电气基本知识培训技巧---经典教程

1、电气基本知识电气基本知识1.11.1正弦交流电正弦交流电 正弦交流电路：是指电压和电流均按正正弦交流电路：是指电压和电流均按正 弦规律变化的电路。弦规律变化的电路。以交流电的形式产生电能或供给电能的设备称以交流电的形式产生电能或供给电能的设备称 为为交流电源交流电源。由交流电源、用电设备和连接导线组成的电流由交流电源、用电设备和连接导线组成的电流 流通路径称为流通路径称为交流电路交流电路。tIim sint it mI： 幅值（最大值）幅值（最大值） ： 角频率（弧度角频率（弧度/秒）秒） ： 初相角初相角mI 特征量特征量: :（三要素）（三要素）1.1.1交流电的三要素 描述变化周期的几种

2、方法：描述变化周期的几种方法：1. 周期周期 T： 变化一周所需的时间变化一周所需的时间 单位：秒，毫秒单位：秒，毫秒.Tf1fT22 3. 角频率角频率 ： 每秒变化的弧度每秒变化的弧度 单位：弧度单位：弧度/秒秒2. 频率频率 f：每秒变化的次数：每秒变化的次数 单位：赫兹单位：赫兹（Hz），千赫兹，千赫兹 .it T1.周期与频率周期与频率tIim sin为正弦电流的最大值为正弦电流的最大值mI 在工程应用中常用在工程应用中常用有效值有效值表示幅度。表示幅度。交流电表指交流电表指示的电压、电流读数，就是被测物理量的有效值。示的电压、电流读数，就是被测物理量的有效值。标准电压标准电压220

3、V，也是指供电电压的有效值。也是指供电电压的有效值。最大值最大值电量名称必须大电量名称必须大写写,下标加下标加 m。如：如：Um、Im2.幅值与有效值幅值与有效值 正弦量在任一瞬时的值称为瞬时值，用小写字母表示，瞬时值中最大的称为幅值，用带下标的字母来表示。则有则有TtiTI02d1（均方根值）（均方根值）可得可得2mII 当当 时，时，tIim sindtRiT20交流交流直流直流RTI2热效应相当热效应相当有效值概念有效值概念tIi sin2： t = 0 时的相位，称为时的相位，称为初相位或初相角初相位或初相角。说明：说明： 给出了观察正弦波的起点或参考点，给出了观察正弦波的起点或参考点

4、，常用于描述多个正弦波相位间的关系。常用于描述多个正弦波相位间的关系。it ）（t：正弦波的相位角或相位。：正弦波的相位角或相位。3.初相位初相位:正弦量所取的计时起点不同，初始值也就不同，到达幅值或某一特征值的时间也就不同。 1212 tt 两个两个同频率同频率正弦量间的相位差正弦量间的相位差( ( 初相差初相差) ) 222111 sin sintIitIimm122i1i t同频正弦信号的相位关系同频正弦信号的相位关系同同相相位位1i1221t2i021 落后于落后于2i1i2it1相相位位落落后后21i2i相相位位领领先先1i12021领先于领先于1i2it 9021 021 0211

5、8021uitui O90uitui90OuituiOtuiuiO瞬时值表达式瞬时值表达式301000sinmtIi相量相量必须必须小写小写波形图波形图it 正弦波的表示方法：正弦波的表示方法：1.1.2正弦量的相量表示法正弦量的相量表示法 概念概念 ：一个正弦量的瞬时值可以用一个旋转的一个正弦量的瞬时值可以用一个旋转的有向线段在纵轴上的投影值来表示。有向线段在纵轴上的投影值来表示。 正弦波的相量表示法正弦波的相量表示法矢量长度矢量长度 = mU矢量与横轴夹角矢量与横轴夹角 = 初相位初相位矢量以角速度矢量以角速度 按逆时针方向旋转按逆时针方向旋转tUum sinmUt 注意注意 ： 1. 只

6、有正弦量只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不可以。才能用相量表示，非正弦量不可以。2. 只有只有同频率同频率的正弦量才能画在一张相量图上，不的正弦量才能画在一张相量图上，不同频率不行。同频率不行。新问题新问题提出：提出： 平行四边形法则可以用于相量运算，但不方便。平行四边形法则可以用于相量运算，但不方便。故引入故引入相量的复数运算法。相量的复数运算法。 相量相量 复数表示法复数表示法复数运算复数运算 sinjcosjUUbaU相量的复数表示相量的复数表示相量式相量式abUUj+1将复数将复数U&放到复平面上，可如下表示：放到复平面上，可如下表示：abbaU122tan复数的模复数的模复

7、数的辐角复数的辐角j2sin2cosjjjjeeee欧欧拉拉公公式式abUUUeUUbaUj)sinj(cosj代数式代数式 指数式指数式 极坐标形式极坐标形式可得可得: sinjcosje相量的复数运算相量的复数运算1. 加加 、减运算减运算222111jjbaUbaU设：设：j212121)( j)(UebbaaUUU则：则：设设：2. 乘乘法法运算运算21j22j11eUUeUU)( j212121eUUUUU则：则：3. 除法除法运算运算21j22j11eUUeUU设：设：21j2121eUUUU则：则：波形图波形图瞬时值瞬时值相量图相量图IeIbajj 小结：正弦波的四种表示法小结：

