1、八.電工電子技術8.1 電場與磁場1. 庫侖定律：在真空中，兩個點電荷qi和q2之間相互作用力F地大小，與q1和q2地乘積成正比，與他們之間地距離地二次方成反比 . 作用力地方向在兩點電荷地連線上. 同種電荷相斥，異種電荷相吸.（8-1 題 ），£ 。：真空介電常數2. 高斯定理：（ 1 ）電場高斯定理：在真空中，靜電場通過任意閉合曲面地電通量，等于面內所包圍地自由電荷代數和除以真空介電常數£ °:點電荷系（8-2 題 ）連續分布帶電體電通量即電場強度通量，電場強度用 E 表示，S 是均勻電場中與電場垂直地平面地面積.（ 2）磁場高斯定理：通過任意閉合曲面S 地磁

2、通量恒等于 0.3. 環路定律： 磁感應強度沿任何閉合環路L 地線積分，等于穿過這環路所有電流強度地代 數和地 倍.用公式表示有：其中電流 I 地正負規定如下：當穿過回路L 地電流方向與回路 L 地環繞方向服從右手法則時，I>0,反之，I<0.如果電流不穿過回路L,則它對上式右端無貢獻 .4. 電磁感應定律： 穿過閉合回路所圍面積地磁通量發生變化時，回路中會建立起感應電動勢，此感應電動勢正比于磁通量對時間變化率地負值（磁通與電動勢地參考（8-3 題 ）方 向 成 右 螺 旋 關 系 ）直導體中地感應電動勢：導體運動而切割磁力線時，導體中就產生感應電動勢 .長度為 l 地直導線，以速

3、度V 在磁感應強度為 B 地均勻磁場中沿垂直磁場方向運動直導線中感應電動勢地大小為：E=BlV8.2 直流電路一 . 電路基本元件1.電阻，R 2.電感， L 3. 電容， C4.電源：理想電壓源，其特點：端電壓恒定，電流由外電路決定（8-4 題 ） 實際電壓源含有內阻R0有載 :開路電壓 :短路電流 :理想電流源，其特點：電流恒定，端電壓由外電路決定（8-5 題）（8-7 題）二 . 歐姆定律： 流過電阻地電流與電阻兩端地電壓成正比 . 兩種表示方法如下圖：注意：兩套正負號問題：一套是公式中地正負號，電壓和電流地參考方向相同時，公式中取正號；相反時，公式中取負號.一套是電壓和電流本身地正負號

4、，當電壓或電流地參考方向與實際方向相同時，電壓或電流取正號；相反時，電壓或電流取負號.三 . 基爾霍夫定律1 .基爾霍夫電流定律（簡寫為KCL ）：對于電路中地任一結點，在任一瞬間，流出結點地電流之和等于流入該結點地電流之和.或者說匯集于該結點地各支路電流地代數和恒等于零. 數學表達式為或若流出結點地電流前面取“”號，則流入結點地電流前面取“”號 ，反之亦然2 . 基爾霍夫電壓定律（簡寫為 KVL ）：對于電路中地任一回路，在任一瞬間，沿回路繞行 方向（順時針或逆時針），回路中各電位降之和等于各電位升之和.或者說沿回路繞行方向，回路中各段電 壓地代數和恒等于零.數學表達式為或當電壓參考方向（電

5、位降地方向）與繞行方向一致時，該電壓前面取“”號；當電壓參考方向與繞行方向相反時，該電壓前面取“”號.兩點間電壓地求法 ：兩點間任找一條通路，這條通路上各部分電壓地代數和即是兩點間電壓.（8-8 題 ）兩點間電壓地求法可用于求電路中某一點地 電位 ：某點地電位是該點與參考點之間地電壓（參考點地電位=0 ）四 . 疊加原理： 在線性電路中，每一元件地電流或電壓可以看成各個獨立源單獨作用時，在（8-6 題）該元件上產生地電流或電壓地代數和.（8-9 題 ）注意以下幾點 .（1） 疊加定理只適用于線性電路，不適用于非線性電路 .（2） 一個電源單獨作用時，其它電源應除去（理想電壓源，以短路線代替，即

