汽车电工与电子基础第二版教学课件汇总整本书电子教案全套教学教程完整版电子教案(最新)

1、本章要求:1.理解电压与电流参考方向的意义；2. 理解电路的基本定律并能正确应用；3. 了解电源的有载工作、开路与短路状态；4.电压源与电流源及其等效变换；5.支路电流法；6.叠加原理；7. 会计算电路中各点的电位。单元一 直流电路1 电路的基本概念1.1 电路的作用与组成部分(一）. 电路的作用 (1) 实现电能的传输、分配与转换 (2)实现信号的传递与处理（二）. 电路的组成部分 (1)电源: 是把其它形式的能转换成电能的装置。 (2)用电器: 是把电能转变成其它形式能的元件或设备，也常被称为电源的负载 。(3)开关: 是控制电路接通或断开的器件 。 (4)导线: 是连接电源与用电器的金属

2、线，它把电源产生的电能输送到用电器。常用导线材料有铜、铝等。（三）电路模型手电筒的电路模型 为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。例：手电筒R+RoES+UI电池导线灯泡开关 手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。 理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。手电筒的电路模型R+RoES+UI电池导线灯泡开关 电池是电源元件，其参数为电动势 E 和内阻Ro； 灯泡主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻R； 筒体用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电

3、阻的理想导体； 开关用来控制电路的通断。 今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。(2) 参考方向的表示方法电流：带箭头的实线表示Uab双下标电压： (1) 参考方向IE+_ 在分析与计算电路时，对物理量任意假定的方向。Iab 双下标1. 2 电路基本物理量的参考方向aRb箭 标abRI正负极性+abU U+_实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。(3) 实际方向与参考方向的关系注意： 在参考方向选定后，电流 ( 或电压 ) 值才有正负之分。 若 I = 5A，则电流从 a 流向 b；例：若

4、I = 5A，则电流从 b 流向 a 。abRIabRU+若 U = 5V，则电压的实际方向从 a 指向 b；若 U= 5V，则电压的实际方向从 b 指向 a 。1.3 电气设备的额定值 把用电设备长期安全工作时允许的最大电流、电压和电功率分别叫做该用电设备的额定电流（IN）、额定电压（UN）、额定功率（PN），统称为额定值。电气设备的三种运行状态轻载： I IN ，P IN ，P PN (设备易损坏)防止过载的常用方法是在电路中安装熔断器。 满载(额定工作状态)： I = IN ，P = PN (经济合理安全可靠) 1. 额定值反映电气设备的使用安全性；2. 额定值表示电气设备的使用能力。电

5、路端电压与电流的关系称为伏安特性。 遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的概念： 线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。2 电源及等效电路开关闭合,接通电源与负载负载端电压 U = E IR0 特征:一、 电源有载工作IR0R+ -EU+ -I 电流的大小由负载决定。 在电源有内阻时，I U 。电源的外特性EUI0 当 R0R 时，则U E ，表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。2.1 电源的工作状态特征: 开关 断开二、电源开路I = 0电源端电压 ( 开路电压 )负载功率U = U0 = EP =

6、 01. 开路处的电流等于零； I = 02. 开路处的电压 U 视电路情况而定。电路中某处断开时的特征:I+U有源电路IRoR+ -EU0+ -电源外部端子被短接三、电源短路 特征:电源端电压负载功率电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流（很大）U = 0 PE = P = IR0P = 01. 短路处的电压等于零； U = 02. 短路处的电流 I 视电路情况而定。电路中某处短路时的特征:I+U有源电路IR0R+ -EU0+ -2.2 电压源与电流源及其等效变换一、 电压源 电压源模型由上图电路可得: U = E IR0 若 R0 = 0理想电压源 : U EU0=E 电压源的外特性IUIR

7、LR0+-EU+ 电压源是由电动势 E和内阻 R0 串联的电源的电路模型。 若 R0RL ，I IS ，可近似认为是理想电流源。电流源电流源模型R0UR0UIS+理想电流源（恒流源)例1：(2) 输出电流是一定值，恒等于电流 IS ；(3) 恒流源两端的电压 U 由外电路决定。特点:(1) 内阻R0 = ；设 IS = 10 A，接上RL 后，恒流源对外输出电流。RL当 RL= 1 时， I = 10A ，U = 10 V当 RL = 10 时， I = 10A ，U = 100V外特性曲线 IUISOIISU+_电流恒定，电压随负载变化。三、 电压源与电流源的等效变换由图a： U = E I

8、R0由图b： U = ISR0 IR0等效变换条件:E = ISR0IRLR0+EU+电压源aRLR0UR0UISI+电流源b 等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。 理想电压源与理想电流源之间无等效关系。 电压源和电流源的等效关系只对外电路而言， 对电源内部则是不等效的。 注意事项：例：当RL= 时，电压源的内阻 R0 中不损耗功率， 而电流源的内阻 R0 中则损耗功率。 任何一个电动势 E 和某个电阻 R 串联的电路， 都可化为一个电流为 IS 和这个电阻并联的电路。R0+EabISR0abR0+EabISR0ab例1:试用电压源与电流源等效变换的方法计算下2电阻中的电流。解:8V+22