8、正弦波的四种表示法 tIim sin TmIt iI相量式相量式符号说明瞬时值瞬时值 - 小写小写u、i有效值有效值 - 大写大写U、I复数、相量复数、相量 - 大写大写 + “.”U最大值最大值 - 大写大写+ +下标下标mU R、L、C都是组成电路模型的理想元件。所谓理想，就是突出其主要性质，而忽略其次要因素。其中，电阻元件是耗能元件，后两者是储能元件。 在交流电路中，由于所加电压随时间而交变，故电路中的电流、功率及电场和磁场储存的能量也都是随时间而变化的。所以在交流电路中，电感元件中的感应电动势和电容元件中的电流均不为零，但但在直流电路稳定状态下，电感元件可视作短路，电在直流电路稳定状态

9、下，电感元件可视作短路，电容元件可视作开路容元件可视作开路。1.1.3 1.1.3 交流电路组成元件交流电路组成元件1 1电阻元件电阻元件电阻元件是一种消耗电能的元件。电阻元件是一种消耗电能的元件。欧姆定律欧姆定律: 关联方向：关联方向：u =Ri非关联方向时：非关联方向时：u =Ri功率：功率：2电感元件电感元件电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件。电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件。+u i L如右图所示：如右图所示：特点：特点：只有电感上的只有电感上的电流变化时，电感两电流变化时，电感两端才有电压。在直流端才有电压。在直流电路中，电感上即使电路中，电感上即使有电流通过，但有电流通过，但

10、，相当于短路。，相当于短路。在交流电路中的阻值：在交流电路中的阻值：LfLXL 2存储能量：存储能量：2L21LiW3 3电容元件电容元件电容元件是一种能够贮存电场能量的元件。电容元件是一种能够贮存电场能量的元件。如右图所示：如右图所示：i C+u 特点：特点：只有电容上的电压变化只有电容上的电压变化时，电容两端才有电流。在直时，电容两端才有电流。在直流电路中，电容上即使有电压流电路中，电容上即使有电压，但，相当于开路，即，但，相当于开路，即 电容具有电容具有隔直作用隔直作用。在交流电路中的阻值：在交流电路中的阻值：CfCXC121存储能量：存储能量：2C21CuW 实际负载实际负载实际电路中

11、理想负载基本不存在，而往往是实际电路中理想负载基本不存在，而往往是在负载性质展现出呈阻性负载、呈感性负载和呈在负载性质展现出呈阻性负载、呈感性负载和呈容性负载，我们统一称这些负载为阻抗，用容性负载，我们统一称这些负载为阻抗，用“Z”表示，具体如下：表示，具体如下：1、阻性负载、阻性负载负载在电路中呈现电阻性质负载在电路中呈现电阻性质 如：白炽灯如：白炽灯2、感性负载、感性负载负载在电路中呈现感性性质负载在电路中呈现感性性质如：日光灯、电扇等如：日光灯、电扇等3、感性负载、感性负载负载在电路中呈现容性性质负载在电路中呈现容性性质如：电容器、同步电动机等如：电容器、同步电动机等实际电路中，是多种特

12、性的负载串、并联实际电路中，是多种特性的负载串、并联而成，我们称之为：阻性、感性和容性只对负而成，我们称之为：阻性、感性和容性只对负载的两端在电路中呈现的性质而言。载的两端在电路中呈现的性质而言。例如：日光灯用电路来表示，实际是电阻例如：日光灯用电路来表示，实际是电阻和电感的串联电路。和电感的串联电路。RL电阻电阻R代表灯管代表灯管线圈线圈L代表镇流器代表镇流器 uiR根据欧姆定律根据欧姆定律 iRu tItRURuitUusin2sin2sin2 设设则则1.1.4电阻、电感和电容元件交流电路1电阻元件交流电路电阻元件交流电路2.电感电路电感电路ui（单位：（单位：H, mH, H）电感电感

13、 L：单位电流产生的磁链单位电流产生的磁链iNL线圈线圈匝数匝数磁通磁通lSNL2线圈线圈面积面积线圈线圈长度长度导磁率导磁率 电感和结构参数的关系电感和结构参数的关系线性电感线性电感:L=Const (如如:空心电感空心电感 不变不变)非线性电感非线性电感 : L = Const (如如:铁心电感铁心电感 不为常数不为常数)uei固定值固定值电感中电流、电压的基本关系电感中电流、电压的基本关系tiLtNeddddueitiLeudd当当 Ii (直流直流) 时时,0ddti0u所以，在直流电路中电感相当于短路。所以，在直流电路中电感相当于短路。电感电路中的功率电感电路中的功率)90sin(2

14、sin2tUutIitUIttUIuip2sincossin21. 瞬时功率瞬时功率 p iuL储存储存能量能量P 0P 0tuit 2. 平均功率平均功率 P （有功功率）（有功功率）0)2(sin1100dttIUTdtpTPTT结论：纯电感不消耗能量，只和电源进行能结论：纯电感不消耗能量，只和电源进行能量交换（能量的吞吐）。量交换（能量的吞吐）。tUIuip2sin 3. 无功功率无功功率 QLLXUXIIUQ22Q 的单位：乏、千乏的单位：乏、千乏 (var(var、kvar) kvar) Q 的定义：电感瞬时功率所能达到的最大值。用的定义：电感瞬时功率所能达到的最大值。用 以衡量电感

