第一篇：電工學第一章教案

第一章

電能的產(chǎn)生

在這一章內將介紹電能是如何產(chǎn)生的，并具體了解各種電源。電源是把其它形式的能量轉換成電能的裝置，按電源的工作性質可分為直流電源和交流電源。

1.1

1.1.1 電能及電路的基本物理量

一、電能

直流電源

1．電能是帶電粒子在電場中所具有的能量，電能和其它形式的能量是可以相互轉換的，而帶電粒子的運動則是電能轉換所必須的。

2．電能的產(chǎn)生就是將其他形式的能量通過一定的裝置或設備轉換成電能的過程。3．電能的應用就是將電能通過一定的電路設備轉換為其他形式的能量。

4．電能的傳輸更加容易、成本較低，而且電能的使用方便，因此人們常常將其他形式的能量先轉化為電能，再輸送到遠方，然后再加以利用。

二、電路

1．電路，從其名稱上講，就是電流的通路，是將電氣設備或電子元件通過導線連接起來，從而實現(xiàn)某些特定功能的電流的通路。

2．電路的作用

其一是以傳輸、分配、轉換電能為目的的供配電系統(tǒng)，因其功率、電流、電壓的值較大，故也稱為強電系統(tǒng)；

其二是以傳送、處理、儲存信號為目的的電子電路，因其功率、電流、電壓的值較小，故也稱為弱電系統(tǒng)。

3．表征電路的基本物理量 1)電流及其參考方向

i??q

（1.1.1）?t這個事先選定的假設方向就稱為電流的參考方向或電流的正方向。以此為參考，若分析結果電流為正值則實際方向與參考方向一致，若為負值則實際方向與參考方向相反。

2)電動勢 在電源中，外力對單位電荷量所作的功也就是單位電荷所獲得的能量稱為電動勢，所以電動勢是描述外力對電荷作功大小的物理量。

e?電動勢只存在于作為電源的導體中 3)電壓及其參考方向

?W

?q電壓是描述電場力對電荷做功大小的物理量。

電壓的實際方向為從電源正極指向負極，也就是使正負電荷復合的方向，其大小為

u??W 標注：

?q?W

?quAB?根據(jù)假設的電流方向來確定導體中各點之間的電壓指向，稱為電壓的參考方向，即是從假想的高電位點（帶正電）指向低電位點（帶負電），也可以確定電源中電動勢的指向，稱為電動勢的參考方向，這個參考方向不必用箭頭表示，只要在圖中用＋、－號標出各段導體二端相對的電位高低就可以了。

4)電功率

電功率是單位時間內元件（或電路）轉換的電能量，即

p?ui

吸收的功率和發(fā)出功率

1.1.2 直流電源的特征

直流發(fā)電機、各種電池都是直流電源，它們共同的特點是電壓和電流的大小和方向不隨時間而變，所以稱為直流。外部特性，即接上用電負載以后，就能向負載提供電流，而且接上負載后的電源端電壓要低于不接負載（即電源兩端是懸空的）時的電源端電壓。

電壓源和電流源就是二種表征理想電源特性的理想電路元件。

一、電壓源

1．電壓源的兩個基本性質

（1）它的端電壓是定值U，而與輸出電流無關。（2）其輸出電流的大小和方向，是由與它連接的外電路負載所決定的。2．電壓源符號

(a)實際電源符號

（b）電壓源的一般符號

圖1.1.2電壓源的電路符號

3．實際電源，在一般情況下，可以用一個電動勢為E的電壓源和內阻R0相串聯(lián)的電壓源模型來表示

U?E?IR0

(1.1.5)

二、電流源

1．電流源的兩個基本性質

（1）它發(fā)出的電流是定值Is,而與其輸出的端電壓無關，即使是端電壓為零時，它發(fā)出的電流仍為定值Is。

(2)其輸出端電壓的大小和方向是由與它連接的外電路負載所決定的。2．電流源的符號

Is

圖1.1.6電流源的符號

3．實際電源，可以用一個電流源Is和電阻R0相并聯(lián)的電流源模型來模擬。

IaUb

ISR0 3 圖1.1.8 實際電源的電流源模型

I?Is?UR0

(1.1.6)3.電壓源模型與電流源模型之間的等效變換

一個實際電源既可以用電壓源模型來表示，也可以用電流源模型來表示，那么這兩種模型之間一定存在相互等效變換的關系。所謂等效是對外電路而言的，即當兩種電源模型分別連接相同的外電路，它們對外電路產(chǎn)生的效果完全一樣，但這兩種電源模型內部結構并不一致，所以內部不能等效。

圖1.1.10 電壓源模型與電流源模型的等效變換

一個電動勢為E的電壓源和某個電阻R0串連的電路，都可用式(1.1.8)變換為一個電流為Is的電流源和這個電阻R0并聯(lián)的電路，反過來，一個電流源與電阻并聯(lián)的電路也可以變換為一個電壓源和電阻串聯(lián)的電路，兩者是等效的。值得注意的是，電壓源和電流源本身之間沒有等效關系。因為電壓源的內阻R0=0，而電流源的內阻R0?∞，所以兩者之間不存在等效變換的條件。

1.1.3 一次性電池

一、化學電源是把化學能直接轉換成電能的裝置。按可否充電分為一次電池（不可再充電）和二次電池（可再充電）兩類。二、一次性電池又稱干電池（電解質不流動），1．干電池主要有六個系列：普通鋅錳（中性鋅錳）、堿性鋅錳、鋅汞、鋅空氣、鎂錳和鋅銀。其中鋅汞電池因汞造成污染，鋅銀電池又消耗大量的白銀，因而使其發(fā)展受到一定 4 的限制，鋅空氣電池隨技術的發(fā)展有一定的市場，鎂錳電池主要用于軍事項目，普通鋅錳電池已發(fā)展為紙板式干電池，堿性鋅錳電池已有很大的發(fā)展，比普通鋅錳電池更適用于高負載，目前被普遍采用。

2．干電池組成

? 負極----向外電路釋放電子，在電化學反應中自身或反應物被氧化，一般由鋅片等構成。

? 正極----從外電路接受電子，在電化學反應中自身或反應物被還原，一般由碳棒（二氧化錳和石墨）構成。

? 電解質----離子導體，離子在電池正、負極之間移動。典型電解質是液態(tài)的，某些電池采用在運行溫度下呈離子導體的固體電解質。3．電池的等效電路。

一般干電池的單體電動勢E約為1.4～1.6V,特殊干電池各不相同，內電阻R0約為0.1～0.5Ω，隨著使用時間的增長逐漸增大。

4．干電池使用 ? 可串聯(lián)或并聯(lián)使用

? 根據(jù)不同的要求，選擇適合型號的電池。? 電池在長時間不使用時，應將它退出電器設備 ? 電池應保存在陰涼、干燥之處

? 用完后的電池應投入專門的回收箱內，不要隨便丟棄，防止發(fā)生環(huán)境毒性污染。無論是民用還是軍用微型電子裝置中都迫切需要電動勢高、重量輕、體積小、性能好的電源系統(tǒng)。五十年代發(fā)展起來的鋰電池具有容量大、自放電少、溫度特性好等優(yōu)點，其電動勢為3V左右，在航空技術、監(jiān)控裝置、心臟起搏器、高級石英手表以及存儲器等電子裝置中被廣泛使用。

1.1.4 可充電電池（此小節(jié)前兩部分與原書P14至P15的1.1.3節(jié)一樣）

可充電電池是一種可反復充電的還原性二次電池。充電時將電能轉變成化學能并儲存起來，使用時，再將化學能轉換成電能并向負載釋放。這種電能----化學能的轉換是可逆的。

一、鉛酸蓄電池 1．特點

電動勢較高、結構簡單、適用溫度范圍大、容量大、原料豐富、價格低廉。但也存在比 5 較笨重、防震性差、自放電較強、有氫氣放出、易爆等缺點。它主要用于車輛的起動電源和實驗室中。

2．基本部件

正極板、負極板、電解液、隔板、蓄電池槽。正極板是由二氧化鉛（PbO2）構成的生極板，負極板是由海綿狀的金屬鉛（活性物質）構成的熟極板，電解液為稀硫酸（H2SO4）溶液，隔板是由玻璃絲等聚合物材料構成。

3．工作原理

充電后的蓄電池兩極之間的電壓約為2.1V。當兩極板間的電壓U降低到1.8V時，電解液中硫酸（H2SO4）成份逐漸減少，兩極板均變成硫酸鉛（Pb SO4），蓄電池放電結束。

蓄電池充電時，將兩季節(jié)在電源的正負極上如圖1-12（c）所示，組成充電電路。反方向的充電電流使電解液中硫酸（H2SO4）濃度逐漸增大，H不斷移向負極，在負極上生成海綿狀的鉛，并放出氫氣，SO4不斷移向正極，是正極還原成PbO2，并有氧氣放出，所以充電過程必須加水以補充水的流失。當極間電壓達到2.5～2.7V時，充電結束。

已經(jīng)生產(chǎn)出免維護的密封式鉛蓄電池，能方便的使用于汽車及電動車上，運用中基本上對環(huán)境沒有污染。

二、鎳鎘電池

1．性能：容量高、內阻小、能大電流充放電、壽命長、自放電小、低溫性能好、維護簡單。尤其密封式電池可以以任何放置方式加以使用，無需維護。其缺點是價格較貴、有污染、單體電壓低（1.25V），而應用不及鉛蓄電池廣。不過它的重復使用可達上千次。

2．結構

鎳鎘電池的負極為氫氧化鎘（Cd(OH)2）和氫氧化鐵（Fe(OH)3）,正極為氫氧化鎳（Ni(OH)2）,電解液溶液為氫氧化鉀（KOH）,殼體使用二次防爆裝置封裝，外殼為負極，蓋板為正極，蓋上有排氣孔。為了適應特殊需要，它的型式和結構是多種多樣的，可大致分為開口式和密閉式兩種。按其結構又可分為平面式、圓筒式和鈕扣式等。

鎳鎘電池在正常的放電時間內，電壓基本保持不變，但一旦超過正常放電時間，電壓將驟然下降。使用中若過度放電或充電不當，將會影響其使用壽命。

鎳鎘電池在電氣設備、通信器材、衛(wèi)星火箭等方面得到廣泛的應用，由于存在著嚴重的鎘污染，使鎳鎘電池的應用和開發(fā)受到限制。目前開發(fā)的以新型儲氫材料----鈦鎳或鑭鎳合金作為負極材料做成的氫鎳電池。其容量是鎳鎘電池的1.5倍，而開路電壓及售價基本相同，同時它充電時間比鎳鎘電池短，并能低溫快速充電，所以應用日益廣泛。

2-+三、二次鋰電池（鋰離子電池）

自阿曼德(Ａｒｍａｎｄ)于1980年提出了“搖椅電池”(ＲＣＢ)概念后，日本索尼和三洋公司分別于1985年和1988年開始了鋰離子電池的實用化研究。1991年6月，由索尼公司開發(fā)成功。世界上第一部采用鋰離子電池的移動電話上市后，激發(fā)了世界各國對鋰離子電池研制開發(fā)的熱潮，鋰離子電池被人們稱之為“最有前途的化學電源”，甚至稱為“極限電池”或“最后一代電池”。在這之后，松下、東芝、三洋及SAFT和MOLI公司等先后研究和開發(fā)出了類似產(chǎn)品，鋰離子電池已經(jīng)成為世界各國研究開發(fā)的重點。

1．主要構造部分有負極、正極、能傳導鋰離子的電解質以及把正負極隔開的隔離膜。鋰離子電池負極是碳素材料，如石墨等；正極則是含鋰的過渡金屬氧化物，如LiCoO2、LiMn2O4等；電解質是含鋰鹽的有機溶液。

2．它的工作原理比較簡單，之所以被稱之為鋰離子電池是因為這種電池無論在正負極中還是在電池隔膜中，鋰都是以離子形式存在的。鋰離子電池在充放電過程中，鋰離子在正負極之間及電解質、隔膜中定向運動。充電時在電場驅動下鋰離子從正極材料中脫出，穿過電解質及隔膜向負極方向遷移，在負極上捕獲一個電子被還原為鋰，并存貯在具有層狀結構的石墨中；放電時，過程正好相反，在負極中的鋰會失去一個電子而成為鋰離子，并穿過電解質及隔膜向正極方向遷移，并存貯在正極材料中，電子則通過了用電設備，并為之供電。由于在充放電時鋰離子是在正負極之間來回遷移，所以鋰離子電池通常又稱搖椅電池(Rocking chair battery)。

3．特點

鋰離子電池是目前二次電池中比能量最高的一種新產(chǎn)品，堪稱電池之王。

比能量高、工作溫度范圍寬、工作電壓平穩(wěn)、貯存壽命長(相對于其他二次電池)、工作電壓高(一般在2.5Ｖ～3.6Ｖ之間,有的產(chǎn)品達到4.2Ｖ)等，比一次鋰電池的平均工作電壓(2.0Ｖ～3.0Ｖ)還要高出0.5Ｖ左右。從安全性來講，鋰離子電池要比以金屬鋰為負極的一次鋰電池安全得多，電池通過過充、短路、穿刺、沖擊等濫用試驗，均無危險發(fā)生。鋰離子電池與鎳鎘電池一樣可以快速充電，且無記憶效應，遠比鎳鎘電池優(yōu)越。而且，世界環(huán)境保護組織早已把用作電池原材料的鎘(Cd)、汞(Hg)、鉛(Pb)等三種元素列為有害物質，鎳鎘電池的生產(chǎn)和應用受到限制。因而，鋰離子電池被稱之為“綠色”電池。

