整套課件教程：電工電子技術(shù)-第三套

1、電工電子技術(shù)項目 1 制作簡易直流電路1.1 電路的組成1.2 電路的基本物理量1.3 電流、電壓的參考方向1.4 功率1.5 電阻元件下一頁返回項目 1 制作簡易直流電路1.6 電感、電容元件1.7 電壓源、電流源及其等效變換1.8 基爾霍夫定律1.9 支路電流法1.10 疊加定理1.11 戴維南定理上一頁下一頁返回項目 2 家庭配電線路的設(shè)計與安裝2.1 正弦量的三要2.2 同頻率正弦量的相加與相減2.3 交流電路中的電阻、電容與電感2.4 電阻、電感的串聯(lián)電路2.5 電阻、電感、電容串聯(lián)電路及串聯(lián)諧振2.6 感性負載和電容器的并聯(lián)電路 功率因數(shù)的補償2.7 三相交流電路2.8 三相負載的

2、連接上一頁下一頁返回項目 3 動態(tài)電路分析3.1 動態(tài)電路3.2 RC、RL 電路的零輸入響應(yīng)3.3 RC、RL 電路的零狀態(tài)響應(yīng)3.4 一階電路的全響應(yīng)上一頁下一頁返回項目 4 CW6132 型車床照明電路4.1 鐵芯線圈、磁路4.2 變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理4.3 實用中的常見變壓器上一頁下一頁返回項目 5 CW6132 型車床控制電路5.1 異步電動機的基本知識5.2 異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械轉(zhuǎn)矩5.3 三相異步電動機的控制5.4 常用低壓控制電器5.5 基本電氣控制電路上一頁下一頁返回項目 6 制作電源指示燈電路6.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識6.2 半導(dǎo)體二極管6.3 半導(dǎo)體三極管6.4

3、 場效應(yīng)管上一頁下一頁返回項目 7 電子助記器7.1 基本放大電路的組成及工作原理7.2 場效應(yīng)管放大電路7.3 多級放大電路7.4 互補對稱放大電路7.5 反饋放大電路上一頁下一頁返回項目 8 霍爾計數(shù)器8.1 差動放大電8.2 集成運算放大電路8.3 基本運算放大電路上一頁下一頁返回項目 9 聲控?zé)綦娐?.1 整流及濾波電路9.2 直流穩(wěn)壓電路9.3 晶閘管及可控整流電路上一頁下一頁返回項目 10 產(chǎn)生報警信號的電路設(shè)計10.1 數(shù)字電路的基本知識10.2 基本邏輯關(guān)系和邏輯門10.3 邏輯函數(shù)的表示及化簡上一頁下一頁返回項目 11 表決器電路的設(shè)計11.1 組合邏輯電路的特點及分析方法1

4、1.2 組合邏輯電路的設(shè)計方法11.3 常用中規(guī)模組合邏輯電路上一頁下一頁返回項目 12 24 進制計數(shù)、譯碼、顯示電路的設(shè)計12.1 集成觸發(fā)器12.2 寄存器12.3 計數(shù)器上一頁下一頁返回項目 13 電工電子技術(shù)實驗13.1 概述13.2 實驗上一頁返回項目 1 制作簡易直流電路1.1 電路的組成1.2 電路的基本物理量1.3 電流、電壓的參考方向1.4 功率1.5 電阻元件返回下一頁項目 1 制作簡易直流電路1.6 電感、電容元件1.7 電壓源、電流源及其等效變換1.8 基爾霍夫定律1.9 支路電流法1.10 疊加定理1.11 戴維南定理上一頁返回1.1 電路的組成1.1.1 電路電路

5、就是電流流過的路徑。它的主要作用是實現(xiàn)電能的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換以及信號的傳遞和處理。例如，白熾燈在電流流過時將電能轉(zhuǎn)換成熱能和光能，電視機將接收到的信號經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換成圖像和聲音。1.1.2 模型電路在電路的分析計算中，用一個假定的二端元件（如電阻元件）來代替實際元件（如燈泡），二端元件的電和磁的性質(zhì)反映了實際電路元件的電和磁的性質(zhì)，稱這個假定的二端元件為理想電路元件，如圖 1-1 所示。由理想電路元件組成的電路稱為理想電路模型，簡稱電路模型，如圖 1-2 所示。返回1.2 電路的基本物理量1.2.1 電流單位時間內(nèi)流過導(dǎo)體截面積的電荷量定義為電流強度，用以衡量電流的大小。電工技術(shù)中，常把電流強度

6、簡稱為電流，用 i(I)表示。隨時間而變化的電流定義為在國際單位制（SI）中，在 1s 內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量為 1C（庫侖）時，其電流為lA（安培）。電流的方向可用箭頭表示，也可用字母順序表示，如圖 1-3 所示。用雙下標表示時為 i ab 。下一頁返回1.2 電路的基本物理量1.2.2 電壓電場力把單位正電荷從電場中的 a 點移到 b 點所做的功稱為 a、b 間的電壓，用 u ab （U ab ）表示，即習(xí)慣上把電位降低的方向作為電壓的實際方向，可用+、-號表示，也可用字母的雙下標表示，有時也用箭頭表示，如圖 1-4 所示。在國際單位制中，當(dāng)電場力把 1C 的正電荷（量）從一點移到另一點

7、所做的功定義為 1J（焦耳），則這兩點間的電壓為1V（伏特）。有時把電路中任一點與參考點（規(guī)定電位能為零的點）之間的電壓，也叫做該點的電位。也就是該點對參考點所具有的電位能。參考點的電位為零可用符號“ ”表示。電位的單位與電壓相同，用 V 表示。上一頁下一頁返回1.2 電路的基本物理量1.2.3 電動勢非電場力即局外力把單位正電荷在電源內(nèi)部由低電位 b 端移到高電位 a 端所做的功，稱為電動勢，用字母 e（E）表示。電動勢的實際方向在電源內(nèi)部從低電位指向高電位，單位與電壓相同，用 V 表示。在圖 1-5 中，電壓 u ab 是電場力把單位正電荷由外電路從 a 點移到 b 點所做的功，由高電位指

8、向低電位。電動勢就是非電場力在電源內(nèi)部把單位正電荷為克服電場阻力，從 b 點移到a 點所做的功。在圖 1-6 所示的直流電源在沒有與外電路連接的情況下，電動勢與兩端電壓大小相等方向相反。上一頁返回1.3 電流、電壓的參考方向1.3.1 電流的參考方向圖 1-7（a）中電流的參考方向與實際方向一致，I 0。圖 1-7（b）中電流的參考方向與實際方向相反，I0；在圖 1-8（b）中電壓參考方向與實際方向相反取負 U0，元件吸收功率。P=UI0，元件發(fā)出功率。P=UI0 ，則表示電流源發(fā)出功率；如果 P0 時，反映出電壓 u 的相位超前電流 i 的相位一個角度 ，簡稱電壓 u 超前電流 i ，如圖

