电工学教案 资料

TOC\o"1-2"\h\z\u第一章直流电路 -2-§1-1电路及其基本物理量 -3-§1-2电阻 -5-§1-3欧姆定律 -6-§1-4电功与电功率 -8-§1-5电阻的串联、并联和混联 -9-§1-6基尔霍夫定律 -12-第二章磁场与电磁感应 -14-§2-1磁场 -15-§2-2磁场的主要物理量 -16-§2-3磁场对电流的作用 -17-§2-4电磁感应 -17-§2-5自感 -19-§2-6互感 -20-第三章单相交流电 -21-§3-1交流电的基本概念 -22-§3-2正弦交流电的相量图表示法 -25-§3-3纯电阻交流电路 -27-§3-4纯电感交流电路 -28-§3-5纯电容交流电路 -29-§3-6RLC串联电路 -30-§3-7提高功率因数的意义和方法 -32-§3-8常用照明电路 -33-第四章三相交流电路 -34-§4-1三相交流电 -35-§4-2三相负载的连接方式 -37-§4-3发电、输电和配电常识 -39-§4-4安全用电常识 -40-第五章变压器与三相异步电动机 -43-§5-1变压器 -44-§5-2三相异步电动机 -47-第六章工作机械的基本电气控制电路 -50-§6-1常用低压电器 -51-§6-2电气控制系统图中基本环节的识读 -60-§6-3三相异步电动机的直接起动控制电路 -61-§6-4三相异步电动机的正反转控制电路 -63-§6-5工作台的限位和自动往返控制电路 -65-§6-6三相异步电动机的制动控制电路 -66-§6-7控制电路常见故障及简易处理方法 -69-§6-8可编程控制器（PLC）简介 -70-第一章直流电路本章教学要求:1、了解电路的组成和状态，理解有关基本物理量的定义，熟记它们的单位和符号；2、掌握欧姆定律，熟悉电路的三种状态。3、了解电流热效应的应用与危害，了解负载额定值的意义；4、熟练掌握电阻串联、并联和混联电路的特点及其应用；5、了解基尔霍夫定律。6、会用万用表测量电压、电流和电阻。重点：1．电路的基本定律（欧姆定律、基尔霍夫定律）；2．电位的计算。3、电阻串并联计算。难点：1．电源与负载电压方向的判别方法；2．基尔霍夫电压方程的列写。教学方法：讲授法、讲练结合、启发式§1-1电路及其基本物理量一、电路：电流流通的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。1、电路的作用（1）实现电能的传输、分配与转换（2）实现信号的传递与处理2、电路的组成和状态组成部分：电源、负载、导线、控制装置。状态：通路、开路（断路）、短路二、电流1、电流的形成：电荷有规则的定向移动形成电流。2、电流的大小：是指单位时间内通过导体横截面的电荷，即I=Q/t，电流用符号I表示，单位是安培（A）。3、电流的方向：正电荷移动的方向。4、电流的换算关系：三、电压、电位和电动势1、电压（1）概念：电场力将单位正电荷从a点移到b点所做的功，称为a、b两点的电压，用Uab表示。电压单位是伏特（V）。（2）方向：高电位®低电位，电位降低的方向。（3）换算关系：2、电动势（1）概念：在电源内部外力将单位正电荷从电源的负极移动到电源正极所做的功，是衡量电源移动正电荷的能力的物理量，符号为E，单位为伏特（V）。（2）方向：在电源内部由负极指向正极。3、电位（1）概念：电路中某点与参考点之间的电压称为该点的电位。选定参考点电位为零，电位的单位也是伏特（V）。（2）电压与电位的关系：电路中任意两点之间的电压等于这两点之间的电位差，即Uab=Ua-Ub，故电压又称电位差。举例：已知Ua=10V，Ub=-10V，Uc=5V。求Uab和Ubc各为多少？解：根据电位差与电位的关系可知：Uab=Ua-Ub=10-（-10）=20V；Ubc=Ub-Uc=-10-5=-15V课堂练习：课本P30第2题§1-2电阻一、电阻与电阻率1、电阻概念：导体对电流的阻碍作用称为电阻，用符号R表示。其单位为Ω（欧姆）。2、电阻单位的换算关系：3、电阻率：长度为1m、截面为1mm2的导体，在一定温度下的电阻值，用符号ρ表示。其单位为Ω·m（欧米）。注：纯金属的电阻率很小，绝缘体的电阻率很大。银是最好的导体，但价格昂贵而很少采用，目前电气设备中常采用导电性能良好的铜、铝作导线。4、电阻与电阻率的关系：导体电阻的大小决定于导体的材料（ρ）、长度（L）和横截面积（S）,即：二、电阻与温度的关系金属的电阻率随温度升高而增大，电解液、半导体和绝缘体的电阻率则随温度升高而减小。三、电阻的测量电阻的测量使用电阻计（欧姆表）进行测量，测量时应注意：1、切断电路上的电源。2、使被测电阻的一端断开。3、避免把人体的电阻量入。§1-3欧姆定律一、部分欧姆定律在不包含电源的电路中，流过导体的电流与这段导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比，即I=U/R或U=IR式中I—电流（A）；U—电压（V）；R—电阻（Ω）。例1已知，某100W的白炽灯在电压220V时正常发光，此时通过的电流是0.455A，试求该灯泡工作时的电阻。解：例2有一个量程为300V（即测量范围是0～300V）的电压表，其内阻R0为40kΩ。用它测量电压时，允许流过的最大电流是多少？