電梯電氣技術(shù)基礎(chǔ)電梯電氣控制技術(shù)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.掌握電工、電子技術(shù)、電動(dòng)機(jī)和電力拖動(dòng)、電氣自動(dòng)控制和電氣測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)。2.初步學(xué)會(huì)相關(guān)的基本操作。

電梯電氣技術(shù)基礎(chǔ)電梯電氣控制技術(shù)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

1.認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)單電路的基本結(jié)構(gòu)，了解電路的組成和電路的三種狀態(tài)。2.掌握電路的基本物理和基本定律，能進(jìn)行簡(jiǎn)單的電路分析與計(jì)算。3.了解交流電的基本概念，正弦交流電的“三要素”和表示方法。4.掌握電路的三種基本元件──電阻R、電感L、電容C在交流電路中的特征和RL串聯(lián)電路的分析方法。在此基礎(chǔ)上，建立阻抗、有功功率、無(wú)功功率和功率因數(shù)等基本概念。5.掌握三相交流電路的基本概念和分析、計(jì)算方法。1電工技術(shù)基礎(chǔ)電梯電氣控制技術(shù)【新課導(dǎo)入】

1.簡(jiǎn)略復(fù)習(xí)上節(jié)課的內(nèi)容；2.簡(jiǎn)略介紹本次課（“學(xué)習(xí)任務(wù)4-1”）的主要教學(xué)內(nèi)容與8學(xué)時(shí)的教學(xué)安排。電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

一、電路

電路就是電流通過(guò)的路徑。對(duì)電能的利用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是作為能源，二是作為信號(hào)。因此電路的作用也有兩個(gè)方面：一是實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換，如通過(guò)電網(wǎng)（電路）將發(fā)電站（廠）發(fā)出的電輸送到各個(gè)用電的地方，供各種電氣設(shè)備使用，將電能轉(zhuǎn)換成所需要的其他各種能量；電路的另一個(gè)作用是實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸、處理和儲(chǔ)存，如電視接收天線將具有音像信息的電視信號(hào)通過(guò)高頻傳輸線輸送到電視機(jī)中，經(jīng)過(guò)電視機(jī)的處理還原出原來(lái)的音像信息，在電視機(jī)的屏幕上顯示出圖像并在揚(yáng)聲器中發(fā)出聲音。

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一、電路

最簡(jiǎn)單的電路由電源、負(fù)載、開(kāi)關(guān)和連接導(dǎo)線組成，如圖4-1所示。(1)電源—電源在電路中的作用是將其他能量轉(zhuǎn)換成電能。一般把電源內(nèi)部的電路稱為內(nèi)電路（如圖4-1中的點(diǎn)劃線部分），而把電源外部的電路稱為外電路。(2)負(fù)載—負(fù)載是將電能轉(zhuǎn)換成非電形態(tài)能量的用電設(shè)備。(3)連接導(dǎo)線和起控制、保護(hù)作用的其他電器（如開(kāi)關(guān)、熔斷器）等。電梯電氣控制技術(shù)P128圖4-1最簡(jiǎn)單的電路

二、電流

電荷在導(dǎo)體中的定向移動(dòng)形成了電流。電流用字母I表示。電流的大小等于單位時(shí)間t內(nèi)流過(guò)導(dǎo)體截面積的電荷量Q，即式中，電流的單位是A（安），常用的電流單位還有mA（毫安）和μA（微安）；電荷量Q的單位為C（庫(kù)）；時(shí)間的t單位為s（秒）。電流單位的換算關(guān)系為1A=103mA=106μA

電流是有方向的，習(xí)慣上規(guī)定正電荷移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向。如果電流的方向不隨時(shí)間變化，則稱為直流電流；如果電流的方向隨時(shí)間作周期性的變化，則稱為交流電流。

在進(jìn)行電路的分析計(jì)算時(shí)，往往預(yù)先標(biāo)注出一個(gè)電流方向，稱為參考方向。如果按照參考方向計(jì)算出來(lái)的電流值為正值，則說(shuō)明實(shí)際方向與參考方向相同；如果計(jì)算出來(lái)的電流值為負(fù)值，則說(shuō)明實(shí)際方向與參考方向相反。

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三、電壓和電位

1.電壓

在電源內(nèi)具有電能，如果用導(dǎo)線將電源與用電負(fù)載相連接，就會(huì)有電流流過(guò)負(fù)載（如負(fù)載是照明燈，電流通過(guò)就會(huì)使照明燈發(fā)光）。負(fù)載兩端就會(huì)有一定的電壓。

電壓是使電荷發(fā)生定向移動(dòng)形成電流的原因。電壓用字母U表示。電壓的單位是V（伏），其他常用的單位還有mV（毫伏）和kV（千伏）。電壓?jiǎn)挝坏膿Q算關(guān)系為1V=103mV=10-3kV

2.電位

就像空中的每一點(diǎn)都有一定的高度一樣，電路中的每一點(diǎn)也都有一定的電位。正如空間高度的差異才使液體從高處往低處流動(dòng)一樣，電路中電流的產(chǎn)生也必須有一定的電位差。在電源外電路中，電流從高電位點(diǎn)流向低電位點(diǎn)。電位用字母V表示，加注下標(biāo)表示不同點(diǎn)的電位值，如VA、VB分別表示電路中A、B兩點(diǎn)的電位值。電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

