电工学基础知识.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、电路及其功能、电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

2、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 电工学基础知识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，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、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是指忽略了实际电气元件的次要因素，突忽略了实际电气

3、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、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电工学基础知识电工学基础知识1、电流及其参考方向、电流及其参考方向*电流电流 电源作

4、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 表示表示电电流大小和方向流大小和方向不随不随时间变时间变化化 电电流大小和方向流大小和方向均随均随时间变时间变化化*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

5、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

6、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、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、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

7、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“”称为低电位称为低电位 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

8、、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工学基础知识电工学基础知识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

9、率的单位为W（瓦）。在电力系统中，常用（瓦）。在电力系统中，常用kW（千瓦）或（千瓦）或MW（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mW（毫瓦）（毫瓦）*电功率电功率 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 0，元件吸收功率，具有，元件吸收功率，具有负载负载特性，用于消耗特性，用于消耗电电能能 P0，元件，元件发发出功率，具有出功率，具有电电源源特性，用于提供特性，用于提供电电

10、能能 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220V、60W，表示这盏灯的额定，表示这盏灯的额定电压为电压为220V，额定功率为，额定功率为60W。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

11、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电工学基础知识电工学基础知识一、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

12、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

13、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压关系能够存储电场能量能够存储电场能量u 恒定（如直流），则恒定（如直流），则i=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 恒定（如直流），则恒定（如直流），则u=0，电感相

14、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、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

15、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、电流源、电流源理想电源理想电源输出电流输出电流 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 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

16、电压源电流为1A，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电工学基础知识电工学基础知识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条支路，条支路，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条或条或3条以上支路的连接点条以上

17、支路的连接点有有2个节点，节点个节点，节点a和节点和节点c回路回路电路中任意闭合路径电路中任意闭合路径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电工学基础知识电工学基础知识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）（节点电流方程）建筑电工学建筑电

18、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电工学基础知识电工学基础知识从电路的某点出发，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向（虚线绕行方向（虚线箭头）箭头）:顺时针方向顺时针方向U1、U2、

19、U3沿回路沿回路（顺时针（顺时针方向）电位降方向）电位降;US1、Us2、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

20、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uSK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Uab?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 和电压和电压Uab？(1)电流电流I 的方向作为回路的绕行方向的方向作为回路的绕行方向(2)以以a、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电工学基础知识电工学基础知识电路分析和

21、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KCL和和KVL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孔回路的绕行方向根据根据KCL列出节点电流方程列出节点电流方程根据根据KVL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个节点，列（个节点，列（n-1）个独立的节点电流方程）

22、个独立的节点电流方程b条支路，列（条支路，列（b-n+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=3，节点数，节点数n=2（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绕行方向（2）选节点）选节点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）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）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

23、电工学电工学基础知识电工学基础知识电工学基础知识电工学基础知识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电工学基础知电工学基础知识识*周期周期每秒内变化的次

24、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 表示，单位为秒（表示，单位为秒（S）用用f 表示，单位为赫兹（表示，单位为赫兹（Hz）我国电力系统交流电的标准频率（又称工频）为我国电力系统交流电的标准频率（又称工频）为50Hz。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*角角频率频率用用表示，单位为弧度表示，单位为弧度/秒（秒（rad/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、u*幅值（最大值）

25、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Im、Um电工学基础知识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*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、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220V，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电工学基电工学基础知识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幅值

26、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超前超前于于i一个角度一个角度 0u滞后滞后于于i一个角度一个角度u、i 同相同相u、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i1 超前超前 i260。或或i2滞后滞后i1电工学基础知识电工学基础知识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.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

27、电工学建筑电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识电

28、工学基础知识电工学基础知识电工学基础知识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“”表示表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电工学基础知识电工学基础知识一、电阻元件的交流电路一、

29、电阻元件的交流电路设设则则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.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.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.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，故又称有功功率，有功功率的国际单位为瓦（有功功率的国际单位为瓦（W）建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工

30、学基础知识电工学基础知识电工学基础知识设设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90。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.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.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.功率关系功率关系*瞬时功率瞬时功率电感处于受电状态，

31、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 0p 0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=0*无功功率无功功率反映电感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)或千乏或千乏(kvar建筑电工学建筑电工学电工学基础

32、知识电工学基础知识L=0.1H的电感线圈接在的电感线圈接在U=10V的工频电源上，试求：的工频电源上，试求：（1）线圈的感抗；（）线圈的感抗；（2）电流的有效值；（）电流的有效值；（3）无功功率；）无功功率；（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）感抗）感抗（2）电流有效值）电流有效值（3）无功功率）无功功率（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电工学基础知识电工学基础知识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90。建筑电工学建筑电工

