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電工電子技術(shù)項(xiàng)目教程(第三版PPT)
全套PPT課件Contents目錄項(xiàng)目一直流電路基本知識(shí)
任務(wù)一電路基本概念及電路元件任務(wù)二基爾霍夫定律及應(yīng)用任務(wù)三電阻電路的等效變換
項(xiàng)目二
正弦交流電路基本知識(shí)
任務(wù)四正弦交流電路基本概念及正弦量相量表示任務(wù)五單一元件的正弦交流電路任務(wù)六交流電路功率、功率因數(shù)任務(wù)七三相交流電源任務(wù)八三相電路中負(fù)載連接任務(wù)九三相交流電路功率
項(xiàng)目三
三相異步電動(dòng)機(jī)電氣控制任務(wù)十常用低壓電器使用分析任務(wù)十一三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制任務(wù)十二三相異步電動(dòng)機(jī)電氣制動(dòng)控制任務(wù)十三三相異步電動(dòng)機(jī)條件控制Contents目錄
項(xiàng)目四
基本放大電路
任務(wù)十四半導(dǎo)體器件任務(wù)十五放大電路性能指標(biāo)及測(cè)試任務(wù)十六共發(fā)射極放大電路及其應(yīng)用*任務(wù)十七共集電極放大電路及其應(yīng)用任務(wù)十八功率放大電路及其應(yīng)用
項(xiàng)目五
集成運(yùn)算放大器應(yīng)用
任務(wù)十九集成運(yùn)算放大器任務(wù)二十放大電路中的負(fù)反饋及其應(yīng)用任務(wù)二十一集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用
項(xiàng)目六
直流穩(wěn)壓電源安裝與調(diào)試
任務(wù)二十二整流濾波電路任務(wù)二十三穩(wěn)壓電路Contents目錄
項(xiàng)目七
邏輯代數(shù)基礎(chǔ)
任務(wù)二十四數(shù)制與編碼任務(wù)二十五邏輯函數(shù)的代數(shù)化簡(jiǎn)法任務(wù)二十六邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡(jiǎn)法
項(xiàng)目八組合邏輯電路的應(yīng)用
任務(wù)二十七集成門電路及其應(yīng)用*任務(wù)二十八組合邏輯電路分析和設(shè)計(jì)任務(wù)二十九常用集成組合邏輯部件及其應(yīng)用
任務(wù)九
時(shí)序邏輯電路的應(yīng)用
任務(wù)三十觸發(fā)器及其應(yīng)用任務(wù)三十一計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用任務(wù)三十二寄存器及其應(yīng)用任務(wù)三十三集成555定時(shí)器及其應(yīng)用學(xué)習(xí)導(dǎo)航任務(wù)重點(diǎn)難點(diǎn)關(guān)鍵能力電路基本概念及電路元件電路的組成和作用;電路基本物理量的概念、符號(hào)、單位;理想電路元件的圖形符號(hào)、文字符號(hào)。電路基本物理量的物理意義;理想電路元件的性質(zhì)。能根據(jù)電壓、電流的正負(fù)判斷電壓、電流的實(shí)際方向;會(huì)計(jì)算元件的功率;能畫出實(shí)際電路的電路模型。基爾霍夫定律及應(yīng)用電路的基本術(shù)語;基爾霍夫電流定律;基爾霍夫電壓定律;支路電流法。KCL、KVL方程的推廣應(yīng)用;支路電流法的具體應(yīng)用。會(huì)列寫KCL方程;會(huì)列寫KVL方程;能靈活使用支路電流法求解電路。電阻電路的等效變換電阻的串聯(lián)電路;電阻的并聯(lián)電路;電阻的混聯(lián)電路。電阻混聯(lián)電路的化簡(jiǎn)。能對(duì)電阻串聯(lián)電路進(jìn)行化簡(jiǎn);能對(duì)電阻并聯(lián)電路進(jìn)行化簡(jiǎn);能通過對(duì)電阻電路的化簡(jiǎn)求解電路。項(xiàng)目一直流電路基本知識(shí)任務(wù)一:電路基本概念及電路元件能力目標(biāo):熟悉電路的組成,了解電路的作用。理解電路的基本物理量(電流、電壓、電位、電動(dòng)勢(shì)、電能、電功率)的概念,掌握電路的基本物理量的符號(hào)及其單位。了解理想電路元件與實(shí)際電路元件在電特性上的不同,能畫出實(shí)際電路的電路模型。
一、電路基本概念1.電路組成和作用
電流所通過的路徑稱為電路。它是為了滿足功能需要,由電氣器件或設(shè)備按照某種特定方式連接而形成的整體。手電筒電路電路組成電源負(fù)載中間環(huán)節(jié)提供電能的設(shè)備,如發(fā)電機(jī)、電池、信號(hào)源等是提供電能的設(shè)備,它將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能,如電池、發(fā)電機(jī)、信號(hào)源等用電設(shè)備,它將電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量,如電燈、電動(dòng)機(jī)、空調(diào)、冰箱等。連接電源與負(fù)載,在電路中起著傳輸和分配電能、控制和保護(hù)電氣設(shè)備的作用,如導(dǎo)線、開關(guān)、接觸器等輔助設(shè)備。電源
負(fù)載
中間環(huán)節(jié)
電路的作用(1)實(shí)現(xiàn)能量的傳輸和轉(zhuǎn)換
電力系統(tǒng)
熱能、水能或原子能等轉(zhuǎn)換成電能
電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、熱能、光能等電能傳輸
電路的作用(2)是實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞和處理
接受電磁波信號(hào)
接收機(jī)電路調(diào)諧、檢波、放大等電路變換或處理成音頻信號(hào)
音頻信號(hào)還原聲音(1)電流在電源作用下電荷的定向移動(dòng)形成。其大小用電流強(qiáng)度表示,簡(jiǎn)稱電流。電流產(chǎn)生條件
電源供電電路必須是閉合2.電路基本物理量☆電流強(qiáng)度等于單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。大寫
I
表示直流電流,小寫i
表示電流的一般符號(hào)?;螂娏鲉挝籗I制(國際單位制)1kA=103A,1A=103mA,1A=106μAA(安[培]),kA(千安)、mA(毫安)、μA(微安)
電流實(shí)際方向
習(xí)慣上規(guī)定為正電荷運(yùn)動(dòng)方向
簡(jiǎn)單直流電路,電流的實(shí)際方向是由電源的正極性端流出的。復(fù)雜直流電流,電流的實(shí)際方向往往難于判斷;交流電路中由于電流的方向是隨時(shí)間變化的,它的實(shí)際方向也就不能確定。
電流參考方向任意假定,實(shí)線箭頭表示,標(biāo)在電路圖上電流參考方向
電流實(shí)際方向
i﹥0,表明電流的實(shí)際方向與參考方向一致電流參考方向
電流實(shí)際方向
i﹤0,表明電流的實(shí)際方向與參考方向相反
例:指出圖示元件中電流的實(shí)際方向
電流為負(fù),表明電流的實(shí)際方向與參考方向相反,即電流的實(shí)際方向是由a指向b。沒有標(biāo)注電流的參考方向,無法判定電流的實(shí)際方向
。產(chǎn)生電流的根本原因
(2)電壓
電壓就是電場(chǎng)力將單位正電荷從電路中一點(diǎn)移至電路中另一點(diǎn)所做的功,用數(shù)學(xué)式可表達(dá)為
★國際單位制(SI)中,電壓的單位為伏特,簡(jiǎn)稱伏(V)★單位換算kV(千伏)、mV(毫伏)、μV(微伏)
1kV=103V,1V=103mV,1V=106μV電壓的方向參考方向高電位指向低電位,即電位降的方向。電壓也稱電壓降,簡(jiǎn)稱壓降。實(shí)際方向
任意假定,標(biāo)在電路圖上。通常用一對(duì)“+”、“-”極性符號(hào)表示;也可用箭頭表示,箭頭方向?yàn)楦唠娢欢酥赶虻碗娢欢恕k妷簠⒖挤较騛點(diǎn)標(biāo)以“+”,極性為正,稱為高電位b點(diǎn)標(biāo)以“-”,極性為負(fù),稱為低電位
電壓參考方向與實(shí)際方向關(guān)系
ab電壓參考方向電壓實(shí)際方向u>0+-ab電壓參考方向電壓實(shí)際方向u<0+-
在電路圖中,電壓的參考方向可以用箭頭表示,也可以用“+”、“-”極性表示,還可以用雙下標(biāo)表示,如下圖所示,并有uab=-uba。電壓參考方向或極性的表示abuabuab+-例:判斷圖示元件中電壓的真實(shí)極性。電壓為負(fù),表明電壓的實(shí)際極性與參考極性相反,即電壓的真實(shí)極性是a點(diǎn)為負(fù),b點(diǎn)為正