9、V+2I(d)2由图(d)可得6V3+12V2A6112I(a)2A3122V+I2A61(b)4A2222V+I(c)3 基尔霍夫定律支路：电路中的每一个分支。 一条支路流过一个电流，称为支路电流。结点：三条或三条以上支路的联接点。回路：由支路组成的闭合路径。网孔：内部不含支路的回路。I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E1312例1：支路：ab、bc、ca、 （共6条）回路：abda、abca、 adbca （共7 个）结点：a、 b、c、d (共4个）网孔：abd、 abc、bcd （共3 个）adbcE+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I3.1 基尔霍夫电流定律(KCL定律

10、)1定律 即: 入= 出 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。 实质: 电流连续性的体现。或: = 0I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E1对结点 a：I1+I2 = I3或 I1+I2I3= 0 基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。 在任一瞬间，沿任一回路绕行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。3.2 基尔霍夫电压定律（KVL定律)1定律即： U = 0对回路1：对回路2：I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E112 基尔霍夫电压定律（KVL）

11、 反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。例：对网孔abda：对网孔acba：对网孔bcdb：I1 R1 +I6 R6 I3 R3 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0对回路 adbca，沿逆时针方向绕行： I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0应用 U = 0列方程对回路 cadc，沿逆时针方向绕行： I2 R2 I1 R1 + E = 0R6adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I4 复杂电路的计算通常求解复杂电路都是已知电源电动势和电阻值，求解各支路中的电流和电压。最常用的方法是支路电流法和叠加定

12、理。支路电流法：以支路电流为未知量、应用基尔霍夫定律（KCL、KVL）列方程组求解。4 .1 支路电流法对上图电路支路数： b=3 结点数：n =212ba+-E2R2+ -R3R1E1I1I3I23回路数 = 3 单孔回路（网孔）=2若用支路电流法求各支路电流应列出三个方程1. 在图中标出各支路电流的参考方向，对选定的回路 标出回路绕行方向。2. 应用 KCL 对结点列出 ( n1 )个独立的结点电流 方程。3. 应用 KVL 对回路列出 b( n1 ) 个独立的回路 电压方程（通常可取网孔列出） 。4. 联立求解 b 个方程，求出各支路电流。支路电流法的解题步骤:如下图所示电路。已知E1=

13、18V，E2=9V，R1=R2=1，R3=4，求通过各支路的电流。 例1 ：对结点 a：I1+I2I3=0对网孔1：I1 R1 +I3 R3=E1对网孔2：I2 R2+I3 R3=E2解:ba+-E2R2+ -R3R1E1I1I3I212代入已知数得 解联立方程组得：方向与假设相同I1=6AI2=3AI3=3A方向与假设相同方向与假设相反 支路数b =4，但恒流源支路的电流已知，则未知电流只有3个，能否只列3个方程？例2：试求各支路电流。支路中含有恒流源。可以。注意： (1) 当支路中含有恒流源时，若在列KVL方程时，所选回路中不包含恒流源支路，这时，电路中有几条支路含有恒流源，则可少列几个K

14、VL方程。 (2) 若所选回路中包含恒流源支路，则因恒流源两端的电压未知，所以，有一个恒流源就出现一个未知电压，因此，在此种情况下不可少列KVL方程。baI2I342V+I11267A3cd12应用KCL列结点电流方程(2) 应用KVL列回路电压方程联立解得：I1= 2A， I2= 3A， I3=6A 例2：试求各支路电流。对结点 a： I1 + I2 I3 = 7对回路1：12I1 6I2 = 42对回路2：6I2 + 3I3 = 0支路中含有恒流源。 支路电流法是电路分析中最基本的方法之一，但当支路数较多时，所需方程的个数较多，求解不方便。baI2I342V+I11267A3cd124.2

15、 叠加原理 叠加原理：对于线性电路，任何一条支路的电流，都可以看成是由电路中各个电源分别作用时，在此支路中所产生的电流的代数和。+E1E2单独作用R1R3I1I3+ 叠加原理R2R1R3I1I3+E2I2原电路(a)E1 单独作用=E(b)+1R1R3I1I3I2R2(c)I2R2+E2例3 如下图（a）所示，已知E1=E2=17V，R1=2，R2=1，R3=5，应用叠加定理求各支路中的电流。+E1E2单独作用R1R3I1I3+ R2R1R3I1I3+E2I2原电路(a)E1 单独作用=E(b)+1R1R3I1I3I2R2(c)I2R2+E2E1单独作用时，如图（b）所示E2单独作用时，如图（

