电工学简明教程第三版第3章上课讲义
电工学第三章
哈尔滨工业大学电工学教研室第3章正弦交流电路返回目录3.1 正弦电压与电流3.2 正弦量的相量表示法3.3 电阻元件、电感元件与电容元件3.4 电阻元件的交流电路3.5 电感元件的交流电路3.6 电容元件的交流电路3.7 电阻、电感与电容元件的交流电路3.8 阻抗的串联与并联3.9 交流电路的频率特性3.10 功率因数的提高3.1 正弦电压与电流直流电和正弦交流电前面两章分析的是直流电路，其中的电压和电流的大小和方向是不随时间变化的。
I，UOt直流电压和电流返回tiu O正弦电压和电流实际方向和参考方向一致实际方向和参考方向相反＋－正半周实际方向和参考方向一致+_u R⊕i负半周实际方向和参考方向相反+_u R⊕i正弦交流电的电压和电流是按照正弦规律周期性变化的。
3.1.1 频率和周期正弦量变化一次所需要的时间（秒）称为周期（T ）。
每秒内变化的次数称为频率（），单位是赫兹（Hz ）。
我国和大多数国家采用50Hz 的电力标准，有些国家（美国、日本等）采用60Hz 。
小常识正弦量变化的快慢还可用角频率来表示：fTππω22==tT2T 23T tωππ2π3π4T2u iOf 频率是周期的倒数:f =1/T已知=50Hz,求T 和ω。
[解]T =1/=1/50=0.02s, ω=2π=2×3.14×50＝314rad/sf f f 例题3.13.1.2 幅值和有效值瞬时值和幅值i 正弦量在任一瞬间的值称为瞬时值，用小写字母表示，如、u、e等。
瞬时值中的最大的值称为幅值或最大值，用带下标m的大写字母表示，如IU m、E m等。
m、有效值在工程应用中常用有效值表示交流电的幅度。
一般所讲的正弦交流电的大小，如交流电压380V或220V，指的都是有效值。
有效值是用电流的热效应来规定的。
设一交流电流和一直流电流I 流过相同的电阻R，如果在交流电的一个周期内交流电和直流电产生的热量相等，则交流电流的有效值就等于这个直流电的电流I。
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1.1 电路的作用与组成部分
电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电
路元器件按一定方式组合而成的。
1．电路的作用 (1) 实现电能的传输、分配与转换
发电机
升压 输电线 变压器
(2)实现信号的传递与处理
降压 变压器
电灯 电动机 电炉
负载
电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工 作；由激励所产生的电压和电流称为响应。
1.2 电路模型
实为际了的便电于路分是析由与一计些算按实需际要电路起，不在同一作定用条的件元下件常或忽器 件略所实组际成部，件如的发次电要机因、素变而突压出器其、主电要动电机磁、性电质池，、把电它阻看器 等成，理它想们电的路电元磁件性。质是很复杂的。
(3) 实际方向与参考方向的关系
实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值； 实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。
I
例如：图中若 I = 3 A，则表明电
+
流的实 际方向与参 考方向相同 ；反之，
E–
若 I = –3 A，则表明电流的实际方与参
R 考方向相反 。
R0
在电路图中所标电压、电流、电动
电工学简明教程第三版
第1章 电路及其分析方法
第 1 章 电路及其分析方法
1.1 电路的作用与组成部分 1.2 电路模型 1.3 电压和电流的参考方向 1.4 电源有载工作、开路与短路 1.5 基尔霍夫定律 1.6 电阻的串联与并联 1.7 支路电流法 1.8 叠加定理 1.9 电源的两种模型及其等效变换 1.10 戴维宁定理 1.11 电路中电位的计算 1.12 电路的暂态分析
电工学第三章三相交流电ppt课件
6
3.1.2 三相电路中负载的联结方法
1. 三相负载
分类
三相负载：需三相电源同时供电
负载
三相电动机等
单相负载：只需一相电源供电
照明负载、家用电器
对称三相负载：ZA=ZB= ZC
三相负载
如三相电动机
此时负载中性点N´即为 A, 因此负载各相电压为 N
UA 0 , UA 0
B
UB UB A, UB 380 V UC UC A , UC 380 V C