15、电路与电源进行能量交换以衡量电感电路与电源进行能量交换 的规模。的规模。tUIuip2sin把一个把一个0.1H的电感接到的电感接到 f=50Hz, U=10V的正弦的正弦电源上，求电源上，求I，如保持，如保持U不变，而电源不变，而电源 f = 5000Hz, 这时这时I为多少？为多少？解：解：(1) 当当 f = 50Hz 时时31.40.1503.1422 fLXL 318mA31.410LXUI（2）当）当 f = 5000Hz 时时3140 0.150003.1422 fLXL3.18mA314010LXUI3.电容电路电容电路uqC电容电容 C：单位电压下存储的电荷单位电压下存储的电

16、荷（单位：（单位：F, F, pF）+ +- - - -+q-qui电容符号电容符号 有极性有极性无极性无极性+_电解电容电解电容dsC极板极板面积面积板间板间距离距离介电介电常数常数 电容和结构参数的关系电容和结构参数的关系线性电容线性电容:C=Const ( 不变不变)非线性电容非线性电容:C = Const ( 不为常数不为常数)uiCtuCtqidddd 电容上电流、电压的基本关系电容上电流、电压的基本关系uqC 当当 Uu (直流直流) 时时,0ddtu0i所以，在直流电路中电容相当于断路。所以，在直流电路中电容相当于断路。uiC电容电路中的功率电容电路中的功率ui)90sin(2s

17、in2tUutIitIUuip2sin1. 瞬时功率瞬时功率 ptIUuip2sin充电充电p放电放电放电放电P 0储存储存能量能量uiuiuiuiiutTTtIUTdtTP0002sin1p1 2. 平均功率平均功率 PtIUui2sinp瞬时功率达到的最大值（吞吐规模）瞬时功率达到的最大值（吞吐规模）3. 无功功率无功功率 Q（电容性无功取负值）（电容性无功取负值）UIQtUIp2sin已知：已知： C 1F)6314sin(27 .70tu求：求：I 、i例例uiC解：解：318010314116CXC电流有效值电流有效值mA2.2231807 .70CXUI求电容电路中的电流求电容电路

18、中的电流mA)3314sin(2 .222)26314sin(2 .222tti瞬时值瞬时值i 领先领先于于 u 90电流有效值电流有效值mA2.2231807 .70CXUI1. 单一参数电路中电压电流的基本关系式单一参数电路中电压电流的基本关系式电感元件电感元件LjjXLdtdiLu 基本关系基本关系复阻抗复阻抗LUICjjXC1复阻抗复阻抗电容元件电容元件dtduCi 基本关系基本关系CUI电阻元件电阻元件R基本关系基本关系iRu 复阻抗复阻抗RUI小结小结)90sin()1(2)90sin()(2sin2tCItLItIRutIisin2若若则则CLRuuuu电流、电压的关系电流、电压

19、的关系uRLCRuLuCui1.1.5 混合电路及功率因数iuiuIUZIUIUZ复数阻抗复数阻抗 Z 的讨论的讨论结论：结论：的的模模为电路为电路总电压总电压和和总电流总电流有效值之比，有效值之比，而而的的幅角幅角则为则为总电压总电压和和总电流总电流的相位差的相位差。iuIUZ1. Z 和总电流、总电压的关系和总电流、总电压的关系2. Z 和电路性质的关系和电路性质的关系CLXXjRZZ一定时电一定时电路性质由参路性质由参数决定数决定 RXXtgCLiu1当当 时时， 表示表示 u 领先领先 i 电路呈感性电路呈感性CLXX 0CLXX 0当当 时，时， 表示表示 u 、i同相同相 电路呈电

20、阻性电路呈电阻性CLXX 0当当 时时， 表示表示 u 落后落后 i 电路呈容性电路呈容性阻抗角阻抗角3. 阻抗（阻抗（Z）三角形）三角形阻抗阻抗三角形三角形ZRCLXXXRXXtgXXRZCLCL122)(ZXXjRZCL)(4. 阻抗三角形和电压三角形的关系阻抗三角形和电压三角形的关系电压三电压三角形角形阻抗三阻抗三角形角形相相似似CLXXjRZZRCLXXXCURUULUCLUUIR、L、C 串联电路中的功率计算串联电路中的功率计算CLRpppiup1. 瞬时功率瞬时功率 2. 平均功率平均功率 P （有功功率）（有功功率） RIIUPdtpppTpdtTPRRTCLRT200)(11u

21、RLCRuLuCui总电压总电压总电流总电流u 与与 i 的夹角的夹角IUPR平均功率平均功率P与总电压与总电压U、总电流、总电流 I 间的关系：间的关系： COS- 功率因数功率因数 cosUUR其中：其中：cosUIP 在在 R、L、C 串联的电路中，串联的电路中，储能元件储能元件 L、C 虽虽然不消耗能量然不消耗能量，但存在能量吞吐，但存在能量吞吐， 吞吐的规模用无吞吐的规模用无功功率来表示。其大小为：功功率来表示。其大小为： sinIUIUUIUIUQQQCLCLCL）（）（3. 无功功率无功功率 Q：4. 视在功率视在功率 S：UIS 单位：伏安、千伏安单位：伏安、千伏安PQ（有助记

22、忆）（有助记忆）S注：注： SU I 可用来衡量发电机可能提供的最大可用来衡量发电机可能提供的最大功率（额定电压功率（额定电压额定电流）额定电流） 视在功率视在功率UIS 5. 功率三角形功率三角形sinUIQ 无功功率无功功率cosUIP 有功功率有功功率RUUCLUU电压三角形SQP功率三角形CLXXZR阻抗三角形阻抗三角形RLCRULUCUI&U只适用于串联电路中只适用于串联电路中功率因数的提高：功率因数的提高：总电压总电压总电流总电流u 与与 i 的夹角的夹角COScosUIP 功率因数功率因数 S=UI 设S=1000KVA，当COS =0.4时，P=400WCOS当 =0.

