第一章電的基礎(chǔ)知識

建筑電氣與施工用電內(nèi)容提要及學(xué)習(xí)要求:

我們?nèi)粘Ｉ钪泻苁煜さ慕涣靼l(fā)電機所產(chǎn)生的電動勢就是按正弦規(guī)律變化的，是我們普遍使用的正弦電源。本章介紹了交流電的基本概念、RLC串聯(lián)交流電路、正弦量的向量表示、三相交流電路及提高功率因數(shù)的意義及方法，并且介紹了兩種常用的用電設(shè)備變壓器和電動機的工作原理及型號含義。通過學(xué)習(xí)要求掌握RLC串聯(lián)交流電路的分析方法、三相交流電路的分析及提高功率因數(shù)的意義及方法，變壓器和電動機的型號含義及選擇。第一章電的基礎(chǔ)知識1.1正弦交流電1.2三相電路1.3變壓器與電動機第一章電的基礎(chǔ)知識第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電正弦交流電路：是指電壓和電流均按正弦規(guī)律變化的電路。

1.1.1交流電的三要素幅值和初相位就成為確定正弦量的三要素。第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電1.周期與頻率正弦量變化一次所需的時間稱為周期。每秒變化的次數(shù)稱為頻率，它的單位是赫茲（Hz）?；蛘?/p>

在我國和其他大多數(shù)國家，都采用50Hz作為電力標(biāo)準(zhǔn)頻率，這種頻率在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，習(xí)慣上也稱為工頻。正弦量變化的快慢除了用周期和頻率表示外，還可以用角頻率來表示。第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電2.幅值與有效值正弦量在任一瞬時的值稱為瞬時值，用小寫字母表示。瞬時值中最大的稱為幅值，用帶下標(biāo)的字母來表示。圖1.2正弦波形它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：正弦交流電的有效值在數(shù)值上等于幅值的

第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電[例1.1]已知，310V，50Hz，試求有效值和0.1s的瞬時值。

第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電3.初相位正弦量是隨時間而變化的，對于一個正弦量所取的計時起點不同，正弦量的初始值（當(dāng)時的值）也就不同，到達(dá)幅值或某一特征值的時間也就不同。例如有兩個正弦量

當(dāng)t=0時的相位角稱為初相位角或初相位。

兩個同頻率的正弦量相位角之差稱為相位角差或相位差，用所以第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電

圖1.3正弦交流電的同相和反相第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電

1.1.2正弦量的相量表示法正弦量可以用旋轉(zhuǎn)的有向線段來表示。有向線段表示正弦量即是正弦量的向量表示法，除此之外，正弦向量可以用復(fù)數(shù)表示。第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電

1.1.3、交流電路組成元件電阻元件、電感元件、電容元件都是組成電路模型的理想元件。所謂理想，就是突出其主要性質(zhì)，而忽略其次要因素。電阻元件具有消耗電能的電阻性，電感元件突出其電感性，電容元件突出其電容性。其中，電阻元件是耗能元件，后兩者是儲能元件。直流電路中所加電壓和電路參數(shù)不變，電路中的電流、功率以及電場和磁場所儲存的能量也都不變化。但是在交流電路中則不然，由于所加電壓隨時間而交變，故電路中的電流、功率及電場和磁場儲存的能量也都是隨時間而變化的。所以在交流電路中，電感元件中的感應(yīng)電動勢和電容元件中的電流均不為零，但在直流電路穩(wěn)定狀態(tài)下，電感元件可視作短路，電容元件可視作開路。第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電

1.電阻元件或電阻元件上電能全部被消耗掉并轉(zhuǎn)換為熱能。第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電

2.電磁感應(yīng)原理與電感元件

或圖1.6電感示意圖或通過推導(dǎo)，自感電電動勢的表達(dá)式為：第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電

2.電磁感應(yīng)原理與電感元件

或圖1.7電感元件與表示符號這說明當(dāng)電感元件中電流增大時，磁場能量增大；在此過程中，電感元件從電源取用能量，并轉(zhuǎn)換為磁能，轉(zhuǎn)換的大小為。當(dāng)電流減小時，磁場能量減小，磁能轉(zhuǎn)換為電能，即電感元件向電源釋放能量。第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電

