电路基础.ppt

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1、 电电 路路 基基 础础 l 本书由北京理工大学出版社策划，组织全国部分高职高专电子信息类本书由北京理工大学出版社策划，组织全国部分高职高专电子信息类专业系列教材编审专家和部分资深教师于专业系列教材编审专家和部分资深教师于2007年年10月月28日在武汉评议、日在武汉评议、讨论通过。讨论通过。l 本书在编写中遵循教育部本书在编写中遵循教育部高职高专教育专业人才及培养目标规格高职高专教育专业人才及培养目标规格、关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见的精神，结合高的精神，结合高职高专教学改革要求，注重素质教育、注重实践能力和创新能力的培职高专教学改革要

2、求，注重素质教育、注重实践能力和创新能力的培养，在内容选取上，以养，在内容选取上，以“实用实用”、“够用够用”为前提，以应用为目标，为前提，以应用为目标，体现高等职业教育特点。体现高等职业教育特点。下一页返回前前 言言 l 本书在编写中突出了以下几个方面的特点：本书在编写中突出了以下几个方面的特点：l 1、突出了高等职业教育的特色。根据高等职业教育的职业岗位群所、突出了高等职业教育的特色。根据高等职业教育的职业岗位群所需的知识和技能要求，选取内容上，注重基本理论和基本分析方法，需的知识和技能要求，选取内容上，注重基本理论和基本分析方法，注重职业素质和创新能力培养，淡化或删除复杂的理论分析。注重

3、职业素质和创新能力培养，淡化或删除复杂的理论分析。l 2、理论和实践应用相结合，拓宽学生的视野。理论的学习是应用，、理论和实践应用相结合，拓宽学生的视野。理论的学习是应用，是指导实践活动，因此在每章节后以是指导实践活动，因此在每章节后以“阅读与应用阅读与应用”的形式，列举了的形式，列举了大量的工程应用实例，既拓宽学生的知识，又能使学生明确所学知识大量的工程应用实例，既拓宽学生的知识，又能使学生明确所学知识的应用，明确学习目标，激发学习兴趣，调动学生学习的积极性。的应用，明确学习目标，激发学习兴趣，调动学生学习的积极性。上一页下一页返回 前前 言言 l 3、将理论教学和实践教学融为一体，既是理论

4、学习的参考书，又是、将理论教学和实践教学融为一体，既是理论学习的参考书，又是实验实训指导书。在实验实训项目的选取上，充分调研了各学校实验实验实训指导书。在实验实训项目的选取上，充分调研了各学校实验实训设备，精心挑选了实训设备，精心挑选了12个项目，锻炼学生的实践能力和工程技能，个项目，锻炼学生的实践能力和工程技能，配备一定难度的思考题，有利于培养学生的发散性思维能力和创新能配备一定难度的思考题，有利于培养学生的发散性思维能力和创新能力。力。l 4、每章开始有教学要求，章后有本章小结和习题，梳理了教学重点，、每章开始有教学要求，章后有本章小结和习题，梳理了教学重点，便于学生自学和检验，培养了学生

5、的自学能力，为培养高职学生终身便于学生自学和检验，培养了学生的自学能力，为培养高职学生终身学习能力打下了基础。学习能力打下了基础。l 本书在编写中参考借鉴了不少同行编写的优秀教材，从中受到教益本书在编写中参考借鉴了不少同行编写的优秀教材，从中受到教益和启发，在此向各位编者表示衷心的感谢！和启发，在此向各位编者表示衷心的感谢！上一页下一页返回前前 言言 l 本书由武汉软件工程职业学院谢金祥任主编，并负责全书的统稿工作。本书由武汉软件工程职业学院谢金祥任主编，并负责全书的统稿工作。编写人员还有：武汉软件工程职业学院耿晶晶、刘新灵，武汉铁路职编写人员还有：武汉软件工程职业学院耿晶晶、刘新灵，武汉铁路

6、职业技术学院苏雪、熊旻燕业技术学院苏雪、熊旻燕 ，湖北交通职业技术学院刘文涛。第，湖北交通职业技术学院刘文涛。第1章由章由刘新灵老师编写；第刘新灵老师编写；第3章和第章和第4章由谢金祥老师编写；第章由谢金祥老师编写；第5章由熊旻燕章由熊旻燕老师编写；第老师编写；第6章和第章和第8章部分由苏雪老师编写；第章部分由苏雪老师编写；第7章由刘文涛老师章由刘文涛老师编写。编写。l 本书由武汉软件工程职业学院董启宏副教授任主审，他对教材提出了本书由武汉软件工程职业学院董启宏副教授任主审，他对教材提出了不少宝贵修改建议，在此谨表示诚挚的谢意！不少宝贵修改建议，在此谨表示诚挚的谢意！l 由于编者水平有限，书中