9、2 - 4 （ a ）所示。當(dāng) 0 ，表示線圈從電源處吸收能量；在第 2 、 4 個 T /4 期間， p 0 ，表示線圈向電路釋放能量。（ 2 ）平均功率（有功功率） P 。瞬時功率表明，在電流的一個周期內(nèi)，電感與電源進行兩次能量交換，交換功率的平均值為零，即純電感電路的平均功率為零，即上一頁下一頁返回2.3 交流電路中的電阻、電容與電感（ 3 ）無功功率 Q 。純電感線圈和電源之間進行能量交換的最大速率，稱為純電感電路的無功功率，用 Q表示，即Q L = U L I = I 2 X L （ 2 - 15 ）無功功率的單位是 V A （在電力系統(tǒng)，習(xí)慣用單位為乏（ var ）。2.3.3 純

10、電容電路圖 2 - 14 （ a ）表示僅含電容的交流電路，稱為純電容電路。設(shè)電容器 C 兩端加上電壓 u = U m sin t 。由于電壓的大小和方向隨時間變化，使電容器極板上的電荷量也隨之變化，電容器的充、放電過程也不斷進行，形成了純電容電路中的電流。上一頁下一頁返回2.3 交流電路中的電阻、電容與電感1 電路中的電流（ 1 ）瞬時值，即這表明，純電容電路中通過的正弦電流比加在它兩端的正弦電壓超前 /2 電角，如圖 2 - 14（ b ）所示。純電容電路電壓、電流功率波形圖如圖 2 - 15 所示。（ 2 ）最大值，即（ 3 ）有效值，即上一頁下一頁返回2.3 交流電路中的電阻、電容與電

11、感2 容抗3 功率（ 1 ）瞬時功率，即這表明，純電容電路瞬時功率波形與電感電路的相似，以電路頻率的 2 倍按正弦規(guī)律變化。電容器也是儲能組件，當(dāng)電容器充電時，它從電源吸收能量，當(dāng)電容器放電時則將能量送回電源。（ 2 ）平均功率，即（ 3 ）無功功率，即上一頁返回2.4 電阻、電感的串聯(lián)電路前面介紹的純電感電路實際上是不存在的，因為實際所用的線圈，不但有電感，還具有一定的電阻。在分析電路時，實際線圈可用一個純電阻 R 與純電感 L 串聯(lián)的等效電路來代替。2.4.1 電壓、電流瞬時值及電路矢量圖在圖 2 - 16 所示的 R 、 L 串聯(lián)電路中，設(shè)流過電流 i=I m sin t ，則電阻 R

12、上的電壓瞬時值為u R = I m Rsin t = U Rm sin t根據(jù)式（ 2 - 10 ）可知，電感 L 上的電壓瞬時值為u L = I m X L sin( t+/2)= U m sin( t+/2)總電壓 u 的瞬時值為 u = u R +u L 。畫出該電路電流和各段電壓的矢量圖如圖 2 - 17 所示。下一頁返回 2.4 電阻、電感的串聯(lián)電路2.4.2 電壓有效值、電壓三角形從電壓矢量圖可以看出，電阻上電壓矢量、電感上電壓矢量與總電壓的矢量，恰好組成一個直角三角形，此直角三角形叫做電壓三角形（見圖 2 - 18 ）。從電壓三角形可求出總電壓有效值為2.4.3 阻抗、阻抗三角形

13、和歐姆定律對比，式（ 2 - 23 ）可寫成上一頁下一頁返回2.4 電阻、電感的串聯(lián)電路由式（ 2 - 24 ）中，有Z 稱為電路的阻抗，它表示 R 、 L 串聯(lián)電路對電流的總阻力。阻抗的單位是 。電阻、感抗、阻抗三者之間也符合一個直角三角形三邊之間的關(guān)系，如圖 2 - 19 所示，該三角形稱阻抗三角形。2.4.4 功率、功率三角形1 有功功率 P在交流電路中，電阻消耗的功率叫有功功率，即上一頁下一頁返回2.4 電阻、電感的串聯(lián)電路2 無功功率 Q3 視在功率 S總電壓 U 和電流 I 的乘積叫電路的視在功率，即S = UI = I 2 Z （ 2 - 29 ）視在功率的單位是 V A （伏安

14、）或 kV A （千伏安）。視在功率表示電氣設(shè)備（如發(fā)電機、變壓器等）的容量。式（ 2 - 27 ）和式（ 2 - 28 ）還可寫成可見， S 、 P 、 Q 之間的關(guān)系也符合一個直角三角形三邊的關(guān)系，即上一頁下一頁返回2.4 電阻、電感的串聯(lián)電路由 S 、 P 、 Q 組成的這個三角形叫功率三角形（見圖 2 - 20 ），該三角形可看成是電壓三角形各邊同乘以電流 I 得到。與阻抗三角形一樣，功率三角形也不應(yīng)畫成矢量，因 S 、 P 、 Q 都不是正弦量。上一頁返回2.5 電阻、電感、電容串聯(lián)電路及串聯(lián)諧振2.5.1 電路分析R 、 L 、 C 三種組件組成的串聯(lián)電路如圖 2 - 21 所示。

15、若電路中流過正弦電流2 sin i I t 則各組件上對應(yīng)的電壓有效值為U R = IR ， U L = IX L ， U C = IX C總電壓的有效值矢量應(yīng)為各段電壓有效值矢量之和，即U = U R + U L + U C且 U R 與電流 I 同相， U L 超前于 I 90 ， U C 滯后于 I 90 ，電壓、電流矢量圖如圖 2 - 22 所示。下一頁返回2.5 電阻、電感、電容串聯(lián)電路及串聯(lián)諧振2.5.2 串聯(lián)諧振1 諧振條件和諧振頻率如上所述，在 R 、 L 、 C 串聯(lián)電路中，當(dāng) X L = X C 時，電路中總電壓和電流同相位，這時電路中產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，所以， X L = X

16、C 便是電路產(chǎn)生諧振的條件。因為 X L = X C ，又知 X L=2fL （見式（ 2 - 13 ）， X C =1/2 fC （見式（ 2 - 19 ），故所以諧振時的頻率 f 0 為上一頁下一頁返回2.5 電阻、電感、電容串聯(lián)電路及串聯(lián)諧振2 串聯(lián)諧振時的電路特點（ 1 ）總電壓和電流同相位，電路呈電阻性。（ 2 ）串聯(lián)諧振時電路阻抗最小，電路中電流最大。串聯(lián)諧振時電路阻抗為串聯(lián)諧振時的電流為上一頁下一頁返回2.5 電阻、電感、電容串聯(lián)電路及串聯(lián)諧振（ 3 ）串聯(lián)諧振時，電感兩端電壓、電容兩端電壓可以比總電壓大許多倍。電感電壓為U L = IX L = ( X L / R ) U =

