電工電子（第二版）模塊一直流電路模型建立與分析CONTENTS任務一認識直流電路任務三熟悉直流電路中的負載任務二熟悉直流電源任務四進行電阻電路的連接任務六熟悉直流電路的分析方法任務五了解電路的工作狀態(tài)任務一認識直流電路任務描述1.搭建如圖1.1.1所示電路。2.觀察如下現(xiàn)象并記錄。（1）合上開關(guān)S，觀測電壓表的指示值、電流表的指示值和方向及燈泡的亮度。（2）改變電源E的極性，觀測電壓表的指示值、電流表的指示值和方向及燈泡的亮度。（3）改變電阻R的阻值，再觀測電壓表的指示值、電流表的指示值和方向及燈泡的亮度。3.現(xiàn)象分析和總結(jié)。對上述現(xiàn)象進行分析，可得出哪些結(jié)論？任務目標1.能根據(jù)實際電路繪制簡單的理想電路。2.能辨識電路的基本組成元件。123.能進行電路基本物理量參考方向的標注和簡單計算。34.能運用常用工具進行電路基本量的測量，在測量時切記“失之毫厘，謬以千里”405四、電路物理量二、電路模型一、電路作用三、電路的組成五、電路基本參數(shù)的測量02030401

任務實施一、電路作用電路是由各種元器件為實現(xiàn)某種應用目的，按一定方式連接而成的整體，其特征是提供了電流流動的通道。由于電的應用非常廣泛，所以電路的形式也是多種多樣、千變?nèi)f化的，有長達數(shù)千千米的電力線路，也有短到只有幾微米的集成電路。實際應用的電路種類繁多，形式和結(jié)構(gòu)也各不相同，但其作用大體可分為兩大類：一類是用于實現(xiàn)電能的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換。另一類是用于進行電信號的傳遞和處理。二、電路模型用于組成電路的電工電子設備或元器件統(tǒng)稱為實際電路元件，用實際電路元件組成的電路稱為實際電路。日常生活中使用的手電筒的電路是一個簡單的直流電路，其實際電路如圖1.1.2所示。圖1.1.2所示手電筒實際直流電路在分析器件的接法和原理時是很有用的，但要用它對電路進行定量分析和計算，則非常困難（很不方便）。所以通常用一些簡單但卻能夠表征電路主要電磁性能的理想元件來代替實際部件，如圖1.1.3所示。課堂小實驗不同的電路準備以下材料電池、剪刀、燈座（帶燈泡）、絕緣電線、絕緣膠帶。如何操作請觀看視頻：三、電路的組成負載：負載是電路中的用電設備，它可將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能量，如電燈、電爐、電動機等。電源：電源是提供電能的設備，它可將其他形式的能量（化學能、光能、機械能等）轉(zhuǎn)換為電能，如蓄電池、干電池、發(fā)電機等。中間環(huán)節(jié)：中間環(huán)節(jié)是連接電源和負載的部分，用來傳輸、分配和控制電能，最簡單的中間環(huán)節(jié)是連接導線、開關(guān)。也可由多元件或電氣設備組成較為復雜的中間環(huán)節(jié)。四、電路物理量（二）電壓電荷移動需要力，推動電荷移動的這種力稱為電場力。（三）電位電壓是對電路中某兩點而言的，有時在電路中選某點作為參考點（如大地、儀器設備的外殼），把其他各點相對于參考點的電壓稱為該點的電位。（五）電功率和電能電功率和電能是電路中的重要物理量，也是電器元件、電氣設備在用電或供電中的重要技術(shù)數(shù)據(jù)。（一）電流電流的大小用電流強度（簡稱電流）來衡量，數(shù)值上等于單位時間內(nèi)通過某橫截面的電荷量。（四）電動勢電源力把單位正電荷由低電位經(jīng)電源內(nèi)部移到高電位克服電場力所做的功，稱為電源的電動勢。五、電路基本參數(shù)的測量（一）電路基本參數(shù)的測量電壓、電流和功率是表征電信號能量大小的三個基本參數(shù)，它們都可以直接用直讀儀表（指針式或數(shù)字式）來測量。測量直流量通常采用磁電系儀表，測量交流量主要采用電磁系儀表，比較精密的測量可以使用電動系儀表。（二）常用測量儀表的使用1.500型指針萬用表的使用。2.VC9802數(shù)字萬用表的使用。知識拓展串聯(lián)電阻電路就是電源，開關(guān)，用電器都使用同一條線路，當開關(guān)閉合時，電路將流經(jīng)所有的用電器，一旦某個用電器發(fā)生故障，電流就無法流向其它的用電器，但是其好處就是開關(guān)一旦斷開，所有的用電器都將沒有電流，可以做到在維修時確保安全。并聯(lián)電阻電路的特點就是分流，就比如流入你家的電流是固定的，在每條電路會根據(jù)所需公率的不同，分配不同的電流，所有并聯(lián)到總電源上的電路電壓是一定的，都是220V。我國市面上所有用電器的額定功率都是220V，這也是家庭采用并聯(lián)電阻電路的一個原因。串聯(lián)電路正好相反，它保證整條電路的電流相同，但是電壓會根據(jù)需要分配。在生活中，為了保證用電的安全，家中的電路其實是混聯(lián)電路，也就是說有并聯(lián)電阻電路，也有串聯(lián)電阻電路，就是有一個總的電路，在此電路上有一個總開關(guān)，就是所謂的用電閘。當斷開用電閘之后，整條線路會沒有電流。家用電路在串聯(lián)電阻電路的基礎上增加并聯(lián)電路，保證電路通暢下各個電路又相對獨立，這就是家庭電路中的混聯(lián)電路。任務二熟悉直流電源任務描述對日常生活中的電源進行仔細觀察，并查閱相關(guān)資料，并進行思考和分析。1.手電筒用的干電池，電子計算器、電子手表使用的紐扣電池。2.智能手機、電瓶車、筆記本電腦使用的蓄電池。3.電工類實驗室用的電源發(fā)生器、振蕩器。4.插座電源、便攜式發(fā)電機。1234任務目標1能區(qū)分直流電源的基本形式。2會直流電源特性分析。5“凡事以理想為因，以實行為果”，在實際應用中，能夠使用實際直流電源進行電路分析。4會計算直流電源負載電流/電壓。3會連接直流電源與負載電路。

任務實施一、直流電壓源二、直流電流源三、直流電源應用計算發(fā)電機、電池等都是實際的電源，它們是具有不變的電動勢和較低內(nèi)阻的電源。在電路分析中，常用等效電路來代替實際的元器件。電源的等效電路有兩種表示形式，一種是電壓源，一種是電流源。一、直流電壓源直流電壓源是一種以直流電壓形式表示電源的電路模型。它有理想電壓源和實際電壓源兩種形式。理想電壓源是指內(nèi)阻為零，且電源兩端的端電壓值恒定不變，如圖1.2.1所示。理想電壓源的特點是電壓的大小取決于電壓源本身的特性，與流過的電流無關(guān)。流過電壓源的電流大小與電壓源外部電路有關(guān)，由外部負載決定。因此，它被稱為獨立電壓源。一般電壓源的電壓與電流的方向是非關(guān)聯(lián)的。也就是說，電壓源的端電壓方向與流過電流的方向相反。二、直流電流源電流源是用電流的形式表示電源的一種模型。電流源也分為理想電流源和實際電流源兩種。理想電流源是能夠向外電路提供穩(wěn)定電流的一種電源，即內(nèi)阻為無限大、輸出恒定電流IS的電源（對外總能提供出一個恒定的電流，此電流與它兩端的電壓無關(guān)），如圖1.2.6所示。它的特點是電流的大小取決于電流源本身的特性，與電流源的端電壓無關(guān)。端電壓的大小與電流源外部電路有關(guān)，由外部負載決定。因此，也稱之為獨立電流源。三、直流電源應用計算例1-6在圖1.2.5（a）中，設US=20V，Ri=1Ω，外接電阻RL=4Ω，求電阻RL上的電流I。例1-7在圖1.2.8中，設IS=5A，Ri=?1，外接電阻RL=9?，求電阻RL上的電壓U。任務三熟悉直流電路中的負載任務描述3211.常用電阻知識電阻的種類較多，按制作材料的不同，可分為繞線電阻和非繞線電阻兩大類。非繞線電阻因制造材料的不同，有碳膜電阻、金屬膜電阻、金屬氧化膜電阻、實心碳質(zhì)電阻等。2.常用電容知識電容器基本上分為固定的和可變的兩大類。3.常用電感知識電感元件概括起來可分兩大類：一類為自感式線圈，如天線線圈、調(diào)諧線圈等；另一類為互感式變壓器，如電源變壓器、音頻變壓器等。任務目標1.會正確進行歐姆定律描述，能正確計算電功率。3.能理解電感磁場效應，會計算磁場吸收功率和能量。2.會電路模型分析，能正確計算電容吸收功率和電功。4.能有效運用電阻、電容、電感元件的特點于電路應用中。任務實施1.會正確進行歐姆定律描述，能正確計算電功率。3.能理解電感磁場效應，會計算磁場吸收功率和能量。2.會電路模型分析，能正確計算電容吸收功率和電功。4.能有效運用電阻、電容、電感元件的特點于電路應用中。一、電阻元件二、電容元件三、電感元件四、電路元件的實際模型任務實施四、電路元件的實際模型二、電容元件三、電感元件一、電阻元件任務實施這說明任何時刻電阻元件絕不可能發(fā)出電能，也就是說它吸取的電能全部轉(zhuǎn)換成其他非電能量而被消耗掉或作為其他用途。所以，線性電阻元件不僅是無源元件，而且還是耗能元件，它總是消耗功率的。（三）電阻元件的電功率（一）認識電阻元件電阻是電路中不可缺少的元件，是反映消耗電能這一物理現(xiàn)象的一個二端電路元件。（二）電阻元件的伏安特性電流取為橫坐標（或縱坐標），畫出電壓和電流的關(guān)系曲線，這條曲線稱為該電阻元件的伏安特性曲線。一、電阻元件一、電阻元件（一）認識電阻元件電阻是電路中不可缺少的元件，是反映消耗電能這一物理現(xiàn)象的一個二端電路元件。它是在不考慮其他電磁現(xiàn)象的情況下，僅考慮其電阻性質(zhì)的理想元件。電阻元件的性質(zhì)可分為線性、非線性兩種。在任何時刻，對于線性電阻元件，它兩端的電壓與其電流的關(guān)系服從歐姆定律，圖形符號見圖1.3.4。一、電阻元件當電壓與電流為關(guān)聯(lián)參考方向時，如圖1.3.4（a）所示，歐姆定律描述為U=IR（1-3-1）當電壓與電流為非關(guān)聯(lián)參考方向時，如圖1.3.4（b）所示，歐姆定律描述為U=-IR（1-3-2）根據(jù)國際單位制（SI），式中R被稱為電阻，單位為歐姆（Ω）。非線性電阻元件的電流與其兩端的電壓是非線性關(guān)系。導體的電阻不僅和導體的材質(zhì)有關(guān)，而且還和導體的尺寸有關(guān)。實驗證明，同一材料導體的電阻和導體的截面積成反比，而和導體的長度成正比。也就是說，導體的截面積越大，電阻就越小；導體越長，電阻就越大。為了方便計算，我們常常把電阻的倒數(shù)用電導G來表示，