7、错误及欠妥之处在所难免，恳请读者批评指由于编者水平有限，书中错误及欠妥之处在所难免，恳请读者批评指正。正。 编者编者上一页下一页返回前前 言言 目目 录录l 第第1章电路的基本概念和基本定律章电路的基本概念和基本定律l 第第2章直流电路的一般分析章直流电路的一般分析l 第第3章正弦交流电路章正弦交流电路l 第第4章三相交流电路章三相交流电路l 第第5章非正弦周期电路章非正弦周期电路l 第第6章磁路与变压器电路章磁路与变压器电路l 第第7章动态电路的时域分析章动态电路的时域分析上一页返回第第1章章 电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律 l1.1 电路模型电路模型l1.2 电路的基本物

8、理量电路的基本物理量l1.3 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向l1.4 电压源与电流源电压源与电流源l1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律l1.6 电路的工作状态电路的工作状态l1.7 电路中电位的分析与计算电路中电位的分析与计算1.1 电路模型电路模型l1.1.1 电路的基本构成电路的基本构成l 所谓的电路就是人们为了某种需要，将电器设备或元器件按一定方式所谓的电路就是人们为了某种需要，将电器设备或元器件按一定方式连接起来的整体，它提供了电流流通的路径。连接起来的整体，它提供了电流流通的路径。l 1. 电路的作用电路的作用l 电路在生活中无处不在，而且结构形式繁多，但在实际生活中常把电电

9、路在生活中无处不在，而且结构形式繁多，但在实际生活中常把电路的作用主要归纳为两种：路的作用主要归纳为两种：l （1）进行能量的传输、分配和转换，如电力系统的供电线路。发电）进行能量的传输、分配和转换，如电力系统的供电线路。发电厂通过发电机将其他形式的能量转换成电能，再通过输电线、变压器厂通过发电机将其他形式的能量转换成电能，再通过输电线、变压器等，将电能输送到千家万户，通过用户电器设备将电能转换成其他形等，将电能输送到千家万户，通过用户电器设备将电能转换成其他形式能量。式能量。返回返回下一页下一页1.1 电路模型电路模型l （2）进行信息的传递、处理，如电视机、收音机等，可以通过天线）进行信息

10、的传递、处理，如电视机、收音机等，可以通过天线将接收到的信号，经过选频器、变频、中频放大、解调、功率放大等将接收到的信号，经过选频器、变频、中频放大、解调、功率放大等内部电路，将接收到的信号处理成图像或声音等。内部电路，将接收到的信号处理成图像或声音等。l 2.电路的基本组成电路的基本组成l 手电筒电路是电路中最简单的例子，它由干电池、小灯泡，连接导体手电筒电路是电路中最简单的例子，它由干电池、小灯泡，连接导体（手电筒壳）和开关组成，如（手电筒壳）和开关组成，如图图 1-1所示。所示。l 图中干电池用来提供电能，其主要作用是将化学能转换成电能。小灯图中干电池用来提供电能，其主要作用是将化学能转

11、换成电能。小灯泡则用来消耗电能，它可以将电能转换为其他形式的能量。连接导体泡则用来消耗电能，它可以将电能转换为其他形式的能量。连接导体是一个桥梁，可以将干电池和小灯泡连接在一起，构成通路。是一个桥梁，可以将干电池和小灯泡连接在一起，构成通路。返回返回上一页上一页下一页下一页1.1 电路模型电路模型l 通过手电筒的电路，可以看出，电路的基本组成有：电源（干电池）、通过手电筒的电路，可以看出，电路的基本组成有：电源（干电池）、负载（小灯泡）和传输设备（手电筒壳和开关等）。它们的作用如下：负载（小灯泡）和传输设备（手电筒壳和开关等）。它们的作用如下：l 电源，是电路中能量的来源，可以对外提供电能或信

12、号，它主要是电源，是电路中能量的来源，可以对外提供电能或信号，它主要是将其他形式的能量转换成电能。如发电机可以将机械能转换成电能，将其他形式的能量转换成电能。如发电机可以将机械能转换成电能，干电池可以将化学能转换成电能等。干电池可以将化学能转换成电能等。l 负载，即用电设备，它可以将电能或电信号转变成其他形式的能量。负载，即用电设备，它可以将电能或电信号转变成其他形式的能量。如白炽灯将电能转换成光能，电动机将电能转换成机械能，电炉将电如白炽灯将电能转换成光能，电动机将电能转换成机械能，电炉将电能转换成热能等。能转换成热能等。l 传输设备，如连接导体等，用来传输电能和传递电信号。传输设备，如连接

