1、技工学校机械类通用教材电工与电子基础(第 5 版)(含习题集)第二章磁与电磁的基本知识第三章正弦交流电路第四章电气照明及安全用电第二章磁与电磁的基本知识第一节磁场及其基本物理量第二节磁场对电流的作用第三节铁 磁 材 料第四节磁路欧姆定律第五节电 磁 感 应第一节磁场及其基本物理量一、磁场图2-1电流周围存在磁场第一节磁场及其基本物理量图2-2条形磁铁磁场的磁力线1)磁力线是一组互不交叉的闭合曲线，在磁体内部，磁力线由S极指向N极，在磁体外部则由N极指向S极。第一节磁场及其基本物理量2)离磁极越近，磁力线越密，磁场越强；离磁极越远，磁力线越疏，磁场越弱。3)磁力线上任意一点的切线方向，就是该点的
2、磁场方向，也就是该点小磁针N极所指的方向。1.直线电流的磁场2.环形电流的磁场图2-3直线电流的磁场a)磁力线b)安培定则第一节磁场及其基本物理量图2-4环形电流的磁场a)磁力线b)安培定则3.通电螺线管的磁场第一节磁场及其基本物理量二、磁场的基本物理量1.磁感应强度图2-5通电螺线管的磁场a)磁力线b)安培定则2.磁通第一节磁场及其基本物理量图2-6B与S不垂直的情况例2-1在B1T的均匀磁场中，有一面积为0.01m2的平面，试求平面与B的夹角分别为0、30、60、90时通过此平面的磁通。第一节磁场及其基本物理量解因为sin，所以1)当时，1-。2)当时，1-0.5Wb5-Wb。3)当时，1
3、10-b8.7-b。4)当时，1-b0.01b。3.磁导率4.磁场强度第二节磁场对电流的作用一、磁场对通电直导体的作用图2-7通电导体在磁场中受到电磁力作用第二节磁场对电流的作用图2-8左手定则例2-2在BT的均匀磁场中，有一根10m长的直导体，若直导体上通以5A的电流，并且直导体和磁力线相交成30，第二节磁场对电流的作用试问直导体所受的电磁力为多大?解该通电直导体在磁场中所受的电磁力为F=BIlsin=15100.5N=25N 二、磁场对通电线圈的作用图2-9磁场对通电线圈的作用第二节磁场对电流的作用例2-3在图2-9中，如果矩形线圈ad和bc的边长各为120cm，ab和cd的边长各为100
4、cm，均匀磁场的B1T，线圈中的电流为4A。求线圈平面与磁力线呈60时的转矩。解线圈平面与磁力线呈60时的转矩为T=BIScos=141.21.00.5Nm=2.4Nm 第三节铁 磁 材 料一、铁磁材料的磁化图2-10环形电流产生的磁场第三节铁 磁 材 料图2-11铁磁物质的磁化a)未被磁化时磁畴杂乱无章，磁性趋于互相抵消b)磁化后磁畴定向排列产生附加磁场第三节铁 磁 材 料图2-12研究铁磁材料磁化过程的装置及磁化曲线a)装置b)磁化曲线(1)Oa段此段曲线变化较缓。(2)ab段此段曲线较陡，几乎呈直线上升。第三节铁 磁 材 料(3)bc段此段曲线变化平缓。(4)c点以后此段曲线变得比较平坦
5、。二、磁滞回线图2-13铸铁、铸钢和硅钢片的磁化曲线第三节铁 磁 材 料图2-14典型的磁滞回线三、铁磁材料的磁性能、分类和用途1.铁磁材料的磁性能第三节铁 磁 材 料(1)磁化性铁磁材料在外磁场的作用下能被磁化，并产生远大于外磁场的附加磁场。(2)高导磁性铁磁材料的磁导率在一般情况下远比非铁磁材料大，而且不是常数。(3)剩磁性铁磁材料经磁化后，若除去外磁场，在铁磁材料中仍保留一定的剩磁。(4)磁滞性在反复磁化过程中，磁感应强度B的变化总滞后于磁场强度H的变化，而且有磁滞损耗。(5)磁饱和性铁磁材料的磁感应强度有一饱和值Bm。2.铁磁材料的分类和用途第三节铁 磁 材 料(1)软磁材料指磁滞回线
6、很窄的铁磁材料，其特点是磁导率很大，剩磁和矫顽力都很小，容易磁化，也容易去磁，因而磁滞损耗小，如硅钢片、坡莫合金、铁淦氧等。1)硅钢片：主要用于电机、变压器、电磁铁中，按含硅量分为低硅钢片和高硅钢片两种。2)坡莫合金(主要是铁、镍合金)：不但矫顽力很小，而且磁导率很高，起始相对磁导率可达几十万。3)铁淦氧磁体(铁氧体)和磁介质(铁粉心)：主要用在高频电路中，所引起的磁滞损耗比金属磁性材料低得多，而且具有高电阻性，如铁氧体的电阻率比金属磁性材料要大几百万甚至几亿倍以上，所以被广泛用于无线电电子工业和计算机技术方面。第三节铁 磁 材 料(2)硬磁材料指磁滞回线较宽的磁性材料，如碳钢、钴钢、铝镍钴合