解：二、全电路欧姆定律在全电路中电流强度与电源的电动势成正比，与整个电路的内、外电阻之和成反比。其数学表达式为：式中E—电源的电动势，V；R—外电路（负载）电阻，Ω；r—内电路电阻，Ω；I—电路中的电流，A。由式可得：E=IR+Ir=U外+U内式中U外—电源向外电路输出的电压，又称电源的端电压，V；U内—电源内阻的电压降，V。全电路欧姆定律又可表述为：电源的电动势等于内外电压之和。三、电路在三种状态下各物理量的关系电路状态电流电压电源耗功负载功率断路I=0U=EPE=0PR=0通路I=E/(R+r)U=E-IrPE=EIPR=UI短路I短=E/rU=0PE=I短2rPR=0例如图所示，不计电压表和电流表内阻对电路的影响，求开关在不同位置时，电压表和电流表的读数各为多少？解：①开关接“1”号位置，电路短路。电压表读数为0。电流表中的短路电流为:I=E/r=2/0.2=10A②开关接“2”号位置，电路断路，则电流表读数为0。电压表读数为U=E=2V。③开关接“3”号位置，电路处于通路状态。电流表读数：I=E/(R+r)=2/（9.8+0.2）=0.2A电压表读数：U=IR=0.2×9.8=1.96V§1-4电功与电功率一、电功和电功率1、电功：电流所做的功，即电能，用字母W表示。单位是焦耳（J），或者千瓦时（kW·h）即通常所说的度。注意：1kW·h=3.6×106J电功的计算公式：W=UIt2、电功率：电流在单位时间内所做的功，用字母P表示，单位是瓦特（W）。计算公式为：P=W/t=UI=I2R=U2/R3、电流的热效应：电流通过导体时使导体发热的现象称为电流的热效应。电流热效应就是电能转换成热能的效应。焦耳定律：Q=I2Rt二、负载的额定值和最大功率1、额定值:电气设备安全工作时所允许的最大电流、最大电压和最大功率分别称为额定电流、额定电压和额定功率。2、负载获得最大功率的条件：负载电阻与电源内阻相等，即R=r。此时负载获得最大功率为Pm=E2/4r§1-5电阻的串联、并联和混联一、串联1、电阻串联概念：如图所示，把两个或两个以上的电阻依次连接，组成一条无分支电路，这样的连接方式叫做电阻的串联。2、电阻串联的性质：①串联电路中流过每个电阻的电流都相等。②串联电路两端总电压等于各电阻两端分电压之和，即U=U1+U2+…+Un③串联电路等效电阻（即总电阻）等于各串联电阻值之和，即：R=R1+R2+…+Rn④电路中各个电阻两端的电压与它的阻值成正比，即U1/R1=U2/R2=…=Un/Rn或U1/U2=R1/R2；U1/U3=R1/R3；U2/U3=R2/R3…3、电阻串联的应用：①用几个电阻串联以获得较大的电阻。②几个电阻串联构成分压器，使同一电源能供给几种不同的电压。③扩大电压表的量程。④限制和调节电路中电流的大小。⑤当负载的额定电压低于电源电压时，可用串联电阻的方法将负载接入电源。二、并联1、并联电路的概念：如图所示，把两个或两个以上的电阻接在电路中相同的两点之间，承受同一电压，这样的连接方式叫做电阻的并联。2、电阻并联的性质：①并联电路中各电阻的电压相等，且等于电源电压即:U1=U2=…=U②并联电路的总电流等于流过各电阻的电流之和，即:I=I1+I2+…+In③并联电路的等效电阻（即总电阻）的倒数等于各并联电阻的倒数之和，即1/R=1/R1+1/R2+…+1/Rn注意：若只有两电阻并联,则其总电阻计算公式为R=R1R2/（R1+R2）④并联电路电流性质：I1/I2=R2/R1；I2/I3=R3/R2；I1/I3=R3/R1…3、电阻并联的应用：（1）凡是额定工作电压相同的负载都采用并联的工作方式；（2）获得较小的电阻；（3）扩大电流表的量程。举例：如图所示的并联电路中，求等效电阻RAB、总电流I、各负载电阻上的电压、各负载电阻中的电流。解：等效电阻RAB为：RAB=R1R2/（R1+R2）=6×3/（6+3）=2Ω总电流I为：I=U/RAB=12/2=6A各负载上的电压：U1=U2=U=12V各负载的电流：I1=U1/R1=12/6=2A；I2=U2/R2=12/3=4A三、混联既有电阻串联又有电阻并联的电路称为电阻混联电路。如图a）例如图a)中R1=R2=R3=R4=R5=1Ω，求A、B间等效电阻RAB等于多少？解：a)图等效于b)图，b)图等效于c)图，c)图等效于d)图，如图所示，则：R34=R3+R4=2Ω；R345=R34R5/（R34+R5）=2×1/(2+1)=2/3Ω；R2345=R2+R345=1+2/3=5/3Ω；RAB=R2345R1/（R2345+R1）=5/8Ω§1-6基尔霍夫定律一、几个基本术语1、支路：电路中的每一个分支称为支路。如图a)中的支路GB1、R1支路；GB2、R2支路；R3支路。2、节点：三条或三条以上支路的联接点。如图a)中的点A和点B。3、回路：由支路组成的闭合路径。如图a)中的回路ABFEA、回路CDBAC、回路CEFDC。4、网孔：内部不含支路的回路。如图a)中的网孔ABFEA和网孔CDBAC。举例：如图b)所示电路中有几条支路？几个节点？几个回路？几个网孔？答：6条支路，4个节点，7个回路，3个网孔。二、基尔霍夫电流定律(KCL定律)在任一瞬间，流进任一节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和。