13、导体等，用来传输电能和传递电信号。返回返回上一页上一页下一页下一页1.1 电路模型电路模型l1.1.2.电路模型电路模型l 1.电路模型的概念电路模型的概念l 由各种实际元件连接起来而组成的电器系统称为实际电路，如上面所由各种实际元件连接起来而组成的电器系统称为实际电路，如上面所举的手电筒实际电路，但是生活中实际电路的元件种类繁多，为了分举的手电筒实际电路，但是生活中实际电路的元件种类繁多，为了分析方便常用一些模型来代替实际电器元件和设备的外部功能，这种由析方便常用一些模型来代替实际电器元件和设备的外部功能，这种由模型组成的电路称为电路模型，组成电路模型的元件称为理想元件。模型组成的电路称为电

14、路模型，组成电路模型的元件称为理想元件。对于理想元件来说，它只是将实际元件理想化，也就是只考虑实际元对于理想元件来说，它只是将实际元件理想化，也就是只考虑实际元件的主要电磁性能，而忽略其次要电磁性能。如发电机、变压器、电件的主要电磁性能，而忽略其次要电磁性能。如发电机、变压器、电灯和电动机等，它们在通电时产生的电磁效应往往比较复杂。如：灯灯和电动机等，它们在通电时产生的电磁效应往往比较复杂。如：灯泡在通过电流时，不仅要发热和发光，还会产生微弱的磁场；电感线泡在通过电流时，不仅要发热和发光，还会产生微弱的磁场；电感线圈在通过电流时，不仅要产生磁场，线圈还会发热。圈在通过电流时，不仅要产生磁场，线

15、圈还会发热。返回返回上一页上一页下一页下一页1.1 电路模型电路模型l 由于实际电路元件中的各种电磁现象交织在一起，给分析电路问题带由于实际电路元件中的各种电磁现象交织在一起，给分析电路问题带来很大的困难，因此采用了一种办法，即将实际电路元件理想化，就来很大的困难，因此采用了一种办法，即将实际电路元件理想化，就是将实际元件用一个理想电路元件或几个理想电路元件的组合来代替是将实际元件用一个理想电路元件或几个理想电路元件的组合来代替它。它。l 2.常见的理想元件常见的理想元件l （1）理想电阻元件。它反映将电能转换为其他形式能量，即消耗电）理想电阻元件。它反映将电能转换为其他形式能量，即消耗电能的

16、主要的电磁性质，属于耗能元件。如电灯、电炉等，用符号能的主要的电磁性质，属于耗能元件。如电灯、电炉等，用符号“R”表示。如表示。如图图1-2（a）。）。l （2）理想电感元件。它反映将电能转换为磁场能量并储存起来的主）理想电感元件。它反映将电能转换为磁场能量并储存起来的主要的电磁性质，属于储能元件。如各种线圈等，用符号要的电磁性质，属于储能元件。如各种线圈等，用符号“L”表示。如表示。如图图1-2（b）。）。返回返回上一页上一页下一页下一页1.1 电路模型电路模型l （3）理想电容元件。它反映将电能转换为电场能量并储存起来的主）理想电容元件。它反映将电能转换为电场能量并储存起来的主要的电磁性质

17、，也属于储能元件。如电容器等，用符号要的电磁性质，也属于储能元件。如电容器等，用符号“C”表示。表示。如如图图1-2（c）。）。l （4）理想电源。提供电能，如干电池，发电机等。如）理想电源。提供电能，如干电池，发电机等。如图图1-2（d）。）。l 例如一个灯泡在正常工作时，如果忽略通电时产生的微弱磁场，便可例如一个灯泡在正常工作时，如果忽略通电时产生的微弱磁场，便可以用一个理想电阻元件来表示；一个电容器，如果忽略其泄漏电流等，以用一个理想电阻元件来表示；一个电容器，如果忽略其泄漏电流等，便可以用一个理想电容元件来表示；一个电感线圈，如果忽略其导线便可以用一个理想电容元件来表示；一个电感线圈，

18、如果忽略其导线电阻，便可以用一个理想电感元件来表示。电阻，便可以用一个理想电感元件来表示。l 将手电筒实际电路进行抽象后得到的电路模型见将手电筒实际电路进行抽象后得到的电路模型见图图1-3所示。所示。l 其中其中US是电压源，表示干电池，是电压源，表示干电池，R0是电源内阻，是电源内阻，S为开关，为开关，R为电阻为电阻元件，表示小灯泡。为了研究方便，今后书中未加特别说明时，所指元件，表示小灯泡。为了研究方便，今后书中未加特别说明时，所指电路均指电路模型，元件均指理想元件。电路均指电路模型，元件均指理想元件。返回返回上一页上一页1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量l 电流、电压和电功率等是描

