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1、建筑设备工程第三篇 建筑电气电工基本知识 12 电工基本知 识12 电工基本知识目 录电路的组成及其基本分析方法1单相交流电路2三相交流电路3 3变压器4三相异步电动机3 5Back12 电工基本知识12.1 电路的组成及其基本分析 方法电路就是电流所经过的路径，电路为一闭合回路。 电路由电源、中间环节和负载组成，如图12-1（a）所示 。 1 电源电源，即电能的源泉，是推动电路中电流流动的原 动力。电源是指电路中供给电能的设备，如图12-1（a） 中的电池，它的作用是将非电形式的能量转换为电能。 如电池将化学能转换为电能，发电机将机械能转换为电 能等。12.1.1 电路及其组成12 电工基本
2、知识2 中间环节中间环节主要包括连接导线和一些控制、保护电器等，它们将电源和负载连接成一个闭合回路，在电路中 起传输、分配电能以及保护等作用。3 负载负载是指用电设备，即电路中消耗电能的设备，它的作用是将电能转换为其他形式的能量。如电灯将电能 转换为光能，电炉将电能转换为热能，电动机将电能转 换为机械能等。12.1 电路的组成及其基本分析 方法12 电工基本知识12.1 电路的组成及其基本分析 方法图12-1电路的组成及电路模型 (a) 电路的组成;（b） 电路模型（电路图）Back12 电工基本知识将实际器件抽象成理想化的模型，用一些规定的图形符号来表示，绘制成电路模型，即电路图。如图12-
3、1（a）所示的实际电路就可以用图12-1（b ）所示的电路模型表示，其中电池用电动势E和内电阻 R0表示，灯泡用负载电阻RL表示，开关用无接触电阻的 理想开关K表示。由于金属导线的电阻相对于负载电阻来说很小，一般可以忽略不计，即认为它是理想导线。12.1 电路的组成及其基本分析 方法12.1.2 电路模型12 电工基本知识12.1 电路的组成及其基本分析 方法图12-1电路的组成及电路模型 (a) 电路的组成;（b） 电路模型（电路图）Back12 电工基本知识1 电流电路中的带电粒子（电子和离子）受到电源电场力 的作用，形成有规则的定向运动，称为电流。电流的大 小是用单位时间内通过导体某一横
4、截面积的电荷量来度 量的，称为电流强度，简称电流。电流的正方向规定为 正电荷的移动方向。大小和方向均不随时间变化的电流称为直流电流， 电流强度的符号用I表示，即I=Q/t。在国际单位制中， 电流强度的单位为安培，简称安（A）。12.1 电路的组成及其基本分析 方法12.1.3 电路的基本物理量12 电工基本知识2 电位电位表示电场中某一点所具有的电位能。一般指定电路中一点为参考点（在电力系统中指定大地为参考点 ），且规定该参考点的电位为零。电场力将单位正电荷 从A点沿任意路径移到参考点所做的功称为A点的电位或 电势，用VA表示，单位为伏特，简称伏（V）。12.1 电路的组成及其基本分析 方法1
5、2 电工基本知识3 电压电场力把单位正电荷从电场的A点移到B点所做的功 ，称为AB两点间的电压，用UAB表示，即UAB=WAB/Q。显然，电路中某两点间的电位差等于该两点间的电压， 即VA-VB=UAB。当然，电压的单位也为伏特。12.1 电路的组成及其基本分析 方法12 电工基本知识4 电动势在电源内部，非电场力将单位正电荷从电源的低电位端（负极）移到高电位端（正极）所做的功，称为电 源的电动势，用符号E表示，电动势的单位也是伏特。5 电阻导体阻碍电流通过的能力，称为电阻，用R表示， 单位为欧姆，简称欧（）。12.1 电路的组成及其基本分析 方法12 电工基本知识6 电功率单位时间内电流所做
6、的功称为电功率，简称功率， 用符号P表示，单位为瓦特，简称瓦（W）。根据电流、电压、功率的定义，P=W/t= UI12.1 电路的组成及其基本分析 方法12 电工基本知识1 欧姆定律当电阻两端加上电压时，电阻中就会有电流通过。实验证明：在一段没有电动势而只有电阻的电路中，电 流的大小与电阻两端的电压高低成正比，与电阻的大小 成反比。这一规律称为欧姆定律，用公式表示如下：I=U/R12.1 电路的组成及其基本分析 方法12.1.4 电路的基本定律12 电工基本知识2 克希荷夫（Kirchhoff）定律 支路 电路中通过同一电流的每个分支称为支路 。图12-2中的ab、cd、ef均是支路。 节点
