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1、 自学指导大纲第五章 电路的暂态分析重点掌握1 换路定则，会计算初始值。2 一阶电路的全响应可用三要素法计算：第六章 变压器重点掌握1. 掌握变压器的电压、电流和阻抗变换的工作原理； 2. 掌握变压器的铭牌；3. 熟悉三相变压器的变换方法；4. 了解变压器的其他应用。第七章 三相异步电动机重点掌握1 三相异步电动机的结构；2 三相异步电动机的工作原理；3 三相异步电动机的铭牌数据；4 三相异步电动机的启动及制动。 电路分析自学指导书第五章 电路的暂态分析53 一阶线性电路的三要素法5.3.1 三要素法学习重点：1.时间常数的物理意义；2.掌握三要素法的表达式。直流激励下一阶线性电路响应的一般计
2、算公式：量的值，一阶电路的全响应也就唯一确定了。这三个量称为一阶线性电路的三要素，用三要素求解电路的方法称为三要素法。1.三要素法的证明分析思路：分析过程：换路后的方程为：的通解加上非齐次方程的特解，即：再利用初始条件求待定系数A,2.时间常数的讨论(1)的量纲具体时间量纲，其单位为秒(s)。(2)的物理意义仅由电路参数与结构决定，表明电路的惯性大小，即决定了电路暂态过程的长短。越大，电路惯性越大，暂态过程持续时间越长。(3)的计算求法。3.三要素法的适用范围适用于一阶线性电路，不仅可求得，还可以求得电路中其他响应如：。此时，要计算与该响应对应的初始值与稳态值，仍不变。例.用三要素法重新计算本
3、节一阶线性暂态电路。解：5.3.2 RC充放电电路分析学习提示：1.用三要素法计算；2.建立电容充放电波形分析的方法。1.RC充电电路零状态响应激励有两种，一种是外施电源，一种是储能元件的能量释放，零状态响应即为换路后外施电源激励不为零，而储能元件初始值为零的电路的响应。充电波形如左图所示。2.RC放电电路零输入响应零输入响应：即为换路后外施激励为零，而储能元件初始值不为零，仅有储能元件引起的电路的响应。3.RC电路的全响应换路后外施电源激励储能元件初始值都不为零，由二者共同作用的电路响应，称为电路的全响应。全响应与零输入、零状态的关系。 思路：三要素法。解：电流源两端的电压即为电容两端的电压
4、u。开关S未断开时，电路处于稳态，C相当于开路，从C两端看进去的等效电阻：代如三要素公式：在分析了一阶电路时，常常要画出所讨论电量随时间变化的曲线。本题中，电容电量u(t)随时间变化的曲线如图所示：5.3.3 RL电路分析学习提示：1.运用三要素法进行分析；2.注意的计算。54 RC电路的应用学习提示：用波形分析法1.微分电路输入信号的正(负)跳变相当于两次换路，并设：则有下图动画所示波形图：由于很小，所以电路的暂态过程很快就结束了。输出脉冲的幅度和方向反映了输入信号的跳变，这也就是微分的含义。2.积分电路输入信号的正负跳变相当两次换路，并设：由于很大，所以暂态过程持续时间很长，以致在两次换路
5、之间波形基本上是线性的，这就是“积分”的含义。3.耦合电路取微分电路的形式和积分电路的条件，即构成耦合电路。由于很大，所以电容两端的电压可以忽略，因而有：即电路由于输入信号的不断变化而永远远离稳态，于是得到输出电压基本等于输入电压的结论。这样的信号传输叫做耦合。如果输入信号叠加有直流，根据叠加定理，直流分量单独作用的结果是将进入稳态，即直流部分全部降在电容上；而变化部分则传到了输出端。工程中常用RC耦合电路隔断直流信号、传送交流信号。5.5 小结1.相对于稳态，暂态在电路中也是普遍存在的。产生暂态的原因，是电路中存在储能元件-电感和电容。本章研究了一阶电路的暂态过程。2.换路定则： 3.一阶电