鋰離子電池在軍事裝備及航天事業(yè)中的應用前景廣泛，軍事裝備中的電源包括動力車起動電池、無線通訊電臺電源、特種兵器使用的電池，如水中兵器電源(包括魚雷、水雷和聲納干擾器等)、微型無人駕駛偵察飛機動力電源(包括攝錄像裝置電源)、帶引信裝置的預埋 式各種地雷電源等。

目前，對鋰離子電池的負極材料、正極材料、電解質材料研究不斷取得新的進展。凝膠聚合物鋰電池已率先商品化，其產(chǎn)品以具有超薄、輕便、高能量密度等特點很受用戶的歡迎。固體聚合物電解質的研究也取得了許多進展，室溫離子導電率以及機械加工性能有了很大的改進。固體鋰離子電池具有很好的使用安全性能，在未來的電動汽車上有很好的應用前景。

*1.1.5 燃料電池

一、燃料電池是利用在電池內發(fā)生的所謂燃燒反應，將化學能直接轉換為電能的裝置。

二、特點

1．從理論上講，其能量轉換率要比火力發(fā)電高很多，只要不斷地供給它燃料，就像往爐膛里添加煤和油一樣，就可連續(xù)不斷的輸出電能。

2．實際上，由于部件老化和故障等原因，它也有一定的壽命。

3．燃料電池卻是一個開放的電化學體系，與環(huán)境既有能量的交換，又有物質的交換。由于需要不斷地提供燃料，帶走反應生成的水和熱量，因此需要一個比較復雜的輔助系統(tǒng)。

4．能量轉換效率高。燃料電池的最高效率可達90％，且與規(guī)模無關。它還可在半額定功率下運行。它可以設在用戶附近，大大減少了電能傳輸費用及損耗。在其發(fā)電的同時，還可產(chǎn)生熱水及蒸汽。

5．可靠性高。由于燃料電池的轉動部件很少，因而系統(tǒng)更加安全可靠，不會發(fā)生像燃氣渦輪機或內燃機因轉動部件失靈而發(fā)生的惡性事故。

6．良好的環(huán)境效益。環(huán)境污染大多來源于各種燃燒，普通火力發(fā)電廠排放的廢物有顆粒物（粉塵）、硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）、碳氫化合物（HC）以及廢水、廢渣等。燃料電池排放的氣體僅為最嚴格的環(huán)境標準的十分之一，溫室氣體的排放量也遠小于火力發(fā)電廠。它的電化學副產(chǎn)物是水，其量極少，且清潔得多，無需設置廢氣處理系統(tǒng)。另外，它在運轉過程中噪聲很小，對環(huán)境影響小。

7．燃料電池由于技術不夠普及，無完善的燃料供應系統(tǒng)，市場價格昂貴，高溫時壽命及穩(wěn)定性不理想，還未進入大規(guī)模的商業(yè)化應用。

三、氫氧燃料電池工作原理及結構示意圖。

1．其結構主要包括氫電極（負極）、氧電極（正極）和電解液。2．工作原理

氫在負極擴散，與電解液發(fā)生化學反應，并放出電子，這些電子經(jīng)過負載到達正極。在正極上氧原子接受電子后生成氧離子，與電解液中的水發(fā)生反應產(chǎn)生氫氧離子，再與失去電子的氫離子結合生成水，并放出熱量。為提高反應速率，電極一般采用多孔材料，以增加氣體與電解液的接觸面積，并采用催化劑及提高電池工作溫度。而其它燃料如天然氣、煤氣等，須經(jīng)催化裂化或改質以得到氫，在燃料電池中氫電極亦稱為燃料極。燃料電池的輸出電壓約為1V.*1.1.6 太陽能電池

太陽能是一種可再生的、取之不盡的有效能源。每年太陽照射到地球上的總熱量有1.5×10kW·h，相當于世界總需求能量的數(shù)萬倍。利用太陽能不會改變地球的熱能平衡，不會產(chǎn)生生態(tài)污染和溫室效應。但它的能量密度很低，只有1kW/m，且晝夜及季節(jié)間的差別很大，所以在使用上需要解決設備工作效率低和成本高的問題。太陽能電池是利用半導體的光電效應，使光能直接轉換成電能的裝置。

太陽能電池可分為：晶體硅和非晶體硅（包括砷化鎵、硫化鎘、化合物半導體及金屬氧化物電池）二種，晶體硅太陽能電池又可分為單晶硅和多晶硅太陽能電池，這類電池可靠性高、轉換效率高達10％～25％、資源豐富、無毒性，目前正向薄片化及大面積化方向發(fā)展，是市場上的主導產(chǎn)品。非晶體硅太陽能電池是近二、三十年才發(fā)展起來的一種新型薄膜太陽能電池，它耗材少，生產(chǎn)工藝簡單，便于大面積連續(xù)生產(chǎn)，成本較低，在電子產(chǎn)品、通信、中小型并網(wǎng)發(fā)電等方面廣泛應用。

1.1.8 直流發(fā)電機

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一、直流發(fā)電機

1． 用途，把機械能轉換成直流電能的旋轉機械。

2． 應用，用于蓄電池充電、同步電機勵磁、電解和電鍍、直流電動機及汽車、船舶的用電等方面，3． 發(fā)展，由于直流發(fā)電機構造復雜、能耗大、維護要求高、噪聲大，隨著電力電子技術的迅速發(fā)展，它逐漸被半導體整流電源所取代。二結構

1．磁極是用來在電機中產(chǎn)生磁場的，它分成極心和極掌兩部分。極心上放置勵磁繞組，極掌的作用是使電機空氣隙中磁感應強度的分布最為合適，并用來擋住勵磁繞組。磁極 是用鋼片疊成的，固定在機座（即發(fā)電機外殼）上。2．機座也是磁路的一部分，它通常使用鑄鋼制成。

3．電樞是發(fā)電機中產(chǎn)生感應電動勢部分，它是旋轉的。電樞鐵心呈圓柱狀，由沿圓周沖槽的硅鋼片疊成，槽中嵌放電樞繞組。

4．換向器裝在轉軸上，它是由楔形銅片組成，銅片間用云母墊片絕緣。電樞繞組的導線按一定規(guī)則與換向片相連接。換向器與電刷是直流電機的構造特征，用以將電樞繞組內的交流電流轉換為對外電路輸出的直流電流。

三、直流發(fā)電機的工作原理

直流發(fā)電機在運行時，電樞由原動機驅動而在磁場中以恒定的轉速旋轉，在電樞線圈的兩根有效邊（切割磁力線的部分導體）中便感應出電動勢。盡管在每一有效邊中感應出的電動勢是交變的，但在緊壓在換向器上的電刷之間出現(xiàn)的電動勢或電壓的極性是不變的，這樣輸出電流的方向就一定。

四、直流發(fā)電機通常按勵磁方法分為：他勵、并勵、串勵和復勵發(fā)電機。

他勵發(fā)電機的勵磁繞組是由外電源供電的，勵磁電流不受電樞端電壓或電樞電流的影響。其余三種發(fā)電機的勵磁電流即為電樞電流或電樞電流的一部分，所以它們也稱為自勵發(fā)電機。

1.2 交流電源

交流電的優(yōu)點：

? 變壓方便，做到遠距離、低損耗地傳輸電能。

? 正弦量無論做加法運算、減法運算、積分或微分運算，其結果依然是同頻率的正弦量，因此在正弦交流電路中各個正弦交流電量頻率相同，分析計算方便。? 正弦交流電量變化平滑，在正常情況下不會引起過電壓而破壞電器設備的絕緣。? 電動機等交流電器設備采用正弦交流可以使其性能最優(yōu)。1.2.1 正弦交流電壓的產(chǎn)生

一、概念

隨時間按正弦規(guī)律變化的電壓、電流、電動勢稱為正弦交流電，它是由交流發(fā)電機或正弦信號發(fā)生器產(chǎn)生的。

二、正方向

即代表正半周時的方向。在負半周時，由于所標的方向與實際方向相反，則其值為負。1.2.2 正弦交流電量的頻率、大小、相位、有效值

一、頻率與周期

1． 周期：正弦交流電量變化一個循環(huán)所需的時間（秒）稱為周期T。2． 頻率：每秒內變化的循環(huán)次數(shù)稱為頻率f, f?3． 角頻率：??1。T2??2?f，單位是弧度每秒（rad/s）。T

二、幅值與有效值

1．瞬時值：用小寫字母來表示，如i、u及e分別表示電流、電壓及電動勢的瞬時值。2．幅值或最大值：瞬時值中最大的值，用下標m的大寫字母來表示，如Im、Um及Em分別表示電流、電壓及電動勢的幅值。

12idt3．有效值：正弦電流的條件下可得I=T?0T=

TIm122Isin?tdt=，mT?20同理正弦電壓或正弦電動勢的有效值為U?

三、初相位

Um2、E?Em2。

1．初相位：正弦電流為i?Imsin(?t??)，（ωt+Ψ）成為正弦量的相位角或相位，它反映出正弦交流電量變化的進程。t=0時的相位稱為初相位角或初相位，一般用Ψ表示。

2．相位差：兩個相同頻率的正弦量的相位角之差或相位之差，稱為相位角差或相位差，用φ表示。則：

??(?t??1)?(?t??2)??1??2（1-5）

u較i先到達正的幅值，這稱為在相位上u比i超前φ角，或者說i比u滯后φ角。若u和i具有相同的初相位，即相位差φ=0,稱為同相（相位相同）；而u和i具有相反的初相位，即相位差φ=180°，稱為反相（相位相反）。

1.2.3 三相交流電 一、三相同步發(fā)電機

1．主要組成部分是電樞和磁極。

2．電動勢的產(chǎn)生

二、電動勢表示： 1．如以A為參考，則有

????? eB?Emsin(?t?120)? ????eC?Emsin(?t?240)?Emsin(?t?120)??eA?Emsin?t 并有eA +eB +eC=0

2．相序：三相交流電出現(xiàn)正幅值（或相應零值）的順序稱為相序。在此相序是A→B→C。

三、星形聯(lián)結

1．星形聯(lián)結：發(fā)電機三相繞組的聯(lián)接通常將三個末端聯(lián)結在一起，這一聯(lián)結點稱為中點或零點，用N表示。從中點引出的導線稱為中性線，俗稱零線。從始端A、B、C引出的三根導線稱為相線或端線，俗稱火線。

2．相電壓：每相始端與末端間的電壓，即火線與地線間的電壓，稱為相電壓，其有效值用UA、UB、UC或一般地用Up表示，其正方向為自始端指向末端。

當繞組中沒有電流時就有uA?eA、uB?eB、uC?eC及Um?Em成立，即有

uA?Umsin?t????uB?Umsin(?t?120?)?

???uC??Umsin(?t?120)??3．線電壓：任意兩始端間的電壓，即兩火線間的電壓，稱為線電壓，其有效值用UAB、UBC、UCA或一般地用Ul表示，其正方向由其下標確定，例如UAB是A端指向B端。

uAB?uA?uB?Um[sin?t?sin(?t?120?)]?3Umsin(?t?30?)?????同理 uBC?uB?uC?3Umsin(?t?90)?（1-9）

????uCA?uC?uA?3Umsin(?t?150)?它們和電源電動勢一樣都是對稱的同頻率的正弦量，相電壓的大小等于繞組電動勢，線電壓的大小是相電壓的3倍，即 Ul?3Up(1-10)1.2.4 水力發(fā)電站

一、水利發(fā)電原理

水力發(fā)電站是利用高位水和低位水之間因落差所具有的水位能，通過水輪機轉換成機械能，再通過發(fā)電機轉換成電能。

水力發(fā)電的開發(fā)包括一般水力發(fā)電站例如三峽水電站和大規(guī)模的抽水蓄能發(fā)電站例如浙江天荒坪抽水蓄能電站，近年來抽水蓄能發(fā)電站在水力發(fā)電中占有的比例日益增大。

二、水力發(fā)電站按構造及落差方式的分類

1．引水式水力發(fā)電站 在河流的上游建立一個引水口，利用斜坡較緩的水渠，將水引到一定落差的地點，利用水的沖擊力發(fā)電。

2．堤壩式水力發(fā)電站 在山間河道狹窄的地方，建立起切斷水流的大壩，將河水堵住，使水位提升，利用壩前后水的落差發(fā)電。

3．混合式水力發(fā)電站 把引水式和堤壩式組合在一起的混合方式，用水壩將水位提高，再建水道將水引到下游去發(fā)電。

三、水力發(fā)電站按水的運行方式的分類

1．抽水蓄能發(fā)電站 在夜晚輕負荷時，大容量的核電站和火力發(fā)電廠的設備利用率下降，產(chǎn)生剩余電能。利用這些多余的電能，用泵將下游水庫的水，抽到上游的水庫中儲存，在重負荷時，再利用上游水庫的能量發(fā)電。按照安裝泵的方法分，有既作水輪發(fā)電機又作抽水泵的可逆式抽水蓄能發(fā)電站及發(fā)電機、抽水泵分別安裝的獨立式抽水蓄能發(fā)電站。

2．徑流式發(fā)電站 它不調節(jié)河水的流量，是利用自然河水的發(fā)電方式，這種發(fā)電站的建設成本較低。但是，當河水流量大時，要放棄一部分水，在枯水期，發(fā)電量必須減少。

3．調節(jié)式發(fā)電站 建一個取水壩，在水路途中建一調節(jié)水庫，當自然流量少發(fā)電站用水不足，或負荷增大時，使用調節(jié)水庫的水發(fā)電。