16、c）所示 将各支路电流叠加起来（即求出代数和），即方向与I1相同 方向与I2”相同 方向与I3相同 叠加原理只适用于线性电路。 不作用电源的处理： E = 0，即将E 短路； Is=0，即将 Is 开路 。 线性电路的电流或电压均可用叠加原理计算， 但功率P不能用叠加原理计算。例： 注意事项： 解题时要标明各支路电流、电压的参考方向。 若分电流、分电压与原电路中电流、电压的参考方 向相反时，叠加时相应项前要带负号。5 电路中电位的概念及计算电位：电路中某点至参考点的电压，记为“VX” 。 通常设参考点的电位为零。1. 电位的概念 电位的计算步骤: (1) 任选电路中某一点为参考点，设其电位为零

17、； (2) 标出各电流参考方向并计算电流； (3) 计算该点至参考点间的各元件电压代数和即为该点的电位。某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。从该点往参考点走,各元件电压方向与行走方向一致就取正,否则取负.2. 举例 求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd 。解：设 a为参考点， 即Va=0VVb=Uba= 106= 60VVc=Uca = 420 = 80 VVd =Uda= 65 = 30 V设 b为参考点，即Vb=0VVa = Uab=106 = 60 VVc = Ucb = E1 = 140 VVd = Udb =E2 = 90 VUab

18、= 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 VUab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 Vc204A610AE290VE1140V56Adba 结论：(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中 各点的电位也将随之改变；(2) 电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考 点的不同而变， 即与零电位参考点的选取无关。借助电位的概念可以简化电路作图bca204A610AE290VE1140V56Ad+90V205+140V6cd例: 图示电路，计算开关S 断开和闭合时A点 的电位VA解: (1)当开关S断开时

19、(2) 当开关闭合时,电路 如图（b）电流 I2 = 0，电位 VA = 0V 。电流 I1 = I2 = 0，电位 VA = 6V 。电流在闭合路径中流通2KA+I12kI26V(b)2k+6VA2kSI2I1(a)单元二 正弦交流电路2.2 正弦量的相量表示法2.1 正弦交流电的基本概念2.3 单一参数的交流电路2.5 功率因数的提高2.4 电阻、电感与电容元件串联交流电路1. 理解正弦量的特征及其各种表示方法；2. 理解正弦交流电的相量表示法，会画相量图；3. 掌握不同元件的正弦交流电路中电流、电压的关 系；4. 掌握有功功率和功率因数的计算,了解瞬时功率、无功功率和视在功率的概念；5.

20、了解正弦交流电路的频率特性，串、并联谐振的条件及特征；6.了解提高功率因数的意义和方法。本章要求1 正弦交流电的三要素正弦量： 随时间按正弦规律做周期变化的量。Ru+_iu+_正弦交流电的优越性： 便于传输；易于变换 便于运算； 有利于电器设备的运行； . . . . .正半周负半周Ru+_设正弦交流电流： 幅值、角频率、初相角成为正弦量的三要素。角频率：决定正弦量变化快慢幅值：决定正弦量的大小初相角：决定正弦量起始位置Im2TiO一、 频率与周期周期T：变化一周所需的时间 （s）角频率：（rad/s）频率f：（Hz）T* 无线通信频率： 30 kHz 30GMHz* 电网频率：我国 50 H

21、z，美国 、日本 60 Hz* 高频炉频率：200 300 kHZ* 中频炉频率：500 8000 HziO二、 幅值与有效值有效值：与交流热效应相等的直流定义为交流电的有效值。幅值：Im、Um、Em则有交流直流幅值必须大写,下标加 m。同理：有效值必须大写 给出了观察正弦波的起点或参考点。 :三、初相位与相位差 相位：注意：交流电压、电流表测量数据为有效值交流设备铭牌标注的电压、电流均为有效值初相位： 表示正弦量在 t =0时的相角。 反映正弦量变化的进程。iO如：若电压超前电流两同频率的正弦量之间的初相位之差。相位差 ：uiuitO电流超前电压电压与电流同相 电流超前电压 电压与电流反相u

22、ituiOuitui90OuituiOtuiuiO 不同频率的正弦量比较无意义。 两同频率的正弦量之间的相位差为常数， 与计时的选择起点无关。注意: tO2 正弦量的表示法解析法前两种不便于运算，重点介绍相量表示法。波形法重点必须小写旋转相量法 uO旋转相量法设正弦量:若:有向线段长度 = 有向线段以速度 按逆时针方向旋转则:该旋转有向线段每一瞬时在纵轴上的投影即表示相应时刻正弦量的瞬时值。有向线段与横轴夹角 = 初相位u0 xyOO相量只是表示正弦量，而不等于正弦量。注意:只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不能用相量表示。只有同频率的正弦量才能画在同一相量图上。 相量图: 把相量表示在平面直

23、角坐标系上的图形UmIm最大值相量UI有效值相量 最大值相量表示用符号：UmImEm实际应用中多采用有效值相量，符号：IUE可不画坐标轴超前落后？解:相量图例1: 将 u1、u2 用相量表示XYU1U2u1滞后于u2u2u1例2: 已知求：解：画出U1U2相量图从相量图上看53.1于是可得u的三要素为=100rad/s =53.1U1U2U3. 单一参数的交流电路电阻元件为耗能元件，把电能转化为热能散发掉，其转换过程不可逆转；电感元件是储能元件，把从电路中吸收的能量转化为磁场能储存起来，在一定条件下又放出能量送回电路；电容元件是储能元件，把从电路中吸收的能量转化为电场能储存起来，在一定条件下又