7、电路中三条或三条以上支路的联结点称为 节点。图12-2中a、b两点为节点。 回路 电路中任一闭合路径称为回路。图12-2中 的abdca、aefba、aefbdca均是回路， 其中回路abdca和aefba内部不包含支路，称为网孔 。任何复杂电路都有三条以上的支路、两个以上的节 点和两个以上的回路。12.1 电路的组成及其基本分析 方法12 电工基本知识（1） 克希荷夫电流定律（KCL）克希荷夫电流定律是用来确定联结在同一节点上各支路电流间的关系。克希荷夫电流定律指出：在任一瞬时，流入电路中任一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和，即I入=I出 (12-2)如果规定流入节点的电流为正号，流出
8、节点的电流为负号，则上式可改写为I=0 (12-3)12.1 电路的组成及其基本分析 方法12 电工基本知识因此，克希荷夫电流定律也可表述为：在任一瞬时，电路中任一个节点上电流的代数和等于零。克希荷夫电流定律通常应用于节点，但也可以把它 推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面，如图12- 3所示，IA+IB+IC=0。12.1 电路的组成及其基本分析 方法12 电工基本知识【例12-1】图12-4表示某复杂电路中的一个节点a。已知 I1=-6A，I2=3A，I3=8A，假设通过R的电流I4的参考方向 如图所示，试求通过R的电流I4。【解】根据克希荷夫电流定律列出电流方程为：I入=I1+I4=
9、I出=I2+I3I4=I2+I3-I1=3+8-(-6)=17(A)I4为正值，表明与假设的参考方向相同，通过R的 电流I4的实际方向是流入a点的。12.1 电路的组成及其基本分析 方法12 电工基本知识（2） 克希荷夫电压定律（KVL）克希荷夫电压定律指出：在任一瞬时，沿电路任一回路顺时针或逆时针绕行一周，回路中各段电压的代数 和恒等于零（一般取电位升为正，电位降为负），或电 位升等于电位降。即U=0 或 U升=U降12.1 电路的组成及其基本分析 方法12 电工基本知识【例12-2】在图12-5中，E1=50V，E2=100V，E3=25V， R1=15，R2=15，R3=10，R4=10
10、，求回路中的电 流。 【解】假设回路绕行方向为顺时针，回路电流为I，回路 电流的参考方向也为顺时针。根据KVL列出方程如下：U升=U降E1+E2=R1I+R2I+E3+R4I+R3I解得：I=(E1+E2-E3)/(R1+R2+R3+R4)=(50+100- 25)/(15+15+10+10)=2.5(A)12.1 电路的组成及其基本分析 方法12 电工基本知识12.1 电路的组成及其基本分析 方法图12-2 复杂电路Back12 电工基本知识12.1 电路的组成及其基本分析 方法图12-3 KCL的扩展应用Back12 电工基本知识12.1 电路的组成及其基本分析 方法图12-4 例12-1
11、图Back12 电工基本知识12.1 电路的组成及其基本分析 方法图12-5 例12-2图Back12 电工基本知识1 电阻的串联(图12-6)如果多个电阻顺序相联，并且在这些电阻中通过同一电流，这样的联结方式称为电阻的串联。串联等效电 阻的计算公式为：R=R1+R2+Rn12.1 电路的组成及其基本分析 方法12.1.5 电路的分析计算方法12.1.5.1 电阻的串并联12 电工基本知识2 电阻的并联(图12-7)如果多个电阻联结在两个公共的节点之间，每个电阻上施加同一电压，这样的联结方式称为电阻的并联。并联等效电阻的计算公式为：1/R=1/R1+1/R2+1/Rn12.1 电路的组成及其基
12、本分析 方法12 电工基本知识12.1 电路的组成及其基本分析 方法图12-6 电阻的串联 Back12 电工基本知识12.1 电路的组成及其基本分析 方法图12-7 电阻的并联Back12 电工基本知识支路电流法计算电路的步骤为：（1） 标出各支路电流的方向。如果不能确定电流 的实际方向，可先任意假设一个方向。最后根据计算得 到的电流值是正还是负，判别实际方向与假设方向一致 或相反。（2） 根据克希荷夫电流定律，对n个节点列出（n- 1）个独立的电流方程式。所谓独立的电流方程，一般是 指在方程中至少包含一个在其他方程中没有出现过的新 支路电流。12.1 电路的组成及其基本分析 方法12.1.
