電工技術(shù)及應(yīng)用

“電工技術(shù)及應(yīng)用”課程是發(fā)電廠及電力系統(tǒng)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門實踐性很強的課程。其任務(wù)是：以典型交直流電路為載體，通過完成電路參數(shù)和典型工作電路的分析和制作，將電工電路的基本理論與實踐技能有機地融合，配合電工裝配仿真實訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生具有電路分析的工程計算能力和操作能力。為學(xué)生以后參加電類方面的工作打下必要的基礎(chǔ)，使學(xué)生有一定的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識和能力。本學(xué)期學(xué)習(xí)內(nèi)容項目一簡單直流電阻電路分析及應(yīng)用

任務(wù)1.1儀器儀表的使用及電位測量任務(wù)1.2電阻串聯(lián)、并聯(lián)的應(yīng)用任務(wù)1.3電阻星型和三角形等效互換任務(wù)1.4電阻伏安特性的測定

項目二復(fù)雜直流電阻電路分析及應(yīng)用任務(wù)2.1基爾霍夫定律的驗證任務(wù)2.2疊加定理及驗證任務(wù)2.3電源的等效變換任務(wù)2.4戴維南定理的驗證

本學(xué)期學(xué)習(xí)內(nèi)容

項目三單相正弦交流電路及應(yīng)用任務(wù)3.1單相交流電在白熾燈照明電路中的應(yīng)用任務(wù)3.2R、L串聯(lián)電路在日光燈電路中的應(yīng)用任務(wù)3.3R-L-C串聯(lián)電路分析應(yīng)用任務(wù)3.4日光燈電路中功率因數(shù)的提高項目四三相正弦交流電路及應(yīng)用任務(wù)4.1：三相照明電路星形連接任務(wù)4.2：三相照明電路三角形連接任務(wù)4.3：三相電路有功功率的測量成績比例分配成績評定內(nèi)容比例分配平時成績20%期中考試20%期末考試50%實驗10%項目一簡單直流電阻電路分析及應(yīng)用一、電路的類型1.電路的基本概念：電流流經(jīng)的路徑。2.電路的組成：由電源、負載和中間環(huán)節(jié)組成。3.電路類型：（1）傳輸和轉(zhuǎn)換電能的電路（2）傳遞和處理信號的電路實踐中的電路：1)直流電路。2)三相交流電路。3)單相交流電路(簡稱交流電路)。任務(wù)1.1

儀器儀表的使用及電位測量電路各部分的功能電源：產(chǎn)生電能，將其他能量轉(zhuǎn)換為電能。負載：用電設(shè)備總稱，將電能轉(zhuǎn)換為其他能量。中間環(huán)節(jié)：電路中傳輸、分配、控制電能作用。二、電路元件與電路模型電源負載實體電路中間環(huán)節(jié)

與實體電路相對應(yīng)、由理想元件構(gòu)成的電路圖，稱為實體電路的電路模型。電路模型負載電源開關(guān)連接導(dǎo)線SRL+

U–IUS+_R0白熾燈的電路模型可表示為：

實際電路器件品種繁多，其電磁特性多元而復(fù)雜，采取模型化處理可獲得有意義的分析效果。如iR

R

L消耗電能的電特性可用電阻元件表征產(chǎn)生磁場的電特性可用電感元件表征由于白熾燈中耗能的因素大大于產(chǎn)生磁場的因素，因此L可以忽略。

理想電路元件是實際電路器件的理想化和近似，其電特性單一、確切，可定量分析和計算。白熾燈電路RC+

US–電阻元件只具耗能的電特性電容元件只具有儲存電能的電特性理想電壓源輸出電壓恒定，輸出電流由它和負載共同決定理想電流源輸出電流恒定，兩端電壓由它和負載共同決定L電感元件只具有儲存磁能的電特性IS理想電路元件分有無源和有源兩大類無源二端元件有源二端元件

必須指出，電路在進行上述模型化處理時是有條件的：實際電路中各部分的基本電磁現(xiàn)象可以分別研究，并且相應(yīng)的電磁過程都集中在電路元件內(nèi)部進行。這種電路稱為集中參數(shù)元件的電路。

集中參數(shù)元件的特征1.電磁過程都集中在元件內(nèi)部進行，其次要因素可以忽略。如R，L、C這些只具有單一電磁特性的理想電路元件。2.