19、述电路特性的主要物理量，进行电路分析电流、电压和电功率等是描述电路特性的主要物理量，进行电路分析时，首先就是要掌握电路中的电流、电压和电功率的分析方法。时，首先就是要掌握电路中的电流、电压和电功率的分析方法。l1.2.1 电流电流 l 在物理学中已讲过电流的定义，即电荷的定向移动形成电流。由于电在物理学中已讲过电流的定义，即电荷的定向移动形成电流。由于电荷有正电荷和负电荷之分，故习惯上将正电荷运动方向规定为电流的荷有正电荷和负电荷之分，故习惯上将正电荷运动方向规定为电流的方向。电流的大小常用电流强度来表示，所谓的电流强度指单位时间方向。电流的大小常用电流强度来表示，所谓的电流强度指单位时间内通

20、过导体横截面的电荷量，通常电流强度简称为电流，用符号内通过导体横截面的电荷量，通常电流强度简称为电流，用符号i表表示，其数学表达式为示，其数学表达式为 l l （1-1） 返回返回下一页下一页dqidt 1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量l 式中表示式中表示 时间内通过导体横截面的电量，单位为库仑（时间内通过导体横截面的电量，单位为库仑（C）。）。l 在国际单位制中电流的单位是安培（简称安），符号是在国际单位制中电流的单位是安培（简称安），符号是A。当电流为。当电流为1安培（安培（A）时，表示）时，表示1秒（秒（s）内通过导体横截面的电荷量是）内通过导体横截面的电荷量是1库仑库仑（C）。

21、此外还有千安（）。此外还有千安（kA），毫安（），毫安（mA)或微安（或微安（A）等。它们与）等。它们与A的关系如下：的关系如下：返回返回上一页上一页下一页下一页336110,110,110kAAmAAAA 1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量l 由式（由式（1-1）可知，若）可知，若 的比值为定值时，这种电流称为恒定电流，也的比值为定值时，这种电流称为恒定电流，也称直流，记为称直流，记为dc或或DC，即电流的大小和方向不随时间变化，常用符，即电流的大小和方向不随时间变化，常用符号号I表示。若电流的大小和方向随时间变化而变化，则这种电流称为表示。若电流的大小和方向随时间变化而变化，则这种电

22、流称为交变电流，简称交流，记为交变电流，简称交流，记为ac或或AC，常用符号，常用符号i表示。表示。l1.2.2电压电压l 1.电压电压l 由物理学中可知，单位正电荷在电场力的作用下由电场中一点移动到由物理学中可知，单位正电荷在电场力的作用下由电场中一点移动到另一点所做的功称为电压。另一点所做的功称为电压。l 电压的定义公式为电压的定义公式为 ： l （1-2） 返回返回上一页上一页下一页下一页dwudq 1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量l 表示电荷量，单位为库仑（表示电荷量，单位为库仑（C）；表示移动过程中电荷量所做的功，）；表示移动过程中电荷量所做的功，单位是焦耳（单位是焦耳（J）

23、。）。l 在国际单位制中电压单位为伏特（在国际单位制中电压单位为伏特（V）。若电压为）。若电压为1伏（伏（V），则表示），则表示把把1库仑（库仑（C）的正电荷从一点移动到另一点，所做的功为）的正电荷从一点移动到另一点，所做的功为1焦耳焦耳（J）。此外电压的单位有时也会用到千伏（）。此外电压的单位有时也会用到千伏（kV）、毫伏（）、毫伏（mV）。）。其换算关系如下：其换算关系如下：l l 2.欧姆定律欧姆定律l 在物理学中介绍过欧姆定律，其表达式为在物理学中介绍过欧姆定律，其表达式为 l u=Ri （1-3）l 或或 U=RI （1- 4）返回返回上一页上一页下一页下一页1.2 电路的基本物理量

24、电路的基本物理量l 值得说明的是，该公式指通过电阻的电流和电阻两端的电压为同一方值得说明的是，该公式指通过电阻的电流和电阻两端的电压为同一方向，也就是说，电流是从加在电阻两端电压的高电位流入，从低电位向，也就是说，电流是从加在电阻两端电压的高电位流入，从低电位流出的。流出的。l 例例 1.1 如如图图1- 4所示，已知所示，已知R=10K，U=50V，求电流，求电流I。l 解：由式（解：由式（1-4） 返回返回上一页上一页下一页下一页33505 1010 10UIAR 1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量l1.2.3电功率和电能电功率和电能l 1.功率功率l 在分析电路时，除了要分析电流和

25、电压外，功率和能量也是一项重要在分析电路时，除了要分析电流和电压外，功率和能量也是一项重要的指标。的指标。l 单位时间内电路吸收（或释放）的能量称为功率，一般用单位时间内电路吸收（或释放）的能量称为功率，一般用P表示，国表示，国际单位为瓦特（际单位为瓦特（W）。）。l 其定义为其定义为 （1-5） 返回返回上一页上一页下一页下一页dwpdt 1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量l 将（将（1-1）和（）和（1-2）代入上式，可得）代入上式，可得 p=ui （1-6）l 若若u，i为直流，则上式可表示成为直流，则上式可表示成 PUI （1- 7）l 2 电能电能l 在一段时间在一段时间dt内