沒有標(biāo)注電壓的參考方向,無法判定電壓的真實(shí)極性
電流電壓的關(guān)聯(lián)參考方向?yàn)槭裁匆陔娐穲D中標(biāo)示參考方向?參考方向是為了給方程式中各量前面的正、負(fù)號(hào)以依據(jù)aiRub關(guān)聯(lián)參考方向下:
u=iRaiRub非關(guān)聯(lián)參考方向下:
u=-iR說明:①選用哪一種,原則上任意。習(xí)慣上:無源元件取關(guān)聯(lián)參考方向;有源元件取非關(guān)聯(lián)參考方向。②u、i
參考方向一經(jīng)確定,計(jì)算過程中不得改變。③電路圖中標(biāo)出的方向均為參考方向。(3)電位說明:電位是可正、可負(fù)的。
例如:Va>0,表示a點(diǎn)電位高于參考點(diǎn)電位。
通常規(guī)定參考點(diǎn)的電位為零,因此參考點(diǎn)又稱為零電位參考點(diǎn)。
工程上常選大地、設(shè)備外殼或接地點(diǎn)為參考點(diǎn)。電路中某點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的電壓稱為該點(diǎn)的電位。a點(diǎn)的電位Va就是a點(diǎn)到參考點(diǎn)0的電壓Ua0,即Va
=Ua0。電位的單位為伏特,簡(jiǎn)稱伏(V)電位表示圖R1R2VaVbba0
如圖所示,以電路中的0點(diǎn)為參考點(diǎn),則有Va=Ua0,Vb=Ub0。對(duì)電位參考點(diǎn)的幾點(diǎn)說明:
(1)計(jì)算電路中各點(diǎn)的電位時(shí),必須首先選擇零電位參考點(diǎn);
(2)參考點(diǎn)的選擇是任意的,但一經(jīng)選定,在計(jì)算過程中便不得隨意更改;
(3)參考點(diǎn)選得不同,各點(diǎn)的電位也隨之而異,但兩點(diǎn)間的電壓卻與參考點(diǎn)的選擇無關(guān);(4)等電位:若a、b兩點(diǎn)間的電壓則表示a、b兩點(diǎn)間等電位。(4)電動(dòng)勢(shì)
電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向規(guī)定為由電源負(fù)極指向電源正極,即電位升高的方向。因此電動(dòng)勢(shì)的大小與電源電壓相等而實(shí)際方向與電壓相反。
電源力將單位正電荷從電源負(fù)極經(jīng)過電源內(nèi)部移動(dòng)到電源正極所做的功稱為電源的電動(dòng)勢(shì),用符號(hào)“E”表示。電動(dòng)勢(shì)的單位為伏特,簡(jiǎn)稱伏(V)
電能的單位是焦耳,簡(jiǎn)稱焦,用符號(hào)J表示。在工程和生活中,電能的常用單位是kWh(千瓦時(shí),俗稱“度”)。1kWh俗稱1度電,即1千瓦的用電設(shè)備在1小時(shí)內(nèi)用的電能。1kWh=103W×3600s=3.6×106J
繳納電費(fèi)時(shí),都是以電能的千瓦時(shí)為單位計(jì)價(jià)的。例如,一個(gè)100W的燈泡持續(xù)照明10h(小時(shí)),消耗的電能為1度電。(5)電能電流所做的功稱為電功,又叫電能,用W表示,即功率單位SI單位W(瓦)。在電力系統(tǒng)中,常用kW(千瓦)或MW(兆瓦),弱電工程中,常用mW(毫瓦)
1MW=106W,1kW=103W,1W=103mW(6)電功率電路中單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生或消耗的電能稱為電功率,用P表示,即功率正負(fù)判斷元件的性質(zhì),即該元件是產(chǎn)生能量還是消耗能量。P﹥0元件是吸收(消耗)功率,具有負(fù)載特性
P﹤0元件是發(fā)出(產(chǎn)生)功率,具有電源特性功率計(jì)算當(dāng)電流、電壓取關(guān)聯(lián)參考方向時(shí),P=UI;當(dāng)電流、電壓取非關(guān)聯(lián)參考方向時(shí),P=-UI。
例
圖中I1=3A,I2=10A,I3=-7A,U1=-20V,U2=20V,U3=-20V。計(jì)算各元件功率,說明是發(fā)出功率還是吸收功率P1=U1I1=(-20)×3W=-60W,元件1發(fā)出功率
元件1的電壓電流為關(guān)聯(lián)參考方向元件2的電壓電流為關(guān)聯(lián)參考方向元件3的電壓電流為非關(guān)聯(lián)參考方向P2=U2I2=20×10W=200W,元件2吸收功率
P3=-U3I3=-(-20)×(-7)W=-140W,元件3發(fā)出功率產(chǎn)品在給定工作條件下保證電氣設(shè)備安全運(yùn)行而規(guī)定的容許值。它是指導(dǎo)用戶正確使用電器設(shè)備的技術(shù)數(shù)據(jù)。
如額定電壓UN、額定電流IN和額定功率PN額定值通常標(biāo)在設(shè)備的銘牌上或在說明書中給出。例如,一盞白熾燈上標(biāo)有“220V、60W”,表示這盞燈的額定電壓為220V,額定功率為60W。
滿載=額定電流輕載?額定電流
過載?額定電流3.電氣設(shè)備額定值理想元件將實(shí)際電路元件理想化,即突出其主要的電磁性質(zhì),忽略次要因素。如:實(shí)際電爐
理想電阻元件
通電后產(chǎn)生大量的熱(電流的熱效應(yīng)),呈電阻性;由于有電流通過還要產(chǎn)生磁場(chǎng)(電流的磁效應(yīng)),它又呈電感性。但其電感微小,是次要因素,可以忽略
理想化實(shí)際電路元件的電磁現(xiàn)象按性質(zhì)可分為提供電能、消耗電能、儲(chǔ)存電場(chǎng)量和儲(chǔ)存磁場(chǎng)能電源元件-----提供電能電感元件-----儲(chǔ)存磁場(chǎng)能電阻元件-----消耗電能電容元件-----儲(chǔ)存電場(chǎng)能常用理想元件二、理想元件電路模型理想電路元件又分有有源和無源兩大類RC+
US–IS電阻元件電容元件理想電壓源理想電流源L無源二端元件有源二端元件電感元件電路模型由理想電路元件所組成的電路
電源
燈泡
開關(guān)
任務(wù)二:基爾霍夫定律及應(yīng)用能力目標(biāo):理解電路的基本術(shù)語。掌握基爾霍夫定律的內(nèi)容,會(huì)列寫KCL、KVL方程。熟悉支路電流法的步驟,能靈活使用支路電流法求解電路。(1)支路電路中流過同一電流的電路分支。
含有電源元件的支路稱為有源支路,不含電源元件的支路稱為無源支路。支路中流過的電流稱為支路電流。支路兩端的電壓稱為支路電壓。圖中有三條支路,adc支路和abc支路為有源支路,支路電流分別為I1和I2,ac支路為無源支路,支路電流為I3
。一、電路的基本術(shù)語三條或三條以上支路的公共連接點(diǎn)
圖中有a、c兩個(gè)節(jié)點(diǎn),而b點(diǎn)和d點(diǎn)不是節(jié)點(diǎn)電路中任意一條閉合的路徑
圖中有acda、abca、abcda三個(gè)回路內(nèi)部不再包含其他支路的回路稱為網(wǎng)孔,也稱獨(dú)立回路
圖中有acda、abca兩個(gè)網(wǎng)孔(2)節(jié)點(diǎn)(3)回路(4)網(wǎng)孔也稱節(jié)點(diǎn)電流定律,簡(jiǎn)寫為KCL
基本內(nèi)容
任一時(shí)刻,流入任一節(jié)點(diǎn)的支路電流之和必定等于從該節(jié)點(diǎn)流出的支路電流之和。
數(shù)學(xué)表達(dá)式
(節(jié)點(diǎn)電流方程或KCL方程)
上式說明,若規(guī)定流入節(jié)點(diǎn)的電流為正,流出節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù),那么,基爾霍夫電流定律的內(nèi)容又可以表述為:任一時(shí)刻,流入(或流出)任一節(jié)點(diǎn)的支路電流的代數(shù)和恒等于零。節(jié)點(diǎn)aI1-I2+I(xiàn)3-I4=0I1+I(xiàn)3=I2+I(xiàn)4
二、基爾霍夫電流定律I1I2I3I4a或即流入任一封閉面的支路電流之和等于流出該封閉面的支路電流之和推廣應(yīng)用
任一假定的封閉面
(廣義節(jié)點(diǎn))假定一封閉面(圖中虛線所示)根據(jù)KCL有I2=I1+I(xiàn)3
也稱回路電壓定律,簡(jiǎn)寫為KVL
基本內(nèi)容
列寫KVL方程時(shí)先選定回路繞行方向,當(dāng)回路內(nèi)電壓的參考方向與回路繞行方向一致時(shí),該電壓前取“+”號(hào);反之,該電壓前取“-”號(hào)。
任一時(shí)刻,沿任一回路繞行一周,回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零數(shù)學(xué)表達(dá)式