（1-3-3）即根據(jù)國際單位制（SI），電導G的單位為西門子（S）。一、電阻元件（二）電阻元件的伏安特性對于線性電阻元件，其電路模型如圖1.3.5所示。如果把電阻元件的電壓取為縱坐標（或橫坐標），電流取為橫坐標（或縱坐標），畫出電壓和電流的關(guān)系曲線，這條曲線稱為該電阻元件的伏安特性曲線。根據(jù)公式（1-3-1）和（1-3-2）可知，線性電阻元件的伏安特性曲線是一條過原點的直線，元件上電壓與元件中電流成正比，如圖1.3.6所示。一般的電阻元件，均為線性電阻元件。一、電阻元件（三）電阻元件的電功率電阻元件在通電過程中要消耗電能，是一個耗能元件。電阻所吸收的功率為在直流電路中在直流電路中，電阻R是一個與電壓U、電流I無關(guān)的正實常數(shù)，由式（1-3-5）可知，功率P恒為非負值。這說明任何時刻電阻元件絕不可能發(fā)出電能，也就是說它吸取的電能全部轉(zhuǎn)換成其他非電能量而被消耗掉或作為其他用途。所以，線性電阻元件不僅是無源元件，而且還是耗能元件，它總是消耗功率的。一、電阻元件則t1

到

t2時間內(nèi)，電阻元件吸收的能量W全部轉(zhuǎn)化為熱能。在直流電路中根據(jù)國際單位制（SI），電能的單位是焦［耳］（J），或千瓦時（kW·h），簡稱為度。1千瓦時是指功率為1kW的電源（負載）在1h內(nèi)所輸出（消耗）的電能。電功率用瓦特表測量，電能用瓦時表（電度表）測量。二、電容元件（一）認識電容元件工程中，電容器應用極為廣泛。電容器雖然品種和規(guī)格很多，但都是由兩塊金屬極板間隔以不同的介質(zhì)（如云母、絕緣紙、電解質(zhì)等）組成的。（二）電容元件的工作原理當電容器兩端接上電源時，電容器的兩塊金屬極板上將各自聚集等量的異性電荷，極板間建立起電場并儲存了電場能量；當切斷電源時，電容器極板上聚集的電荷仍然存在，這就是電容器充電的過程。所以電容器是一種能夠儲存電場能量的實際電路元件，忽略介質(zhì)損耗和漏電流的電容器稱為理想電容元件。這樣就可以用一個只儲存電場能量的理想元件——電容元件作為模型。線性電容元件是一個理想無源二端元件，它在電路中的圖形符號如圖1.3.8所示，C稱為電容元件的電容，單位是法拉（F），u為兩端變化的電壓，i為兩端變化的電流，即交流電壓電流的瞬時值。二、電容元件（三）電容元件的電路模型電容元件作為儲能元件能夠儲存電場能量，其電路模型如圖1.3.9所示。當電容元件極板間的電壓u變化時，極板上的電荷量q也隨著改變，于是電容元件電路中出現(xiàn)電流i。如指定電流參考方向為流進正極板，即與電壓u的參考方向一致，如圖1.3.9（a）所示，則電流二、電容元件式（1-3-9）指出：任何時刻，線性電容元件中的電流與該時刻電壓的變化率成正比。由于設u、i關(guān)聯(lián)，（1）當

時，則iC>0，電流的實際方向與參考方向一致，電流從電容的正極流入，給電容增加電荷，電容處于充電狀態(tài)；（2）當

時，則iC

<0，電流的實際方向與參考方向相反，電流從電容的正極流出，使電容減少電荷，電容處于放電狀態(tài)；（3）當

時，則iC

<=0，說明電容元件的兩端電壓恒定不變，通過電容的電流為零，電容處于開路狀態(tài)。在直流電路中，電容上即使有電壓，但i=0，相當于開路（電路工作狀態(tài)），故電容元件有隔斷直流（簡稱隔直）的作用。二、電容元件（四）電容元件的電場能量從電容的充、放電的過程可知，電容是一個儲能元件，在充電過程中吸收能量，在放電過程中釋放能量。在電壓和電流的關(guān)聯(lián)參考方向下，線性電容元件吸收的功率為從t0

到t時間內(nèi)，電容元件吸收的電能為電容元件儲存的電場能量等于電容元件在任意時刻t和起始時刻t0的電場能量之差。選取t0

為電壓等于零的時刻，即有u(t0)=0，電容處于未充電狀態(tài)，電場能量為零，則從t0到t時間內(nèi)，電容元件儲存的電場能量為從上式中可以看出，電容元件在某一時刻的儲能只與當時的電壓值有關(guān)。二、電容元件電容元件充電時，|u(t)|>