26、，电场力移动单位正电荷所做的功内，电场力移动单位正电荷所做的功dw称为电场能，简称为电场能，简称电能。电能的国际单位为焦耳，简称焦称电能。电能的国际单位为焦耳，简称焦(J)。其与电功率的关系为。其与电功率的关系为ll (1-8 )返回返回上一页上一页下一页下一页( )dwp t dt 00( )( )ttW tdWp t dtpdt1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量l 由上式可见电能的大小不仅与功率有关，还与做功的时间有关。由上式可见电能的大小不仅与功率有关，还与做功的时间有关。l 日常生活中常用日常生活中常用“度度”衡量所使用电能的多少，它表示功率为衡量所使用电能的多少，它表示功率为1

27、 kW的用电设备的用电设备1小时所消耗的电能，即小时所消耗的电能，即 度千瓦度千瓦小时小时l 例例1.2 房间内接有房间内接有220V的电灯一盏，已知流过电灯的电流为的电灯一盏，已知流过电灯的电流为0.455A，若电灯工作若电灯工作12小时可消耗电能为多少？小时可消耗电能为多少？l 解：电灯的功率解：电灯的功率 l PUI2200.455100（W）0.1kWl 电灯消耗的电能电灯消耗的电能l Wpt0.1121.2（kWh）返回返回上一页上一页1.3 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向l1.3.1电流的参考方向电流的参考方向l 在分析电路时，习惯上将正电荷运动的方向规定为电流方向，但电

28、流在分析电路时，习惯上将正电荷运动的方向规定为电流方向，但电流的实际方向常常很难判断，这是因为有的电路中电流的实际方向常随的实际方向常常很难判断，这是因为有的电路中电流的实际方向常随时间变化，为了分析方便，引入了电流参考方向，通过实际方向和参时间变化，为了分析方便，引入了电流参考方向，通过实际方向和参考方向关系来判断电流，即假定某一方向作为电流的参考方向，若电考方向关系来判断电流，即假定某一方向作为电流的参考方向，若电流的实际方向和参考方向相同，则电流为正值（流的实际方向和参考方向相同，则电流为正值（i0），如），如图图1-5(a)所所示；如果电流的实际方向和参考方向相反，电流为负值（示；如果

29、电流的实际方向和参考方向相反，电流为负值（i0时，表明电压的参考方时，表明电压的参考方向和实际方向相同，当向和实际方向相同，当u0，表明电压的实际方向和参考方向相同，大小为，表明电压的实际方向和参考方向相同，大小为9V；l I0，表明电流的实际方向和参考方向相同，大小为，表明电流的实际方向和参考方向相同，大小为3A。l U和和I 参考方向一致，为关联参考方向。参考方向一致，为关联参考方向。l 图（图（b）中）中U0，表明电压的实际方向和参考方向相同，大小为，表明电压的实际方向和参考方向相同，大小为9V；l I0，表明电流的实际方向和参考方向相反，大小为，表明电流的实际方向和参考方向相反，大小为

30、3A。l U和和I参考方向不一致，为非关联参考方向。参考方向不一致，为非关联参考方向。l 图（图（c）中）中U0，表明电流的实际方向和参考方向相同，大小为，表明电流的实际方向和参考方向相同，大小为3A。l U和和I参考方向不一致，为非关联参考方向。参考方向不一致，为非关联参考方向。返回返回上一页上一页下一页下一页1.3 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向l 图（图（d）中）中U0，表明电压的实际方向和参考方向相反，大小为，表明电压的实际方向和参考方向相反，大小为9V；l I0，表示电路中元件吸收功率；若，表示电路中元件吸收功率；若P0，仍表示电路中元件吸收功率；若，仍表示电路中元件吸收功

31、率；若P0，仍表示电路，仍表示电路中元件发出功率。中元件发出功率。l 例例 1.5 试分析试分析图图1-8中元件为吸收还是发出功率。中元件为吸收还是发出功率。l 解：解：l 图（图（a）中，电流和电压为关联参考方向，）中，电流和电压为关联参考方向，PUI5(2)10（W）0，表示元件吸收功率；，表示元件吸收功率；l 图（图（c）中，电流和电压为非关联参考方向，）中，电流和电压为非关联参考方向，PUI5210（W）0（吸收功率）（吸收功率）l 对于元件对于元件2，电压和电流是关联参考方向，其功率为，电压和电流是关联参考方向，其功率为l P2U2I2（2）（3）6（W）0（吸收功率）（吸收功率）l

