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第 1章 电 气 基 础 知 识 回 顾1.1 电 路 的 基 本 概 念1.2 电 路 的 基 本 定 律1.3 单 相 交 流 电 路1.4 三 相 交 流 电 路主 要 内 容 返 回 目 录 1.1 电 路 的 基 本 概 念1.1.1电 路 的 组 成 及 作 用1.1.2 电 路 的 基 本 物 理 量1.1.3 电 路 的 工 作 状 态主 要 内 容 返 回 目 录 1.1.1电 路 的 组 成 及 作 用1. 电 路 的 组 成 电 路 是 由 电 工 设 备 和 元 器 件 按 一定 方 式 联 接 起 来 的 总 体 ， 为 电 流 流 通提 供 了 路 径 。 图 2-1所 示 电 路 是 一 个 手电 筒 电 路 ， 它 由 电 源 、 负 载 和 中 间 环节 （ 包 括 联 接 导 线 和 开 关 ） 三 部 分 组成 。 其 中 ， 干 电 池 为 电 源 ， 灯 泡 为 负载 ， 连 接 导 线 和 开 关 为 中 间 环 节 。 在电 路 中 随 着 电 流 的 流 动 ， 进 行 着 不 同形 式 能 量 之 间 的 转 换 。 主 要 内 容下 一 页 1.1.1电 路 的 组 成 及 作 用电 源 ： 电 路 中 供 给 电 能 的 设 备 和 器 件 称 为 电 源 ， 它 是 将 非电 能 转 换 为 电 能 的 装 置 。 如 发 电 机 、 干 电 池 等 。负 载 ： 电 路 中 使 用 电 能 的 设 备 和 元 件 称 为 负 载 ， 它 是 将 电能 转 换 成 非 电 能 的 装 置 。中 间 的 环 节 ： 是 把 电 源 与 负 载 联 接 起 来 的 部 分 ， 起 传 递 和控 制 电 能 的 作 用 。 对 于 一 个 完 整 的 电 路 来 说 ， 电 源 （ 或 信 号 源 ） 、 负 载和 中 间 环 节 是 三 个 基 本 组 成 部 分 ， 它 们 缺 一 不 可 。主 要 内 容 下 一 页 1.1.1电 路 的 组 成 及 作 用电 路 模 型 在 实 际 应 用 中 ， 通 常 用 电 路 图 来表 示 电 路 。 在 电 路 图 中 ， 各 种 电 器 元件 都 不 需 要 画 出 原 有 的 形 状 ， 而 是 采用 国 家 统 一 规 定 的 图 形 符 号 来 表 示 。图 2-2为 图 2-1所 示 的 手 电 筒 的 电 路 图 。这 种 用 理 想 元 件 构 成 的 电 路 也 称 为 实际 电 路 的 “ 电 路 模 型 ” ， 我 们 在 进 行理 论 分 析 时 所 指 的 电 路 ， 就 是 这 种 电路 模 型 。 主 要 内 容下 一 页 1.1.1电 路 的 组 成 及 作 用2. 电 路 的 作 用 电 路 按 其 功 能 可 分 为 两 类 ： 一 类 是 电 力 电 路 ， 它 主 要起 实 现 电 能 的 传 输 和 转 换 作 用 ， 因 此 ， 在 传 输 和 转 换 过 程中 ， 要 求 尽 量 减 少 能 量 损 耗 以 提 高 效 率 。 另 一 类 是 信 号 电路 ， 其 主 要 作 用 是 传 输 和 处 理 信 号 等 （ 例 如 语 言 、 音 乐 、图 像 、 温 度 等 ） 。 在 这 种 电 路 中 ， 一 般 所 关 心 的 是 信 号传 递 的 质 量 ， 如 要 求 不 失 真 、 准 确 、 灵 敏 、 快 速 等 。主 要 内 容 返 回 1.1.2 电 路 的 基 本 物 理 量1、 电 流 2 电 压 与 电 位 3 电 动 势 4. 