|u(t0)WC(t)>WC(t0)，WC>0，電容元件吸收能量，并全部轉(zhuǎn)換成電場能量；電容元件放電時|u(t)|<

|u(t0)，WC(t)<WC(t0)，WC<0，電容元件釋放電場能量。由上可知，若電容元件原先沒有充電，則它在充電時吸取并儲存起來的能量一定又在放電完畢時全部釋放，它并不消耗能量。所以，電容元件是一種儲能元件。同時，電容元件也不會釋放出多于它所吸收或儲存的能量，因此它又是一種無源元件。為了敘述方便，把線性電容元件簡稱為電容。所以，“電容”這個術(shù)語以及它的相應符號C，一方面表示一個電容元件，另一方面表示這個元件的參數(shù)。二、電容元件（五）電容元件的電容效應電容器是為了獲得一定大小的電容而特意制成的元件。但是，電容的效應在許多場合也存在。如一對架空輸電線之間就有電容，因為一對輸電線可視作電容的兩個極板，輸電線之間的空氣則為電容極板間的介質(zhì)，這就相當于電容器的作用。又如晶體三極管的發(fā)射極、基極和集電極之間也存在著電容。就是一只電感線圈，各線匝之間也都有電容，不過這種所謂的匝間電容是很小的，當線圈中電流和電壓隨時間變化不快時，其電容效應可略去不計。三、電感元件（一）認識電感元件由導線繞制而成線圈或把導線繞在鐵芯或磁芯上就構(gòu)成一個常用的電感器，電感線圈在空調(diào)制冷行業(yè)應用極為廣泛。（二）電感元件的磁場效應電感元件作為儲能元件能夠儲存磁場能量。（三）電感元件的磁場能量電感是一個儲能元件，是因為當電感中電流增加時，電感吸收能量，并全部轉(zhuǎn)換成磁場能量儲存在電感中。四、電路元件的實際模型在實際電路分析時，常常以元件的主要物理量為分析對象，在一定條件下，忽略了其他次要物理量，從而將電路分析簡單化。（1）實際的電阻器是一個耗能元件，在電路中來分配電壓、限制電流，用作負載電阻和阻抗匹配等。（2）實際的電容器具有使直流隔斷、交流導通的能力。（3）實際的電感器具有使直流電導通、交流電阻擋的能力。（4）電阻、電容、電感這三個名詞，有時指元件本身，有時指電路參數(shù)，因此在實際應用時，應注意其應用場合，并判斷其實際意義。四、電路元件的實際模型在實際電路分析時，常常以元件的主要物理量為分析對象，在一定條件下，忽略了其他次要物理量，從而將電路分析簡單化。（1）實際的電阻器是一個耗能元件，在電路中來分配電壓、限制電流，用作負載電阻和阻抗匹配等。實際的電阻器種類很多，有金屬膜電阻器、繞線電阻、碳膜電阻等，有實驗用的可調(diào)式電阻器等，也有電動機啟動用的降壓電阻器等。（2）實際的電容器具有使直流隔斷、交流導通的能力。它在電路中可實現(xiàn)濾波旁路、耦合和振蕩等功能。電容器通常由絕緣介質(zhì)隔開的金屬極板組成。（3）實際的電感器具有使直流電導通、交流電阻擋的能力。它在電路中可實現(xiàn)濾波、耦合、匹配、振蕩、補償、調(diào)諧、均衡、延遲等功能。電感器實際用的有電流互感器、電壓互感器、變壓器線圈等。（4）電阻、電容、電感這三個名詞，有時指元件本身，有時指電路參數(shù)，因此在實際應用時，應注意其應用場合，并判斷其實際意義。任務四進行電阻電路的連接任務描述電路中電阻元件可按各種不同要求進行各種不同方式的連接，其中最簡單的是串聯(lián)和并聯(lián)，圖1.4.1給出了直流電路中電阻元件的典型連接方式，通過資料查閱、分析和任務學習，掌握電阻電路的基本連接方式。任務目標05040302013.會電阻串聯(lián)、并聯(lián)等電路等效電阻阻值等參數(shù)計算。4.會電阻Y-△連接等效變化與參數(shù)計算。5.“山重水復疑無路，柳暗花明又一村。”看似雜亂的電路連接方式，轉(zhuǎn)化成等效電路就易理清楚了。1.會電阻串聯(lián)、并聯(lián)等電路等效電路的繪制。2.能靈活應用電阻串聯(lián)、并聯(lián)等電路特點進行電路分析。一、電阻的串聯(lián)電路二、電阻的并聯(lián)電路三、電阻的混聯(lián)四、電阻的Y-△連接任務實施一、電阻的串聯(lián)電路（一）電阻串聯(lián)的電路模型在電路中，若干個電阻元件依次相連，在各連接點都無分支，這種連接方式稱為串聯(lián)。圖1.4.2給出了三個電阻的串聯(lián)電路。一、電阻的串聯(lián)電路020304050601電阻串聯(lián)的電路特點（二）電阻串聯(lián)的電路特點電流相等分壓作用3.等效電阻4.分壓系數(shù)5.電壓電阻6.功率電阻一、電阻的串聯(lián)電路（二）電阻串聯(lián)的電路特點（1）電流相等：通過各電阻的電流相等，即

I1=I2=I3=I。（2）分壓作用：總電壓等于各電阻上電壓之和，即U=U1+U2+U3。（3）等效電阻：等效電阻［總電阻，是指如果用一個電阻R代替串聯(lián)的所有電阻接到同一電源上，電路中的電流是相同的，如圖1.4.2（b）所示的等效電路］，即

R=R1+R2+R3。（4）分壓系數(shù)：在直流電路中，常用電阻的串聯(lián)來達到分壓的目的。各串聯(lián)電阻兩端的電壓與總電壓間的關(guān)系為一、電阻的串聯(lián)電路式中

、

、

稱為分壓系數(shù)，由分壓系數(shù)可直接求得各串聯(lián)電阻兩端的電壓。（5）電壓電阻：由式（1-4-1）還可知，電阻串聯(lián)時，各電阻兩端的電壓與電阻的大小成正比，即U1:U2:U3=R1:R2:R3。（6）功率電阻：各電阻消耗的功率與電阻成正比，即

P1:P2:P3=R1:R2:R3

。例1-9現(xiàn)有一表頭，滿刻度電流IG=50μA，表頭的電阻RG=3

kΩ，若要改裝成量程為10V的電壓表，如圖1.4.3所示，試問應串聯(lián)一個多大的電阻？解：當表頭滿刻度時，它的端電壓為UG=50×10-6×3×103V=0.15V。設量程擴大到10V時所需串聯(lián)的電阻為R，則R上分得的電壓為

UR=10V-0.15V=9.85V，故即應串聯(lián)

197kΩ的電阻，方能將表頭改裝成量程為10V的電壓表。二、電阻的并聯(lián)電路（一）電阻并聯(lián)的電路模型在電路中，若干個電阻一端連在一起，另一端也連在一起，使電阻所承受的電壓相同，這種連接方式稱為電阻的并聯(lián)。圖1.4.4（a）所示為三個電阻的并聯(lián)電路。二、電阻的并聯(lián)電路（二）電阻并聯(lián)的電路特點123（1）電壓相等：各并聯(lián)電阻兩端的電壓相等，即

U=U1=U2=U3。分流作用：總電流等于各電阻支路的電流之和，即

I=I1+I2+I3。（3）等效電阻：等效電阻

R的倒數(shù)等于各并聯(lián)電阻倒數(shù)之和，即

或者并聯(lián)電路的電導等于各支路電導之和，即

G=G1+G2+G3。只有兩個電阻R1及R2并聯(lián)時，等效電阻二、電阻的并聯(lián)電路（4）分流系數(shù)：在電路中，常用電阻的并聯(lián)來達到分流的目的。各并聯(lián)電阻支路的電流與總電流的關(guān)系為式中

、

、

稱為分流系數(shù)，由分流系數(shù)可直接求得各并聯(lián)電阻支路的電流。（5）電流電導：由式（1-4-2）還可知

I1:I2:I3

=G1:G2:G3，即電阻并聯(lián)時，各電阻支路的電流與電導的大小成正比。也就是說電阻越大，分流作用就越小。當兩個電阻并聯(lián)時（6）功率電導：各電阻消耗的功率與電導成正比，即P1:P2:P3=G1:G2:G3

。二、電阻的并聯(lián)電路利用電阻并聯(lián)的分流作用，可擴大電流表的量程。在實際應用中，用電器在電路中通常都是并聯(lián)運行的，屬于相同電壓等級的用電器必須并聯(lián)在同一電路中，這樣，才能保證它們都在規(guī)定的電壓下正常工作。例1-10有三盞電燈接在110V電源上，其額定值分別為110V、100W，110V、60W，110V、40W，求總功率P、總電流I以及通過各燈泡的電流及等效電阻。解:（1）因外接電源符合各燈泡額定值，各燈泡正常發(fā)光，故總功率為

P=P1+P2+P3=(100+60+40)W=200W（2）總電流與各燈泡電流為（3）等效電阻為實際應用中經(jīng)常會遇到既有電阻串聯(lián)又有電阻并聯(lián)的電路，稱為電阻的混聯(lián)電路，如圖1.4.5所示。求解電阻的混聯(lián)電路時，首先應從電路結(jié)構(gòu)入手，根據(jù)電阻串并聯(lián)的特征，分清哪些電阻是串聯(lián)的，哪些電阻是并聯(lián)的，然后應用歐姆定律、分壓和分流的關(guān)系求解。三、電阻的混聯(lián)四、電阻的Y-△連接三個電阻元件的一端連接在一起，另一端分別連接到電路的三個節(jié)點。（一）電阻的星形連接方式三個電阻元件首尾相接構(gòu)成一個三角形。（二）電阻的三角形連接方式星形網(wǎng)絡和三角形網(wǎng)絡的等效互換在三相電路中有著十分重要的應用。（三）電阻的Y-△連接的等效變換拓展知識任務五了解電路的工作狀態(tài)任務描述05斷路頻繁引起設備故障。汽車線路短路引起自燃事故。0204電線短路引起可燃物自燃事故。01電線短路引起室內(nèi)液化氣爆炸事故。03變壓器短路引起電網(wǎng)事故。任務目標1.會辨識電路通路、開路和短路工作狀態(tài)。2.會根據(jù)電路工作狀態(tài)進行電路分析。3.會計算電路不同工作狀態(tài)下的電壓和電流等參數(shù)。一、電路的工作狀態(tài)（一）通路狀態(tài)（負載狀態(tài)）——燈泡點亮（二）開路狀態(tài)（空載狀態(tài)）——燈泡熄滅（三）短路狀態(tài)——燈泡損壞321（一）通路狀態(tài)（負載狀態(tài)）——燈泡點亮當開關(guān)S閉合后，干電池

US（內(nèi)阻為R0）與負載（燈泡電阻

RL）接成閉合回路，電路中有電流I流過，稱為負載狀態(tài)，如圖1.5.3所示。當開關(guān)接通時，燈泡發(fā)光，表明電路處于導通狀態(tài)。負載的大?。襞蓦娮鑂L）是以消耗功率的大小來衡量的。當電壓一定時，流過負載的電流越大，則消耗的功率越大，負載也就越大。一、電路的工作狀態(tài)