3．電容元件

這說明當(dāng)電容元件上電壓增高時，電場能量增大；在此過程中電容元件從電源取用能量（充電）。當(dāng)電壓降低時，電場能量減小，即電容元件向電源釋放能量（放電）。第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電

1.1.4電阻、電感和電容元件交流電路1．電阻元件交流電路圖1.9a是一個線性電阻元件的交流電路。電壓和電流的正方向如圖所示，兩者關(guān)系由歐姆定律確定，即。圖1.9電阻元件交流電路a)電路圖；b)電壓與電流正弦波形圖；c)矢量圖；d)功率圖如用相量表示電壓與電流的關(guān)系，則為歐姆定律的相量表示式第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電

1.1.4電阻、電感和電容元件交流電路1．電阻元件交流電路。

由于在電阻元件的交流電路中與同相，它們同時為正，同時為負(fù)，所以瞬時功率總是正值，即瞬時功率為正，這表明外電路從電源取用能量。在電阻元件電路中，平均功率為

圖1.9電阻元件交流電路a)電路圖；b)電壓與電流正弦波形圖；c)矢量圖；d)功率圖第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電

1.1.4電阻、電感和電容元件交流電路2．電感元件交流電路。

圖1.10電感元件交流電路a)電路圖；b)電壓與電流正弦波形圖；c)矢量圖；d)功率圖設(shè)電流為參考正弦量，即則在電感元件電路中，在相位上電流比電壓滯后90°。感抗

單位為歐姆歐姆定律的相量表示式第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電

1.1.4電阻、電感和電容元件交流電路2．電感元件交流電路。

圖1.10電感元件交流電路a)電路圖；b)電壓與電流正弦波形圖；c)矢量圖；d)功率圖當(dāng)和正負(fù)相同時，為正值，電感處于受電狀態(tài)，它從電源取用電能；反之電感處于供電狀態(tài)，它把電能歸還電源。電感元件電路的平均功率為零，即電感元件的交流電路中沒有能量消耗，只有電源與電感元件間的能量互換。這種能量互換的規(guī)模我們用無功功率來衡量，我們規(guī)定無功功率等于瞬時功率的幅值，即單位是乏（var）第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電

1.1.4電阻、電感和電容元件交流電路3．電容元件交流電路。

圖1.11電容元件交流a)電路圖；b)電壓與電流正弦波形圖；c)矢量圖；d)功率圖若在電容器兩端加一正弦電壓則在電容元件電路中，在相位上電流比電壓超前90°。容抗第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電

1.1.4電阻、電感和電容元件交流電路3．電容元件交流電路。

圖1.11電容元件交流a)電路圖；b)電壓與電流正弦波形圖；c)矢量圖；d)功率圖當(dāng)和方向相同時，為正值，電容處于充電狀態(tài)，它從電源取用電能；當(dāng)和方向相反時，為負(fù)值，電容處于放電狀態(tài)，它把電能歸還電源。電容元件電路的平均功率也為零，即電容元件的交流電路中沒有能量消耗，只有電源于電容元件間的能量交換。這種能量互換的規(guī)模我們用無功功率來衡量，我們規(guī)定無功功率等于瞬時功率的幅值。第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電

1.1.5混合電路及功率因數(shù)。

根據(jù)克希荷夫電壓定律可列出設(shè)電流為參考正弦量，則電阻元件上的電壓與電流同相，即第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電

1.1.5混合電路及功率因數(shù)。

由電壓相量、及所組成的直角三角形，稱為電壓三角形。

阻抗三角形第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電

1.1.5混合電路及功率因數(shù)。

稱為功率因數(shù)在電感性負(fù)載并聯(lián)電容器以后，減少了電源與負(fù)載之間的能量互換。這時感性負(fù)載所需的無功功率，大部分或全部都是由電容器供給，就是說能量互換現(xiàn)在主要或完全發(fā)生在電感性負(fù)載與電容器之間，因而使發(fā)電機容量能得到充分利用。其次，從相量圖上可見，并聯(lián)電容器以后，線路電流也減小了，功率損耗也降低了。第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電