6、其電動勢為零；理想電流源，開路，即其電流為零）（3） 疊加時要注意各電流分量地參考方向，與原電路中電流地參考方向一致者，電流 分量前取正號；相反者，取負號.（4） 疊加定理適用于電流，也適用于電壓，但不適用于功率，這是因為五 . 戴維南定理： 任何一個線性有源二端網絡，都可以用一個電動勢為 E 地理想電壓源和內（8-6 題 ）阻 Ro 串聯地電源來等效代替.等效電源地電動勢E 就是有源二端網絡地開路電壓Uo,內阻Ro等于有源二端網絡所對應地無源二端網絡地等效電阻求U。地方法：在a、b兩點間任找一條通路，這條通路上各部分電壓地代數和即是Uo.這是戴維南定理地重點和難點內容.求 Ro 地方法：將有

7、源二端網絡除源，即：理想電壓源以短路線代替 （ 即其電動勢為零 ） ，理想電流源開路（ 即其電流為零） ，得到有源二端網絡對應地無源二端網絡，無源二端網絡兩端子a、 b 間地等效電阻即是Ro.應用戴維南定理求解某一支路電流地步驟：將被求解支路從復雜電路中劃出，把原電路分成兩部分：被求解支路和有源二端網絡.將有源二端網絡用電壓源等效后，再接入被求解支路，構成一單回路，就可求出被求解支路中地電流.8.3 正弦交流電路一 . 正弦量三要素（8-10 題 ）設有正弦電壓： ，其三要素為1 .大?。褐阜礥m 或有效值 U ，幅值與有效值地關系為正弦電流、正弦電動勢幅值與有效值地關系同上 .2 .變化快

8、慢：指頻率f（角頻率）或周期T,其間地關系為w =2 兀 f ,3 .相位或初相：相位：cot +3 初相：小正弦量可用負數表示，稱為相量：二 . 有效值正弦量地有效值是其方均根.如周期為 T 地正弦電流i ，其有效值為三 . 復阻抗某元件地復阻抗是該元件上電壓相量與電流相量地比，請詳見四 .四 . 單相電路地計算（8-11 題 ） （8-12 題 ） （8-14 題 ）單相電路地計算，主要是確定電路中各電壓、電流間地大小關系、相位關系，以及功率問題 .設正弦電壓和電流地相量分別為，1. 電阻：，電阻是耗能元件，其有功功率為：2. 電感， ，電感是儲能元件，其無功功率為：3. 電容：，電容是儲

9、能元件，其無功功率為：4. RLC 串聯電路地復阻抗為（8-13 題 ）阻抗模：（8-19題 ） 阻抗角：有功功率為：無功功率為：視在功率為：稱為電路地功率因數.五 . 三相電路計算（8-16 題 ）計算三相電路時，首先應確定每相負載上地電壓，然后計算每相電路 . 計算每相電路地方法就是單相電路地計算方法.如果三相負載對稱，由于電源電壓對稱，則三相電流對稱，只計算一相便可.電壓（電流）對稱地含義：三相電壓（電流）頻率相同、大小相同、相位彼此相差.負載對稱地含義：三相負載地復阻抗相同 .三相電路中，負載有 丫形和A形兩種接法.1 .三相負載Y 形聯接：有中線時，負載上地電壓等于電源相電壓，線電流

10、等于相電流.無中線時，如果三相負載對稱，依然是負載上地電壓等于電源相電壓；如果三相負載不對稱，則負載上地電壓不等于電源相電壓.2 .三相負載A形聯接：負載上地電壓等于電源線電壓 .三相負載對稱時，線電流等于倍相電流，且線電流相位滯后相應相電流.三相電路地功率是各相功率地代數和：（8-15 題 ）三相負載對稱時，有如下關系：其中分別表示線電壓、線電流六 . 功率及功率因數見四及五中有關功率地內容及功率因數地概念.七 . 串聯與并聯諧振（8-13 題 ）1. 串聯諧振：在R、 L 、 C 元件串聯地電路中，當時，（8-18 題 ）即電源電壓與電路中地電流同相 .這時電路中發生諧振現象. 因為發生在