4．水庫式發(fā)電站 這種發(fā)電站的水庫比調節(jié)水庫大，可以貯存溶化的冰雪、梅雨、臺風水等，可以調節(jié)河流流量的季節(jié)變化。

1.2.5 火力發(fā)電站

一、火力發(fā)電原理

火力發(fā)電就是將石油、煤、液化天然氣等礦物燃料所具有的熱能通過水蒸氣轉換成機械能，再推動發(fā)電機轉動，產(chǎn)生電能。

二、火力發(fā)電廠的構成

1．鍋爐是將燃料的能量高效地轉化為熱能的裝置。它燃燒煤炭、重油、液化天然氣等燃料產(chǎn)生蒸汽，其輔助設備有燃燒器、空氣預熱器和通風設備等。

2．汽輪機是將蒸汽所具有的熱能轉換成機械能，而后推動發(fā)電機的裝置。按蒸汽的作用方式可分為：沖動式汽輪機、反動式汽輪機和冷凝式汽輪機等。

3．冷凝、給水設備是將汽輪機排出的蒸汽冷凝為冷凝水，而后經(jīng)冷凝水泵將該冷凝水作為給水送到鍋爐去的裝置。它包括冷凝處理、加熱和鍋爐給水全套設備。

4．汽輪發(fā)電機是將汽輪機機械能轉換成電能的裝置。汽輪機的轉子帶動發(fā)電機轉子轉動發(fā)電，再經(jīng)過變壓器升壓，送到電網(wǎng)中。大型發(fā)電機的端電壓為15~30kV(線電壓)，中、小型發(fā)電機的端電壓一般為3.3~11kV。每臺發(fā)電機接一臺主變壓器，變壓器的容量可達230~1100MVA,高壓側的線電壓為66~500kV。

5．火力發(fā)電廠的運行控制是由中央調度所大型計算機實施的。

6．建設地點：為了確保燃料供應和冷卻水等條件，火力發(fā)電廠大多建立在江河沿岸、沿海地帶或煤炭、石油、天然氣產(chǎn)地附近。但在工業(yè)區(qū)和城鎮(zhèn)附近，也建有中小型熱電廠，以便就近供電及供蒸汽。

*1.2.6 核能發(fā)電站

一、核能發(fā)電原理

核電站是利用鈾燃料原子核裂變過程中釋放的核能來發(fā)電的。鈾燃料的原子核受到外部熱中子轟擊時，會產(chǎn)生原子核裂變，分裂為兩個原子核，并釋放出大量的熱量。該熱量將水變?yōu)樗魵?，然后把它送到汽輪機發(fā)電，其原理同火力發(fā)電一樣。

二、核燃料

1．核電站中使用的是將鈾235的比例濃縮成2%~4%的核燃料棒，在長時間內漸漸地將能量放出發(fā)電。

2．鈾235的原子核，每次裂變會產(chǎn)生能量，并放出2~3個高速的中子。在輕水反應堆中，減速為核裂變物質容易吸收的熱中子，再轟擊穩(wěn)定的原子核，引起核裂變連鎖反應。在反應堆中通過控制棒吸收熱中子來調節(jié)核裂變的連鎖反應。

3．占97%不能燃燒的鈾238，會吸收在核裂變時放出的中子，其中0.6%變?yōu)轭?39，钚239也會產(chǎn)生原子核裂變，在裂變的同時釋放出能量。將核燃料放入反應堆之后，钚隨著燃料的燃燒而增加，核電站三年累計發(fā)電量的30%是由钚發(fā)電的。

4．乏燃料，核燃料燃燒后被消耗而減少，最終就不會進行連鎖反應，成為乏燃料。要用鋼鐵和鉛做成的屏蔽容器貯藏冷卻許多年后，運回工廠再進行化學處理，分離回收鈾，以便經(jīng)濃縮后重新使用，這稱之為核燃料循環(huán)。然后將分離后剩下的核生成物硝酸溶液（廢液），再和水泥材料混合，固化在不銹鋼容器中，放在地下數(shù)百米深的地下層中長期儲存。

三、核電站的系統(tǒng)、設備和工作原理

壓水堆核電站主要由核反應堆、一回路系統(tǒng)、二回路系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)所組成。1．核反應堆是核電站動力裝置的重要設備。它是用低濃縮鈾作核燃料，實現(xiàn)可控制鏈式裂變反應的裝置，堆內用輕水作慢化劑和冷卻劑。

2．一回路系統(tǒng)

高壓的冷卻水由主循環(huán)泵壓送流經(jīng)反應堆，吸收核燃料裂變放出的熱能后，流進蒸汽發(fā)生器，通過蒸汽發(fā)生器再將熱量傳遞給在管外流動的二回路給水,使它變成蒸汽；此后，再由主循環(huán)泵將冷卻水重新送至反應堆內。如此循環(huán)往復，構成一個密閉的循環(huán)回路。一回路系統(tǒng)的壓力由穩(wěn)壓器來控制。

3．二回路系統(tǒng)是將蒸汽的熱能轉化為電能的裝置。二回路給水吸收了一回路的熱量后成為蒸汽，然后進入汽輪機做功，帶動發(fā)電機發(fā)電。做功后的乏氣排入冷凝器內，凝結成水，然后由凝結水泵送入加熱器，加熱后重新返回蒸汽發(fā)生器，構成二回路的密閉循環(huán)。*1.2.7 風力發(fā)電

風能（約2?10W）比可開發(fā)利用的水利資源總量還要大10倍。

風力發(fā)電機是將風能轉換成機械能，再把機械能轉換成電能的機電設備。風力發(fā)電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再通過增速機構將旋轉的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。依據(jù)目前的風車技術，大約是每秒三米的微風速度，便可以開始發(fā)電。風力發(fā)電機通常由風輪、對風裝置、調速裝置、傳動裝置、發(fā)電機、塔架、停車機構等組成。

風輪的作用是吸收風能，并將風能轉變成機械能，再由風輪軸將能量送給傳動裝置。機頭座用來支撐塔架上方的所有裝置及附屬部件，它牢固與否將直接關系到風力機的安危與壽命。

回轉體（轉盤）是塔架與機頭座的連接部件，機頭座安裝在回轉體的內圈上，并通過固定在塔架上的外套之間的軸承和對風裝置相連，在風向變化時，機頭便能水平地回轉，使風輪迎風工作。

調速裝置，在風速大于額定風速時起限速作用，當風速增至停機風速時，調速裝置能使風輪停機。

風力發(fā)電機也可由手剎車機構控制其停機。

發(fā)電機是將由風輪軸傳來的機械能轉變成電能的設備。風力發(fā)電常用的發(fā)電機有4種。（1）直流發(fā)電機

常用在微小型風力發(fā)電機上，直流電壓為12、24、36V等。中型風力發(fā)電機上也有采用直流發(fā)電機的。（2）永磁發(fā)電機

常用在小型風力發(fā)電機上，中、大型風力發(fā)電機上一般不用。其電壓為115、127V等，有交流也有直流。最近我國發(fā)明了交流電壓440V/240V的高效永磁交流發(fā)電機，可以制成多極低轉速，比較適合風力發(fā)電機用。（3）同步交流發(fā)電機

它的電樞與主磁場同步旋轉，其工作原理參見1.2.3節(jié)。（4）異步交流發(fā)電機

異步交流發(fā)電機的電樞與主磁場不同步旋轉，其轉速略比同步轉速低，當并網(wǎng)時它的轉速應高于或等于主磁場轉速。

16 *1.2.8 其它發(fā)電方式

電能除了用上述幾種方式提供外，目前正在開發(fā)利用的還有磁流體發(fā)電、地熱發(fā)電、海洋發(fā)電等。

一、磁流體發(fā)電

1．磁流體發(fā)電是利用高溫導電流體高速通過磁場，在電磁感應的作用下，將熱能轉換成電能。

2．磁流體發(fā)電具有以下特點：（1）效率高 總效率可達52%。

（2）起動快

可以在幾秒鐘內達到額定負荷。因此磁流體發(fā)電機可作為特殊試驗用的脈沖電源或尖峰負荷電源，這是其它發(fā)電方式無法比擬的。

（3）環(huán)境污染少

磁流體-蒸汽聯(lián)合電站的熱效率高，熱污染大大減少。采用了多種措施減少排煙廢氣中的二氧化硫，氧化氮等污染物的排放。（4）結構簡單，制造方便

二、地熱發(fā)電 1．地熱資源

（1）水熱資源 其溫度從室溫到360C不等，約占已探明地熱資源的10%。（2）地壓資源 溫度處于150~260C之間，儲量大約是已探明地熱資源的20%。（3）干熱巖 它是地層深處具有150~650C的固體熱巖層，其儲藏的熱能占已探明地熱資源的30%。

（4）熔巖，它是650~1200C處于熔化狀態(tài)的熔巖，其埋藏部位最深，約占已探明地熱資源的40%。

2．地底深處儲留層的地熱流體溫度在200C以上，當儲留層的溫度高時，利用地熱流體使部分熱水汽化，這種發(fā)電稱為閃蒸方式。

3．在儲留層的溫度低時，可采用另外的發(fā)電方式。即將熱水抽上來，通過熱交換器，加熱二次媒體（沸點低的媒體）將它變成氣體，驅動熱介質汽輪機旋轉。

三、海洋發(fā)電

1．潮汐發(fā)電

潮汐發(fā)電和水力發(fā)電的原理差不多。它是在海灣或有潮汐的河口上建筑一座欄水堤壩，形成水庫，并在壩中或壩旁放置水輪發(fā)電機組，然后利用潮汐漲落時海洋水位的升降，使海水通過水輪機時轉動水輪發(fā)電機組發(fā)電。

2．波浪能發(fā)電

海洋波浪具有很大的能量，每平方公里海面上，波浪的功率可達

0

0

0

0

010~20萬kW。目前波浪能發(fā)電裝置就原理來說大致分為三種：① 利用海面波浪的上下運動產(chǎn)生空氣流或水流而使輪機轉動；② 利用波浪裝置前后擺動或轉動產(chǎn)生空氣流或水流而使輪機轉動；③ 把低壓大波浪變成小體積高壓水，然后把水引入某一高位水池積蓄起來，使其產(chǎn)生一個水頭，從而沖動水輪機。波浪發(fā)電裝置可以浮在海上，也可建在海岸，成為固定式發(fā)電裝置。同時也可以把許多幾千瓦的小功率波浪發(fā)電裝置串接起來，產(chǎn)生較大的功率。

3．海洋溫差發(fā)電

它是利用海洋的表層溫水和1000米深處以下的冷水之間有20C左右的溫差進行發(fā)電。其工作過程為：由溫水泵吸取海洋表層溫水，在蒸發(fā)器中使氨氣氣化膨脹為蒸汽，做功推動汽輪機轉動發(fā)電。來自汽輪機的蒸汽用冷凝器中流過的深海冷水冷卻成氨水，再泵入蒸發(fā)器完成循環(huán)。

0

圖1-30

海洋溫差發(fā)電原理

海洋溫差發(fā)電裝置設置在海洋中，發(fā)電站的結構型式有浮體式、半潛水式和潛水式三種。它發(fā)出的電力有以下幾種利用方法：① 發(fā)電站在離陸地150km以內的地方時，可用海底電纜向陸上的變電站送電。② 離陸地較遠的發(fā)電站，可利用產(chǎn)生的電力，蒸發(fā)海水制造淡水；或將水電解得到氫和氨，用船運往陸地，作為汽車和火電廠的燃料。③ 利用電站的電力從濃縮海水中提取鈾和重水，運往陸地供核電站用。④ 利用電站的電力從海水中提取稀有金屬，如鋰。⑤ 向海上采油、采礦工程供電。海洋溫差發(fā)電不消耗能源，又無污染，同時可能做到大規(guī)模連續(xù)發(fā)電，是很有發(fā)展前途的。

第二篇：電工學教案

第一章 電路的基本概念和定律

實際電路種類繁多，但就其功能來說可概括為兩個方面。其一，是進行能量的傳輸、分配與轉換。典型的例子是電力系統(tǒng)中的輸電電路。發(fā)電廠的發(fā)電機組將其他形式的能量(或熱能、或水的勢能、或原子能等)轉換成電能，通過變壓器、輸電線等輸送給各用戶負載，那里又把電能轉換成機械能(如負載是電能機)、光能(如負載是燈泡)、熱能(如負載是電爐等)，為人們生產(chǎn)、生活所利用。其二，是實現(xiàn)信息的傳遞與處理。這方面典型的例子有電話、收音機、電視機電路。接收天線把載有語言、音樂、圖像信息的電磁波接收后，通過電路把輸入信號(又稱激勵)變換或處理為人們所需要的輸出信號(又稱響應)，送到揚聲器或顯像管，再還原為語言、音樂或圖像。

(1)理想電路元件是具有某種確定的電磁性能的理想元件：理想電阻元件只消耗電能(既不貯藏電能，也不貯藏磁能)；理想電容元件只貯藏電能(既不消耗電能，也不貯藏磁能)；理想電感元件只貯藏磁能(既不消耗電能，也不貯藏電能)。理想電路元件是一種理想的模型并具有精確的數(shù)學定義，實際中并不存在。但是不能說所定義的理想電路元件模型理論脫離實際，是無用的。這尤如實際中并不存在“質點”但“質點”這種理想模型在物理學科運動學原理分析與研究中舉足輕重一樣，人們所定義的理想電路元件模型在電路理論問題分析與研究中充當著重要角色。(2)不同的實際電路部件，只要具有相同的主要電磁性能，在一定條件下可用同一個模型表示，如上述的燈泡、電爐、電阻器這些不同的實際電路部件在低頻電路里都可用電阻R表示。(3)同一個實際電路部件在不同的應用條件下，它的模型也可以有不同的形式，1.1 歐 姆 定 律

