1、低压电工作业第二章电工基础知识第一节直流电路第一节直流电路 一、电路的基本概念一、电路的基本概念（一）电路和电路图（一）电路和电路图 电路是为了某种需要，将电气设备和电子元器件按照一定方电路是为了某种需要，将电气设备和电子元器件按照一定方式连接起来的电流通路。式连接起来的电流通路。直流电通过的电路称为直流电路。直流电通过的电路称为直流电路。电路电路图是为了研究和工程的实际需要。用国家标准化符号绘制的、表图是为了研究和工程的实际需要。用国家标准化符号绘制的、表示电路设备装置组成和连接关系的简图示电路设备装置组成和连接关系的简图。负载电源导线开关(二）电路的基本物理量二）电路的基本物理量1.电荷、
2、电场和电场强度电荷、电场和电场强度带电的基本粒子称为电荷，失去电子带正电的粒子带电的基本粒子称为电荷，失去电子带正电的粒子叫叫正电荷正电荷，失去电子带负电的粒子叫，失去电子带负电的粒子叫负电荷负电荷。电荷。电荷的多少用电量或电荷量来表示；电量的符号是的多少用电量或电荷量来表示；电量的符号是Q，单位是单位是C(库仑）库仑）电场是电荷及变化磁场周围空间星存在电场是电荷及变化磁场周围空间星存在 的一种特殊物质。电场对放入其中的电荷有作用力，的一种特殊物质。电场对放入其中的电荷有作用力，这种力称为电场力；当电荷在电场中移动时，电场这种力称为电场力；当电荷在电场中移动时，电场力对电荷做功，说明力对电荷做
3、功，说明电场具有通常物质所具有的力电场具有通常物质所具有的力和能量等特征。和能量等特征。电场的强弱用电场强度表示，符号是电场的强弱用电场强度表示，符号是E.单位为单位为V/m(伏伏/米米)。2.电流和电流密度电流和电流密度 电流是电路中既有大小又有方向的物理量。电荷电流是电路中既有大小又有方向的物理量。电荷在导体中的定向移动形成电流。电流在导体中的定向移动形成电流。电流方向规定为正电荷移动的方向，与电子移动的方向方向规定为正电荷移动的方向，与电子移动的方向相反。在生产和生活中，常把电流分为直流电和交相反。在生产和生活中，常把电流分为直流电和交流电两大类。流电两大类。直流电直流电是指方向不随时间
4、做周期性变是指方向不随时间做周期性变化，但大小可能不固定的电流。化，但大小可能不固定的电流。交流电交流电是指大小和是指大小和方向随时间做周期性变化的电流方向随时间做周期性变化的电流 电流大小是衡量电流强度的物理量，等于单位时电流大小是衡量电流强度的物理量，等于单位时间内通过导体截面电荷总量。间内通过导体截面电荷总量。3.电位、电压和电动势电位、电压和电动势 电位，也称电势，是衡量电荷在电路中某点所具电位，也称电势，是衡量电荷在电路中某点所具有能量的物理量。电路中某点的电位，数值上等于有能量的物理量。电路中某点的电位，数值上等于正电荷在该点所具有的能量与电荷所带电荷量的比。正电荷在该点所具有的能
5、量与电荷所带电荷量的比。电位是相对的，电路电位是相对的，电路中某点电位的大小，与参考点中某点电位的大小，与参考点(即零电位点即零电位点)的选择的选择有关。电位是电能的强度因素，它的单有关。电位是电能的强度因素，它的单位是位是V(伏特伏特)。生活中常见水往低处流，是因为水流两端存在水生活中常见水往低处流，是因为水流两端存在水位差，同理，能促使电流形成的条件位差，同理，能促使电流形成的条件是是导体两端有电位差导体两端有电位差(电势差电势差)的存在，即电压的存在，即电压。电压是衡量电场做功本领大小的物理量电压是衡量电场做功本领大小的物理量，在一个闭，在一个闭合的外电路，电流总是从电源的正极经过负载流
6、向合的外电路，电流总是从电源的正极经过负载流向电源的负极，电场力做功，将电能转换为其他形式电源的负极，电场力做功，将电能转换为其他形式的能。而内电路，电源是如何建立并维持正极与负的能。而内电路，电源是如何建立并维持正极与负极之间的电位差的呢极之间的电位差的呢?任何一种电源都是一个能量转任何一种电源都是一个能量转换装置，换装置，它能把正电荷从负极不断地持续地流通到正极。电它能把正电荷从负极不断地持续地流通到正极。电动势则是衡量这种将电源内部的正电荷从电源的负动势则是衡量这种将电源内部的正电荷从电源的负极推动到正极、将非电能转换成电能本领大小的物极推动到正极、将非电能转换成电能本领大小的物理量，用