7、金以及钡铁氧体、锶-钙铁氧体等，特点是必须采用较强的外磁场才能使它们磁化。(3)矩磁材料指磁滞回线呈矩形的磁性材料，其特点是在很小的外磁场作用下就能磁化，并达到饱和；去掉外磁场后，磁性仍然保持与饱和时一样，它们主要用来做记忆元件(如电子计算机中的磁心)，是电子计算机和远程控制设备中的重要元器件。第四节磁路欧姆定律图2-15磁力线被约束在铁磁材料中图2-16简单的无分支磁路及其等效磁路a)无分支磁路b)等效磁路第四节磁路欧姆定律图2-17有气隙的磁路和等效磁路第四节磁路欧姆定律图2-18主磁通与漏磁通第五节电 磁 感 应一、直导体中的感应电动势图2-19闭合导体的一部分切割磁力线运动时产生感应电
8、动势和感应电流第五节电 磁 感 应图2-20右手定则二、楞次定律第五节电 磁 感 应图2-21条形磁铁在线圈中运动而引起感应电流第五节电 磁 感 应图2-22由于磁场中闭合电路的面积变化而引起感应电流1)首先判定原磁通的方向及其变化趋势，是增加还是减少。第五节电 磁 感 应2)根据感应电流产生的磁场要阻碍原磁场变化的原则，确定感应电流的磁通方向。3)根据感应电流的磁通方向，利用安培定则，即可判断出感应电动势和感应电流的方向。例2-4试判别图2-23所示两种情况下线圈感应电动势的极性。解在图2-23a中，当磁铁插入线圈时，线圈中的磁通将增加，根据楞次定律，感应电流所产生的磁通与原磁通方向相反；再
9、根据安培定则，确定感应电流的方向如图2-23a所示，并由此判断出感应电动势极性是上正下负。第五节电 磁 感 应图2-23磁铁插入和拔出线圈时感应电流的方向a)磁铁插入线圈b)磁铁拔出线圈三、法拉第电磁感应定律第五节电 磁 感 应图2-24简单交流发电机的工作原理例2-5图2-24所示为简单交流发电机的工作原理。第五节电 磁 感 应能够产生感应电动势的线圈abcd叫做转子，接在转子两端并随之一起转动的金属圆环叫做汇流环，两个汇流环间相互绝缘。紧压在汇流环上的是由石墨制成的电刷，转子产生的感应电动势由它引出。在图示瞬间，用右手定则和楞次定律都可判断出感应电流从左端流进电表。解因为在起始位置时，线圈
10、中的磁通不发生变化，即导体不切割磁力线，所以感应电动势为零。当线圈转过90时，线圈中磁通的变化率最大，即导体垂直切割磁力线，所以感应电动势最大，可由式(2-15)求得因为 Em=2Bvl v=ln则 Em=2Bl 2n=23.140.60.22(900/60)V=2.26V 第五节电 磁 感 应图2-25例2-6如图2-25所示，在磁感应强度为B的均匀磁场中，有一长度为l的直导体，通过平行导电轨道与检流计组成闭合回路。第五节电 磁 感 应若导体以速度v垂直B匀速向左运动，试分别用楞次定律和法拉第电磁感应定律确定导体中感应电动势的方向和大小。解1)用楞次定律判断导体中感应电动势的方向。因为导体向
11、左运动时，导电回路中的磁通将增加，根据楞次定律可知，导体中感应电动势的极性是A端为负、B端为正。这与用右手定则判断的情况相同。2)用法拉第电磁感应定律计算导体中感应电动势的大小。例2-7如图2-26所示，矩形线圈ABCD在无限大均匀磁场中以速度v向右运动，试问线圈中的感应电动势为多大?第五节电 磁 感 应解先从导体切割磁力线的角度来分析。矩形线圈只有AB和CD两条边切割磁力线，根据右手定则可知，AB上感应电动势的方向由B指向A，CD上感应电动势的方向由C指向D。在闭合电路中，这两个感应电动势大小相等、方向相反，所以总的感应电动势和感应电流为零。四、自感1.自感现象图2-26第五节电 磁 感 应
12、图2-27自感实验电路2.自感系数3.自感电动势第五节电 磁 感 应图2-28自感电流方向与外电流的关系a)开关S闭合b)开关S断开第五节电 磁 感 应图2-29自感电动势的极性a)外电流增加b)外电流减小五、互感1.互感现象第五节电 磁 感 应图2-30互感现象2.互感电动势第五节电 磁 感 应图2-31互感线圈的同名端a)开关S闭合b)开关S断开3.同名端第五节电 磁 感 应图2-32例2-8如图2-32所示，A为通电的一次线圈，T为铁心，B为二次线圈(其中导体EF段置于蹄形磁铁中)。第五节电 磁 感 应当开关S切断的瞬间，试在图中用“+”、“-”号标出B中感应电动势的极性，并指出导线EF
13、段的运动方向。解(1)判断线圈B中感应电动势的极性由图看出，因为两个线圈的1、3端绕向相同，是同名端，可用符号“”在图中标出。当S闭合时，i由1端流进线圈A；当S切断时，i减小，线圈A的自感电动势的极性是2端为正，1端为负。由同名端的定义可知，线圈B中的感应电动势的极性是4端为正，3端为负。(2)判断导体EF段的运动方向线圈B中感应电动势的方向，决定了导体中的电流i2是由F流向E；再根据左手定则，即可判断出导体EF向蹄形磁铁内部运动。第五节电 磁 感 应1.试标出图2-33a中放在通电螺线管两端及管内小磁针的N、S极,以及图2-33b中放在通电直导线正上方和正下方小磁针N极所指的方向。图2-3