23、9时，P=900W功率因数提高的意义：功率因数提高的意义：（1 1）充分利用电源容量）充分利用电源容量（2 2）降低线路上的能量损失、电压降）降低线路上的能量损失、电压降日常生活中很多负载为感性的，其等效电路及相量日常生活中很多负载为感性的，其等效电路及相量关系如下图。关系如下图。 uiRLRuLuCOS I当当U、P 一定时，一定时，希望将希望将 COS 提高提高U&I&RU&LU&P = PR = UICOS 其中消耗的有功功率为：其中消耗的有功功率为：2I负负载载iu说明：说明：由负载性质决定。与电路的参数由负载性质决定。与电路的参数和频率有关，与电路的电

24、压、电流无关。和频率有关，与电路的电压、电流无关。cos功率因数功率因数 和电路参数的关系和电路参数的关系）（COSRXXtgCL1RCLXX Z例例40W白炽灯白炽灯 1COS40W日光灯日光灯 5 . 0COSA364. 05 . 022040cosUPI发电与供电发电与供电设备的容量设备的容量要求较大要求较大 供电局一般要求用户的供电局一般要求用户的 ， 否则受处罚。否则受处罚。 85. 0COSA182. 022040UPIcosUIP纯电阻电路纯电阻电路)0( 1COS10COSR-L-C串联电路串联电路)9090(纯电感电路或纯电感电路或纯电容电路纯电容电路0COS)90(电动机电

25、动机 空载空载 满载满载3 . 02 . 0COS9 . 07 . 0COS 日光灯日光灯 （R-L-C串联电路）串联电路）6.05.0COS常用电路的功率因数常用电路的功率因数提高功率因数的措施提高功率因数的措施:uiRLRuLu并电容并电容C 三相电路在生产上应用最为广泛。发电、输配三相电路在生产上应用最为广泛。发电、输配电和主要电力负载，一般都采用三相制。电和主要电力负载，一般都采用三相制。三相交流发电机三相交流发电机是产生正弦交流电的主要设备。是产生正弦交流电的主要设备。NSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNS三相交流发电机由三个三相交流发电机由三个对对称的绕组称的绕组组成

26、，在空间上组成，在空间上彼此彼此相差相差120 ，它们的，它们的始始端端记为记为A、B、C，末端末端记记为为X、Y、Z。1.2 三相电路三相电路1.2.1三相电压铁心铁心（作为导磁路经）（作为导磁路经）三相绕组三相绕组: 直流励磁的电磁铁直流励磁的电磁铁定子定子转子转子发电机结构发电机结构 图 5.1.4 同步电机主要部件 在交流电机部件中对能量转换起主要作用的部件在交流电机部件中对能量转换起主要作用的部件: 定子铁心；定子铁心； 定子绕组：空间上相差定子绕组：空间上相差120度的三相绕组；度的三相绕组； 转子：同步电机和异步电机完全不同。转子：同步电机和异步电机完全不同。 图 5.1.6 三

27、相交流电机的定子铁心和定子绕组 AXYCBZSN定子定子转子转子 定子中放三个线圈：定子中放三个线圈：A XB YC Z首端首端末端末端三线圈空间位置三线圈空间位置各差各差120o转子装有磁极并以转子装有磁极并以 的速的速度旋转。三个线圈中便产度旋转。三个线圈中便产生三个单相电动势。生三个单相电动势。SN三相交流电动势的产生三相交流电动势的产生+_eeU1U2 图 5.1.8 异步电机的绕线式转子 转子铁心 滑环 电刷 转轴 转子绕组 星接中性点 直流发电机的物理模型直流发电机的物理模型u 通过通过换向器换向器和和电刷电刷将交将交流变成直流流变成直流直流电机的工作原理直流电机的工作原理 旋转整

28、流器励磁旋转整流器励磁 副励磁机副励磁机 主励磁机主励磁机 主发电机主发电机 无刷，适合大容量发电机。无刷，适合大容量发电机。（转极式）（转极式） （转枢式）（转枢式） （转极式）（转极式）电压电压调整器调整器 副励磁机副励磁机主励磁机主励磁机不可控不可控整流器整流器主发电机主发电机电流电流互感器互感器电压电压互感器互感器旋转部分旋转部分三相对称电动势的表达式三相对称电动势的表达式tsinEemA)120tsin(EemB)120tsin(E)240tsin(EemmCt06323265267342335611eAeBeCXAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+

29、XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+A相B相C相tEu sinm1 )120sin(m2 tEu )120sin(m3 tEu 理想状态下理想状态下三相对称电动势的相量表示法三相对称电动势的相量表示法)23j21(E120/EEB)23j21(E120/EEC 与前面（单相）瞬时值表示法和波形曲线表示法对应与前面（单相）瞬时值表示法和波形曲线表示法对应三相对称正弦交流电也可用相量表示法表示：三相对称正弦交流电也可用相量表示法表示：B.EE0/EEAA.EC.E根据以上三