17、QU電容電壓為U C = IX C = ( X C / R ) U = QU可見，諧振時電感（或電容）兩端的電壓是總電壓的 Q 倍， Q 稱為電路的品質(zhì)因數(shù)。上一頁返回2.6 感性負載和電容器的并聯(lián)電路 功率因數(shù)的補償2.6.1 電路的功率因數(shù)功率因數(shù)是用電設(shè)備的一個重要技術(shù)指標。電路的功率因數(shù)由負載中包含的電阻與電抗的相對大小決定。純電阻負載 cos =1 ，純電抗負載 cos =0 ；一般負載的 cos 在 0 1 之間，而且多為感性負載。例如，常用的交流電動機便是一個感性負載，滿載時功率因數(shù)為 0.7 0.9 ，而空載或輕載時功率因數(shù)較低。功率因數(shù)過低，會使供電設(shè)備的利用率降低，輸電線路

18、上的功率損失與電壓損失增加。下一頁返回2.6 感性負載和電容器的并聯(lián)電路 功率因數(shù)的補償2.6.2 感性負載和電容器的并聯(lián)電路常用的提高功率因數(shù)的方法，是在感性負載兩端并聯(lián)容量合適的電容器。這種方法不會改變負載原有的工作狀態(tài)，但負載的無功功率從電容支路得到了補償，從而提高了功率因數(shù)。感性負載和電容器的并聯(lián)電路如圖 2 - 23 所示。由圖 2 - 23 可知Z 1 支路電流為值得注意的是，由于相位不同，故總電流 I 的有效值應(yīng)從 I 1 和 I C 的矢量和求得。根據(jù)電流矢量式畫出該電路電流、電壓矢量圖如圖 2 - 24 所示，并聯(lián)電路取總電壓為參考矢量。上一頁返回2.7 三相交流電路前，電能

19、的產(chǎn)生、輸送和分配，基本都采用三相交流電路。三相交流電路就是由三個頻率相同，最大值相等，相位上互差 120 電角的正弦電動勢組成的電路。這樣的三個電動勢稱為三相對稱電動勢。廣泛應(yīng)用三相交流電路的原因，是因為它具有以下優(yōu)點：（ 1 ）在相同體積下，三相發(fā)電機輸出功率比單相發(fā)電機大。（ 2 ）在輸送功率相等、電壓相同、輸電距離和線路損耗都相同的情況下，三相制輸電比單相輸電節(jié)省輸電線材料，輸電成本低。（ 3 ）與單相電動機相比，三相電動機結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，性能良好，維護使用方便。下一頁返回2.7 三相交流電路2.7.1 三相交流電動勢的產(chǎn)生在三相交流發(fā)電機中，定子上嵌有三個具有相同匝數(shù)和尺寸的繞組

20、 AX 、 BY 、 CZ 。其中A 、 B 、 C 分別為三個繞組的首端， X 、 Y 、 Z 分別為繞組的末端。繞組在空間的位置彼此相差 120 （兩極電機）。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場在空間按正弦規(guī)律分布、轉(zhuǎn)子恒速旋轉(zhuǎn)時，三相繞組中將感應(yīng)出三相正弦電動勢 e A 、 e B 、 e C ，分別稱做 A 相電動勢、 B 相電動勢和 C 相電動勢。它們的頻率相同，振幅相等，相位上互差 120 電角。規(guī)定三相電動勢的正方向是從繞組的末端指向首端。三相電動勢的瞬時值為上一頁下一頁返回2.7 三相交流電路其波形圖、矢量圖分別如圖 2 - 25 （ a ）、（ b ）所示。任一瞬時，三相對稱電動勢之和為零，即e A

21、 +e B +e C =02.7.2 三相電源的連接三相發(fā)電機的三個繞組連接方式有兩種：一種叫星形（ Y ）接法；另一種叫三角形（）接法。1 星形（ Y ）接法若將電源的三個繞組末端 X 、 Y 、 Z 連在一點 O ，而將三個首端作為輸出端，如圖 2 - 27所示，則這種連接方式稱為星形接法。上一頁下一頁返回2.7 三相交流電路在星形接法中，末端連接點稱為中點，中點的引出線稱為中線（或零線），三繞組首端的引出線稱做端線或相線（俗稱火線）。這種從電源引出四根線的供電方式稱為三相四線制。在三相四線制中，端線與中線之間的電壓 u A 、 u B 、 u C 稱為相電壓，它們的有效值用 U A 、U

22、 B 、 U C 或 U 相 表示。當(dāng)忽略電源內(nèi)阻抗時， U A =E A ， U B =E B ， U C =E C ，且相位上互差 120 電角，所以三相相電壓是對稱的。規(guī)定 U 相 的正方向是從端線指向中線。在三相四線制中，任意兩根相線之間的電壓 u AB 、 u BC 、 u CA 稱做線電壓，其有效值用 U AB 、U BC 、 U CA 或 U 線 表示，規(guī)定正方向由腳標字母的先后順序標明。例如，線電壓 U AB 的正方向是由 A 指向 B ，書寫時順序不能顛倒，否則相位上相差 180 。從接線 圖 2 - 26 中可得出線電壓和相電壓之間的關(guān)系，其對應(yīng)的矢量式為上一頁下一頁返回2

23、.7 三相交流電路U AB = U A - U BU BC = U B U CU CA = U C U A根據(jù)矢量表示式可畫出三相四線制的電壓矢量圖，如圖 2 - 27 所示。從矢量圖的幾何關(guān)系可求得線電壓有效值為或上一頁返回2.8 三相負載的連接2.8.1 單相負載和三相負載用電器按其對供電電源的要求，可分為單相負載和三相負載。工作時只需單相電源供電的用電器稱為單相負載，如照明燈、電視機、小功率電熱器、電冰箱等。需要三相電源供電才能正常工作的電器稱為三相負載，如三相異步電動機等。若每相負載的電阻相等、電抗相等而且性質(zhì)相同的三相負載稱為三相對稱負載，即Z A =Z B =Z C 、 R A =

24、R B =R C 、 X A =X B =X C ；否則稱為三相不對稱負載。三相負載的連接方式也有兩種，即星形連接和三角形連接。下一頁返回2.8 三相負載的連接2.8.2 三相負載的星形連接三相負載的星形連接如圖 2 - 29 所示，每相負載的末端 x 、 y 、 z 接在一點 O ，并與電源中線相連；負載的另外三個端點 a 、 b 、 c 分別和三根相線 A 、 B 、 C 相連。在星形連接的三相四線制中，把每相負載中的電流叫相電流 I 相 ，每根相線（火線）上的電流叫線電流 I 線 。從圖 2 - 29 所示的三相負載星形連接圖可以看出，三相負載星形連接時的特點是：各相負載承受的電壓為對稱