(回路電壓方程或KVL方程)
abca回路
-I2R2-I3R3+US2=0
三、基爾霍夫電壓定律adba回路
adbca回路
I1R1+I(xiàn)3R3-US1=0
I1R1-I2R2+US2-US1=0
adbca回路
I1R1-I2R2=US1-US2所有電阻上電壓代數(shù)和所有電壓源電壓代數(shù)和
流過電阻的電流參考方向與回路繞行方向一致,電阻上電壓前取“+”號(hào)
電壓源電壓參考方向與回路繞行方向相反,電壓源電壓前取“+”號(hào)
推廣應(yīng)用
電路中任意假想的閉合回路(廣義回路)
回路電壓方程
-IRUS
+U+-IR+US-U=0
U=IR+US
解得
例:如圖1-14所示電路,已知US1=12V,US2=3V,R1=3Ω,R2=9Ω,R3=10Ω,求Uab。
對(duì)節(jié)點(diǎn)c,由KCL可得
對(duì)回路1,由KVL可得解:
對(duì)回路2,由KVL可得
所以
A以支路電流為待求變量,通過列寫節(jié)點(diǎn)的KCL方程和回路的KVL方程,聯(lián)立方程組,從而求解各支路電流
求解步驟如下:
對(duì)于有n個(gè)節(jié)點(diǎn)、b條支路的電路
(1)在電路圖中標(biāo)出各支路電流的參考方向和回路的繞行方向。(2)根據(jù)KCL列出(n-1)個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)電流方程。
(3)根據(jù)KVL列出[b-(n-1)]個(gè)獨(dú)立的回路電壓方程。(4)聯(lián)解方程組,求解各支路電流。四、支路電流法(2)求各電阻上吸收的功率例:
用支路電流法求解電路中各支路電流及各電阻上吸收的功率。解:(1)求各支路電流。
該電路有三條支路、兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。各支路電流的參考方向和回路繞行方向如圖所示。
列寫?yīng)毩⒒芈返腒VL方程
回路2
聯(lián)立方程組,得到
電阻R2吸收的功率支路電流I1、I2、I3的值為負(fù),說明實(shí)際方向與參考方向相反。
列寫節(jié)點(diǎn)a的KCL方程回路1
電阻R1吸收的功率電阻R3吸收的功率任務(wù)三:電阻電路的等效變換能力目標(biāo):熟悉電阻串聯(lián)電路的特點(diǎn)。熟悉電路并聯(lián)電路的特點(diǎn)。能通過對(duì)電阻電路的化簡(jiǎn)求解電路。
電路中,若干個(gè)電阻依次首尾相連,各電阻流過同一電流,這種連接方式稱為電阻的串聯(lián)。設(shè)n個(gè)電阻串聯(lián)等效電阻特點(diǎn)一、電阻串聯(lián)電阻串聯(lián)時(shí),各電阻上的電壓說明:
在串聯(lián)電路中,當(dāng)外加電壓一定時(shí),各串聯(lián)電阻上的電壓與其電阻值成正比。
U1:U2:…:Un
=R1:R2:…:Rn分壓作用電阻串聯(lián)時(shí),每個(gè)電阻的功率與電阻的關(guān)系為P1:P2:…:Pn
=R1:R2:…:Rn各電阻吸收的功率為
兩個(gè)線性電阻串聯(lián)電路IR1R2U1U2U+-R=R1+R2P1=I2R1,P2=I2R2(2)在表頭中串聯(lián)電阻Rb,如圖所示。例:
如圖所示,已知萬用表表頭額定電流(又稱表頭靈敏度,是指表頭指針從標(biāo)度尺零點(diǎn)偏轉(zhuǎn)到滿標(biāo)度時(shí)所通過的電流)Ia=50μA,萬用表電阻為3kΩ,問該萬用表能否直接用來測(cè)量U=10V的電壓?若不能,應(yīng)串聯(lián)多大的電阻?解:(1)表頭能承受的電壓
因萬用表滿度偏轉(zhuǎn)時(shí),電流為Ia=50μA,所以Ua=IaRa=50×10-6×3×103=0.15(V)若將10V電壓直接接入,表頭會(huì)因電流過大而燒壞。
電路中,若干個(gè)電阻首尾分別相連,各個(gè)電阻承受同一電壓,這種連接方式稱為電阻的并聯(lián)。設(shè)n個(gè)電阻并聯(lián)UIR+-IInI2R2I1R1Rn+U-特點(diǎn)二、電阻并聯(lián)等效電阻IInI2R2I1R1Rn+U-UIR+-分流作用電阻并聯(lián)時(shí),每個(gè)電阻的功率與電阻的關(guān)系為:同理推出并聯(lián)的每個(gè)電阻吸收的功率也與它們的阻值成反比。
并聯(lián)電阻具有分流作用,如:電阻Rk
越大,分流越小,反之Rk
越小,分流越大。說明:兩個(gè)電阻并聯(lián),電阻小分流大;電阻大分流小。
IR2I2R1I1兩電阻并聯(lián):等效電阻:分流公式:使用條件:
I1
、I2
及I
參考方向一致。功率:分流電阻Rb上承受的電壓Ub等于表頭承受的電壓Ua,即例:
如圖所示,已知萬用表表頭額定電流Ia=0.05mA,萬用表電阻為3kΩ,現(xiàn)欲測(cè)I=10mA的電流,應(yīng)并聯(lián)多大的電阻?解:設(shè)表頭并聯(lián)電阻為Rb,由圖可知
故分析電阻混聯(lián)電路的一般步驟為:(1)計(jì)算各串聯(lián)和并聯(lián)部分的等效電阻,再計(jì)算總的等效電阻。(2)應(yīng)用歐姆定律,由總電壓和總等效電阻求得總電流。(3)根據(jù)串聯(lián)電阻的分壓公式和并聯(lián)電阻的分流公式,逐步求出各電阻的電流、電壓以及功率等。電路中,既有電阻的串聯(lián),又有電阻的并聯(lián),這種連接方式稱為電阻的混聯(lián)。三、電阻混聯(lián)例
電路如圖所示,試求ab兩端的等效電阻。解:
由a、b端向里看,R2和R3,R4和R5均連接在相同的兩點(diǎn)之間,因此是并聯(lián)關(guān)系,把這4個(gè)電阻兩兩并聯(lián)后,電路中除了a、b兩點(diǎn)不再有節(jié)點(diǎn),所以它們的等效電阻與R1和R6相串聯(lián)。所以,ab兩端的等效電阻為:
Rab=R1+R6+(R2//R3)+(R4//R5)學(xué)習(xí)導(dǎo)航任務(wù)重點(diǎn)難點(diǎn)關(guān)鍵能力交流電的特點(diǎn)及表示方法1.正弦交流電的概念及其三要素;2.理解交流電有效值的概念及其與最大值的關(guān)系;
1.交流電有效值計(jì)算;2.正弦量解析式、波形圖的相互轉(zhuǎn)換1.掌握正弦量三要素的概念、交流電有效值、最大值之間的關(guān)系;2.理解正弦量的初相與相位差的概念。3..掌握正弦量的相量表示法。正弦交流線路R、L、C元件電壓與電流相量關(guān)系。
R、L、C元件電壓與電流的相量關(guān)系與相量圖,感抗、容抗計(jì)算。
1.掌握R、L、C及RLC的交流電路;2.掌握容抗、感抗、阻抗的含義及其決定因素;3.掌握電阻、電感、電容元件兩端電壓與通過其電流的大小和相位關(guān)系。交流電路的功率、功率因數(shù)1.交流電路瞬時(shí)功率、有功功率、無功功率、視在功率、功率因素等概念;2.交流電路有功功率、無功功率、視在功率的計(jì)算方法,3.功率因素提高的意義和方法。提高功率因數(shù)的有關(guān)計(jì)算。1.掌握有功功率、無功功率、視在功率以及功率因數(shù)的含義;2.掌握功率因素提高的意義和方法。三相交流電源1.對(duì)稱三相電壓的特點(diǎn);2.三相電源的相序;3.三相電源的Y形聯(lián)結(jié);4.Y形電源的相電壓、線電壓及其關(guān)系。1.三相負(fù)載星形、三角形連接的特點(diǎn);2.相電壓、線電壓的知識(shí)。1.理解交流電的產(chǎn)生及輸送過程;2.掌握三相負(fù)載星形、三角形連接的特點(diǎn)。三相電路中負(fù)載的連接1.三相對(duì)稱星形負(fù)載電路的特點(diǎn)及計(jì)算;2.三相對(duì)稱三角形負(fù)載電路的特點(diǎn)及計(jì)算。
1根據(jù)三相交流電源的參數(shù)正確選擇三相負(fù)載的聯(lián)接方式;2.三相對(duì)稱負(fù)載電路的計(jì)算。1.掌握三相負(fù)載星型和三角形連接的特點(diǎn);2.掌握兩種連接方式下,線電壓和相電壓、線電流和相電流的關(guān)系;3.了解中線的作用。三相交流電路的功率三相電路的功率計(jì)算公式。三相電路的功率因數(shù)。掌握三相對(duì)稱負(fù)載電路的功率的計(jì)算。項(xiàng)目二
正弦交流電路原理分析能力目標(biāo):
了解正弦交流電的周期、頻率、角頻率、幅值、初相位、相位差等特征量,理解正弦交流電的解析式、波形圖、相量圖、三要素等概念。任務(wù)四:正弦交流電路的基本概念
正弦量的相量表示掌握正弦交流量有效值、平均值與最大值之間的關(guān)系,以及同頻率正弦量的相位差的計(jì)算。一.正弦交流電路的基本概念隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的電壓、電流稱為正弦電壓和正弦電流。表達(dá)式為:i1.