电 功 率 与 电 能 主 要 内 容ii 返 回 1.1.2 电 路 的 基 本 物 理 量1、 电 流 电 流 是 一 种 物 理 现 象 ， 是 带 电 粒 子 （ 电 荷 ） 的 定 向 运动 形 成 的 。 电 流 的 大 小 用 电 流 强 度 来 衡 量 。 电 流 强 度 是 指单 位 时 间 内 通 过 导 体 横 截 面 的 电 荷 量 。 电 流 强 度 习 惯 上 又常 被 称 为 电 流 。 大 小 和 方 向 均 不 随 时 间 改 变 的 电 流 叫 做 恒 定 电 流 ， 简称 直 流 ， 其 强 度 用 符 号 I表 示 。 如 果 电 流 的 大 小 和 方 向 都随 时 间 变 化 ， 则 称 为 变 动 电 流 。 其 中 一 个 周 期 内 电 流 的 平均 值 为 零 的 变 动 电 流 则 称 为 交 变 电 流 ， 如 正 弦 波 电 流 等 ，其 强 度 用 符 号 i来 表 示 。 主 要 内 容ii 下 一 页 1.1.2 电 路 的 基 本 物 理 量 对 于 直 流 电 流 ， 单 位 时 间 内 通 过 导 体 横 截 面 的 电 荷 量 是 恒 定 不 变 的 ，其 电 流 强 度 (1-1) 对 于 变 动 电 流 ， 在 很 小 的 时 间 间 隔 内 ， 通 过 导 体 横 截 面 的 电 荷 量 为 ，则 该 瞬 间 电 流 强 度 为 (1-2) 电 流 的 单 位 是 安 培 ， 国 际 符 号 为 A。 它 相 当 于 1秒 内 通 过 横 截 面 的 电 荷 为1库 仑 (C)。 有 时 也 会 用 到 千 安 (KA)， 毫 安 (mA)或 微 安 （ A） 。 .主 要 内 容Q I= tdqi dt 下 一 页 1.1.2 电 路 的 基 本 物 理 量 习 惯 上 ， 我 们 规 定 正 电 荷 移 动 的 方 向 为 电 流 的 方 向 。 电 流 的 方 向 是 客 观 存 在 的 ， 但 在 电 路 分 析 中 ， 有 时 某 段电 流 的 实 际 方 向 难 以 判 断 ， 甚 至 实 际 方 向 在 不 断 改 变 ， 为 了解 决 这 一 问 题 ， 需 引 入 电 流 的 参 考 方 向 概 念 。 一 段 电 路 中 任 意 选 定 一 个 方 向 就 叫 电 流 的 参 考 方 向 ， 在电 路 图 中 用 实 线 箭 头 表 示 ， 有 时 也 用 双 下 标 表 示 ， 如 iAB， 其参 考 方 向 是 由 A指 向 B。 主 要 内 容 下 一 页 1.1.2 电 路 的 基 本 物 理 量 选 定 的 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 （ I 0） ；当 电 流 的 参 考 方 向 与 实 际 方 向 相 反 时 ，电 流 为 负 值 （ I B， 则 沿 此 参 考 方 向 的 电压 为 正 值 ， U0， 即 电 压 的 实 际 方 向 与 此 参 考 方 向 相 同 ；反 之 ， 若 A点 的 电 位 低 于 B点 的 电 位 ， 即 B， 则 沿此 参 考 方 向 的 电 压 为 负 值 ， UXC时 ， ， 即 电 压 超 前电 流 角 ， 电 路 呈 感 性 ； 0RXXarctg CL 下 一 页 1.3.2 正 弦 交 流 电 路 的 计 算 方 法主 要 内 容 2） 当 XL XC时 ， 0， 即 电 压 滞 后 电 流 ， 电 路呈 容 性 ； 3） 当 XL XC时 ， 0， 即 电 压 与 电 流 同 相 位 ，电 路 呈 电 阻 性 。 三 种 情 况 的 相 量 图 如 图 2-32所 示 ： 由 上 面 分 析 可 知 ： -90 90 ， 当 电 源 频 率 不变 时 ， 改 变 电 路 参 数 L或 C可 以 改 变 电 路 的 性 质 ； 若 电路 参 数 不 变 ， 也 可 以 改 变 电 源 频 率 达 到 改 变 电 路 的 性 质 。 