电工学基础知识课件.ppt

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1、建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识学习学习内容内容u任务三：三相交流电路任务三：三相交流电路u任务一：电路基本概念和基本定律任务一：电路基本概念和基本定律u任务二：单相正弦交流电路任务二：单相正弦交流电路u任务四：磁路与磁性材料任务四：磁路与磁性材料项目一：电工学基础知识项目一：电工学基础知识建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识任务一：任务一：电路基本概念与基本定律电路基本概念与基本定律依据依据基本概念基本概念基本元件基本元件基本定律基本定律基础基础前提前提1.1 1.1 电路基本概念电路基本概念建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识1 1、电路及其功能、电

2、路及其功能电路电路 由电工、电子器件或设备根据功能需要，按照由电工、电子器件或设备根据功能需要，按照某种特定方式连接而成的某种特定方式连接而成的电流的通路手电筒电路手电筒电路 电池提电池提供电能供电能称电源称电源灯泡取用电灯泡取用电能称负载能称负载 导线和开关称中导线和开关称中间环节，连接电间环节，连接电源与负载，起分源与负载，起分配与控制电能的配与控制电能的作用作用 一、电路及电路模型一、电路及电路模型建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识电路功能电路功能 照明电路和动力电路，照明电路和动力电路，习惯上常称为习惯上常称为“强电强电”电路电路电话线路和计算机线电话线路和计算机线路等，

3、习惯上也常称路等，习惯上也常称为为“弱电弱电”电路。电路。电能的传输、分配和转换电能的传输、分配和转换 电信号的传递和处理电信号的传递和处理 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识2 2、电路模型、电路模型理想元件组成的电路理想元件组成的电路 理想元件理想元件是指忽略了实际电气元件的次要因素，突是指忽略了实际电气元件的次要因素，突出主要因素，并将它出主要因素，并将它抽象为只含一种参数的元件抽象为只含一种参数的元件模模型型 实体电路实体电路电路模型电路模型建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识3 3、电路工作状态、电路工作状态通路通路（有载状态）（有载状态）开路（空载状态）开

4、路（空载状态）短路短路电路闭合，灯泡发亮电路闭合，灯泡发亮 电路断开，灯泡不亮电路断开，灯泡不亮 导线直接将电源两端连在一导线直接将电源两端连在一起，此时电源处于短路状态起，此时电源处于短路状态 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识二、电压、电流及其参考方向二、电压、电流及其参考方向1 1、电流及其参考方向、电流及其参考方向*电流电流 电源作用下电荷有规则运动时形成电源作用下电荷有规则运动时形成 电流也是用来衡量电流强弱的物理量。电流也是用来衡量电流强弱的物理量。“电流电流”不不仅代表一种物理现象，也代表一个物理量。仅代表一种物理现象，也代表一个物理量。直流电流（直流电流（DC）简

5、称直流，）简称直流，I表示表示交流电流（交流电流（AC）简称交流，）简称交流，i 表示表示电流大小和方向电流大小和方向不随时间变化不随时间变化 电流大小和方向电流大小和方向均随时间变化均随时间变化*电流单位电流单位建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识*电流实际方向电流实际方向 习惯规定为正电荷运动方向习惯规定为正电荷运动方向*电流参考方向电流参考方向 假定，用带有箭头的线段表示假定，用带有箭头的线段表示 带箭头的实线段为电流参考方向，虚线段为电流实际方向带箭头的实线段为电流参考方向，虚线段为电流实际方向 简单的直流电路，电流实际方向是由电源的正极性端流出简单的直流电路，电流实际方向

6、是由电源的正极性端流出的。但在分析复杂的直流电流时，对于某条支路电流的实的。但在分析复杂的直流电流时，对于某条支路电流的实际方向往往难于判断；在分析交流电路中由于电流的方向际方向往往难于判断；在分析交流电路中由于电流的方向是随时间变化的，所以它的实际方向就不能确定是随时间变化的，所以它的实际方向就不能确定参考方向选定后，电流就有了正值和负值之分了，电流的参考方向选定后，电流就有了正值和负值之分了，电流的正负符号就反应了电流实际方向。正负符号就反应了电流实际方向。如果为正表示电流的真实方向与参考方法一致，为负表示电流的真实方向与参考方向相反。建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识2 2