正弦交流電的周期、頻率和角頻率角頻率ω:正弦量單位時(shí)間內(nèi)變化的弧度數(shù)。角頻率與周期及頻率的關(guān)系:周期T:正弦量完整變化一周所需要的時(shí)間。頻率f:正弦量在單位時(shí)間內(nèi)變化的周數(shù)。周期與頻率的關(guān)系:2.
正弦交流電的瞬時(shí)值、最大值和有效值瞬時(shí)值是以解析式表示的:最大值就是上式中的Im,Im反映了正弦量振蕩的幅度。有效值指與交流電熱效應(yīng)相同的直流電數(shù)值。Rii通過電阻R時(shí),在t時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為QRII通過電阻R時(shí),在t時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量也為Q上述直流電流I就是上述交流電流i的有效值。理論和實(shí)際都可以證明:3.
正弦交流電的相位、初相和相位差正弦量表達(dá)式中的角度。相位:t=0時(shí)的相位。初相:指兩個(gè)同頻率正弦量之間的相位差,數(shù)值上等于它們的初相之差。相位差:相位初相u、i的相位差為:如:若電壓超前電流
兩同頻率的正弦量之間的初相位之差。相位差
:ui電流滯后電壓uiωt0電流超前電壓電壓與電流同相
電流超前電壓
電壓與電流反相uiωtuiOuiωtui90°OuiωtuiOωtuiuiO②不同頻率的正弦量比較無意義。
①兩同頻率的正弦量之間的相位差為常數(shù),與計(jì)時(shí)起點(diǎn)的選擇無關(guān)。注意:tO例1:已知,,310V,50Hz,試求有效值和0.1s的瞬時(shí)值。解:例2
已知:,求哪一個(gè)超前?多少度?解:瞬時(shí)值表達(dá)式相量必須小寫波形圖i
正弦量的表示方法:重點(diǎn)前兩種不便于運(yùn)算,重點(diǎn)介紹相量表示法。二.正弦量的相量表示正弦量的相量表示:相量的模表示正弦量的有效值相量的幅角表示正弦量的初相位已知例3.試用相量表示i,u
。解:例4.試寫出電流的瞬時(shí)值表達(dá)式。解:旋轉(zhuǎn)因子相量相量的幾何意義A(t)是旋轉(zhuǎn)相量旋轉(zhuǎn)相量在縱軸上的投影就是正弦函數(shù)
相量圖yiyu例5能力目標(biāo):
掌握電阻、電感、電容等元件電路中電壓電流之間各種關(guān)系。
任務(wù)五:?jiǎn)我辉恼医涣骶€路理解瞬時(shí)功率、平均功率、無功功率的概念。掌握感抗、容抗的概念。一.純電阻交流電路1、純電阻元件電壓、電流關(guān)系設(shè)則Ri
ui=uR解析式:相量表達(dá)式:1.頻率相同;2.相位相同;3.
有效值關(guān)系:4.
相量關(guān)系;U相量圖為:I電阻元件上的電壓、電流關(guān)系可歸納為:
(1)瞬時(shí)功率
p瞬時(shí)功率用小寫!則結(jié)論:1.p隨時(shí)間變化;2.p≥0,為耗能元件。uip=UI-UIcos2tωtUI-UIcos2t2、純電阻元件的功率(2)平均功率(有功功率)P(一個(gè)周期內(nèi)的平均值)由:可得:P=UI例求:“220V、100W”和“220V、40W”燈泡的電阻?平均功率用大寫!解:顯然,在相同電壓下,負(fù)載的電阻與功率成反比。例
設(shè)則解析式:Li
u二.純電感交流電路1、純電感元件電壓、電流關(guān)系uωtuiiO電感元件上的電壓、電流關(guān)系可歸納為:①頻率相同②有效值U=IL
③電壓超前電流90相位差④相量表達(dá)式:IU相量圖:電感元件上u
超前i
90°。或其中:U=LI=2πfLI=IXL電感元件上電壓、電流的有效值關(guān)系為:XL=2πfL=ωL稱為電感元件的電抗,簡(jiǎn)稱感抗。感抗反映了電感元件對(duì)正弦交流電流的阻礙作用;感抗的單位與電阻相同,也是歐姆【Ω】。感抗與哪些因素有關(guān)?XL與頻率成正比;與電感量L成正比直流情況下感抗為多大?電感L具有通直阻交的作用直流:f=0,XL=0,電感L視為短路交流:fXL感抗XL是頻率的函數(shù)電感電路復(fù)數(shù)形式的歐姆定律相量圖超前根據(jù):則:O2.純電感元件的功率
(1)瞬時(shí)功率
p瞬時(shí)功率用小寫!則儲(chǔ)能p<0+p>0分析:瞬時(shí)功率
:ui+-ui+-ui+-ui+-+p>0p<0放能儲(chǔ)能放能電感L是儲(chǔ)能元件。iuopo結(jié)論:純電感不消耗能量,只和電源進(jìn)行能量交換(能量的吞吐)??赡娴哪芰哭D(zhuǎn)換過程P=0,電感元件不耗能。(2)平均功率(有功功率)P問題與討論1.電源電壓不變,當(dāng)電路的頻率變化時(shí),通過電感元件的電流發(fā)生變化嗎?
Q反映了電感元件與電源之間能量交換的規(guī)模。(3)無功功率Q2.能從字面上把無功功率理解為無用之功嗎?f變化時(shí)XL隨之變化,導(dǎo)致電流i變化。不能!單位:var
例:把一個(gè)0.1H的電感接到f=50Hz,U=10V的正弦電源上,求I,如保持U不變,而電源f=5000Hz,這時(shí)I為多少?(2)當(dāng)f=5000Hz時(shí)所以電感元件具有通低頻阻高頻的特性解:(1)當(dāng)f=50Hz時(shí)例:一只L=20mH的電感線圈,通以
的電流。求:(1)感抗XL;(2)線圈兩端的電壓u;(3)有功功率和無功功率。解:設(shè)則解析式:Cic
u
三.純電容交流電路1、純電容元件電壓、電流關(guān)系iuiu電容元件上的電壓、電流關(guān)系可歸納為:①頻率相同②有效值
③電流超前電壓90或④相量表達(dá)式:UI相量圖:電容元件上i
超前u90°。相位差其中:IC=UC=U2πfC=U/XC電容元件上電壓、電流的有效值關(guān)系為:容抗與哪些因素有關(guān)?XC與頻率成反比;與電容量C成反比直流情況下容抗為多大?XC=稱為電容元件的電抗,簡(jiǎn)稱容抗。容抗反映了電容元件對(duì)正弦交流電流的阻礙作用;容抗的單位與電阻相同,也是歐姆【Ω】。ωC1所以電容C具有隔直通交的作用XC直流:XC,電容C視為開路交流:f容抗XC是頻率的函數(shù)則:電容電路中復(fù)數(shù)形式的歐姆定律相量圖超前O由2.電容元件的功率
(1)瞬時(shí)功率
p瞬時(shí)功率用小寫!則瞬時(shí)功率
:ui+-ui+-ui+-ui+-+p>0充電p<0放電+p>0充電p<0放電po所以電容C是儲(chǔ)能元件。結(jié)論:純電容不消耗能量,只和電源進(jìn)行能量交換(能量的吞吐)。uiou,iP=0,電容元件不耗能。(2).平均功率(有功功率)P問題與討論1.電容元件在直流、高頻電路中如何?