如果電阻值不隨其上電壓或電流數(shù)值變化，稱線性電阻。阻值不隨時間t變化的線性電阻，稱線性時不變電阻。一般實際中使用的諸如碳膜電阻、金屬膜電阻、線繞電阻等都可近似看作是這類電阻。

1.3.1 歐姆定律

歐姆定律(Ohm's Law, 簡記OL)是電路分析中重要的基本定律之一，它說明流過線性電阻的電流與該電阻兩端電壓之間的關系，反映了電阻元件的特性。這里我們聯(lián)系電流、電壓參考方向討論歐姆定律。寫該直線的數(shù)學解析式，即有

u(t)?Ri(t)

此式就是歐姆定律公式。電阻的單位為歐姆(Ω)。

(1)歐姆定律只適用于線性電阻。(2)如果電阻R上的電流電壓參考方向非關聯(lián)，則歐姆定律公式中應冠以負號，即

u(t)??Ri(t)或

i(t)??Gu(t)

在參數(shù)值不等于零、不等于無限大的電阻、電導上，電流與電壓是同時存在、同時消失的?；蛘哒f，在這樣的電阻、電導上，t時刻的電壓(或電流)只決定于t時刻的電流(或電壓)。這說明電阻、電導上的電壓(或電流)不能記憶電阻、電導上的電流(或電壓)在“歷史”上(t時刻以前)所起過的作用。所以說電阻、電導元件是無記憶性元件，又稱即時元件 1.4 理 想 電 源

不管外部電路如何，其兩端電壓總能保持定值或一定的時間函數(shù)的電源定義為理想電壓源。

1.5 基爾霍夫定律

1.節(jié)點

2.支路 3．回路 4.網(wǎng)孔

1.5.1 基爾霍夫電流定律(KCL)



KCL是描述電路中與節(jié)點相連的各支路電流間相互關系的定律。它的基本內容是：對于集總參數(shù)電路的任意節(jié)點，在任意時刻流出該節(jié)點的電流之和等于流入該節(jié)點的電流之和。KCL是電荷守恒定律和電流連續(xù)性在集總參數(shù)電路中任一節(jié)點處的具體反映。所謂電荷守恒定律，即是說電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅?；谶@條定律，對集總參數(shù)電路中某一支路的橫截面來說，它“收支”是完全平衡的。即是說，流入橫截面多少電荷即刻又從該橫截面流出多少電荷，dq/dt在一條支路上應處處相等，這就是電流的連續(xù)性。對于集總參數(shù)電路中的節(jié)點，在任意時刻t, 它“收支”也是完全平衡的，所以KCL是成立的。

關于KCL的應用，應再明確以下幾點：

(1)KCL具有普遍意義，它適用于任意時刻、任何激勵源(直流、交流或其他任意變動激勵源)情況的一切集總參數(shù)電路。

(2)應用KCL列寫節(jié)點或閉曲面電流方程時，首先要設出每一支路電流的參考方向，然后依據(jù)參考方向是流入或流出取號(流出者取正號，流入者取負號，或者反之)列寫出KCL方程。另外，對連接有較多支路的節(jié)點列KCL方程時不要遺漏了某些支路。

1.5.2 基爾霍夫電壓定律(KVL)



KVL是描述回路中各支路(或各元件)電壓之間關系的。它的基本內容是：對任何集總參數(shù)電路，在任意時刻，沿任意閉合路徑巡行，各段電路電壓的代數(shù)和恒等于零。其數(shù)學表示式為

m uk(t)?0k?1

式中uk(t)代表回路中第k個元件上的電壓，m為回路中包含元件的個數(shù)KVL的實質，反映了集總參數(shù)電路遵從能量守恒定律，或者說，它反映了保守場中做功與路徑無關的物理本質。從電路中電壓變量的定義容易理解KVL的正確性。1.6 電 路 等 效

若B與C具有相同的電壓電流關系即相同的VAR，則稱B與C是互為等效的。這就是電路等效的一般定義。

電路等效變換的條件是相互代換的兩部分電路具有相同的VAR； 電路等效的對象是A(也就是電路未變化的部分)中的電流、電壓、功率； 電路等效變換的目的是為簡化電路，可

?以方便地求出需要求的結果。

應用電源互換等效分析電路問題時還應注意這樣幾點：

(1)電源互換是電路等效變換的一種方法。

(2)有內阻Rs的實際電源，它的電壓源模型與電流源模型之間可以互換等效；理想的電壓源與理想的電流源之間不便互換，原因是這兩種理想電源定義本身是相互矛盾的，二者不會具有相同的VAR。

(3)電源互換等效的方法可以推廣運用，如果理想電壓源與外接電阻串聯(lián)，可把外接電阻看作內阻，即可互換為電流源形式。如果理想電流源與外接電阻并聯(lián)，可把外接電阻看作內阻，互換為電壓源形式。電源互換等效在推廣應用中要特別注意等效端子。1.7 受 控 源

所謂受控源，即大小方向受電路中其他地方的電壓或電流控制的電源。這種電源有兩個控制端鈕(又稱輸入端)，兩個受控端鈕(又稱輸出端)。就其輸出端所呈現(xiàn)的性能看，受控源可分為電壓控制電壓源與電流控制電壓源兩類；受控電流源又分為電壓控制電流源與電流控制電流源兩種。

第二章 電路的基本分析方法

2.1 支 路 電 流 法

在一個支路中的各元件上流經(jīng)的只能是同一個電流，支路兩端電壓等于該支路上相串聯(lián)各元件上電壓的代數(shù)和，由元件約束關系(VAR)不難得到每個支路上的電流與支路兩端電壓的關系，即支路的VAR 支路電流法是以完備的支路電流變量為未知量，根據(jù)元件的VAR 及 KCL、KVL約束，建立數(shù)目足夠且相互獨立的方程組，解出各支路電流，進而再根據(jù)電路有關的基本概念求得人們期望得到的電路中任何處的電壓、功率等。2.1.1獨立方程的列寫

一個有n個節(jié)點、b條支路的電路，若以支路電流作未知變量，可按如下方法列寫出所需獨立方程。

(1)從 n 個節(jié)點中任意擇其n-1個節(jié)點，依KCL列節(jié)點電流方程，則 n-1個方程將是相互獨立的。這一點是不難理解的，因為任一條支路一定與電路中兩個節(jié)點相連，它上面的電流總是從一個節(jié)點流出，流向另一個節(jié)點。如果對所有n 個節(jié)點列KCL方程時，規(guī)定流出節(jié)點的電流取正號，流入節(jié)點的電流取負號，每一個支路電流在n個方程中一定出現(xiàn)兩次，一次為正號(+ij), 一次為負號(-ij), 若把這n個方程相加，它一定是等于零的恒等式，即

nb(i)k?[(?ij)?(?ij)]?0k?1j?1

式中：n表示節(jié)點數(shù)；(∑i)k 表示第 k 個節(jié)點電流代數(shù)和；

bn

（i)

表示對 n 個節(jié)點電流和再求和；

[（? i j)?(?

表示 b 條支ij)]kj?1k?1路一次取正號，一次取負號的電流和。

(2)n個節(jié)點 b 條支路的電路，用支路電流法分析時需 b 個相互獨立的方程，由KCL已經(jīng)列出了n-1 個相互獨立的KCL方程，那么剩下的b-(n-1)個獨立方程當然應該由KVL列出?？梢宰C明，由KVL能列寫且僅能列寫的獨立方程數(shù)為b-(n-1)個。習慣上把能列寫獨立方程的回路稱為獨立回路。獨立回路可以這樣選?。菏顾x各回路都包含一條其他回路所沒有的新支路。對平面電路，如果它有 n 個節(jié)點、b 條支路，也可以證明它的網(wǎng)孔數(shù)恰為 b-(n-1)個，按網(wǎng)孔由KVL列出的電壓方程相互獨立。??????歸納、明確支路電流法分析電路的步驟。

第一步：設出各支路電流，標明參考方向。任取n-1個節(jié)點，依KCL列獨立節(jié)點電流方程(n 為電路節(jié)點數(shù))。

第二步：選取獨立回路(平面電路一般選網(wǎng)孔)，并選定巡行方向，依KVL列寫出所選獨立回路電壓方程。

第三步：如若電路中含有受控源，還應將控制量用未知電流表示，多加一個輔助方程。

第四步：求解一、二、三步列寫的聯(lián)立方程組，就得到各支路電流。

第五步：如果需要，再根據(jù)元件約束關系等計算電路中任何處的電壓、功率。

如果電路中的受控源的控制量就是某一支路電流，那么方程組中方程個數(shù)可以不增加，由列寫出的前 3 個基本方程稍加整理即可求解。如果受控源的控制量是另外的變量，那么需對含受控源電路先按前面講述的步驟一、二去列寫基本方程(列寫的過程中把受控源先作為獨立源一樣看待)，然后再加一個控制量用未知電流表示的輔助方程，這一點應特別注意。

2.2 網(wǎng) 孔 分 析 法 2.2.1 網(wǎng)孔電流

欲使方程數(shù)目減少，必使求解的未知量數(shù)目減少。在一個平面電路里，因為網(wǎng)孔是由若干條支路構成的閉合回路，所以它的網(wǎng)孔個數(shù)必定少于支路個數(shù)。如果我們設想在電路的每個網(wǎng)孔里有一假想的電流沿著構成該網(wǎng)孔的各支路循環(huán)流動，2.2.2 網(wǎng)孔電流法

對平面電路，以假想的網(wǎng)孔電流作未知量，依KVL列出網(wǎng)孔電壓方程式(網(wǎng)孔內電阻上電壓通過歐姆定律換算為電阻乘電流表示)，求解出網(wǎng)孔電流，進而求得各支路電流、電壓、功率等，這種求解電路的方法稱網(wǎng)孔電流法(簡稱網(wǎng)孔法)。應用網(wǎng)孔法分析電路的關鍵是如何簡便、正確地列寫出網(wǎng)孔電壓方程。

(1)網(wǎng)孔法是回路法的特殊情況。網(wǎng)孔只是平面電路的一組獨立回路，不過許多實際電路都屬于平面電路，選取網(wǎng)孔作獨立回路方便易行，所以把這種特殊條件下的回路法歸納為網(wǎng)孔法。

(2)回路法更具有一般性，它不僅適用于分析平面電路，而且也適用于分析非平面電路，在使用中還具有一定的靈活性。

2.3 節(jié) 點 電 位 法

2.3.1 節(jié)點電位

在電路中，任選一節(jié)點作參考點，其余各節(jié)點到參考點之間的電壓稱為相應各節(jié)點的電位。如圖 2.3-1 電路，選節(jié)點 4 作參考點(亦可選其他節(jié)點作參考點)，設節(jié)點1，2，3 的電位分別為 v1, v2, v3。顯然，這個電路中任何兩點間的電壓，任何一支路上的電流，都可應用已知的節(jié)點電位求出。例如，支路電流

i1?G1(v1?v2)i4?G4v3

電導 G5 吸收的功率

p5?G5(v1?v3)2

對電路中任何一個回路列寫KVL方程，回路中的節(jié)點，其電位一定出現(xiàn)一次正號一次負號 例如圖中 A 回路，由KVL 列寫方程為

u12?u23?u31?0

將上式中各電壓寫為電位差表示，即有

v1?v2?v2?v3?v3?v1?0

節(jié)點電位變量是相互獨立的變量 2.3.2 節(jié)點電位法

以各節(jié)點電位為未知量，將各支路電流通過支路VAR 用未知節(jié)點電位表示，依KCL 列節(jié)點電流方程(簡稱節(jié)點方程)，求解出各節(jié)點電位變量，進而求得電路中需要求的電流、電壓、功率等，這種分析法稱為節(jié)點電位法。

2.4 小

結

2.4.1 方程法分析

2.網(wǎng)孔分析法 3.節(jié)點電位法

1.支路電流法 2.4.2 方程通式

1.網(wǎng)孔方程通式

?R11iA?R12iB?R13iC?us11? ?R21iA?R22iB?R23iC?us22 ??R31iA?R32iB?R33iC?us33

2.節(jié)點方程通式

?G11v1?G12v2?G13v3?is11 ??G21v1?G22v2?G23v3?is22

?Gv?Gv?Gv?i 322333s33?311

第三章

常用的電路定理

3.1 疊加定理和齊次定理

3.1.1 疊

加定理

如求電流i1，我們可用網(wǎng)孔法。設網(wǎng)孔電流為iA, iB。由圖可知iB=is，對網(wǎng)孔A列出的KVL方程為

(R1?R2)iA?R2is?us

usR2?is

iA?R1?R2R1?R2

'如令

is

/(R 1R 1 is

R 1 ?