三、電壓和電位2.電位

就像衡量空中的高度要有一個(gè)計(jì)算的起點(diǎn)（如海平面）一樣，衡量電路中電位的高低也要有一個(gè)計(jì)算電位的起點(diǎn)，稱為零電位點(diǎn)，該點(diǎn)的電位值規(guī)定為0V。原則上零電位點(diǎn)是可以任意指定的，但在電氣系統(tǒng)中習(xí)慣上規(guī)定大地為零電位點(diǎn)，在電子設(shè)備中經(jīng)常以金屬底板或外殼作為零電位點(diǎn)。零電位點(diǎn)確定之后，電路中任何一點(diǎn)的電位就都有了確定的數(shù)值，這就是該點(diǎn)與零電位點(diǎn)之間的電位差（電壓）。已知各點(diǎn)的電位，就能求出任意兩點(diǎn)之間的電位差（電壓）。例如：已知電路中A點(diǎn)的電位為5V，B點(diǎn)的電位為3V，則A、B兩點(diǎn)之間的電壓為UAB=VA-VB=(5-3)V=2V。電梯電氣控制技術(shù)

四、電阻和歐姆定律1.電阻

導(dǎo)體對(duì)電流的通過(guò)具有一定的阻礙作用，稱為電阻。電阻用字母R或r表示。導(dǎo)體的電阻大小計(jì)算公式為式中，電阻R的單位為Ω（歐）；ρ為導(dǎo)體的電阻率，單位為Ω·m，不同導(dǎo)體的電阻率是不同的；l為導(dǎo)體的長(zhǎng)度，單位為m（米）；A為導(dǎo)體的橫截面積，單位為m2。由此可見(jiàn)，導(dǎo)體越長(zhǎng)，電阻率越大，電阻值就越大；而導(dǎo)體越粗（橫截面積越大），其電阻值就越小。

除超導(dǎo)體外，世界上所有物質(zhì)都有電阻，電阻很小的物體稱導(dǎo)體，如銅、銀、鋁、鐵等金屬材料以及石墨、碳等非金屬材料；電阻極大的物體稱絕緣體；如橡皮、塑料、玻璃、陶瓷等材料；電阻介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體武器半導(dǎo)體，如硅、鍺等材料。各種常用的電阻器如圖4-2所示。電梯電氣控制技術(shù)

1.電阻

各種常用的電阻器如圖4-2所示。

(a)線性電阻(b)非線性電阻圖4-2常用的電阻器

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四、電阻和歐姆定律

2.歐姆定律

歐姆定律是反映電路中電壓、電動(dòng)勢(shì)、電流、電阻等物理量?jī)?nèi)在關(guān)系的一個(gè)極為重要的定律，也是電工技術(shù)中一個(gè)最基本的定律。用公式表示為

（4-1）在式中，U的單位為V，I的單位為A，R的單位為Ω。經(jīng)常用到的電阻單位還有kΩ和MΩ，換算關(guān)系為1MΩ=103kΩ=106Ω電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

五、電路的狀態(tài)

電路有開(kāi)路、工作和短路三種狀態(tài)。

1.開(kāi)路狀態(tài)

如果圖4-1中的開(kāi)關(guān)S沒(méi)有閉合，負(fù)載RL與電源E斷開(kāi)，電路中沒(méi)有電流流過(guò)，此時(shí)電源與負(fù)載之間沒(méi)有能量的轉(zhuǎn)換和傳輸，電路的這種狀態(tài)稱為開(kāi)路。在開(kāi)路時(shí)，電路中電流I=0，電源的兩個(gè)輸出端A、B之間的電壓稱為電源電動(dòng)勢(shì)E，其方向由低電位端指向高電位端。在開(kāi)路狀態(tài)下，電源兩端電壓U等于電動(dòng)勢(shì)E，即

U=E電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

五、電路的狀態(tài)

2.工作狀態(tài)

當(dāng)圖4-1中的開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，電路接通，電流在回路中流過(guò)，進(jìn)行能量的傳輸和轉(zhuǎn)換，電路處于工作狀態(tài)（也稱為通路狀態(tài)）。根據(jù)能量守恒定律，在電源內(nèi)部所產(chǎn)生的電能應(yīng)等于負(fù)載所消耗的電能加上電源內(nèi)部（內(nèi)電阻）和線路所消耗的電能。在工作狀態(tài)下，電路的電流I與電動(dòng)勢(shì)E及負(fù)載電阻RL、電源內(nèi)阻RO之間的關(guān)系為：

（4-2）

式（4-2）稱為全電路歐姆定律，而式（4-1）稱為部分電路歐姆定律。

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五、電路的狀態(tài)

3.短路狀態(tài)

短路狀態(tài)如圖4-3所示，用一根導(dǎo)線將電源的輸出端短接，電流不再流過(guò)負(fù)載。此時(shí)電源兩端電壓U=0，電路中的電流I=E/Ro，因?yàn)殡娫吹膬?nèi)電阻Ro一般很小，所以電路中的電流比正常工作時(shí)要大得多，會(huì)引起電源和導(dǎo)線過(guò)熱而燒毀。為避免短路造成的危險(xiǎn)可以在電路中接入起保護(hù)作用的元件（如熔斷器、斷路器等），在發(fā)生短路時(shí)能夠自動(dòng)及時(shí)地切斷電路。

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1.電功率

電能在單位時(shí)間所做的功稱為電功率，如果在元件或設(shè)備兩端的電壓為U，通過(guò)的電流為I，經(jīng)推導(dǎo)可以得出元件或設(shè)備的電功率為

P=UI（4-3）式中，電壓U單位為V；電流I單位為A；電功率P單位為W（瓦）。電功率常用的單位還有kW和mW，換算關(guān)系如下1kW=103W=106mW由式（4-3）以及歐姆定律可推導(dǎo)出：