7、符号理量，用符号E表示，单位为表示，单位为V(伏特伏特)。电动势也是。电动势也是电路中既有大小又有方向的物理量，方向规定为从电路中既有大小又有方向的物理量，方向规定为从低电位点指向高电位点，即从电源的负极指向正极。低电位点指向高电位点，即从电源的负极指向正极。常用的电位、电压、电动势的单位还有常用的电位、电压、电动势的单位还有KV(千伏千伏)、mV(毫伏毫伏)和和V(微伏微伏)。它们之间的换算关系为：。它们之间的换算关系为：1kV=1 000 V，1V=1000 mV，1mV=1 000V4.电阻电阻电阻是电流遇到的阻力电阻是电流遇到的阻力，用符号，用符号R或或r表示。导体的表示。导体的电阻与
8、其材料的电阻率和长度成电阻与其材料的电阻率和长度成正比，而与其横截面积成反比。电阻率是单位长度、正比，而与其横截面积成反比。电阻率是单位长度、单位截面积导体的电阻，不同材料导体的电阻率不单位截面积导体的电阻，不同材料导体的电阻率不尽相同。尽相同。20时导体的电阻可用下式表示，即时导体的电阻可用下式表示，即 R=L/S式中，式中，R为导体电阻，单位是为导体电阻，单位是Q(欧姆欧姆)；.为导体的长为导体的长度，单位是度，单位是m；S为导体的截面积单位是为导体的截面积单位是mm2，p为为导体的电阻率。导体的电阻率。电阻的常用单位是电阻的常用单位是(欧姆欧姆)，也可用，也可用k(千欧）和千欧）和M(兆
9、欧）等作单位，它们之间的兆欧）等作单位，它们之间的换算关系为；换算关系为；1K =1000,1 M =1 000 k 电阻是导体有身的特性电阻是导体有身的特性，与导体的材料、温度、，与导体的材料、温度、光度等有关系。绝大多数的金属材料温度升高时，光度等有关系。绝大多数的金属材料温度升高时，电阻将增大；而电阻将增大；而石墨、碳等在温度升高时，电组反石墨、碳等在温度升高时，电组反而减小而减小(半导体半导体)，至于康铜及锰钢等合金，受温度，至于康铜及锰钢等合金，受温度的影响极小，电阻比较稳定。的影响极小，电阻比较稳定。二、电路的欧姆定律二、电路的欧姆定律（一）（一）欧姆定律欧姆定律1.部分电路的欧姆
10、定律部分电路的欧姆定律 欧姆定律是反映电路中电压、电流和电阻之间欧姆定律是反映电路中电压、电流和电阻之间关系的定律。欧姆定律指出，当导体温度不变时，关系的定律。欧姆定律指出，当导体温度不变时，通过导体的电流与加在导体两端的电压成正比，而通过导体的电流与加在导体两端的电压成正比，而与其电阻成反比。如图所示电路，即与其电阻成反比。如图所示电路，即 U=IR 或或 I=U/R2.全电路的欧姆定律全电路的欧姆定律包含电源的闭合电路称为全电路。全电路的包含电源的闭合电路称为全电路。全电路的欧姆定律指出，电流的大小与电源的电动势欧姆定律指出，电流的大小与电源的电动势成正比，而与成正比，而与电源内部电阻电源
11、内部电阻r。与负载电阻与负载电阻（R)之和（之和（r0+R)成反比。成反比。在实际电路中，由在实际电路中，由于内阻的存在要消耗于内阻的存在要消耗一定的功率，产生一一定的功率，产生一定的电压降（定的电压降（IrIr）。）。因此，外电路端电压因此，外电路端电压U=-IrU=-Ir。当外电路开。当外电路开路时，路时，I I0 0，U=U=；当外电路有负载时，当外电路有负载时，端电压随着负载（端电压随着负载（R R）的增大而降低。的增大而降低。IrIRrRI或（二）电阻的串联、并联和混联（二）电阻的串联、并联和混联1.电阻的电阻的串联电路串联电路两个或两个以上电阻首尾依次相连，便电流只有一两个或两个以
12、上电阻首尾依次相连，便电流只有一条通路的电路称为电阻的串联电路电阻的串联电路条通路的电路称为电阻的串联电路电阻的串联电路有如下特点；有如下特点；流过各电阻的流过各电阻的电流相等电流相等，即，即 I=l1=l2=l3=ln电路电路总电阻总电阻R等于各串联电阻之和等于各串联电阻之和，即，即R=R1+R2+Rn，电路电路总电压总电压U等于各电阻的分电压之和等于各电阻的分电压之和，即，即U=U1+U2+Un=l1R1+l2R2+ln Rn由此可见，电压的分配与电阻成正比，即由此可见，电压的分配与电阻成正比，即电阻越大，电阻越大，其分电压也越大，这就是串联电其分电压也越大，这就是串联电阻的分压原理。阻的
13、分压原理。2.电阻的电阻的并联电路并联电路 两个或两个以上电阻的首尾两端分别接在电路两个或两个以上电阻的首尾两端分别接在电路中相同的两节点之间，使电路同时存在几条通路的中相同的两节点之间，使电路同时存在几条通路的电路称为电阻的并联电路。并联电路有以下性质：电路称为电阻的并联电路。并联电路有以下性质：电路的总电流等于电路中各支路电流之和，即电路的总电流等于电路中各支路电流之和，即I=I1+I2+I3I=I1+I2+I3，分流作用。，分流作用。各电阻两端的电压相等，即各电阻两端的电压相等，即U=U1=U2=U3U=U1=U2=U3。电路总电阻电路总电阻R R的倒数等于各个支路电阻倒数之和，的倒数等