7、、电压及其参考方向、电压及其参考方向*电压电压 电压是电路中产生电流的根本原因电压是电路中产生电流的根本原因 a a、b b两点的电压等于其两点间的电位差两点的电压等于其两点间的电位差 电路中电路中某点电位某点电位在数值上等于该点与参考点之间的电压在数值上等于该点与参考点之间的电压 电位参考点（零电位点）电位参考点（零电位点）参考点选取参考点选取 大地大地接地装置相连的机壳接地装置相连的机壳 电子设备的公共连接点电子设备的公共连接点 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识*电压实际方向电压实际方向 规定为高电位指向低电位，即电位降的方向规定为高电位指向低电位，即电位降的方向 *电压单

8、位电压单位 *电压参考方向电压参考方向 “”、“”极性符号表示极性符号表示 极性为极性为“”称为高电称为高电位位 极性为极性为“”称为低电称为低电位位 有用箭头表示，箭头的方向为高电位端指向低电位端有用箭头表示，箭头的方向为高电位端指向低电位端 电压的实际方向与参考方向一致时，电压为正值。电压的实际方向与参考方向一致时，电压为正值。建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识3 3、电压、电流关联参考方向、电压、电流关联参考方向同元件的电压、电流参考方向选为一致，即电流从电压同元件的电压、电流参考方向选为一致，即电流从电压“”极性的一端流入，并从电压极性的一端流入，并从电压“”极性的一端流

9、出极性的一端流出 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识三、电路中功率三、电路中功率3 3、电压、电流关联参考方向、电压、电流关联参考方向同元件的电压、电流参考方向选为一致，即电流从电压同元件的电压、电流参考方向选为一致，即电流从电压“”极性的一端流入，并从电压极性的一端流入，并从电压“”极性的一端流出极性的一端流出 在电工学中，电功率简称功率在电工学中，电功率简称功率功率的单位为功率的单位为WW（瓦）。在电力系统中，常用（瓦）。在电力系统中，常用kWkW（千瓦）或（千瓦）或MWMW（兆瓦）为功率单位，弱电工程中，常用（兆瓦）为功率单位，弱电工程中，常用mWmW（毫瓦）（毫瓦）*电功

10、率电功率 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识关联参考方向关联参考方向*元件吸收功率计算元件吸收功率计算 非关联参考方向非关联参考方向*功率正负功率正负区分元件的性质，或是电源，或是负载区分元件的性质，或是电源，或是负载 p p00，元件吸收功率，具有，元件吸收功率，具有负载负载特性，用于消耗电能特性，用于消耗电能 P P0 0，元件发出功率，具有，元件发出功率，具有电源电源特性，用于提供电能特性，用于提供电能 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识*设备额定值设备额定值 在给定工作条件下保证电器设在给定工作条件下保证电器设备安全运行而规定的容许值备安全运行而规定的容许值

11、 如额定电压、额定电流和额定功率如额定电压、额定电流和额定功率 一盏白炽灯上标有一盏白炽灯上标有220V220V、60W60W，表示这盏灯的额定电，表示这盏灯的额定电压为压为220V220V，额定功率为，额定功率为60W60W。满载工作状态满载工作状态电气设备的电流等于额定电流电气设备的电流等于额定电流轻载工作状态轻载工作状态过载工作状态过载工作状态电气设备的电流小于额定电流电气设备的电流小于额定电流电气设备的电流大于额定电流电气设备的电流大于额定电流建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识试计算各元件的功率，并说明是发出功率还是吸收功率。试计算各元件的功率，并说明是发出功率还是吸收功

12、率。元件吸收功率元件吸收功率 元件吸收功率元件吸收功率 元件发出功率元件发出功率 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识1.2 1.2 电路基本元件电路基本元件一、电阻元件一、电阻元件1 1、电阻元件的欧姆定律电阻元件的欧姆定律一个电气元件能够将电能转化为热能消耗掉，那么它的理一个电气元件能够将电能转化为热能消耗掉，那么它的理想电路模型就可抽象为电阻元件，如白炽灯、电炉等的基想电路模型就可抽象为电阻元件，如白炽灯、电炉等的基本特性都可抽象为电阻元件本特性都可抽象为电阻元件建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识2 2、电阻元件的串联电阻元件的串联特点特点 各电阻按首尾顺序相连