25、電源的相電壓；線電流 I 線 等于負載相電流 I 相 。下面討論各相負載中電流、功率的計算。1 三相不對稱負載的星形連接已知三相負載上一頁下一頁返回2.8 三相負載的連接則每相負載中的電流有效值為各相負載的電流和電壓的相位差為中線電流瞬時值上一頁下一頁返回2.8 三相負載的連接2 三相對稱負載的星形接法三相對稱負載為且各相負載性質(zhì)相同。將三相對稱負載在三相對稱電源上作星形連接時，三個相電流對稱，中線電流為零，即上一頁下一頁返回2.8 三相負載的連接2.8.3 三相對稱負載的三角形連接三相對稱負載也可以接成圖 2 - 32 （ a ）所示的三角形連接。這時，加在每相負載上的電壓是對稱電源的線電壓

26、。因為各相負載對稱，故各相電流也對稱，相電流為每相電壓、電流的相位差為任一端線上的線電流，按基爾霍夫電流定律，寫出矢量上一頁下一頁返回2.8 三相負載的連接2.8.4 三相電功率三相負載的功率，就等于三個單相負載的功率之和，即三相對稱負載的三相總功率為在三相對稱負載的星形接法中，有在三相對稱負載的三角形接法中，有所以三相對稱負載的三相總功率還可以寫成上一頁返回圖 2-1 正弦電流電路模型返回圖 2-2 正弦交流波形圖返回圖 2-4 電壓、電流的相位關(guān)系返回圖 2-9 交流電方向的設(shè)定返回圖 2-10 電阻電路的電流返回圖 2-12 電感的電壓返回圖 2-13 電感電路 p、u、i 波形圖返回圖

27、 2-14 純電容電路中的電流 返回圖 2-15 電容電路 i、u、p 波形圖返回圖 2-16 R、L 串聯(lián)電路 返回圖 2-17 電壓和電流矢量圖返回圖 2-18 電壓三角形返回圖 2-19 阻抗三角形返回圖 2-20 功率三角形返回圖 2-21 R、L、C 串聯(lián)電路返回圖 2-22 電感、電容、電路相位分析返回圖 2-23 感性負載與電容器并聯(lián)電路 返回圖 2-24 電流、電壓矢量圖返回圖 2-25 三相交流電動勢返回圖 2-27 三相四線電源星形接法電壓矢量圖返回圖 2-29 三相負載的星形連接返回圖 2-32 三相對稱負載的三角形連接返回項目 3 動態(tài)電路分析3.1 動態(tài)電路3.2 R

28、C、RL 電路的零輸入響應(yīng) 3.3 RC、RL 電路的零狀態(tài)響應(yīng)3.4 一階電路的全響應(yīng)返回3.1 動態(tài)電路含有電容或電感的電路，在分析計算時涉及用微分方程來描述電路。把這類電路叫做動態(tài)電路。圖 3-1 所示電路，當(dāng)開關(guān) S 閉合前，電容上未充電，u C =0，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)把開關(guān) S 合上，經(jīng)過一段時間 t，得到電容兩端電壓為 U S ，電路又處于一種新的穩(wěn)定狀態(tài)。電路從一個穩(wěn)定狀態(tài)變化到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)，需要一個過渡過程，在這個過程中，電路的電壓、電流變動時間短暫，稱為暫態(tài)或動態(tài)，電路叫做動態(tài)電路。電路中開關(guān)的閉合或斷開，元件參數(shù)的改變，都會使電路發(fā)生變化，這種情況稱為“換路”。如果

29、把換路瞬間的時間記為 t=0，假定換路前的一瞬間記為 t = 0 ，把換路后的一瞬間記為 t=0 + ，便于對下面問題的討論。返回3.2 RC 、 RL 電路的零輸入響應(yīng)當(dāng)線性電路中僅含有一個動態(tài)元件（電容或電感），用一階微分方程來描述電路，這個電路稱為一階電路。當(dāng)外施電源為零，僅由電容或電感元件初始儲存的能量在電路中產(chǎn)生的電壓或電流（響應(yīng)）稱為電路的零輸入響應(yīng)。下面將分析 RC 、 RL 電路的零輸入響應(yīng)。3.2.1 RC 電路的零輸入響應(yīng)在圖 3 - 2 所示的 RC 電路中，開關(guān) S 閉合上前電容已充電， u C (0 - )=U 0 ，外施電源為零，求開關(guān)合上后電路的零輸入響應(yīng) u C

30、 ( t) 。下面來分析這個問題。（ 1 ）根據(jù)基爾霍夫電壓定律，找到開關(guān)合上后 t 0 + ，此時電壓的關(guān)系式為下一頁返回3.2 RC 、 RL 電路的零輸入響應(yīng)（ 2 ）以待求量 u C 為未知量，建立微分方程 ，電容兩端電壓 u C 與電流 i 參考方向相反，如圖 3 - 2 所示，得根據(jù)數(shù)學(xué)方程解的形式 u C =Ae pt 代入上式，得（ 3 ）根據(jù)換路定則，有u C (0 + )= u C (0 - )=U 0定積分常數(shù)A=U 0上一頁下一頁返回3.2 RC 、 RL 電路的零輸入響應(yīng)得式中 RC 稱做時間常數(shù)，用 來表示， 與 R 成正比。u C 、 i 隨時間的變化曲線如圖 3

31、 - 3 所示。上一頁下一頁返回3.2 RC 、 RL 電路的零輸入響應(yīng)3.2.2 RL 電路的零輸入響應(yīng)RL 電路零輸入響應(yīng)的分橋方法與 RC 電路相同。在圖 3 - 4 中，開關(guān)由 l 合向 2 前， i L (0 - )=U S /R 1 = I 0 ，在 t=0 時，開關(guān)由 l 合向 2 ，求合向2 后， RL 電路的零輸入響應(yīng)。下面來分析這個問題。（ 1 ）根據(jù)基爾霍夫電壓定律，找到開關(guān)由 1 合向 2 后 t 0 + 時，電壓的關(guān)系式。（ 2 ）以待求量 i 為未知量，建立微分方程。因 ，圖 3 - 4 電感兩端電壓 u L 與電流i 參考方向一致，得上一頁下一頁返回3.2 RC

32、、 RL 電路的零輸入響應(yīng)（ 3 ）根據(jù)換路定則， i L (0 + )=i L (0 - )=I 0 ，定積分常數(shù) A = I 0 ，得定義式中， =L/R 為時間常數(shù)， 與 R 成反比。i 、 u L 、 u R 隨時間的變化曲線如圖 3 - 5 所示。上一頁返回3.3 RC 、 RL 電路的零狀態(tài)響應(yīng)在一階電路中，當(dāng)外加電源不為零，而電容或電感元件初始儲存的能量為零，在電路中產(chǎn)生的電壓電流（響應(yīng)）稱為電路的零狀態(tài)響應(yīng)。下面將分析及 RC 、 RL 電路的零狀態(tài)響應(yīng)。3.3.1 RC 電路的零狀態(tài)響應(yīng)在圖 3 - 6 中，已知開關(guān)合上前電容處于零狀態(tài)， u C (0 - )=0 ，求開關(guān)合