Q反映了電容元件與電源之間能量交換的規(guī)模。(3).無功功率Q2.電感元件和電容元件有什么異同?直流時(shí)C相當(dāng)于開路,高頻時(shí)C相當(dāng)于短路。
L和C上的電壓、電流相位正交,且具有對(duì)偶關(guān)系;L和C都是儲(chǔ)能元件;它們都是在電路中都是只交換不耗能。單位:var已知:C=1μF求:I
、i例i解:電流有效值求電容電路中的電流uC+-例:瞬時(shí)值i領(lǐng)先于u90°電流有效值單一元件的電壓電流關(guān)系相量關(guān)系U=LIU=RI有效值關(guān)系瞬時(shí)值關(guān)系CLR元件單一元件電壓電流的波形圖和相量圖相量圖波形圖RLCiutiutiutu、i同相u超前i90°i超前u90°單一元件的功率CL\R無功功率平均功率或有功功率瞬時(shí)功率元件能力目標(biāo):
正確理解交流電路中各種功率的物理含義和提高功率因數(shù)的意義和原理。
任務(wù)六:交流電路的功率、功率因數(shù)熟練應(yīng)用P、Q、及S的計(jì)算公式和各種計(jì)算方法,求出交流電路的功率。一.正弦交流電路功率的基本概念設(shè):一無源N網(wǎng)絡(luò)一.瞬時(shí)功率定義代入整理后得討論:
1.p以2ω變化(u、i以ω變化);
2.
u>0,i>0
時(shí),p>0,N
吸收功率;
3.u>0,i<0或u<0,i>0
時(shí),p<0,N
發(fā)出功率;tjcosIUp,u,ip(t)iu0瞬時(shí)功率實(shí)用意義不大,一般討論所說的功率指一個(gè)周期平均值。2.平均功率P:=u-i:功率因數(shù)角。對(duì)無源網(wǎng)絡(luò),為其等效阻抗的阻抗角。cos
:功率因數(shù)。其中P的單位:W,kW
cosj1,純電阻0,純電抗平均功率實(shí)際上是電阻消耗的功率,亦稱為有功功率。表示電路實(shí)際消耗的功率,它不僅與電壓電流有效值有關(guān),而且與cosj有關(guān),這是交流和直流的很大區(qū)別,主要由于電壓、電流存在相位差。討論:
N為單一元件時(shí):(含
n個(gè)R)∴對(duì)電路進(jìn)行P計(jì)算時(shí)可只求PR,則3.無功功率Q表示交換功率的最大值,單位:var(乏)。Q的大小反映網(wǎng)絡(luò)與外電路交換功率的大小。是由儲(chǔ)能元件L、C的性質(zhì)決定的而電阻元件無功功率為零。公式計(jì)算?!嘤?jì)算電路Q時(shí)可用討論:N為單一元件時(shí):4.視在功率S反映電氣設(shè)備的容量??傻霉β省鳌、P、Q關(guān)系:其中當(dāng)XL>XC時(shí),>0
表示u
超前i
--電路呈感性當(dāng)XL<XC時(shí),<0
表示u
滯后i
--電路呈容性當(dāng)XL=XC時(shí),=0
表示u
、i
同相--電路呈純阻性(諧振)二.功率因數(shù)提高
1.
提高功率因數(shù)的意義:①由功率△可知,在一定的P下,用電單位的越小,Q越大,S↗。為滿足用電,則供電線路的變壓器容量加大,投資↗,而設(shè)備利用率↘,網(wǎng)損↗。一般規(guī)定高壓用戶的
②設(shè)備S=Se時(shí),用戶發(fā)電設(shè)備利用率↗。越大,P↗出力提高。③↗網(wǎng)損:↘,△U↘。(原理:QC,QL互補(bǔ))的主要方法:2、提高解決辦法:并聯(lián)電容,提高功率因數(shù)(改進(jìn)自身設(shè)備)。分析:j1j2LRC+_分析依據(jù):補(bǔ)償前后P、U不變。由相量圖可知:功率因數(shù)提高后,線路上電流減少,就可以帶更多的負(fù)載,充分利用設(shè)備的能力。再從功率這個(gè)角度來看:并聯(lián)C后,電源向負(fù)載輸送的有功UILcosj1=UIcosj2不變,但是電源向負(fù)載輸送的無功UIsinj2<UILsinj1減少了,減少的這部分無功就由電容“產(chǎn)生”來補(bǔ)償,使感性負(fù)載吸收的無功不變,而功率因數(shù)得到改善。例:已知:f=50Hz,U=380V,P=20kW,cosj1=0.6(滯后)。要使功率因數(shù)提高到0.9,求并聯(lián)電容C。P=20kWcosj1=0.6+_CLRC+_解:j1j2補(bǔ)償容量也可以用功率三角形確定:j1j2PQCQLQ單純從提高cosj看是可以,但是負(fù)載上電壓改變了。在電網(wǎng)與電網(wǎng)連接上有用這種方法的,一般用戶采用并聯(lián)電容。思考:能否用串聯(lián)電容提高cosj?能力目標(biāo):
深刻理解對(duì)稱三相正弦量的瞬時(shí)表達(dá)式、波形、相量表達(dá)式及相量圖。
任務(wù)七:三相交流電源理解對(duì)稱三相電源的連接及線相、電壓的關(guān)系,線、相電流的關(guān)系。一.三相電源1.三相電源的產(chǎn)生通常由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生,三相繞組在空間互差120°,當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),在三相繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓,從而形成三相電源。NSooIwUZVXWY三相交流發(fā)電機(jī)示意圖
2.三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的三個(gè)正弦電壓三相電源電路符號(hào)如圖示。
UuUXVuVYWuWZU、V、W為三相電源的首端,X、Y、Z為三相電源的末端。
三相電源的特征:大小相等,頻率相同,相位互差120o。
若設(shè)U相電壓的初相角為0°,則三相電壓瞬時(shí)值表達(dá)式為:每一個(gè)理想電壓源稱為一相,其電壓稱為相電壓。波形如圖示。由波形圖可得:utwUupVuWup20三相電壓的相量表達(dá)式:由相量圖可知.WUVU.o120o120o120UU.UU.VU.WU.3.對(duì)稱三相正弦量
凡是滿足頻率相同、大小相等、相位依次互差120°的三個(gè)正弦量都稱為對(duì)稱三相正弦量,它們滿足瞬時(shí)值和或相量和為零。如上述由交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的三相正弦電壓、或(、),它們對(duì)應(yīng)的電源就稱為對(duì)稱三相電源。4.對(duì)稱三相電源的相序
定義:三相電源中各相電源經(jīng)過同一值(如最大值)的先后順序。正序(順序):U—V—W—U負(fù)序(逆序):U—W—V—UUVWUVW相序的實(shí)際意義:對(duì)三相電動(dòng)機(jī),如果相序反了,就會(huì)反轉(zhuǎn)。MUVW123MWVU123正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)低壓配電線路中規(guī)定用顏色區(qū)分各相,黃色表示U相,綠色表示V相,紅色表示W(wǎng)相二、三相電源的星形(Y形)聯(lián)結(jié)將三相電源的負(fù)極性端(末端)U2、V2、W2連接在一起,從正極性端(始端)分別引出三根輸電線
星形(Y形)聯(lián)結(jié)中性點(diǎn)
中性線(俗稱零線)
相線(俗稱火線)
三相四線制
星形聯(lián)接又分為帶中線與不帶中線兩種。相電壓與線電壓相線與中線之間的電壓
相電壓
相電壓有效值UP線電壓
相線與相線之間的電壓
線電壓有效值UL120120120相電壓:若是對(duì)稱三相電源,則有線電壓:火線間的電壓。30同理可得:相電壓與線電壓關(guān)系有效值關(guān)系
相位關(guān)系