1.1.5混合電路及功率因數(shù)。

第一章電的基礎(chǔ)知識

1.1正弦交流電

1.1.5混合電路及功率因數(shù)。

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1.2三相電路

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1.2.1三相電壓圖1.15發(fā)電機的星形連接及其電壓向量圖a)發(fā)電機三相繞組的接法；b)發(fā)電機三相繞組電壓向量圖即將三個末端聯(lián)在一起，這一連接點稱為中點或零點，用N表示表示。

從中點引出的導(dǎo)線稱為中線，從始端A、B、C引出的三根導(dǎo)線L1、L2、L3稱為相線或端線，俗稱火線。而任意兩始端間的電壓，亦即兩火線間的電壓，稱為線電壓，其有效值用第一章電的基礎(chǔ)知識

1.2三相電路

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1.2.1三相電壓線電壓至于線電壓和相電壓在大小上的關(guān)系也很容易從相量圖上得出由此得發(fā)電機（或變壓器）的繞組在聯(lián)成星形時，可引出四根導(dǎo)線（三相四線制），這樣就可以給予負(fù)載兩種電壓。通常在低壓配電系統(tǒng)中相電壓為220V，線電壓為380V。第一章電的基礎(chǔ)知識

1.2三相電路

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1.2.2三相負(fù)載的連接方法1．三相對稱負(fù)載的Y形聯(lián)接該電路具有如下特點：1)由于三相負(fù)載對稱，在三相對稱電壓的作用下負(fù)載中的三相電流也是對稱的，而三相對稱電流的矢量和為零，所以不需接中線，三相電流依靠端線和負(fù)載互成回路。由于電路是對稱的，故電路的計算可以簡化為只計算某一單相電路。

2)各相負(fù)載承受的電壓為電源的相電壓。第一章電的基礎(chǔ)知識

1.2三相電路

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1.2.2三相負(fù)載的連接方法1．三相對稱負(fù)載的Y形聯(lián)接3)各相負(fù)載的線電流與相電流相等。4)各相支路中電壓與電流的相位差相等，大小為5)各相負(fù)載取用的功率相等，電路的總功率為

第一章電的基礎(chǔ)知識

1.2三相電路

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1.2.2三相負(fù)載的連接方法[例1.3]如圖1.17所示，有三相對稱負(fù)載，每相負(fù)載由電阻和電感構(gòu)成，R＝6，L＝25.5毫亨。負(fù)載為Y形連接，電源的=380V，f＝50Hz。畫出電路圖并求每相負(fù)載的電流和電路取用的總功率。第一章電的基礎(chǔ)知識

1.2三相電路

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1.2.2三相負(fù)載的連接方法2．三相不對稱負(fù)載的Y形聯(lián)接由于三相負(fù)載不對稱，三相電流也不對稱，其三相電流的矢量和不為零，必須引一根中線供電流不對稱部分流過，即必須用三相四線制。由于中性線的作用，電流構(gòu)成了相互獨立的回路。不論負(fù)載有無變動，各相負(fù)載承受的電源相電壓不變，從而保證了各相負(fù)載的正常工作。一般情況下，中線電流小于端線電流，通常取中線的截面積小于端線的截面積。通過分析得到三相不對稱負(fù)載的各相支路的計算需要對A、B、C三個單項分別進(jìn)行計算。第一章電的基礎(chǔ)知識

1.2三相電路

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1.2.2三相負(fù)載的連接方法2．三相不對稱負(fù)載的Y形聯(lián)接第一章電的基礎(chǔ)知識

1.2三相電路

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1.2.2三相負(fù)載的連接方法2．三相不對稱負(fù)載的Y形聯(lián)接第一章電的基礎(chǔ)知識

1.2三相電路

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1.2.2三相負(fù)載的連接方法2．三相不對稱負(fù)載的Y形聯(lián)接[例1.5]圖1.19為由白熾燈組成的三相不對稱負(fù)載電路。A相負(fù)載為兩個220V、60W的燈泡，B相為6個220V、60W的燈泡。試分析中線斷開，C相負(fù)載開路和短路時，A相和B相負(fù)載的電壓變化情況。第一章電的基礎(chǔ)知識