（4-4）

例如：有一臺(tái)電爐的額定電壓為220V，測(cè)量出電阻值為40Ω，由式（4-4）可算出其額定功率為：

U22202

P=——=——=1210W=1.21kWR40

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六、電功率和電能

2.電能

如果元件或設(shè)備的電功率為P，電流通過(guò)的時(shí)間為t，則電能W為電功率P與時(shí)間t的乘積

W=Pt（4-5）式中，電功率P單位為W；時(shí)間t單位為s；電能W單位為J（焦）。而在實(shí)際生產(chǎn)生活中，電能常用的單位是千瓦時(shí)（kW·h），俗稱度。

例如，有一臺(tái)額定功率為150W的彩色電視機(jī)，如果平均每天電視機(jī)開(kāi)3小時(shí)，每月按30天計(jì)，則每月使用0.15×3×30=13.5度電。

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六、電功率和電能2.電能

當(dāng)加在電氣設(shè)備（負(fù)載）上的電壓為額定電壓，流過(guò)電氣設(shè)備的電流為額定電流時(shí)，該設(shè)備消耗的功率為額定功率，此時(shí)該設(shè)備工作在額定狀態(tài)下，也稱為該設(shè)備滿載運(yùn)行。如果電氣設(shè)備所加的電壓太高或流過(guò)的電流過(guò)大，很可能損壞或燒毀設(shè)備，這稱為過(guò)載運(yùn)行；反之，如果電氣設(shè)備的電壓或電流比額定值小很多，則不能達(dá)到合理的工作狀態(tài)，也不能充分利用電氣設(shè)備的工作能力，這稱之為輕載運(yùn)行。

為使電氣設(shè)備工作在合理的狀態(tài)下，就應(yīng)該使設(shè)備工作在額定狀態(tài)（或者接近額定狀態(tài)）下。因此，電氣設(shè)備的制造廠商都為其產(chǎn)品標(biāo)明了額定值，以供用戶正確使用該產(chǎn)品。有的額定值直接標(biāo)注在產(chǎn)品上，有的則印在銘牌上（如電動(dòng)機(jī)或變壓器，可見(jiàn)圖4-51），所以電氣設(shè)備的額定值也稱為銘牌值。

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七、負(fù)載的連接

1.負(fù)載的串聯(lián)

負(fù)載的連接這里主要以電阻為例介紹，推導(dǎo)出的公式和結(jié)論一般適用于其他負(fù)載。電阻沒(méi)有分支地一個(gè)接一個(gè)地依次相連接稱為串聯(lián)，如圖4-4所示。

在串聯(lián)電路中，通過(guò)各負(fù)載電阻的電流I均相同，圖4-4中各電阻兩端的電壓分別為U1=IR1

U2=IR2

U3=IR3

電路的總電壓等于各段電壓之和，即U=U1+U2+U3=IR1+IR2+IR3=I（R1+R2+R3）

所以串聯(lián)電路的等效電阻為R=U/I=R1+R2+R3電梯電氣控制技術(shù)

七、負(fù)載的連接

1.負(fù)載的串聯(lián)

圖4-4是以三個(gè)負(fù)載電阻的串聯(lián)舉例，可推算出如果有n個(gè)電阻串聯(lián)，則其等效電阻為R=R1+R2+R3+……+Rn（n=1，2，…）

（4-6）即串聯(lián)電路的等效電阻等于各電阻之和。

可見(jiàn)當(dāng)電路兩端的電壓一定時(shí)，電阻串聯(lián)可以起到限流和分壓的作用。如兩個(gè)電阻R1和R2串聯(lián)時(shí)，各電阻上分得的電壓為：R1

R2

U1=U———U2=U————R1+R2

R1+R2即電阻越大，分得的電壓越高。例如萬(wàn)用表測(cè)量電壓電路就是利用電阻串聯(lián)分壓的作用以獲得不同的電壓量程。1電工技術(shù)基礎(chǔ)

七、負(fù)載的連接

2.負(fù)載的并聯(lián)

電阻的兩端均接在兩個(gè)端點(diǎn)上，這樣的連接方式稱為并聯(lián)，如圖4-5所示。

在并聯(lián)電路中，各電阻兩端的電壓U均相同，通過(guò)各電阻的電流分別為UUUI1=——I2=——I3=——R1

R2R3

電路的總電流等于各電阻支路的電流之和，即I=I1+I2+I3=U（1/R1+1/R2+1/R3）

電梯電氣控制技術(shù)

2.負(fù)載的并聯(lián)

所以并聯(lián)電路的等效電阻為1111—=—+—+—R

R1

R2R3

同理，如果有n個(gè)電阻相并聯(lián)，則其等效電阻為11111—=—+—+—+……+—（n=1，2，…）

（4-7）RR1R2R3Rn

即并聯(lián)電路等效電阻的倒數(shù)等于各電阻的倒數(shù)之和。

電阻并聯(lián)電路對(duì)總電流有分流作用。如兩個(gè)電阻R1和R2并聯(lián)，則R2R1

I1=I————I2=I————R1+R2

R1+R2

即電阻越小，分得的電流越大。例如萬(wàn)用表測(cè)量電流電路就是利用電阻并聯(lián)分流的作用以獲得不同的電流量程。電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

八、電容和電感元件

1.電容元件

將兩個(gè)導(dǎo)體電極中間用絕緣層隔開(kāi)則構(gòu)成一個(gè)電容器，電容器極板上的電荷量Q與其兩極板間所加的電壓成正比，即C=Q/U。式中電容用大寫(xiě)英文字母C表示，電容的國(guó)際單位是F（法），經(jīng)常用到的更小的電容單位是μF（微法）和pF（皮法），換算關(guān)系為1F=106μH=1012pF

當(dāng)電壓U一定時(shí)，電容器的容量C越大，則電容器極板間儲(chǔ)存電荷量Q就越多，電容器放電的時(shí)間就越長(zhǎng)。電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