6、路的全响应可用三要素法计算：第六章 变压器本章重点：变压器的三个变换原理、外特性及效率。6.1 变压器的结构6.1.1 概述变压器是什么样的？它有哪些“五脏六腑”？这就是本节的学习目的。我们已学习了线圈与铁心的作用。实际上，这就是变压器的主体结构，本节将对此作进一步的介绍。 变压器常见的结构型式有两种：（a）心式变压器，（b）壳式变压器 特点：(a）心式：绕组套在铁心柱上，该结构多应用于大容量的电力变压器上； (b)壳式：绕组被包围在中间，该结构常用于小容量的电子设备用变压器。 本节将以单相双绕组变压器为例，介绍变压器的基本结构。 6.1.2 绕组在变压器中，一般有两种绕组，如图所示。 fdg
7、fdgfdgfdgfdg1. 原绕组:接电源的绕组，又称为一次绕组、原边或一次侧，其匝数N1，电磁量用下标“1”表示； 2. 副绕组：接负载的绕组，又称为二次绕组、副边或二次侧，其匝数N2，电磁量用下标“2”表示。 z3. 特点： (1) 一般地，N1N2 ，将匝数多的称为高压绕组，将匝数少的称为低压绕组；(2) 排列方式：将原、副绕组同心地套在铁心柱上，而且一般将低压绕组放置在靠近铁心的位置上，而将高压绕组套在低压绕组的外侧。(3) 变压器原、副绕组之间以及绕组与铁心之间必须进行可靠的绝缘，没有直接的电气上的联系。 4.作用原、副绕组构成变压器电路的主体，完成电能的传输或信号的传递：(1)
8、原边（原绕组）通电后产生电流，接收电源的电能。 (2) 副边（副绕组）供电给负载，将电能传输给负载。 思考题原、副边没有电气上的直接联系，那么电能的传输又是如何实现的？ 6.1.3 铁心 1形状：变压器的铁心形状一般有口字型和曰字型两种。 fdgfdgfdgfdgfdg2. 材料：常用0.350.55mm厚的硅钢片叠装而成，各层硅钢片之间必须涂有绝缘漆，这是为了减少铁心中的能量损耗。 3作用： （1）由于铁心具有汇聚磁通的能力从而使铁心内部的磁场加强；并且使磁场问题简化为磁路问题。(2）通过铁心磁路，完成电能磁能电能的转换，从而使变压器的电能转换效率大为提高。6.2 工作原理6.2.1 概述变
9、压器的种类很多，但其基本原理都是一样的。以单相变压器为例说明。 .基本原理：交变在原边产生交变在铁心中产生交变磁通在原、副边产生交变感应电动势、副边接负载后，供电给负载。可见，变压器利用电磁感应原理将电能传递给负载。 研究目的：搞清变压器电压，电流和阻抗变换的原理。研究方法：将磁路分析转化为电路分析，将电磁关系式转化为电压电流关系式，.6.2.2 电压变换（空载运行） 学习重点：1.电压变换式 2.从磁路到电路的分析方法变压器空载运行：副边电流（负载电流）的运行方式。.1从磁路分析得到电磁关系式 结论:. .应用意义：上式为变压器重要的电磁关系式，广泛用于分析各种工作状况，判断变压器运行 的合
10、理性，与下面的电压方程式结合将导出电压变换的公式。2从电路分析得到电压电流关系式从电路角度对上图进行等效，如图所示： .和分别表示原、副边的电阻，应用KVL得到 .由于很小，与主电动势相比，可忽略，所以3. 电压变换原理得出下面的式子(K 称为变压器的变比) .应用意义：（1）当电源电压一定，通过改变原、副边的匝数比，就能得到不同的输出电压，.这就是电压的变换。（2）当，为降压变压器；当，为升压变压器。例题：有一台空载变压器，原边电源电压V，电源频率Hz，此时铁心中磁通最大值Wb，副边匝数匝。求：原边匝数以及副边空载电压 ？解答:TOP:（返回）6.2.3 电流变换（负载运行） 学习重点：1.