33、上后電路的零狀態(tài)響應(yīng)。（ 1 ）根據(jù)基爾霍夫電壓定律，找到開關(guān)合上后 t 0 +時，電壓的關(guān)系式為u R + u C = U S（ 2 ）以待求量 u C 為未知量，建立微分方程，因 ，如圖 3 - 6 所示。電容兩端電壓與電流參考方向一致，得下一頁返回3.3 RC 、 RL 電路的零狀態(tài)響應(yīng)（ 3 ）根據(jù)換路定則， u C (0 + )= u C (0 - )=0u C 、 i 隨時間的變化曲線如圖 3 - 7 所示。上一頁下一頁返回3.3 RC 、 RL 電路的零狀態(tài)響應(yīng)3.3.2 RL 電路的零狀態(tài)響應(yīng)在圖 3 - 8 中，已知電感線圈在開關(guān)合上前，電流的初值為零 i L (0 - )

34、= 0 ，求開關(guān)合上后，電路的零狀態(tài)響應(yīng)。（ 1 ）根據(jù)基爾霍夫電壓定律，找到開關(guān)合上后 t 0 + 時，電壓的關(guān)系式 u R + u L = U s 。（ 2 ）以待求量 i 為未知量，建立微分方程，因 ，如圖 3 - 8 所示。電感兩端電壓與電流參考方向一致，得上一頁下一頁返回3.3 RC 、 RL 電路的零狀態(tài)響應(yīng)（ 3 ）根據(jù)換路定則得到上一頁返回3.4 一階電路的全響應(yīng)假如一階電路的電容或電感的初始值不為零，同時又有外加電源的作用，這時電路的響應(yīng)成為一階電路的全響應(yīng)。在前面分析 RC 和 RL 電路的零輸入和零狀態(tài)響應(yīng)，用的是經(jīng)典法。在討論時，注重分析問題的思路、方法。下面介紹用三要

35、素法求一階電路的全響應(yīng)。定義一階電路的全響應(yīng)為 f (t) （電壓或電流），初始值為 f (0 + ) ，穩(wěn)態(tài)值（特解）為 f ( ) 。有下面的關(guān)系式在式（ 3 - 4 ）中只要知道 f (0 + ) 、 f ( ) 、 這三個要素，便可以簡便地求解一階電路在外施電源（激勵）作用下的響應(yīng)。用式（ 3 - 4 ）求一階電路的響應(yīng)，叫做三要素法。返回圖 3-1 動態(tài)電路圖返回圖 3-2 RC 電路零輸入響應(yīng)返回圖 3-3 u C 、i 隨時間變化曲線返回圖 3-4 RL 電路零輸入響應(yīng) 返回圖 3-5 i、u L 、u R 隨時間變化曲線返回圖 3-6 RC 電路零狀態(tài)響應(yīng)返回圖 3-7 u C

36、 、i 隨時間的變化曲線返回圖 3-8 RL 電路的零狀態(tài)響應(yīng)返回項目 4 CW6132 型車床照明電路4.1 鐵芯線圈、磁路4.2 變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理4.3 實用中的常見變壓器返回4.1 鐵芯線圈、磁路工程應(yīng)用實際中，大量的電氣設(shè)備都含有線圈和鐵芯。當(dāng)繞在鐵芯上的線圈通電后，鐵芯就會被磁化而形成鐵芯磁路，磁路又會影響線圈的電路。因此，電工技術(shù)不僅有電路問題，同時也有磁路問題。圖 4-1 所示為各種磁路。4.1.1 磁路的基本物理量線圈通電后使鐵芯磁化，形成鐵芯磁路，如圖 4-2 所示。1磁通通過磁路橫截面的磁力線總量稱為磁通，用 來表示。單位是韋伯Wb。均勻磁場中，磁通 等于磁感應(yīng)強

37、度 B 與垂直于磁場方向的面積 S 的乘積，即下一頁返回4.1 鐵芯線圈、磁路磁通是標量。其大小反映了與磁場相垂直的某個截面上的磁場強弱情況。磁通的國際單位制中還有較小的單位稱為 Mx麥克斯韋，韋伯和麥克斯韋之間的換算關(guān)系為1Wb=10 8 Mx2磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度是表征磁場中某點強弱和方向的物理量。用大寫字母 B 表示。B 是矢量，B的方向就是置于磁場中該點小磁針 N 極的指向。勻強磁場中，B 的大小可用載流導(dǎo)體在磁場中所受到的電磁力來定義，即上一頁下一頁返回4.1 鐵芯線圈、磁路3磁導(dǎo)率 磁導(dǎo)率是反映自然界物質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量，用希臘字母 表示。物質(zhì)的種類很多，且導(dǎo)磁能力也各不相同，為了

38、有效地區(qū)別它們各自的導(dǎo)磁能力，引入一個參照標準 真空的磁導(dǎo)率 0 ，即自然界中各種物質(zhì)的磁導(dǎo)率均與真空的磁導(dǎo)率相比，可得到不同的比值，把這個比值稱為相對磁導(dǎo)率，用 r表示，即顯然，相對磁導(dǎo)率無量綱，其值越大，表明該類物質(zhì)的導(dǎo)磁性能越好；反之，導(dǎo)磁性能越差。上一頁下一頁返回4.1 鐵芯線圈、磁路4磁場強度磁場強度也是表征磁場中某點強弱和方向的物理量，用大寫字母 H 表示。H 也是矢量，H 的方向也是置于磁場中該點小磁針 N 極的指向。磁感應(yīng)強度是描述磁路介質(zhì)的磁場某點強弱和方向的物理量，與介質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)；磁場強度是描述電流的磁場強弱和方向的物理量，與介質(zhì)的磁導(dǎo)率無關(guān)。它們之間的聯(lián)系為上一頁下一

39、頁返回4.1 鐵芯線圈、磁路4.1.2 磁路歐姆定律交流鐵芯線圈磁路通常由硅鋼片疊壓制成，磁導(dǎo)率很高。當(dāng)套在鐵芯上的線圈通電后，鐵芯迅速被磁化，成為一個人為集中的強磁場。電流通過 N 匝線圈所形成的磁動勢用 F m = NI表示，磁路對磁通所呈現(xiàn)的阻礙作用用磁阻 R m 表示，磁動勢、磁通和磁阻三者之間的關(guān)系可表述為磁路歐姆定律，即其中磁阻為上一頁下一頁返回4.1 鐵芯線圈、磁路4.1.3 鐵磁物質(zhì)的磁性能鐵磁材料之所以具有高導(dǎo)磁性，是因為在其內(nèi)部具有一種特殊的物質(zhì)結(jié)構(gòu) 磁疇。這些磁疇相當(dāng)于一個個小磁鐵。1 高導(dǎo)磁性鐵磁材料內(nèi)部往往有相鄰的幾百個分子電流圈流向一致，這些分子電流產(chǎn)生的磁場疊加起