30、种表示法都可以求得，对称三相交流电的任意瞬时值之和恒为0。0eeeCBA0EEECBA 三相交流电路：三种电压初相位各差三相交流电路：三种电压初相位各差120120 。BuCuAu tA UCUBU120120120BAUU发电机三相绕组的联接发电机三相绕组的联接 发电机三相绕组通常将三个末端接在一起，该发电机三相绕组通常将三个末端接在一起，该点成为中点或零点点成为中点或零点(N)。即星形。即星形(Y)接法。接法。三个始端A、B、C引出三根端线，加上中点引出的总线，称为三相四线制三相四线制。CeAeBeCuBuCuAuABuBCuCAABNANBC中性点中性点相电压：，即端线与中先线之间的电压

31、。其有效值为UA、 UB、 UC，一般用U p表示。线电压：。其有效值为UAB、 UBC、 UCA，一般用Ul 表示。线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系 由电压瞬时值的关系可知由电压瞬时值的关系可知30B.UC.UAB.UBC.UCA.UA.UB.A.AB.UUUC.B.BC.UUUA.C.CA.UUUCBBCuuuBAABuuuACCAuuu由于它们都是同频率的正弦量，都可用有效值相量表示，即pplU2330cosUU21根据相量图，线电压与相电压的有效值关系可得即pUlU3由此，星形联接的发电机或变压器可以输出两种电压，如：220V和380V。线电压越前与相电压相位30。 p 相相电

32、电压压线线电电压压 时时结结论论：电电源源形形联联UUl结+L2L1L312u31u23u1.2.2三相负载的连接方法三相负载的连接方法ACBNAuBuCua)AZBZCZAiBiCiNiACBNb)AZBZCZAiBiCiACBNAeBeCeABZCAZBCZL3三相四线制三相四线制380/220伏伏 额定相电压为额定相电压为220伏的单相负载伏的单相负载 额定线电压为额定线电压为380伏的三相负载伏的三相负载负载电路的星形联接负载电路的星形联接一般家用电器多为单相负载，国标规定为一般家用电器多为单相负载，国标规定为220V，应接，应接入电源的端线与中线之间。这种情况一般构成单相交入电源的端

33、线与中线之间。这种情况一般构成单相交流电路。但是各相负载对电源构成三相星形联接，应流电路。但是各相负载对电源构成三相星形联接，应属于三相电路。属于三相电路。对星形联接的三相电路，可就其各单相情况分别讨论，对星形联接的三相电路，可就其各单相情况分别讨论，然后再总体分析三相负载的电流和电压以及功率等量。然后再总体分析三相负载的电流和电压以及功率等量。|ZA|ZB|ZC|i Ni Ai Bi Cu Au Bu CACBlpII线电压与相电压的关系为plUU31. 三相三相对称负载的对称负载的Y连接连接方法方法 对称负载应满足以下条件：对称负载应满足以下条件：ZZZZCBACBA和和ZUIIIIppC

34、BA由于三相电压也是对称的，所以负载电流亦对称RXarctgCBA由此可知，此时总线电流等于零，即0IIIICBAN及及既然中线没有电流通过，中线也就不需要了。由此，演变成星形接法的三相三线制电路。负载电路的星形联接（1）有中线（三相四线制）。）有中线（三相四线制）。 相电压为相电压为Up=220V的对称电源；各相负载为电灯组，的对称电源；各相负载为电灯组，在额定在额定220V电压下各相电阻分别为电压下各相电阻分别为RA=5, RB=10, RC=20。试求负载的相电压、负载电流及中线电流。试求负载的相电压、负载电流及中线电流。负载电路的星形联接解例RARBRCi Ni Ai Bi Cu Au

35、 Bu CACB虽然负载不对称，因中线的存在，负载相电压与电源的相电压相等也是对称的，有效值亦为 220V。用复数法表示为：V120/220UBV0/220UAA120/220UC2. 三相三相不对称负载的不对称负载的Y连接连接方法方法用复数法计算，求中线电流比较容易。先算各相电流：用复数法计算，求中线电流比较容易。先算各相电流：根据电路的电流正方向规定，中线电流为：根据电路的电流正方向规定，中线电流为：A120/22RUIBBBA0/4450/220RUIAAAA120/11RUICCCAjjjIIIICBAN19/ 1 .2945.95 .27)45.95 .5()9 .1811(4412

36、0/11120/220/44负载各相电压：负载各相电压：0/1/1/1/cbacCNbBNaANNN ZZZZUZUZUUNNCNCNNNBNBNNNANANUUUUUUUUU相电压不对称相电压不对称线线(相相)电流也不对称电流也不对称+_+_+NNZaZbZcAN UCN UBN UABC（2）无中线）无中线(1) 正常情况下，三相四线制，中线阻抗约为零。正常情况下，三相四线制，中线阻抗约为零。ACBNNNACBN 380220补例补例1. 照明电路照明电路:(2) 假设中线断了假设中线断了(三相三线制三相三线制), A相电灯没有接入电路相电灯没有接入电路(三相不对称三相不对称)灯泡未在额定