24、放出能量送回电路；电路的瞬时功率为正值表示该时刻元件吸收能量；瞬时功率为负值表示该时刻元件放出能量；1. 电压与电流的关系设大小关系：相位关系 ：u、i 相位相同根据欧姆定律: 频率相同相位差 ：一、 电阻元件的交流电路Ru+_UI2. 功率关系(1) 瞬时功率 p：瞬时电压与瞬时电流的乘积小写结论: （耗能元件）,且随时间变化。pituOtpOiu瞬时功率在一个周期内的平均值 大写(2) 平均功率(有功功率)P单位:瓦（W）PpptO注意：通常铭牌数据或测量的功率均指有功功率。 基本关系式： 频率相同 U =I L 电压超前电流90相位差1. 电压与电流的关系二、 电感元件的交流电路设：+-

25、eL+-LutuiiO或则: 感抗() 电感L具有通直阻交的作用直流： f = 0, XL =0，电感L视为短路定义：有效值:交流：fXL只对交流电路有意义2. 功率关系(1) 瞬时功率(2) 平均功率 L是非耗能元件小写大写用以衡量电感电路中能量交换的规模。用瞬时功率达到的最大值表征，即单位：var(3) 无功功率 Q瞬时功率： 例1:把一个0.1H的电感接到 f=50Hz, U=10V的正弦电源上，求I，如保持U不变，而电源 f = 5000Hz, 这时I为多少？解：(1) 当 f = 50Hz 时（2）当 f = 5000Hz 时所以电感元件具有通低频阻高频的特性练习题：1.一只L=20

26、mH的电感线圈，通以的电流求(1)感抗XL;(2)线圈两端的电压u;(3)有功功率和无功功率。电流与电压的变化率成正比。 基本关系式：1.电流与电压的关系 频率相同 I =UC 电流超前电压90相位差则：三、 电容元件的交流电路uiC+_设：iuiu或则: 容抗（）定义：有效值所以电容C具有隔直通交的作用 XC直流：XC ，电容C视为开路交流：f相量图UI2.功率关系(1) 瞬时功率 (2) 平均功率 由C是非耗能元件小写大写同理，无功功率等于瞬时功率达到的最大值。(3) 无功功率 Q单位：var由单一参数电路中的基本关系小 结参数LCR基本关系阻抗相量图UIUIUI单一参数正弦交流电路的分析

27、计算小结电路参数电路图(参考方向)阻抗电压、电流关系瞬时值有效值相量图功率有功功率无功功率Riu设则u、 i 同相0LC设则则u领先 i 9000基本关系+-iu+-iu+-设 u落后 i 90UIUIUI1. 电流、电压的关系4 RLC串联的交流电路设：RLC+_+_+_+_则为同频率正弦量电路参数与电路性质的关系：阻抗：阻抗角：当 XL XC 时， 0 ，u 超前 i 呈感性当 XL XC 时 ， XCXL 0 感性)参考相量IUURULUCUCUL+( 0 容性)UCUL+IUCULUUR参考相量由相量图可求得: 2) 相量图由阻抗三角形：电压三角形阻抗三角形UURUCUL+2.功率关系

28、储能元件上的瞬时功率耗能元件上的瞬时功率 在每一瞬间,电源提供的功率一部分被耗能元件消耗掉,一部分与储能元件进行能量交换。(1) 瞬时功率设：RLC+_+_+_+_(3) 无功功率Q单位：var总电压总电流u 与 i 的夹角根据电压三角形可得：电阻消耗的电能根据电压三角形可得：电感和电容与电源之间的能量互换UURUCUL+(4) 视在功率 S 电路中总电压与总电流有效值的乘积。单位：VA 注： SNUN IN 称为发电机、变压器 等供电设备的容量，可用来衡量发电机、变压器可能提供的最大有功功率。 P、Q、S 都不是正弦量，不能用相量表示。阻抗三角形、电压三角形、功率三角形SQP将电压三角形的有

29、效值同除I得到阻抗三角形将电压三角形的有效值同乘I得到功率三角形RUURUX例1：已知:求:(1)电流的有效值I;(2) 各部分电压的有效值；(3) 作相量图；(4)有功功率P、无功功率Q和视在功率S。在RLC串联交流电路中，解：电源电压U=220V，角频率为314rad/s。(1)(2)URUCUL+UUCUL(3)相量图(4)单元三 正弦交流电路3.1 三相电压3.2 负载星形连接的三相电路3.3 负载三角形连接的三相电路3.4 三相功率本章要求： 1. 理解三相对称电源Y和连接时相电压、线电压 关系。 2. 掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正确联接方法，理解中线的作用。 3. 掌