八、電容和電感元件

1.電容元件

常用電容元件分為電容值固定不變的固定電容器和電容值可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的可變電容器兩大類，按照其介質(zhì)材料的不同又可分為陶瓷、云母、塑料、紙質(zhì)和電解電容器等多種（見(jiàn)圖4-6）。電容器在工程技術(shù)中應(yīng)用很廣泛，在電子線路中可用來(lái)隔直、濾波、旁路、移相和選頻等；在電力系統(tǒng)中可用來(lái)提高電網(wǎng)的功率因數(shù)；在機(jī)械加工中可用作電火花加工。近年出現(xiàn)的石墨烯超級(jí)電容器（EDLC），其單個(gè)電容器容量可達(dá)幾十到幾百法拉。它比蓄電池體積更小、重量更輕，且不污染環(huán)境，是極具發(fā)展前途的一種儲(chǔ)能元件，可作為超級(jí)電容無(wú)軌電車的能源，也可作為純電動(dòng)汽車的能源。電梯電氣控制技術(shù)

1.電容元件(a)固定電容器陶瓷真空可變電容器

塑料單連可變電容器

半可變（微調(diào)）電容器

空氣可變電容器(b)可變電容器P134圖4-6常用電容元件電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

八、電容和電感元件2.電感元件

通常將一根導(dǎo)線繞制若干圈后構(gòu)成的元件稱為電感元件。電感元件是儲(chǔ)能元件，能把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌?chǎng)能。電感用大寫(xiě)英文字母L表示，電感的國(guó)際單位是H（亨），經(jīng)常用到的更小的電感單位是mH（毫亨）和μH（微亨），換算關(guān)系為1H=103mH=106μH

在供電線路中，電感元件（或電感性負(fù)載）很多，如各種的變壓器、電動(dòng)機(jī)和電磁鐵等，如圖4-7所示。電感元件有兩大類：繞制在非鐵磁性材料上面的線圈稱為空心電感線圈（如圖4-7h）；在空心線圈內(nèi)放置鐵磁性材料制作成鐵心的，稱為鐵心電感線圈。電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

八、電容和電感元件

2.電感元件P134圖4-7常用電感元件電梯電氣控制技術(shù)

九、交流電

㈠直流電和交流電

如果電流大小和方向都不隨時(shí)間變化，或者電流的大小隨時(shí)間作周期性變化但是方向不變，都稱為直流電。如果電流的大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化，且在一個(gè)周期內(nèi)平均值為零，這樣的電流（或電壓、電動(dòng)勢(shì)）統(tǒng)稱為交流電。

在日常生活和生產(chǎn)中使用的大多數(shù)是交流電，即使是需要直流電能供電的設(shè)備，一般也是由交流電轉(zhuǎn)換成直流電供電，只有功率較小且需要隨時(shí)移動(dòng)的設(shè)備才使用前面介紹的純直流電源，如電池供電。

交流電之所以被廣泛應(yīng)用是因?yàn)樗兄?dú)特的優(yōu)勢(shì)：首先，交流發(fā)電設(shè)備的性能好、效率高，生產(chǎn)交流電的成本較低；其次，交流電可以用變壓器變換電壓，有利于通過(guò)高壓輸電實(shí)現(xiàn)電能大范圍集中生產(chǎn)、統(tǒng)一輸送與控制；最后，使用三相交流電的三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用維護(hù)方便，是工業(yè)生產(chǎn)的主要?jiǎng)恿υ?。電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

九、交流電

㈡正弦交流電

目前廣泛使用的交流電是正弦交流電，隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的交流電是正弦交流電，其波形如圖4-8所示。

1.正弦交流電的三要素

交流電的變化快慢可以用頻率來(lái)表示，變化幅度可以用幅值來(lái)表示，而變化的起始點(diǎn)則可用初相位來(lái)表示。所以只要知道頻率、最大值和初相位這3個(gè)因素，就可以充分地表示一個(gè)正弦交流電隨時(shí)間變化的規(guī)律，所以把這3個(gè)因素稱為正弦交流電的三要素。

電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

九、交流電

㈡正弦交流電1.正弦交流電的三要素(1)周期、頻率和角頻率

①周期。周期是指交流電變化一個(gè)完整的循環(huán)所需要時(shí)間，用T表示，單位是s（秒），如圖4-8所示。

②頻率。頻率是指在單位時(shí)間內(nèi)變化的周期數(shù)，用f

表示，單位是Hz（赫）。頻率與周期的關(guān)系如下f=1/T

（4-8）電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

九、交流電

㈡正弦交流電1.正弦交流電的三要素(1)周期、頻率和角頻率

③角頻率。角頻率是指在單位時(shí)間內(nèi)變化的角度（以弧度為單位），用ω表示，單位是rad/s。角頻率與頻率、周期之間的關(guān)系如下ω=2πf=2π/T

（4-9）

例如，我國(guó)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)頻率（簡(jiǎn)稱工頻）為50Hz，其周期為：T=1/f=1/50=0.02s，角頻率為ω=2πf=2π×50≈100×3.14=314rad/s。電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

九、交流電

㈡正弦交流電1.正弦交流電的三要素(2)瞬時(shí)值、最大值和有效值

①瞬時(shí)值。正弦交流電在變化過(guò)程中每一瞬時(shí)所對(duì)應(yīng)的值稱為瞬時(shí)值。瞬時(shí)值用小寫(xiě)的英文字母表示，如i、u等。由圖4-8可見(jiàn)，交流電的大小和方向是隨時(shí)間變化的，所以每一瞬時(shí)的值其大小和方向可能都不相同，可能為正值，可能為負(fù)值，也可能為零。