37、电压下工作，灯光昏暗。灯泡未在额定电压下工作，灯光昏暗。ACBNNNACB380N 190190灯泡电压超过额定工作电压，烧坏了。灯泡电压超过额定工作电压，烧坏了。(3)中线断了中线断了(三相三线制三相三线制), A相短路相短路ACBNNNACBN 380380照明电路中线上不能装保险丝照明电路中线上不能装保险丝1i11i12iPu+A605 . 0220407021IA6046.25 A5 .464 .3021111IIIA01220603011IA01818. 8 VU .设设 =220 01i11i12iPu+_+_+NZZZA UB UC UA IB IC IABCabcab Ibc

38、Ica I线电压线电压(即相电压）对称即相电压）对称ZUIZUIZUIcacabcbcabab 相电流也对称相电流也对称3.3.三相三相对称负载的三角形负载的三角形 联结联结UAB = UBC = UCA = Ul = Up,ZUIIIpCABCAB 负载对称，可根据线负载对称，可根据线电流与相电流的关系电流与相电流的关系作出相量图。显然线作出相量图。显然线电流也是对称的，在电流也是对称的，在相位上比相应的相电相位上比相应的相电流滞后流滞后30ABU.BCU.CAU.ABI.BCI.CAI.AI.BI.CI.30根据相量图，线电流的大小为I l = 2 I p cos30 = Ip 3pUUl

39、三相功率三相功率 不论负载是星形联接还是三角形联接，电路总的有功不论负载是星形联接还是三角形联接，电路总的有功功率必定等于光相有功功率之和。功率必定等于光相有功功率之和。CBAnnpnpnCBAIUPPPP,)cos( 当负载对称负载对称时，各相的有功功率都是相等的。三相总功率为cos33pppIUPP对于星形对称负载pUU3lpII l对于三角形对称负载pUU lpII3l三相对称负载的有功功率三相对称负载的有功功率cos3llIUP无功功率和视在功率为无功功率和视在功率为sin3llIUQllIUS3例例 对称负载联成三角形，已知电源电压对称负载联成三角形，已知电源电压 Ul =220V,

40、 安培计读数安培计读数 Il =17.3A, 三相功率三相功率P=4.5kW。试求：每相负载的电阻和感抗；ABCiAiBiCAAAABC解由题意，视在功率kVAIUS6 . 63ll根据cosSP得47cosSP负载相电流AIIp103/l负载阻抗为22/ppIUZ每相电阻和感抗为15cosZR16sinZXL1.3 变压器与电动机变压器与电动机1.3.1变压器1工作原理 发电厂发电厂10.5kV输电线输电线220kV升压升压仪器仪器36V降压降压实验室实验室380 / 220V降压降压变电站变电站 10kV降压降压降压降压 变压器是利用电磁感应原理传输电能或信号的器件，在电变压器是利用电磁感

41、应原理传输电能或信号的器件，在电力系统和电子线路中应用广泛。力系统和电子线路中应用广泛。1.3 变压器与电动机1.3.1变压器1u2uLZ1i2i单相变压器单相变压器+一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心原边绕组原边绕组N1名词介绍名词介绍幅边绕组幅边绕组N2一次绕组一次绕组N1二次绕组二次绕组N2一次侧一次侧二次侧二次侧均指电源侧均指电源侧 均指均指负载侧负载侧什么是变压器任载运行？什么是变压器任载运行？什么是变压器空载运行？什么是变压器空载运行？uuZ2Z2s 一次侧接电源一次侧接电源二次侧负载开路二次侧负载开路 一次侧接电源一次侧接电源 二次侧接负载二次侧接负载A. 空载运行

42、情况空载运行情况一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧开路。二次侧开路。0i02i1u+20u+2e+1e+1e+ 11N2N 1u dd11tNe i0 ( i0N1) tNedd 22 空载时，空载时，铁心中主铁心中主磁通磁通 是是由一次绕由一次绕组磁通势组磁通势产生的。产生的。根据根据KVL：11111EEIRU变压器一次侧等效电路如图变压器一次侧等效电路如图11111Nf44. 4EUEUm& 由于电阻由于电阻 R1 和感抗和感抗 (或漏磁通或漏磁通)较小较小,其两端的电压也其两端的电压也较小较小,与主磁电动势与主磁电动势 E 比较可忽略不计，则比较可忽略不计，则1E1R1

43、I1U1E+一次侧一次侧KNNEEUU 2121201根据根据KVL：222204 44mI, UE.fN结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。22222UEIRE+1u+1e+1e+1N2N+B. 带负载运行情况带负载运行情况一次侧接交流一次侧接交流电源，二次侧电源，二次侧。1u+1e+1e+ 11N2N 1u dd11tNe tNedd 22 i1 ( i1N1) i1i2 ( i2N2) 有载时，铁心有载时，铁心中主磁通中主磁通 是是由一次、二次由一次、二次绕组磁通势共绕组磁通势共同产生的合成同产生的合成磁通。磁通。 2i2+e2+e 2+u22222Z

44、UIZ1m11 44 4 Nf.EU m10 Nim2211 NiNi+|Z |2i1u2e1i1e1N2N+2u一般情况下：一般情况下：I0 (23)%I1N 很小可忽略。很小可忽略。2211 NiNi 所所以以或或2211NINI 2211NINI 所所以以KNNII11221 结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。或：或：221011NiNiNi 22Ni102211NiNiNi 空载磁势空载磁势有载磁势有载磁势22IUZ 11IUZ ZKIUKKIKUIUZ22222211 ZKZ2 结论：结论： 变压器一次侧的等效阻抗模，为二次变压器一次侧的等效阻抗