下 一 页 1.3.2 正 弦 交 流 电 路 的 计 算 方 法主 要 内 容 下 一 页 1.3.2 正 弦 交 流 电 路 的 计 算 方 法主 要 内 容 从 图 2-32的 相 量 图 还 可看 出 ， 电 阻 电 压 、 电 抗电 压 和 端 电压 三 个 相 量 组 成 一 个 直 角三 角 形 ， 又 叫 电 压 三 角 形 ，它 与 阻 抗 三 角 形 是 相 似 三 角形 。 即 RUCLX UUU U 2222 )( XRCLR UUUUUU CLX UUU 其 中 下 一 页 1.3.2 正 弦 交 流 电 路 的 计 算 方 法主 要 内 容 例 2.4 电 路 如 图 2-33(a)图 所 示 为 正 弦 交 流电 路 中 的 一 部 分 ,已 知 电压 表 V1的 读 数 为 6V， V2的 读 数 为 8V， 试 求 端 口电 压 U。 解 以 电 流 为 参 考 相量 ， 画 出 相 量 图 如 图 2-33(b)所 示 。 下 一 页 1.3.2 正 弦 交 流 电 路 的 计 算 方 法主 要 内 容 由 相 量 图 可 见 ， 、 、 三 者 组 成 一 直 角 三 角 形 ，故 得 RU LU U )(1086 2222 VUUU LR 本 例 也 可 用 相 量 法 计 算 ：II / 0 则 6RU / 0 设 电 流 相 量 为 =6 V 8LU / 90 =j8 V 由 KVL得 1086 jUUU LR /53.1 V 返 回 1.3.3功 率 因 数 及 其 改 善 的 方 法主 要 内 容1、 功 率 因 数2、 改 善 功 率 因 素 的 意 义 3、 改 善 功 率 因 素 的 方 法 返 回 1.3.3功 率 因 数 及 其 改 善 的 方 法主 要 内 容1.功 率 因 数 二 端 网 络 电 压 、 电 流 参 考 方 向如 图 2-34所 示 ， 则 网 络 在 任 一 瞬 间时 吸 收 的 功 率 即 瞬 时 功 率 为 )()()( titutp tItU sin2)sin(2 )2cos(cos tUIUI (2-62) 其 中 为 电 压 与 电 流 的 相 位 差 。 下 一 页 1.3.3功 率 因 数 及 其 改 善 的 方 法主 要 内 容二 端 网 络 所 吸 收 的 平 均 功 率 即 有 功 功 率 P为 T pdtTP 01 01 cos cosT UI UI t dtT cosUI (2-63) coscos 可 见 ， 正 弦 交 流 电 路 的 有 功 功 率 等 于 电 压 、 电 流 的 有效 值 和 电 压 、 电 流 相 位 差 角 余 弦 的 乘 积 。 这 里称 为 二 端 网 络 的 功 率 因 数 ， 称 为 功 率 因 数 角 。 下 一 页 1.3.3功 率 因 数 及 其 改 善 的 方 法主 要 内 容 有 几 种 特 殊 值 ： ， 功 率 因 数 ， 二 端 网 络 为 一 等 效 纯 电 阻 ，网 络 吸 收 的 有 功 功 率 ， 没 有 能 量 的 交 换 ； 1cos UIPR ， 功 率 因 数 ， 二 端 网 络 为 纯 电 抗 ， 则网 络 吸 收 的 有 功 功 率 ， 这 与 前 面 的 结 果 完 全 一 致 ； 90 0cos 0 XP ， 说 明 二 端 网 络 中 必 有 储 能 元 件 ， 因 此 ， 二 端 网络 与 电 源 间 有 能 量 的 交 换 。 对 于 感 性 负 载 ， 电 压 超 前 电流 ， ， ； 对 于 容 性 负 载 ， 电 压 滞 后 电 流 ， ， 。 