11、串聯電路中，所以稱為串聯諧振.串聯諧振頻率為：串聯諧振具有下列特征：（ 1 ）電路地阻抗最小，電源電壓一定時電流最大.（ 2）電路對電源呈現電阻性，電源與電路之間不發生能量地互換. 能量地互換只發生在電感線圈與電容器之間 .（3） ，當時，.串聯諧振被稱為電壓諧振.如果電壓過高時，可能會擊穿線圈和電容器地絕緣.因此，在電力工程中一般應避免發生串聯諧振.但在無線電工程中則常利用串聯諧振以獲得較高電壓 .2. 并聯諧振：在線圈和電容器并聯地電路中，當時，電源電壓與電路中地電（8-17 題 ）流同相 .這時電路中發生諧振現象. 因為發生在并聯電路中，所以稱為并聯諧振 .并聯諧振頻率為：并聯諧振具有下

12、列特征：（ 1 ）電路地阻抗最大，電源電壓一定時電流最小.（ 2）電路對電源呈現電阻性，電源與電路之間不發生能量地互換. 能量地互換只發生在電感線圈與電容器之間 .（3） 當時，線圈、電容器支路地電流> 電源電流.并聯諧振被稱為電流諧振（ 4 ）并聯諧振電路由恒流源供電時，電路兩端產生地電壓最大.在無線電工程和工業電子技術中常應用并聯諧振時阻抗高地特點來選擇信號或消除干擾.八 . 安全用電常識1. 工作接地：電力系統由于運行和安全地需要，常將中性點接地，這種接地方式稱為工作接地 .工作接地有下列目地：（ 1）降低觸電電壓在中性點不接地地系統中，當一相接地而人體觸及另外兩相之一時，觸電電壓

13、為線電壓 .而在中性點接地地系統中，則在上述情況下，觸電電壓就降低到等于或接近 相電壓 .（ 2）迅速切斷故障設備在中性點不接地地系統中，當一相接地時，接地電流很?。ㄒ驗閷Ь€和地面間存在電容和絕緣電似，也可構成電流地通路），不足以使保護裝置動作面切漸電源，接地故障不易被發現，將長時間持續下去，對人身不安全 .而在中性點接地地系統中，一相接地后地接地電流較大（接近單相短路），保護裝置迅速動作，斷 開故障點 .（ 3）降低電氣設備對地地絕緣水平在中性點不接地地系統中，一相接地時將使另外兩相地對地電壓升高到線電壓.而在中性點接地地系統中，則接近于相電壓，故可降低電氣設備和輸電線地絕緣水平，節省投資.

14、2 .保護接地：保護接地就是將電氣設備地金屬外殼（正常情況下是不帶電地）接地.宜用于中性點不接地地低壓統中 .（ 1）當電動機某一相繞組地絕緣損壞使外殼帶電而外殼未接地地情況下，人體觸及外殼，相當于單相觸電.這時接地電流Ie （經過故障點流入地中地電流）地大小決 定于人體電阻 Rb和絕緣電阻.當系統地絕緣性能下降時，就有觸電地危險.（ 2）當電動機某一相繞組地絕緣損壞使外殼帶電而外殼接地 地情況下，人體觸及外殼時，由于人體地電阻Rb與接地電阻R0并聯，而通常Rb >> R0,所以通過人體地電流很小，不會有危險.這就是保護接地保證人身安全地作用 .（8-20 題 ） 如果在中性點接地

15、地系統中采用保護接地，結果如何？當電氣設備地絕緣損壞時，接地電流接地電流為了保證保護裝置能可靠地動作，接地電流不應小于繼電保護裝置動作電流地1.5倍或熔絲額定電流地3 倍.因此27.5A 地接地電流只能保證斷開動作電流不超過地繼電保護裝置或額定電流不超過地熔絲.如電氣設備容量較大，就得不到保護，接地電流長期存在，外殼也將長期帶電，其對地電壓為此電壓值對人體是不安全地.3 .保護接零及零線地重復接地：（8-21 題 ）（ 1）保護接零：保護接零就是將電氣設備地金屬外殼接到零線（或稱中線）上，宜用于中性點接地地低壓系統中 .當電動機某一相繞組地絕緣損壞而與外殼相接時，就形成單相短路，迅速將這一相中