33、学电工学基础知识电工学基础知识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.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.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 0p 0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

34、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=0*无功功率无功功率反映电容元件与电源间能量互换规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)或千乏或千乏(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电工学基础知识电工学基础知识单位：欧姆单位：欧姆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

35、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.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（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复阻抗的虚部为电抗复阻抗的虚部为电抗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电工学基础知识电工学基础知识一、有功功

36、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有功功率反应应交流交流电电路中路中实际实际消消耗的功率耗的功率，用，用P表示，表示，单单位（位（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（var）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

37、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与电流有效值与电流有效值I的乘积的乘积单位为单位为VA或或kVA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UN和额定电流和额定电流IN来确来确定的，定的，用额定视在功率用额定视在功率SN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电工学基础知识电工学基础知识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

38、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、P一定一定越大越大越小越小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电源容量源容量SN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0.70.8，轻载时只有，轻载时只有0.40.5，空载时只有，

39、空载时只有0.2。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0.95，其它单位不得低于，其它单位不得低于0.9。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感性负载两端并联电

40、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有一电电感性感性负载负载，功率，功率为为10W，功率因素为功率因素为0.6，接在电压为，接在电压为220V、50Hz的交流电源上。（的交流电源上。（1）若将功）若将功率因素提高到率因素提高到0.98，需并联多大的，需并联多大的电容？（电容？（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)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有一电电感性感性负载负载，功率，功率为为10W，功率因素为，功率因素为0.6，接在电压为，接在电压为220V、50Hz的交

41、流电源上。（的交流电源上。（1）若将功率因素提高到）若将功率因素提高到0.98，需并联多大的电容？（需并联多大的电容？（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)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工学基础知识电工学基础知识电工学基础知识电工学基础知识在供电系统中，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

42、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120。的三个对称交流电压源的三个对称交流电压源1、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

43、或零线，用线，用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。相相线线或端或端线线，俗称，俗称火火线线。L1、L2、L3表示（工程习惯表示（工程习惯采用采用U、V、W）、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、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UP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

44、效值相电压有效值UL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220V，线电压，线电压通常为通常为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相电压线电压在相位上超前对应的相电压30。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电工学基础知识电工学基础知识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

45、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

46、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电工学基础知识电工学基础知识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.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.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

47、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.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相电流也是对称建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识对称三相负载对称三相负载“算一相，推其余两相算一相，推其余两相”负载相电流有效值负载相电流有效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4.中线电流中线电流中线电流中线电流对于对称三相负载对于对称三相负载指流过中性线的电流指流过中性线的电流因负载相电流对称因负载相电流对称故中性

48、线电流故中性线电流可以中性线去掉构成可以中性线去掉构成三相三线制电路三相三线制电路大电网的三相负载可以认为基本上是对称的，在实际应用中高大电网的三相负载可以认为基本上是对称的，在实际应用中高压输电线都采用三相三线制压输电线都采用三相三线制。建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知识对于不对称三相负载对于不对称三相负载中性线不能去掉中性线不能去掉，采用三相四线制采用三相四线制中性线作用就是保中性线作用就是保证负载相电压对称证负载相电压对称为了防止中性线突然断开，在中性线上不准安装开关或熔断器为了防止中性线突然断开，在中性线上不准安装开关或熔断器建筑电工学建筑电工学电工学基础知识电工学基础知

49、识星形连接的对称三相负载，每相负载阻抗星形连接的对称三相负载，每相负载阻抗接入线电压接入线电压的三相电源上，求负载相电流。分析：U相电压相电压星形连接的对称三相负载相电流对称，采用星形连接的对称三相负载相电流对称，采用“算一相，推其余两相算一相，推其余两相”法。法。算算U相负载相电流相负载相电流推知其余两相负载相电流推知其余两相负载相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电工学基础知识电工学基础知识将三相负载依次接在电源的两根相线之间，这种接法将三相负载依次接在电源的两根相线之间，这种接法像个像个“”字，又称字，又称形连接形连接1.相电压与线电压的关系相电压与线电压的关系每相负载

50、直接连接在电源的每相负载直接连接在电源的两根相线之间，两根相线之间，三相负载相三相负载相电压就是电源线电压电压就是电源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2.相电压与相电流的关系相电压与相电流的关系因三相电源线电压对称，故因三相电源线电压对称，故三相负载相电流也是对称的三相负载相电流也是对称的负载相电流负载相电流对于对称三相负载对于对称三相负载“算一相，推其余两相算一相，推其余两相”负载相电流有效值负载相电流有效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2.相电流与线电流的关系相电流与线电流的关系对于三相对称负载，因为负载相电流对称，所以线电流也是对称的对于三相对称负