14、于各个支路电阻倒数之和，即即1/R=1/R1+1/R21/R=1/R1+1/R2，R=R1R2/(R1+R2)R=R1R2/(R1+R2)电阻越并联越电阻越并联越小小。由此可见，电流的分配与支路电阻成反比，即支路由此可见，电流的分配与支路电阻成反比，即支路电阻越大其分电流越小；这就是并联电阻的分流原电阻越大其分电流越小；这就是并联电阻的分流原理。理。3.电阻的混联电路电阻的混联电路 既有电阻本联又有电阻并联的电路称为混联电既有电阻本联又有电阻并联的电路称为混联电路。路。这种电路的计算方法如下：首先整理化简电路，这种电路的计算方法如下：首先整理化简电路，把几个串联或并联的电阻分别用等效电阻来代替
15、，把几个串联或并联的电阻分别用等效电阻来代替，然后求出该电路的总电阻，根据电路的总电压、总然后求出该电路的总电阻，根据电路的总电压、总电阻计算出该电路的总电流，最后计算出各部分的电阻计算出该电路的总电流，最后计算出各部分的电压和电流等。电压和电流等。2121RRUUU1U2U3R1R2R3IU+_R3R3R3R1R3R1R3R1R3IR1R3+IR1R3U_+IR1R3R2U_+IR1R3R2U_+IR1R3R2U_+IR1R3R2U_+IR1R3R2U_+IR1R3R2U_+IR1R3R2U_+IR1R3R2U_+IR1R3R2U_+IR1R3R2U_+IR1R3R2U_+IR1R3R2U_
16、+IR1R3R2U_+IR1R3R2U_+IR1R3R2U_+IR1R3U3R2U_+IR1R3U2U3R2U_+IR1R3U1U2U3R2U_+IR1R3I+IU+I_U+_UI+_UU2U3U1U2U3R1U1U2U3R2R1U1U2U3R3R2R1U1U2U3IR3R2R1U1U2U3+IR3R2R1U1U2U3U+IR3R2R1U1U2U3_U+IR3R2R1U1U2U3_U+IR3R2R1U1U2U3_U+IR3R2R1U1U2U3_U+IR3R2R1U1U2U3_U+IR3R2R1U1U2U3+_R2R1R2R2R3I1I2I3UR3R2R1R4R1R1R1R1R1R1R1R1R1
17、R1R1R1R1R1I1I3I3U_+串联电阻分压公式串联电阻分压公式：并联电阻分流公式并联电阻分流公式：1221RRII三、基尔霍夫定律三、基尔霍夫定律 基尔霍夫定律包括电流定律和电压定律。不论元件是线基尔霍夫定律包括电流定律和电压定律。不论元件是线性的还是非线性的，电流、电压是直流的还是交流的，基尔性的还是非线性的，电流、电压是直流的还是交流的，基尔霍夫定律总成立。霍夫定律总成立。基尔霍夫电流定律：基尔霍夫电流定律：对电路中任一结点，在任一时刻，流出对电路中任一结点，在任一时刻，流出结点的电流之和一定等于流入结点电流之和，即结点的电流之和一定等于流入结点电流之和，即流出或流入流出或流入该结
18、点的所有支路电流的代数和为零。该结点的所有支路电流的代数和为零。KCLKCL也可以推广到电路中任也可以推广到电路中任一假设的封闭面，即在任一时刻，一假设的封闭面，即在任一时刻，通过该封闭面的所有支路电流的通过该封闭面的所有支路电流的代数和等于零。代数和等于零。43152IIIII0i0321III 基尔霍夫电压定律：基尔霍夫电压定律：对任一电路中的任一回路，在任一时刻，对任一电路中的任一回路，在任一时刻，沿沿着该回路的所有支路电压的代数和恒等于零着该回路的所有支路电压的代数和恒等于零,简称为简称为KVLKVL。KVLKVL确定了连接确定了连接在同一回路中各支路在同一回路中各支路电压之间的关系。
19、体电压之间的关系。体现的是电荷在电场中现的是电荷在电场中从一点移到另一点时，从一点移到另一点时，它所具有能量的改变它所具有能量的改变量只与这两点的位置量只与这两点的位置有关，而与移动路径有关，而与移动路径无关的性质。无关的性质。在分析电路列回路在分析电路列回路KVLKVL方程时，应先规定回路绕行方向，各方程时，应先规定回路绕行方向，各支路电压参考方向与回路绕行方向一致时（从支路电压参考方向与回路绕行方向一致时（从“+”极性向极性向“-”极性）取正号，反之取负号。极性）取正号，反之取负号。四、功率和电能四、功率和电能 在电力系统中，供电部门的主要任务是输送电在电力系统中，供电部门的主要任务是输送