任何時刻從集中參數(shù)元件一端流入的電流恒等于從它另一端流出的電流，并且元件兩端的電壓值完全確定。

工程應(yīng)用中，實際電路的幾何尺寸遠小于工作電磁波的波長，因此都符合模型化處理條件，均可按集中假設(shè)為前提，有效地描述實際電路，從而獲得有意義的電路分析效果。（1）電氣設(shè)備的額定值電氣設(shè)備長期、安全工作條件下的最高限值稱為額定值。又稱為銘牌值。電氣設(shè)備的額定值是根據(jù)設(shè)計、材料及制造工藝等因素，由制造廠家給出的技術(shù)數(shù)據(jù)。

3.電路的三種工作狀態(tài)電氣設(shè)備的工作狀態(tài)：

電氣設(shè)備在實際使用時其電壓、電流和功率的實際值不一定等于它們的額定值。滿載——電氣設(shè)備工作在額定值。超載（過載）——電氣設(shè)備超過額定值使用。會造成裝置的損害。輕載——電氣設(shè)備低于額定值使用，將使裝置的效率低下或不能正常工作。額定值的表示：PN、UN、IN（2）電路的三種工作狀態(tài)I＝US÷(RS＋RL)（1）負載狀態(tài)（通路）

＋U=US－IRS

－RLS＋

US－RS（2）開路＋U=US－I＝0S＋

US－RSRL＋U=0－I＝US/RS（3）短路RLS＋

US－RS=0

＋U=US－IRS

－RLS＋

US－RSI＝US÷(RS＋RL)1.負載狀態(tài)特征：1）電路中的電流為：US、Rs一定時，電流由負載R的大小決定。2）電源的端電壓為：電源的端電壓總是小于電源電動勢。3）電源輸出功率為：等于負載電阻吸收的功率，這樣整個電路功率就平衡了。輸出功率的大小除了電源外，還決定與負載的大小，負載的電阻越小電流越大，輸出的功率就越大。＋U=US－I＝0S＋

US－RSRL2、開路狀態(tài)特征：1）電路中電流為零，即I=02）電源兩端的電壓等于電源的電動勢，即

3）電源的輸出功率和負載所吸收的功率均為零。P=0

＋U=US－IRS

－RLS＋

US－RS3、短路狀態(tài)特征：1）此時電源輸出的電流最大，負載上的電流為零，電源輸出的電流為：相當(dāng)于RL=02）電源和負載的端電壓均為零，即

3）電源對外輸出的功率和負載上吸收的功率均為零，電動勢所發(fā)出的功率全部消耗在內(nèi)阻上。短路電流很大，應(yīng)避免出現(xiàn)短路現(xiàn)象。低壓供電系統(tǒng)，用熔斷器（保險絲）進行短路保護。三、電流1．電流的形成：電荷的定向移動形成電流。電流強度：單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體任一橫截面的電量，叫電流強度，用于衡量電流大小。2.電流方向：正電荷運動方向，習(xí)慣稱為電流的實際方向。參考方向概念：對于一個元件，在電壓（或電流）可能的兩個方向中任選的一個方向稱為參考方向。電流的參考方向可以用以下兩種方式表示，如下圖所示：正負號問題：若實際方向與參考方向相同，前加正號；若實際方向與參考方向相反，前加負號。正負號問題：若實際方向與參考方向相同，前加正號；若實際方向與參考方向相反，前加負號。電流參考方向與實際方向的關(guān)系有關(guān)參考方向的注意事項：電路中，電流、電壓的參考方向用實線箭頭表示，需要時，用虛線箭頭表示其實際方向。1）電流、電壓的方向客觀存在,參考方向人為選定。2）同一電流（或電壓），參考方向選擇不同，其表示結(jié)果為等大異號。如：Uab=-Uba,Iab=-Iba3）無特殊說明，電流、電壓均為帶有正負號的參考量，不指明參考方向談?wù)摵翢o意義。參考方向一經(jīng)選定不能隨意變動。直流電流：大寫I表示電流單位：安培（安），A