40、來，就形成了一個個天然的小磁性區(qū)域 磁疇。顯然，磁疇是由分子電流產(chǎn)生的。不同鐵磁物質(zhì)內(nèi)部磁疇的數(shù)量不同。通常情況下，鐵磁材料內(nèi)部的磁疇排列雜亂無章，其磁性相互抵消，因此對外不顯示磁性，見圖 4 - 3 （ a ）。有外磁場作用時，磁疇在外界磁場的作用下，均發(fā)生歸順性轉(zhuǎn)向，使得鐵磁材料內(nèi)部形成一個很強的附加磁場。此即鐵磁材料產(chǎn)生了磁化，如圖 4 - 3 （ b ）所示。上一頁下一頁返回4.1 鐵芯線圈、磁路2 鐵磁材料的磁飽和性、磁滯性和剩磁性鐵磁材料反復(fù)磁化一周所構(gòu)成的曲線稱為磁滯回線。磁滯回線中B 的變化總是落后于 H 的變化，說明鐵磁材料具有磁滯性。磁滯回線中 H 為零時 B 并不為零的現(xiàn)

41、象說明鐵磁材料具有剩磁性。如圖 4 - 4所示。4.1.4 鐵磁材料的分類和用途鐵磁材料根據(jù)工程上用途的不同可以分為以下三大類。軟磁材料：軟磁材料具有磁導(dǎo)率很高、易磁化、易去磁的顯著特點，適用于制作各種電機、電器的鐵芯。硬磁材料：硬磁材料的磁導(dǎo)率不太高，但一經(jīng)磁化能保留很大剩磁且不易去磁，適用于制作各種永久磁體。矩磁材料：矩磁材料磁導(dǎo)率極高，磁化過程中只有正、負兩個飽和點，適用于制作各類存儲器中記憶元件的磁芯。上一頁下一頁返回4.1 鐵芯線圈、磁路4.1.5 鐵芯損耗1 磁滯損耗鐵磁材料反復(fù)磁化時，內(nèi)部磁疇的極性取向隨著外磁場的交變來回翻轉(zhuǎn)，在翻轉(zhuǎn)的過程中，由于磁疇間相互摩擦而引起的能量損耗稱

42、為磁滯損耗。磁滯損耗使鐵芯發(fā)熱。2 渦流損耗在交變磁場作用下，整塊鐵芯中產(chǎn)生的旋渦狀感應(yīng)電流稱為渦流。根據(jù)電流的熱效應(yīng)原理，渦流通過鐵芯時將使鐵芯發(fā)熱，顯然渦流增加設(shè)備絕緣設(shè)計的難度，渦流嚴重時會造成設(shè)備的燒損。為減小渦流損耗，常用硅鋼片疊壓制成電機電器的鐵芯。上一頁下一頁返回4.1 鐵芯線圈、磁路4.1.6 主磁通原理對交流鐵芯線圈而言，設(shè)工作主磁通為交變磁通穿過線圈時，在線圈中感應(yīng)電壓，其值為可得上一頁返回4.2 變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理4.2.1 變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的主體結(jié)構(gòu)由鐵芯和繞組兩大部分構(gòu)成，如圖 4-5 所示。用硅鋼片疊壓成變壓器鐵芯。與電源相接的為一次側(cè)繞組，與負載相接

43、的為二次側(cè)繞組。變壓器的繞組與繞組之間、繞組與鐵芯之間均相互絕緣。變壓器結(jié)構(gòu)原理圖如圖 4-5 所示。4.2.2 變壓器的工作原理1 變壓器的空載運行與變換電壓原理交變的磁通穿過 N 1 和 N 2 時，分別在兩個線圈中感應(yīng)電壓：下一頁返回4.2 變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理2 變壓器的負載運行與變換電流原理變壓器負載運行時，一次側(cè)電流由 i 0 變?yōu)?i 1 ，二次側(cè)產(chǎn)生負載電流 i 2 ，而電壓 u 20 相應(yīng)變?yōu)?u 2 。變壓器的負載運行如圖 4 - 6 所示。3 變壓器的阻抗變換作用設(shè)變壓器副邊所接負載為 |Z L | ，原邊等效輸入阻抗為 |Z 1 | ，則有將變壓器的變壓比公式和變

44、流比公式代入上式，得上一頁下一頁返回4.2 變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理4.2.3 變壓器的外特性變壓器輸出電壓 u 2 隨負載電流 i 2 變化的關(guān)系稱為它的外特性，即 u 2 = f ( i 2 ) 。外特性可用圖 4 - 7 所示曲線描述。4.2.4 電壓調(diào)整率變壓器外特性變化的程度，可以用電壓調(diào)整率U% 來表示。電壓調(diào)整率定義為：變壓器由空載到額定 I 2 N 滿載時，副邊輸出電壓 u 2 的變化程度。上一頁下一頁返回4.2 變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理4.2.5 變壓器的損耗和效率變壓器的損耗P包含有鐵耗PFe 和銅耗PCu ，即變壓器的效率是指變壓器的輸出功率 P 2 與輸入功率 P

45、1 的比值，通常百分數(shù)表示，即上一頁下一頁返回4.2 變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理變壓器沒有旋轉(zhuǎn)部分，因此效率比較高。控制裝置中的小型電源變壓器的效率通常在 80%以上；電力變壓器的效率一般可達 95% 以上。在運行中需注意，變壓器并非運行在額定負載時效率最高。實踐證明，變壓器所帶負載為滿載的 70% 左右時效率最高。因此，應(yīng)根據(jù)負載情況采用最好的運行方式。譬如，控制變壓器運行臺數(shù)，投入適當(dāng)容量的變壓器等，以使變壓器能夠處在高效率狀態(tài)下運行。上一頁返回4.3 實用中的常見變壓器4.3.1 電力變壓器及其用途顯然，電力變壓器主要也是由鐵芯和繞組兩大部分構(gòu)成，另外加上一些外部輔助和保護設(shè)備。電力變壓