1.2三相電路

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1.2.2三相負(fù)載的連接方法3．三相負(fù)載的三角形連接該電路的特點是：1)△形聯(lián)接沒有零線，只能配接三相三線制電源，無論負(fù)載平衡與否各相負(fù)載承受的電壓均為線電壓；2)各相負(fù)載與電源之間獨自構(gòu)成回路，互不干擾；第一章電的基礎(chǔ)知識

1.2三相電路

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1.2.2三相負(fù)載的連接方法3．三相負(fù)載的三角形連接3)各相負(fù)載的相電流為：4)在△形連接的各端點上均有三條支路，所以線電流；不等于相電流，當(dāng)三相負(fù)載對稱時，三個相電流和三個線電流都對稱，兩者之間的關(guān)系為：5)設(shè)每相負(fù)載電壓與電流的相位差為，如果負(fù)載對稱，則電路取用的總功率為：當(dāng)負(fù)載不對稱時：第一章電的基礎(chǔ)知識

1.2三相電路

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1.2.2三相負(fù)載的連接方法3．三相負(fù)載的三角形連接

[例1.6]在圖1.21中，。求相電流、線電流和總功率。

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1.3變壓器與電動機

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1.3.1變壓器1．工作原理由E=4.44fWφ可知K稱為變壓器的變比第一章電的基礎(chǔ)知識

1.3變壓器與電動機

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1.3.1變壓器2．變壓器結(jié)構(gòu)變壓器是由鐵芯、繞組、冷卻裝置、絕緣套管等組成，變壓器結(jié)構(gòu)如圖1.23所示。鐵芯和繞組是變壓器的主體。第一章電的基礎(chǔ)知識

1.3變壓器與電動機

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1.3.1變壓器3．變壓器分類變壓器按用途分有：電力變壓器、試驗用變壓器、儀器用變壓器、特殊用途變壓器。變壓器按相數(shù)分有；單相和三相兩種。建筑用電一般采用三相電力變壓器變壓器按其冷卻方式分有：油浸式變壓器（油浸自冷式、油浸風(fēng)冷式和強迫油循環(huán)等）、干式變壓器、充氣式變壓器、蒸發(fā)冷卻變壓器。變壓器按其繞組材質(zhì)分有：銅繞組和鋁繞組兩種。變壓器按繞組形式分有：自耦變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器第一章電的基礎(chǔ)知識

1.3變壓器與電動機

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1.3.1變壓器4．變壓器的鉻牌第一章電的基礎(chǔ)知識

1.3變壓器與電動機

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1.3.1變壓器額定電壓：原邊額定電壓是根據(jù)變壓器的絕緣強度和允許發(fā)熱程度而規(guī)定的原邊應(yīng)加的正常工作電壓。副邊額定電壓是指原邊加額定電壓時副邊的開路電壓即空載電壓。對三相變壓器而言，原邊和副邊額定電壓均指線電壓，單位為千伏或伏。額定電流：原邊額定電流和副邊額定電流是根據(jù)變壓器允許發(fā)熱程度而規(guī)定的原邊與副邊中長期容許通過的最大電流值。對三相變壓器而言，原邊額定電流和副邊額定電流均為線電流。額定容量：是指變壓器在額定工作條件下的輸出能力，即視在功率。用副邊額定電壓與額定電流的乘積來表示，單位為千伏安。第一章電的基礎(chǔ)知識

1.3變壓器與電動機

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1.3.1變壓器額定容量：是指變壓器在額定工作條件下的輸出能力，即視在功率。用副邊額定電壓與額定電流的乘積來表示，單位為千伏安。額定頻率：是指變壓器運行時允許的外加電源頻率。我國電力變壓器的額定頻率為50Hz。溫升：是指變壓器額定運行時，允許內(nèi)部溫度超過周圍標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度的數(shù)值。變壓器的效率：是指變壓器輸出有功功率P2與輸入有功功率P1之比，一般用百分?jǐn)?shù)表示：第一章電的基礎(chǔ)知識