14、32.在图2-34中标出由电流产生的磁极极性或电源的正、负极性。3.如图2-35所示，已知均匀磁场的B0.4T，平面面积S-m2，且平面与B的夹角为30，求通过面积S的磁通。第五节电 磁 感 应图2-344.有两个形状、大小和匝数完全相同的环形螺线管，其一用铜心，另一用铁心。5.图2-36所示为一通电直导体在磁场中的剖面图。第五节电 磁 感 应图2-35第五节电 磁 感 应图2-36第五节电 磁 感 应图2-376.图2-37是磁电系电表测量机构的剖面图，图中指针固定在动圈AB上。第五节电 磁 感 应7.图2-38是最简单的直流电动机的剖面图。图2-388.什么是铁磁材料?它具有哪些磁性能?铁
15、磁材料大致可分成几类?它们各有什么用途?9.在图2-39中，一有效长度l0.3m的直导线，在B1.25T的均匀磁场中运动，运动的方向与B垂直，且速度v40m/s，设导线的电阻r0.1，外电路的电阻R19.9，试求：1)导线中感应电动势的方向；2)闭合电路中电流的大小和方向。第五节电 磁 感 应10.如图2-40所示，长0.1m的直导体MN在形导电框架上以10m/s的速度向右作匀速运动，框架平面与磁场垂直，已知B0.8T，导体的等效内阻R，试求：1)MN上感应电流的大小和方向；使MN作匀速运动，需加多大的外力?其方向如何?图2-39第五节电 磁 感 应图2-4011.在图2-41所示的蹄形磁铁两
16、磁极间，放一个abcd线圈，当蹄形磁铁绕OO轴逆时针旋转时，线圈将发生什么现象?为什么?第五节电 磁 感 应12.如图2-42所示，矩形导电线圈的平面垂直磁力线。图2-41第五节电 磁 感 应图2-42第五节电 磁 感 应图2-4313.如图2-43所示，矩形线圈平面垂直于磁力线，其面积为4-m，共有80匝。第五节电 磁 感 应14.如图2-44所示，A和B为轻金属环，其中A是闭合环，B是开口环。15.图2-45所示是一个特殊绕法的线圈。16.如图2-46所示，当线圈A通电、电流增强和电流减弱以及断电四种情况下，线圈B中能否产生感应电流?方向如何?图2-44第五节电 磁 感 应图2-4517.
17、如图2-47所示，当条形磁铁插进线圈时，放在导线下面的小磁针如何偏转(只考虑直导线产生的磁场)?检流计中的电流方向如何?第五节电 磁 感 应图2-46第五节电 磁 感 应图2-4718.在图2-48中，标出各线圈的同名端，并分别标出S接通瞬间、线圈B和C中的感应电动势的极性。第五节电 磁 感 应图2-4819.图2-49是两种双线并绕线圈，试在图中标出其同名端。第五节电 磁 感 应图2-49第三章正弦交流电路第一节交流电的基本概念第二节正弦交流电的表示方法第三节单相交流电路第四节三相交流电路第五节涡流实验单相交流电路第一节交流电的基本概念一、概述图3-1几种电流的波形a)稳恒直流电b)脉动直流
18、电c)正弦交流电d)非正弦交流电第一节交流电的基本概念(1)稳恒直流电其电流(或电压、电动势)的大小和方向不随时间变化，如图3-1a所示。(2)脉动直流电其电流(或电压、电动势)的大小随时间作周期性变化，但方向始终不变，如图3-1b所示。(3)交流电如果大小和方向都随时间作周期性变化的电流(或电压、电动势)，则称为交流电。1)正弦交流电是指按正弦规律变化的交流电，如图3-1c所示。2)非正弦交流电则是指不按正弦规律变化的变流电，如图3-1d所示。二、正弦交流电动势的产生第一节交流电的基本概念图3-2最简单的单相交流发电机a)基本结构b)磁场分布第一节交流电的基本概念图3-3感应电动势变化曲线三
19、、正弦交流电的三要素1.最大值第一节交流电的基本概念第一节交流电的基本概念图3-4初相角的判别第一节交流电的基本概念图3-5初相角示意图四、正弦交流电的相位和相位差第一节交流电的基本概念图3-6交流电的同相和反相a)同相b)反相第一节交流电的基本概念图3-7热效应相等的直流电为交流电的有效值a)直流电流b)交流电流第二节正弦交流电的表示方法一、解析法例3-3已知一个正弦电压u311sin(314t6)V，试求：1)该正弦电压的三要素；2)该电压的有效值；3)该正弦电压在t0时的瞬时值。解1)根据uUmsin(t)，对照已知的解析式可知该正弦电压的三要素为Um311V，314rad/s，/6。2