②最大值。正弦交流電在一個(gè)周期內(nèi)的最大瞬時(shí)值稱為最大值，又稱為幅值或峰值。最大值用帶下標(biāo)m的大寫(xiě)的英文字母表示，如Im

、Um等。由圖4-8可見(jiàn)，交流電的最大值有正有負(fù)值，但習(xí)慣用絕對(duì)值來(lái)表示。電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

1.正弦交流電的三要素

③有效值。在實(shí)際應(yīng)用中，交流電的大小用有效值來(lái)表示，有效值用大寫(xiě)的英文字母表示，如I、U等。有效值是指如果一個(gè)交流電流通過(guò)一個(gè)電阻，在一個(gè)周期內(nèi)所產(chǎn)生的熱量與某一個(gè)直流電流在同樣的時(shí)間內(nèi)通過(guò)同一個(gè)電阻所產(chǎn)生的熱量相等，就將此直流電流的數(shù)值定義為該交流電流的有效值。經(jīng)過(guò)計(jì)算推導(dǎo)，正弦交流電的有效值與最大值之間的關(guān)系為（4-10）

在一般情況下所講的交流電壓和電流的大小，以及電器銘牌上標(biāo)注的、電氣儀表上所指示的數(shù)值都是有效值。例如我國(guó)的生活用電是220V交流電，其最大值為Um≈220/0.707≈311V。電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

九、交流電

㈡正弦交流電1.正弦交流電的三要素(3)相位、初相位和相位差

①相位

一個(gè)正弦交流電流完整的函數(shù)表達(dá)式為i=Imsin（ωt+φi）式中，i為瞬時(shí)值，Im為最大值，ω為角頻率，（ωt+φi）代表了交流電流的變化進(jìn)程，被稱為相位角，簡(jiǎn)稱相位。

②初相位。在計(jì)時(shí)的起點(diǎn)，即t=0時(shí)的相位稱為初相位φi。圖4-9中的i1和i2分別表示兩個(gè)不同初相位的正弦交流電流。電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

九、交流電

㈡正弦交流電1.正弦交流電的三要素(3)相位、初相位和相位差

③相位差。相位差是指兩個(gè)同頻率的正弦交流電報(bào)相位之差。如圖4-9所示，電流i1的相位為（ωt+φi1），初相位為φi1；電流i2的相位為（ωt+φi2），初相位為φi2，兩者之間的相位差為：

φ=（ωt+φi2）-（ωt+φi1）=φi2-φi1

（4-11）

相位、初相位和相位差的單位一般都用弧度（rad）。電梯電氣控制技術(shù)P136圖4-9初相位和相位差1電工技術(shù)基礎(chǔ)

九、交流電

㈡正弦交流電1.正弦交流電的三要素(3)相位、初相位和相位差

由圖4-9可見(jiàn)：1)i1和i2的初相位不同，即它們達(dá)到正的（或負(fù)的）幅值與零值的時(shí)刻不同，說(shuō)明它們隨時(shí)間變化的步調(diào)不一致。2)當(dāng)兩個(gè)同頻率正弦量的計(jì)時(shí)起點(diǎn)改變時(shí)，它們的相位和初相位隨之改變，但兩者之間的相位差并不改變。這和當(dāng)參考電位點(diǎn)改變時(shí)電路中各點(diǎn)的電位隨之改變，而兩點(diǎn)間的電壓（電位差）并不改變的道理是一樣的。

3)由圖可見(jiàn)φi2>φi1（即φ>0），所以i2較先到達(dá)正的幅值，稱為i2超前于i1φ角，或者說(shuō)i1滯后于i2φ角。電梯電氣控制技術(shù)(3)相位、初相位和相位差4)如果兩個(gè)正弦量初相位相同，即相位差φ=0，則稱為這兩個(gè)正弦量同相如圖4-10a所示。5)如果兩個(gè)正弦量的相位差φ=π，則稱為這兩個(gè)正弦量反相，如圖4-10b所示。P137圖4-10同相和反相電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

九、交流電

㈢電阻、電感和電容在交流電路中的特性1.單一參數(shù)交流電路

電阻、電感和電容這3種元件在交、直流電路中有不同的特性?，F(xiàn)在分析這3種元件在交流電路中的特性。注意所謂“純XX電路”，是指只考慮該元件的主要電磁性質(zhì)而忽略其他性質(zhì)。例如，純電感電路中的實(shí)際的電感元件含有電阻和分布電容，但在分析時(shí)將電阻和分布電容均忽略，只考慮其電感元件的性質(zhì)。

純電阻、電感和電容的交流電路可稱為單一參數(shù)電路，電路的基本性質(zhì)和相互關(guān)系可歸納為表4-1。電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

九、交流電

㈢電阻、電感和電容在交流電路中的特性1.單一參數(shù)交流電路P137表4-1單一參數(shù)交流電路的基本性質(zhì)和相互關(guān)系電梯電氣控制技術(shù)

九、交流電

㈢電阻、電感和電容在交流電路中的特性

2.電阻與電感串聯(lián)電路

實(shí)際的電感元件相當(dāng)于一個(gè)純電阻與一個(gè)純電感的串聯(lián)電路，如圖4-11所示。在純電阻電路中，因?yàn)橹挥泻哪茉娮?，所以電壓與電流的相位差φ=0（同相），電路只有有功功率，無(wú)功功率為零，功率因數(shù)λ=1；在純電感電路中，因?yàn)橹挥袃?chǔ)能元件電感，所以電壓與電流的相位差φ=π/2（電壓超前于電流），電路只有無(wú)功功率，有功功率為零，功率因數(shù)λ=0；而在RL串聯(lián)電路中，因?yàn)榧扔泻哪茉娮?，又有?chǔ)能元件電感，所以電壓與電流的相位差π/2>φ>0（電壓超前于電流），電路既有有功功率又有無(wú)功功率，功率因數(shù)1>λ>0。現(xiàn)將RL串聯(lián)電路的特性與基本關(guān)系也列入表4-1中，以利于比較。電梯電氣控制技術(shù)