20、电功率，向用户销售电能，故经常遇到功率和电能的功率，向用户销售电能，故经常遇到功率和电能的计算问题。计算问题。1.功率功率即单位时间内元件发出或吸收的电能。设电路任意即单位时间内元件发出或吸收的电能。设电路任意两点间的电压为两点间的电压为U、流入此部分电路的电流为、流入此部分电路的电流为I，则，则这部分电路消耗这部分电路消耗(吸收）的功率为：吸收）的功率为：P=UI直流电功率等于它的电压和电流的乘积，即直流电功率等于它的电压和电流的乘积，即 P=UI P为负载功率，单位是为负载功率，单位是W(瓦特瓦特)；U为负载两端的电为负载两端的电压，单位是压，单位是V(伏特伏特)；I为通过负载的电流、单位
21、是为通过负载的电流、单位是A(安培安培)。功率的单位是功率的单位是W(瓦特瓦特)，常用单位还有，常用单位还有kW(千瓦千瓦)、Mw(兆瓦兆瓦)，它们之间的换算关系为：，它们之间的换算关系为：1kW=1 000W,1MW=1 000kW。功率计算公式也可写成：功率计算公式也可写成：P=I2R=U2/R2.电能电能电动机、电灯等用电负荷的功率只反映它们的工作电动机、电灯等用电负荷的功率只反映它们的工作能力，而它们完成的工作量则需通能力，而它们完成的工作量则需通过电能来反映。过电能来反映。电能的大小除了与功率有关外，还电能的大小除了与功率有关外，还与工作时间有关。电能与工作时间有关。电能W就是用来表
22、就是用来表示电力在一段时间内所做的功示电力在一段时间内所做的功，即，即 W=p.t式中，式中，t为时间，单位是为时间，单位是s；P为功率，单位是为功率，单位是W。国际单位中，电能的单位是国际单位中，电能的单位是J（焦耳（焦耳)，它表示功，它表示功率为率为1W的用电设备在的用电设备在1s时间内所消耗的电能。实用时间内所消耗的电能。实用中的电能单位还有中的电能单位还有kWh(千瓦，时千瓦，时)，即通常所说的，即通常所说的1度电，有换算关系：度电，有换算关系：1度电度电=1kWh=3 600kJ 第二节交流电路第二节交流电路 大小和方向随时间按正弦曲线的规律发生周期性变化的电动势、大小和方向随时间按
23、正弦曲线的规律发生周期性变化的电动势、电压和电流分别称为交变电动势、交变电压和交变电流，通称交电压和电流分别称为交变电动势、交变电压和交变电流，通称交流电。在交流电作用下的电路称为交流电路。流电。在交流电作用下的电路称为交流电路。电工在工作中接触电工在工作中接触最多的是交流电最多的是交流电。目前，工业、农业和目常生造中所使用的电能。目前，工业、农业和目常生造中所使用的电能几乎都来自交流电网，它们都属于交流电。几乎都来自交流电网，它们都属于交流电。交流电动机、变压器等电气设备都是根据电磁交流电动机、变压器等电气设备都是根据电磁感应原理工作的设备，必须在交流电源下工作，且感应原理工作的设备，必须在
24、交流电源下工作，且在正弦交流电的作用下具有较好的性能。在正弦交流电的作用下具有较好的性能。交流电比交流电比直流电输送方便、价格便宜，交流电机的结构也比直流电输送方便、价格便宜，交流电机的结构也比直流电机简单、成本较低、维护方便，因此得到广直流电机简单、成本较低、维护方便，因此得到广泛应用。泛应用。一、交流电的特性及产生一、交流电的特性及产生 交流电是由交流发电机产生的。交流电是由交流发电机产生的。交流发电机的原理如图交流发电机的原理如图二、交流电的基础物理量二、交流电的基础物理量1.瞬时值和最大值瞬时值和最大值用用Im、Um、Em用用u、i、e表示表示fT22Tf1t O 2 0t0msin(
25、)iItit O000t 129090120 12012180uitui90OuituiOtuiuiOuitui O 不同不同频率频率的正弦量比较无意义。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。数，与计时的选择起点无关。ti2i1iO 若正弦交流电流若正弦交流电流i通过一个电阻通过一个电阻R,R,在在一个周期内一个周期内产生产生的热量与某一直流电流的热量与某一直流电流I I在在相同时间内相同时间内产生的热量产生的热量相等相等的话，则的话，则I I定义为定义为i i的有效值。的有效值。则有则有 TtiTI02d1dtRiT20