（二）開路狀態(tài)（空載狀態(tài)）——燈泡熄滅開關(guān)S斷開或電路中某處斷開，被切斷的電路中沒有電流流過，稱為開路狀態(tài)（斷路狀態(tài)、空載狀態(tài)），如圖1.5.4所示。當開關(guān)斷開或電線斷裂、接頭松脫時，燈泡不發(fā)光，表明電路處于斷開狀態(tài)。（三）短路狀態(tài)——燈泡損壞如圖1.5.5所示，當A、B兩點接通時，電源被短路，此時電源的兩個極性端直接相連。電源被短路往往會造成嚴重后果，如導致電源因發(fā)熱過甚而損壞，或因電流過大而引起電氣設備的機械損傷，因而要絕對避免電源被短路。一、電路的工作狀態(tài)

二、電器設備的額定值（一）額定工作狀態(tài)任何電器設備在使用時，若電流過大，溫升過高，則會導致絕緣的損壞，甚至燒壞設備或元器件。為了保證電器設備正常工作，制造廠對產(chǎn)品的電壓、電流和功率都規(guī)定其使用限額，稱為額定值。（二）超載、滿載、輕載電器設備工作在額定值情況下的狀態(tài)稱為額定工作狀態(tài)（又稱“滿載”）。若電器設備超過額定值工作，則稱為“過載”。若電器設備低于額定值工作，則稱為“輕載”。電線短路確實可以引發(fā)室內(nèi)液化氣爆炸事故。?例如，德陽中江柏樹鄉(xiāng)的一居民家中因電線短路引發(fā)火災，引燃了家中的沙發(fā)和煤氣罐，導致煤氣泄漏起火，情況十分危急?1。此外，南山區(qū)白石洲塘頭二坊的一雜貨店也因電線短路起火引發(fā)了燃氣爆炸，導致一男一女被燒傷?2。電線短路引發(fā)火災的原理在于電流通過導線時產(chǎn)生熱量，如果電流過大或時間過長，會導致導線發(fā)熱，進而引發(fā)火災。當火災涉及到易燃物品或與液化氣等可燃氣體距離較近時，火災的能量足以引爆這些氣體，造成嚴重的爆炸事故?。為了預防此類事故，建議采取以下安全措施：?1.定期檢查電線和電器設備?，確保沒有老化或損壞的電線。?2.保持室內(nèi)通風?，避免天然氣等燃氣積聚。?3.避免在同一室內(nèi)同時使用明火和燃氣?，以減少火災和爆炸的風險。?4.安裝煙霧報警器?和滅火器，以便在火災發(fā)生時及時報警和撲滅初期火災?。拓展知識任務六熟悉直流電路的分析方法任務描述通過前述任務的學習，對直流電路的電阻、電容、電感、電源元件組成的電路模型、電路特點、元件連接方式、電路工作狀態(tài)等都有了整體的認識和把握，直流電路的應用非常廣泛，面對眾多復雜的電路如何進行分析，就需要對直流電路的分析方法進行系統(tǒng)性學習。電路有簡單電路和復雜電路之分。簡單電路可用歐姆定律和元件串并聯(lián)特點進行電路分析，而復雜電路則要應用基爾霍夫定律、電壓源電流源等效變換、節(jié)點等方法進行分析。任務描述1.支路。電路中通過同一個電流的每一個分支。圖1.6.1中有三條支路，分別是BAF、BCD和BE。支路BAF、BCD中含有電源，稱為含源支路。支路BE中不含電源，稱為無源支路。2.節(jié)點。電路中三條或三條以上支路的連接點。圖1.6.1中有兩個節(jié)點，為B和E。常見的心理問題任務描述3.回路。電路中的任一閉合路徑。圖1.6.1中有三個回路，分別是ABEFA、BCDEB、ABCDEFA。4.網(wǎng)孔。內(nèi)部不含支路的回路。圖1.6.1中ABEFA和BCDEB都是網(wǎng)孔，而ABCDEFA則不是網(wǎng)孔。常見的心理問題任務目標2.會利用支路電流法對電路進行分析與計算。4.會利用戴維南定理對電路進行分析與計算。1.會電路的基爾霍夫定律（KVL和KCL）分析與計算。3.會利用電源變換法對電路進行分析與計算。一、基爾霍夫定律二、基爾霍夫定律的應用——支路電流法三、電壓源與電流源的等效變換四、戴維南定理任務實施一、基爾霍夫定律（一）基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律簡稱KCL，是用來確定電路中連接在同一個節(jié)點上的各條支路電流間的關(guān)系的。基本內(nèi)容是：任何時刻，對于電路中的任一節(jié)點，流進流出節(jié)點所有支路電流的代數(shù)和恒等于零。（二）基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電流定律是對電路中任意節(jié)點而言的，而基爾霍夫電壓定律是對電路中任意回路而言的。基爾霍夫電壓定律簡稱KVL，是用來確定回路中各部分電壓之間的關(guān)系的。二、基爾霍夫定律的應用——支路電流法前面分析的電路都是簡單電路，它可以應用于串、并聯(lián)的等效變換化簡電路，但實際電路常為復雜電路，而在計算復雜電路的各種方法中，支路電流法是最基本的分析方法。支路電流法是以支路電流為未知量，應用基爾霍夫定律列出與支路電流數(shù)目相等的獨立方程式，再聯(lián)立求解。支路電流法求解電路的步驟為（假定某電路有m條支路，n個節(jié)點）：（1）標出支路電流參考方向和回路繞行方向；（2）根據(jù)KCL列寫（n?1）個節(jié)點電流方程式；（3）根據(jù)KVL列寫［mn??(1)］個獨立回路電壓方程式；（4）解聯(lián)立方程組，求取未知量。三、電壓源與電流源的等效變換電路計算中，有時要求用電流源、電阻的并聯(lián)組合來等效替代電壓源、電阻的串聯(lián)組合，或者用電壓源、電阻的串聯(lián)組合來等效替代電流源、電阻的并聯(lián)組合。對于外電路而言，如果電源的外特性相同，即負載上的U和I相同，那么一個實際的電源，既可以用理想電壓源與內(nèi)阻串聯(lián)來表示，又可以用理想電流源與內(nèi)阻并聯(lián)來表示。故對外電路而言，兩種電源模型是可以等效變換的。試做對比如表1.6.1所示。四、戴維南定理簡便的做法是：把電路劃分為兩部分，一部分為待求支路，另一部分看成是一個有源兩端網(wǎng)絡（具有兩個端的網(wǎng)絡稱為兩端網(wǎng)絡）。有源兩端網(wǎng)絡部分用戴維南定理化簡為一個等效電壓源，則電路就變成一個等效電壓源和待求支路相串聯(lián)的簡單電路，如圖1.6.12所示。拓展案例集成穩(wěn)壓電路創(chuàng)新設計設計并制作固定式三端集成穩(wěn)壓電路，利用LM317芯片實現(xiàn)9V直流輸入，5V直流輸出，基本設計電路如圖1.0所示。創(chuàng)新要求：改動如圖1.0所示電路，實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)的雙極型直流穩(wěn)壓電源的創(chuàng)新設計。感謝觀看電工電子（第二版）模塊二正弦交流電路及其應用CONTENTS任務一認識交流電路任務三分析計算交流電路任務二了解單一參數(shù)元件的單相交流電路任務四功率因數(shù)的計算與分析任務六對三相交流電路的認識、分析與應用任務五了解實際交流電路的應用任務一認識交流電路任務描述交流電有許多優(yōu)點，應用極為廣泛，如電力系統(tǒng)中利用變壓器把某一數(shù)值的交流電壓變換為同頻率另一數(shù)值的交流電壓，解決高壓輸電和低壓配電的矛盾等。廣泛使用的交流電機與直流電機相比，構(gòu)造簡單，成本低廉，運行可靠，維護方便；凡需要直流的地方，可以通過整流設備方便地得到直流?；诒救蝿眨瑢W習交流電的產(chǎn)生過程、概念，三要素及兩種常用表示方法等內(nèi)容。任務目標3能熟練應用相量分析法對復雜電路進行分析。21能熟練運用正弦量的表示方法進行正弦交流電表示。能復述頻率、角頻率、周期的概念及其關(guān)系。一、交流電的產(chǎn)生獲得交流電的方法有多種，但大多數(shù)交流電是由交流發(fā)電機產(chǎn)生的。圖2.1.1（a）是一種最簡單的交流發(fā)電機原理示意圖。圖中標有N、S的為兩個靜止磁極。磁極間放置一個可以繞軸旋轉(zhuǎn)的鐵芯，鐵芯上繞有線圈abb′a′，線圈兩端分別與兩個銅質(zhì)滑環(huán)相連。滑環(huán)經(jīng)過電刷與外電路相連。二、交流電路概述交流電（AlternatingCurrent，AC）是指大小和方向都發(fā)生周期性變化的電流，因為周期電流在一個周期內(nèi)的運行平均值為零，稱為交變電流或簡稱交流電。交流電與直流電的區(qū)別在于：直流電的方向、大小不隨時間變化；而交流電的方向、大小都隨時間做周期性的變化，并且在一周期內(nèi)的平均值為零。圖2.1.2所示為直流電和交流電的電流波形。三、正弦交流量的三要素（二）頻率、周期與角頻率當發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周時，轉(zhuǎn)子繞組中的正弦交變電動勢也隨之變化一周。我們把正弦交流電變化一周所需的時間叫周期，用T表示，周期的單位是秒（s）。正弦交流電每經(jīng)過一個周期T，對應的角度變化了2π弧度，即ωT=2π（一）瞬時值、最大值和有效值瞬時值：交流電在變化過程中任一時刻的值稱為瞬時值。最大值：正弦交流電在一周期內(nèi)數(shù)值最大的瞬時值稱為最大值，也叫幅值、峰值。有效值：正弦交流電的瞬時值是隨時間變化的，計量時不方便表示，故引入有效值的概念。（三）初相位與相位差1.初相位。