+
U A
iA
iC
– –
N´
–
iB
+ U C U B +
此情况下，B相和C相的电灯组由于承受电压上所加 的电压都超过额定电压（220V) ，这是不允许的。
(2) 相UA电B=流UBC=UIIICABCABCA=UUUUZZZClCAABB=AABBCCUP
A
+–
U AB
– U CA
B U+ BC C–
+
IB IC
ICA
ZCA
IAB
ZBC ZAB
IBC
相电流： 线电流：
IIAA、B、IIB、BC、IC ICA
线电流不等于相电流
20
(3) 线电流
IA IAB ICA
16
(2) A相断路
A
1) 中性线未断
B、C相灯仍承受220V N
电压, 正常工作。
2) 中性线断开
B
变为单相电路，如图(b) C 所示, 由图可求得
I UBC 380 12 .7 A RB RC 10 20
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插柳是一种风俗，也是为了纪念“教民稼穑”的农事祖师神农氏。有的地方， 人们把柳枝插在屋檐下，以预报天气，古谚有“柳条青，雨蒙蒙；柳条干，晴 了天”的说法。黄巢起义时规定，以“清明为期，戴柳为号”。起义失败后， 戴柳的习俗渐被淘汰，只有插柳盛行不衰。杨柳有强大的生命力，俗话说： “有心栽花花不发，无心插柳柳成荫。”柳条插土就活，插到哪里，活到哪里， 年年插柳，处处成荫。
春游
春游，古称踏青，是一种古老的传统族民俗文体活动，古时一般在上巳节，清 明节。“三月三日气象新，长安水边多丽人。”杜甫描绘的就是唐代人们春游 的盛况。 春季郊野，万木吐翠，芳草茵茵，百鸟争鸣，阳光和熙，空气清新， 置身于这如诗如画的环境中，能使人心胸开阔，疲劳消除，精神振奋，还能促 进细胞的新陈代谢，改善血液循环，增加腰腿肌肉的活动，加强心脏和肺的功 能，可降低血脂、血压、防治心血管病，因而，春游具有特殊的保健作用。
春节名称变革
先秦
两汉时期 魏晋南北朝时 唐宋元明
清代
辛亥革命后
““
““
““
“““
“
01 01
改上正三Biblioteka 元元新岁元元
改将
元
岁日
旦朝
首辰
元日旦
旦
名农月旦
””
””
””
”””
”
为历
定
、、
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、、
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或
春正日义
““
““
““
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“
节月，为
献元
正岁
岁元
新元
元
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西
岁日 ”” 等、
日旦 ”” ；、
朝日 ”” 等、
明、清时，是糕已发展成市面上一种常年供
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目录•课程概述与教学目标•电路基础概念与定律•直流电路分析与应用•交流电路基本概念与性质•三相交流电路分析与计算•电机与变压器基本原理及应用•供电系统与安全用电常识•实验技能培养与操作规范课程概述与教学目标03适用范围适用于高职高专、成人教育等电气类专业教学01教材内容包括电路基础、电机与变压器、电气控制、可编程控制器等内容02教材特点简明扼要、重点突出、注重实践应用电工学简明教程第三版介绍1 2 3掌握电工学基本概念、基本原理和基本分析方法知识目标培养学生独立分析问题和解决问题的能力，提高实践技能能力目标培养学生工程意识和创新意识，提高综合素质素质目标教学目标与要求教学内容与方法教学内容根据教材内容和教学目标，合理安排各章节的教学内容和顺序教学方法采用讲授、讨论、案例分析、实验教学等多种教学方法，注重理论与实践相结合课程评估与反馈评估方式采用平时成绩、实验成绩、期末考试成绩等多种评估方式，全面评价学生学习效果反馈机制建立有效的学生反馈机制，及时了解学生学习情况和问题，调整教学策略和方法电路基础概念与定律电路组成及基本物理量电路组成电路由电源、负载、导线和开关等基本元件组成，形成闭合回路以传输电能。
基本物理量电流、电压、功率等是描述电路状态的基本物理量，其中电流表示电荷的流动速率，电压表示单位时间内通过导体的电荷数所产生的电势差，功率则表示单位时间内转换、使用或耗散的电能。