30、握对称三相电路电压、电流及功率的计算。 图1 三相交流发电机示意图1 三相电压1. 三相电压的产生工作原理：动磁生电(尾端)(首端)+e1e2e3U2U1V1V2W1W2+ +_eeU1U2 图2 三相绕组示意图图3电枢绕组及其电动势定子转子W2U1U2V2NSW1-+V1三相电动势瞬时表示式铁芯（作为导磁路经）三相绕组匝数相同空间排列互差120: 直流励磁的电磁铁定子转子发电机结构相量图波形图e0e1e2e32120240360E2E1.120120120E3.对称三相电动势在任一时刻的瞬时值之和为 0三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。最大值相等频率相同相位互差120称为对称三相电动势三

31、个正弦交流电动势满足以下特征供电系统三相交流电的相序为 1 2 32. 三相电源的星形连接(1) 连接方式中性线(零线)端线(相线)相电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压线电压：端线与端线间的电压、Up、UlU1、U2、U3U12、U23、U31L1黄e1+中性点+UVWe3+e2+U3+L2绿L3红+N黑U1U12U2U31U23(2) 线电压与相电压的关系由相量图可得相量图UVW中性点e1+e3+e2+U3+L2L3L1+NU1U12U2U31U23U12 30U2U1U2U3=U2U1U12=U3U2U23=U1U3U313. 三相电源的三角形连接+VUWU12U31U232 负

32、载星形连接的三相电路三相负载不对称三相负载： 不满足 Z1 =Z2 = Z3 如由单相负载组成的三相负载对称三相负载：Z1=Z2= Z3 如三相电动机1. 三相负载分类单相负载：只需一相电源供电 照明负载、家用电器负载三相负载：需三相电源同时供电 三相电动机等三相负载的联接 三相负载也有 Y和 两种接法，至于采用哪种方法 ，要根据负载的额定电压和电源电压确定。三相负载Y形连接原则（1） 电源提供的相电压=负载的额定电压；（2） 单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。12电源3熔断丝三相四线制380/220伏N 额定电压为220伏的单相负载 额定电压为220伏的三相负载 2. 负载星形连接的三相电

33、路结论： 负载 Y形连接时，线电流等于相电流。Y: 三相三线制Y0：三相四线制(1) 连接形式U2U1U3+Z2Z3Z1NN+N 电源中性点N负载中性点I1线I2线I3线INI1相相电流：流过每相负载的电流 I相线电流：流过端线的电流 I线(2) 负载Y连接三相电路的计算1)负载端的线电压电源线电压4)线电流相电流Y 连接时：5)中线电流负载 Y 连接带中性线时, 可将各相分别看作单相电路计算负载 Y 连接带中性线时2)负载的相电压电源相电压负载对称时,中性线无电流,可省掉中性线。例1：若R1=R2= R3 = 5 ，求线电流及中性线电若R1=5 , R2=10 , R3=10 ,求线电流及

34、一星形连接的三相电路，电源电压对称。设电源线电压 。 负载为电灯组，流 IN ;中性线电流 IN 。U1U2U3N+NR1R2R3132I1INI2I3中性线电流解：三相负载对称三相负载不对称中性线电流例2：照明系统故障分析解: (1) 1相短路1) 中性线未断 NR1R3R212N3 此时1相短路电流很大，将1相熔断丝熔断，而 2相和3相未受影响，其相电压仍为220V, 正常工作。 在上例中，试分析下列情况 (1) 1相短路: 中性线未断时，求各相负载电压； 中性线断开时，求各相负载电压。 (2) 1相断路: 中性线未断时，求各相负载电压； 中性线断开时，求各相负载电压。 此情况下，2相和3

35、相的电灯组由于承受电压上所加的电压都超过额定电压（220V) ，这是不允许的。 2) 1相短路, 中性线断开时, 此时负载中性点N即为1, 因此负载各相电压为 12N3Ni1i3i2+ (2) 1相断路 2) 中性线断开 2、3相灯仍承受220V电压, 正常工作。1) 中性线未断变为单相电路，如图(2)所示I23U1U2+(2) NR1R3R212N3(1) 由图（2）可求得结论 （1）不对称负载Y连接又未接中性线时，负载相电压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。 （2） 中线的作用：保证星形连接三相不对称负载的相电压对称。 （3）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中

36、性线（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开关。 1. 连接形式3 负载三角形连接的三相电路线电流: 流过端线的电流相电流: 流过每相负载的电流 、 、Z12Z23Z31132+线电流不等于相电流(2) 相电流(1) 负载相电压=电源线电压即: UP = UL 一般电源线电压对称，因此不论负载是否对称，负载相电压始终对称, 即2. 分析计算Z12Z23Z31132+相电流：线电流： U12=U23=U31=Ul=UP相量图23123123123130负载对称时, 相电流对称，即23(3) 线电流由相量图可求得为此线电流也对称，即 。 线电流比相应的相电流滞后30。三相负载的连接原则负载的额定电压 =

