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1、第一章电工基础知识 1-1电路的基本知识 和 基 本定律按电流的性质不同分为交流电和直流电：交流电：电流的大小和方向随时间作周期性变化。若变化符合正弦规律，称之为正弦交流电。直流电：电流的大小和方向不随时间变化。若大小始终不变称为恒稳直流电。、直流电路的组成:电源、负载和中间环节1、电源：将其他形式的能转变为电能，作为供能者。2、负载：将电能转变为其他形式的能，作为耗能者。3、中间环节（导线和开关）：负责传输、控制与分配。导 线A开 关电 源导 线导 线电源本身电流的通路称之为内电路，除此以外称为外电路。外电路：电流从电源的正极经过负载流到负极。内电路：电流从电源的负极流到正极。二、电路的常用
2、物理量电流、电压、电位、电动势、电阻、电功率、电能的基本知识、基本概念1.电 流I电流的形成：在电场力作用下，自由电荷有规则的定向移动就形成了电流。电流的方向：规定正电荷的运动方向为电流的正方向，与负电荷的运动方向相反。电流方向用一个箭头表示。金属导体中电流方向与负电荷运动方向相反。o且 同 狂,称第一量超前第二量。(2)滞后关系02 0.且|阳4 4 9 称第一量滞后第二量，也可称第二量超前第一量。(3)同相关系02=0,称这两个正弦量同相。(4 )反相关系称这两个正弦量反相。例：判断下图正弦量的相位关系:(a)u和i同相；(b)ul超前u2；(c)il 和 i2 反相；(1”滞后1 1。四
3、、正弦量的相量表示1、波形图：2、解析式：上图可用解析式：i=Imsin(&tf+)表示3、相量表示法：用复数来表示正弦量方法叫正弦量的相量表示法。设某正弦电流解析式为：i)=Im s in 3 +e)则其相量表达式为：i=/()=4、相量图：相量图就是把正弦量的相量画在复平面上，只有同频率的交流电的相量才可以画在同一张相量图上。例：已知两个正弦电压u=1 4 1 s in(o r+y)(v)，“2 =7 0.5 s in(a (y)写出加和“2的相量，并画出相量图IL U,=-7=-Z=1 0 0 Z V 1 V 2 3 3_;7 0.5 .7 T _ _.7 T,.2 U2)=V 2f=N
4、-3-=5 0 N-3V相量图如图:5、求两个同频率正弦量之和:作相量图，按照矢量的运算法则求相量和。即“平行四边形法则”。如下图所示，用“平行四边形法则”求的和五、交流电路的常用元件1、纯电阻元件0X /x 0(1)电流和电压的有效值关系：/彳K(2)电流和电压之间的相位关系为同相(3)电阻元件的功率瞬时功率p ：元件上电压的瞬时值与电流的瞬时值的乘积叫做该元件的瞬时功率。有功功率P：计算瞬时功率的平均值,即平均功率，又叫有功功率。功率的单位为瓦(W),工程上也常用千瓦(kW)2、纯电感元件(a)电路图0(c)相量图(d)功率的波形(1)电流和电压的有效值关系U.=I=IX 或 1.=-匕
5、乙 L 3L XLX L=coL=2 刃亿XL称为感抗，单位为。(2)电流和电压之间的相位关系：电压超前电流9 0。(3)电感元件的功率有功功率：电感与电源之间只进行能量的交换，不消耗能量。即：无功功率QL：电感与电源之间进行能量交换的规模。等于电感元件上电压的有效值和电流的有效值的乘积。TJ2QL L ,L=/L况 L =yAL无功功率的单位为“乏”(va r),工程中也常用“千乏”(kva r)3、纯电容元件(1)电流和电压的有效值关系Ic=(oCUc=X,coCxc=!c a)C 2 球C及称为容抗，单位为Q。(2)电流和电压之间的相位关系:电流超前电压9 0。(3)电容元件的功率有功功
6、率：与纯电感电路相同，电容与电源之间只进行能量的交换，不消耗能量。即：无功功率：电容与电源之间进行能量交换的规模。等于电容元件上电压的有效值和电流的有效值的乘积。Qc U CI c=C C v C vQ c和QL一样，单位也是乏(va r)或千乏(kva r)o14三相交流电路由三相正弦交流电源供电的电路称为三相电路。目前，世界上电力系统所采用的供电方式，绝大多数属于三相制电路。一、三相电动势的产生及其主要特征三相正弦交流电一般由三相交流发电机产生，发电原理如图4-1 (a)所示。发电机主要由定子和转子两部分构成。定子包括机座、定子铁心、电枢绕组等几部分。定子铁心固定在机座里，其内圆表面冲有均
7、匀分布的槽。定子槽内对称嵌放着参数相同的三组绕组，每组N匝(图中以一匝示意)称为一相，于是有三相对称绕组，每相的始末端分别用U 1、U2,V 1、V2,W 1 W 2标示。图4T(b)是一相绕组结构示意图。图4-l(c)为每相绕组电路模型。各相绕组的始端U i、Vi、W i (末端也、V 2、W 2)彼此间隔1 2 0。发电机转子铁心上绕有励磁线圈，它以直流电流作为电源，这就形成一个可转动的磁极S-N,其磁通经定子铁心闭合。转子由原动机驱动，按顺时针方向以a角速度匀速旋转。图4 1由电磁感应定律，三相绕组中会产生频率相同、幅值相等、相位彼此互差1 2 0 的三相正弦交流电动势，感应电动势的正方