欧姆定律及其应用欧姆定律欧姆定律指出，在闭合电路中，电流与电压成正比，与电阻成反比，即I=U/R，其中I表示电流，U表示电压，R表示电阻。
应用欧姆定律是分析线性电阻电路的基本定律，可用于计算电路中的电流、电压和电阻等参数，还可推广至交流电路中的复数表示形式。
电阻串并联及等效变换电阻串联电阻串联时，总电阻等于各电阻之和，即R=R1+R2+...+Rn，串联电路中的电流处处相等。
电阻并联电阻并联时，总电阻的倒数等于各电阻倒数之和，即1/R=1/R1+1/R2+...+1/Rn，并联电路中的电压处处相等。
电工学第三章
解：(1) i L (0 ) 1 A 由换路定则：
t = 0 -等效电路
uC (0 ) R3 i L (0 ) 4 1 4 V
i L (0 ) i L (0 ) 1 A uC (0 ) uC (0 ) 4 V
换路前电路处稳态。 例2： 试求图示电路中各个电压和电流的初始值。 i R R + _
若 uc 发生突变，
1 2 ∵ C 储能： C CuC W 2
\ u C 不能突变
1 2 ∵ L储能：W L Li L 2
\ i L不能突变
1. 换路定则
设：t=0 — 表示换路瞬间 (定为计时起点) t=0-— 表示换路前的终了瞬间 t=0+—表示换路后的初始瞬间（初始值）
电感电路： L (0 ) L (0 )
产生暂态过程的必要条件：
(1) 电路中含有储能元件 (内因) (2) 电路发生换路 (外因)
换路: 电路状态的改变。如： duC 则 iC 电路接通、切断、 短路、电压改变或参数改变 dt 一般电路不可能！ 产生暂态过程的原因： 由于物体所具有的能量不能跃变而造成 在换路瞬间储能元件的能量也不能跃变
2) 根据换路定律求出 uC( 0+)、iL ( 0+) 。 (2) 其它电量初始值的求法。
1) 由t =0+的电路求其它电量的初始值；
2) 在 t =0+时的电压方程中 uC = uC( 0+)、 t =0+时的电流方程中 iL = iL ( 0+)。
暂态过程初始值的确定 例1． S C R 2 已知：换路前电路处稳态， + t=0 C、L 均未储能。 L R1 U 试求：电路中各电压和电 流的初始值。 (a)
模拟电子技术简明教程(第三版)第3章
可求出： fT≈β0 f 三、共基截止频率fα — 值下降到0.707α0
时的频率。 f (1 0 ) f
f fT f
§3.3 单管共射放大电路的频率响应
单管共射放大电路在 低频时耦合电容容抗 大，不能忽略，隔直 电容与放大电路的输 入电阻构成一个RC 高通电路；
3.1.1 频率特性
频率响应（频率特性）：放大电路对不同频 率信号的稳态响应。
幅频特性：电压放大倍数的幅值与频率的函 数关系。
相频特性：电压放大倍数的相角与频率的函 数关系。
阻容耦合共射放大电路的频率特 性
3.1.2 下限频率、上限频率和通频带
下限频率fL：当电压放大倍数下降到0.707Au时， 相应的低频频率。
•
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 10.2201 :18:090 1:18Oct -2022- Oct-20
•
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。01: 18:0901 :18:090 1:18Th ursday, October 22, 2020
•
安全在于心细，事故出在麻痹。20.10. 2220.1 0.2201: 18:0901 :18:09 October 22, 2020
相频失真：相频特性偏离中频值的现象。 放大电路对不同频率成分信号的相移
不同，从而使输出波形产生失真，称为相 位频率失真，简称相频失真。
幅频失真和相频失真是线性失真。
产生频率失真的原因是:
1.放大电路中存在电抗性元件。 例如： 耦合电容、旁路电容、分布
电容、变压器、分布电感等;
2.三极管的()是频率的函数。
电工学简明教程第三版第3章
8
2
8
W
0.176
W
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3.3.2 变压器的外特性
外特性 U2 = f (I2)
•
I1
K
I•2
Ri
+
•
Us
+
•
U1
––
+
•
U2
RL
–
U2 U20
0
I2N
I2
电压变化率
U %=
U20 – U2 U20