26、RTI2 TttIT1022mdsin2mI 同理：同理：2mUU 2mEE 用用U、I、E表示表示三、交流电的表示方法三、交流电的表示方法（1）解析法：用三角函数式来表达交流电随时间变）解析法：用三角函数式来表达交流电随时间变化关系的方法，如：化关系的方法，如：e=Emsin（t+）（2）曲线法：在直角坐标中用正弦曲线来表示交流）曲线法：在直角坐标中用正弦曲线来表示交流电的方法。电的方法。（3）旋转矢量法：是利用绕原点以角速度）旋转矢量法：是利用绕原点以角速度a逆时针逆时针旋转的矢量来表示正弦量的方法。旋转的矢量来表示正弦量的方法。此矢量与此矢量与x轴的夹角表示初相角，矢量的长度表示交轴的夹
27、角表示初相角，矢量的长度表示交流电的最大值或有效值。流电的最大值或有效值。由于交流电可以用矢量来表示，使得同频率的交流由于交流电可以用矢量来表示，使得同频率的交流电的加、减运算变得非常方便。电的加、减运算变得非常方便。四、单一参数交流电路的分析四、单一参数交流电路的分析（一）纯电阻电路（一）纯电阻电路 白炽灯、电炉等可近似看做是纯电阻负载，这种负载白炽灯、电炉等可近似看做是纯电阻负载，这种负载没有储能或释能的能力，只会消耗电源能量。没有储能或释能的能力，只会消耗电源能量。1.电压和电流的关系电压和电流的关系在纯电阻电路中，电压和电流瞬时值符合欧姆定律。在纯电阻电路中，电压和电流瞬时值符合欧姆定
28、律。U与与I之间的数值关系如下：之间的数值关系如下：U=I R 或或 Um=Im R 即加在纯电阻两端的电压与通过它的电流始终是同频即加在纯电阻两端的电压与通过它的电流始终是同频率、同相位的正弦量。率、同相位的正弦量。2.功率类系功率类系电阻上消耗的有功功率为：电阻上消耗的有功功率为：P=UI=U2/R=I2R这是最基本的能量转换公式，这种能量转换伴随所这是最基本的能量转换公式，这种能量转换伴随所有电路中，因为我们无法让介质的电阻为零。有电路中，因为我们无法让介质的电阻为零。（二）纯电感电路（二）纯电感电路1.电压与电流的关系电压与电流的关系:U=I XL (XL为感抗为感抗)从上式可知：对于
29、直流电路因从上式可知：对于直流电路因f=0，纯电感线圈相当，纯电感线圈相当于短路；于短路；f越高，越高，XL越大，电流越小；故有通直流阻越大，电流越小；故有通直流阻交流的作用。交流的作用。2.功率关系功率关系电感线圈的功率为：电感线圈的功率为：在一个周期内的平均功率为零，即在一个周期内的平均功率为零，即纯电感纯电感线圈在交线圈在交流电路中，不消耗有功功率，有功功率为零。流电路中，不消耗有功功率，有功功率为零。3.无功功率无功功率 衡量电源和线圈之间这种能量互换的速率的物衡量电源和线圈之间这种能量互换的速率的物理量，定义为：理量，定义为：Q=UL I=I2 XL 无功功率不是无用的功率无功功率不
30、是无用的功率，它在电力系统中占，它在电力系统中占有很重要的地位。这是因为电力系统中有许多根据有很重要的地位。这是因为电力系统中有许多根据电磁感应原理工作的设备，它们必须依靠磁场来传电磁感应原理工作的设备，它们必须依靠磁场来传送和转换能量，即这些电气设备必须依靠无功功率送和转换能量，即这些电气设备必须依靠无功功率来维持其正常工作。无功功率的单位为来维持其正常工作。无功功率的单位为var(乏）和乏）和Kvar(千乏千乏)对于无功功率的理解：对于无功功率的理解：无功功率比较抽象，它是无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的用于电路内电场与磁场的交换交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。
31、，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它它不对外作功不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如比如40瓦的日光灯，除需瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率多瓦有功功率(镇流器也需镇流器也需消耗一部分有功功率消耗一部分有功功率)来发光外，还需来发光外，还需80乏左右的无功乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为功，才被称之为“无功无功”。（要区分（要区分无用功无用功和和无功功