13、各电阻按首尾顺序相连；各电阻中通过同一电流各电阻中通过同一电流 两个电阻串联时的分压公式两个电阻串联时的分压公式 等效电阻（总电阻）等于各电阻之和等效电阻（总电阻）等于各电阻之和 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识2 2、电阻元件的并联电阻元件的并联特点特点 各电阻连接在两个公共的节点之间；各电阻连接在两个公共的节点之间；各电阻两端电压相同；各电阻两端电压相同；两电阻并联时的分流公式两电阻并联时的分流公式 等效电阻（总电阻）的倒数等于各电阻倒数之和等效电阻（总电阻）的倒数等于各电阻倒数之和 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识二、电容元件二、电容元件电流电压关系电流电

14、压关系能够存储电场能量能够存储电场能量u u 恒定（如直流），则恒定（如直流），则 i i=0=0，电容相当于开路，电容相当于开路 电压变化时才有电流这种性质电压变化时才有电流这种性质,称为电容的动态性质称为电容的动态性质,电容元件又被称为动态元件。电容元件又被称为动态元件。关联参考方向关联参考方向建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识三、电感元件三、电感元件电流电压关系电流电压关系能够存储磁场能量能够存储磁场能量i i 恒定（如直流），则恒定（如直流），则 u u=0=0，电感相当于短路，电感相当于短路 电流变化时才有电压这种性质电流变化时才有电压这种性质,称为电感的动态性质称为电

15、感的动态性质,电感元件又被称为动态元件。电感元件又被称为动态元件。关联参考方向关联参考方向建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识四、电源元件四、电源元件1 1、电压源、电压源理想电源理想电源端电压端电压 恒定值时，称为稳压源。恒定值时，称为稳压源。电流流过电压源，是从低电位流向电流流过电压源，是从低电位流向高电位，则电压源向外提供电能高电位，则电压源向外提供电能电流流过电压源，是从高电位流向低电位，电流流过电压源，是从高电位流向低电位，则电压源吸收电能，如电池充电则电压源吸收电能，如电池充电建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识2 2、电流源、电流源理想电源理想电源输出电流

16、输出电流 恒定值时，称为恒流源。恒定值时，称为恒流源。非关联参考方向非关联参考方向 当当 p p 0 0时，电流源向外电路提供功率，电流源起电源的作用。时，电流源向外电路提供功率，电流源起电源的作用。反之，电流源向外电路吸收功率，电流源是作为负载用。反之，电流源向外电路吸收功率，电流源是作为负载用。建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识计算电压源的功率并分析其工作状态计算电压源的功率并分析其工作状态 电流从电压源负端流入，电压源电流从电压源负端流入，电压源向外提供功率向外提供功率 流过电压源电流为流过电压源电流为1A1A，从电压源的，从电压源的正端流入，电压源处于负载状态正端流入，电

17、压源处于负载状态 吸收功率的功率吸收功率的功率 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识1.3 1.3 电路基本定律电路基本定律几个基本概念几个基本概念支路支路 电路中每一分支称为支路电路中每一分支称为支路 含有电源元件的支路称为含有电源元件的支路称为有源支路有源支路，不含电源元件的支路称，不含电源元件的支路称为为无源支路无源支路。支路中流过的电流称为。支路中流过的电流称为支路电流支路电流 共有共有3 3条支路，条支路，3 3个支路电流个支路电流 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识节点节点 3 3条或条或3 3条以上支路的连接点条以上支路的连接点 有有2 2个节点，节点个

18、节点，节点a a和节点和节点c c 回路回路 电路中任意闭合路径电路中任意闭合路径3 3个回路（个回路（、）网孔网孔 内部不另含支路的回路内部不另含支路的回路2 2个网孔（个网孔（和和）建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识一、基尔霍夫电流定律（一、基尔霍夫电流定律（KCLKCL）对于电路中任意节点，对于电路中任意节点，流入节点电流之和流入节点电流之和恒等于恒等于流出该节点电流之和流出该节点电流之和 节点节点a a 节点各支路电流的代数和恒等于零节点各支路电流的代数和恒等于零 规定流入节点电流取规定流入节点电流取“”，则流出节点电流相应取，则流出节点电流相应取“”。（节点电流方程）（

19、节点电流方程）建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识推广：推广：“广义节点广义节点”即包含部分电路的任意闭合面即包含部分电路的任意闭合面 闭合面（虚线表示）闭合面（虚线表示），有，有3 3条支路与闭合条支路与闭合面内的电路相连接面内的电路相连接 流入闭合面的电流等于流出闭合面的电流流入闭合面的电流等于流出闭合面的电流 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识二、基尔霍夫压定律（二、基尔霍夫压定律（KVLKVL）从电路的某点出发，沿从电路的某点出发，沿回路绕行一周回路绕行一周，各部，各部分分电压降的总和恒等于各部分电压升的总和电压降的总和恒等于各部分电压升的总和 回路回路绕行方