1.3變壓器與電動機

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1.3.1變壓器[例1.7]有一臺三相油浸自冷式鋁線變壓器，SN＝180kVA，YYn0接法，U1N/U2N＝10/0.4kV，試求一次、二次繞組的額定電流各是多大？解：第一章電的基礎(chǔ)知識

1.3變壓器與電動機

1.3.2三相異步電動機1．三相異步電動機結(jié)構(gòu)圖1.24三相鼠籠式電動機的外形圖1.25三相鼠籠式電動機的結(jié)構(gòu)1—定子；2—風(fēng)罩；3—端蓋；4—轉(zhuǎn)子；5—風(fēng)扇；6—軸第一章電的基礎(chǔ)知識

1.3變壓器與電動機

1.3.2三相異步電動機1．三相異步電動機結(jié)構(gòu)（1）定子定子由定子鐵芯、定子繞組和機座三部分組成。定子鐵芯是電動機的磁路部分。定子繞組是異步電動機的電路部分，與三相電源相連。主要作用是通過定子電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。

機座是電動機的外殼和固定部分，通常用鑄鐵或鑄鋼制成。其作用是固定定子鐵芯和定子繞組，并以前后兩端支承轉(zhuǎn)子軸，它的外表面還有散熱作用。第一章電的基礎(chǔ)知識

1.3變壓器與電動機

1.3.2三相異步電動機1．三相異步電動機結(jié)構(gòu)圖1.26三相異步電動機的定子接線a）星形聯(lián)結(jié)b）三角形聯(lián)結(jié)第一章電的基礎(chǔ)知識

1.3變壓器與電動機

1.3.2三相異步電動機1．三相異步電動機結(jié)構(gòu)（2）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是異步電動機的旋轉(zhuǎn)部分，由轉(zhuǎn)軸、鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組三部分組成，它的作用是輸出機械轉(zhuǎn)矩，拖動負(fù)載運行。轉(zhuǎn)子鐵芯也是由硅鋼片疊成，轉(zhuǎn)子鐵心固定在轉(zhuǎn)軸上，呈圓柱形，外圓側(cè)表面沖有均勻分布的槽，槽內(nèi)嵌放轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子繞組在結(jié)構(gòu)上分為鼠籠式和繞線式兩種。

圖1.27鼠籠式轉(zhuǎn)子a）嵌銅條；b）鑄鋁第一章電的基礎(chǔ)知識

1.3變壓器與電動機

1.3.2三相異步電動機1．三相異步電動機結(jié)構(gòu)（2）轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組一樣，也是三相對稱繞組，但通常接成星形，每相的始端聯(lián)接在三個銅制的滑環(huán)上，滑環(huán)固定在轉(zhuǎn)軸上，環(huán)與環(huán)、環(huán)與轉(zhuǎn)軸都互相絕緣，在環(huán)上用彈簧壓著碳質(zhì)電刷。繞線式電動機結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本比鼠籠式電動機高，但它具有較好的起動性能，在一定范圍內(nèi)它的調(diào)速性能也比鼠籠式電動機好。

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1.3變壓器與電動機

1.3.2三相異步電動機2.三相異步電動機工作原理圖1.28三相異步電動機工作原理圖旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為n1=60f/p旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1和異步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n的轉(zhuǎn)速差Δn為Δn=n1-n它是旋轉(zhuǎn)磁場相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。通常用轉(zhuǎn)差率來表示旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相差的程度，以s來表示s=Δn/n1第一章電的基礎(chǔ)知識

1.3變壓器與電動機

1.3.2三相異步電動機3．三相電動機鉻牌三相異步電動機型號Y160M-4功率11kW頻率50Hz電壓380V電流22.6A接法Δ轉(zhuǎn)速1460r/min溫升75oC絕緣等級B防護等級IP44重量120kg工作方式S1XX電機廠年月圖1.29三相異步電動機的鉻牌第一章電的基礎(chǔ)知識

1.3變壓器與電動機

1.3.2三相異步電動機3．三相電動機鉻牌電動機鉻牌上的功率是指電動機的額定功率，也稱容量。