千安，kA

毫安，mA

【例1-2】閃電時的放電時間t=2ms，電荷Q=0.24C，請計算：1）放電時的電流I。

2）計算2ms內(nèi)的基本電荷數(shù)。解：1）

2)3.電流的測量測量時電流表串聯(lián)接于電路中，有直流電流表、交流電流表兩種,萬用表也可用作電流表使用,如下圖：

應(yīng)用：熱效應(yīng)：電烙鐵、熔斷器磁效應(yīng)：電動機、接觸器、繼電器光效應(yīng)：熒光燈、發(fā)光二極管、白熾燈化學(xué)效應(yīng)：電解、電鍍、蓄電池生理效應(yīng)：電療設(shè)備

4．電流效應(yīng)5．電流密度將每平方毫米橫截面的電流稱為電流密度J。（單位：A/mm）電流密度越大，導(dǎo)體越容易發(fā)熱。小截面導(dǎo)線的允許電流密度大于大截面導(dǎo)線的允許電流密度?！纠?-3】通過白熾燈泡的電流I=0.2A，求下列情況的電流密度：1）截面積為1.5mm的導(dǎo)線。2）直徑為0.03mm的燈絲。解：1)J=2）S=mmJ=電壓概念：電場力把單位正電荷從電場中a點移到b點所做的功，稱為兩點間電壓，用u表示。四、電壓電壓方向：正電荷運動其能量減少的方向，習(xí)慣稱為電壓的實際方向。電壓的實際方向為由高電位指向低電位，也稱為電位降或電壓降。電壓的參考方向表示方法有三種:1）用“＋”、“－”參考極性表示：“+”極表示高電位點，“－”極表示低電位點2）用箭頭表示：箭頭指向“+”極→“－”極3）用雙下標(biāo)表示：Uab表示參考方向為從a指向b。電壓的參考方向與實際方向的關(guān)系電壓具有四個性質(zhì)：1）兩點間電壓具有唯一確定數(shù)值：兩點間電壓只和位置有關(guān)，與移動的路徑無關(guān)。2）電壓有大小、方向：電壓大小與參考點無關(guān)，電壓實際方向是由高電位指向低電位。3）當(dāng)電壓和電流的參考方向選擇一致時，稱為關(guān)聯(lián)參考方向。即電流的參考方向是從電壓的“十”極流人，“一”極流出。4）沿任一閉合回路走一圈，各段電壓的和恒為零。

關(guān)聯(lián)參考方向與非關(guān)聯(lián)參考方向

對某一段電路或某一元件，若選擇電流、電壓參考方向一致，稱關(guān)聯(lián)參考方向；如不一致，稱非關(guān)聯(lián)參考方向。

如果采用關(guān)聯(lián)方向，在標(biāo)示時標(biāo)出一種即可。

電壓的測量：電壓表并聯(lián)接于電路中，有直流電壓表、交流電壓表兩種。電壓單位：伏特（伏），V

千伏，kV毫伏，mV微伏，μV

直流電壓：大寫U表示安全電壓規(guī)定1)在有觸電危險的場所使用的手提式電動工具，電壓不大于42V。2)隧道、有導(dǎo)電粉塵或高度低于2.5m等場所的照明電壓及機床局部照明電壓，不大于36V。3)在潮濕和易觸及帶電體場所使用的移動式燈，電壓不大于24V。4)在特別潮濕場所、導(dǎo)電良好的地面、礦井、鍋爐內(nèi)或金屬容器內(nèi)作業(yè)的照明電壓，不大于12V。此外，安全電壓必須由獨立電源(化學(xué)電池或與高壓無關(guān)的柴油發(fā)電機)或安全隔離變壓器(行燈變壓器)供電。安全電壓回路應(yīng)相對獨立，與其他電氣系統(tǒng)實行電氣上的隔離。電位概念：在電路中，任選一點為參考點，則某一點到參考點之間的電壓，稱作該點的電位。用V表示。單位同電壓單位。五、電位選O點為參考點，Va=UaoVo=0，參考點也叫零電位點對上圖，有：Va=Uao，Vb=Vbo，Uab=Uao+Uob=Uao-Ubo=Va-Vb結(jié)論：兩點間的電壓等于兩點間的電位差。所以電壓也叫電位差。亦可知電壓方向是高電位指向低電位。電路的參考點改變了，各點電位隨之而變，但任意兩點之間的電壓不隨參考點的改變而變化。解：U==12V一3V=9V【例1.1-3】計算如圖所示電源設(shè)備端子5,2間電壓。等電位點：如果兩點間電位相等，電壓為零，這兩點稱為等電位點。等電位點之間的支路，可以去掉，也可以