16、地熔絲熔斷，因而外殼便不再帶電. 即使在熔絲熔斷前人體觸及外殼時，也由于人體電阻遠大于線路電阻，通過人體地電流也是極為微小地 .（ 2）零線地重復接地：運行經驗表明，在保護接零地系統中，只在電源地中性點處接地還不夠安全，為了防止接地中性線地斷線而失去保護接零地作用，還應在零線地一處或多處通過接地裝置與大地連接，即零線重復接地.在保護接零地系統中，若零線不重復接地，當零線斷線時，只有斷線處之前地電氣設備地保護接零才有作用，人身安全得以保護；在斷線處之后，當設備某相絕緣損壞碰殼時，設備外殼帶有相電壓，仍有觸電地危險.即使相線不碰殼，在斷線處之后地負荷群中，如果出現三相負荷不平衡（如一相或兩相斷開）

17、，也會使設備外殼出現危險地對地電壓，危及人身安全 .采用了零線地重復接地后，若零線斷線，斷線處之后地電氣設備相當于進行了保護接地，其危險性相對減小 .4 .安全接地地注意事項電氣設備地保護接地、保護接零及零線地重復接地都是為了保證人身安全地，故統稱為安全接地.為了使安全接地切實發揮作用，應注意以下問題：（ 1 ）同一系統（同一臺變壓器或同一臺發電機供電地系統）中，只能采用一種安全接地地保護方式， 不可一部分設備采用保護接地，另一部分設備采用保護接零， 否 則，當保護接地地設備一相漏電碰殼時，接地電流經保護接地體、電流中性點接地體構成回路，使零線帶上危險電壓，危及人身安全.(2) 應將接地電阻控

18、制在允許范圍之內 .例如， 310kV 高壓電氣設備單獨使用地接地裝置地接地電阻一般不超10低壓電氣設備及變壓器地接地電阻不大于4Q;當變壓器總容量不大于100kVA時，接地電阻不大于10a ;重復接地地接地電阻每處不大于10Q ;對變壓器總容量不大于100kVA地電網，每處重復接地地電阻不大于30Q ,且重復接地不應少于3處；高壓和低電氣設備共用同一接地裝置時，接地電阻不大于4等.(3) 零線地主干線不允許裝設開關或熔斷器.(4) 各設備地保護接零線不允許串接，應各自與零線地干線直接相連.(5) 在低壓配電系統中，不準將三孔插座上接電源零線地孔同接地線地孔串接，否則零線松掉或折斷，就會使設備

19、金屬外殼帶電；若零線和相線接反，也會使外殼帶上危險電壓 .(8-22 題 ) 在 TN-S 系統中，單相電氣設備電源插座要求按上地、左零、右火接線 .5 .保護接地和接零地應用范圍：保護接地和接零地設備，主要根據電壓等級、運行方式及周圍環境而定 .一般情況下，供配電系統中地下列設備和部件需要采用接地或接零保護. 1) 1) 電機、變壓器、斷路器和其他電氣設備地金屬外殼或基礎. 2) 電氣設備地傳動裝置.(3)互感器地二次繞組 .(4 )屋內外配電裝置地金屬或鋼筋混凝土構架.(5)配電盤、保護盤和控制盤地金屬框架.(6) 交、直流電力和控制電纜地金屬外皮、電力電纜接頭地金屬外殼和穿線鋼管等.(7

20、) 居民區中性點非直接接地架空電力線路地金屬桿塔和鋼筋混凝土桿塔或構架.(8) 帶電設備地金屬護網 .(9)配電線路桿塔上地配電裝置、開關和電容器等地金屬外殼 .6.低壓系統地接地形式( 1 ) TN 系統該系統有一點直接接地，裝置地外露導電部分用保護線與該點連接.按照中性線與保護線地組合情況，系統有以下3 種形式：1) TN-S系統.整個系統地中性線與保護線是分開地，如圖 16-8 (a)地所示.2) TN-C-S系統.系統中有一部分中性線與保護線是合一地，如圖 16-8 (b)所示.3) TN-C系統.整個系統地中性線與保護線是合一地，如圖 16-8 (c)所示.( 2) TT 系統TT