20、)电压的有效值UV220V。3)t0时，u311sin/6V155.5V。二、图形法第二节正弦交流电的表示方法图3-8例3-4根据图3-8所示电流波形图写出该正弦电流的解析式。解从波形图可知Im6A，则第二节正弦交流电的表示方法三、旋转矢量法图3-9正弦交流电的旋转矢量表示法例3-5已知u130sin314tV，u240sin(314t2)V，第二节正弦交流电的表示方法写出uu1+u2的解析式。解因为两个同频率正弦电压相加时，其合成电压应为一同频率的正弦电压，所以(1)正弦电动势、电压、电流这些物理量都是时间的正弦函数，因此可以用旋转矢量来表示，但它们本身不是矢量，和力、电场强度等在空间具有一
21、定方向的矢量概念是有区别的。(2)旋转矢量法只适用于同频率的正弦交流电的相加或相减，只有表示同频率正弦量的几个旋转矢量才能画在一张矢量图上。(3)在实际中，出现的常是正弦交流电的有效值，所以在画矢量图时一般采用有效值矢量图，分别以I、U、E表示。例3-6作i10sin(314t-30)A和u15sin(314t60)V的有效值矢量图。第二节正弦交流电的表示方法解表示上述两个同频率正弦量的有效值矢量图如图3-11所示。四、符号法图3-10第二节正弦交流电的表示方法图3-111.复数的基本形式第二节正弦交流电的表示方法图3-12复数的矢量表示2.复数的四则运算(1)加减法复数加减运算用代数形式比较
22、方便。第二节正弦交流电的表示方法(2)乘除法复数的乘除运算，一般用指数形式或极坐标形式比较方便。(3)复数乘法的几何意义及旋转因子若用A2r2去乘A1r1，其乘积是r1r2，把它们画在复平面上，如图3-13所示。图3-13复数乘法的意义第二节正弦交流电的表示方法图3-14j的几何意义3.正弦量的复数表示第二节正弦交流电的表示方法图3-15旋转因子第二节正弦交流电的表示方法图3-16复平面上的旋转矢量例3-7设有两个正弦电流，i3sin(t)A，i24sin(t-)A，试用相量分析法求ii1+i2的瞬时值表示式。第二节正弦交流电的表示方法图3-17解如图3-17所示，列出正弦电流i1和i2的相量
23、代数形式,即第三节单相交流电路图3-18交流电路中的电压与电流的正方向一、纯电阻电路第三节单相交流电路图3-19纯电阻电路及矢量图a)纯电阻电路b)矢量图第三节单相交流电路图3-20纯电阻电路中电压、电流及功率曲线例3-8电阻炉在工作时的电阻值为110，第三节单相交流电路在它两端加上uR311sin(314t6)V的电压，试求电阻炉上流过的电流I及有功功率P。解由uR311sin(314t6)V可得二、纯电感电路第三节单相交流电路第三节单相交流电路1)在0/2即第一个1/4周期内，电流从零增加到正的最大值。2)在/2即第二个1/4周期内，电流从正的最大值减小到零。3)在3/2即第三个1/4周期
24、内，电流从零变到负最大值，由于此期间电流的变化率仍为负值，且从负最大值变到零，则eL从正最大值变到零，而uL从负最大值变到零，如图3-22a所示。4)在3/22即第四个1/4周期内，电流从负最大值变到零，由于此期间电流的变化率为正值，且从零变到正最大值，则eL从零变到负最大值，uL从零变到正最大值，如图所示。图3-22纯电感电路中电流、电压、自感电动势的变化曲线图及矢量图第三节单相交流电路图3-23纯电感电路的功率曲线例3-9把一个电阻可忽略不计、电感量为10mH的线圈分别接到频率为5kHz和25kHz的220V交流电源上，试求线圈中的电流。第三节单相交流电路解当该线圈接到5kHz、220V交
25、流电源上时，其感抗为例3-10在电源电压为120V、频率为50Hz的交流电源上接入电感为0.0127H的线圈(其电阻忽略不计)。试求感抗、电流和无功功率，如电流的初相角为零，写出i和uL的瞬时值表达式。解1)XL2fL23.14500.012742)I120/4A30A3)QLULI12030var3600var4)i30sin314tA第三节单相交流电路第三节单相交流电路图3-24纯电容电路及电压、电流、功率曲线与矢量图a)纯电容电路b)电压、电流、功率曲线c)矢量图例3-11把电容为40F的电容器接在220V的工频交流电源上，试求容抗、电流和无功功率，如电压的初相角为零，写出uC和i的瞬时