稱為正弦量的相位角或相位，它反映出正弦量變化的進程。2.相位差。遇到若干個正弦量，不僅要分析它們的數(shù)量關(guān)系，還常常要比較它們的相位關(guān)系，它們之間的相位差是一個關(guān)鍵值。四、正弦量的常用表示法（一）旋轉(zhuǎn)矢量法所謂旋轉(zhuǎn)矢量法，即用旋轉(zhuǎn)矢量表示一個正弦量。具體表示方法如下：在直角坐標系中畫一個旋轉(zhuǎn)矢量，規(guī)定其長度等于正弦量的最大值，與正向橫軸間的夾角等于正弦量的初相位，按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，角速度等于正弦量的角頻率。則此旋轉(zhuǎn)矢量既能表示出正弦量的三要素，又能通過矢量在縱軸上的投影求得其瞬時值，即能完整地表達出一個正弦量。以

為例，如圖2.1.8所示，旋轉(zhuǎn)矢量的長度是

Im

，旋轉(zhuǎn)矢量在t=0時與橫軸的夾角是

，旋轉(zhuǎn)矢量的縱軸投影為

。經(jīng)過t=t1時間，旋轉(zhuǎn)矢量與橫軸之間的夾角為（

），其在縱軸上的投影

為

，即為t1時刻交流電i的瞬時值。由此可在任何時刻都能在縱軸上得到正弦量的瞬時值。四、正弦量的常用表示法旋轉(zhuǎn)矢量的位置與時間有關(guān)，它隨時間改變方向，因而旋轉(zhuǎn)矢量是時間矢量。不同于在空間有一定方向的空間矢量（如力、電場強度等），只有隨時間按正弦規(guī)律變化的量才能用旋轉(zhuǎn)矢量表示。一般約定，以旋轉(zhuǎn)矢量初始位置即t=0時刻的位置表示它所代表的正弦量，旋轉(zhuǎn)矢量用大寫英文字母，并在頂上加一橫線表示，如

。注意，旋轉(zhuǎn)矢量的長度是正弦量的最大值，也可用有效值表示，但用有效值表示旋轉(zhuǎn)矢量時，其在縱軸上的投影不再為其瞬時值。當

為正時，旋轉(zhuǎn)矢量與正向橫軸間的夾角應按逆時針方向度量，反之則按順時針方向度量。圖2.1.9表示正弦交流電壓

、正弦交流電流

i=的旋轉(zhuǎn)矢量。把幾個同頻率的正弦量的旋轉(zhuǎn)矢量畫在同一個坐標平面上，稱為矢量圖，如圖2.1.9所示。利用矢量圖可以進行正弦量之間的加減運算，且還能表示出幾個正弦量之間的相位關(guān)系，它是分析和計算交流電路的重要方法。四、正弦量的常用表示法（二）相量表示法由于在正弦交流電路中，所有的電壓、電流都是同頻率的正弦量，所以要確定這些正弦量，只要確定它們的有效值和初相就可以了。相量表示法就是用復數(shù)來表示正弦量。用復數(shù)表示正弦量可以把對正弦量的各種運算轉(zhuǎn)化為復數(shù)的代數(shù)運算，從而簡化正弦交流電路的分析計算過程。1.復數(shù)及其表示形式。設A是一個復數(shù)，并設a和b分別為它的實部和虛部，則有A=a+jb（2-1-14）式（2-1-14）中，j=是虛單位（為避免與電流i混淆，在電工中選用j表示虛單位），常用Re[A]表示取復數(shù)A的實部，用Im[A]表示取復數(shù)A的虛部，即a=Re[A]，b=Im[A]，a和b都是實數(shù)。式（2-1-14）表示形式稱為復數(shù)的代數(shù)形式。四、正弦量的常用表示法復數(shù)可以用復平面上所對應的點表示。作直角坐標系，以橫軸為實軸，縱軸為虛軸，此直角坐標所確定的平面稱為復平面。復數(shù)A可以用復平面上坐標為（a，b）的點來表示，如圖2.1.10所示。復數(shù)A還可以用原點指向點（a，b）的矢量來表示，如圖2.1.11所示。該矢量的長度稱為復數(shù)A的模，記作|A|，且四、正弦量的常用表示法四、正弦量的常用表示法2.復數(shù)的運算。（1）復數(shù)的加減。進行復數(shù)相加（或相減），要先把復數(shù)化為代數(shù)形式。設有兩個復數(shù)A1=a1+jb1和A2=a2+jb2，則即復數(shù)的加減運算就是把它們的實部和虛部分別相加減。復數(shù)相加減也可以在復平面上進行。兩個復數(shù)相加的運算在復平面上是符合平行四邊形的求和法則的；兩個復數(shù)相減時，可先作出（?A2）矢量，然后把A1+(-A2)用平行四邊形法則相加。如圖2.1.12所示。四、正弦量的常用表示法（2）復數(shù)的乘除。復數(shù)的乘除運算，一般采用指數(shù)的形式。設有兩個復數(shù)和

則即復數(shù)相乘時，將模相乘，輻角相加；復數(shù)相除時，將模相除，輻角相減。（3）復數(shù)相等和共軛復數(shù)。若兩個復數(shù)的模相等，輻角也相等；或?qū)嵅亢吞摬糠謩e相等，稱兩個復數(shù)相等。設若兩個復數(shù)的實部相等，虛部大小相等但異號，稱為共軛復數(shù)。與A共軛的復數(shù)記作A*。四、正弦量的常用表示法四、正弦量的常用表示法四、正弦量的常用表示法拓展知識交流電路原理及到底有啥用處任務二了解單一參數(shù)元件的單相交流電路任務描述電阻R、電感L、電容C是交流電路中的基本電路元件。直流電流的大小與方向不隨時間變化，而交流電流的大小和方向則隨時間不斷變化。因此，電阻、電感和電容在交流電路中出現(xiàn)了一些與直流電路不同的現(xiàn)象。電阻在直流電路與交流電路中作用相同，起著限制電流的作用，并把取用的電能轉(zhuǎn)換成熱能。電感線圈在直流電路中相當于導線，但在交流電路中由于電流是交變的，線圈中有自感電動勢產(chǎn)生。電容器接入直流電路時，電容器被充電，充電結(jié)束后，電路處在斷路狀態(tài)。但在交流電路中，由于電壓是交變的，因而電容器時而充電時而放電，電路中出現(xiàn)了交變電流，使電路處在導通狀態(tài)。任務目標0201031.能夠掌握純電阻元件上電壓與電流的關(guān)系、電阻元件功率分析方法。2.能夠掌握純電感元件上電壓與電流的關(guān)系、電感元件功率分析方法。3.能夠掌握純電容元件上電壓與電流的關(guān)系、電容元件功率分析方法。任務實施3三、純電容元件單相交流電路21一、純電阻元件單相交流電路二、純電感元件單相交流電路一、純電阻元件單相交流電路當電阻兩端加上單相正弦交流電壓時，電阻中就有交流電流通過，電壓與電流的瞬時值仍然遵循歐姆定律。（一）電阻元件上電壓與電流的關(guān)系在交流電路中，任意電路元件上的電壓瞬時值與電流瞬時值的乘積稱為該元件的瞬時功率，用小寫字母p表示。（二）電阻元件功率分析一、純電阻元件單相交流電路（一）電阻元件上電壓與電流的關(guān)系在圖2.2.1中，電壓與電流為關(guān)聯(lián)參考方向，則電阻上的電流為式（2-2-1）是交流電路中電阻元件的電壓與電流的基本關(guān)系，表明線性電阻上的電壓與電流成正比，具有可疊加性。如加在電阻兩端的正弦交流電壓為則電路中的電流為式中寫成有效值關(guān)系為（1）電阻兩端的電壓與電流同頻率、同相位；（2）電阻兩端的電壓與電流的數(shù)值成正比。一、純電阻元件單相交流電路從以上分析可知：其波形圖如圖2.2.2所示（設