32、 对于元件对于元件3，电压和电流是非关联参考方向，其功率为，电压和电流是非关联参考方向，其功率为l P3U3I3（）4416（W）0（吸收功率）（吸收功率）返回返回上一页上一页下一页下一页1.3 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向l 对于元件对于元件4，电压和电流是非关联参考方向，其功率为，电压和电流是非关联参考方向，其功率为l P4U4I15210（W）0（发出功率）（发出功率）l 对于元件对于元件5，电压和电流是非关联参考方向，其功率为，电压和电流是非关联参考方向，其功率为l P5U5I2（）6（3）18（W）0，如，如图图3-2（a）；如果）；如果 点在原点的右侧，初相点在原点的右

33、侧，初相 0，即，即 ，则说明，则说明u比比i先到达正的最大值，我们就说电压在相先到达正的最大值，我们就说电压在相位上超前电流位上超前电流角，或者说电流滞后电压角，或者说电流滞后电压角。角。l 若若 0，即电阻从电源吸取功率，这说明电阻是耗能，即电阻从电源吸取功率，这说明电阻是耗能元件，瞬时功率元件，瞬时功率p的变化频率是电源频率的两倍，其如的变化频率是电源频率的两倍，其如图图3-13（c）。）。 l 瞬时功率是时间的函数，我们计量时采用平均功率，即在一个周期内瞬时功率是时间的函数，我们计量时采用平均功率，即在一个周期内电路消耗的瞬时功率的平均值，又称为有功功率，用大写字母电路消耗的瞬时功率的

34、平均值，又称为有功功率，用大写字母P表示表示l l (3-22)l 有功功率的单位为瓦有功功率的单位为瓦特特（w），有时也用千瓦（），有时也用千瓦（kw）表示。平时我）表示。平时我们所说的们所说的40w灯泡、灯泡、30w电烙铁等都是指其有功功率。电烙铁等都是指其有功功率。返回返回上一页上一页下一页下一页LjXLj X3.3 单一参数元件的正弦交流电路单一参数元件的正弦交流电路l 3.3.3 纯电感电路纯电感电路l 1.电压与电流之间的关系电压与电流之间的关系 l 单一电感元件组成的交流电路，又称为纯电感电路，其交流电路和相单一电感元件组成的交流电路，又称为纯电感电路，其交流电路和相量模型如量模

35、型如图图3-14所示所示.l 从图从图3-14（b）的相量模型，可得纯电感电路欧姆定律的相量形式：）的相量模型，可得纯电感电路欧姆定律的相量形式：l l (3-23)l 从式（从式（3-23）可得如下结论：）可得如下结论：l 1)电压和电流有效值有如下关系电压和电流有效值有如下关系 ；其中；其中 称为感抗，称为感抗，具有电阻的量纲，单位为欧具有电阻的量纲，单位为欧姆姆（ ），对交流电具有一定的阻碍作），对交流电具有一定的阻碍作用。用。 返回返回上一页上一页下一页下一页CjXCj X.UI R 3.3 单一参数元件的正弦交流电路单一参数元件的正弦交流电路l 感抗感抗 ，与电感，与电感L和频率和频

36、率f成正比。当成正比。当L一定时，一定时，f越高，越高， 越大，对电流的阻碍作用就越大，因而对高频电流具有扼流作用。越大，对电流的阻碍作用就越大，因而对高频电流具有扼流作用。l 在极端情况下，即在极端情况下，即f ，则，则 ,此时电感可视为开路（断路）；此时电感可视为开路（断路）；f = 0（直流），则（直流），则 ，此时电感可视为短路。故电感元件具有，此时电感可视为短路。故电感元件具有“通低频阻高频通低频阻高频”的特性。的特性。l 2)电压相位超前电流电压相位超前电流 ；l 设正弦交流电流为设正弦交流电流为l 在关联方向下，在关联方向下， 正弦交流电压则为正弦交流电压则为返回返回上一页上一页

37、下一页下一页s i nmu Ut sinmi It sinsinmmUt It 0011(1c o s2 )TTPp d tU ItTT 22UUII RR .LU j X I LUX I LXL 3.3 单一参数元件的正弦交流电路单一参数元件的正弦交流电路l 纯电感电路电压电流波形图和相量图如纯电感电路电压电流波形图和相量图如图图3-15（a）、（）、（b）所示）所示l 2.电感电路功率关系电感电路功率关系 l 纯电感电路的瞬时功率为纯电感电路的瞬时功率为l l (3-24) 返回返回上一页上一页下一页下一页0LX 2LXLfL 3.3 单一参数元件的正弦交流电路单一参数元件的正弦交流电路l