20、向（虚绕行方向（虚线箭头）线箭头）:顺时针方向顺时针方向 U U1 1、U U2 2、U U3 3沿回路沿回路（顺时针（顺时针方向）电位降方向）电位降 ;U;US1S1、UsUs2 2、沿、沿回路回路（顺时针方向）电位升（顺时针方向）电位升 （回路电压方程）（回路电压方程）建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识任意一回路绕行一周，所有元件电压的代数和恒等于零任意一回路绕行一周，所有元件电压的代数和恒等于零 规定电位升取规定电位升取“”，则电位降相应取，则电位降相应取“”。建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识电阻和电压源电阻和电压源构成的回路构成的回路 流过电阻的电流参考方

21、向与回路绕行方向一致，电阻电压流过电阻的电流参考方向与回路绕行方向一致，电阻电压iK RK前取“”；电压源电压参考方向与回路绕行方向一；电压源电压参考方向与回路绕行方向一致，电压源电压致，电压源电压 u uSKSK前取前取“”。建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识设想一个闭合回路设想一个闭合回路回路绕回路绕行方向（虚线所示）行方向（虚线所示）推广：推广：“广义回路广义回路”（假想闭合回路）（假想闭合回路）开口电压开口电压U Uabab?建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识电流电流 I I 和电压和电压U Uabab？(1)(1)电流电流 I I 的方向作为回路的绕行方向

22、的方向作为回路的绕行方向(2)(2)以以a a、b b右侧电路为广义回路右侧电路为广义回路建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识三、基尔霍夫压定律基本应用三、基尔霍夫压定律基本应用 电路分析和计算的重要依据电路分析和计算的重要依据 ，基本应用基本应用支路电流法支路电流法支路电流法支路电流法 以各支路电流为未知量，应用以各支路电流为未知量，应用KCLKCL和和KVLKVL分别分别对独立节点和独立回路（网孔）列出相应的方对独立节点和独立回路（网孔）列出相应的方程，从而求解各支路电路的方法程，从而求解各支路电路的方法 在电路图中标出各支路电流和网孔回路的绕行方向在电路图中标出各支路电流和网

23、孔回路的绕行方向 根据根据KCLKCL列出节点电流方程列出节点电流方程 根据根据KVLKVL列出回路电压方程。列出回路电压方程。联解方程组，求得各支路电流联解方程组，求得各支路电流 n n个节点，列（个节点，列（n n-1-1）个独立的节点电流方程）个独立的节点电流方程b b条支路，列（条支路，列（b b-n n+1+1）个独立的回路电压方程）个独立的回路电压方程建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识用支路电流法求电路中支路电流用支路电流法求电路中支路电流 支路数支路数b b=3=3，节点数，节点数n n=2=2（1 1）支路电流的参考方向和网孔）支路电流的参考方向和网孔和和绕行方向

24、绕行方向 （2 2）选节点）选节点a a作为独立节点，作为独立节点，列节点电流方程列节点电流方程 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识（3 3）选网孔）选网孔和和为独立回路，为独立回路，列回路电压方程列回路电压方程 网孔网孔：网孔网孔：（4 4）解方程组）解方程组求支路电流求支路电流建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识任务二：单相正弦交流电流任务二：单相正弦交流电流正弦交流电路是指含有正弦交流电源的电路正弦交流电路是指含有正弦交流电源的电路2.1 2.1 正弦交流电基本概念正弦交流电基本概念正弦交流电简称为交流电，即电流和电压随时间按正弦正弦交流电简称为交流电，即电流和

25、电压随时间按正弦函数规律变化。凡按正弦规律变化的电流、电压等统称函数规律变化。凡按正弦规律变化的电流、电压等统称为正弦量。为正弦量。一、正弦量的三要素一、正弦量的三要素正弦电流正弦电流 正弦量的三要素正弦量的三要素 幅值幅值 角频率角频率 初相初相 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识1.1.周期与频率周期与频率*周期周期 每秒内变化的次数每秒内变化的次数 正弦量变化一次所需的时间正弦量变化一次所需的时间*频率频率 用用T T 表示，单位为秒（表示，单位为秒（S S）用用 f f 表示，单位为赫兹（表示，单位为赫兹（HzHz）我国电力系统交流电的标准频率（又称工频）为我国电力系统交