即：åＩ入=åＩ出或：åＩ=0举例：如图所示中，I1=2A,I2=-3A,I3=-2A,试求I。解：由基尔霍夫电流定律可知：I1+I3=I2+I即2+（-2）=-3+I故I=3A三、基尔霍夫电压定律（KVL定律)在任一闭合回路中，各段电压的代数和恒等于零。即：åU=0举例：详细讲解习题册第11页中第2题综合举例：如图所示电路中，E1=18V,E2=9V,R1=R2=1Ω,R3=4Ω,求各支路电流。解：设各参考方向如图所示，则对节点A有：I1+I2=I3①对回路1有：E1=I1R1+I3R3②对回路2有：E2=I2R2+I3R3③代入已知联立①②③方程解得：I1=6A；I2=-3A；I3=3A第二章磁场与电磁感应本章教学要求：1、了解直线电流、环形电流所产生的磁场，会用安培定则（右手定则）判断磁场的方向。2、理解磁感应强度、磁通和磁导率的概念。3、掌握电流在磁场中受电磁力作用的知识，会用左手定则判断电磁力的方向。4、理解电磁感应的概念，掌握楞次定律和法拉第电磁感应定律。5、理解自感系数和互感系数的概念，了解自感现象和互感现象的应用，会判断和测定互感线圈的同名端。重点：电磁感应、安培定则、左手定则难点：磁场的主要物理量、楞次定律教学方法：讲授法、讲练结合§2-1磁场一、磁的几个基本概念1、磁性：能够吸引铁、镍、钴及其合金的性质。2、磁体：具有磁性的物体，也称磁铁。3、磁极：磁体两端磁性最强的部分。任何磁体都具有两个磁极，分别是北极（N）和南极（S）。4、磁极间的相互作用力：同性磁极相互排斥，异性磁极相互吸引。5、磁场：磁体周围空间中存在着的一种特殊物质。磁极间的作用力就是通过磁场传递的。6、磁感线：为了形象地描述磁场分布而画出的一些有方向的曲线。7、磁感线的3个特点：①磁感线是互不交叉的闭合曲线；在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极。②磁感线上任一点的切线方向，就是该点的磁场方向。③磁感线越密，磁场越强；磁感线越疏，磁场越弱。二、电流的磁场通电导体周围产生磁场的现象称为电流的磁效应。其磁场方向用右手螺旋定则（安培定则）来判断。1、直线电流产生的磁场方向：用右手握住导线，让伸直的大拇指指向电流方向，则四指弯曲的方向就是磁感线的环绕方向。2、环形电流（螺线管）产生的磁场方向：右手握住通电螺线管，让弯曲的四指指向电流方向，则大拇指所指的方向就是磁场的北极方向。§2-2磁场的主要物理量1、磁感应强度（B）在磁场中，垂直于磁场方向的通电导线，所受电磁力F与电流I和导线长度L的乘积IL的比值称为该处的磁感应强度，用B表示，即B=F/IL。单位是特斯拉，简称特（T）。磁感应强度B是表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。B的大小也等于通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目，B的方向用右手螺旋定则确定。2、磁通（Φ）磁通是反映磁场在某一范围内的分布及变化情况的物理量。均匀磁场中磁通Φ等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，即Φ=BS。单位是韦伯(Wb)。3、磁导率（μ）磁导率μ表示物质的导磁性能，单位是亨/米(H/m)。真空的磁导率为μO=4π×10-7H/m。将物质磁导率与真空磁导率的比值称为相对磁导率（μr），则μr=μ/μO4、物质的分类（按相对磁导率的大小）①顺磁物质（μr>1）；②反磁物质（μr<1）；③铁磁物质（μr>>1）5、磁化：使原来没有磁性的物质具有磁性的过程。§2-3磁场对电流的作用一、磁场对通电直导体的作用1、电磁力的概念：通电导体在磁场中受到的力，也称安培力。2、电磁力大小：F=BIL。单位牛（N）3、电磁力的方向：左手定则判断。平伸左手，使大拇指与其余四指垂直，让磁感线垂直穿入掌心，并使四指指向电流方向，则大拇指所指的方向就是电磁力的方向。课堂练习：课本P50第5题二、通电平等直导线间的作用通入同方向电流的平行导线相互吸引；通入反方向电流的平行导线相互排斥。如图所示：（右手定则判断磁场方向、左手定则判断电磁力方向）作业布置：习题册P14~15三、四题§2-4电磁感应一、电磁感应现象（实验演示）当导体相对磁场切割磁感线运动，或在导体包围的面积中磁通发生变化时，导体中将产生感应电动势，这种现象叫做电磁感应现象。二、楞次定律感应电流产生的磁通总是阻碍原磁通的变化。楞次定律有两层含义：①若Φ原增大，则Φ感与Φ原方向相反。（增反）②若Φ原减小，则Φ感与Φ原方向相同。（减同）课堂练习：习题册P16四、3三、法拉第电磁感应定律线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通的变化率成正比。即式中N为线圈匝数。dΦ/dt表示单匝线圈的磁通变化率。感应电动势的方向由dΦ/dt的符号与感应电动势的参考方向比较而定出。当dΦ/dt>0，即穿过线圈的磁通增加时，e<0，应电动势的方向与参考方向相反，表明感应电流产生的磁场要阻止原磁场的增加；当dΦ/dt<0，即穿过线圈的磁通减少时，e>0，这时感应电动势的方向与参考方向相同，表明感应电流产生的磁场要阻止原磁场的减少。