32、率无功功率）。）。（三）纯电容电路（三）纯电容电路通交流阻直流的作用；通交流阻直流的作用；2.功率关系：功率关系：纯电容在交流电路中，不消耗有功功率有功功率纯电容在交流电路中，不消耗有功功率有功功率为零。为零。3.无功功率无功功率 衡量电源和电容之间这种能量互换的速率的物理衡量电源和电容之间这种能量互换的速率的物理量。量。43 由三相交流电源供电的由三相交流电源供电的电路电路。简称三相电路。简称三相电路。三相交流电源是指能够提供三相交流电源是指能够提供 3个频率相同而相位不同个频率相同而相位不同的的电压电压或或电流电流的电源，其中最常用的是三相交流发电机。的电源，其中最常用的是三相交流发电机。
33、1891年世界上第一台三相交流发电机在德国劳芬发电年世界上第一台三相交流发电机在德国劳芬发电厂投运，并建成了第一条从劳芬到法兰克福的三相交流输厂投运，并建成了第一条从劳芬到法兰克福的三相交流输电线路。电线路。由于三相电路输送电力比单相电路经济，三相由于三相电路输送电力比单相电路经济，三相交流电交流电机机的运行性能和效率也远较单相交流电机为优，因此目前的运行性能和效率也远较单相交流电机为优，因此目前世界上世界上电力系统电力系统和动力用电都几乎无例外地采用三相制。和动力用电都几乎无例外地采用三相制。1.1.三相交流电的产生三相交流电的产生 三相交流发电机和单相交流发电机一样，是根据三相交流发电机和
34、单相交流发电机一样，是根据电磁感应定理制成的。转子是磁极，定子上是三个相互电磁感应定理制成的。转子是磁极，定子上是三个相互独立且完全一样的绕组，每个独立的绕组称为一相，三独立且完全一样的绕组，每个独立的绕组称为一相，三相绕组的空间位置都分别相隔相绕组的空间位置都分别相隔120120度。度。当转子在原动机的带动下一恒定角速度旋转时，当转子在原动机的带动下一恒定角速度旋转时，在三个绕组中分别产生按正弦规律变化的感应电动势，在三个绕组中分别产生按正弦规律变化的感应电动势，他们的最大值和频率都相等。只是相位互差他们的最大值和频率都相等。只是相位互差120120度。这度。这种电动势称为对称电动势。种电动
35、势称为对称电动势。三相电动势之和等于零。三相电动势之和等于零。sinsin(120)sin(120)UpmVPmWpmuUtuUtuUt2、三相电源的连接、三相电源的连接 三相电源中各相电压超前或滞后的排列次序三相电源中各相电压超前或滞后的排列次序：三相电势达到最大值的先后次序称为三相电势达到最大值的先后次序称为相序相序。若。若a相相电压超前电压超前b相电压相电压,b相电压又超前相电压又超前c相电压相电压,这样的相序这样的相序是是abc相序相序,称为正序；反之称为正序；反之,若是若是cba相序，则相序，则称为负序（又称逆序）。称为负序（又称逆序）。三相三相电动机电动机在正序电压供电时正转，改成
36、负序电在正序电压供电时正转，改成负序电压供电则反转。因此，使用三相电源时必须注意它的压供电则反转。因此，使用三相电源时必须注意它的相序。但是，许多需要正反转的生产设备可利用改变相序。但是，许多需要正反转的生产设备可利用改变相序来实现三相相序来实现三相电动机电动机正反转控制。正反转控制。关于相序的颜色表示：关于相序的颜色表示：在发电厂中，三相母线的相序是用颜色表示的：在发电厂中，三相母线的相序是用颜色表示的：规定用规定用表示相、表示相、表示相、表示相、表示相表示相 不同的国家对三相导线的颜色不同的国家对三相导线的颜色有不同的规定：有不同的规定：美国：美国：【多数多数】黑、红、蓝、黑、红、蓝、白或
37、灰（零线）黄绿或铜线白或灰（零线）黄绿或铜线（地线）（地线）【少数少数】棕、橙、黄棕、橙、黄印度、澳大利亚、新西兰：印度、澳大利亚、新西兰：红、黄、蓝、黑（红、黄、蓝、黑（零线零线）黄绿（黄绿（地线）地线）通常有两种方式：一种是通常有两种方式：一种是星形连接星形连接（Y形），形），另一种称为另一种称为三角形连接三角形连接（形）。（形）。从从3个电源的始端个电源的始端a、b、c引出的引出的3条导线称为端线条导线称为端线(俗称火线俗称火线)。任意两根端线之间的电压任意两根端线之间的电压 Uab、Ubc、Uca称为称为线电压线电压。两种不同连接方式的接线图，线电压与相电压的关两种不同连接方式的接线图