26、流电的标准频率（又称工频）为50Hz50Hz。有些国家如日本、美国等采用有些国家如日本、美国等采用60Hz 60Hz 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识正弦量每秒变化的弧度数正弦量每秒变化的弧度数 *角频率角频率 用用 表示，单位为弧度表示，单位为弧度/秒（秒（rad/srad/s）*瞬时值瞬时值 正弦量在任意时刻的数值正弦量在任意时刻的数值 小写字母表示小写字母表示 ，如，如i i、u u*幅值（最大值）幅值（最大值）瞬时值中最大的数值瞬时值中最大的数值 大写字母，小写小标表示大写字母，小写小标表示 ，如，如I Im m、U Um m2.2.幅值与有效值幅值与有效值建筑电工学建

27、筑电工学电工学基础知识电工学基础知识*有效值（均方根值）有效值（均方根值）大写字母表示大写字母表示 ，如，如I I、U U有效值与最大值的关系有效值与最大值的关系 注意注意电压高低和电流大小是交流电表测得的电压和电流的数值电压高低和电流大小是交流电表测得的电压和电流的数值 交流电压交流电压220V220V，指的是有效值，指的是有效值 瞬时值瞬时值最大值最大值角频率角频率相位相位 初相位初相位 3.3.初相位初相位建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识幅值幅值 角频率角频率 初相初相 有效值有效值 频率频率 周期周期 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识相位差相位差 初相之

28、差初相之差比较两个同频率正弦量相位关系比较两个同频率正弦量相位关系 两个同频率正弦量相位之差两个同频率正弦量相位之差 相位差相位差 0u u超前超前于于i i一个角度一个角度 0u u滞后滞后于于i i一个角度一个角度 u u、i i 同相同相 u u、i i 反相反相 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识i i1 1 超前超前 i i2 2 6060。或或 i i2 2滞后滞后i i1 1二、正弦量的相量表示二、正弦量的相量表示 相位差并指出它们的相位关系相位差并指出它们的相位关系 1.1.复数复数实部实部虚部虚部虚数单位虚数单位代数式代数式 *复数表示复数表示 建筑电工学建筑电

29、工学电工学基础知识电工学基础知识abA+1+j0复平面上的矢量表示复平面上的矢量表示 复数的模复数的模 复数的幅角复数的幅角 三角函数式三角函数式 极坐标式极坐标式 特例特例建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识*复数运算复数运算 复数的加、减运算复数的加、减运算 用代数式用代数式复数的乘、除运算复数的乘、除运算 两复数相乘，模相乘，幅角相加两复数相乘，模相乘，幅角相加两复数相除，模相除，幅角相减两复数相除，模相除，幅角相减 用代数式，其实部与实部相加（减），虚部与虚部相加（减）用代数式，其实部与实部相加（减），虚部与虚部相加（减）用极坐标式用极坐标式建筑电工学建筑电工学电工学基础知

30、识电工学基础知识2.2.正弦量的相量表示正弦量的相量表示 正弦量可用正弦量可用复数来表示复数来表示大写字母上大写字母上“”表表示示正弦量的复数称为相量正弦量的复数称为相量复数的模表示正弦量的有效值复数的模表示正弦量的有效值复数的幅角表示正弦量的初相复数的幅角表示正弦量的初相电流相量电流相量 电压相量电压相量 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识相量图相量图在复平面上画出的相量的图形称为相量图在复平面上画出的相量的图形称为相量图 画相量图时，实轴、虚轴可以省略画相量图时，实轴、虚轴可以省略 3060。I1I2建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识2.2 2.2 单一参数的正

31、弦交流电路单一参数的正弦交流电路 一、电阻元件的交流电路一、电阻元件的交流电路设设则则1.1.相位关系相位关系电阻元件上电压与电流同相位电阻元件上电压与电流同相位 2.2.大小关系大小关系满足欧姆定律满足欧姆定律 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识3.3.相量关系相量关系电流相量电流相量 满足欧姆定律满足欧姆定律 电压相量电压相量 所以所以 相量图相量图 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识4.4.功率关系功率关系*瞬时功率瞬时功率 电阻元件吸收功率，消耗电能电阻元件吸收功率，消耗电能 *平均功率平均功率 电路中消耗的功率，故又称有功功率，电路中消耗的功率，故又称有功