四、直导体切割磁感线产生感应电动势（实验演示）1、大小：e=BLV(导体运动方向与磁感线方向垂直时)e=BLVsinα(导体运动方向与磁感线方向夹角为α时)2、方向：右手定则。平伸右手，大拇指与其余四指垂直，让磁感线穿入掌心，大拇指指向导体运动方向，则其余四指所指的方向就是感应电动势的方向。（举例分析：习题册P16四、2）§2-5自感1、自感现象实验：如下图a)所示合上开关，HL2比HL1亮得慢；b)图所示断开开关，灯泡闪亮一下才熄灭。像这种由于流过线圈本事的电流发生变化而引起的电磁感应现象称为自感现象，简称自感。2、自感系数（电感）自感系数是一个衡量线圈产生自感磁通能力的物理量。用L表示，即L=NΦ/I。L的单位是亨利（H）。电感的大小与线圈的长度、匝数，和线圈中导体截面积有关，且成正比。3、自感电动势：eL=L(dI/dt)举例分析：习题册P18四44、线圈L所储存能量：WL=LI2/2自感现象的应用举例：涡流加热§2-6互感1、互感现象和互感电动势：把由一个线圈中的电流发生变化而在另一个线圈中产生的电磁感应的现象称为互感现象，简称互感。由互感现象产生感应电动势称为互感电动势。用eM表示，eM=M(dI/dt)，M称互感系数，单位是亨（H）。2、同名端的判断:右手螺线定则（举例分析：课本P51第12题）3、避免互感的方法：①将两个线圈垂直放置；②安装磁屏蔽罩（铁磁材料）第三章单相交流电本章教学要求：1、掌握正弦交流电的三要素（有效值、频率、初相位）及三种表示方法（解析式、波形图、相量图）。2、理解电感器和电容器在正弦交流电路中的作用，会用相量图分析纯电阻、纯电感、纯电容交流电路及电阻、电感与电容串联交流电路，能做简单计算。3、了解提高功率因素的意义和一般方法。4、了解常用照明电路的有关知识。掌握白炽灯、荧光灯、两双联开关控制一盏灯的原理图和接线方法。重点：运用相量图分析交流电路难点：正弦交流量之间的相位差、无功功率、功率因素教学方法：讲授法、讲练结合§3-1交流电的基本概念课前准备：手摇发电机模型一、交流电的概念电压或电流的大小和方向都不随时间而变化的称为稳恒直流电。电压或电流的大小和方向按正弦规律变化的称为正弦交流电。表达式为：u=Umsin（ωt+θ）；i=Imsin（ωt+θ）。波形图如图所示：二、交流电的产生交流电可由交流发电机或振荡器产生。（振荡器是一种能量转换装置——将直流电能转换为具有一定频率的交流电能。其构成的电路叫振荡电路。）交流发电机产生的正弦交流电动势表达式为：e=Emsinωt三、正弦交流电的周期、频率和角频率1、周期（T）：电流电每重复变化一次所需的时间，单位是秒（s）。2、频率（f）：交流电在1s内重复变化的次数称为频率，单位是赫兹（Hz）。周期和频率互为倒数，即T=1/f或f=1/T。我国工频是50Hz。3、角频率（ω）：交流电每秒变化的电角度，单位是弧度/秒（rad/s）。计算公式为ω=2πf=2π/T四、正弦交流电的最大值、有效值1、最大值：最大瞬时值，又称峰值或振幅。最大值用大写字母加下标m表示，如Em、Um、Im。2、有效值：使交流电和直流电加在同样阻值的电阻上，如果在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流电的大小叫做相应交流电的有效值。有效值用大写字母表示，如E、U、I。3、有效值和最大值的关系：有效值=最大值/√2举例应用：如下图所示的波形图中，试求T、f、ω和I分别是多少？五、正弦交流电的相位与相位差1、相位：正弦量在任意时刻的电角度，也称相角，用（ωt+θO）表示。初相是t=0时的相位。如交流电u=311sin（314t+60°）V的相位是（314t+60°），初相是60°。2、相位差：两个同频率正弦量的相位之差，其值等于它们的初相之差。如u=Umsin（ωt+θu）i=Imsin（ωt+θi）相位差为θ=（ωt+θu）-（ωt+θi）=θu-θi两正弦量有相位差的前提：两者的角频率必须相等。§3-2正弦交流电的相量图表示法一、表示正弦交流电的方法1、解析式。例如u=Umsin（ωt+θu）2、波形图。例如图所示:3、相量图。例如图所示:二、相量图(矢量图)1、旋转矢量与波形图的关系2、应用相量图时注意以下几点①同一相量图中，各正弦交流电的频率应相同。②同一相量图中，相同单位的相量应按相同比例画出。③一般取直角坐标轴的水平正方向为参考方向，逆时针转动的角度为正，反之为负。④用相量表示正弦交流电后，它们的加、减运算可按平行四边形法则进行。3、举例试画出u1=3√2sin(314+30°)V和u2=4√2sin(314-60°)V的相量图，并用向量图表示u1+u2课堂练习：作出下列交流电的相量图i=3sin(314t-45°)A；e=4sin(314t+60°)V课本P83第7、8题§3-3纯电阻交流电路一、电流与电压的相位关系u=Umsinωti=u/R=(Umsinωt)/R相量图波形图二、电流与电压的数量关系Im=Um/RI=U/R在纯电阻电路中，电流与电压的瞬时值、最大值、有效值都符合欧姆定律。三、功率1、瞬时功率：任一瞬间，电阻中电流瞬时值与同一瞬间的电阻两端电压的瞬时值的乘积，用PR表示。