0 0 0Q 00Q 0 下 一 页 1.3.3功 率 因 数 及 其 改 善 的 方 法主 要 内 容电 源 的 额 定 输 出 功 率 为 cosNN SP 它 除 了 决 定 于 本 身 容 量 （ 即 额 定 视 在 功 率 ） 外 ，还 与 负 载 功 率 因 数 有 关 。 返 回 1.3.3功 率 因 数 及 其 改 善 的 方 法主 要 内 容2 改 善 功 率 因 素 的 意 义 工 厂 用 电 设 备 除 了 电 热 设 备 、 电 阻 炉 和 白 炽 灯 外 ， 基本 上 都 是 电 感 性 负 荷 ， 运 行 时 需 要 电 力 系 统 供 给 大 量 的 无功 功 率 ， 功 率 因 素 较 低 。 由 于 无 功 功 率 的 存 在 使 得 系 统 中的 电 流 增 大 ， 从 而 使 电 力 系 统 的 有 功 损 耗 增 加 。 为 了 最 大效 率 发 挥 发 、 供 、 配 电 设 备 的 能 力 ， 减 少 功 率 损 耗 和 电 能损 耗 ， 节 约 电 能 ， 减 小 电 压 损 失 ， 改 善 电 压 质 量 ， 必 需 进行 无 功 功 率 补 偿 。 下 一 页 1.3.3功 率 因 数 及 其 改 善 的 方 法主 要 内 容 供 电 部 门 一 般 要 求 新 建 企 业 的 月 平 均 功 率 因 素 达 到0.9以 上 。 当 企 业 的 自 然 总 平 均 功 率 因 素 较 低 ， 单 靠 提高 用 电 设 备 的 自 然 功 率 因 素 达 不 到 要 求 时 ， 应 装 设 必要 的 无 功 功 率 补 偿 设 备 ， 以 进 一 步 提 高 企 业 的 功 率 因素 ， 节 约 电 能 。 返 回 1.3.3功 率 因 素 及 其 改 善 的 方 法主 要 内 容3.改 善 功 率 因 素 的 方 法 提 高 功 率 因 数 的 方 法 ， 基 本 上 分 为 ： 改 善 用 电 设 备 自然 功 率 因 数 和 安 装 人 工 补 偿 装 置 两 种 。 提 高 用 电 设 备 的自 然 功 率 因 数 即 合 理 选 择 电 动 机 ， 使 其 尽 可 能 在 高 负 荷率 状 态 下 运 行 ； 人 工 补 偿 一 般 选 用 电 力 电 容 器 补 偿 。 下 面 分 析 利 用 并 联 电 容 器 来 提 高 功 率 因 数 的 方 法 。 下 一 页 1.3.3功 率 因 素 及 其 改 善 的 方 法主 要 内 容 一 感 性 负 载 功 率 因 数为 ， 电 流 为 ， 在其 两 端 并 联 电 容 器 C， 如图 2-35所 示 ， 并 联 电 容 以后 由 相 量 图 可 知 ， 电 容 电流 补 偿 了 负 载 中 的 无 功 电流 ， 总 电 流 减 小 ， 电 路 的总 功 率 因 数 提 高 了 。 1cos 1Icos 下 一 页 1.3.3功 率 因 素 及 其 改 善 的 方 法主 要 内 容 1cos cos 通 过 相 量 图 还 可 计 算 由 提 高 到 时 需 并 联 补偿 的 电 容 容 量 。 )( 12 tgtgUPC （ 2-64） 在 实 际 生 产 中 并 不 要 求 把 功 率 因 数 提 高 到 1， 因 为这 样 做 需 要 并 联 的 电 容 较 大 ， 不 经 济 。 功 率 因 数 提 高 到 什么 程 度 为 宜 ， 需 做 具 体 的 技 术 经 济 比 较 而 决 定 。 通 常 只 将功 率 因 数 提 高 到 0.9 0.95之 间 。 下 一 页 1.3.3功 率 因 素 及 其 改 善 的 方 法主 要 内 容 补 偿 电 容 器 的 接 线 通 常 可 分 为 三 角 形 和 星 形 两 种 形 式 ；安 装 地 点 则 有 集 中 安 装 和 就 地 补 偿 之 分 ， 如 对 异 步 电 动 机并 联 电 容 器 应 进 行 单 独 就 地 无 功 补 偿 。 返 回