32、功率，有功功率的国际单位为瓦（有功功率的国际单位为瓦（WW）建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识二、二、电感元件的交流电路电感元件的交流电路 设设1.1.相位关系相位关系电感元件上电压超前电流电感元件上电压超前电流 9090。建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识2.2.大小关系大小关系感抗感抗 电感元件具有通低频电流、阻高频电流的作用电感元件具有通低频电流、阻高频电流的作用 单位为欧姆单位为欧姆 反映电感元件对交流电流的阻碍作用反映电感元件对交流电流的阻碍作用 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识3.3.相量关系相量关系电流相量电流相量 电压相量电压相量 所

33、以所以 满足欧姆定律满足欧姆定律 相量图相量图 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识4.4.功率关系功率关系*瞬时功率瞬时功率 电感处于受电状态，从电源吸电感处于受电状态，从电源吸收功率将电能转化为磁场能收功率将电能转化为磁场能 p p00p p00电感处于供电状态，将磁电感处于供电状态，将磁场能转换为电能送回电源场能转换为电能送回电源 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识*平均功率平均功率 电感元件的交流电路中，没有能量的消耗，电感元件的交流电路中，没有能量的消耗，只有电源与电感元件间的能量互换只有电源与电感元件间的能量互换。P P=0=0*无功功率无功功率 反映电感

34、元件与电源间能量互换规模反映电感元件与电源间能量互换规模 等于瞬时功率的幅值等于瞬时功率的幅值 无功功率单位无功功率单位乏乏(var)(var)或千乏或千乏(kvar(kvar建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识L=0.1HL=0.1H的电感线圈接在的电感线圈接在U=10VU=10V的工频电源上，试求：的工频电源上，试求：（1 1）线圈的感抗；（）线圈的感抗；（2 2）电流的有效值；（）电流的有效值；（3 3）无功功率；）无功功率；（4 4）若电压的初相为零，求电流相量，作相量图）若电压的初相为零，求电流相量，作相量图分析：分析：（1 1）感抗）感抗 （2 2）电流有效值）电流有效

35、值 （3 3）无功功率）无功功率 （4 4）设电压相量）设电压相量 则电流相量为则电流相量为 相量图相量图 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识三、三、电容元件的交流电路电容元件的交流电路 1.1.相位关系相位关系电容元件上电流超前电压电容元件上电流超前电压9090。建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识2.2.大小关系大小关系容抗容抗 单位为欧姆单位为欧姆 反映电容元件对交流电流的阻碍作用反映电容元件对交流电流的阻碍作用 电感元件具有通高频电流、阻低频电流的作用电感元件具有通高频电流、阻低频电流的作用 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识3.3.相量关系相量

36、关系电流相量电流相量 电压相量电压相量 所以所以 满足欧姆定律满足欧姆定律 相量图相量图 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识4.4.功率关系功率关系*瞬时功率瞬时功率 电容充电，储存电场能电容充电，储存电场能 p p00p p00电容放电，将电场能转换电容放电，将电场能转换为电能释放给电源为电能释放给电源 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识*平均功率平均功率 表明电容元件的交流电路中，没有能量的消表明电容元件的交流电路中，没有能量的消耗，只有电源与电容元件间的能量互换。耗，只有电源与电容元件间的能量互换。P P=0=0*无功功率无功功率反映电容元件与电源间能量互换规

37、模反映电容元件与电源间能量互换规模 无功功率单位无功功率单位乏乏(var)(var)或千乏或千乏(kvar(kvar设电流设电流 则电压则电压 瞬时功率瞬时功率 所以所以 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识四、四、电路的复阻抗电路的复阻抗 单位：欧姆单位：欧姆1.1.复阻抗复阻抗电压相量与电流相量的比电压相量与电流相量的比 （复数）（复数）电阻元件电阻元件 电容元件电容元件 电感元件电感元件 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识2.2.阻抗三角形阻抗三角形设电压相量设电压相量 电流相量电流相量 则复阻抗则复阻抗 复阻抗的大小（阻抗值）复阻抗的大小（阻抗值）复阻抗的幅角