R

，則可? u? R), i 1“ ?/(2)將電流i1寫為

疊加定理可表述為： 在任何由線性元件、線性受控源及獨立源組成的線性電路中，每一支i1?i1'?i1”路的響應(電壓或電流)都可以看成是各個獨立電源單獨作用時，在該支路中產(chǎn)生響應的代數(shù)和

在應用疊加定理時應注意：

(1)疊加定理僅適用于線性電路求解電壓和電流響應而不能用來計算功率。

(2)應用疊加定理求電壓、電流是代數(shù)量的疊加，應特別注意各代數(shù)量的符號

(3)當一獨立源作用時，其他獨立源都應等于零(即獨立理想電壓源短路，獨立理想電流源開路)。

(4)若電路中含有受控源，應用疊加定理時，受控源不要單獨作用(這是勸告!若要單獨作用只會使問題的分析求解更復雜化)，在獨立源每次單獨作用時受控源要保留其中，其數(shù)值隨每一獨立源單獨作用時控制量數(shù)值的變化而變化。

(5)疊加的方式是任意的，可以一次使一個獨立源單獨作用，也可以一次使幾個獨立源同時作用，方式的選擇取決于對分析計算問題簡便與否。

3.1.2 齊次定理

齊次定理表述為：當一個激勵源(獨立電壓源或獨立電流源)作用于線性電路，其任意支路的響應(電壓或電流)與該激勵源成正比

us11?us,us22?0,?,usmm?0 i1?k11us

線性電路中，當全部激勵源同時增大到(K為任意常數(shù))倍，其電路中任何處的響應(電壓或電流)亦增大到K倍。

3.2 置換定理

置換定理(又稱替代定理)可表述為：具有唯一解的電路中，若知某支路k的電壓為uk，電流為ik，且該支路與電路中其他支路無耦合,則無論該支路是由什么元件組成的，都可用下列任何一個元件去置換： 

(1)電壓等于uk的理想電壓源； 

(2)電流等于ik的理想電流源； 

(3)阻值為uk/ik的電阻。

3.3 戴維南定理與諾頓定理

3.3.1 戴維南定理

一個含獨立源、線性受控源、線性電阻的二端電路N，對其兩個端子來說都可等效為一個理想電壓源串聯(lián)內阻的模型。其理想電壓源的數(shù)值為有源二端電路N的兩個端子間的開路電壓uoc，串聯(lián)的內阻為N內部所有獨立源等于零(理想電壓源短路，理想電流源開路)，受控源保留時兩端子間的等效電阻Req，常記為R0

3.3.2 諾頓定理

諾頓定理(Norton′s Theorem)可表述為：一個含獨立電源、線性受控源和線性電阻的二端電路N，對兩個端子來說都可等效為一個理想電流源并聯(lián)內阻的模型。其理想電流源的數(shù)值為有源二端電路N的兩個端子短路時其上的電流isc，并聯(lián)的內阻等于N內部所有獨立源為零時電路兩端子間的等效電阻，記為R0。

3.4 最大功率傳輸定理

等效電壓源接負載電路

uoci?

R0?RL ??uocpL?RLi2?RL? ?R?R??L??0

為了找pL的極值點，令dpL/dRL=0，即dpL2(RL?R0)?2RL(RL?R0)?uoc?04 dRL(RL?R0)

RL?R0pLmax2uoc?4R0pLmax?12R0isc4

通常，稱RL=R0為最大功率匹配條件 3.5 互易定理

互易定理可表述為：對一個僅含線性電阻的二端口，其中，一個端口加激勵源，一個端口作響應端口(所求響應在該端口上)。在只有一個激勵源的情況下，當激勵與響應互換位置時，同一激勵所產(chǎn)生的響應相同，這就是互易定理 應用互易定理分析電路時應注意以下幾點： 

(1)互易前后應保持網(wǎng)絡的拓撲結構及參數(shù)不變，僅理想電壓源(或理想電流源)搬移，理想電壓源所在支路中電阻仍保留在原支路中。

(2)互易前后電壓源極性與1 1′、2 2′支路電流的參考方向應保持一致(要關聯(lián)都關聯(lián)，要非關聯(lián)都非關聯(lián))。

(3)互易定理只適用于一個獨立源作用的線性電阻網(wǎng)絡，且一般不能含有受控源。

3.6 小

結

(1)疊加定理是線性電路疊加特性的概括表征，它的重要性不僅在于可用疊加法分析電路本身，而且在于它為線性電路的定性分析和一些具體計算方法提供了理論依據(jù)。疊加定理作為分析方法用于求解電路的基本思想是“化整為零”，即將多個獨立源作用的較復雜的電路分解為一個一個(或一組一組)獨立源作用的較簡單的電路，在各分解圖中分別計算，最后代數(shù)和相加求出結果。若電路含有受控源，在作分解圖時受控源不要單獨作用。齊次定理是表征線性電路齊次性(均勻性)的一個重要定理，它常輔助疊加定理、戴維南定理、諾頓定理來分析求解電路問題。

(2)依據(jù)等效概念，運用各種等效變換方法，將電路由繁化簡，最后能方便地求得結果的分析電路的方法統(tǒng)稱為等效法分析。第一章中所講的電阻、電導串并聯(lián)等效，獨立源串并聯(lián)等效，電源互換等效，Π-T互換等效；本章中所講的置換定理，戴維南定理，諾頓定理都是應用等效法分析電路中常使用的等效變換方法。這些方法或定理都是遵從兩類約束(即拓撲約束——KCL、KVL約束與元件VAR約束)的前提下針對某類電路歸納總結出的，讀者務必理解其內容，注意使用的范圍、條件、熟練掌握使用方法和步驟。

(2)依據(jù)等效概念，運用各種等效變換方法，將電路由繁化簡，最后能方便地求得結果的分析電路的方法統(tǒng)稱為等效法分析。第一章中所講的電阻、電導串并聯(lián)等效，獨立源串并聯(lián)等效，電源互換等效，Π-T互換等效；本章中所講的置換定理，戴維南定理，諾頓定理都是應用等效法分析電路中常使用的等效變換方法。這些方法或定理都是遵從兩類約束(即拓撲約束——KCL、KVL約束與元件VAR約束)的前提下針對某類電路歸納總結出的，讀者務必理解其內容，注意使用的范圍、條件、熟練掌握使用方法和步驟。

(3)置換定理(又稱替代定理)是集總參數(shù)電路中的一個重要定理，它本身就是一種常用的電路等效方法，常輔助其他分析電路法(包括方程法、等效法)來分析求解電路。對有些電路，在關鍵之處、在最需要的時候，經(jīng)置換定理化簡等效一步，使讀者會有“豁然開朗”或“柳暗花明又一村”之感((4)戴維南定理、諾頓定理是等效法分析電路最常用的兩個定理。解題過程可分為三個步驟：① 求開路電壓或短路電流；② 求等效內阻；③ 畫出等效電源接上待求支路，由最簡等效電路求得待求量。

(5)最大功率這類問題的求解使用戴維南定理(或諾頓定理)并結合使用最大功率傳輸定理最為簡便。

6)方程法、等效法是電路中相輔相承的兩類分析法。

第四章 動態(tài)電路的時域分析 4.1 動 態(tài)元件

(1)任何時刻，通過電容元件的電流與該時刻的電壓變化率成正比。如果電容兩端加直流電壓，則i=0，電容元件相當于開路。故電容元件有隔斷直流的作用。

(2)在實際電路中，通過電容的電流i總是為有限值，這意味著du/dt必須為有限值，也就是說，電容兩端電壓u必定是時間t的連續(xù)函數(shù)，而不能躍變。這從數(shù)學上可以很好地理解，當函數(shù)的導數(shù)為有限值時，其函數(shù)必定連續(xù)。4.2 動態(tài)電路的方程

4.2.1 方程的建立

電路中開關的接通、斷開或者電路參數(shù)的突然變化等統(tǒng)稱為“換路” 根據(jù)KVL列出電路的回路電壓方程為

uR(t)?uC(t)?us(t)

由于

dudu i?CC,uR?Ri?RCC dtdt將它們代入上式，并稍加整理，得

duC11?uC?usdtRCRC

4.3 一階電路的零輸入響應

我們把這種外加激勵為零，僅由動態(tài)元件初始儲能所產(chǎn)生的電流和電壓，稱為動態(tài)電路的零輸入響應

一階RC電路的零輸入響應

4.4 一階電路的零狀態(tài)響應

電路的零狀態(tài)響應定義為：電路的初始儲能為零，僅由t≥0外加激勵所產(chǎn)生的響應。

一階RC電路的零狀態(tài)響應

4.5 一階電路的完全響應

假若電路的初始狀態(tài)不為零，同時又有外加激勵電源的作用，這時電路的響應稱為完全響應。對于線性電路而言，其完全響應等于零輸入響應與零狀態(tài)響應之和，即

y(t)?yx(t)?yf(t)

4.6 一階電路的單位階躍響應

4.6.2 一階電路的單位階躍響應

當激勵為單位階躍函數(shù)時，電路的零狀態(tài)響應稱為單位階躍響應。簡稱階躍響應，用g(t)表示之。

4.7.1 零輸入響應

根據(jù)零輸入響應的定義，令us=0，同時為了簡化討論中的計算，又不失一般性，令uC(0)=U0，iL(0)=0。

2?duCduC2 ?2???0uC?0?2dtdt? ?dui(0)u(0)?U,C?L?0?C0dtt?0C??

上式為二階齊次微分方程，其特征方程為p2?2?p??0?0

小

結

1)動態(tài)元件的VAR是微分或積分關系，如下表所示

(2)描述動態(tài)電路的方程是微分方程。利用KCL, KVL和元件的VAR可列寫出待求響應的微分方程。利用換路定律和0+等效電路，可求得電路中各電流、電壓的初始值。

(3)零輸入響應是激勵為零，由電路的初始儲能產(chǎn)生的響應，它是齊次微分方程滿足初始條件的解。零狀態(tài)響應是電路的初始狀態(tài)為零，由激勵產(chǎn)生的響應，它是非齊次微分方程滿足初始條件的解，包含齊次解和特解兩部分。假若電路的初始狀態(tài)不為零，在外加激勵電源作用下，電路的響應為完全響應，它等于零輸入響應與零狀態(tài)響應之和。動態(tài)電路的響應也可以分為自由響應與強迫響應。對于穩(wěn)定電路，在直流電源或正弦電源激勵下，強迫響應為穩(wěn)態(tài)響應，它與激勵具有相同的函數(shù)形式。自由響應即為暫態(tài)響應，它隨著時間的增加逐漸衰減到零。

零輸入響應和自由響應都是滿足齊次微分方程的解，它們的形式相同，但常數(shù)不同。零輸入響應的待定常數(shù)僅由輸入為零時的初始條件yx(0+)所確定，而自由響應的待定常數(shù)由全響應的初始條件y(0+)所確定。

(4)利用三要素公式可以簡便地求解一階電路在直流電源或階躍信號作用下的電路響應。三要素公式為

t ??y(t)?y(?)?[y(0?)?y(?)]e

求三要素的方法為

① 初始值y(0+)：利用換路定律和0+等效電路求得。

② 穩(wěn)態(tài)響應y(∞): 在直流電源或階躍信號作用下，電路達到穩(wěn)態(tài)時，電容看作開路，電感看作短路，此時電路成為電阻電路。利用電阻電路的分析方法，求得穩(wěn)態(tài)響應y(∞)。

③ 時常數(shù)τ：RC電路，τ=RC;RL電路，τ=L/R。式中R為斷開動態(tài)元件后的戴維南等效電路的等效電阻。

5)單位階躍響應g(t)定義為：在ε(t)作用下電路的零狀態(tài)響應。

(6)對于二階電路，只要求了解由于其特征根p1, p2的取值有3種不同的情況，其響應分為過阻尼、臨界阻尼和欠阻尼。

第五章 正弦電路的穩(wěn)態(tài)分析

5.1 正弦電壓和電流

5.1.1 正弦量的三要素

所謂周期信號，就是每隔一定的時間T，電流或電壓的波形重復出現(xiàn)；或者說，每隔一定的時間T，電流或電壓完成一個循環(huán)。圖 5.1-1 給出了幾個周期信號的波形，周期信號的數(shù)學表示式為

f(t)?f(t?kT)

式中k為任何整數(shù)。周期信號完成一個循環(huán)所需要的時間T稱為周期，單位為秒

圖 5.1-1 周期信號

周期信號在單位時間內完成的循環(huán)次數(shù)稱為頻率，用f表示。顯然，頻率與周期的關系為

1f?

T

頻率的單位為赫茲(Hz)。我國電力網(wǎng)所供給的交流電的頻率是 50 Hz，其周期是0.02s。實驗室用的音頻信號源的頻率大約從20~20×103Hz左右，相應的周期為0.05s~0.05 ms 左右。

5.1.2 相位差

假設兩個正弦電壓分別為

u1(t)?U1mcos(?t??1)

u2(t)?U2mcos(?t??2)

它們的相位之差稱為相位差，用ψ表示，即

??(?t??1)?(?t??2)??1??2

兩個同頻率的正弦信號的相位差等于它們的初相之差 5.1.3 有效值

正弦信號的有效值定義為：讓正弦信號和直流電分別通過兩個阻值相等的電阻。如果在相同的時間T內(T可取為正弦信號的周期)，兩個電阻消耗的能量相等，那么，我們稱該直流電的值為正弦信號的有效值。

當直流電流I流過電阻R時，該電阻在時間T內消耗的電能為

W??I2RT

當正弦電流i流過電阻R時，在相同的時間T內，電阻消耗的電能為

TTW~?p(t)dt?Ri2(t)dt 00

上式中p(t)表示電阻在任一瞬間消耗的功率，即p(t)=u(t)i(t)=Ri2(t)。根據(jù)有效值的定義，有

W~?W?T

I2RT?Ri2(t)dt0

故正弦電流的有效值為

1T2 I?i(t)dt0T

正弦電流的有效值是瞬時值的平方在一個周期內的平均值再取平方根，故有效值也稱為均方根值。

類似地，可得正弦電壓的有效值為

1T2U?u(t)dt 0T5.2 利用相量表示正弦信號

一個復數(shù)既能表示成代數(shù)型，也能表示成指數(shù)型。設A為一復數(shù)，a1和a2分別為其實部和虛部，則

A?a1?ja2?aej?