㈣交流電路的功率與功率因數(shù)1.瞬時(shí)功率

瞬時(shí)功率就是元器件在每一瞬間所吸收（消耗）的電功率，瞬時(shí)功率為電壓與電流瞬時(shí)值的乘積。

純電阻電路的瞬時(shí)功率波形如圖4-12a所示，由圖可見(jiàn)純電阻電路的瞬時(shí)功率始終為正值（其波形始終在橫坐標(biāo)軸的上方），說(shuō)明純電阻元件總是吸收功率。電梯電氣控制技術(shù)

2.平均功率

在工程上用瞬時(shí)功率的平均值來(lái)計(jì)算電路消耗的功率(4-12)

平均功率也稱為有功功率，其單位是W（瓦）。由式（4-12）可見(jiàn)，在純電阻的交流電路中，有功功率P、電壓與電流的有效值U、I的表現(xiàn)形式及計(jì)算公式表面上均與直流電路中一樣，但應(yīng)注意其物理意義有所不同。

純電感和純電容電路的瞬時(shí)功率波形如圖4-12b所示，由圖可見(jiàn)在橫坐標(biāo)軸上方和下方的波形面積相等，說(shuō)明電感和電容元件并不消耗電能，是儲(chǔ)能元件。其當(dāng)瞬時(shí)功率p>0時(shí)（波形在橫坐標(biāo)軸上方），電感從電源吸收電能并轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存在電感中（電容則從電源吸收電能儲(chǔ)存在電容器中）；當(dāng)瞬時(shí)功率p<0時(shí)（波形在橫坐標(biāo)軸下方），電感將儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量釋放轉(zhuǎn)換成電能送回電源（電容則將儲(chǔ)存的電場(chǎng)能量送回電源）；如此周而復(fù)始。電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

九、交流電

㈣交流電路的功率與功率因數(shù)3.無(wú)功功率

純電感和純電容電路的平均功率（有功功率）P=0。在工程上用電感（電容）元件能量互換（瞬時(shí)功率）的最大值來(lái)衡量互換功率的大小，稱為無(wú)功功率，用Q來(lái)表示：(4-13)

為了與有功功率相區(qū)別，無(wú)功功率的單位采用var（乏）或kvar（千乏）。電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

九、交流電

㈣交流電路的功率與功率因數(shù)4.視在功率

電路中電流和總電壓的乘積既不是有功功率，也不是無(wú)功功率，稱為視在功率，用S表示：

S=UI

（4-14）

(4-15)

視在功率表征的是電源的總?cè)萘浚曉诠β实膯挝徊捎肰·A或kV·A。電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

九、交流電

㈣交流電路的功率與功率因數(shù)5.功率因數(shù)(1)功率因數(shù)的概念功率因數(shù)λ為有功功率在視在功率中的比例：λ=cosφ=P/S(4-16)

(2)提高功率因數(shù)的意義

功率因數(shù)是供電系統(tǒng)中一個(gè)很重要的參數(shù)，提高功率因數(shù)的意義主要有以下兩個(gè)方面：電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

5.功率因數(shù)

(2)提高功率因數(shù)的意義

①可以提高供電設(shè)備的利用率。提高功率因數(shù)，從而提高有功功率，可以使供電設(shè)備的容量越能夠得到充分利用。在理想狀態(tài)下，cosφ=1，S=P，電源的容量得到完全利用；如果cosφ=0，則S=Q。負(fù)載的功率因數(shù)一般在0～1之間，例如許多日用電器的功率因數(shù)在0.2～0.9之間，三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)在0.7～0.9之間。因此各種負(fù)載接上電網(wǎng)使用后，整個(gè)電網(wǎng)的功率因數(shù)就不可能等于1。因此對(duì)于電源設(shè)備來(lái)說(shuō)，就必須在輸出有功功率的同時(shí)輸出無(wú)功功率，；輸出總的電功率中，有功功率和無(wú)功功率各占多少，取決于負(fù)載的功率因數(shù)。因此在總功率S一定的情況下，負(fù)載的功率因數(shù)越高，電源輸出的有功功率就越大，設(shè)備的利用率就越高。電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

九、交流電

㈣交流電路的功率與功率因數(shù)5.功率因數(shù)

(2)提高功率因數(shù)的意義

②可以減少在電源設(shè)備及輸電線路上的電壓降和功率損耗。在電源的額定電壓U和電源輸出的有功功率P=UIcosφ一定時(shí)，如果cosφ越高，通過(guò)輸電線路中的電流I就越小，則在電源設(shè)備及輸電線路上的電壓降和功率損耗也就越小。(3)提高功率因數(shù)的方法

通過(guò)上面的分析知道，功率因數(shù)是供電系統(tǒng)中一個(gè)很重要的參數(shù)，因此提高功率因數(shù)對(duì)于供電系統(tǒng)有很重要的實(shí)際意義。常用的提高功率因數(shù)的方法有：電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

㈣交流電路的功率與功率因數(shù)5.功率因數(shù)

(3)提高功率因數(shù)的方法

①由于電網(wǎng)的大多數(shù)負(fù)載（如電動(dòng)機(jī)）都是電感性負(fù)載，因此通常采用在電路中并聯(lián)電容器的方法來(lái)提高電路的功率因數(shù)。應(yīng)當(dāng)指出，在實(shí)際應(yīng)用中并不需要將功率因數(shù)提高到理想狀態(tài)下的1，一般只需要提高到0.9～0.95即可。因?yàn)樵偻咸岣咚璧碾娙萘亢艽?，設(shè)備的投資大而效益并不顯著。另外當(dāng)整個(gè)電路的功率因數(shù)接近于1時(shí)，可能會(huì)使電路產(chǎn)生諧振，危及電路的安全。