線電壓超前相應(yīng)的相電壓30°
相電壓是220V
我國低壓供電系統(tǒng)
線電壓是380V
負(fù)載可根據(jù)額定電壓決定其接法:若負(fù)載額定電壓是380V,接在兩根相線之間;負(fù)載額定電壓是220V,接在相線與中線之間。
Y(Y0)聯(lián)接的對(duì)稱三相電源線電壓與相電壓的關(guān)系為:30°。分別超前、、2)相位關(guān)系:、、1)大小關(guān)系:結(jié)論:3)相電壓對(duì)稱,則線電壓也對(duì)稱。相電壓是對(duì)稱三相電壓,所以其它兩相電壓
線電壓和相電壓的關(guān)系,線電壓
分析:例1三相Y結(jié)電源為正序,相電壓試求其它兩相電壓和線電壓。2.三角形聯(lián)接(△):把三相電源的始端與末端順次連成一個(gè)閉合回路,再從兩兩的連接點(diǎn)引出端線。(1)聯(lián)接方式如圖示,三角形聯(lián)接的對(duì)稱三相電源沒有中點(diǎn)。
U1UXYWVZV1W1+++---三相三線制供電(2)線、相電壓的關(guān)系由電路圖可得線電壓相電壓
結(jié)論:
△聯(lián)接的對(duì)稱三相電源線電壓與相電壓的關(guān)系為:1)大小關(guān)系:VWVUU=..UVUUU=..WUWUU=..3)相電壓對(duì)稱,則線電壓也對(duì)稱。2)相位關(guān)系:
同相位。分別與、、、、特點(diǎn):線電壓=相電壓
(3)思考:若對(duì)稱三相電源△有一相接反會(huì)怎發(fā)生什么現(xiàn)象?正確接法錯(cuò)誤接法I=0,接電源中不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。I0,接電源中將會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。
目前,交流電在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用幾乎全是三相制,因?yàn)樗哂性S多優(yōu)點(diǎn):
(1)在尺寸相同的情況下,三相發(fā)電機(jī)比單相發(fā)電機(jī)輸出的功率大;
(2)在輸電距離、輸電電壓、輸送功率和線路損耗相同的條件下,三相輸電比單相輸電可節(jié)省25%的有色金屬;
(3)單相電路的瞬時(shí)功率隨時(shí)間交變,而對(duì)稱三相電路的瞬時(shí)功率是恒定的,這使得三相電動(dòng)機(jī)具有恒定轉(zhuǎn)矩,比單相電動(dòng)機(jī)的性能好,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)。能力目標(biāo):
熟練掌握負(fù)載的聯(lián)接方式。
任務(wù)八:三相電路中負(fù)載的連接掌握對(duì)稱三相負(fù)載的線相、電壓的關(guān)系,線、相電流的關(guān)系。
一、三相負(fù)載的連接原則負(fù)載分類
每相負(fù)載的大小和性質(zhì)完全相同
。如三相電動(dòng)機(jī)、三相變壓器、三相電爐等。單相負(fù)載:有兩根接線的負(fù)載,如電風(fēng)扇、電冰箱三相負(fù)載:有三個(gè)接線端的負(fù)載,如三相電動(dòng)機(jī)對(duì)稱三相負(fù)載
不對(duì)稱三相負(fù)載
各相負(fù)載不同。如三相照明電路中的負(fù)載。三相負(fù)載的連接原則負(fù)載的額定電壓等于電源提供的電壓?jiǎn)蜗嘭?fù)載盡量均衡地分配到三相電源上三相負(fù)載的一端連在一起與中線相接;另一端分別與相線相接的方式稱為:星形接法負(fù)載有兩種接法:UWV
NZZZUWVZZZ三相負(fù)載的首尾相連成一個(gè)閉環(huán),然后與三根相線相接的方式稱為:三角形接法二、負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路
將三相負(fù)載的一端連在一起后接到三相電源的中性線上,三相負(fù)載的另一端分別接到三相電源的相線上,這種連接方式稱為三相負(fù)載的星形(Y形)聯(lián)結(jié)
負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相四線制電路
三相負(fù)載的阻抗
ZU、
ZV、ZW
相電壓與線電壓三相負(fù)載的相電壓就是電源的相電壓三相負(fù)載的線電壓就是電源的線電壓相電流與線電流相電流
線電流流過每相負(fù)載的電流,有效值IP通過每根相線上的電流,有效值IL
線電流等于相電流
IL=IP
中線上通過的電流稱為中線電流。UWV
NZZZuUuVuW線電流iViWiU相電流iN中線電流星形聯(lián)結(jié)的對(duì)稱三相負(fù)載
負(fù)載相電壓對(duì)稱,負(fù)載相電流也是對(duì)稱
“算一相,推其余兩相”
中線電流流過中性線的電流
對(duì)稱三相負(fù)載負(fù)載相電流對(duì)稱中性線電流
把中性線去掉從而構(gòu)成三相三線制電路
三相異步電動(dòng)機(jī)是三相對(duì)稱負(fù)載,三相三線制供電的。
大電網(wǎng)的三相負(fù)載可以認(rèn)為基本上是對(duì)稱的,實(shí)際應(yīng)用中高壓輸電線都采用三相三線制。
三相電源對(duì)稱、三相Y接負(fù)載也對(duì)稱的情況下,三相負(fù)載電流也是對(duì)稱的,此時(shí)中線電流為零。不對(duì)稱三相負(fù)載中性線不能去掉
中性線電流
采用有中線的三相四線制電路
中性線的作用
保證負(fù)載相電壓對(duì)稱為了防止中性線突然斷開,在中性線上不準(zhǔn)安裝開關(guān)或熔斷器
*線電壓=相電壓,線電壓領(lǐng)先于相電壓30°。UWVNZZZUWVNZUZWZV負(fù)載星形接法時(shí)的一般計(jì)算方法解題思路:
一般線電壓為已知,然后根據(jù)電壓和負(fù)載求電流。1.負(fù)載對(duì)稱時(shí),只需計(jì)算一相。
如:則:據(jù)此可直接得出另兩相電流:(中線電流為0)2.負(fù)載對(duì)稱,只要求電流、電壓大小時(shí),僅算一相有效值即可。例:電源線電壓為380V,三相對(duì)稱負(fù)載Y接,Z=3+j4Ω,求:各相負(fù)載中的電流及中線電流。
設(shè)解:根據(jù)對(duì)稱關(guān)系可得:
由此例可得,對(duì)稱三相電路的計(jì)算可歸結(jié)為一相電路計(jì)算,其它兩相根據(jù)對(duì)稱關(guān)系可直接寫出。負(fù)載對(duì)稱時(shí)問題及討論Y形連接三相完全對(duì)稱時(shí),中線可以取消。稱為三相三線制。中線是否可以去掉?答:UZZZWV關(guān)于中線的結(jié)論
負(fù)載不對(duì)稱而又沒有中線時(shí),負(fù)載上可能得到大小不等的電壓,有的超過用電設(shè)備的額定電壓,有的達(dá)不到額定電壓,都不能正常工作。比如,照明電路中各相負(fù)載不能保證完全對(duì)稱,所以絕對(duì)不能采用三相三相制供電,而且必須保證中線可靠。
中線的作用在于,使星形連接的不對(duì)稱負(fù)載得到相等的相電壓。為了確保中線在運(yùn)行中不斷開,其上不允許接保險(xiǎn)絲也不允許接刀閘。
uuvuvwuwuΔ接負(fù)載的端電壓等于電源線電壓;負(fù)載中通過的電流稱為相電流IP;相線上通過的電流稱為線電流Il;各相負(fù)載中通過的電流分別為:各線電流與相電流的關(guān)系為:UWVZZZ線電流iwiViU相電流iUViWUiVW
三.三相負(fù)載的三角形聯(lián)接(Δ)電流相量圖-IVWIUIWU-IVIUV-IW