11、电流变换式 与空载不同之处：由于副边电流不再为零,导致下述不同之处：（1）铁心磁路中的主磁通由与共同产生，那么与有何不同？（2）对有何影响？1. 从磁路分析得到电磁关系式: 结论：推导过程：7.4.4节应用意义：与空载运行时的公式联系在一起，可导出主磁通最大值基本不变的公式。2 磁动势平衡及电流变换作用 得到下式： 上式即为磁动势平衡方程式。 结论1：变压器由空载变为负载运行时，主磁通的最大值基本不变。思考：既然加负载后主磁通最大值基本不变,那么原边电流是否也不变?与有 .何关系? 结论2：,原、副边电流有效值之比等于匝数比的倒数，这就是电流变换原理。应用意义：原边电流将随负载电流（副边电流）
12、的增加而成比例增加。 。 .6.2.4 阻抗变换学习重点：1.阻抗变换公式 2.分析方法引言：在实际应用中，变压器通常被视作一个电路元件。人们不仅关心原副边电压、电流关系，.还关心其阻抗的特性。事实上，变压器作为端口元件，具有阻抗变换功能。原理：应用意义：可根据需要，通过改变匝数比，获得合适的等效阻抗，从而使负载获得最大功 .率，这种方法称为“阻抗匹配”。 例题例题：一只4的扬声器经变压器接入晶体管功率放大电路中。该功放电路相当于电动势V，内阻为的交流信号源，求：.(1)该负载所能获得的最大功率是多少？此时变压器的变比是多少？.(2)若将该负载直接接在信号源上，负载获得的功率又是多少？:TOP
13、:6.3 变压器的额定值为确保变压器合理、安全运行，生产厂家根据国家技术标准，对变压器的工作条件进行了使用上的规定，为用户提供了变压器的允许工作数据，称为额定值。它们通常标注在变压器的铬牌上，故也称为铭牌值，并用下标“N”表示。 (1)额定电压(2)额定电流(3)额定容量(4)额定频率(1)额定电压 根据变压器的绝缘强度和允许温升所规定的电压值。是指原边电源电压的有效值，是指当原边加额定电压时，副边空载时副边电压的有效值，即对于三相变压器，额定电压是指线电压的有效值。(2)额定电流原、副边额定电流值和是指原、副边允许通过的最大电流，是根据绝缘材料允许的温度确定的。变压器的满载运行是指变压器负载
14、运行时的副边电流等于的运行方式，也称为变压器带额定负载运行；欠载运行是指的运行方式；过载运行则是指的运行方式。(3)额定容量定义：指副边输出的额定视在功率，单位是VA或KVA。由于变压器的效率很高，所以通常原、副边的额定容量设计得相等。 公式： 单相变压器三相变压器(4)额定频率是指变压器的工作频率，单位为Hz。我国规定的工业标准频率（简称工频）为 50Hz（而某些国家则规定为60Hz）。频率的改变将影响变压器的某些工作参数，影响变压器的运行性能。思考题：变压器额定容量的单位为什么是VA（KVA）而不是功率的单位W(kW)呢？ 例题：一台单相变压器的额定容量KVA，其额定电压为6000/230
15、V， 变压器的铁损0.5kW，满载时的铜损为2kW，如果变压器在满载情况 下向功率因数为0.85的负载供电，这时副绕组的端电压为220V。求： （1）变压器的效率？（2）问这台变压器能否允许接入120kW，功率因数为0.55的感性负载？（思路） :(1)满载定义:(2)，可接入负载；，则不能接入负载。（解答） 讨论：通过本例题可以得出几点结论：（1）变压器负载运行后，副边电压通常小于副边额定电压，这是由于变压器的内部损耗所决定的，本题中电压调整率为:（2）负载的功率因数过低，将引起变压器的过载运行，从而影响变压器 的正常运行，因而提高负载的功率因数非常必要。(6.4 三相变压器学习提示：三相变
16、压器的接法是学习重点。1. 问题的提出电力网中的变压器几乎都是三相变压器，生活中的单相交流电通常是由其一相提供的。 2. 三相变压器的接法三相变压器的高、低压绕组可分别接成星形或三角形，故我国采用的联接组别有等几种， 表示中点有引出线。如图所示：更多资料1. 传输同样的功率，用三相变压器要比单相变压器节省材料，并且效率高。2.联接的三相变压器是供动力负载和照明负载共用的，低压绕组一般是400V，高压绕组不超过35kV。3.联接的变压器，低压一般是10kV，高压不超过60kV。第七章 三相异步电动机71 三相异步电动机的结构学习目的：了解电动机的定子与转子。体会在结构上与变压器不同之处。生产、生