）。一、純電阻元件單相交流電路（二）電阻元件功率分析在交流電路中，任意電路元件上的電壓瞬時值與電流瞬時值的乘積稱為該元件的瞬時功率，用小寫字母p表示。當uR、iR為關(guān)聯(lián)參考方向時，在任一瞬間，電阻中的電流瞬時值與同一瞬間加在電阻兩端的電壓瞬時值的乘積，稱為電阻取用的瞬時功率，用pR表示，即從0到t的時間內(nèi)，電阻元件消耗的電能為一、純電阻元件單相交流電路式（2-2-6）表明電阻消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為熱能，是一個不可逆的能量轉(zhuǎn)換過程，由于電阻元件的電流和電壓同相位，所以pR

在任一瞬間的數(shù)值都是正值或者等于零，故電阻是一個耗能元件。實際電路中如白熾燈、電爐等即可視作電阻元件。電阻消耗的平均功率為二、純電感元件單相交流電路（一）電感元件上電壓與電流的關(guān)系設電感L中通入正弦電流，其參考方向如圖2.2.4所示。設流過電感元件的正弦交流電流為則電感兩端的電壓為二、純電感元件單相交流電路式（2-2-7）表明，線性電感的端電壓u與電流i對時間的變化率di/dt成正比。對于恒定直流，電感元件的兩端電壓為零，因此，電感元件對直流電路來講可視作短路。電感元件的電壓、電流波形圖如圖2.2.5所示（設φi=0）。比較電壓和電流的關(guān)系式可見：電感兩端電壓u和電流i也是同頻率的正弦量，電壓的相位超前電流90°，電壓與電流在數(shù)值上滿足關(guān)系從以上分析可知：（1）電感兩端的電壓與電流同頻率；（2）電感兩端的電壓在相位上超前電流90°；（3）電感兩端的電壓與電流有效值（或最大值）之比為ωL。二、純電感元件單相交流電路（2）電感兩端的電壓在相位上超前電流90°；（3）電感兩端的電壓與電流有效值（或最大值）之比為ωL。二、純電感元件單相交流電路二、純電感元件單相交流電路（二）電感元件功率分析在電壓與電流參考方向一致時：1.電感元件的瞬時功率。電感元件的瞬時功率為二、純電感元件單相交流電路其電壓、電流、功率的波形圖如圖2.2.7所示。由式（2-2-12）或波形圖都可以看出，此功率是以二倍角頻率作正弦變化的。2.電感元件的平均功率。電感在通以正弦電流時，所吸收的平均功率為式（2-2-13）表明電感元件是不消耗能量的，它是儲能元件。電感吸收的瞬時功率不為零，在第一和第三個1/4周期內(nèi)，瞬時功率為正值，、電感吸取電源的電能，并將其轉(zhuǎn)換成磁場能量儲存起來；在第二和第四個1/4周期內(nèi)，瞬時功率為負值，將儲存的磁場能量轉(zhuǎn)換成電能返送給電源。因此純電感條件下電路中僅有能量的交換而沒有能量的損耗。二、純電感元件單相交流電路工程中為了表示能量交換的規(guī)模大小，將電感瞬時功率的最大值定義為電感的無功功率，簡稱感性無功功率，用Q

L

表示。即無功功率的單位為乏（var），工程中有時也用千乏（kvar），且有1kvar=103var。實際電感線圈廣泛存在于各種電氣設備之中，如變壓器、電機的繞組、繼電器的電磁作用機構(gòu)、日光燈鎮(zhèn)流器等。例2-7若將L=20mH的電感元件接在UL=110V的正弦電源上，則通過的電流是1mA。（1）求電感元件的感抗及電源的頻率。（2）若把該元件接在直流110V電源上，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象?二、純電感元件單相交流電路（2）在直流電路中，XL=0，電流很大，電感元件可能燒壞。例2-8一個線圈電阻很小，可略去不計，電感L=35mH。（1）求該線圈在50

Hz的交流電路中的感抗；（2）若接在U=220V，f=50Hz的交流電路中，求電流I、有功功率P、無功功率Q

。三、純電容元件單相交流電路由于電壓的大小和方向隨時間變化，使電容器極板上的電荷量隨之變化，電容器的充、放電過程將不斷進行，由此形成了純電容電路中的電流。（一）電容元件上電壓與電流的關(guān)系在電壓與電流參考方向一致的情況下，設。1.電容元件的瞬時功率。2.電容元件的平均功率。3.電容元件的無功功率。（二）電容元件功率分析三、純電容元件單相交流電路（一）電容元件上電壓與電流的關(guān)系設電容器C兩端加上電壓uc=

umsin(ωt+?c)，其參考方向如圖2.2.8所示。由于電壓的大小和方向隨時間變化，使電容器極板上的電荷量隨之變化，電容器的充、放電過程將不斷進行，由此形成了純電容電路中的電流。電容元件兩端的電壓uC隨時間變化時，極板上儲存的電荷也隨之變化，則在電路中就有電流iC。若uC和iC的參考方向如圖2.2.8所示，則三、純電容元件單相交流電路從以上分析可知：（1）電容兩端的電壓與電流同頻率；（2）電容兩端的電壓在相位上滯后電流90°；（3）電容兩端的電壓與電流有效值之比為

；（4）對于恒定電壓，電容的電流為零，因此，電容元件對直流電路來說可視為開路。XC稱為容抗，用來表示電容元件對電流阻礙作用的一個物理量，它與角頻率成反比，單位是歐姆。將式（2-2-17）代入式（2-2-16），得三、純電容元件單相交流電路電容元件的電壓、電流波形圖如圖2.2.9所示（設?u=0）。電容元件上電壓與電流的相量關(guān)系為圖2.2.10給出了電容元件的相量模型及相量圖。三、純電容元件單相交流電路（二）電容元件功率分析在電壓與電流參考方向一致的情況下，設

。1.電容元件的瞬時功率。電容元件的瞬時功率為其電壓、電流、功率的波形圖如圖2.2.11所示。由上式或波形圖都可以看出，此功率是以二倍角頻率做正弦變化的。三、純電容元件單相交流電路2.電容元件的平均功率。電容在通以正弦電流時，所吸收的平均功率為與電感元件相同，電容元件也是不消耗能量的，它也是儲能元件。電容吸收的瞬時功率不為零，在第一和第三個1/4周期內(nèi)，瞬時功率為正值，電容吸取電源的電能，并將其轉(zhuǎn)換成電場能量儲存起來；在第二和第四個1/4周期內(nèi)，瞬時功率為負值，將儲存的電場能量轉(zhuǎn)換成電能返送給電源。3.電容元件的無功功率。用無功功率Q

C表示電源與電容間的能量交換三、純電容元件單相交流電路實際電容器有許多種類，如固定電容器、可變電容器、微變電容器；有極性電容器、無極性電容器；空氣電容器、紙質(zhì)電容器、云母電容器、陶瓷電容器、薄膜電容器、電解電容器；等等。特別是還有一些自然形成的電容器，如兩云層之間、云層和大地之間、兩輸電導線之間、輸電線和大地之間、導線與機殼之間、晶體管各電極之間都有自然形成的電容，一般稱為分布電容或寄生電容。例2-9設加在一電容器上的電壓

，其電容C為10μF。（1）求流過電容的電流i（t）。（2）若接在直流6V的電源上，則電流為多少？（2）在直流電路中，電容的電流為0。任務三分析計算交流電路實際交流電路中的負載往往是兩個或三個不同元件的組合，而三種基本元件串聯(lián)起來就組成一種具有普遍意義的電路。在電力工程和日常生活中，RLC串聯(lián)電路和并聯(lián)電路是最常見的電路。因此分析這類交流電路有著很實際的意義。任務描述任務目標會相量分析法分析正弦交流電路。會矢量圖法分析正弦交流電路。12一、串聯(lián)電路的分析計算三、電路參數(shù)對電路性質(zhì)的影響二、并聯(lián)電路的分析計算四、正弦交流電路的分析方法2341任務實施一、串聯(lián)電路的分析計算（一）RLC的串聯(lián)電路由電阻、電感和電容相串聯(lián)所組成的電路叫作RLC串聯(lián)電路，如圖2.3.1所示。（二）RLC串聯(lián)電路電壓電流關(guān)系分析設電路中的電流為則電阻元件上的電壓uR與電流同相，即電感元件上的電壓uL比電流超前90°，即電容元件上的電壓uC比電流滯后90°，即電源電壓瞬時值等于各個元件上電壓瞬時值之和，根據(jù)KVL定律得出一、串聯(lián)電路的分析計算（三）RLC串聯(lián)電路復阻抗分析根據(jù)相量形式的KVL可得一、串聯(lián)電路的分析計算可見，在R、L、C串聯(lián)電路中，電壓相量U與電流相量I之比為一復數(shù)Z，它的實部為電路的電阻R，虛部為電路中的感抗XL與容抗XC之差，X稱為電路的電抗，Z稱為電路的復阻抗。將復阻抗寫成指數(shù)形式，則為式(2-3-3)和(2-3-4)表明：復阻抗的模|Z|(也可稱阻抗)及輻角φ的大小，只與參數(shù)及角頻率有關(guān)，而與電壓及電流無關(guān)。式(2-3-3)還說明，復阻抗的模|Z|和R及X構(gòu)成一個直角三角形，如圖2.3.2所示，稱為阻抗三角形，輻角φ又稱為阻抗角，即為電流與電壓之間的相位差。對感性電路，φ為正；對容性電路，φ為負。一、串聯(lián)電路的分析計算可見復阻抗的模|Z|等于電壓的有效值與電流的有效值之比，輻角φ等于電壓與電流的相位差角，即由此可見，復阻抗Z決定了電壓、電流的有效值大小和相位間的關(guān)系。所以復阻抗是正弦交流電路中一個十分重要的概念，為了簡明，復阻抗可簡稱為阻抗。由電壓相量所組成的直角三角形，稱為電壓三角形。利用這個電壓三角形，可求得電源電壓的有效值，如圖2.3.3所示，即二、并聯(lián)電路的分析計算（一）RLC并聯(lián)電路電阻、電感和電容并聯(lián)電路如圖2.3.4（a）所示，其相量模型如圖2.3.4（b）所示。二、并聯(lián)電路的分析計算（二）RLC并聯(lián)電路電壓電流關(guān)系分析（三）RLC并聯(lián)電路復導納分析二、并聯(lián)電路的分析計算由此可見，復導納Y