PR=ui=(Um2/R)sin2ωt2、平均功率:电阻在交流电一个周期内消耗的功率的平均值，又称有功功率，用P表示，单位仍是瓦（W）。电压、电流用有效值表示时，平均功率P的计算与直流电路相同，即P=UI=I2R=U2/R课堂练习：课本P84第11题§3-4纯电感交流电路一、电感对交流电的阻碍作用先接通6V直流电源，可以看到HL1和HL2亮度相同。再改接6V交流电源，发现灯泡HL2明显变暗，这表明电感线圈对直流电和交流电的阻碍作用是不同的。感抗——电感对交流电的阻碍作用，用XL表示，单位为欧姆（Ω）。XL=2πfL=ωL二、电流与电压的关系纯电感电路欧姆定律的表达式：I=U/XL相量图波形图三、功率纯电感电路不消耗能量，它是一种储能元件。通常用瞬时功率的最大值来反映电感与电源之间转换能量的规模，称为无功功率，用QL表示，单位乏（Var）。QL=ULI=I2XL=UL2/XL课堂练习：课本P84第14、15、16题§3-5纯电容交流电路一、电容对交流电的阻碍作用如右图，先接通6V直流电源，灯泡HL2瞬间微亮，随即熄灭，再改接6V交流电源，灯泡HL2亮。说明直流电不能通过电容器，交流电能通过电容器。容抗——电容对交流电的阻碍作用，用XC表示，单位为欧姆（Ω）。XC=1/（ωC）=1/（2πfC）二、电流与电压的关系纯电容电路欧姆定律的表达式：I=U/XC三、功率电容也是储能元件，不消耗功率。纯电容电路的无功功率为：QC=UI=I2XC=U2/XC课堂练习：课本P85第19、20、21、22题§3-6RLC串联电路一、电容对交流电的阻碍作用开关SA闭合后接交流电压，灯泡微亮。再断开SA，灯泡突然变亮。测量R、L、C两端电压UR、UL、UC，发现：UR+UL+UC≠U二、电压与电流的关系RLC串联电路的总电压瞬时值等于多个元件上电压瞬时值之和，即：RLC串联电路中总电压与分电压之间的关系:将UR=IR、UL=IXL、UC=IXC代入上式可得式中X=XL-XC称电抗；称为阻抗，单位是Ω。阻抗角为：三、电路的电感性、电容性和电阻性1、电感性电路：当XL>XC时，电路呈感性。2、电容性电路：当XL<XC时，电路呈容性。3、电阻性电路：当XL=XC时，电路呈阻性。四、功率视在功率：电压与电流有效值的乘积，用S表示，单位为伏·安（VA）。视在功率并不代表电路中消耗的功率，它常用于表示电源设备的容量。视在功率S与有功功率P和无功功率Q的关系：称为功率因数。五、电压三角形、阻抗三角形和功率三角形课堂练习：课本P85第23、24、25题§3-7提高功率因数的意义和方法计算电感性负载的有功功率，除考虑电压、电流的大小外，还要考虑电压、电流之间的相位差，即：对于纯电阻负载，；对于电感性负载，。在电感性电路中，有功功率只占电源容量的一部分，还有一部分能量并没有消耗在负载上，而是与电源之间反复进行交换，这就是无功功率，它占用了电源的部分容量。一、提高功率因数的意义1、充分利用电源设备的容量。2、减小供电线路的功率损耗。二、提高功率因数的方法1、提高自然功率因数。2、并接电容器补偿。§3-8常用照明电路一、常用照明方式1、一般照明——无特殊要求，为整个被照场所而设置的照明。2、局部照明——局限于某一工作部位的照明。3、混合照明——由一般照明和局部照明共同组成的照明称混合照明二、常用照明灯具白炽灯、荧光灯、卤钨灯、高压汞灯、高压钠灯、节能灯等三、荧光灯电路1、荧光灯的组成：灯管、镇流器、启辉器、灯座灯架等组成。2、荧光灯电路图：3、工作原理：辉光放电→热电子发射→产生高压电→荧光灯点亮四、双控白炽灯电路作业布置：习题册P30二2第四章三相交流电路本章教学要求：1、了解三相交流电的特点，掌握三相四线制电源的线电压与相电压的关系。2、掌握三相交流电路中对称三相负载分别作星型和三角形连接时的有关性质，并会进行简单计算。3、了解发电、输电和配电的概况。4、掌握安全用电的一般知识。重点：三相交流电的特点；三相负载的连接方式；安全用电常识难点：线电压和相电压关系的应用、线电流和相电流关系的应用教学方法：讲授法、讲练结合、引导式§4-1三相交流电一、三相交流电的三个优点1、三相发电机比体积相同的单相发电机输出的功率要大。2、三相发电机的结构不比单相发电机复杂多少，而使用、维护都比较方便，运转时比单相发电机的振动要小。3、在同样条件下输送同样大的功率时，特别是在远距离输电时，三相输电比单相输电节约材料。二、三相交流电动势的产生由三相交流发电机产生。发电机结构示意图如课本图4-1所示，产生的三个对称正弦交流电动势分别为：eU=Emsin(ωt)V；eV=Emsin(ωt-120°)V；eW=Emsin(ωt+120°)V（针对性课堂练习：课本P108第2题）波形图相量图相序——三个交流电动势到达最大值（或零）的先后次序。规定每相电动势的正方向是从线圈的末端指向始端，即电流从始端流出时为正，反之为负。三、三相四线制线电压：相线与相线之间的电压。相电压：相线与中线之间的电压。U线=√3U相线电压总是超前于对应的相电压30°。课堂练习：习题册P31二、三§4-2三相负载的连接方式一、几个概念1、三相负载：接在三相电源上的负载。2、对称三相负载：各相负载相同的三相负载，如三相电动机、大功率三相电路等。