17、活中，电机跟家用电器一样太常见了，在商店里，一般值千元以上呢！主要有两部分：（）定子（静止不动的）机座定子铁心定子绕组（）转子（旋转的）转轴转子铁心转子绕组72 电动机的转动原理1. 转子转动的基本原理三相异步电动机的旋转原理是在电与磁的关系上建立的。其物理过程可描述为：定子三相绕组通入三相电流后，产生旋转磁场旋转磁场切割转子导条时便在其中感应出电动势和电流（电动势的方向由右手定则确定）转子电流与旋转磁场相互作用而产生电磁转矩（电磁力的方向由左手定则确定）电磁转矩使转子转动。其中关键是旋转磁场的产生。2.转子转速与转差率异步电动机转子转向与旋转磁场的方向相同，但转子转速总要小于旋转磁场的同步转
18、速,即,故称为异步电动机，二者关系用转差率表示。定义：转差率表示转子转速与旋转磁场同步转速的相差程度，即电动机在额定情况下运行时，与很接近，故转差率很小。一般为或应用：转差率是用来说明异步电动机运行情况的一个重要物理量，如在起动瞬间，则，此时转差率最大。转子转速以转差率可表示为 3 电磁转矩学习目的：掌握电磁转矩的物理意义，了解其分析方法。定义：电磁转矩（）是由转子中各个载流导体在旋转磁场的作用下受到的电磁力对转子转轴所形成的转矩之总和。转矩公式：其中：是一常数，它与电动机的结构有关；旋转磁场的每极磁通；转子电路的电流有功分量。73 三相异步电动机的起动和制动731 起动概述定义：异步电动机与
19、电源接通以后，如果电动机的起动转矩大于负载转矩，则转子从静止开始转动，转速逐渐升高至稳定运行，这个过程称为起动。起动性能：1起动电流（）:起动电流约为额定电流的7倍。2起动转矩（）:正常起动转矩约为额定转矩的0.92倍。3起动时间。4绕组发热。起动要求：1. 减少起动电流，并使起动转矩满足负载要求；2起动方法应可靠、正确，起动设备应简单、经济，便于操作。3起动过程中，功率损耗应尽量小。起动方法：笼型电动机的起动有直接起动和降压起动两种；绕线型电动机的起动采用转子串接电阻起动。732 异步电动机的制动定义：电动机的定子绕组断电后，其转动部分由于惯性还会继续转动一段时间才会停止。为了缩短辅助工时，
20、提高生产机械的生产率，同时也为了安全，往往要求电动机能迅速停车和反转，故需要对电动机制动。原理：即它的转矩与转子的转动方向相反，此时的转矩称为制动转矩。方法：机械方法-电磁抱闸电气方法-能耗制动、反接制动、发电反馈制动能耗制动定义：用消耗转子的动能（转换为电能）来进行制动，故称为能耗制动。方法：在切断三相电源的同时，接通直流电源，使直流电流通入定子绕组。直流电流的磁场是固定不动的，而转子由于惯性继续在原方向转动。根据右手定则和左手定则可确定此时的转子电流与固定磁场相互作用产生的转矩的方向。它与电动机转动方向相反，故起制动作用。制动转矩的大小与定子绕组中直流电流的大小有关，直流电流的大小一般为电
21、动机额定电流的（0.51）倍，可用电阻R进行调节。优缺点：能量消耗小，制动平稳，停车准确可靠，对交流电网无冲击。但需要直流电源。适用对象：某些金属切削机床。反接制动方法：电动机停车时，可将接到电源的三根导线中的任意两根的一端对调位置，使旋转磁场反向旋转，而转子由于惯性仍沿原方向转动。这时的转矩方向与电动机的转动方向相反，因而起制动作用。特点：由于旋转磁场与转子旋转方向相反，其相对速度很大，故定子电流很大。为了限制电流，对功率较大的电动机进行制动时，必须在定子电路（笼型）或转子电路（绕线型）中接入电阻。优缺点：方法简单可靠、效果较好，但能耗较大，振动和冲击也大，对加工精度有影响。适用对象：常用于
22、起停不频繁，功率较小的金属切削机床（如车床、铣床）的主轴制动。（发电回馈制动方法：当起重机快速下放重物时，重物拖动转子，电动机转速超过旋转磁场转速，即。根据右手定则和左手定则可判定，此时电动机的转矩与转子旋转方向相反，所以是制动转矩。特点：；电动机已转入发电机运行状态，将重物的位能转换为电能送入电网，故称发电反馈制动。7.4 三相异步电动机的调速 三相异步电动机的起动和制动:TOP:定义：所谓调速，就是指电动机在同一负载下能得到不同的转速，以满足生产过程的要求。方法：由转速公式 ，表明改变电动机转速的三种可能：变频调速-改变电源频率适用于笼型电动机调速变极调速-改变极对数变转差率调速-改变转差