37、 电源的线电压应作 连接负载的额定电压 = 电源线电压应作 Y 连接 应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源的联接方式无关。 三相电动机绕组可以连接成星形，也可以连接成三角形，而照明负载一般都连接成星形（具有中性线）。4 三相功率无论负载为 Y 或连接，每相有功功率都应为 Pp= Up Ip cosp对称负载 连接时： 同理对称负载Y连接时：相电压与相电流的相位差当负载对称时：P = 3Up Ipcosp所以 三相对称负载作三角形连接，UL =220V，当S1、 S2 均闭合时，各电流表读数均为17.31，三相功率 P = 4.5 kW，试求: 1) 每相负载的电阻和感抗； 2) S

38、1合、S2断开时, 各电流表读数和有功功率P； 3) S 1断、S 2闭合时, 各电流表读数和有功功率P。例1：Z31111S1S2Z12Z23312或：P =I 2R P =UI3ostg =XL / R 解：(1) 由已知条件可求得Z31111S1S2Z12Z233122) S1闭合、S2断开时 I1=I3 =10A I2 =17.32 A 流过电流表 1、3 的电流变为相电流 IP，流过电流表2 的电流仍为线电流IL 。因为开关s均闭合时 每相有功功率 P =1.5 kW 当 S1合、S2断时，Z12、Z23 的相电压和相电流不变，则P12、P23不变。P = P12+P23 = 3 k

39、WS1111S2Z12Z31Z23312I2 = 03) S1断开、 S2闭合时变为单相电路Z12Z23Z3113I1I2 I1 仍为相电流 IP ， I2 变为 1/2 IP 。 I1=I3 =10 + 5 = 15A I2 变为 1/2 IP，所以 12、 23 相的功率变为原来的1/4 。 P = 1/4 P12+ 1/4 P23 +P31 = 0.375 W+ 0.375 W+ 1.5 W = 2.25 kW111S1S2Z12Z23Z31123例2： 某大楼电灯发生故障，第二层楼和第三层楼所有电灯都突然暗下来，而第一层楼电灯亮度不变，试问这是什么原因？这楼的电灯是如何联接的？同时发现

40、，第三层楼的电灯比第二层楼的电灯还暗些，这又是什么原因？解: (1) 本系统供电线路图P三层二层123N+一层 (2) 当P处断开时，二、三层楼的灯串联接380V 电压，所以亮度变暗，但一层楼的灯仍承受220V电压亮度不变。(3) 因为三楼灯多于二楼灯即 R3 R2 , 所以三楼灯比二楼灯暗。解：(1)本系统供电线路图1P23N三层二层一层+单元五 交流电动机及控制5.1 三相异步电动机的构造5.2 三相异步电动机的工作原理5.3 三相异步电动机铭牌数据5.4 三相异步电动机的起动、调速、制动5.5 三相异步电动机转矩与机械特性5.6三相异步电动机电路的控制和保护1. 理解三相交流异步电动机的

41、基本构造和转动原理。本章要求：3. 理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握起动和反转的基本方法, 了解调速和制动的方法。2. 理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。电动机的分类：电动机交流电动机直流电动机三相电动机单相电动机同步电动机异步电动机他励、并励电动机串励、复励电动机1.定子1 三相异步电动机的构造铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。U1 -U2V1 -V2 W1- W2三相绕组机座：铸钢或铸铁定子三相绕组的连接方法W2U2V2V1W1U1接线盒W1U1V1W2U2V2U1V1W1W2U2V2Y 连接 连接 转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。2.转子鼠笼转子铁心：由外周有槽的硅

42、钢片叠成。 (1) 鼠笼式转子 铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。 或铸铝形成转子绕组。(2) 绕线式转子 同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。鼠笼式绕线式鼠笼式电动机与绕线式电动机的比较：鼠笼式： 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。绕线式： 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。一、 旋转磁场 定子三相绕组通入三相交流电(星形连接)U1U2V1V2W1W21.旋转磁场的产生o2 三相异步电动机的转动原理o规定 i : “+” 首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，首端流出。 U1V2W1V1W2U2()电流出(

43、)电流入U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2 三相电流合成磁场 的分布情况合成磁场方向向下合成磁场旋转60U1U2V2W1V1W2合成磁场旋转90600 toU1U1U2W2V1W1V2U1U1U2W2V1W1V2分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360取决于三相电流的相序2.旋转磁场的旋转方向结论： 任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。任意调换两根电源进线(电路如图)U1U2W1W2V1V20 to3.旋转磁场的极对数P 当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：o tU1U2V1V2W1W2U1U2V2W1V1W

44、2 若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端之间互差60，将形成两对磁极的旋转磁场。W1V2U1V1W1U2V2W2U1U2V1W2极对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关4.旋转磁场的转速工频： 旋转磁场的转速取决于磁场的磁极对数p=1时0 toU1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2p=2时0旋转磁场转速(同步转速)n1与极对数 p 的关系极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速旋转磁场转速n1与频率f1和极对数p有关。可见: 当三相异步电动机的三相定子绕组接通三相交流电源，流过三相对称电流后，就能在电动机的气隙中产生转速为n1的旋转磁场。静止的转