38、（阻抗角）复阻抗的幅角（阻抗角）阻抗角的正负可以判断出电路的性质阻抗角的正负可以判断出电路的性质 0电路呈电感性电路呈电感性 0电路呈电容性电路呈电容性=0电路呈电阻性电路呈电阻性 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识复阻抗的实部为电阻复阻抗的实部为电阻 R R复阻抗的虚部为电抗复阻抗的虚部为电抗X X 阻抗三角形阻抗三角形 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识2.32.3单相交流电路功率单相交流电路功率 一、有功功率一、有功功率设端口电压设端口电压 端口电流端口电流 有功功率反应交流电路中有功功率反应交流电路中实际消实际消耗的功率耗的功率，用，用P P表示，单位（表示

39、，单位（w w）电压与电流间的相电压与电流间的相位差或阻抗角位差或阻抗角 功率因素功率因素 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识二、无功功率二、无功功率反应交流电路与电源之间进反应交流电路与电源之间进行行能量交换的规模能量交换的规模，并不代并不代表电路实际消耗的功率表电路实际消耗的功率 单位为乏（单位为乏（varvar）无功功率的正负与电路性质有关无功功率的正负与电路性质有关。0电路呈电感性电路呈电感性 Q 0 0电路呈电容性电路呈电容性 Q 0建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识三、视在功率三、视在功率正弦交流电压有效值正弦交流电压有效值U U与电流有效值与电流有效值

40、I I的乘积的乘积 单位为单位为V V A A或或kVkV A A反应交流电气设备能反应交流电气设备能提供或取用功率的能力提供或取用功率的能力 交流电气设备的能力称为额定容量，简称容量交流电气设备的能力称为额定容量，简称容量，是按照预先设计的额定电压是按照预先设计的额定电压U UN N和额定电流和额定电流 I IN N来确来确定的，定的，用额定视在功率用额定视在功率 S SN N表示表示。建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识四、四、功率因素提高功率因素提高 有功功率和无功功率、视在有功功率和无功功率、视在功率组成一个直角三角形功率组成一个直角三角形功率三角形功率三角形 功率因素功率

41、因素 低会带来两方面的不良影响低会带来两方面的不良影响 线路损耗大线路损耗大 损损耗耗为为U U、P P一定一定越大越大越小越小 P P越大越大 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识电源的利用率低电源的利用率低 电源容量电源容量S SN N一定一定可知可知 电电源的利用率只有源的利用率只有50%实际供电线路中，实际供电线路中，功率因素低的根本原因是线路上接有大量功率因素低的根本原因是线路上接有大量的电感性负载。的电感性负载。如三相异步电动机，满载时的功率因素为如三相异步电动机，满载时的功率因素为0.70.70.80.8，轻载时只有，轻载时只有0.40.40.50.5，空载时只有，空

42、载时只有0.20.2。按照供、用电规则，高压供电的工业、企业单位，平均功率因按照供、用电规则，高压供电的工业、企业单位，平均功率因素不得低于素不得低于0.950.95，其它单位不得低于，其它单位不得低于0.90.9。因此，提高功率因素。因此，提高功率因素是一个必须要解决的问题。是一个必须要解决的问题。功率因素的提高必须保证负载正常工作的前提下实现。功率因素的提高必须保证负载正常工作的前提下实现。建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识既能提高线路功率因素，又要保证电感性负载正常工作，既能提高线路功率因素，又要保证电感性负载正常工作，常用的方法是在电感性负载两端并联电容器常用的方法是在电

43、感性负载两端并联电容器 提高到提高到 电感性电感性负载负载并联并联电容电容建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识有一电感性负载，功率为有一电感性负载，功率为10W 10W，功，功率因素为率因素为0.60.6，接在电压为，接在电压为220V220V、50Hz50Hz的交流电源上。（的交流电源上。（1 1）若将功）若将功率因素提高到率因素提高到0.980.98，需并联多大的，需并联多大的电容？（电容？（2 2）计算并联电容前、后）计算并联电容前、后的线路电流。的线路电流。解：解：(1)(1)建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识有一电感性负载，功率为有一电感性负载，功率为10W

44、 10W，功率因素为，功率因素为0.60.6，接在电压为，接在电压为220V220V、50Hz50Hz的交流电源上。（的交流电源上。（1 1）若将功率因素提高到）若将功率因素提高到0.980.98，需，需并联多大的电容？（并联多大的电容？（2 2）计算并联电容前、后的线路电流。）计算并联电容前、后的线路电流。解：解：(2)(2)并联电容前线路电流即负载电流并联电容前线路电流即负载电流并联电容后的线路电流为：并联电容后的线路电流为：电感性负载两端并联电容后，减小了输电电感性负载两端并联电容后，减小了输电线路电流，从而提高输电网的功率因素。线路电流，从而提高输电网的功率因素。建筑电工学建筑电工学电