3、不对称三相负载：各相负载不同，如三相照明电路中的负载。二、三相负载的星形连接把三相负载分别接在三相电源的一根相线和中线之间的接法（常用“Y”标记）。U线=√3U相I线Y=I相Y=U相Y/Z相三、三相负载的三角形连接把三相负载分别接在三相电源每两根相线之间的接法（常用“△”标记）。四、三相负载的功率在三相交流电源中，三相负载消耗的总功率为各相负载消耗的功率之和。在对称三相电路中，有：P=3U相I相cosφ=3P相对称三相负载的无功功率和视在功率的计算式分别为：Q=√3U线I线sinφ=3U相I相sinφS=√3U线I线=3U相I相举例：已知某三相对称负载接在线电压为380V的三相电源中，其中R相=6Ω，X相=8Ω。试分别计算该负载作星形连接和三角形连接时的相电流、线电流及有功功率。课堂练习：课本P109第5、6、7题作业布置：习题册P35四5§4-3发电、输电和配电常识一、发电厂的种类水力发电厂、火力发电厂、核能发电厂、风力发电厂、太阳能发电厂、地热发电厂等。二、电力网和电力系统1、电力网：将发电厂生产的电能传输和分配到用户的输配电系统，简称电网。2、电力系统：将发电厂、电力网和用户联系起来的发电、输电、变电、配电和用电的整体。如图所示：3、输电原则：容量越大，距离越远，输电电压越高。3、变配电及配电方式电能进入工厂后，还要进行变电（变换电压）和配电（分配电能）。变电所的任务是受电、变压和配电；而配电所只受电和配电。配电方式基本有放射式、树干式两种类型。放射式优点：供电可靠、互不影响、操作控制方便；缺点：耗材多、占地多、投资高。树干式优点：耗材少、投资省；缺点：影响大、可靠性差、操作控制不灵活。§4-4安全用电常识一、触电方式及安全常识1、触电方式有三种：单相触电（220V）、两相触电（380V）、跨步电压触电2、电流对人体的伤害：(分电击和电伤)电击是电流通过人体内部，对人体内脏及神经系统造成破坏。电伤是电流通过人体外部造成的局部伤害，如电弧烧伤、熔化的金属渗入皮肤等。3、安全电流：交流30mA及其以下；直流40mA及其以下。4、人体电阻：一般干燥皮肤时约2kΩ，皮肤潮湿或有损伤约800Ω。5、安全电压：交流36V及其以下，直流48V及其以下。二、防止触电的技术措施1、保护接地：将电气设备的金属外壳与大地可靠地连接。它适用于中性点不接地的三相供电系统。2、保护接零：将电气设备在正常情况下不带电的外露导电部分与供电系统中的零线相接。采用保护接零须注意事项：①保护接零只能用于中性点接地的三相四线制供电系统。②接零导线必须牢固可靠，防止断线、脱线。③零线上禁止安装熔断器和单独的断流开关。④零线每隔一定距离要重复接地一次。一般中性点接地要求接地电阻小于10Ω。⑤接零保护系统中的所有电气设备的金属外壳都要接零，绝不可以一部分接零，一部分接地。3、家庭安全用电家庭配电示意图4、漏电保护器原理图：三、安全用电注意事项（1）判断电线或用电设备是否带电，必须用试电器（或测电笔），决不允许用手触摸。（2）在检修电气设备或更换熔体时，应切断电源，并在开关处设置“禁止合闸”的标志。（3）根据需要选择熔断器的熔丝粗细，严禁用铜丝代替熔丝。（4）安装照明线路时，开关和插座离地一般不低于1.3m。不要用湿手去摸开关、插座、灯头等，也不要用湿布去擦灯泡。（5）在电力线路附近，不要安装电视机的天线；不放风筝、打鸟；更不能向电线、瓷瓶和变压器上扔物品。在带电设备周围严禁使用钢板尺，钢卷尺进行测量工作。（6）发现电线或电气设备起火，应迅速切断电源，在带电状态下，决不能用水或泡沫灭火器灭火。（7）发生触电事故时，首先要使触电者迅速脱离电源。第五章变压器与三相异步电动机本章教学要求：1、了解变压器的基本结构。2、掌握变压器的电压变换、电流变换和阻抗变换的关系。3、了解几种常用变压器的结构特点及其应用。4、了解三相笼型异步电动机的基本结构和工作原理。5、熟悉三相笼型异步电动机铭牌数据的意义。重点：变压器原理；三相笼型异步电动机的基本结构和铭牌。难点：三相笼型异步电动机的工作原理教学方法：讲授法、实物和实验演示、讲练结合§5-1变压器课前准备：小型变压器模型一、变压器的作用1、主要功能是改变交流电压的大小。2、改变电流、变换阻抗等。二、变压器的结构1、主要组成部分：铁心和绕组铁心：变压器的磁路通道，同时也是变压器的骨架。为了减小涡流和磁滞损耗，铁心通常由磁导率较高又相互绝缘的薄硅钢片叠合而成。绕组：变压器的电路部分。由绝缘良好的漆包线或纱包线绕制而成。工作时与电源相连的绕组称为一次绕组，与负载相连的线圈称为二次绕组。2、变压器符号：3、变压器分类：按绕组和铁心的安装位置不同，分为心式和壳式两种。（如课本图5-3所示）三、变压器工作原理1、变压原理：理想变压器一次、二次绕组端电压之比等于绕组的匝数比。2、变流原理：变压器工作时，一次、二次绕组中的电流跟匝数成反比。3、变换阻抗原理:如图把带负载的变压器看成是一个新的负载，并用R′L表示，则有R′L=(N1/N2)2RL(因为I12R′L=I22RL；I1/I2=N2/N1)R′L是RL在变压器一次侧中的交流等效电阻。四、常用变压器1、三相变压器：有三相干式变压器和三相油浸式变压器2、电焊变压器:3、互感器和钳形电流表作业布置：课本P124第1、3题§5-2三相异步电动机课前准备：电动机模型一、三相笼型异步电动机的结构1、定子：电动机静止部分，包括机座、定子铁心和定子绕组。