38、，线电压与相电压的关系见下表所列：系见下表所列：三相电源的星形（）连接三相电源的星形（）连接 NNUuUuVVuWW 三相电源的星形连接三相电源的星形连接 星型连接是将三相绕组的一端（尾端）连接成一星型连接是将三相绕组的一端（尾端）连接成一点，另一端（首端）引出导线接到负荷上。点，另一端（首端）引出导线接到负荷上。尾端连成的公共点叫电源的中性点，用尾端连成的公共点叫电源的中性点，用N N表示，从表示，从中性点引出的导线叫中线，当中线直接接地时中线也叫中性点引出的导线叫中线，当中线直接接地时中线也叫零线或者地线。零线或者地线。有中线的三相供电方式称为三相四线制，常用于有中线的三相供电方式称为三相
39、四线制，常用于低压配电系统，不引出中线的三相供电方式叫三相三线低压配电系统，不引出中线的三相供电方式叫三相三线制，常用于高压输电系统。制，常用于高压输电系统。这种连接方式可以取得两种电压：相电压和线电这种连接方式可以取得两种电压：相电压和线电压，它们之间的关系为：线电压是相电压的压，它们之间的关系为：线电压是相电压的3倍三相电源的三角形（）连接三相电源的三角形（）连接 (a)WUW.UU.UV.VUUW.UW U.UU.UUV.UV.UVW.(b)三相电源的三角形连接线电压等于相电压三相电源的三角形连接线电压等于相电压 WWUVVWUUVUUUUUU,三角形连接：将三相绕组的尾端连接成三角三角
40、形连接：将三相绕组的尾端连接成三角形，再从首端引出导线接至负荷。这种供电方式只形，再从首端引出导线接至负荷。这种供电方式只能采用三相三线制能采用三相三线制,这种方式也可以取得相电压和这种方式也可以取得相电压和线电压，它们关系是：线电压等于相电压。线电压，它们关系是：线电压等于相电压。将三相电源的绕组，依次首尾相连构成闭合将三相电源的绕组，依次首尾相连构成闭合回路，再自首端引出导线接负载，这回路，再自首端引出导线接负载，这种连接方式称为种连接方式称为三角形连接时三角形连接时，而且，而且 3个电源形成一个回路，只有当三相个电源形成一个回路，只有当三相电源对称并连接正确时，三个绕组构成的回路中总电源
41、对称并连接正确时，三个绕组构成的回路中总电势为零。电势为零。（此时（此时Ua+Ub+Uc=0)才能保证电源内部没有环流。才能保证电源内部没有环流。当一相绕组接反时，回路电势不再为零。由于发当一相绕组接反时，回路电势不再为零。由于发电机绕组的阻抗很小，会产生很大的环流，可能烧电机绕组的阻抗很小，会产生很大的环流，可能烧毁发电机。毁发电机。3 3、负荷的连接负荷的连接（1 1）负荷连接原则）负荷连接原则 1.1.单相负荷：单相负荷：根据设备的额定电压等于电源电压的原则根据设备的额定电压等于电源电压的原则确定是接入线电压还是相电压。单相负荷应尽确定是接入线电压还是相电压。单相负荷应尽量均匀分配在三相
42、电源上。量均匀分配在三相电源上。2.2.三相负荷：三相负荷：当负荷额定电压等于电源的相电压时，负当负荷额定电压等于电源的相电压时，负荷应接成星型，反之接成三角形。荷应接成星型，反之接成三角形。（2 2）负载的星形（）负载的星形（Y Y）连接）连接 三相四线制电路三相四线制电路(a)UW.UU.NUV.ZUNNZVZWWVUIU.IV.IW.UV.UU.UW.IV.IU.IW.(b)IN.三相四线制电路及电压、电流相量图 三相四线制系统中一般照明用的电灯，实际上是属于此种连接方式。电动机的星形连接：在三相四线制中，常见的负载是三相电动机（三相绕组的尾端连在一起，同时将三个首端与电源的三根火线相接
43、，这就是电动机的星形连接。）三相四线三相四线 在低压配电网中，输电线路一般采用三相四线，其中三条线路分别代表A,B,C三相，不分裂，另一条是中性线N（区别于零线，在进入用户的单相输电线路中，有两条线，一条我们称为火线，另一条我们称为零线，零线正常情况下要通过电流以构成单相线路中电流的回路，而三相系统中，三相自成回路，正常情况下中性线是无电流的），故称三相四线制；在380V低压配电网中为了从380V相间电压中获得220V线间电压而设N线，有的场合也可以用来进行零序电流检测，以便进行三相供电平衡的监控。三相交流电机的电枢有三组线圈，其联接有星形接法及三角形接法两种，一般采用星形接法。三相五线制三相
44、五线制是指A、B、C、N和PE线，其中，PE线是保护地线，也叫安全线，是专门用于接到诸如设备外壳等保证用电安全之用的。PE线在供电变压器侧和N线接到一起，但进入用户侧后绝不能当作零线使用，否则，发生混乱后就与三相四线制无异了。但是，由于这种混乱容易让人丧失警惕，可能在实际中更加容易发生触电事故。现在民用住宅供电已经规定要使用三相五线制，如果你的不是，可以要求整改。为了安全，要斩钉截铁地要求！不论N线还是PE线，在用户侧都要采用重复接地，以提高可靠性。但是，重复接地只是重复接地，它只能在接地点或靠近接地的位置接到一起，但绝不表明可以在任意位置特别是户内可以接到一起。应用中最好使用标准/规范的导线