8、向由各相绕组的末端指向始端，如图4-l（b）、（c）所示，称为三相对称电动势。即。1=_ N-=N 心依 sinst=E,sin3 t、&=一 N 哒=&sin（加 一 120。）?初=-N 箸=%sin（3 t+120。）三相电动势各瞬时值抵达正幅值的先后次序称为相序。图4-l（a）所示电源相序I L-%一%称为正相序，与之相反的相序U i-%-%称为逆相序。当发电机并网运行时必须严格按相序同名端连线。一些三相负载的工作状态也与相序密切相关，比如给三相电动机逆相序供电，则使其反转。将三相电源输出端线的任意两个接点彼此调换一次，即可获得逆相序供电。相序无误才能确保系统正常工作。图4-2上图给出
9、三相电动势波形图及相量图。经计算三相对称电动势的瞬时值之和及相量之和均为零，即eu+ev+&=0Eu+Ew=0二、三相电源的星形联结发电机供电时，三相绕组通常采用星形联结：三相绕组的末端也、V2、啊联结成一点，称为中性点或零点，用N表示;三相绕组的始端UI、V、也引出三条输电线L、L2、L3,称为相线或端线（火线），如图4-3（a）所示三相电源的星形联结。由中性点也可引出一条输电线，称为中线（零线）。(b)电压相量图相线与中性线之间的电压称之为相电压。相线与相线之间的电压称之为线电压。图4-3 (b)是三相电源星形接法的线电压与相电压关系相量图，由图可知三个相电压对称，三个线电压也是对称电压，
10、并且有1!7cos300 切=4 4 -各线电压相位分别超前于其下标第一字符所对应的相电压相位3 0。角。三、三相对称负载电路我们把必须由三相电源供电的负载称为三相负载(如三相电动机等)，一般其各相阻抗参数相等，是三相对称负载。那些可以由单相电源供电的负载称为单相负载。三组单相负载可以组合成三相负载，由三相电源供电，构成三相电路,但这种组合难以保证三相的阻抗参数完全相等，一般属于三相不对称负载。三相负载可以星形(Y)联结接入三相电源，也可以三角形()联结接入三相电源，选择哪种联结方式应根据其额定电压及工作需要而定。(1)负载星形联结的三相电路负载星形联结有中线时，又称Y 0联结，三相四线制电路
11、模型如图4-4 (a)所电路模型图4 4三相四线制电路当忽略线路阻抗时，负载上的相电压、线电压等于电源电压。每相负载中的电流称为相电流，可用欧姆定律分别计算。，1=U=蜀0z_ 的=石 z y i、i HI，2=容=您/-1 2 0 -J3=J/1200-y J由相量图运用相量求和可知，这时中性线上电流为零，即：h=h+h+7 3 =J r v(1+/-1 2 00+/1 2 0)=o这种情况下(即三相负载对称)，中线可以省掉，成为三相三线制电路。由图4-4 （a）可知，负载星形联结电路由相线输入的线电流（有效值一般用L表示），即是每相负载上流过的相电流（有效值一般用 表示），于是对称负载星形
12、联结电路有如下关系5=4纬 1片J各线电压相位分别超前于其下标第一字符所对应的相电压相位3 0。角。（2）负载三角形联结的三相电路负载三角形联结的电路如图4-5 （a）所示，各相负载彼此首尾相连，再引出三条相线接对称电源，是三相三线制电图4-5对称负载三角形联结电路负载两端的相电压等于电源相线间的线电压，在忽略线路阻抗时即电源线电压。若仍以电源相电压次=u也为参考相量，则三相负载的相电压应为：。2=久/30,口3=4包，)3产 以 应 于各相电流可分别求解：当负载对称时有4=2 7=z”=z=|z 可以算出对称负载联结电路的三相电流是频率相同、幅值相等、相位互差1 2 0。的三相对称电流，即1
13、2=30 一中、2*2 3=4 /一 一.；3 1=4/1 5 0-U iT一 T-T T 4 Zy ZyC/HW -yY+Z1 Z、Zy由此可见负载上各相电压会偏离电源提供的额定值，偏离过多时会导致工作失常，甚至出现设备损毁、事故蔓延等更严重后果。所以三相四线制电路的中性线干线上不允许设开关和熔断器。在某些专用三相三线制供电场合，则应尽可能安排使三相负载基本均衡，让工作得以维持。可 见,中 性 线 的 作 用 就是使三相不对称负载的相电压保持对称。负载联结时，若出现不对称情况,相电流及线电流计算仍按三角形接法时电流与电压的计算方法进行计算，只是不能由一相电流值推知其他相电流及线电流值。五、三相电路的功率三相电路的功率分析一般应先计算各单相负载的功率，然后再求总功率。F=2 耳 e=ze 1在三相对称山路相，因为各相负载性质相同、大小相等，所以三相总的功率是单相功率的3倍，又因实际工作中三相电路的线电压、线电流参数获取比较方便，功率表达式可写成