決定了電流、電壓的有效值大小和相位間的關(guān)系。復導納的模|Y|

和G

及

B

也構(gòu)成一個直角三角形，如圖2.3.5所示，稱為導納三角形。（一）RLC串聯(lián)電路參數(shù)對電路性質(zhì)的影響三、電路參數(shù)對電路性質(zhì)的影響根據(jù)電路參數(shù)可得出RLC

串聯(lián)電路的性質(zhì)：（1）當XL>XC時，

，即電壓超前電流φ角，電路呈感性；（2）當XL

<XC

時，φ<0，即電壓滯后電流φ角，電路呈容性；（3）當XL

=XC時，φ=0，即電壓與電流同相位，電路呈阻性。三種情況的相量圖如圖所示。三、電路參數(shù)對電路性質(zhì)的影響（二）RLC并聯(lián)電路參數(shù)對電路性質(zhì)的影響根據(jù)電路參數(shù)可得出RLC并聯(lián)電路的性質(zhì)：（1）當BC>

BL

時，?′>0，電流超前電壓?′角，電路呈容性；（2）當BC<

BL時，?′<0，電流滯后電壓?′角，電路呈感性；（3）當BC=

BL時，?=0，電流與電壓同相位，電路呈阻性。三種情況的相量圖如圖2.3.7所示。四、正弦交流電路的分析方法（一）矢量圖分析法矢量圖表示幾個同頻率正弦量的矢量組合。在正弦交流電路中，同頻率的各正弦量均可在矢量圖中畫出其對應的旋轉(zhuǎn)矢量。矢量圖分析法就是利用矢量圖分析同類正弦量相互間相位關(guān)系，求解正弦量相互疊加的結(jié)果。設有兩個正弦交流電壓

，用矢量圖分析法求兩個電壓相加和相減的結(jié)果，具體方法如下。如圖2.3.14所示，先在直角坐標系中畫出兩個已知正弦量的旋轉(zhuǎn)矢

、，

，它們的初相位分別為

。若求兩正弦交流電壓之和，可以證明兩正弦量相加結(jié)果仍為一個同頻率的正弦量，其合成正弦量的瞬時值等于它們的瞬時值的代數(shù)和，最大值（或有效值）等于它們最大值（或有效值）的矢量和。即四、正弦交流電路的分析方法故可用矢量求和的辦法，以OA、OB為鄰邊作一平行四邊形OACB，則它的對角線OC就是合成電壓的旋轉(zhuǎn)矢量

，其長度等于u的有效值，<COD就等于u的初相位φ。如果矢量圖解過程中輔以三角運算，可以求出有效值和初相位的準確數(shù)值，這種方法稱為解析法。使用解析法時，先將相加的各矢量分別作X軸和Y軸的投影，然后分別求出X軸和Y軸上各投影分解量的代數(shù)和，如圖中的OD和CD，再根據(jù)勾股定理求合成量的有效值，即四、正弦交流電路的分析方法若求兩正弦交流電壓之差

，仍可采用矢量求和法，即四、正弦交流電路的分析方法四、正弦交流電路的分析方法（二）相量分析法相量分析法即把正弦量變換成相量來分析計算正弦交流電路的方法，又稱符號分析法。其實質(zhì)是用復數(shù)來表述正弦量，使用復數(shù)的運算方法，簡化正弦交流電路復雜的電路計算。通過前面的分析，我們知道正弦交流電路引入電壓、電流相量以及阻抗（導納）的概念后，得出了相量形式的歐姆定律和基爾霍夫定律。然后根據(jù)這兩個定律又導出了阻抗（導納）串、并聯(lián)，分壓及分流公式。這些公式在形式上與直流電路中相應的公式對應，由此可以推知：分析直流電路的各種方法和定理在形式上同樣能適用于分析復雜交流電路。下面通過例題說明如何應用支路電流法、戴維南定理等來分析復雜正弦交流電路。四、正弦交流電路的分析方法知識拓展RLC電路在生活中的應用非常廣泛，主要包括電力系統(tǒng)的安全運行、無線通信的數(shù)據(jù)傳輸和確認機制等方面。?在電力系統(tǒng)中，RLC電路主要用于防孤島負載測試。通過RLC防孤島負載測試，可以有效地防止電力系統(tǒng)出現(xiàn)孤島現(xiàn)象，保證電力系統(tǒng)的安全運行。具體應用包括：2341?電力系統(tǒng)的安全運行?：通過RLC防孤島負載測試，可以防止電力系統(tǒng)出現(xiàn)孤島現(xiàn)象，確保電力系統(tǒng)的安全運行?。?電力設備的保護?：對電力設備進行實時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，可以立即切斷電源，防止電力設備受到損壞?。電力系統(tǒng)的維護?：在進行電力系統(tǒng)的維修時，通過RLC防孤島負載測試，確保維修人員的安全?。?電力系統(tǒng)的優(yōu)化?：通過對電力系統(tǒng)的實時監(jiān)測和控制，可以對電力系統(tǒng)進行優(yōu)化，提高電力系統(tǒng)的運行效率?知識拓展在無線通信中，RLC層（RadioLinkControlLayer）負責提供無線鏈路控制和確認機制，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。RLC層的主要功能包括：?1.提供可靠性?：通過重傳機制，確保在無線環(huán)境中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不會丟失或損壞?。2.負載平衡?：檢測無線環(huán)境中的信號強度，決定將數(shù)據(jù)發(fā)送到哪個節(jié)點，以提高系統(tǒng)性能。?3.分段與連接?：負責數(shù)據(jù)的分段和連接，確保數(shù)據(jù)的完整傳輸?。1任務四功率因數(shù)的計算與分析電類設備及其負載都要提供或吸收一定的功率。如某臺變壓器提供的容量為250kV·A，某臺電動機的額定功率為2.5kW，一盞白熾燈的功率為60W，等等。由于電路中負載的性質(zhì)不同，它們的功率性質(zhì)及大小也各不相同。前面所提到的感性負載就不一定全部都吸收或消耗能量。所以我們要對電路中的不同功率進行分析。13功率因數(shù)是衡量電網(wǎng)經(jīng)濟運行水平的一個重要指標，國家電力部門專門對用戶的功率因數(shù)制定了考核標準，要求功率因數(shù)cos

φ在0.85至0.9之間。而在工業(yè)生產(chǎn)中大量的設備均為感性負載，功率因數(shù)往往很低，故常要求采取措施提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。那么為何一定要提高電網(wǎng)的功率因數(shù)呢？2電力系統(tǒng)中的負載大多是呈感性的。這類負載不只消耗電網(wǎng)能量，還要占用電網(wǎng)能量，這是我們所不希望的。日光燈負載內(nèi)帶有電容器就是為了減小感性負載占用電網(wǎng)的能量。這種利用電容來達到減小占用電網(wǎng)能量的方法稱為無功補償法，也就是后面我們提到的提高功率因數(shù)。4原因之一：若電源的容量SN一定，其輸出的有功功率為P=UIcos