26、值表达式。三、纯电容电路第三节单相交流电路解1)XC1/2fC1/231450401802)I220/80A2.75A3)QCUCI2202.75var605var4)uC220sin314tV图3-25电阻与电感的串联电路及矢量图a)串联电路b)矢量图第三节单相交流电路四、电阻与电感的串联电路图3-26RL串联电路的电压、阻抗和功率三角形a)电压三角形b)阻抗三角形c)功率三角形例3-12将电感为25.5mH、电阻为6的线圈接到电压为u220sin(314t+/9)V的电源上。试求：1)线圈的阻抗；2)电路中的电流；3)功率因数；4)写出i、uR、uL的瞬时值表达式；5)电路的P、；6)作出
27、I、U、UR、UL的矢量图。第三节单相交流电路解1)因XLL31425.510-382)IU/Z220/10A22A3)cosR/Z6/100.64)总电压比电流超前的角度为第三节单相交流电路图3-27矢量图第三节单相交流电路6)I、U、UR、UL矢量图如图3-27所示。例3-13有一个40W荧光灯用的镇流器，其直流电阻为27。当电流为0.41A，频率为50Hz的交流电通过这一镇流器时，测得端电压为164V。试求镇流器的电感量L。解镇流器的阻抗为五、电阻与电容的串联电路图3-28电阻与电容的串联电路及矢量图a)串联电路b)矢量图第三节单相交流电路图3-29RC串联电路的电压、阻抗、功率三角形a
28、)电压三角形b)阻抗三角形c)功率三角形例3-14将电阻为12、电容量为637F的电容器串联后，接在u220sin314tV的电源上。试求：1)电路的阻抗；2)电路中的电流；3)电路的功率因数；4)写出i、uR、uC的瞬时值表达式；5)电路的P、QC、S；6)作I、U、UR、UC的矢量图。解1)因XC1/C1/31463715第三节单相交流电路2)IU/Z220V/1317A3)cosR/Z12/130.92314)电流超前电压角度为5)P17A2123468W6)I、U、UR、UC矢量图如图3-30所示。六、电阻、电感和电容的串联电路图3-30第三节单相交流电路图3-31RLC串联电路及矢量
29、图a)串联电路b)矢量图1)当XLXC时，tan0，0，这时总电压U超前电流I，第三节单相交流电路电路呈电感性。2)当XLXC时，tan0，0，这时总电压U滞后电流I，电路呈电容性。3)当XLXC时，tan，0，这时总电压U与电流I同相，电路呈电阻性。图3-32第三节单相交流电路例3-15如图3-32所示，已知R2，L160mH，C66F，加在电路两端的交流电压U220V，电源频率f400Hz。试求：1)电路的阻抗；2)电路的电流；3)各元件两端的电压；4)电路的P、S；5)电路的性质。第三节单相交流电路七、电感性负载与电容的并联电路第三节单相交流电路图3-33电感性负载与电容器并联的电路及矢
30、量图1)ILYIC时，总电流I滞后电压U，电路呈电感性。2)ILYIC时，总电流I超前电压U，电路呈电容性。3)ILYIC时，总电流I与电压U同相，电路呈电阻性。八、谐振电路第三节单相交流电路1.串联谐振1)串联谐振时，电路的阻抗最小，且呈电阻性。2)串联谐振时，电感两端的电压UL与电容两端的电压UC数值相等、方向相反，且数值可以比总电压大许多倍。例3-16如图3-34所示为收音机的输入调谐电路，已知L260mH，若要收听87.6MHz的电台广播，则可变电容C应为多大?图3-34第三节单相交流电路解应调整C使电路的固有频率f等于信号频率87.6MHz，使电路发生电压谐振。2.并联谐振1)并联谐
31、振时，因总电流I为最小，所以电路的阻抗为最大，且呈电阻性。2)并联谐振时，电感支路和电容支路的电流大小近似相等，方向近似相反，且为总电流的Q倍。第四节三相交流电路一、三相交流电动势的产生图3-35最简单的三相交流发电机a)结构b)波形c)矢量图二、三相四线制第四节三相交流电路图3-36三相六线制供电第四节三相交流电路图3-37三相绕组的星形()联结和三相四线制第四节三相交流电路图3-38星形()联结时线电压与相电压的矢量图1)先画出U1、U2、U3三个相电压矢量，它们大小相等，第四节三相交流电路相位彼此互差120。2)再画出与U2相位相反的矢量-U2。例3-17已知三相电源的线电压为380V，