46、器的構(gòu)成如圖 4 - 8 、圖 4 - 9 所示。電力變壓器的用途：（ 1 ）發(fā)電機出口電壓一般不太高，因此無法將電能輸送到遠處。利用變壓器變換電壓的作用，將發(fā)電機出口電壓升高，就可達到向遠距離輸送電能的目的。（ 2 ）用戶不能直接使用傳輸?shù)母邏弘?。必須利用電力變壓器將高壓變換為低壓配電值，滿足各類用戶對不同電壓的需求。電力系統(tǒng)中，電力變壓器的應(yīng)用十分廣泛，電力變壓器對電能的經(jīng)濟傳輸、合理分配和安全使用也都具有十分重要的意義。下一頁返回4.3 實用中的常見變壓器4.3.2 自耦變壓器（自耦調(diào)壓器）把普通雙繞組變壓器的高壓側(cè)繞組和低壓側(cè)繞組相串聯(lián)，即可構(gòu)成一臺自耦變壓器，示意圖如圖 4 - 10

47、 所示。實際應(yīng)用中，自耦變壓器只用一個繞組，原繞組匝數(shù)較多，原繞組的一部分兼作副繞組。兩者之間不僅有磁的耦合，而且還有電的直接聯(lián)系。自耦變壓器的工作原理和普通雙繞組變壓器相同。因此，其變比公式與雙繞組變壓器一樣，即上一頁下一頁返回4.3 實用中的常見變壓器4.3.3 儀用互感器電壓互感器和電流互感器又稱為儀用互感器，是電力系統(tǒng)中使用的測量設(shè)備，其工作原理與變壓器基本相同。使用儀用互感器的目的：與小量程的標準化電表配合測量高電壓、大電流；使測量回路與被測回路隔離，以保障人員和設(shè)備的安全；為各類繼電保護和控制系統(tǒng)提供控制信號。1 電壓互感器電壓互感器的原繞組匝數(shù)很多，并聯(lián)于待測電路兩端；副繞組匝數(shù)

48、較少，與電壓表及電度表、功率表、繼電器的電壓線圈并聯(lián)。用于將高電壓變換成低電壓。其原理圖如圖 4 - 11 所示。上一頁下一頁返回4.3 實用中的常見變壓器電壓互感器使用注意事項如下。（ 1 ）電壓互感器的副邊不允許短路。因為一旦發(fā)生短路，副邊將產(chǎn)生一個很大的電流，導(dǎo)致原邊電流隨之激增，由此將燒壞互感器的繞組。（ 2 ）電壓互感器的副邊應(yīng)當(dāng)可靠接地。（ 3 ）電壓互感器的副邊阻抗不得小于規(guī)定值，以減小誤差。2 電流互感器電流互感器的原繞組線徑較粗、匝數(shù)少，與待測電路負載串聯(lián)；副繞組線徑細且匝數(shù)多，與電流表及電度表、功率表、繼電器的電流線圈串聯(lián)。用于將大電流變換為小電流。其原理圖如圖 4 - 1

49、2 所示。上一頁返回圖 4-1 各種磁路返回圖 4-2 磁路返回圖 4-3 鐵磁物質(zhì)的磁疇與磁化返回圖 4-4 磁滯回線返回圖 4-5 變壓器結(jié)構(gòu)原理圖返回圖 4-6 變壓器的負載運行返回圖 4-7 變壓器的外特性返回圖 4-8 老式電力變壓器的構(gòu)成返回圖 4-9 新式電力變壓器的構(gòu)成返回圖 4-10 自耦變壓器示意圖返回圖 4-11 電壓互感器原理圖 返回圖 4-12 電流互感器原理圖返回項目 5 CW6132 型車床控制電路5.1 異步電動機的基本知識5.2 異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械轉(zhuǎn)矩5.3 三相異步電動機的控制5.4 常用低壓控制電器5.5 基本電氣控制電路返回5.1 異步電動機的基

50、本知識5.1.1 三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)為定子和轉(zhuǎn)子，如圖 5-1 所示。三相異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低廉、使用和維修方便、運行可靠且效率高等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各種機床、水泵、通風(fēng)機、鍛壓和鑄造機械、傳送帶、起重機及家用電器、實驗設(shè)備中。異步電動機的定子指其固定不動部分，主要包括機座（見圖 5-2（a）、定子鐵芯（見圖 5-2（b）、定子繞組。異步電動機的定子鐵芯是由 0.5mm 厚的硅鋼片疊壓制成的（見圖 5-2（c）。定子鐵芯內(nèi)圓沖有分布的槽。定子鐵芯構(gòu)成異步電動機磁路的一部分。定子繞組是由漆包線繞制而成，嵌入到定子鐵芯槽中。構(gòu)成電機電路的一

51、部分。下一頁返回5.1 異步電動機的基本知識異步電動機的轉(zhuǎn)子指其旋轉(zhuǎn)部分，主要部件包括轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸三部分，如圖 5-3 所示。轉(zhuǎn)子鐵芯也是由 0.5mm 厚的硅鋼片疊壓制成。在其內(nèi)圓沖有均勻分布的槽，用來嵌放轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子鐵芯構(gòu)成電動機磁路的又一部分。轉(zhuǎn)子繞組大部分是澆鑄鋁籠型，大功率也有銅條制成的籠型轉(zhuǎn)子導(dǎo)體。轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成電動機電路的另一部分。轉(zhuǎn)軸用來傳遞電磁轉(zhuǎn)矩。繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子鐵芯與鼠籠式相類似，但轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相同，也是采用漆包線繞制成對稱三相繞組，嵌放到轉(zhuǎn)子鐵芯中。繞線式轉(zhuǎn)子三相繞組必須連接成星形，三個向外的引出端子與固定在轉(zhuǎn)軸上的三個相互絕緣的銅環(huán)

52、相接，如圖 5-4 所示：電刷與滑環(huán)緊壓，并通過輸電線與變阻器相連。顯然，三相繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組是閉合的。由于繞線式異步電動機采用轉(zhuǎn)子繞組串電阻起動和調(diào)速，因此起動性能和調(diào)速性能均比鼠籠式異步電動機優(yōu)越。上一頁下一頁返回5.1 異步電動機的基本知識5.1.2 三相異步電動機的工作原理1旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生在三相異步電動機的定子鐵芯中放有三相對稱繞組，在該三相對稱繞組中通入三相對稱交流電流，就可產(chǎn)生一“旋轉(zhuǎn)磁場”。其波形如圖 5-5 所示，旋轉(zhuǎn)磁場如圖 5-6 所示。在電動機的對稱三相定子繞組中通入對稱三相交流電，即上一頁下一頁返回5.1 異步電動機的基本知識只要三相異步電動機的對稱三相定子繞

53、組中通入對稱三相交流電，就會在定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生一個隨時間空間位置不斷變化的旋轉(zhuǎn)磁場。三相異步電動機工作原理可以概括為：在電動機對稱三相定子繞組中通入對稱三相交流電流，在定子與轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生氣隙旋轉(zhuǎn)磁場；轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與磁場相切割感應(yīng)電動勢，由于閉合生成感應(yīng)電流使轉(zhuǎn)子繞組成為載流導(dǎo)體，載流導(dǎo)體受電磁力的作用形成力偶，力偶對電機轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，從而使固定不動的轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動起來。若要改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向，只需調(diào)整通入定子繞組中兩相電流的相序即可。上一頁下一頁返回5.1 異步電動機的基本知識3 三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動機銘牌數(shù)據(jù)如圖 5 - 7 所示，其中， Y 表示異步

