N N 区引出的线称区引出的线称阴极阴极，用，用“-”表示。如图表示。如