45、工学基础知识电工学基础知识任务三：任务三：三相交流电路三相交流电路在供电系统中，绝大多数都采用三相制。在供电系统中，绝大多数都采用三相制。采用三相输电比采采用三相输电比采用单相输电经济得多，生产上广泛使用的三相异步电动机等用单相输电经济得多，生产上广泛使用的三相异步电动机等电气设备比单相电气设备性能好，电气设备比单相电气设备性能好，居民用户中的单相电源是居民用户中的单相电源是三相电源中的一相。三相电源中的一相。3.1 3.1 三相电源三相电源三相交流电源是频率相同、幅值相同、初三相交流电源是频率相同、幅值相同、初相依次相差相依次相差120120。的三个对称交流电压源的三个对称交流电压源 1 1

46、、三相电源、三相电源 中性点中性点，低压配电，低压配电系统中，中性点往系统中，中性点往往接地，若往接地，若中性点中性点接地，则称为零点接地，则称为零点 中性线或零中性线或零线，用线，用N N表表示。示。用黑色用黑色标记标记 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识中性线或零中性线或零线，线，N表示表示。相线或端线，俗称相线或端线，俗称火线火线。L L1 1、L L2 2 、L L3 3表示（工程习惯采表示（工程习惯采用用U U、V V、WW）、黄色标记黄色标记 绿色标记绿色标记 红色标记红色标记 黑色标记黑色标记三相四线制三相四线制 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识2

47、2、相电压与线电压、相电压与线电压 *相电压相电压相线与中性线间的电压相线与中性线间的电压 相电压有效值相电压有效值U UP P 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识*线电压线电压相线与相线间的电压相线与相线间的电压 相电压有效值相电压有效值U UL L 在低压配电系统在低压配电系统中，相电压通常中，相电压通常为为220V220V，线电压，线电压通常为通常为380V 380V 三相电源不引出中三相电源不引出中性线，为性线，为三相三线三相三线制，只提供线电压制，只提供线电压 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识*线电压与相电压关系线电压与相电压关系线电压在相位上超前对应的

48、相电压线电压在相位上超前对应的相电压3030。线电压有效值是相电压有效值的线电压有效值是相电压有效值的 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识3.23.2三相负载连接三相负载连接三相电源与三相负载连接组成完整的三相电路。接在三相电三相电源与三相负载连接组成完整的三相电路。接在三相电路中的负载有动力负载（如三相异步电动机）、电热负载路中的负载有动力负载（如三相异步电动机）、电热负载（如三相电炉）或照明电路（如白炽灯）等。（如三相电炉）或照明电路（如白炽灯）等。对称三相负载对称三相负载 不对称三相负载不对称三相负载 每相负载的复阻抗相等每相负载的复阻抗相等（三相异步电动机）（三相异步电动

49、机）（普通照明电路）（普通照明电路）三相负载三相负载 星形（星形（Y）连接）连接 三角形三角形（）三相负载的连接方式三相负载的连接方式 不管采用哪种连接，都应保证电源作用在负载上的电压不管采用哪种连接，都应保证电源作用在负载上的电压等于负载的额定电压，以使负载正常工作。等于负载的额定电压，以使负载正常工作。建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识一、三相负载一、三相负载星形（星形（Y Y）连接）连接 将三相负载的一端连在一起后接到三相电源的中性线将三相负载的一端连在一起后接到三相电源的中性线上，三相负载的另一端分别接到三相电源的相线上。上，三相负载的另一端分别接到三相电源的相线上。1.

50、1.相电压与线电压相电压与线电压的关系的关系三相负载的三相负载的线电压就是线电压就是电源的线电压电源的线电压三相负载的三相负载的相电压就是相电压就是电源的相电压电源的相电压 建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识2.2.相电流与线电流的关系相电流与线电流的关系流过每相负载的电流流过每相负载的电流 *相电流相电流*线电流线电流 通过每根相线上的电流通过每根相线上的电流 关系关系建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识3.3.相电压与相电流的关系相电压与相电流的关系 每相负载电流每相负载电流 对称三相负载对称三相负载 负载相电压对称，所以负载相电压对称，所以负载相电流也是对称负载