38、 瞬时功率的曲线如瞬时功率的曲线如图图3-15（c）所示，电感从电源吸取的功率有正有）所示，电感从电源吸取的功率有正有 负。在电源负。在电源 ， 时间内时间内,电感元件上的电压电感元件上的电压u和电流和电流i方向方向一致，一致， p 0 ，电感元件相当于负载，电感元件相当于负载,从电源吸收功率，并转化为磁能从电源吸收功率，并转化为磁能贮存起来；在电源贮存起来；在电源 ， 时间内，电感元件上的电压时间内，电感元件上的电压u和电和电流流i方向不一致，方向不一致，p 0,电容元件相当于负载电容元件相当于负载,从从电源吸收功率（充电），将电能转换成电场能储存起来；在电源电源吸收功率（充电），将电能转换

39、成电场能储存起来；在电源 ， 时间内时间内,u和和i方向相反，方向相反，p 0时，即时，即 ， ， 。电路中电压超前电流。电路中电压超前电流角角度，电感起决定作用，电路呈感性；相量图如度，电感起决定作用，电路呈感性；相量图如图图3-19（a）所示。）所示。l 当当cos 1 ，从而提高了电路的功率因数。，从而提高了电路的功率因数。返回返回上一页上一页下一页下一页3.7 功率因数的提高功率因数的提高l 下面利用下面利用图图3-38来定量分析如何选择补偿电容器来定量分析如何选择补偿电容器C的数值。的数值。l 未并联电容未并联电容C时，电路就是一个时，电路就是一个R L串联电路，阻抗串联电路，阻抗

40、，阻，阻抗角抗角 ，通过电流为，通过电流为 ，电路的有功功率为，电路的有功功率为 。l 并联电容后，感性负载本身没变，负载的端电压也没变，故此时负载并联电容后，感性负载本身没变，负载的端电压也没变，故此时负载上的电流仍为上的电流仍为 ，即并联补偿电容前后对原感性负载的工作状态没有，即并联补偿电容前后对原感性负载的工作状态没有影响，故感性负载的有功功率和功率因数均没有变化。但此时电路总影响，故感性负载的有功功率和功率因数均没有变化。但此时电路总电流电流 不再为不再为 ，而是和电容支路电流之和，即，而是和电容支路电流之和，即 ，如相，如相量量图图3-38（b）所示。从图上可知）所示。从图上可知返回

41、返回上一页上一页下一页下一页001LQRC R cos c o s c o sPIU 2LL LP I R LR2LL LPI R 3.7 功率因数的提高功率因数的提高l 而而l 整理后，得整理后，得l （3-56）返回返回上一页上一页下一页下一页1LZR jX 1arctanLXR .11UIZ 11cosP U I .1I .I3.7 功率因数的提高功率因数的提高l 此式就是所需并联的补偿电容器的电容量。此式就是所需并联的补偿电容器的电容量。l 从以上分析可知，我们所讨论的提高功率因数，是指提高电源或电网从以上分析可知，我们所讨论的提高功率因数，是指提高电源或电网的功率因数，而不是某个感性

42、负载的功率因数。事实上，电网的功率的功率因数，而不是某个感性负载的功率因数。事实上，电网的功率因数提高了，感性负载的有功功率和功率因数并没有改变。这是我们因数提高了，感性负载的有功功率和功率因数并没有改变。这是我们应该注意区分的。应该注意区分的。l 例例3.20如如图图3-38（a）所示电路，异步电动机（感性负载）接在）所示电路，异步电动机（感性负载）接在380V的工频电源上，负载吸收的功率的工频电源上，负载吸收的功率P = 25kW，功率因数，功率因数 =0.6 ，若，若要使要使 提高到提高到 = 0.9，则在负载两端并联多大电容？此时电，则在负载两端并联多大电容？此时电动机吸收的功率是否增

43、加？动机吸收的功率是否增加？返回返回上一页上一页下一页下一页.CI.1CIII 11211sinta nco scIII 3.7 功率因数的提高功率因数的提高l 解：根据式（解：根据式（3-56）求解）求解l l 代入已知数据，得代入已知数据，得l l 虽说并联电容虽说并联电容C后，功率因数从后，功率因数从0.6提高到提高到0.9，但电动机支路的电流、，但电动机支路的电流、端电压、阻抗都没有改变，故吸收的有功功率没有变化。端电压、阻抗都没有改变，故吸收的有功功率没有变化。返回返回上一页上一页下一页下一页11c o sPIU .CCUIj X CCUIUCX 11211s i n()c o st

44、 a nc o sc o sPUCUPU 122( t a nt a n)2PCf U 3.7 功率因数的提高功率因数的提高l 日常生活中照明的日光灯电路，就是一个日常生活中照明的日光灯电路，就是一个RL串联电路，如串联电路，如图图3-39所示。所示。补偿电容补偿电容C起提高线路功率因数的作用起提高线路功率因数的作用, 日光灯本身在并联电容前后日光灯本身在并联电容前后消耗的功率没有变化。消耗的功率没有变化。返回返回上一页上一页图图3-1 几种常见的波形图几种常见的波形图 返回返回1c o s 图图3-2 正弦交流电波形正弦交流电波形 返回返回2cos 图图3-3 例例3.2波形波形返回返回1c