三相電源對(duì)稱、三相Δ接負(fù)載也對(duì)稱的情況下,三相負(fù)載中的相電流iUV、iVW、iWU也是對(duì)稱的,相線上通過的三個(gè)線電流iU、iV、iW也對(duì)稱。由相量圖還可看出,在三相對(duì)稱情況下,線電流是相電流的
倍,相位滯后與其相對(duì)應(yīng)的相電流30°。
由相量圖可看出:線、相電流關(guān)系式為:(2)負(fù)載對(duì)稱時(shí)(ZUV=ZVW=ZWU=Z
),各相電流有效值相等,相位互差120
。有效值為:(1)負(fù)載不對(duì)稱時(shí),先算出各相電流,然后計(jì)算線電流。UWVZZZ負(fù)載對(duì)稱時(shí)三角形接法的特點(diǎn)注意電路中規(guī)定的正方向UWV能力目標(biāo):
理解對(duì)稱三相電路的特點(diǎn)及各種功率的意義。
任務(wù)九:三相交流電路的功率熟練掌握對(duì)稱三相電路的計(jì)算方法。
負(fù)載對(duì)稱時(shí):三相總有功功率:星形接法時(shí):三角形接法時(shí):和接法有無關(guān)系?在三相負(fù)載對(duì)稱的條件下,三相電路的功率:無功功率:視在功率:有功功率:三相交流電路的小結(jié)(1)--三相電源三相三線制三相四線制UWVNUWVUWV三相電源一般都是對(duì)稱的,而且多用三相四線制接法。三相交流電路的小結(jié)(2)--三相負(fù)載星形負(fù)載三角形負(fù)載UWVNZZZUWVZZZ三相交流電路的小結(jié)(3)--三相電路計(jì)算負(fù)載形接法對(duì)稱負(fù)載下:各相電壓、電流單獨(dú)計(jì)算。負(fù)載不對(duì)稱時(shí):負(fù)載對(duì)稱時(shí):電壓對(duì)稱、電流對(duì)稱,只需計(jì)算一相。求電表讀數(shù)時(shí),可只算有效值,不算相位。三相電路的計(jì)算要特別注意相位問題。負(fù)載Y形接法電源對(duì)稱時(shí):三相交流電路的小結(jié)(4)--三相功率計(jì)算三相總功率:負(fù)載對(duì)稱時(shí):和接法無關(guān)無功功率:視在功率:例:三相負(fù)載Ω,接于線電壓為380V的電源上,試求分別作星形聯(lián)接和三角形聯(lián)接時(shí)三相電路總的有功功率。解:每相阻抗Ω。星形聯(lián)接時(shí),線電流A,故三相總的有功功率為三角形聯(lián)接時(shí),線電流A,故三相總的有功功率為kWkW學(xué)習(xí)導(dǎo)航任務(wù)重點(diǎn)難點(diǎn)關(guān)鍵能力常用低壓電器常用低壓電器的用途;常用低壓電器的分類;常用低壓電器的結(jié)構(gòu);常用低壓電器的技術(shù)參數(shù)。常用低壓電器工作原理;常用低壓電器的選用。常用低壓電器的安裝。三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu);三相異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)方法;三相異步電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)方法??刂齐娐吩矸治觯豢刂齐娐繁Wo(hù)設(shè)置;自鎖、互鎖作用。常用電工工具使用;控制電路安裝工藝;三相異步電動(dòng)機(jī)控制電器選用。三相異步電動(dòng)機(jī)電氣制動(dòng)控制制動(dòng)控制目的和實(shí)現(xiàn)方法;制動(dòng)控制注意事項(xiàng)??刂齐娐吩矸治?;控制電路的繪制??刂齐娐钒惭b工藝。三相異步電動(dòng)機(jī)條件控制順序控制實(shí)現(xiàn)方法;多地控制實(shí)現(xiàn)方法??刂齐娐吩矸治?;簡(jiǎn)單控制電路設(shè)計(jì)??刂齐娐肪S修、維護(hù);三相異步電動(dòng)機(jī)控制電路設(shè)計(jì)。項(xiàng)目三
三相異步電動(dòng)機(jī)電氣控制能力目標(biāo):(1)掌握常用低壓電氣設(shè)備基本結(jié)構(gòu)、工作原理和用途。(2)了解常用低壓電器技術(shù)數(shù)據(jù),并能正確使用。(3)掌握常用低壓電器選用方法。
任務(wù)十常用低壓電器使用分析1、按用途和控制對(duì)象分:分為低壓配電電器和低壓控制電器兩類。如低壓斷路器、熔斷器、接觸器、繼電器等。2、按工作原理分:分為電磁式和非電量控制電器。如電磁式繼電器、速度繼電器等。3、按動(dòng)作方式分:分為手動(dòng)電器和自動(dòng)電器。如刀開關(guān)、按鈕、繼電器等。一、低壓電器分類低壓電器的概念:是指交流工作電壓在1200V、直流電壓1500V及以下的電路中,對(duì)電路進(jìn)行控制、保護(hù)等作用的電器。常用分類方式有以下三種:二、常用低壓電器(1)刀開關(guān)的用途:是低壓配電電器中最簡(jiǎn)單的一種手動(dòng)控制電器,主要作用是用來隔離電源,也稱為隔離開關(guān)。HK系列刀開關(guān)外形HK系列刀開關(guān)結(jié)構(gòu)刀開關(guān)符號(hào)1、刀開關(guān)常用產(chǎn)品:HD11—HD14、HS11—HS13單、雙投刀開關(guān)系列;HK1、HK2開啟式負(fù)荷開關(guān)系列;HH3、HH4封閉式負(fù)荷開關(guān)系列和HR3刀熔開關(guān)系列;HH3、HH4系列鐵殼開關(guān)等。鐵殼開關(guān)外形鐵殼開關(guān)結(jié)構(gòu)(2)刀開關(guān)的結(jié)構(gòu)及分類刀開關(guān)分類:分為單極、雙極和三極三種。基本結(jié)構(gòu):由操作手柄、刀片(動(dòng)觸點(diǎn))、觸點(diǎn)座(靜觸點(diǎn))和底座組成。(3)刀開關(guān)主要技術(shù)參數(shù)3)分?jǐn)嗄芰Γ褐傅堕_關(guān)斷開電路的最大容量。1)額定電壓:指長(zhǎng)期工作時(shí)承受的最大電壓。2)額定電流:指長(zhǎng)期通過的最大允許電流。4)開關(guān)安裝要有一定的高度。(4)刀開關(guān)安裝1)操作手柄不能倒裝;2)電源接線應(yīng)在上端,負(fù)載接線在下端;3)鐵殼開關(guān)不能放置在地面上操作,也不能面對(duì)開關(guān)進(jìn)行操作;3)額定電流應(yīng)≧線路工作電流。
對(duì)電動(dòng)機(jī),開啟式負(fù)荷開關(guān)額定電流可取為電動(dòng)機(jī)額定電流的3倍;封閉式刀開關(guān)額定電流可取為電動(dòng)機(jī)額定電流的1.5倍。(5)刀開關(guān)選用方法1)根據(jù)適用條件的要求,選擇合理的類型、極數(shù)和操作方式。2)額定電壓應(yīng)≧線路電壓。主要技術(shù)數(shù)據(jù)有:額定電壓、額定電流和極數(shù)等。轉(zhuǎn)換開關(guān)外形轉(zhuǎn)換開關(guān)圖形符號(hào)
2、轉(zhuǎn)換開關(guān)(1)轉(zhuǎn)換開關(guān)的用途:轉(zhuǎn)換開關(guān)也稱為組合開關(guān),一般用來不頻繁地接通或斷開電路、換接電源或負(fù)載,也可以用來控制小容量電動(dòng)機(jī)。