产生旋转磁场。2、转子：电动机的旋转部分，包括转轴、转子铁心和转子绕组。产生电磁转矩。结构示意图如课本图5-16二、三相笼型异步电动机的工作原理1、工作原理:电磁感应原理（导体切割磁力线运动产生感应电动势，通电导体在磁场中受到电磁力的作用而偏转）2、三相异步电动机的极数和转速:异步电动机的转速n必定小于旋转磁场转速n0（又称同步转速），旋转磁场转速与电动机的转速之差称为转差。转差——旋转磁场转速与电动机转速之差。转差率——转差与旋转磁场转速之比。三、三相异步电动机铭牌识读与维护1、铭牌识读型号：Y-112M-4是指国产Y系列异步电动机，机座中心高度112mm，中机座（M中机座，L长机座，S短机座），磁极数为4极。绝缘等级：按绝缘材料允许最高温度划分。见下表：绝缘等级EBFHC最高工作温度（℃）120130155180大于180防护等级：IP后两位数字，第一为表示防固异物的等级，第二位表示防水等级。工作制：S1表示连续工作制（S2表示短时运行工作制，S3表示断续运行工作制）噪声等级：LM82dB表示噪声等级为82dB2、三相异步电动机的选用原则根据负载大小选择电动机的功率；根据负载转速选择电动机的转速。3、电动机起动前的检查①检查电动机铭牌所标电压、频率是否与使用的电源电压、频率相等，接法与铭牌所标是否相符。②新电动机或长期不用的电动机，使用前应用兆欧表检查各相绕组间及各相绕组对地的绝缘电阻（正常值都应为无穷大）。4、电动机运行中的巡查监视①电压监视电源电压与额定电压的偏差不应超过±5%，三相电压不平衡度不应超过1.5%。②电流监视用钳形表测量电动机的电流，对较大的电动机还要经常观察运行中电流是否三相平衡或超过允许值。③机组转动监视检查皮带连接处是否良好，皮带松紧是否合适，机组转动是否灵活，有无卡位、窜动及不正常的现象。④温度监视用手触及外壳，看电动机是否过热烫手，如发现过热，可在电动机外壳上滴几滴水，如果水急剧汽化，说明电动机显著过热。⑤响声、气味监视检查响声是否正常，电动机是否有焦臭气味。作业布置：习题册P41四2第六章工作机械的基本电气控制电路本章教学要求：1、了解机械设备中常用低压电器的类型及用途，知道它们的图形符号和文字符号。2、掌握三相异步电动机的直接起的、正反转控制、工作机械的限位和自动往返等基本控制电路。3、能看懂一般简单的电气控制电路图，能正确使用和维护一般常用的电气控制设备。4、了解可编程控制器（PLC）的基本知识。重点：1、常用的低压电器的符号、用途；2、具有过载保护自锁环节的起动控制电路；3、接触器联锁正反转控制电路；4、反接制动控制电路。难点：自动往返控制电路；能耗制动控制电路教学方法：讲授法、讲练结合、实物演示、挂图法§6-1常用低压电器课前准备：相关的低压电器实物一、几个基本概念电力拖动控制电路—以电动机作为控制对象的电路。它的作用主要是对电动机实现起动、正反转、调速、制动、联动等运行性能的控制。电器—用于对电路实现开关、控制、保护和调节等作用的电气设备。低压电器—工作在交流电压1200V以下、直流电压1500V以下的电器。二、常用低压电器的分类1、按用途分：控制电器（如刀开关、按钮、接触器等）；保护电器（如熔断器、热继电器、断路器等）2、按动作方式分：手动电器（如开关、按钮等）；自动电器（如接触器、时间继电器、速度继电器等）3、按执行机理分：有触点电器；无触点电器三、低压电器主要参数额定工作电压、额定工作电流、通断能力、电器寿命四、常用低压电器（一）刀开关（开启式负荷开关）1、图形和文字符号：2、安装及操作刀开关时注意事项：①安装时，手柄要向上，不得倒装或平装。倒装时，手柄有可能因为振动而自动下落造成误合闸，另外分闸时可能电弧灼手。②接线时，应将电源线接在上端（静触点），负载线接在下端（动触点），这样，拉闸后刀开关与电源隔离，便于更换熔丝。③更换熔丝时，必须在闸刀断开的情况下按原规格更换。④拉闸与合闸操作时要迅速，一次拉合到位。（二）铁壳开关（封闭式负荷开关）1、组成：刀开关、熔断器、、速断弹簧、操作机构和外壳。2、用途：用于不频繁的接通和分断带负荷的电路以及线路末端的短路保护，也用于控制15kW以下电动机不频繁地直接起动和停止。2、图形和文字符号：3、安装及操作铁壳开关时注意事项①必须垂直安装，安装高度离地不低于1.3～1.5m，并以操作方便和安全为原则。②开关外壳的接地螺钉必须可靠接地。③接线时，应将电源进线接在静夹座一边的接线端子上，负载引线接在熔断器一边的接线端子上，且进出线都必须穿过开关的进出线孔。④分合闸操作时，要站在开关的手柄侧，不准面对开关，以免因意外故障电流使开关爆炸，铁壳飞出伤人。(三)组合开关1、用途：用于不频繁的接通和分断电路、换接电源和负载以及控制5kW以下电动机的启动、停止和正反转。2、图形文字符号：3、安装及操作组合开关时注意事项①HZ10系列组合开关应安装在控制箱（或壳体）内，其操作手柄最好在控制箱的前面或侧面。开关为断开状态时应使手柄在水平旋转位置。HZ3系列组合开关外壳上的接地螺钉必须可靠接地。②组合开关的通断能力较低，故不可用来分断故障电流。当用于电动机可逆控制时，必须在电动机完全停转后才允许反向接通。