45、模，为二次侧所带负载的阻抗模的侧所带负载的阻抗模的K 2 倍。倍。 1U2U1I2IZ+1U1IZ +空载运行结论：空载运行结论：kNNUU=21201负载运行结论：负载运行结论：kNNII11221=变电流作用变电流作用kNNUU=2121变电压作用变电压作用变阻抗作用变阻抗作用221kZZ=或或221ZkZ =总结总结变压器的磁路变压器的磁路1u2uLZ1i2i单相变压器单相变压器+由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成厚厚0.35mm 或或 0.5mm铁心铁心一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心N2N2NIUSN2N2N3IUS N2N2NIUS容量：容量： 21PP 一次侧输

46、入功率：一次侧输入功率： cos222IUP 输出功率：输出功率： 变压器运行变压器运行时的功率取时的功率取决于负载的决于负载的大小和性质大小和性质SN是指变压器是指变压器额定电压和额定电流的乘积额定电压和额定电流的乘积（4）额定频率）额定频率是指变压器应接入的电源的频率。我国的工频是是指变压器应接入的电源的频率。我国的工频是50H50HZ Z FeCu2212PPPPPP 交流电动机交流电动机电动机电动机直流电动机直流电动机鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式异步机异步机同步机同步机他励、异励、串励、复励他励、异励、串励、复励电动机的分类：电动机的分类：1.3.2异步电动机异步电动机发电机发电机 将机械

47、能转换为电能；将机械能转换为电能；将电能转换为机械能。将电能转换为机械能。电动机电动机电机：实现能量转换或信号转换的电磁装置电机：实现能量转换或信号转换的电磁装置（动力电机）（动力电机）（控制电机）（控制电机）铝壳电动机铝壳电动机 小型木工机械、台站、切割机、风机、小型木工机械、台站、切割机、风机、运输、建筑、食品、家业机械的驱动。运输、建筑、食品、家业机械的驱动。YBZXAC转子转子定子定子定子绕组（三相）定子绕组（三相）机机 座座三相定子绕组：三相定子绕组：1.1. 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造下一页下一页返返 回回（1）定子定子由机座、定子铁心、定子绕由机座、定子铁心、定子绕

48、组组成：组组成：机座机座：起固定和支撑定子铁心起固定和支撑定子铁心的作用，一般用铸铁制造。的作用，一般用铸铁制造。定子铁心：定子铁心：由厚由厚0.5mm的硅钢的硅钢片冲叠而成，铁心内开有均匀的片冲叠而成，铁心内开有均匀的槽，嵌放定子绕组。槽，嵌放定子绕组。定子绕组：定子绕组：由完全相同的三个由完全相同的三个绕组组成，空间互差绕组组成，空间互差120度，可接度，可接成成Y或或。机座：铸钢或铸铁机座：铸钢或铸铁 三相异步电动机的接线图三相异步电动机的接线图联接联接Y联接联接接线盒的内部联接接线盒的内部联接U1V1W1W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1W2U2V2联接方式：联接方式：Y

49、/ 接法：接法： Y 接法：接法： 接法：接法：AB CZX YA B CZX YABCXYZAZBYXCABCXYZ接线盒接线盒端盖端盖转子绕组转子绕组定子绕组定子绕组机座机座出线盒出线盒风扇风扇风罩风罩转子铁心转子铁心定子铁心定子铁心吊环吊环端盖端盖 转子转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势在旋转磁场作用下，产生感应电动势,当有当有电流回路时产生感生电流。电流回路时产生感生电流。鼠笼转子鼠笼转子(a) 鼠笼式转子鼠笼式转子 铁芯槽内放铜条，端铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。部用短路环形成一体。 或铸铝形成转子绕组。或铸铝形成转子绕组。(b) 绕线式转子绕线式转子 结构简单、价格

50、低廉、工作可靠；不能人为改变电动结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。机的机械特性。 鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式 120sin120sinsinmWmVmUtIitIitIi WiAXBYCZUiViWiUiViitmIoWiViUii tU1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2NS0 t 60t 0n60 90t 600mIoSNSN180tXBZ0nAYC 60tAXYCBZSN0n60A120tXYCBZ0n同理分析，可得同理分析，可得其它电流角度下其它电流角度下的磁场方向：的磁场方向：AiBiCitmI旋转方向：取决于三相电流的相序。

51、旋转方向：取决于三相电流的相序。（2）旋转磁场的转向）旋转磁场的转向旋转磁场是沿着：旋转磁场是沿着：U1V1W1U1U2V1V2W2W1i1i2L1L2L3U1U2V1V2W1W2i3i1i2ImOti3i1U1， i2V1， i3W1 与三相绕组中的三相电流的相序：与三相绕组中的三相电流的相序：L1 L2 L3 一致，通入导前电流的绕组一致，通入导前电流的绕组通入滞后电流的绕组。通入滞后电流的绕组。旋转磁场是沿着：旋转磁场是沿着：U1W1V1U1U2V1V2W2W1L1L2L3U1U2V1V2W1W2i2i1i3i1U1， i2W1， i3V1任意对调两根电源进线，磁场反转。任意对调两根电源