代數(shù)型

指數(shù)型

式中a稱為復數(shù)A的模；φ稱為復數(shù)A的輻角 ?????

復數(shù)的圖示

5.2.1 利用相量表示正弦信號

假設某正弦電流為

i(t)?Imcos(?t??i)根據(jù)歐拉公式

ej??cos??jsin?

可以把復指數(shù)函數(shù)Im e j(ωt+θi)展開成Imej(?t??i)?Imcos(?t??i)?jImsin(?t??i)

i(t)?Re[Imej(?t??i)]?Imcos(?t??i)

把式(5.2-3)進一步寫成 j(?t??i)j?ij?ti(t)?Re[Ie]?R[Iee]mem

? ?Re[Imej?t]

式中

??Iej?i Imm

相量圖

Imcos(?t1??i)

?ej?t]i(t)?Re[Im

(?t??u)u?Umcos(?t??u)?Re[Umej]

?ej?t]?Re[Umej?uej?t]?Re[Um

??Uej?u?U??? Ummmu

5.3 KCL、KVL的相量形式

?i?0對于任意瞬間，KCL的表達式為

??0同理可得KVL的相量形式為

?Um

5.4

阻 抗 與 導 納

5.4.1

阻抗與導納

端口電壓相量與電流相量的比值定義為阻抗，并用Z表示

? UZ?m ?Im ?UZ?

?I可改寫成

??ZI? Umm ??ZI?U

5.4.2

阻抗和導納的串、并聯(lián)

若有n個阻抗相串聯(lián)，它的等效阻抗為

nn Z?Zk?(Rk?jXk)k?1k?1

分壓公式為

??ZiU?Uin Zkk?1

U ?

為n個串聯(lián)阻抗的總電壓相量；

為第i個阻抗上的電壓相量 若有n個導納相并聯(lián)，它的等效導納為

nn

Y?Yk?(Gk?jBk)k?1k?1分流公式為

??YiI?I in Ykk?1

??????I?i為通過任一導納Yi的電流相量； I?為總電流相量i 若兩個阻抗Z1和Z2相并聯(lián)，則等效阻抗為

Z?Z1Z2

Z1?Z2分流公式為

I?1?Z2I??

Z1?Z2??

I?2?ZZZI??1?1?2??5.5 電路基本元件的功率和能量

電阻元件的瞬時功率波形

設電壓u(t)為

u(t)?Umcos(?t??u)i(t)?u(t)?Imcos(?t??u)

R p(t)?u(t)i(t)?UmImcos2(?t??u)?12UmIm[1?cos2(?t??u)] ?12UI1mm?2UmImcos2(?t??u)] ?UI?UIcos2(?t??u)瞬時功率在一周期內的平均值，稱為平均功率。用P表示，即

P?1?TT0p(t)dt 11U2 P?2U?m12mIm2R?2ImR或用有效值表示為

U2

P?UI??I2R平均功率也稱為有功功率。通常，我們所說的功率都是指平均功率。R指燈泡的平均功率為60 W。

5.6 無功功率和復功率

二端電路N的無功功率Q(或PQ)定義為

例如，60W燈泡是 1Q?UmImsin(?u??i)?UIsin(?u??i)2其單位為伏安(V·A)。

?

分解為兩個分量：一設二端電路的端口電壓與電流的相量圖如圖5.6-3 所示。電流相量

I?

;另一個與

U?

。它們的值分?個與電壓相量

同相的分量

I ?

正交的分量

IUxx別為

Ix?Icos(?u??i)

Iy?Isin(?u??i)

端口電壓、電流相量圖

?

與電壓

U二端電路的有功功率看作是由電流

I ?

所產(chǎn)生的，即

x

P?UIx?UIcos(?u??i)?無功功率看作是由電流

I y 與電壓

U ?

產(chǎn)生的，即

Q?UIy?UIsin(?u??i)

當二端電路不含獨立源時，φZ=θu-θi，(5.6-5)式可寫為

Q?UIsin?Z

當電路N是純電阻時，φZ=0, QR=0；當電路N是電感時，φZ=90°, QL=UI;當電路N是電容時，φZ=-90°,QC=-UI。

工程上為了計算方便，把有功功率作為實部，無功功率作為虛部，組成復功率，用S表示，即

S?P?jQ

S?UIcos(?u??i)?jUIsin(?u??i)

?UI[cos(?u??i)?jsin(?u??i)]

?Sej(?u??i)

S?P2?Q2

若二端電路N不含獨立源，φZ=θu-θi, 則

S?P?jQ?Sej?Z

5.7 正弦穩(wěn)態(tài)電路中的最大功率傳輸

功率三角形

由圖可知，電路中的電流為

?? UUss?I?? Zi?ZL(Ri?RL)?j(Xi?XL)

電流的有效值為

Us I?(Ri?RL)2?(Xi?XL)2負載吸收的功率

U52RL2 PL?IRL?(Ri?RL)2?(Xi?XL)2

若RL保持不變，只改變XL，當Xi+XL=0 時, PL獲得最大值

Us2RL PL?2(R?R)iL

2dPL2(Ri?RL)?2RL(Ri?RL)?Us?04dRL(Ri?RL)

(Ri?RL)2?2RL(Ri?RL)?0

RL?Ri當負載電阻和電抗均可變時，負載吸收最大功率的條件為

XL??Xi? ?R?RLi?

即

ZL?Zi*

當負載阻抗等于電源內阻抗的共軛復數(shù)時，負載能獲得最大功率，稱為最大功率匹配或共軛匹配。Us1UsmPLmax?? 4Ri24Ri

?? UUss?I?? Zi?RL(Ri?RL)?jXi

UsI?

22(R?R)?XiLi

負載吸收的功率為

Us2RL2 PL?IRL?22(R?R)?XiLi

當RL改變，PL獲得最大值的條件是dPL2(Ri?RL)?Xi?2RL(Ri?RL)?Us dRL[(Ri?RL)2?Xi2]2(Ri?RL)2?Xi2?2RL(Ri?RL)?0

RL?Ri2?Xi2?Zi

當負載阻抗為純電阻時，負載電阻獲得最大功率的條件是負載電阻與電源的內阻抗模相等。

5.8 正弦穩(wěn)態(tài)電路的相量分析法

5.8.1 網(wǎng)孔法

5.8.2 節(jié)點法

5.8.3 等效電源定理

5.9

三相電路概述

三相電源

這三個相電壓的瞬時表示式為

?ua(t)?2Upcos?t

?? ub(t)?2Upcos(?t?120?)??

uc(t)?2Upcos(?t?240?)??

??U?0??Uap

??? Ub?Up??120??? ?Uc?Up??240??Up?120???

5.9.1 三相電源的連接

對稱三相電壓相量圖

三相電源的Y形連接

5.10 小

結

1.正弦信號的三要素和相量表示

i(t)?Imcos(?t??i)?2Icos(?t??i)

式中振幅Im(有效值I)、角頻率ω(頻率f)和初相角θi稱為正弦信號的三要素。設兩個頻率相同的正弦電流i1和i2，它們的初相角分別為θ1和θ2，那么這兩個電流的相位差等于它們的初相角之差，即

???1??2若ψ>0, 表示i1的相位超前i2;若ψ<0，表示i1的相位滯后i2。正弦電流可以表示為

?ej?t]Re[2I?ej?t]i?Icos(?t??)?Re[Imim

?

??式中

I m e j ?i(I

j ? i)

稱為電流振幅(有效值)相量。相量是一個復I? Iem常數(shù)，它的模表示了正弦電流的振幅(有效值)，輻角表示了正弦電流的初相角。

2． 電路定律的相量形式和相量分析法 KCL和KVL的相量形式分別為

??0 I ??0U歐姆定律的相量形式為

??ZI?U

3.正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率

任一阻抗Z的有功功率(平均功率)和無功功率分別為

P?UIcos?Z

Q?UIsin?Z

PS?UI視在功率為

復功率為

S?P?jQ?Sej?Z

在電源和內阻抗Zi一定條件下，負載阻抗ZL獲得最大功率的條件為

ZL?Zi*

這稱為共軛匹配，此時負載獲得的最大功率為

PL?Ri2?Xi2?Zi

這稱為模匹配，即負載電阻RL等于內阻抗的模|Zi|時，能獲得最大功率。計算模匹配情況下

?，那么負載電阻消耗的功率為的最大功率，首先應該計算流過負載電阻RL的電流

IR 2PL?IRRL第六章

互感與理想變壓器

6.1 耦合電感元件

6.2 耦合電感的去耦等效

6.2.1 耦合電感的串聯(lián)等效

??

互感線圈順接串聯(lián)

6.3 含互感電路的相量法分析

兩個回路的互感電路

由KVL得

didi? R1i1?L11?M2?us??dtdt ?didi(RL?R2)i2?L22?M1?0??dtdt?

??j?MI??U??(R1?j?L1)I?12s

????j?MI?(R?R?j?L)I?0 12L22?

??ZI??? Z11I1122?Us? ??ZI??0??Z21I1222?

6.3.1含互感電路的等效法分析

? Us?I1? ?2M2Z11? Z22 2?M2 Zf1?Z22

? Us?I1? Z11?Zf1

初級等效電路

設次級回路自阻抗

Z22?R22?jX2

222222222?M?M?MR?MX2222 Zf1???2?j222ZR?jXR?XR?X22222222222222

?Rf1?jXf1

?2M2Rf1?2R222 R22?X22

?2M2Xf1??2X22 2R22?X22

從初級端看的輸入阻抗

2?U?M21 Zin??Z11?Zf1?Z11??I1Z22

???Z21I?I21 Z22 ??j?MI1?I2?

Z22?, 特別應應當清楚，該等效電路必須在求得了初級電流

I ?1的前提下才可應用來求電流

I2注意的是，等效源的極性、大小及相位與耦合電感的同名端、初, 次級電流參考方向有關

次級等效電路

6.4 理 想 變 壓 器

6.4.1 理想變壓器的三個理想條件

理想變壓器多端元件可以看作為互感多端元件在滿足下述3個理想條件極限演變而來的。

條件1：耦合系數(shù)k=1, 即全耦合。

條件2：自感系數(shù)L1,L2無窮大且L1/L2等于常數(shù)。

條件3： 無損耗。

理想變壓器次級短路相當于初級亦短路；次級開路相當于初級亦開路。(1)理想變壓器的3個理想條件： 全耦合、參數(shù)無窮大、無損耗。

(2)理想變壓器的3個主要性能：變壓、變流、變阻抗。

(3)理想變壓器的變壓、變流關系適用于一切變動電壓、電流情況，即便是直流電壓、電流，理想變壓器也存在上述變換關系。

(4)理想變壓器在任意時刻吸收的功率為零，這說明它是不耗能、不貯能、只起能量傳輸作用的電路元件

第三篇：電工學教案

1.2 教學目的：

1．電路的組成及其作用，電路的三種基本狀態(tài)。

2．理解電流產(chǎn)生的條件和電流的概念，掌握電流的計算公式。教學重點：

1．電路各部分的作用及電路的三種狀態(tài)。2．電流的計算公式。教學難點：

對電路的三種狀態(tài)的理解。教學課時：

2課時 教學課題：

第一章 直流電路

第一節(jié) 電路及其基本物理量 教學過程：

（一）導入新課

本學期由我和大家一同學習《電工學》，本門課程只有理論課，期末成績由筆試成績和平時成績兩部分組成，筆試占60%，平時占40%。

（二）新課講授 電路的組成和作用

1、電流流過的路徑稱為電路，由直流電源供電的電路稱為直流電路。電路的組成：電源、負載、中間環(huán)路（畫圖講解）。

(1)電源：把其他形式的能轉化為電能的裝置。如：干電池、蓄電池等。(2)負載：把電能轉變成其他形式能量的裝置，常稱為用電器。如電燈等。(3)導線：作用是連接電路，輸送電能。

（4）控制裝置：控制電路的通斷，開關、繼電器。

電路最基本的作用：一是進行電能的傳輸和轉換；二是進行信息的傳輸和處理。電路的三種狀態(tài)（畫圖說明）

1．通路（閉路）：電路各部分連接成閉合回路，有電流通過。2．開路（斷路）：電路斷開，電路中無電流通過。3．短路（捷路）：電源兩端的導線直接相連。電流很大，會損壞電源和導線，應盡量避免。電流

1、電流的形成

電荷的定向移動形成電流。在金屬導體中，實質上能定向移動的電荷是帶負電的自由電子。

2、電流的大小

在單位時間內，通過導體橫截面的電荷量越多，就表示流過該導體的電流越強。若在t時間內通過導體橫截面的電荷量是Q，則電流I可用下式表示

I?式中，I、Q、t的單位分別為A、C、s 電流的大小可用電流表進行測量。測量時應注意：

（1）對交、直流電流應分別使用交流電流表和直流電流表測量。（2）電流表應串接到被測量的電路中。

（3）注意直流電流表的正負極性。直流電流表表殼接線柱上標明的“+”、“－”記號，應和電路的極性相一致，不能接錯，否則指針要反轉，既影響正常測量，也容易損壞電流表。（4）合理選擇電流表的量程