32、试求相线与中性线之间的电压的最大值为多少?解已知380V，所以三、三相负载的联结方式1.三相负载的星形()联结图3-39三相负载的星形()联结第四节三相交流电路图3-40三相对称负载作星形()联结时的电流矢量图第四节三相交流电路图3-41三相对称负载的星形()联结例3-18将一台星形()联结的三相异步电动机，第四节三相交流电路接在线电压为380V的三相电源上，若电动机每相绕组的电阻为6，感抗为8，试求流过各相绕组的电流、各相线上的电流、相电流与相电压的相位差。解由于电源电压对称，各相负载对称，则各相电流应相等，各线电流也应相等。第四节三相交流电路图3-42三相负载的三角形()联结及电流矢量图2
33、.三相负载的三角形()联结第四节三相交流电路例3-19将例3-18中的这台电动机的三相绕组改接成三角形()后再接到线电压为380V的三相电源中，试求相电流、线电流及各相绕组的相电流与相电压的相位差。第四节三相交流电路第四节三相交流电路四、三相负载的电功率?为负载相电压与相电流之间的相位差，它取决于负载的性质，而与负载的联结方式无关。不论三相负载作何种连接，UL是不变的，而IL则与联结方式有关。由于是同一个三相对称负载接在同一电网中，而IL3，故负载作三角形()联结时的三相电功率为作星形()时的3倍，即例3-20将一台三相电动机接在线电压为380V的三相电源中，已知每相绕组的电阻为5，感抗为5，
34、试分别计算三相绕组作星形()和三角形()联结时的三相电功率，并进行比较。解Z?10(1)三相绕组接成星形()联结(2)三相绕组接成三角形()联结(3)两种联结方式的比较第四节三相交流电路第四节三相交流电路第五节涡流图3-43铁心中的涡流第五节涡流图3-44感应炉工作示意图实验单相交流电路(一)实验目的1)掌握串联电路中总电压是各分电压的矢量和。2)掌握并联电路中总电流是各分电流的矢量和。3)掌握提高功率因数的方法。(二)实验器材表格(三)实验内容、步骤及要求1.白炽灯与白炽灯串联电路实验单相交流电路1)各灯泡的分电压之和(U)等于两个串联灯泡的总电压U吗?为什么?2)上述电路属于交流电路中的哪
35、种电路?2.白炽灯与镇流器的串联电路图3-45实验单相交流电路图3-461)UR+UL等于U吗?为什么?它们应该符合什么关系?作出三者的矢量图。2)上述电路属于交流电路中的哪种电路?3.白炽灯、镇流器与电容器串联电路1)总电压U等于(U)吗?为什么?实验单相交流电路2)总电压U与U、应符合什么关系?作出它们的矢量图。3)试确定负载的性质。4.荧光灯照明电路1)按图3-48正确接线，闭合开关，记录电流表的读数。图3-47实验单相交流电路图3-48实验单相交流电路图3-492)按图3-49正确接线，闭合开关S，记录电流表读数：I、，并回答下列问题：实验单相交流电路 比较图3-48中电流表的读数与图
36、 中的总电流的读数，说明了什么问题?I等于(I)吗?为什么?图3-48所示的电路属于哪种交流电路?并联电容器的目的是什么?1.北京文艺台的信号频率约为87.6MHz，试求相应的周期和角频率。2.已知交流电动势e14.14sin，试求Em、E、f、T和各为多少?图3-50实验单相交流电路3.已知正弦电流i115sin，i2sin，试求它们的相位差，并指出哪个超前、哪个滞后?4.图3-50所示为两个同频率正弦电压的波形，试写出它们的解析式。5.某电容器的耐压为250V，若把它接到交流220V电源中使用，是否安全?6.已知正弦交流电压的初相角等于30，t0时的电压为220V，t1/120s时的电压第
37、一次出现零值，求该电压的最大值、角频率和周期。7.已知某交流电路两端的电压u311sin，电流i1.414sin。8.已知三个正弦电压u1、u2、u3的有效值都为380V，初相角分别为，-120，3120，角频率都为314rad/s。实验单相交流电路9.已知正弦电压u130sin(314t)，u240sin(314t-)，试作出它们的合成正弦电压的矢量图，并写出uu1+u2的瞬时值表达式。10.在纯电阻电路中，下列各式哪些正确，哪些错误：(1)iU/R；(2)IU/R；(3)i；(4)u/R。11.在具有电阻为11.5的电路两端加上交流电压u11.5sin(100t-68)，试写出电路中电流的
38、瞬时值表达式，并作出矢量图；如果用电流表来测量通过电阻的电流，电流表的读数是多少?12.一个额定值为220V、1kW的电炉接在220V、50Hz的交流电源上。13.在纯电感电路中，下列各式哪些正确，哪些错误：(1)i；(2)i；(3)IU/L；(4)IU/L；(5)ILU。实验单相交流电路14.把一个电感为L51mH(电阻可以忽略不计)的线圈接到u5sin的电源上。15.一个电阻可以忽略不计的线圈，接在220V、50Hz电源上，流过的电流为4A。16.在纯电容电路中，下列各式哪些正确，哪些错误：(1)i；(2)iu/C；(3)IU/C；(4)IU/C；(5)ICU。17.把电容量为C30F的电