②對(duì)于功率較大，轉(zhuǎn)速不要求調(diào)節(jié)的生產(chǎn)機(jī)械（如大型水泵、空氣壓縮機(jī)、礦井通風(fēng)機(jī)等），可采用同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。因?yàn)橥诫妱?dòng)機(jī)在過(guò)勵(lì)磁狀態(tài)下工作時(shí)呈電容性，可以使電路的功率因數(shù)得到提高。電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

九、交流電

㈣交流電路的功率與功率因數(shù)5.功率因數(shù)

(3)提高功率因數(shù)的方法

③設(shè)法提高負(fù)載自身的功率因數(shù)。如原來(lái)的熒光燈功率因數(shù)低主要是因?yàn)槭褂秒姼惺芥?zhèn)流器，如果改用電子式鎮(zhèn)流器，則其功率因數(shù)可以提高到0.95以上。電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

十、三相交流電路

電力系統(tǒng)目前普遍采用的是三相交流電源供電，由三相交流電源供電的電路稱為三相交流電路。所謂三相交流電路，是指由3個(gè)頻率與最大值（有效值）均相同，在相位上互差2π/3電角度的單相交流電動(dòng)勢(shì)組成的電路。

㈠三相交流電源1.三相交流電動(dòng)勢(shì)

三相交流電路中的三相對(duì)稱交流電動(dòng)勢(shì)表示如下(4-17)電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

十、三相交流電路

㈠三相交流電源1.三相交流電動(dòng)勢(shì)

三相對(duì)稱交流電動(dòng)勢(shì)的波形圖和矢量圖如圖4-13所示。P140圖4-13三相交流電動(dòng)勢(shì)電梯電氣控制技術(shù)

㈠三相交流電源2.三相四線制供電

如果將上述3個(gè)對(duì)稱的三相交流電動(dòng)勢(shì)采用如圖4-14所示的方式星形（也稱Y形）聯(lián)結(jié)，即U、V、W三相電源（可以是三相交流發(fā)電機(jī)或三相變壓器的繞組）的始端U1、V1、W1引出，三個(gè)未端U2、V2、W2接在一起引出，這樣三相電源就共有4條引出線，稱為三相四線制。3個(gè)始端的引出線稱為相線（俗稱火線），分別用U、V、W表示；三個(gè)未端的公共引出線用N表示，稱為中性線（俗稱零線）。如果只將3條端線引出而不引出中性線，則稱為三相三線制。電梯電氣控制技術(shù)P140圖4-14三相四線制供電

2.三相四線制供電

采用三相四線制供電的好處是可以給負(fù)載提供兩種電壓：

⑴相電壓—如果將負(fù)載接在相線與中性線之間，負(fù)載得到的電壓是相電壓，用UP表示，其參考方向規(guī)定為由相線指向中性線。3個(gè)相電壓分別為UU、UV、UW。

⑵線電壓—如果將負(fù)載接在任意兩條相線之間，負(fù)載得到的電壓是線電壓，用UL表示。3個(gè)線電壓分別為UUV、UVW、UWU。3個(gè)相電壓和3個(gè)線電壓均符合對(duì)稱三相交流電的條件（即頻率與最大值(有效值)均相同，相位上互差2π/3），并且可以推算出：線電壓的有效值為相電壓的倍，在相位上分別超前于所對(duì)應(yīng)的相電壓π/6，如圖4-15所示。電梯電氣控制技術(shù)P140圖4-15三相電源相電壓與線電壓的矢量圖1電工技術(shù)基礎(chǔ)

㈠三相交流電源2.三相四線制供電

例如：目前普遍采用的三相四線制供電的線電壓為380V，則相電壓為：

㈡三相負(fù)載及其連接1.三相負(fù)載

凡接到三相電源上的負(fù)載都稱為三相負(fù)載。在實(shí)際應(yīng)用中，三相負(fù)載分為兩類：一類是必須使用三相電源的負(fù)載（如三相交流電動(dòng)機(jī)、三相變壓器等），這些三相負(fù)載每一相的阻抗都是完全相同的，所以稱為三相對(duì)稱負(fù)載；另一類是使用單相電源的負(fù)載（如各種日用電器和照明設(shè)備等），這類負(fù)載按照盡量使三相均衡的原則接入三相電源，但是三相負(fù)載的阻抗不可能做到完全相同，所以稱為三相不對(duì)稱負(fù)載。電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

㈡三相負(fù)載及其連接2.三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)

三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)如圖4-16所示，圖中3個(gè)單相負(fù)載Z1、Z2和Z3分別接在3個(gè)相電壓上，代表三相不對(duì)稱負(fù)載；三相電動(dòng)機(jī)接在3條相線上，代表三相對(duì)稱負(fù)載。P141圖4-16三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)示意圖電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

十、三相交流電路

㈡三相負(fù)載及其連接2.三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)

P141圖4-17三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的電路圖和矢量圖電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

十、三相交流電路

㈡三相負(fù)載及其連接2.三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)

先分析對(duì)稱三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的情況，從圖4-17a所示的電路圖可以看出：

⑴每一相負(fù)載上承受的電壓為相電壓，已知相電壓與線電壓的數(shù)值關(guān)系為

UL=UP（4-18）

⑵通過(guò)每一相負(fù)載的電流（稱為相電流IP）等于對(duì)應(yīng)端線上的電流（稱為線電流IL），即

IP=IL（4-19）電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

十、三相交流電路

㈡三相負(fù)載及其連接2.三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)