54、機， 132 （ mm ）表示機座中心高； M 代表中機座（ L 長機座、 S 短機座），- 4 代表 4 極電機。電壓、電流均指電動機額定運行情況下的定子線電壓、線電流的數(shù)值。轉(zhuǎn)速指的是電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n 。三相異步電動機的定子繞組有兩種接法，即 Y 形和 形 。三相定子繞組由機殼外面的接線盒引出，如圖 5 - 8 所示。4 單相異步電動機簡介實驗室、家庭及辦公場所通常是單相供電，因此實驗室的很多儀器、各種電動小型工具、家用洗衣機、電冰箱、電風(fēng)扇等，都采用單相異步電動機。單相異步電動機采用鼠籠式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，一般容量多在 0.75kW 以下。上一頁下一頁返回5.1 異步電動機的基本知識三相異步

55、電動機之所以能夠轉(zhuǎn)動，是因為它的定子繞組通入對稱三相交流電后產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場。那么，單相異步電動機通入單相交流電后，產(chǎn)生的是一個什么樣的磁場呢？電流正半周，線圈導(dǎo)體中通過的電流始終為正值，如圖 5 - 9 （ a ）所示。相鄰導(dǎo)體中電流方向相同，電流的合成磁場方向一致。電流的負半周，線圈導(dǎo)體中通過的電流方向始終為負，如圖 5 - 9 （ b ）所示。合成磁場隨時間大小不斷變化，但磁場軸線的位置始終不變。顯然，單相異步電動機的定子磁場是一個大小和方向隨時間不斷變化、但磁場軸線位置始終不變的脈動磁場，如圖 5 - 9 （ c ）所示。上一頁下一頁返回5.1 異步電動機的基本知識脈動磁場可以分解為兩個

56、大小相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場 B 1 和 B 2 。順時針方向旋轉(zhuǎn)的磁場 B 1 對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生順時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩；逆時針方向旋轉(zhuǎn)的磁場 B 2 對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩，如圖 5 - 10 所示。由于在任何時刻這兩個電磁轉(zhuǎn)矩都大小相等、方向相反，所以單相異步電動機的轉(zhuǎn)子不會自行起動，也就是說，單相異步電動機的起動轉(zhuǎn)矩為零。電容分相法可讓單相異步電動機轉(zhuǎn)動，電容分相式異步電動機的定子有兩個繞組：一個是工作繞組；另一個是起動繞組。兩個繞組在空間對稱嵌放。起動繞組與電容 C 串聯(lián)，使起動繞組電流 i 2 和工作繞組電流 i 1 產(chǎn)生 90 的相位差，即：加入起動繞組后，和工作繞組并聯(lián)

57、連接于單相交流電源上，如圖 5 - 11 所示。這時兩繞組中的電流磁場如圖 5 - 12 所示。可見，上一頁返回5.2 異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械轉(zhuǎn)矩5.2.1 異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩等于轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩之總和。將公式中各量的計算式代入電磁轉(zhuǎn)矩公式（ 5 - 3 ），即可得到電磁轉(zhuǎn)矩的另一種表達形式，即下一頁返回5.2 異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械轉(zhuǎn)矩5.2.2 異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩特性根據(jù)公式 可得異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩特性曲線，如圖 5 - 13 和圖5 - 14 所示。1 額定轉(zhuǎn)矩 T N電動機在額定電壓下以額定轉(zhuǎn)速 n N 運行，輸出

58、額定機械功率 P N 時，電機轉(zhuǎn)軸上對應(yīng)輸出的機械轉(zhuǎn)矩為額定電磁轉(zhuǎn)矩 T N ，即上一頁下一頁返回5.2 異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械轉(zhuǎn)矩2 最大轉(zhuǎn)矩TM最大轉(zhuǎn)矩反映了電動機帶最大負載的性能，把 T M 與額定轉(zhuǎn)矩 T N 的比值稱為電動機的過載能力，即3 起動轉(zhuǎn)矩 T st起動轉(zhuǎn)矩反映了異步電動機帶負載起動時的性能。起動轉(zhuǎn)矩 T st 與額定電磁轉(zhuǎn)矩 T N 之比稱為電動機的起動能力，即上一頁下一頁返回5.2 異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械轉(zhuǎn)矩5.2.3 異步電動機的機械特性把轉(zhuǎn)矩特性曲線順時針旋轉(zhuǎn) 90 后，即可得到機械特性曲線，如圖 5 - 15 所示。機械特性曲線可分為穩(wěn)定運行區(qū) AB 段和

59、非穩(wěn)定運行區(qū) BC 段兩部分。上一頁返回5.3 三相異步電動機的控制5.3.1 三相異步電動機的起動異步電動機通電后，從靜止?fàn)顟B(tài)到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過渡過程稱為起動。當(dāng)電動機滿足條件如果三相異步電動機不滿足直接起動條件，就要采取降壓起動的措施，以減小起動電流給電網(wǎng)和設(shè)備帶來的不利因素。1 Y 降壓起動即電動機起動時定子繞組連成星形 Y ，起動后轉(zhuǎn)速升高，當(dāng)轉(zhuǎn)速基本達到額定值時再切換成三角形 連接的起動方法，如圖 5 - 16 所示。下一頁返回5.3 三相異步電動機的控制優(yōu)點：起動電流降為全壓起動時的 1/3 ；缺點：起動轉(zhuǎn)矩也降為全壓起動時的 1/3 。適用范圍：正常運行時定子繞組為三角形 連接，

60、且每相繞組都有兩個引出端子的電機。2 自耦降壓起動利用三相自耦變壓器將電動機在起動過程中的端電壓降低，以達到減小起動電流的目的。自耦變壓器備有 40% 、 60% 、 80% 等多種抽頭，使用時要根據(jù)電動機起動轉(zhuǎn)矩的要求具體選擇，如圖 5 - 17 所示。優(yōu)點：具有不同的抽頭，可以根據(jù)起動轉(zhuǎn)矩的要求，比較方便地得到不同的電壓。上一頁下一頁返回5.3 三相異步電動機的控制缺點：設(shè)備體積大、成本高。適用范圍：適用于容量較大的電動機或不能用 Y 降壓起動的鼠籠式三相異步電動機。5.3.2 三相異步電動機的調(diào)速用人為的方法使電動機的轉(zhuǎn)速從某一數(shù)值改變到另一數(shù)值的過程稱為調(diào)速。三相異步電動機的轉(zhuǎn)速公式為