39、容器接到u106sin的电源上。18.有一个2F的电容接到50Hz、110V的交流电源上，试问通过电容的电流为多大?如电压的初相角为零，画出电压与电流的矢量图，并写出电压和电流的瞬时值表达式。19.将某交流接触器的线圈接于380V、50Hz的电源上，实测得线圈电阻为580，通过线圈的电流为87mA。实验单相交流电路20.交流接触器的电感线圈电阻R200，电感L7.3H，接到U380V、f50Hz的交流电源上。21.将一个电阻为20、电感为48mH的线圈接到u100sin(314t)的交流电源上。22.把某线圈接在电压为6V的直流电源上，测得流过线圈的电流为0.2A；当把它改接到频率为50Hz、
40、电压有效值为25V的正弦交流电源上时，测得流过线圈的电流为0.5A，试求该线圈的电感L。23.把6的电阻与50F电容串联后接到u20sin的交流电源上。24.已知RLC串联电路中，10，XL10，XC20，接在电压为u40sin314tV的电源两端。25.在串联电路中，已知R30、L318mH，C53F，电源电压u311sin。实验单相交流电路26.一个扼流圈与电容器串联，加上120V、50Hz的电压后，通过电路的电流为1A。27.将三个阻值均为100的电阻作星形()联结后接到线电压为380V的三相电源上，试画出电路图，并求各电阻上的电流及各相线上的电流。28.将三个阻值为100的电阻作三角形
41、联结后，接到线电压为380V的三相电源上，试画出电路图，并求相电流和线电流。29.在线电压为380V的三相四线制电网中，接有三组电阻各为4、感抗各为3的平衡负载。30.什么是涡流?它有哪些利弊?试举例说明。第四章电气照明及安全用电第一节电 气 照 明第二节安 全 用 电实验白炽灯和荧光灯照明电路第一节电 气 照 明(1)一般照明是指较大范围内的照明，它不仅要照亮工作面，而且要照亮整个空间，如用于广场、工地、道路及车间等场所的照明。(2)局部照明是指只限于某一工作点上的照明，如机床照明灯、移动式照明灯、台灯的照明。1)工作面或被照场地应有足够亮度。2)照明光线应柔和，不耀眼眩目，且具有稳定性。3
42、)具有安全可靠性。一、白炽灯照明电路1.白炽灯2.白炽灯照明电路的安装(1)单联开关控制的白炽灯电路一般白炽灯照明电路很简单，只要将白炽灯与开关串联后，再并接到供电线路上即可，如图4-2所示。第一节电 气 照 明图4-1白炽灯a)结构b)符号1灯丝2灯头第一节电 气 照 明图4-2一般白炽灯照明电路(2)双联开关控制的白炽灯电路这种电路是用两只双联开关控制一盏白炽灯，双联开关控制白炽灯的工作位置如图4-3所示，第一节电 气 照 明其控制电路如图4-4所示。图4-3双联开关控制白炽灯的工作位置第一节电 气 照 明图4-4双联开关控制白炽灯电路(3)白炽灯电路安装注意事项在安装白炽灯时，相线一定要
43、经开关后再接至灯头，中性线则直接进灯头。第一节电 气 照 明图4-5验电器的使用方法与构造a)正确用法b)错误用法c)结构1金属笔尖2电阻3氖管4视察窗5弹簧6金属笔尾第一节电 气 照 明二、荧光灯照明电路1.荧光灯照明电路的组成(1)灯管如图4-6a所示，灯管是一根抽成真空的玻璃管，在管的内壁涂有一层薄而均匀的荧光粉，两端各有一组通电时能发射大量电子的灯丝。图4-6荧光灯的组成a)灯管b)辉光启动器c)镇流器1灯丝2动触片3静触片4玻璃泡5电容器6铝片7线圈8铁心第一节电 气 照 明(2)辉光启动器如图4-6b所示，辉光启动器有一铝制外壳，内装一个充有氖气的玻璃泡，泡内有一个静触片与一个呈U
44、形的动触片。(3)镇流器如图4-6c所示，镇流器是一个带铁心的电感线圈，在电路中有两个作用，一是当辉光启动器的动、静触片由接触到再分离时，它的两端可产生瞬时高压，点亮荧光灯管；二是当灯管点亮后，又起到限流作用。2.荧光灯照明电路的工作原理图4-7荧光灯照明电路a)安装接线b)工作原理第一节电 气 照 明图4-8无辉光启动器的荧光灯照明电路1电子镇流器2灯管三、荧光高压汞灯第一节电 气 照 明1.荧光高压汞灯的结构2.荧光高压汞灯的接线原理图4-9荧光高压汞灯的结构1电阻2引燃极3主电极4主电极第一节电 气 照 明图4-10荧光高压汞灯的接线原理3.荧光高压汞灯的工作原理第一节电 气 照 明图4