23、率-适用于绕线型电动机调速7.4.1变频调速定义：改变供电电源的频率可以使旋转磁场的转速随着改变，电动机的转速也跟着改变，这种调速方法称为变频调速。原理：变频调速装置图、机械特性图如下所示。整流器先将频率为50Hz的三相交流电变换为直流电，再由逆变器变换为频率可调、电压有效值也可调的三相交流，供给笼型电动机。频率电调节范围一般为0.5320Hz。变频调速装置特点：可实现无级调速，并具有硬的机械特性。调速方式：1.在,即低于额定转速调速时，应保持的比值近于不变，即两者成比例同时调节-这是恒转矩调速。2.在，即高于额定转速调速时，应保持-这是恒功率调速。7.5 三相异步电动机的铭牌数据定义：电机制
24、造厂按照国家标准，根据电机的设计和试验数据而规定的每台电机的正常运行状态和条件，称为电机的额定运行情况。表征电机额定运行情况的各种数值，如电压、电流、功率等称为电动机的额定值。额定值一般标记在电机的铭牌或产品说明书上，常用下标N 标记。1. 型号；2接法；3额定功率()；4额定电压()；5额定电流()；6额定频率()；7额定转速()；8额定功率因数()；9额定效率()；10定额；11绝缘等级。型号接法指定子三相绕组的接法，有星形联结（）和三角形联结()。若电动机铭牌上标有 220/380V两种额定电压，接法标明/，则表明： =220V,接；=380V,接。额定功率在额定运行情况下，电动机轴上所
25、输出的机械功率为电动机的额定功率。额定电压电动机在额定运行情况下的线电压为电动机的额定电压。一般规定电动机的电压不应高于或低于额定值的5%。如三相定子绕组可有两种接法时，就标有两种相应的额定电压值。电动机的额定电压有380V，3000V及6000V等多种。额定电流电动机在额定情况下运行时定子绕组的线电流值为电动机的额定电流，也称满载电流。如三相定子绕组可有两种接法时，就标有两种相应的额定电流值。额定频率电动机在额定运行情况下的交流电源频率为电动机的额定频率。我国发电厂所生产的交流电，频率为50Hz。额定转速电动机在额定运行情况下的转速为电动机的额定频转速，也称满载转速。（额定功率因数电动机在额
26、定运行情况下的定子电路功率因数为电动机的额定功率因数。约为0.700.90。额定效率对电动机而言，输入功率与输出功率不等，其差值等于电动机本身损耗功率，包括铜损、铁损和机械损耗等。效率是指输出功率与输入功率的比值，即:其中，即三相定子绕组从电源所取用的功率。通常约为（7592）%。定额定额是指异步电动机的运行方式。电动机运行情况，根据发热条件可分为三种基本运行方式：连续运行、短时运行和断续运行。绝缘等级绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时所容许的极限温度来分级的。所谓极限温度，是指电机绝缘结构中最热点的最高容许温度。绝缘等级 A E B 极限温度（）105120130 练习题第五章 电
27、路的暂态分析5.1, 5.2, 5.6, 5.8, 5.9, 5.10, 5.12 第六章 变压器1. 原、副边没有电气上的直接联系，那么电能的传输又是如何实现的？2. 既然I1 随I2成比例增加，为何主磁通最大值却基本不变？3. 在变压器的电压和电流变换时，变压器的等效电路分为原、副边等效电路，与阻抗变换时的等效电路并不相同，这是为什么？第七章 三相异步电动机1 较异步电动机和变压器结构上的相同与不同。2 定子铁心与转子铁心有何不同？3 有一台三相异步电动机，其额定转速=975r/min。试求电动机的旋转磁场极对数和额定状态下的转差率4 一台四极三相异步电动机，电源频率为50Hz，带负载时的转差率为5%，求该电动机的实际转速与同步转速。5 若将三相异步电动机的三根电源线顺序对调（即A接B相，B接C相，C接A相），是否可以改变旋转磁场的方向？6 三相异步电动机进行能耗制动时，定子绕组从交流电源断开并通入直流电源，请提出与所述方法不同的另外两种通入直流电流的接线方法。