每小时的通断次数不能超过15～20次。③倒顺开关接线时，应将开关两侧进出线中的一相互换，并看清开关接线端标记，切忌接错。（四）断路器1、概念：断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，是一种集控制和多种保护功能于一体的自动开关。2、作用：低压配电网络和电力拖动系统中常用的一种配电电器。正常情况下，用于不频繁的接通和分断电路以及控制电动机运行。当电路中发生短路、过载和欠压等故障时，能自动切断故障电路，保护线路和电气设备。3、图形和文字符号：4、安装及操作断路器时注意事项：①断路器应垂直安装，连接导线必须符合规定要求。②工作时不可将灭弧罩取下，灭弧罩损坏应及时更换，以免发生短路时出现电流不能熄灭的事故。③脱扣器的整定值一经调好就不要随意变动。④随时检查触点有无烧灼情况，如有应及时修复。⑤应定期清除断路器的尘垢，以保证断路器的绝缘和正常动作。（五）按钮一种手动电器，通常用来接通或断开小电流的控制电路。在低于5A的电路中，可直接用按钮来控制电路的通断。1、种类：常开按钮（启动按钮）、常闭按钮（停止按钮）和复合按钮2、图形和文字符号：(六)行程开关1、概念：又称限位开关，利用生产机械某些运动部件的碰撞使触点动作，对电路实现接通或断开；当运动部件一离开，其触点自动还原到原始状态。2、作用：控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位置，也可以对生产机械给以必要的保护。3、图形和文字符号：(七)熔断器1、结构：熔体（一种是铅、锡、锌等材料，用于小电流电路；另一种是银、铜等材料，用于大电流电路）；熔管；熔座。2、图形和文字符号：3、分类：①瓷插式熔断器；②螺旋式熔断器；③无填料封闭管式熔断器；④有填料封闭管式熔断器；⑤自复式熔断器。4、用途：瓷插式——一般用于交流50Hz、额定电压380V及以下，额定电流200A及以下的低压线路末端或分支电路中，主要作为电气设备的短路保护。螺旋式——应用于控制箱、配电屏、机床设备及振动较大的场合，在交流50Hz、额定电压500V、额定电流200A及以下的电路中，作为短路保护器件。无填料封闭管式——适用于交流50Hz、额定电压380V或直流额定电压440V及以下电压等级的动力网络和成套配电设备中，作为导线、电缆及较大容量电气设备的短路和连续保护。有填料封闭管式——短路电流较大的电力输配电系统中，主要作为电缆、导线和电气设备的短路保护。自复式——具有限流作用显著、动作时间短、熔而不断、动作后不需更换熔体等特点；常与断路器串联使用，以提高组合分断性能。(八）接触器用来接通或分断电动机主电路或其他负载电路的控制电器。1、图形和文字符号：2、用途：主要用于控制电动机的启动、反转、制动和调速等。它具有低电压释放保护功能；具有比工作电流大数倍乃至十几倍的接通和分断能力；但不能分断短路电流。3、分类：交流接触器和直流接触器两种。4、结构：电磁系统、主触点和灭弧系统、辅助触点、反力装置等。5、工作原理：电磁原理(九)电流继电器根据电路中电流值的大小而动作的继电器。1、过电流继电器（过电流保护作用）：电路正常工作时不动作，当电路中电流超过某一整定值时，过电流继电器动作。2、欠电流继电器（欠电流保护作用）：电路正常工作时已动作，当电路中电流减少到某一整定值时，欠电流继电器动作。（十）电压继电器根据电路中电压值的大小而动作的继电器。1、过电压继电器（过电压保护作用）：电路电压正常工作时不动作，当电路中电压超过某一整定值（一般为105%~120%UN）时，过电压继电器动作。2、欠电压继电器（欠电压保护作用）：电路正常工作时已动作，当电路中电压减少到某一整定值（一般为30%~50%UN以下）或消失时，欠电压继电器动作。（十一）中间继电器动作值和释放值不能调节的电压继电器。作用：增大触头的容量；增加触头的数量。(十二)时间继电器线圈通电或断电后，其触点在经过预先设定好的时间之后才闭合或断开的一种控制电器。（十三）热继电器利用电流的热效应对电动机及其他电气设备进行过载保护和缺相保护的控制电器。1、结构：热元件、动作机构、触点系统、电流整定装置、复位机构等组成。2、工作原理：电流热效应、热涨原理、杠杆原理3、主要参数的选择：额定电压——热继电器的额定电压是指触头的电压值，选用时要求额定电压大于或等于触头所在线路的额定电压。额定电流——热继电器的额定电流是指允许装入的热元件的最大额定电流值。选用时要求额定电流大于或等于被保护电动机及其他电气设备的额定电流4、图形和文字符号：(十四)速度继电器反映转速和转向的继电器，与接触器配合，实现对电动机的反接制动控制，故又称为反接制动继电器。1、结构：转子、触点、定子。2、原理：电动机原理（动作速度一般不低于100~300r/min,复位速度一般在100r/min）。作业布置：习题册P43四§6-2电气控制系统图中基本环节的识读一、电气原理图电气控制线路图有三种：电气原理图、电器布置图、电气安装接线图。电气原理图——采用国家标准中统一规定的图形符号和文字符号代表各种电器、电动机等元件，依据生产机械对控制的要求和各电器的动作原理，用导线把它们连接起来构成。二、电气原理图的组成电气原理图主要由主电路、