φ=Scos

φ，因而，為充分利用電源設備的容量，提高有功成分，就要求提高電路的功率因數(shù)。原因之二：提高功率因數(shù)可減少線路損耗，提高輸電效率和質(zhì)量。任務描述任務目標4.能復述提高功率因數(shù)的方法及提高電路功率因數(shù)在生產(chǎn)生活中的意義。3.會計算交流電路瞬時功率、有功功率、無功功率和視在功率。1.能熟練應用功率計算方法對正弦交流電路的功率進行分析。2.會分析正弦交流電路負載獲得最大功率的條件。任務實施（二）平均功率（有功功率）（三）無功功率（五）功率三角形（一）瞬時功率（四）視在功率一、正弦交流電路中的功率（六）功率因數(shù)一、正弦交流電路中的功率一、正弦交流電路中的功率一、正弦交流電路中的功率二、功率因數(shù)的提高方法二、功率因數(shù)的提高方法的端電壓將減少，這就影響負載的正常工作。從另一方面看，電流I增加，輸電線路中的功率損耗也要增加。因此，提高負載的功率因數(shù)對合理、科學地使用電能以及對國民經(jīng)濟發(fā)展都有著重要的意義。常用的感應電動機在空載時的功率因數(shù)為0.2～0.3，在輕載時只有0.4～0.5，而在額定負載時約為0.83～0.85。不裝電容器的日光燈，功率因數(shù)為0.45～0.6。應設法提高這類感性負載的功率因數(shù)，以降低輸電線路的電壓降和功率損耗。常用的提高功率因數(shù)的方法，是在感性負載兩端并聯(lián)容量合適的電容器。這種方法不會改變負載原有的工作狀態(tài)，但負載的無功功率從電容支路得到了補償，從而提高了功率因數(shù)。感性負載和電容器的并聯(lián)電路如圖2.4.3所示。二、功率因數(shù)的提高方法二、功率因數(shù)的提高方法由于相位不同，故總電流I的有效值應從I1

和IC的矢量和求得。根據(jù)電流矢量式畫出該電路電流、電壓矢量圖如圖2.4.4所示，并聯(lián)電路取總電壓為參考矢量。感性負載中的電流

I1

可以分解成兩個分量，其中與電壓同相的

IR稱為有功分量，另一個滯后于電壓

電角的IL稱為無功分量，它們的大小分別是從矢量圖求出總電流的有效值為總電流與電壓的相位差為任務五了解實際交流電路的應用任務描述單相交流電路應用很廣泛，如家庭、辦公室等場合用的日光燈、白熾燈、電風扇、洗衣機等都應用單相交流電路。任務目標1.能根據(jù)實際需要，設計室內(nèi)電氣照明電路，合理選擇燈具。2.能夠排除遇到的照明電路故障問題。一、室內(nèi)電氣照明電路一、室內(nèi)電氣照明電路如圖2.5.1所示是日常生活中常見的簡單照明電路圖。電路由電度表、開關(guān)、白熾燈、日光燈和插座等器件組成。合上電源空氣開關(guān)QF1后，單相電度表不轉(zhuǎn)動；再合上空氣開關(guān)QF2，此時電路進入通電狀態(tài)。（1）合上開關(guān)S1，白熾燈EL發(fā)亮，電度表表盤旋轉(zhuǎn)（從左向右轉(zhuǎn)），開始計量電能。（2）合上開關(guān)S2，日光燈點亮，由于日光燈與白熾燈同時發(fā)光，負荷增大，電度表表盤的轉(zhuǎn)速比剛才的速度快了一點。（3）插座接通，左邊是零線，右邊是火線，電壓是相電壓220V；插上電熱器，因為電熱器是大功率負載，電度表表盤的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)得非?？?。二、日光燈電路如圖2.5.2所示是電感式鎮(zhèn)流器日光燈電路圖，它主要由燈管、鎮(zhèn)流器和啟輝器組成。鎮(zhèn)流器是一個帶鐵芯的線圈。啟輝器是一個充有氖氣的小玻璃泡，里面裝上兩個電極。燈管內(nèi)充有稀薄的水銀蒸氣，當水銀蒸氣導電時，就發(fā)出紫外線，使涂在管壁上的熒光粉發(fā)出柔和的光。由于激發(fā)水銀蒸氣導電所需的電壓比220V的電源電壓高得多，因此，日光燈在開始點亮時需要一個高出電源電壓很多的瞬時電壓。當日光燈點燃后正常發(fā)光時，燈管的電阻變得很小，只允許通過不大的電流，電流過強就會燒壞燈管，這時又要使加在燈管上的電壓大大低于電源電壓。這兩方面的要求都是利用跟燈管串聯(lián)的鎮(zhèn)流器來滿足功能的。任務六三相交流電路的認識、分析與應用任務描述目前，電能的產(chǎn)生、輸送和分配，基本都采用三相交流電路。三相交流電路就是由三個頻率相同、最大值相等、相位上互差120°的正弦電動勢組成的電路。這樣的三個電動勢稱為三相對稱電動勢。三相交流電路之所以應用廣泛，是因為它具有以下優(yōu)點：（1）在相同體積下，三相發(fā)電機的輸出功率比單相發(fā)電機的大；（2）在輸送功率相等、電壓相同、輸電距離和線路損耗都相同的情況下，三相輸電比單相輸電節(jié)省輸電線材料，輸電成本低；（3）與單相電動機相比，三相電動機結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，性能良好，維護使用方便。任務目標1.能熟練進行三相電源和三相負載的星形和三角形的電路連接，并能對相電壓、相電流、線電壓、線電流進行分析計算。2.能熟練對三相對稱電路、典型三相不對稱電路進行分析計算，并能對三相對稱電路的功率進行計算。一、三相交流電源（一）三相對稱電源三相交流電一般來自三相發(fā)電機或變壓器副邊的三個繞組，它是由三個大小相等、頻率相同、相位互差120°的單相交流電構(gòu)成的一組三相對稱交流電源。由三相電源構(gòu)成的電路，稱為三相（制）電路。三相發(fā)電機中三個線圈的首端分別用A、B、C表示；尾端分別用X、Y、Z表示。三相電壓的參考方向為首端指向尾端。對稱三相電源的電路符號如圖2.6.1所示。圖2.6.2和圖2.6.3為三相對稱電動勢的波形圖和矢量圖。一、三相交流電源（二）三相交流電源的連接三相發(fā)電機的每一相繞組產(chǎn)生的電動勢都是獨立的電源，可各自單獨與負載連接成一個獨立的回路，形成三個互不聯(lián)系的三相電路，稱為三相六線制，如圖2.6.4所示。將三相電源的三個繞組以一定的方式連接起來就構(gòu)成三相電路的電源。通常的連接方式是星形（也稱Y形）連接和三角形（也稱△形）連接。對三相發(fā)電機來說，通常采用星形連接。1.三相電源的星形連接2.三相電源的三角形連接二、三相負載的接線方式（一）三相負載的星形連接三相負載的星形連接如圖2.6.8所示。三個負載ZA、ZB、ZC的一端連在一起，并接入三相電源的中線上，另一端分別與電源的三根端線A、B、C相連。（二）三相負載的三角形連接電源的線電壓總是對稱的，故不管負載對稱與否，三相負載上的相電壓也總是對稱的。但負載的相電流與線電流不等。三、三相電路的功率三相電路的功率測量可采用三功率表法或兩功率表法來測量。對稱三相正弦交流電路的瞬時功率經(jīng)公式推導等于平均功率P，是不隨時間變化的常數(shù)。對三相電動機來說，瞬時功率恒定意味著電動機轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，這是三相制的重要優(yōu)點之一。三相電功率的計算公式雖然兩種接法時形式上一樣，但其線電壓、相電壓，線電流、相電流的值是不同的，故計算的結(jié)果也不一樣。感謝觀看電工電子（第二版）模塊三工業(yè)企業(yè)供電及安全用電常識CONTENTS任務一了解工業(yè)企業(yè)供電任務三熟悉防止觸電的保護措施任務二熟悉安全用電知識任務四熟悉節(jié)約用電常識任務一了解工業(yè)企業(yè)供電任務描述通過資料查閱和文獻學習，了解日常的生活用電、行業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)用電等應用的電力系統(tǒng)基本知識，了解基本的安全操作規(guī)程。任務目標4.在實際工作中牢記安全操作規(guī)范與要求。3.會查閱供配電安全操作規(guī)程。1.能復述發(fā)電、輸電和配電過程，了解電力供電的主要方式和特點。2.能復述供配電系統(tǒng)的基本組成。一、電力系統(tǒng)構(gòu)成（一）發(fā)電發(fā)電即電力的生產(chǎn)。生產(chǎn)電力的工廠稱為發(fā)電廠，簡稱電廠。（三）變電變電即變換電網(wǎng)的電壓等級。（二）輸電輸電是電力的輸送。（四）配電配電即電力的分配。為配電服務的線路稱為配電線路。（2）水電廠：是利用自然水力資源作為動力的發(fā)電廠，往往通過建庫蓄水或筑壩截流的方法提高水位形成落差，利用水流的位能驅(qū)動水輪機，由水輪機帶動發(fā)電機而發(fā)出電力，如三峽水力發(fā)電廠。（1）火電廠：通常以煤或石油為燃料，供燃燒鍋爐產(chǎn)生蒸氣，以高壓高溫蒸氣驅(qū)動汽輪機，由汽輪機帶動發(fā)電機而發(fā)出電力。規(guī)模較小的電廠，也有采用燃氣輪機或內(nèi)燃機帶動發(fā)電機發(fā)電的。一、電力系統(tǒng)構(gòu)成（3）核電廠：也稱原子能電廠。由核燃料在原子能反應堆中的裂變反應所產(chǎn)生的熱能來生產(chǎn)高溫高壓蒸氣，而后基本上如同火電廠一樣的程序進