⑶因?yàn)槭侨鄬?duì)稱負(fù)載，各相的阻抗相同，所以各相的電流以及相電流與相電壓之間的相位差φ也完全相同，即IP=UP/Z

（4-20）

φ=arctanXP/RP

（4-21）

所對(duì)應(yīng)的三相UL、UP與IP的矢量圖如圖4-17b所示。通過(guò)分析、計(jì)算以及矢量圖可以知道，三相電流也是完全對(duì)稱的。根據(jù)基爾霍夫電流定律，通過(guò)中性線的電流IN

應(yīng)該是三相電流之和（矢量和），當(dāng)三相電流是對(duì)稱時(shí)，其矢量和為零，即中性線的電流IN=0。電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

十、三相交流電路

㈡三相負(fù)載及其連接2.三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)

實(shí)際上，許多用電負(fù)載都是單相負(fù)載，盡管在設(shè)計(jì)與安裝時(shí)，盡可能將這些單相負(fù)載均衡地分配在各相電源上，但因?yàn)楦飨嘭?fù)載的使用情況不可能完全一致（例如各相負(fù)載的使用時(shí)間不一致，還可能接上臨時(shí)性的負(fù)載等），所以常見(jiàn)的還是三相不對(duì)稱負(fù)載。

三相不對(duì)稱負(fù)載采用星形聯(lián)結(jié)，因?yàn)樨?fù)載的不對(duì)稱，造成三相電流不對(duì)稱，所以中性線電流就不為零，中性線的作用就是保證星形聯(lián)結(jié)的不對(duì)稱三相負(fù)載能夠保持基本對(duì)稱的相電壓。中性線要保證不會(huì)斷開(kāi)，因此不允許在中性線上安裝開(kāi)關(guān)和熔斷器等裝置，中性線本身的強(qiáng)度要比較好，接頭也要比較牢固。電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

十、三相交流電路

㈡三相負(fù)載及其連接

3.三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)

三相對(duì)稱負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)，就是將各相負(fù)載的始端與未端相連形成一個(gè)閉合回路，然后將3個(gè)連接點(diǎn)接到三相電源的3條相線上，如圖4-18所示。P142圖4-18三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)電梯電氣控制技術(shù)

十、三相交流電路

㈡三相負(fù)載及其連接

3.三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)

按照?qǐng)D4-18，并經(jīng)過(guò)分析與推算可知道，當(dāng)對(duì)稱的三相負(fù)載作三角形聯(lián)結(jié)時(shí)：

⑴各相負(fù)載所承受的電壓為線電壓，即：UP=UL

（4-22）

⑵3個(gè)線電流IL也是對(duì)稱的，在相位上IL滯后于對(duì)應(yīng)的IP

π/6，在數(shù)值上為IP的

倍，即

IL=IP（4-23）

當(dāng)三相電動(dòng)機(jī)采用三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，相電壓為星形聯(lián)結(jié)時(shí)的

倍，相電流也為星形聯(lián)結(jié)時(shí)的

倍，因?yàn)槿切温?lián)結(jié)時(shí)線電流又是相電流的

倍，因此采用三角形聯(lián)結(jié)時(shí)的線電流是星形聯(lián)結(jié)時(shí)的3倍。電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

十、三相交流電路

㈢三相電功率

由于三相交流電路可以視為3個(gè)單相交流電路的組合，所以無(wú)論三相負(fù)載采用什么聯(lián)結(jié)方式，也不論三相負(fù)載是否對(duì)稱，三相電路的有功功率和無(wú)功功率都是各相電路的有功功率和無(wú)功功率之和，即P

=PU+PV+PW

（4-24）

Q=QU+QV+QW

（4-25）

三相交流電路的視在功率為電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

十、三相交流電路

㈢三相電功率

如果三相交流負(fù)載是對(duì)稱的，則各相的有功功率、無(wú)功功率和視在功率都相等，則有P=3UP

IPcosφQ=3UPIPsinφ

根據(jù)三相負(fù)載的星形和三角形聯(lián)結(jié)時(shí)相電壓與線電壓、相電流與線電流的關(guān)系，可推算出電梯電氣控制技術(shù)1電工技術(shù)基礎(chǔ)

十、三相交流電路

㈢三相電功率

相對(duì)稱交流電路不論負(fù)載采用星形還是三角形聯(lián)結(jié)，全電路的有功功率、無(wú)功功率和視在功率都可以用式（4-26）、式（4-27）和式（4-28）來(lái)計(jì)算。

在同樣的線電壓下，負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)所消耗的功率是星形聯(lián)結(jié)的3倍（無(wú)功功率和視在功率也是如此）。因此要注意正確連接負(fù)載，否則負(fù)載可能會(huì)因過(guò)載而燒毀，也可能會(huì)因功率不足而無(wú)法正常工作。電梯電氣控制技術(shù)

實(shí)訓(xùn)任務(wù)4.1電工技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)（見(jiàn)《實(shí)訓(xùn)手冊(cè)P33～36）配備實(shí)訓(xùn)設(shè)備器材：1.一體化教室（配備電工實(shí)訓(xùn)所需的設(shè)備、工具與器材，見(jiàn)《實(shí)訓(xùn)手冊(cè)》P33表4-1-1）；2.相關(guān)課件與視頻。步驟一：實(shí)訓(xùn)準(zhǔn)備1.由指導(dǎo)教師對(duì)本實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容與操作的安全規(guī)范要求作簡(jiǎn)單介紹。2.按《實(shí)訓(xùn)手冊(cè)》P33表4-1-1準(zhǔn)備完成本實(shí)訓(xùn)所需要的工具與器材、設(shè)備。