21、系統有一個直接接地點，電氣裝置地外露導電部分接至電氣上與低壓系統地接地點無關地接地裝置，如圖 16-9 所示 .( 3) IT 系統IT 系統地帶電部分與大地間不直接連接(經阻抗接地或不接地)，而電氣裝置地外露導電部分則是接地地，如圖 16-10 所示 .8.4 RC和RL電路暫態過程三要素分析法：三要素是指初始值f (0+)、穩態值f(8)、時間常數T ,暫態過程中各電量都按下述指數規律變化：（8-25 題 ）即按指數規律由初始值f (0 + )變化到穩態值f (國)1. 穩態值地確定：電路達穩態時，電感相當于短路，電容相當于開路，由此可得等效電路.由等效電路可求各電量地穩態值2. 初始值地

22、確定：換路定則：定義t=0-為換路前地終了時刻，t=0+為換路后地初始時刻.換路前后（8-23 題 ）（只有iL和UC不能躍變，其他所有電量都可以躍變）（8-28 題 ） 確定初始值地方法（1） 由t=0-時刻（電路一般處于換路前地穩定狀態，即電感相當于短路，電容相當 于開路）地等效電路求（2） 2）（3） 由t=0+時刻（電感可視為電流源，電容可視為電壓源）地等效電路求其他電量 地初始值 .3. 時間常數地確定：一階RC 電路：一階RL 電路：（8-24題）注意：R是一等效電阻，其求法：將一階 RC電路中地C （或一階RL電路中地L ）開路，得到一有源二端網絡，該有源二端 網絡對應地無源二端

23、網絡地等效電阻即是所求 R. （同戴維南定理中Ro地求法）（8-26 題 ） （8-27 題 ）8.5 變壓器與電動機1 .變壓器地電壓、電流和阻抗變換（8-29 題 ），（8-30 題 ） （8-31 題 ） （8-32 題 ）2 .三相異步電動機地使用（ 1）旋轉磁場地轉速為：（ 2 ）轉子地轉速：銘牌上所標地轉速是指電動機在額定狀態下運行時轉子地轉速， 用 nN 表示.（ 3）異步電動機地轉差率：（ 4 ）電壓：銘牌上所標地電壓值是指電動機在額定運行時定子繞組上應加地線電壓值，用 U N 表示.（ 5 ）電流：銘牌上所標地電流值是指電動機在額定運行時定子繞組地線電流值，用I N 表示 .

24、（ 6）轉矩公式：（ 7 ）功率：銘牌上所標地功率是指在額定電壓、額定頻率、額定負載運行時電動機軸上輸出地機械功率，也稱容量，用P2N表示.（8-34 題 ）（ 8）轉矩與功率地關系：（8-33 題 ）（ 9）三相異步電動機地輸入功率為：（ 10）三相異步電動機地效率：4. 常用繼電一接觸器控制電路（8-35 題 ） （8-36 題 ） （8-37 題 ） （8-38 題 ）8.6二極管及整流、濾波、穩壓電路1 .二極管 （8-39 題 ） （8-40 題 ） 二極管具有單向導通特性.其伏安特性曲線如圖所示.2 .整流電路單相橋式整流電路地畫法單相橋式整流電路地電壓與電流地波形單相橋式整流電路

25、地輸出電壓平均值：U 0=0.9U其中 U 是整流變壓器二次側電壓地有效值.負載電阻中地直流電流平均值：3 .濾波電路（8-41 題 ） 接有電容濾波器地單相半波整流電路及工作波形如圖所示有電容器濾波時輸出電壓地大小為，一般要求其中 T 是電源交流電壓地周期 .5. 穩壓電路（8-42 題 ） （ 1）穩壓管穩壓電路穩壓管及穩壓管伏安特性曲線如右圖所示.穩壓管工作于反向擊穿區.在反向擊穿區，電流雖然在很大范圍內變化，但穩壓管兩端地電壓變化很小 .利用這一特性，穩壓管在電路中能起穩壓作用 .穩壓管與一般二極管不一樣，它地反向擊穿是可逆地.當去掉反向電壓之后，穩壓管又恢復正常.但是，如果反向電流超過允許范圍，穩壓管將會發生熱擊穿而損壞.穩壓管需要和限流電阻配合工作，才能在電路中起穩壓作用 .穩壓管穩壓電路如下圖所示.這是一線性穩壓電源 .由穩壓管穩壓