13、5.2 支路电流法12 电工基本知识（3） 根据克希荷夫电压定律，对各回路列出b-（n- 1）个独立的电压方程式。独立的电压方程数等于电路的 网孔数。网孔是指内部不包含其他支路的回路。具有b个 支路、n个节点的电路中，网孔数为b-（n-1）个。（4） 解联立方程组，求出各未知的支路电流。上面根据克希荷夫电流定律和电压定律一共可列出 （n-1）+b-（n-1）b个独立方程，所以能解出b个支路电流。12.1 电路的组成及其基本分析 方法12 电工基本知识【例12-3】试求图12-8所示电路的各支路电流。【解】在电路图中标出电流和回路绕行方向，根据KCL与KVL列出 方程为：对节点A:I1+I2=I
14、3对回路1:E1=R1I1+R3I3对回路2:E2=R2I2+R3I3将已知数据代入上面的方程，得：I1+I2-I3=0I1+4I3=12I2+4I3=6解联立方程组得：I1=4AI2=-2AI3=2A 12.1 电路的组成及其基本分析 方法12 电工基本知识12.1 电路的组成及其基本分析 方法图12-8 例12-3图Back12 电工基本知识12.2 单相交流电路大小和方向均随时间作周期性变化且平均值为零的 电动势、电压和电流统称为交流电。交流电的波形可以 为正弦、三角形或矩形等。其中随时间作正弦规律变化 的电动势、电压和电流，称为正弦交流电，正弦交流电 流的波形如图12-9所示。正弦交流
15、电的瞬时值可用正弦函数表示， 如图12-9 所示正弦交流电流可表示为：i=Imsin(t+) (12-6)角频率、幅值和初相位称为正弦电量的三要素。12.2.1 正弦交流电的三要素12 电工基本知识1 频率、周期与角频率正弦交流电作周期性变化一次所需的时间称为周期T ，单位是秒(s)。每秒内变化的次数称为频率f，其单位是 赫兹（Hz）。正弦交流电每秒内变化的电角度称为角频率，其 单位是弧度秒（rads）。显然，频率、周期与角频率的关系为=2f=2/T12.2 单相交流电路12 电工基本知识2 幅值与有效值正弦交流电在任一瞬间的值称为瞬时值，用小写字 母来表示，如i、u、e分别表示电流、电压、电动势的瞬时值。瞬时值中最大的值称为幅值或最大值，用带下标 m的大写字母来表示，如Im、Um和Em分别表示电流、电压和电动势的幅值。当一个直流电流和一个交流电流在该交流电的一个周期内通过相同的电阻产生的热量相等时的该直流电流 值称为该交流电流的有效值。12.2 单相交流电路12 电工基本知识12.2 单相交流电路12 电工基本知识3 相位、初相位与相位差交流电的频率、周期与角频率要素表示交流电变化的快慢，交流电的幅值与有效值要素表示交流电的大小 ，表示交流电变化的起点的要素就是相位、初相位。以交流电流i=Imsin(t+)为例，我们把(t+)