100%
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3.3.3 变压器的损耗与效率
(3) P = U2I2Ncos
U2 =
P
I2N cos
39 103 = 227 0.8
V = 215 V
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[例 2] 如图所示，交流信号源 E = 120 V，内阻 R0 = 800 ，负载 RL = 8 。(1)当 RL 折算到一次侧的等效电阻 RL = R0 时，求变压器的匝数和信号源的输出功率；(2)当将 负载直接与信号源连接时，信号源输出多大功率？
I1 N2 1 I 2 N1 K
I0 = I1N (2.5 5)
N1I1 N2I2 0
N1I1= N2 I2
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③ 阻抗变换
U1 I1
N1 N2
U2
N2 N1
I2
( N1 )2 U2 N2 I2
Z0
•+ E
–
•
•
I1
K
I2
+ ZL'
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(3) 变压器的工作原理
i1
+
u1
–
–
e1 e1
+–
+
1
N1
N2
2
S
i2
–+e2 +– e2
+ – u2
|Z|
u1 → i1( i1N1)
→e1
e2
1→ e1
i2 (i2N2 )
→ 2→ e2
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① 电压变换
U•1 + –
I•0
E•E•11+––+
•
•1
N1
+
•
U1
•
U2
ZL
–
–
U1 I1
ZL
，U2 I2
ZL
结论
ZL
( N1 )2 N2
ZL
可利用变压器进行阻抗匹配
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(4) 变压器的铭牌数据
(4) 磁场强度 H ——矢量 定义 H = B/
单位：A/m (安/米)
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3.1.2 磁性材料的磁性能
(1) 高导磁性 在外磁场的作用下，磁性物质被强烈 磁化而呈现出很强的磁性。
(2) 磁滞性 B 的变化落后于 H。
B
剩磁
Br
–Hm –HC
矫顽力
Hm H
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磁路：磁通相对集中通过的路径。
漏磁通
铁心
I
主磁通
线圈
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3.1.3 磁路的分析方法
(1) 磁通连续性原理
S B dS 0
通过任意闭合面的磁通量 总为 0。即穿入闭合
面的磁感线，必同时穿出该闭合面。
(2) 安培环路定律
l H dl I
I1 I2
I3
磁场强度沿任意闭合路径的线积分，
d
dt
由 KVL： u = iR – e – e 因为 R 和 e 很小 所以 u – e
U 的有效值
U E = 4.44 f Nm
U = 4.44 f NBmS
i
+ e–
u –
e–++
N
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3.2.3 功率损耗
(1) 磁滞损耗
i
铁心反复磁化时所消耗的 功率。
第1章 电路及其分析方法
电工学简明教程第三版第3章
3.1 磁路及其分析方法
3.1.1 磁场的基本物理量
(1) 磁感应强度 B ——矢量 单位：T 均匀磁场 —— 磁场内各点的 B 大小相等，方向相同。
(2) 磁通 ——标量 单位：Wb 对于均匀磁场 = B ·S
(3) 磁导率 真空磁导率 0 = 4 10 –7 H/m (亨/米) 相对磁导率 r = /0 对于铁磁材料 r = 102 105
N1I 1N2I 2 有效值
结论
I1 N2 1 I2 N1 K
I0 = I1N (2.5 5)
N 1I 1N2I 20
N1I1= N2 I2
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③ 阻抗变换
U1