52、进线，磁场反转。 方法：方法：将与电源相接的将与电源相接的任意两相互换任意两相互换(改变相序改变相序)，就可实现反转。，就可实现反转。 三相异步电动机的正、反转三相异步电动机的正、反转正转正转反转反转A B CM3电电 源源AB CM3电电 源源U1U2V2W1V1W2分分）转转/( 6010pfn BlvBliFvF0nNS小结小结0nn 如果如果:0nn %s)91( 转子转速亦可由转差率求得转子转速亦可由转差率求得0)(1nns %10000 nnns 例例1 1：一台三相异步电动机，其额定转速一台三相异步电动机，其额定转速 n= =975 r/min，电源频率，电源频率 f1 1= =

53、50 Hz。试求电动机的极对数和。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。额定负载下的转差率。解：解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：速的关系可知：n0=1000 r/min , 2.5%100%10009751000%10000 nnns转子电流频率转子电流频率2f取决于转子和旋转磁场的相对速度取决于转子和旋转磁场的相对速度1000026060SfPnnnnPnnf电动机起动瞬间电动机起动瞬间:1 , 0sn（转差率最大）（转差率最大）结论：结论：转子电路的电动势、电流、频率、感抗转子电路的电动势、电流、频率、感抗、功率因数等都与转差

54、率、功率因数等都与转差率S有关，有关，)/( 6010分分转转pfn 2p180分）转/( 50011p360分）转/( 0003极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速)f(Hz501 3p120分）转/( 00014p分分）转转/( 75090旋转磁场转速旋转磁场转速n0与频率与频率f1和极对数和极对数p有关。有关。电流变化一周电流变化一周 旋转磁场转一圈旋转磁场转一圈电流每秒钟变化电流每秒钟变化 50 周周 旋转磁场转旋转磁场转 50 圈圈 旋转磁场转旋转磁场转 3000 圈圈电流每分钟变化电流每分钟变化 (5060) 周周p = 1 时：

55、时：电流变化一周电流变化一周 旋转磁场转半圈旋转磁场转半圈电流每秒钟变化电流每秒钟变化 50 周周 旋转磁场转旋转磁场转 25 圈圈 旋转磁场转旋转磁场转 1500 圈圈电流每分钟变化电流每分钟变化 (2560) 周周p = 2 时：时：三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速600pf1n min）r/ ( p12 3456n0/(r/min)300015001000750600500 f 1= 50 Hz 时时,不同极对数时的同步转速如下不同极对数时的同步转速如下:同步转速同步转速p 为任意值时：为任意值时：电动机转速和旋转磁场同步转速的关系：电动机转速和旋转磁场同步转速的关系：电

56、动机转速电动机转速:n电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但但 异步异步电动机电动机0nn无转距无转距转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流无转子电流提示提示：如果如果0nn 3 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据 三相异步电动机三相异步电动机型型 号号 Y132S6功功 率率 3 kW 频频 率率 50Hz电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y转转 速速 960r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘等

57、级 B1)1)型号型号 Y132S6Y系列异步机系列异步机机座中心高度机座中心高度机座长度代号机座长度代号 2p = 6n0 = 1 000 r/min2) 额定功率额定功率 PN PN = 3 kW轴上输出轴上输出机械功率机械功率的额定值的额定值3) 额定电压额定电压 UN UN = 380 V定子三相绕组应施加的定子三相绕组应施加的线电压线电压磁极数磁极数返返 回回4) 额定电流额定电流 IN IN = 7.2A 三相异步电动机三相异步电动机型型 号号 Y132S6功功 率率 3 kW 频频 率率 50Hz电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y转转 速速 960r/

58、min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘等级 B定子三相绕组的额定定子三相绕组的额定线电流线电流6) 额定转速额定转速nN电机在额定电压、额定负载下运行时的电机在额定电压、额定负载下运行时的转子转速转子转速。5) 联结方式联结方式通常三相异步电动机通常三相异步电动机3kW以下者，联结成星形，以下者，联结成星形，4kW以上者，联结成三角形。以上者，联结成三角形。 三相异步电动机三相异步电动机型型 号号 Y132S6功功 率率 3 kW 频频 率率 50Hz电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y转转 速速 960r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘等

59、级 B8)8)绝缘等级绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为为A、E、B、F、H五级，五级，A级最低级最低(105(105C)C)，H级最高级最高(180(180C)C)。7) 额定功率因数额定功率因数N = cos NP1N = 3 UNIN cos NPN =NP1N = 3 UNIN cos NN例如：例如：380/220V、Y/ 是指线电压为是指线电压为 380V 时时 采用采用 Y联结联结；线电压为；线电压为 220V 时采用时采用 联结联结。接线盒接线盒。通常。通常联结联结电机容量电机容量Y3kW 联联结结电电机机容容量量 kW4

60、U2U1W2V1V2W1U1U2W2U2V2V1W1U1W1V1W2V2绕组绕组 表示星形表示星形联结联结时时电机的线电流为电机的线电流为 6.73A；三角形；三角形联结联结时线电流时线电流为为 11.64A。两种接法下相电流均为。两种接法下相电流均为 6.73A。12PP cos3NN1IUP 鼠笼电机额定效率鼠笼电机额定效率 =7293电动机在额定运行时定子绕组的电动机在额定运行时定子绕组的额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率，它不等于从电源吸取的电功率 P1。cos PN 三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载三相异步电动机的功率因数较低，在额定负