45、颜色：A线用黄色，B线用绿色，C线用红色，N线用淡蓝色，PE线用黄绿色。三相三线制电路三相三线制电路 负载为负载为Y形连接的三相三线制电路形连接的三相三线制电路 UW.AUU.NUV.ZUNNZVZWCBIU.IV.IW.中线电流中线电流IN=Ia+Ib+Ic=0,这这说明说明Y-Y连接的对称三相电路连接的对称三相电路的中线电流为零，因此中线存的中线电流为零，因此中线存在与否对于对称三相电路并不在与否对于对称三相电路并不产生任何影响。产生任何影响。这样一个只这样一个只有有3根导线的三相系统所能传根导线的三相系统所能传送的功率与送的功率与3个单相系统相同。个单相系统相同。即中线电流为零，既然中线
46、上即中线电流为零，既然中线上没有电流通过，故可以把中线没有电流通过，故可以把中线去掉，这时电路就成为三相三去掉，这时电路就成为三相三线制。线制。ZUVUVW(a)ZV WZW UUUV.IU.IV.IW.UWU.IVW.IUV.IW U.IV.IW.IW U.IVW.IU.UUV.UWU.UV W.IW U.(b)UVW.IUV.（3）负载的三角形（）连接负载的三角形（）连接3.3.三相电路的功率：三相电路的功率：三相电路的有功功率、无功功率、视在功率和功率因数三相电路的有功功率、无功功率、视在功率和功率因数 （1 1）三相负载的有功功率）三相负载的有功功率 即：即：WWWVVVUUUWVUI
47、UIUIUPPPPcoscoscosWWWVVVUUUIUIUIUcoscoscos若三相负载是对称的若三相负载是对称的 三相总有功功率则为三相总有功功率则为 当负载为星形连接时当负载为星形连接时 当负载为三角形连接时当负载为三角形连接时 PPPWVUIUPPPPcos3PlllPlPIUPIIUUcos3,3PlllPlPIUPIIUUcos33,三相负载的无功功率三相负载的无功功率 无论负载接成星形还是三角形,三相总无功功率均为 PPPPWWVVUUWVUWWWVVVUUUWVUIUQXIXIXIQQQQIUIUIUQQQQsinsinsinsin2223sinUVWllpQQQQU I三
48、相负载的视在功率三相负载的视在功率三相负载的视在功率定为三相负载的视在功率定为若负载对称若负载对称,则则 22QPSllPllPllIUIUIUS3)cos3()cos3(22三相负载的功率因数三相负载的功率因数三相负载的功率因数为三相负载的功率因数为若负载对称若负载对称,则则 22QPPUIPSPCOSllPllPIUIU3cos3cos若电路是对称电路，在三相对称情况下，各相的有功功若电路是对称电路，在三相对称情况下，各相的有功功率相等。率相等。此时此时Ua=Ub=Uc=U相相 Ia=Ib=Ic=I相相 a=b=c=相相 可得可得 P=3U相相I相相cos相相 可见，三相有功功率为一相有功
49、功率的三倍。因为对可见，三相有功功率为一相有功功率的三倍。因为对称负载星形连接时，电流、电压的关系为；称负载星形连接时，电流、电压的关系为；3线相线相UUII总结各参数间的关系总结各参数间的关系：当负载用三角形连接时，电流、电压的关系为：当负载用三角形连接时，电流、电压的关系为：因此对称三相电路的有功功率还可用线电压和线电流表因此对称三相电路的有功功率还可用线电压和线电流表示为：示为：无功功率用相电压和相电流表示为：无功功率用相电压和相电流表示为：3线相线相IIUU相线线cos3IUP相相相cos3IUQ第三节磁与磁路感应第三节磁与磁路感应1.磁场磁场 磁场是一种看不见摸不着，存在于电流、运动
50、电荷、磁体或变化电场周围空间的一种特殊形态的物质。磁场的存在表现为：使进入场域内的磁针、磁体发生偏转或取向；对域内的运动电荷施加作用力，即电流在磁场中受到力的作用。磁场的强度用磁感应强度表示。磁感应强度大小为单位长度的单位直流电流在均匀磁场中所受到的作用力，数学公式为：B=F I L 2.磁力线磁力线 在磁场中画一些曲线(用虚线或实线表示)，使曲线上任何一点的切涉方向都限这一点的磁场方向相同（且磁感线互不交叉)，这些曲线叫做磁力线。磁力线是请合曲线。规定小磁针的北极所指的方向为磁力线的方向。磁铁周围的磁力线都是从N极出来进入S极，在磁体内部磁力线从S极到N极。3.磁导率磁导率磁导率是表征磁介质