45、子绕组便相对磁场运动而切割磁感线，感应出电动势。由于转子绕组自成闭合回路，在转子导体中便有电流流过，如忽略转子电路的感抗，感应电流方向与电动势方向相同，该电流再与旋转磁场相互作用，便在转子绕组中产生电磁力，形成电磁转矩，带动异步电动机的转子顺着旋转磁场的方向，以n(nn1)的转速转动起来。如使旋转磁场的方向改变，则转子的转动方向也跟着改变。转动原理转差率:异步电动机转子转向与旋转磁场转向相同,一般情况下，异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速。因为假如n=n1，则转子绕组与旋转磁场之间就没有相对运动，就不会切割磁力线，就不会感应电动势并产生电流，也不会产生电磁转矩使转子继续转动，所以通常转子转

46、速小于同步转速，这就是异步电动机的“异步”由来。转速差()是异步电动机运行的必要条件。此值与同步转速之比，称之为转差率，用符号s表示异步电动机在额定状态下运行的转差率，称为额定转差率，用表示SN。异步电动机的额定转速nN接近同步转速n1，因此SN很小，一般为0.010.06。3 三相异步电动机铭牌数据1. 型号 例如： Y 132 M4 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。磁极数( 极对数 p = 2 )机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机2.连接方式：Y、3. 电压：电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。例如：380/220V、Y/ 是指线电压为 380V 时采用 Y连接；线

47、电压为 220V 时采用 连接。说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或低于额定值的 5% 。因为在电动机满载或接近满载情况下运行时，电压过高 或过低都会使电动机的电流大于额定值, 从而使电动机过热。4. 电流：电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。例如： Y / 6.73 / 11.64 A 表示星形连接下电机的线电流为 6.73A；三角形连接下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为 6.73A。 5. 功率与效率 鼠笼电机 =72 93额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率 P1。6. 功率因数 三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约

48、为 0.7 0.9。空载时功率因数很低，只有 0.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。 7. 额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。如： n N =1440 转/分 sN = 0.049. 绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，A级最低(105C)，H级最(180C)。8. 额定转差率例：一台Y225M-4型的三相异步电 动机，定子绕组型连接，其额定数据为：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求： 1) 额定电流IN

49、?起动电流Ist 2) 额定转差率sN? 3) 额定转矩 TN 、最大转矩Tmax 、和起动转矩TSt 。 1)解: 2）由nN=1480r/min，可知 p=2 （四极电动机）3）4 三相异步电动机的起动、调速、制动一 、 起动1. 起动性能起动： n = 0，s =1, 接通电源。 起动问题：起动电流大，起动转矩小。 一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍; 电动机的起动转矩为额定转矩的(1.02.2)倍。原因：大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作频繁起动时造成热量积累，使电机过热后果：起动时 ，n = 0，转子导体切割磁力线速度很大，转子感应电势转子电流定子电流 2. 起

50、动方法(1) 直接起动 二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。(2) 降压起动：星形-三角形(Y ) 换接起动自耦降压起动（适用于鼠笼式电动机）(3) 转子串电阻起动（适用于绕线式电动机）L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1动触点Y动触点静触点1. 降压起动(降压限流)(1) Y 换接起动Y 起动器接线简图 降压起动时的电流为直接起动时的Y 起动器接线简图Y起动L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1 起动UPU1+Ul+U2V1V2W1W2Y 起动器接线简图 工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W

51、2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2 正常运行Ul+U1V1V2W1W2(a) 仅适用于正常运行为三角形连接的电机。 (b)Y 起动Y 换接起动适合于空载或轻载起动的场合Y- 换接起动应注意的问题 正常运行UlU1W2V2W1+U2V1UP 起动+Ul+U1W2V2W1U2V1(2) 自耦降压起动 Q2下合： 接入自耦变 压器，降压 起动。 Q2上合： 切除自耦变 压器，全压 工作。合刀闸开关QL1L3L2FUQQ2 自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成 Y形不能采用Y起动的鼠笼式异步电动机。RRR滑环电刷定子转子起动时将适当的R 串入转子电路中，起动后将R 短路。起动电阻 2.

52、绕线式电动机转子电路串电阻起动 方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。 电动机正转电动机反转二、三相异步电动机的正、反转电 源UVWM3UVW电 源M31 变频调速 (无级调速) f=50Hz逆变器M3 整流器f1、U1可调+变频调速方法恒转距调速（f1f1N）频率调节范围：0.5几百赫兹三种电气调速方法三、三相异步电动机的调速2 变极调速 (有级调速) 变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性能优异，因而正获得越来越广泛的应用。A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSSA1X1A2X2iiP=1 采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性

53、能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。A1A2X1X2SN四、三相异步电动机的制动1 能耗制动 在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距（制动转距），使转子迅速停止转动。制动方法机械制动电气制动能耗制动反接制动发电反馈制动nF转子Tn0=02 反接制动 停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。 M3+-运转制动RPM3运转制动nF转子Tn03 发电反馈制动 当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋

54、转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。nF转子Tn0n n0解： 在例1中(1)如果负载转矩为 510.2Nm, 试问在U=UN和U=0.9UN两种情况下电动机能否起动？（2）采用Y- 换接起动时，求起动电流和起动转矩。 又当负载转矩为额定转矩的80%和50%时，电动机能否起动？ (1) 在U=UN时 Tst = 551.8Nm 510.2 N. m 不能起动 (2) Ist =7IN=784.2=589.4 A 在U= 0.9UN 时能起动例2:在80%额定负载时不能起动在50%额定负载时可以起动(3

55、)5 常用控制和保护电器 实现继电接触控制的电气设备，统称为控制电器，如刀闸、按钮、继电器、接触器等。下面介绍常用控制电器的用途及电工表示符号。 电动机的控制包括电动机的起动、制动、反转等 电动机的自动保护： 短路保护是因短路电流会引起电器设备绝缘损坏产生强大的电动力，使电动机和电器设备产生机械性损坏，故要求迅速、可靠切断电源。通常采用熔断器 FU和过流继电器等。(瞬时性) 过载保护是为防止三相电动机在运行中电流超过额定值而设置的保护。常采用热继电器FR保护，也可采用自动开关和电流继电器保护。(判断性、延时性） 欠压是指电动机工作时，引起电流增加甚至使电动机停转，失压(零压)是指电源电压消失而

56、使电动机停转，在电源电压恢复时，电动机可能自动重新起动(亦称自起动)，易造成人身或设备故障。常用的失压和欠压保护有：对接触器实行自锁；用低电压继电器组成失压、欠压保护。一、 常用手动控制电器1、刀开关：一般用于不频繁操作的低压电路中,用作接通和切断电源。由闸刀（动触点）、静插座（静触点）、手柄和绝缘底板等组成。刀开关一般与熔断器串联使用，以便在短路或过载时熔断器熔断而自动切断电路。安装时电源线应接在静触点上，负荷线接在与闸刀相连的端子上。 垂直安装时，手柄向上合为接通电源，向下拉为断开电源，不能接反，否则会因为闸刀松动落下而误将电源接通。 刀开关的额定电流应大于其所控制的最大负荷电流。2. 组

57、合开关 组合开关又称转换开关，由数层动、静触片组装在绝缘盒而成的。动触点装在转轴上，用手柄转动转轴使动触片与静触片接通与断开。可实现多条线路、不同连接方式的转换。 转换开关中的弹簧可使动、静触片快速断开，利于熄灭电弧。但转换开关的触片通流能力有限，一般用于交流380V、直流220V，电流100A以下的电路中做电源开关。M3用组合开关起停电动机的接线图3. 按钮(手动切换电器)(b) 结构按钮常用于接通和断开控制电路。按钮的外形图和结构如图所示。按钮开关的外形和符号(a) 外形图常闭触点常开触点复位弹簧支柱连杆常闭静触头桥式动触头常开静触头外壳4SBSB结构符号名称常闭按钮(停止按钮)常开按钮(

58、起动按钮)复合按钮SB1234123按钮帽动画1.熔断器符号FU熔断器额定电流IF的选择(1) 电灯、电炉等电阻性负载IF IL(3) 频繁起动的电机(2) 单台电机用于低压线路中的短路保护。 常用的熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断器、管式熔断器和有填料式熔断器。二、 自动电器可实现短路、过载、失压保护。2. 自动空气断路器(自动开关)主触点手动闭合衔铁释放锁钩 过流 脱扣器 欠压 脱扣器自动空气断路器原理图连杆装置释放弹簧用于自动往复控制或限位保护等。3. 行程开关(限位开关)(b)示意图 结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。未撞击撞击(a)外形图ST常开触点常闭触点ST(c) 符号行程开

59、关的外形符号交流接触器的外形与结构用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。(a) 外形(b) 结构4.交流接触器原理图弹簧常开辅触点常闭辅触点线圈衔铁常开主触点KMKM线圈KM常闭触点常开触点符号铁芯工作原理:交流接触器广泛用作电力拖动的开断和控制电路。它利用主触点来开闭电路，用辅助触点来执行控制指令。主触点一般只有常开触点，而辅助触点常有两对具有常开和常闭功能的触点。 当线圈通电时,静铁芯产生电磁吸力,将动铁芯吸合,由于触头系统是与动铁芯联动的,因此动铁芯带动三条动触片同时运行,触点闭合,从而接通电源。当线圈断电时,吸力消失, 动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,切断电源

60、。 5. 继电器 继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。主要区别在于： 接触器的主触点可以通过大电流； 继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。所以，继电器一般用于控制电路中。电流继电器：可用于过载或过载保护。电压继电器：主要作为欠压、失压保护。（一） 中间继电器 中间继电器触头容量小，触点数目多，用于控制线路。 通常用于传递信号和同时控制多个电路，也可直接用它来控制小容量电动机或其他电气执行元件。(b) 符号KA线圈常开触头KA常闭触头KA(a) 外形中间继电器外形与符号（二） 热继电器用于电动机的过载保护。热继电器外形与结构(a) 外形(b) 结构 发热元件接入电机主电路