N1 N2
U2
( N1 )2 U2
I1
N2 N1
I2
N2 I2
Z0
•+ E
–
•
•
I1
K
I2
+ ZL'
N2
变压器空载：
U 1 E 1 E 1 R 1 I 0
+ –
E•2
U• 20
U1 E1
E1 = 4.44 f N1m
U 20 E 2
E2 = 4.44 f N2m
U1 E1 U 20 E2
U 1 E1 4.44 fN 1 m N 1 U 20 E 2 4.44 fN 2 m N 2
等于穿过该闭合路径所包围的电流的代数
和。
l H dl I1 I2 I3
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(3) 磁路的欧姆定律
根据 l H dl I
i
得
Hl=NI
+
u
磁通势：F = N I (单位：安) –
磁压降： H l
BSHSlSHlN l IR F m S
l N
磁路欧姆定律：
(2) 变压器的结构 变压器铁心：硅钢片叠压而成。 变压器绕组：高强度漆包线绕制而成。 其他部件：油箱、冷却装置、保护装置等。
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(2) 变压器的结构
变压器铁心：硅钢片叠压而成。 变压器绕组：高强度漆包线绕制而成。 其他部件：油箱、冷却装置、保护装置等。
线圈
铁心
铁心
3.1.2 磁性材料的磁性能
(3) 磁饱和性 H 增加，B 增加很小的现象。
B
–Hm
Br H
HC Hm
B
c B-H
b
-H
a H
a、c 段 值大、过 c 点出现饱和
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3.1.3 磁路的分析方法
磁路是研究局限于一定范围内的磁场问题。磁路与 电路一样，也是电工学课程所研究的基本对象。
壳式变压器
心式变压器
Hale Waihona Puke 线圈高等教育出版社 高等教育电子音像出版社
(3) 变压器的工作原理
一次绕组
i1
+
– e1 +
u1 –
e1–+
1
N1
N2
二次绕组
S i2
++ –e2 – u20
ZL
d e1 N1 dt 变压器符号
e 1
N1
d 1 dt
U1
u1
d
e2 N 2 dt
U2
u2
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+ u –
ee–+–+
(2) 涡流损耗
在铁心中产生的感应电流而
引起的损耗。
(3) 铁心损耗 铁心损耗 = 磁滞损耗 + 涡流损耗
(4) 铜损耗 线圈电阻产生的损耗
PCu = I2R
N
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3.3 变压器
3.3.1 变压器的工作原理
(1) 变压器的分类 按用途分：电力变压器，特种用途变压器。 按相数分：单相、三相和多相变压器。 按绕组数分：双绕组、多绕组及自耦变压器。
i
+ u –
– e+ e–+
N
Em = Nm = 2f Nm = 2f NBmS
感应电动势的有效值：
E
Em 2
2f
N m
2
4.44
f
N m
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3.2.2 外加电压与磁通的关系
Fm = iN → u→
uR = iR
(主磁通) (漏磁通)
→ e N d
dt
→
e
N
F
磁路磁阻：Rm
Rm 磁路为不同材料组成时
Rm
l S
N H 1 l I 1 H 2 l 2 ( H ) l
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3.2 交流铁心线圈电路
3.2.1 感应电动势与磁通的关系
设： = msint
e N d
dt
e
N
d dt
e = –Nmcost = Emsin(t – 90)
结论
U—1– = –N—1 = K U20 N2
— 变比
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② 电流变换
+
•
U1
–
•+
I1
• E1
– +
•
E1
– +
•
N1
N2
S
I•2
+ –+
• E2
•
– E2
+ –
• U2
ZL
变压器接负载：
产生主磁通 的磁通势 N 1I 1N 2I 2N 1I 0
(
•
I0
小)