每個電流表都有一定的測量范圍，稱為電流表的量程。

一般被測電流的數(shù)值在電流表量程的一半以上，讀數(shù)較為準確。因此在測量之前應先估計被測電流大小，以便選擇適當量程的電流表。

若無法估計，可先用電流表的最大量程擋測量，當指針偏轉不到1/3刻度時，再改用較小擋去測量，直到測得正確數(shù)值為止。

3、電流的方向

習慣上規(guī)定正電荷移動的方向為電流的方向，因此電流的方向實際上與自由電子和負離子移動的方向相反。

若電流的方向不隨時間的變化而變化，則稱其為直流電流，簡稱直流，用符號DC表示。

其中，電流大小和方向都不隨時間變化而變化的電流，稱為穩(wěn)恒直流電；電流大小隨時間的變化而作周期性變化，但方向不變的稱為脈動直流電。

Qt若電流的大小和方向都隨時間作相應變化的，稱為交流，用符號AC表示。

參考方向：在分析和計算較為復雜的直流電路時，經(jīng)常會遇到某一電流的實際方向難以確定的問題，這時可先任意假定電流的參考方向，然后根據(jù)電流的參考方向列方程求解。

如果計算結果I>0，表明電流的實際方向與參考方向相同。

如果計算結果I<0，表明電流的實際方向與參考方向相反。

如下圖所示電路中，電流參考方向已選定，已知I1=1A，I2=–3A，I3=–5A，試指出電流的實際方向。

（三）課堂小結

1．電路的組成及其作用。2．電路的三種工作狀態(tài)。

3．形成電流的條件。4．電流的大小和方向及參考方向。5．直流電的概念。

（四）課后作業(yè)

復習本節(jié)課內容

3.4 教學目的：

1．掌握電壓、電位及電動勢的相關知識。2．了解電壓的測量方法。教學重點：

電壓、電位、電動勢 教學難點：

電壓的關聯(lián)參考方向、電位分析 教學課時：

2課時 教學課題：

第一章 直流電路

第一節(jié) 電路及其基本物理量 教學過程：

（一）導入新課

復習：電路的組成及其作用，電路的三種基本狀態(tài)；電流產(chǎn)生的條件和電流的概念，電流的計算公式。今天來學習電壓、電位及電動勢的相關知識。

（二）新課講授

電壓、電位和電動勢

1、電壓

電場力將單位正電荷從a點移到b點所做的功，稱為a、b兩點間的電壓，用Uab表示。電壓單位的名稱是伏特，簡稱伏，用V表示。

已知圖a中，Uab=-5V；圖b中，Uab=-2V；圖c中，Uab=-4V。試指出電壓的實際方向。

2、電位

電路中某一點與參考點之間的電壓即為該點的電位。電路中任意兩點之間的電位差就等于這兩點之間的電壓，即Uab = Ua－Ub，故電壓又稱電位差。

電路中某點的電位與參考點的選擇有關，但兩點間的電位差與參考點的選擇無關。

下圖所示電路中，已知E1 =24V，E2 =12V，電源內阻可忽略不計，R1 = 3Ω，R2=4Ω，R3 =5Ω，分別選D 點和E 點為參考點，試求A、B、D、E 四點的電位及UAB和UED的值。

3、電動勢

電源將正電荷從電源負極經(jīng)電源內部移到正極的能力用電動勢表示，電動勢的符號為E，單位為V。

電動勢的方向規(guī)定為在電源內部由負極指向正極。

對于一個電源來說，既有電動勢，又有端電壓。電動勢只存在于電源內部；而端電壓則是電源加在外電路兩端的電壓，其方向由正極指向負極。

4、電壓的測量

（1）對交、直流電壓應分別采用交流電壓表和直流電壓表測量。（2）電壓表必須并聯(lián)在被測電路的兩端。

（3）直流電壓表表殼接線柱上標明的“+” “-”記號，應和被測兩點的電位相一致,即“+”端接高電位,“-”端接低電位，不能接錯，否則指針要反轉，并會損壞電壓表（4）合理選擇電壓表的量程,其方法和電流表相同。

（三）課堂小結

電壓、電位、電動勢的相關知識

（四）課后作業(yè)

第四篇：電工學教案第二章

教案

（七）一、教學內容

§2-1 磁場

二、教學目的和要求

1．了解直線電流、環(huán)形電流所產(chǎn)生的磁場。2．會用安培定則判斷磁場的方向。

三、教學重點和難點

重點：安培定則判斷直線電流和環(huán)形電流所產(chǎn)生的磁場方向。難點：磁場和磁感線。

四、教學過程

1．直觀法 2．講授法 3．討論法

§2-1 磁場

一、磁體及其性質

磁性——某些物體能夠吸引鐵、鎳、鈷等物質的性質。磁體——具有磁性的物體。

磁極——磁體兩端磁性最強的部分。指北的磁極稱北極（N），指南的磁極稱南極（S）。同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。

二、磁場與磁感線 1．磁場

磁場——在磁體周圍的空間中存在的一種特殊物質。磁極之間的作用力就是通過磁場進行傳遞的。

2．磁感線

磁感線——磁場中畫出的一些有方向的曲線，在這些曲線上，每一點的切線方向就是該點的磁場方向，也就是放在該點的磁針N極所指的方向。

磁感線的方向：在磁體外部由N極指向S極，在磁體內部由S極指向N極。

均勻磁場——在磁場的某一區(qū)域里，磁感線是一些方向相同分布均勻的平行直線。

三、電流的磁場

電流的磁效應——電流產(chǎn)生磁場的現(xiàn)象。

1．直線電流產(chǎn)生的磁場

右手握住導線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，則彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。

2．環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場

右手握住通電螺線管，讓彎曲的四指所指方向跟電流的方向一致，則大拇指所指的方向就是螺線管內部磁感線的方向，也就是通電螺線管的磁場北極的方向。

作業(yè)：練習冊P12-13

課后小結：

教案

（八）一、教學內容

§2-2 磁場的主要物理量

二、教學目的和要求

1．理解磁感應強度的概念。2．理解磁通和磁導率的概念。

三、教學重點和難點

重點：磁感應強度 難點：磁通和磁導率

四、教學過程

1．直觀法 2．講授法 3．討論法

§2-2 磁場的主要物理量

一、磁感應強度

磁感應強度——在磁場中，垂直于磁場方向的通電導線，所受電磁力F與電流I和導線長度l的乘積Il的比值，用B表示，單位為特斯拉，簡稱特（T）。

磁感應強度是個矢量，它的方向就是該點的磁場的方向。

磁感線的疏密程度可以大致反映磁感應強度的大小。在同一個磁場的磁感線分布圖上，磁感線越密的地方，磁感應強度越大，磁場越強。

二、磁通

磁通——設在磁感應強度為B的均勻磁場中，有一個與磁場方向垂直的平面，面積為S，我們把B與S的乘積定義為穿過這個面積的磁通量，簡稱磁通，用Φ表示。

Φ = BS

磁通的單位是韋伯（Wb），簡稱韋。

這表示磁感應強度等于穿過單位面積的磁通，所以磁感應強度又稱磁通密度，并且用Wb/m2作單位。

三、磁導率

磁導率——用來表示媒介質導磁性能的物理量，用μ表示，其單位為H/m（亨/米）。

相對磁導率——任一物質的磁導率與真空的磁導率的比值，用μr表示，即

ΦB?S??r??0鐵磁物質的磁化：

磁化——使原來沒有磁性的物質具有磁性的過程。

作業(yè)：練習冊P13

課后小結：

教案

（九）一、教學內容

§2-3 磁場對電流的作用

二、教學目的和要求

1．掌握電流在磁場中受電磁力作用的知識。2．會用左手定則判斷電磁力的方向。

三、教學重點和難點

重點：磁場對通電直導體的作用。難點：通電平行直導體間的作用。

四、教學過程

1．直觀法 2．講授法 3．討論法

§2-3 磁場對電流的作用

電磁力——通電導體在磁場中受到的力，也稱安培力。

一、磁場對通電直導體的作用 1．方向的判別——左手定則

平伸左手，使大拇指與其余四個手指垂直，并且都跟手掌在同一個平面內，讓磁感線垂直穿入掌心，并使四指指向電流的方向，則大拇指所指的方向就是通電導體所受電磁力的方向。

2．大小的計算

? α=90°時，電磁力最大。? α=0 °時，電磁力最小。

? 當電流方向與磁場方向斜交時，電磁力介于最大值和最小值之間。

二、通電平行直導線之間的作用

三、磁場對通電線圈的作用

作業(yè)：練習冊P14-15

課后小結：

教案

（十）一、教學內容

§2-4 電磁感應

二、教學目的和要求

1．理解電磁感應的概念。

2．掌握楞次定律和法拉第電磁感應定律。

三、教學重點和難點

重點：直導線切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢。難點：楞次定律。

四、教學過程

1．直觀法 2．講授法 3．討論法

§2-4 電磁感應

一、電磁感應現(xiàn)象

將一條形磁鐵放置在線圈中，當條形磁鐵靜止時，檢流計的指針不偏轉，但將條形磁鐵迅速地插入或拔出時，檢流計的指針都會發(fā)生偏轉，說明線圈中有電流。

利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象稱為電磁感應現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流稱為感應電流。條形磁鐵插入和拔出線圈時產(chǎn)生感應電流，產(chǎn)生感應電流的電動勢稱為感應電動勢。

二、楞次定律

楞次定律指出了磁通的變化與感應電動勢在方向上的關系，即：感應電流產(chǎn)生的磁通總是阻礙原磁通的變化。

三、法拉第電磁感應定律

線圈中感應電動勢的大小與線圈中磁通的變化率成正比。單匝線圈產(chǎn)生的感應電動勢的大小：

?Φe??t?Φe?N?tN匝線圈產(chǎn)生感應電動勢的大?。?/p>

四、直導線切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢

1．感應電動勢的方向

右手定則——平伸右手，大拇指與其余四指垂直，讓磁感線穿入掌心，大拇指指向導體運動方向，則其余四指所指的方向就是感應電動勢的方向。

2．感應電動勢的大小

【例2－1】 在磁感應強度為B的勻強磁場中，有一長度為l的直導體AB，可沿平行導電軌道滑動。當導體以速度v向左勻速運動時，試確定導體中感應電動勢的方向和大小。

解：

（1）導體向左運動時，導電回路中磁通將增加，根據(jù)楞次定律判斷，導體中感應電動勢的方向是B端為正，A端為負。用右手定則判斷，結果相同。

（2）設導體在△t時間內左移距離為d，則導電回路中磁通的變化量為

???B?S?Bld?Blv?t

所以感應電動勢 e???Blv?t??Blv ?t?t

作業(yè)：練習冊P15-17

課后小結：

教案

（十一）一、教學內容

§2-5 自感

二、教學目的和要求

1．理解自感系數(shù)的概念。2．了解自感現(xiàn)象的應用。

三、教學重點和難點

重點：自感現(xiàn)象。

難點：自感系數(shù)和自感電動勢。

四、教學過程

1．直觀法 2．講授法 3．討論法

§2-5 自感

一、自感現(xiàn)象

當線圈中的電流發(fā)生變化時，就會產(chǎn)生感應電動勢，這個電動勢總是阻礙線圈中原來電流的變化。

自感——這種由于流過線圈本身的電流發(fā)生變化而引起的電磁感應現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象，簡稱自感。

自感電動勢——自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應電動勢，用eL表示，自感電流用iL表示。

二、自感系數(shù)

自感磁通——自感電流產(chǎn)生的磁通。

自感系數(shù)（簡稱電感）——衡量不同線圈產(chǎn)生自感磁通的能力，用L表示，單位為亨利（H）。

三、自感電動勢

自感現(xiàn)象是電磁感應現(xiàn)象的一種特殊情況，遵從法拉第電磁感應定律。

NΦL?I?IeL?L?t

四、線圈L所儲存能量

12WL?LI2線圈的電感反映了它所儲存磁場能量的能力。

作業(yè)：練習冊P17-18

課后小結：

教案

（十二）一、教學內容

§2-6 互感

二、教學目的和要求

1．理解互感系數(shù)的概念。2．了解互感現(xiàn)象的應用。

3．會判斷和測定互感線圈的同名端。

三、教學重點和難點

重點：互感現(xiàn)象。

難點：互感線圈同名端的判斷。

四、教學過程：

1．直觀法 2．講授法 3．討論法

§2-6 互感

一、互感現(xiàn)象和互感電動勢

在開關SA閉合或斷開瞬間以及改變RP的阻值，檢流計的指針都會發(fā)生偏轉。這是因為，當線圈 A中的電流發(fā)生變化時，通過線圈的磁通也發(fā)生變化，該磁通的變化必然又影響線圈B，使線圈B中產(chǎn)生感應電動勢和感應電流。

互感——由一個線圈中的電流發(fā)生變化而在另一線圈中產(chǎn)生電磁感應的現(xiàn)象。

互感電動勢——由互感產(chǎn)生的感應電動勢，用eM表示。

線圈B中互感電動勢的大小不僅與線圈A中電流變化率的大小有關，而且還與兩個線圈的結構以及它們之間的相對位置有關。當兩個線圈相互垂直時，互感電動勢最小。當兩個線圈互相平行，且第一個線圈的磁通變化全部影響到第二個線圈，這時也稱全耦合，互感電動勢最大。

二、互感線圈的同名端

eM2?I1?M?tSA閉合瞬間，A線圈有電流I從1端流進，根據(jù)楞次定律，在A線圈兩端產(chǎn)生自感電動勢，極性為左正右負。利用同名端可確定B線圈的4端和C線圈的5端皆為自感電動勢的正端。