45、 o s 图图3-4 电压与电流相位差图电压与电流相位差图 返回返回1c o s 0 .6 图图3-5 两正弦量的同相与反相两正弦量的同相与反相返回返回2c o s 0 .9 图图3-6 复数的矢量表示复数的矢量表示 1t a n 1 .3 3 3 返回返回图图3-7 矢量的平行四边形法则矢量的平行四边形法则 2t a n 0 .4 8 4 3 返回返回 图图3-8 电压的相量图电压的相量图 31 222( t a nt a n)2 5 1 0 ( 1 .3 3 3 0 .4 8 4 3 )4 6 8225 0 3 8 0PCFf U 返回返回图图3-9 例例3.7相量图相量图 返回返回图图3

46、-10 例例 3.8相量图相量图 返回返回图图3-11 交流电路和相量模型交流电路和相量模型返回返回图图3-12 纯电阻电路纯电阻电路返回返回图图3-13 纯电阻电路波形图和相量图纯电阻电路波形图和相量图返回返回图图3-14 纯电感电路纯电感电路 返回返回图图3-15 纯电感电路波形图、相量图纯电感电路波形图、相量图返回返回图图3-16 纯电容电路纯电容电路返回返回图图3-17 纯电容电路波形图和相量图纯电容电路波形图和相量图返回返回图图3-18 R L C串联电路串联电路 返回返回图图3-19 R L C串联电路相位关系串联电路相位关系 返回返回图图3-20 例例3.11图（图（a）、（）、

47、（b）、（）、（c） 返回返回图图3-21 阻抗、电压、功率三角形阻抗、电压、功率三角形返回返回图图3-22 复阻抗的串联电路复阻抗的串联电路 返回返回图图3-23 例例3.12图图 返回返回图图3-24 例例3.13图图返回返回图图3-25 复阻抗并联电路复阻抗并联电路返回返回图图3-26 例例3.14图图 返回返回图图3-27 例例3.15图图返回返回 图图3-28 例例3.15相量图相量图 返回返回图图3-29 例例3.16 图图 返回返回 图图3-30 例例3.17图图 返回返回图图3-31 例例3.18 图图返回返回图图3-32 串联谐振实验电路串联谐振实验电路返回返回图图3-33

48、阻抗与电流随频率变化的曲线图阻抗与电流随频率变化的曲线图 返回返回图图3-34 串联谐振调谐回路串联谐振调谐回路 返回返回图图3-35 并联谐振电路图并联谐振电路图 返回返回图图3-36 并联谐振相量图并联谐振相量图 返回返回图图3-37 并联谐振抗干扰电路并联谐振抗干扰电路返回返回图图3-38 电容器补偿电路电容器补偿电路返回返回图图3-39 日光灯电路日光灯电路返回返回第第4章章 三相交流电路三相交流电路 l4.1 三相电源电路三相电源电路l4.2 负载星形联结三相电路负载星形联结三相电路l4.3 负载三角形联结三相电路负载三角形联结三相电路l4.4 三相电路功率及测量三相电路功率及测量4

49、.1 三相电源电路三相电源电路l 4.1.1三相电源三相电源l 三相交流电一般是由三相交流发电机产生的。三相电源就是指三个频三相交流电一般是由三相交流发电机产生的。三相电源就是指三个频率相同、幅值相等、相位上相互间隔率相同、幅值相等、相位上相互间隔 的正弦电压源按一定的方式的正弦电压源按一定的方式联接而成的，故称三相对称电源。三相发电机就是一个三相电源，联接而成的，故称三相对称电源。三相发电机就是一个三相电源，图图4-1（a）为三相发电机原理图。在发电机的定子中嵌有三相电枢绕组，为三相发电机原理图。在发电机的定子中嵌有三相电枢绕组，每相绕组结构完全相同，在空间位置上相互间隔每相绕组结构完全相同

50、，在空间位置上相互间隔 分别称为分别称为U相、相、V相、相、W相绕组，绕组的始端标以相绕组，绕组的始端标以 ，对应的末端标，对应的末端标以以 ，当转子磁极匀速旋转时，当转子磁极匀速旋转时 ，将在三相绕组中产生正弦，将在三相绕组中产生正弦感应电动势，分别为感应电动势，分别为 ，如，如图图4-1（b）所示。若以所示。若以U相为参相为参考正弦量，则三相电动势为：考正弦量，则三相电动势为：返回返回下一页下一页4.1 三相电源电路三相电源电路l （4-1） l （4-2）l 它们的波形图和相量图如它们的波形图和相量图如图图4-2所示。所示。返回返回上一页上一页下一页下一页01 2 0111UVW、 、4