45、-11荧光高压汞灯的工作原理1限流电阻2主电极3引燃极4主电极5镇流器第一节电 气 照 明图4-12高压钠灯的结构1金属排气管2铌帽3电极4放电管5玻璃泡体6管脚7双金属片8金属支架9消气剂10螺纹触点(电源)11绝缘体12触点(电源)第一节电 气 照 明四、高压钠灯1.高压钠灯的结构图4-13高压钠灯的工作原理第一节电 气 照 明2.高压钠灯的工作原理 高压钠灯的起动方式类似于荧光灯,但辉光启动器(即双金属片)被组合在灯泡体内部。如图 4鄄13 所示,当接通电源时,电流通过双金属片和加热线圈,双金属片受热变形后使两触点断开,电感线圈上就产生一个高电压加在灯管的电极上,使两极击穿,灯管点燃。因
46、存在放电热量而使双金属片触点保持开路状态。工作电压和电流同荧光灯一样,由镇流器加以控制。新型高压钠灯的起动通常采用晶闸管构成的触发器。选用高压钠灯时应配置与灯泡规格相适应的镇流器和触发器等附件 第二节安 全 用 电一、低压配电系统的接地方式1.TT系统2.TN系统(1)TNS系统整个系统的中性导体与保护导体是分开的，如图4-15所示。图4-14TT系统第二节安 全 用 电图4-15TNS系统(2)TNCS系统系统中一部分线路的中性导体与保护导体是合一的，如图4-16所示。第二节安 全 用 电(3)TNC系统整个系统的中性导体与保护导体是合一的，如图4-17所示。图4-16TNCS系统第二节安
47、全 用 电图4-17TNC系统第二节安 全 用 电图4-18IT系统3.IT系统1)第一个字母表示电源侧的接地状态。第二节安 全 用 电2)第二个字母表示负载侧的接地状态，也就是设备的外露可导电部分对地的关系。3)对于TN系统，如果后面还有字母时，这字母表示中性导体与保护导体的组合。二、安全用电的基本知识1.电气灾害(1)触电触电是指电流流过人体时所发生的生理作用。1)触电对人体的伤害程度，与流过人体电流的频率、电流的大小、通电时间的长短、电流流过人体的途径以及触电者本人的情况有关。2)触电伤人的主要因素是电流，但电流值又取决于人体上的接触电压和人体的电阻值。第二节安 全 用 电3)电气设备安
48、全电压的选择，应根据使用环境、工作人员和使用方式等因素选用不同等级的安全电压。(2)触电的类型常见的触电类型分为直接触电和间接触电两种，而直接触电又可分为单相触电和两相触电，如图4-19所示。图4-19直接触电的类型a)、b)单相触电c)两相触电1)直接触电：是指人体直接接触到电气设备正常带电部分的触电事故。第二节安 全 用 电 当人体碰触用电设备的其中一相时，电流经人体流入大地，这种直接触电称为单相触电，如图4-19a、b所示。人体同时接触带电设备或线路中的两相导体，电流从一相通过人体，流入另一相，这种直接触电称为两相触电，如图4-19c所示。两相触电最为危险，在低压电网中，人体接触的电压为
49、380V，两相触电时流入人体的电流达200mA以上，这样大的电流通过人体，即使时间不足2s也会致人死亡。2)间接触电:是指电气设备及线路绝缘降低或破损、老化时，其内部带电部分会向不带电的金属部分“漏电”，而此时人接触到带电设备的金属外壳所发生的触电事故。3)除上述触电外，还有高压电弧触电及跨步电压触电。第二节安 全 用 电 高压电弧触电是当人走近高压带电体时，由于两者电位相差甚大而引起电弧使人触 跨步电压触电是指当高压电线断裂落地时，在其周围形成一个由中心逐渐向外减弱的强电场，当人或牲畜走入距断线点8m以内的区域时，由于前后脚之间有较高的电位差就会引起触电。(3)电气火灾电能通过电气设备及线路
50、作为火源而引起的火灾称为电气火灾。2.安全用电措施第二节安 全 用 电(1)合理选用照明电压根据工作环境来选择照明电压，一般工厂的照明灯具多采用悬挂式，人体接触的机会较少，可选用220V电压供电；对于接触机会较多的机床照明灯或移动的灯具，应选用50V以下的安全电压供电；在潮湿、有导电灰尘、有腐蚀性气体的情况下，则应选用24V、12V甚至更低的电压供电。(2)相线必须进开关在安装照明电路时，必须做到相线经开关后再接至灯具，这样，当开关处于分断状态时，灯具上不带电，有利于维修安全。(3)采用各种保护用具保护用具是保证工作人员安全操作的用具。第二节安 全 用 电图4-20漏电保护插座的外形a)YLC