作業(yè)：練習冊P19

課后小結：

第五篇：電工學實驗課教案

電工學實驗課教案

實驗一

基爾霍夫定律的驗證

實驗二

電壓源與電流源的等效變換

實驗三

疊加原理的驗證

實驗四

戴維南定理的驗證

實驗五

日光燈線路的連接

實驗六

功率因數(shù)的提高

實驗七 三相負載Y.的接線方法 實驗八 三相負載Δ的接線方法 實驗九 三相異步電動機啟動控制 實驗十 三相異步電動機正；反轉控制系統(tǒng)實驗一

電位、電壓的測定及電路圖繪制

一 實驗目的：

1理解電路中電位及電壓的概念。通過實驗數(shù)據(jù)證明電位具有相對性而電壓具有絕對性。3學會電位圖的繪制方法。

二 實驗原理：在一個確定的閉合電路中，各點電位的高低視所選參考點的不同而變。但任意兩點間電位差是不變的。它不因參考點電位的變化而改變。

FI 1R1510I 3AR21KI 2B+12V510R3+6v--R4300三 實驗內容:

E510DC 分別將兩路直流穩(wěn)壓電源調為E1= 6V。E2=12V，接入電路中。2 以圖中A點為電位參考點，分別測量B C D E F 各點電位值及相鄰兩點間的電壓值，Uab Ubc Ucd Ude Uef Ufa.2 以D點為參考點。分別測量以上2中數(shù)據(jù)。四 注意事項：

測量時萬用表黑表筆與參考點相連，紅表筆與待測點相連。實驗二

基爾霍夫定律的驗證

一 實驗目的：學會使用直流電壓表、電流表和數(shù)字萬用表測支路電壓、電流，驗證基爾霍夫定律。

二 實驗原理：KLC即∑I＝0 任一節(jié)點的電流代數(shù)和為零。

KVL即∑U＝0 任一回路，各元件電壓代數(shù)和應為零。

FS1I 1R1510I 3AR21KI 2BS2+12V1-S1R4R3510+I I-S2S36vS3300D三 實驗步驟：如圖

E510DC 1． 熟悉電工試驗臺上各元件性能及穩(wěn)壓電源使用方法；將直流穩(wěn)壓電源調為6V，12V。注意切換開關位置；

2．熟悉數(shù)字萬用表、電壓表、電流表各量程掌握電壓并電流串的測量方法。

3.用萬用表測各電阻值，并記錄。

4.任意設定各支路電流參考方向，選定電路中的任意節(jié)點驗證KCL的正確性，5.選定電路中的任意回路驗證KVL的正確性。6.數(shù)據(jù)記入表22.四：注意事項 ：

1。嚴禁帶電測量電阻；防止并聯(lián)電阻存在；注意儀表極性，量程；

2。記錄數(shù)據(jù)時注意正負號； 實驗三 電壓源與電流源等效變換

一 實驗目的： 掌握電源外特性的測試方法。2 驗證電壓源與電流源等效變換的條件。

6v+Is=US/R0Us-Ro Us=IsR0-RLR0=R0IsRo RL+二 實驗原理：

電壓源模型 電流源模型 實際電源摸型：一個電源可以用兩種不同的電路模型來表示，及電壓源模型與電流源模型。其中電壓源模型為理想電壓源與電阻串聯(lián)構成,R0 = 0。電流源模型為理想電流源與電阻并聯(lián)構成R0 = ∽

為理想電流源。2 電源模型的外特性：

電源模型的外特性：指輸出電壓與輸出電流間的變化關系。即 U = F（I）

（1）電壓源模型的外特性 ：伏安關系式，即U = U —I R，作的曲Us Uoc IO O Is RIs線稱外特性曲

I s 線如圖A。

U

A

B（2）電流源模型的外特性 ：即U = I R — I R，作的曲線稱外特性曲線，如圖B;（3）電壓源與電流源的等效變換

同一個實際電源的兩種電路模型外特性是完全一致的，兩者可以等效替換。等效（互換）的條件為：US=IS X R0，電阻一致。

注：A電壓源與電流源的等效關系只對外電路而言，對電源內部則是不等效的。

B 理想的電壓源與理想的電流源不能等效互換。三 實驗內容及步驟： 1.測定電壓源的外特性;

+mA-mA+6vV+R1200+R1-Ro 1512006v--R2470R2470

按圖連接線路 Us = 6V

R1=20，R2=O—470 可調電阻。調節(jié)R2由大到小變化，測出R0 = O或R0=51 兩種情況下的U I 值。記入表3—1中。

2.測定直流電流源與恒流源的外特性：

mAIs+Ro-

RL V 470/2W 5m A

按圖連接線路，R0 =1K Is = 5mA R0= R0 = 1KΩ。

與 RO = ∽ 兩種情況下.調節(jié)RL 0—470Ω

數(shù)據(jù)記入表3—2中。3.測定電源等效變換的條件：

按圖3—5連接線路，先記錄A圖中V I 值，而后調節(jié)B圖中恒流源，使B圖中V I 數(shù)據(jù)和A圖中數(shù)據(jù)相等。記錄恒流源輸出IS，驗證IS=US / R0。的電源等效變換的條件。

四 注意事項：

1恒流源負載禁止開路，電壓不可超過20V。2 換接線路時，必須關閉電源。3儀表接入應注意級性和量程。實驗四 疊加原理的驗證

一 目的：驗證線性電路疊加原理的正確性，從而加深對線性電路的疊加性和齊次性的認識和理解。

二 原理：在有幾個電源共同作用的線性電路中，通過任一支路的電流或兩端電壓等于每個電源單獨作用時在該支路產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。在單一電源作用的電路，若激勵信號增加或減小K倍，電路的響應也將增加或減少K倍，為齊次性

FS1I 1R1510I 3AR21KI 2BS2+12V1-S1R4R3510+I I-S2S36vS3300D三 實驗步驟：如圖

E510DC 1． 將直流穩(wěn)壓電源調為6V，12V。注意切換開關位置；

2． 將S3開關撥向300Ω電阻，E1單獨作用時，去掉E2，S2撥向短路測；E2單獨作用時，去掉E1，S1撥向短路測各支路電流；及各元件電壓，測E1，E2共同作用時，各支路電流I1 I2 I3，及各元件電壓值。數(shù)據(jù)記入表4 – 1。

3． 將開關S3撥向二極管側，重復2的內容，數(shù)據(jù)記入表4-2。四：注意事項 ：

1。注意儀表極性，量程； 2。記錄數(shù)據(jù)時注意正負號； 3．E1單獨作用時，E2不要短路 實驗五 戴維南定理的驗證

一 目的：掌握有源兩端網(wǎng)絡等效參數(shù)的測定方法，加深對戴維南定理的理解并驗證該定理的正確性。

二 原理：任何一個線性有源兩端網(wǎng)絡，對外電路而定，總可以用一個理想的電壓源和電阻和串聯(lián)來代替R1R2AU0C10mAVRLR4R3R0RL。

12V

三 實驗步驟：如圖;按圖連線路，將電壓源調為12V，電流源調為10mA可變電阻箱接入電路中RL，測UOC，ISC得到RO記入表中5-1；

2有源兩端網(wǎng)絡外特性的測定，調節(jié)電阻箱改變RL，數(shù)據(jù)記錄表5-2 3 驗證代維南定理：將穩(wěn)壓電源調致U0C；1K 電位器調致R0數(shù)值，兩者串聯(lián)等效，再接上負載電阻箱，按步驟2測其外特性。數(shù)據(jù)記入表5 – 3。

4．用零示法測VOC。按圖接好線路，在RL端接一可調穩(wěn)壓源，調整穩(wěn)壓源使安培表讀數(shù)為零，電壓表讀數(shù)即為UOC 四 注意事項： 接線注意電源+-；

測量注意儀表量程；改變線路時注意關掉電源 實驗六 日光燈線路的聯(lián)接及測量

一 實驗目的 學會日光燈線路的接線方法 2 學會功率表的使用及接線方法 掌握測量交流電路元件等效參數(shù)的方法。二 實驗步驟：如圖

*A*WL220VVRLS

1按圖連結線路測W、U、I。VL、VR 2討論：VR+ VL≠220V（交流）為什么？ 三 注意事項： 因電源為220V（交流）接線注意安全 2 功率表注意電流串，電壓并的原則。3 電流表電壓表注意量程

實驗七 功率因數(shù)的提高

一 目的：理解提高功率因數(shù)的意義

掌握感性負載提高功率因數(shù)的意義、方法及原理；

ISI1RULICUICIC二 實驗原理：

如圖：K斷開時，總電流 I = I1，COSΨ1=P/UI1

IL

K閉和時，總電流

I = I1+IC COSΨ=P/U（I1+IC）

∵I ＜ I1 ∴COSΨ ＞ COSΨ1

三 實驗步驟：如圖

*A*WSL220VC2C3SRLC1 1.按圖連結線路；電壓調為220V。電容分別為0、2.2

4.7 6.9UF時，測量Pw、UV、IA、IL、IC值，數(shù)據(jù)記入表8 – 1。2．說明提高功率因數(shù)的意義； 四 注意事項： 1．功率表的接線方法； 2．

注意儀表量程；

實驗八 三相負載Y星接法

一 實驗目的：

1． 掌握三相負載Y連接方法，2． 驗證三相負載對稱情況下，Y接法時，線電壓與相電壓，線電流與相電流之間的關系。

3． 充分理解三相五線制供電，中線的作用。二 實驗原理： Y形接法如圖；

ASS BFULALSCFULAAN 對稱負載，線電流 = 相電流IL = IP，線電壓UL = √3 UP In = O，中線可以省去。不對稱負載，中線電流≠O，無中線時三相電壓不對稱，三相負載不能正常工作，故中線不能省去。三 實驗內容：

1． 將線電壓調為220V，把三相燈負載接成Y形，分別測量UAB UBC UCA，UA0、UB0、UC0，IA、IB、IC、I0、及中點電壓。2． 了解中線的作用。四．注意事項：

1． 注意安全；不可帶電接線，2． 嚴格遵守先接線、后通電；先斷電、后拆線的操作要求。

實驗九 三相負載Δ接法

一 實驗目的：

1． 握三相負載Δ連接方法

2． 掌握三相負載對稱情況下，Δ接法時，線電壓與相電壓，線電流與相電流之間的關系。二 實驗原理：

三相負載Δ接法時，線電壓UL = UP，負載對稱時，三相電壓、電流對稱，IL = √3 I P 負載不對稱時，三相負載電流不對稱 IL ≠√3ˉ IP 三 實驗內容：

SAS BSFU1LAFU2LDS1-3DS2-3AFU3LCNADS3-3

將線電壓調為220V，把三相燈負載接成Δ形，負載對稱和不對稱時，分別測量Uab Ubc Uca，Iab、Ibc、Ica、、及Ia、Ib、Ic 四．注意事項：

1．注意安全；不可帶電接線，2．嚴格遵守先接線、后通電；先斷電、后拆線的操作要求。3．防止短路事故。

實驗八 三相交流電壓.電流的測量

一實驗目的:

1掌握三相負載Y.Δ的接線方法

2驗證三相負載對稱是Y.Δ接法時，各自的線電壓，相電壓，線電流,相電流方向的數(shù)值關系； 3熟悉三相四線制中線的作用； 二 原理：

1.三相負載Y形連接時，對稱負載

IL = IP I0 = O 中線可以省去。UL = √3UP 不對稱負載；電壓不對稱，I0 ≠ O 中線不能省去。

2.三相負載Δ形連接時，UL = UP，對稱負載 IL = √3IP

不對稱負載； IL ≠√3IP

三 實驗步驟: 1． 2． 3． 將電源調為線電壓220V（交流）

將三相燈負載接成Y，測UL、UP、IP、IN 將三相燈負載接成Δ，測UL、IL、IP 根據(jù)燈亮暗程度，注意電線的作用。四 注意事項噶: 1注意安全。Δ接法防止短路?！?實驗九 三相異步電動機啟動控制

一 實驗目的： 1． 2． 3． 4． 熟悉電動機的銘牌數(shù)據(jù)并記錄 熟悉電動機結構及各引線端 測量電機繞組與外殼的絕緣電阻 練習正確接線，直接起動及反轉

二 原理：

見原理圖：

A B CSWFUFRSB2SB1KM2KMKMKMFRM3

熟悉電動機的各項技術指標

掌握使用兆歐表的方法測量電動機絕緣電阻，熟悉電路圖，用刀閘直接起動電動機 三 實驗步驟：

1熟悉接觸器。按鈕。熱繼電器。電機等控制元件的構造，并記錄其型號，規(guī)格。

2檢查接觸器。按扭的常開。常閉。觸點是否正常 3按圖連接線路

4啟動電機?？词欠襁\轉正常。四：注意事項： 1． 嚴禁帶電操作

2． 測電機絕緣電阻時應將兆歐表引線端接觸良好 3． 合電源刀閘時，應檢查無誤，并使刀閘接觸良好4。按電機銘牌所注額定電壓和接線方式接線（Y△）

實驗十 三相異步電動機正。反轉控制系統(tǒng)一 實驗目的：

1學習三相異步電動機正。反轉控制線路的連接。

2加深理解三相異步電動機正。反轉控制線路的工作原理，及線路中“自鎖”和“互鎖”環(huán)節(jié)的作用。

A B CSWFUFRSB3SB1KM1KM2KM1KM1KM2SB2KM1KM2KM2FR二 原理：見原理圖。三 實驗步驟：

M3 按圖連接線路，接成點動控制，再加自鎖和互鎖。使電動機正。反轉運轉正常。四 注意事項：

1嚴禁帶電操作

2連好線路要認真檢查，防止短路。