由動(dòng)觸點(diǎn)(刀片)、靜觸點(diǎn)、轉(zhuǎn)軸、手柄、定位機(jī)構(gòu)和外殼組成,動(dòng)觸點(diǎn)分別疊裝在數(shù)層絕緣墊板之間。轉(zhuǎn)換開關(guān)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇方法與刀開關(guān)相同(2)轉(zhuǎn)換開關(guān)結(jié)構(gòu)3、控制按鈕按顏色分:紅、綠、黑、黃、藍(lán)、白、灰等;通常用紅色作停止按鈕,綠色作起動(dòng)按鈕,黑色作點(diǎn)動(dòng)按鈕。(1)控制按鈕用途及分類用途:分類:控制按鈕屬于主令電器,用在控制電路中,用來接通或斷開小電流電路。按功能分為:自動(dòng)復(fù)位和帶鎖定功能兩種;按結(jié)構(gòu)分為:?jiǎn)蝹€(gè)按鈕、雙位按鈕和三位按鈕;按操作方式分為:一般式、蘑菇頭急停式、旋轉(zhuǎn)式和鑰匙式等;由按鈕帽、橋式動(dòng)觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)、復(fù)位彈簧和外殼組成,觸點(diǎn)分為常開觸點(diǎn)(動(dòng)合觸點(diǎn))、常閉觸點(diǎn)(動(dòng)斷觸點(diǎn))。按鈕外形按鈕結(jié)構(gòu)(2)控制按鈕結(jié)構(gòu)及工作原理基本結(jié)構(gòu):第一次按下后,機(jī)械結(jié)構(gòu)鎖定,松手后不能自動(dòng)復(fù)位,須第二次按下后,鎖定機(jī)構(gòu)脫扣,再松手才能自動(dòng)復(fù)位。按鈕圖形符號(hào)工作原理:自復(fù)式按鈕按下按鈕,動(dòng)斷觸點(diǎn)先斷開,動(dòng)合觸點(diǎn)后閉合;松開按鈕,在復(fù)位彈簧的作用下按鈕自動(dòng)復(fù)位,即動(dòng)合觸點(diǎn)先斷開,動(dòng)斷觸點(diǎn)后閉合。帶自保持機(jī)構(gòu)按鈕4、空氣開關(guān)分為有塑殼式(裝置式)和萬能式(框架式)兩類。外形圖形符號(hào)(1)空氣開關(guān)用途空氣開關(guān)也是斷路器,是利用空氣熄滅開關(guān)過程中的電弧,因此稱為空氣開關(guān)。具有過載、短路、欠壓(失壓)等保護(hù)功能,在低壓電路中被廣泛使用。(2)空氣開關(guān)結(jié)構(gòu)及工作原理1—主觸點(diǎn)2—自由脫扣機(jī)構(gòu)3—過電流脫扣器4—分勵(lì)脫扣器5—加熱電阻絲6—欠電壓脫扣器7—脫扣按鈕8—跳鉤9—熱脫扣器由觸點(diǎn)系統(tǒng)、滅弧裝置、脫扣機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分構(gòu)成。主要結(jié)構(gòu):在線路電壓正常時(shí),欠電壓脫扣器6電磁吸力吸住銜鐵,主觸點(diǎn)閉合。電路電壓嚴(yán)重下降或斷電后,欠電壓脫扣器6電磁吸力不足銜鐵釋放,推動(dòng)杠桿向上使脫扣2與跳鉤8脫開,主觸頭斷開,切斷電源。工作原理當(dāng)線路短路或嚴(yán)重過載時(shí),電磁脫扣器3產(chǎn)生足夠大的吸力,將銜鐵吸合并撞擊杠桿,杠桿向上使脫扣2與跳鉤8脫開,在反力彈簧的作用下將三副主觸頭分?jǐn)啵袛嚯娫?。短路保護(hù)過載保護(hù)當(dāng)線路發(fā)生一般性過載時(shí),過載電流雖不能使電磁脫扣器動(dòng)作,但能使熱元件5產(chǎn)生一定熱量,促使雙金屬片9受熱向上彎曲,推動(dòng)杠桿向上使脫扣2與跳鉤8脫開,將主觸頭分?jǐn)?切斷電源。欠壓(失壓)保護(hù)6)應(yīng)經(jīng)常清除灰塵,防止絕緣水平降低。(3)低壓斷路器安裝1)安裝前應(yīng)擦凈脫扣器電磁鐵工作面上的防銹漆脂。2)斷路器與熔斷器配合使用時(shí),熔斷器應(yīng)盡可能裝在斷路器之前。3)不允許隨意調(diào)整電磁脫扣器的整定值。4)使用一段時(shí)間后,應(yīng)檢查彈簧是否生銹、卡住,防止不能正常動(dòng)作。5)如有嚴(yán)重的電灼傷痕跡,可用干布擦去;如觸點(diǎn)燒毛,可用砂紙或細(xì)銼修整,主觸點(diǎn)一般不允許用銼刀修整。6)欠壓脫扣器額定電壓﹦線路額定電壓。(4)低壓斷路器選用1)斷路器額定電壓≧線路的額定電壓。2)斷路器的額定電流應(yīng)≧負(fù)載電流。3)脫扣器的額定電流≧負(fù)載電流。4)極限分?jǐn)嗄芰ΘR線路中最大短路電流。5)線路末端單相對(duì)地短路電流與瞬時(shí)脫扣器整定電流之比應(yīng)不小于1.25。5、交流接觸器作遠(yuǎn)距離通、斷交流電路或控制交流電動(dòng)機(jī)的頻繁起停,屬于遙控電器。外形圖形符號(hào)
交流接觸器是一種主觸點(diǎn)常開的、三極的、以空氣作滅弧介質(zhì)的電磁式交流接觸器。主要由電磁系統(tǒng)、觸點(diǎn)系統(tǒng)、滅弧裝置、其它部分組成。包括:線圈、短路環(huán)、靜鐵芯、動(dòng)鐵芯、動(dòng)觸頭、靜觸頭、輔助常開觸頭、輔助常閉觸頭、壓力彈簧片、反作用彈簧、緩沖彈簧、滅弧罩等原件。(1)交流接觸器用途(2)交流接觸器結(jié)構(gòu)滅弧裝置:滅弧裝置的作用是迅速切斷主觸點(diǎn)開斷時(shí)的電弧,如不迅速切斷,將發(fā)生主觸點(diǎn)燒毛、熔焊等現(xiàn)象,因此交流接觸器一般都有滅弧裝置。對(duì)于容量較大的交流接觸器,常采用滅弧柵災(zāi)弧。內(nèi)部結(jié)構(gòu)電磁系統(tǒng):包括線圈、靜鐵心和動(dòng)鐵心(又稱銜鐵)。觸點(diǎn)系統(tǒng):包括主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)。主觸點(diǎn)允許通過較大的電流,起接通和切斷主電路的作用,通常以主觸點(diǎn)允許通過的最大電流(即額定電流)作為接觸器的技術(shù)參數(shù)之一。輔助觸點(diǎn)只允許通過較小的電流,使用時(shí)一般接在控制電路中。常開、常閉是指電磁系統(tǒng)未通電動(dòng)作前觸頭的狀態(tài),即常開觸頭是指線圈未通電時(shí),其動(dòng)、靜觸頭是處于斷開狀態(tài),又稱動(dòng)合觸頭;常閉觸頭是指線圈未通電時(shí),其動(dòng)、靜觸頭是閉合的,所以常閉觸頭又稱動(dòng)斷觸頭。主觸點(diǎn)一般為常開觸頭,輔助觸頭有常開的也有常閉的。(3)交流接觸器工作原理當(dāng)線圈通電時(shí),鐵芯被磁化,吸引銜鐵向下運(yùn)動(dòng),使得常閉觸頭斷開,常開觸頭閉合。當(dāng)線圈斷電時(shí),磁力消失,在反力彈簧的作用下,銜鐵回到原來位置,即使觸頭恢復(fù)到原來狀態(tài)。6)接觸器的觸頭應(yīng)定期清掃保持清潔,但不允許涂油。(4)交流接觸器安裝1)安裝前應(yīng)先作檢查:線圈的額定電壓、額定電流等技術(shù)數(shù)據(jù)是否符合要求;接觸器觸點(diǎn)接觸是否良好,有無卡阻現(xiàn)象;新安裝的接觸器應(yīng)擦凈鐵芯表面的防銹油。2)接觸器一般應(yīng)安裝在垂直面上,傾斜度不得超過5°。對(duì)有散熱孔的接觸器,散熱孔應(yīng)放在上下位置,以利于散熱。3)安裝與接線時(shí),切勿把零件失落在接觸器內(nèi)部,以免引起卡阻,或引起短路故障。4)應(yīng)擰緊固定螺釘,防止運(yùn)行振動(dòng)。5)觸點(diǎn)表面因電弧出現(xiàn)金屬小珠時(shí),應(yīng)及時(shí)銼修,但銀及銀合金觸頭表面產(chǎn)生的氧化膜,由于接觸電阻很小,可不必銼修,否則會(huì)縮短觸頭的壽命。3)額定電流應(yīng)≧被控主回路額定電流。(4)交流接觸器選用1)接觸器的額定電壓應(yīng)≧負(fù)載回路的額定電壓;2)吸引線圈的額定電壓=控制電路的額定電壓等級(jí)一致;
中間繼電器的基本結(jié)構(gòu)和接觸器相類似,沒有主觸點(diǎn)、輔助觸點(diǎn)之分。外形內(nèi)部結(jié)構(gòu)6、中間繼電器(1)中間繼電器用途中間繼電器實(shí)質(zhì)上是一種電壓繼電器,但它的觸點(diǎn)數(shù)量較多,觸點(diǎn)的額定電流較?。?A),在電路中主要用來擴(kuò)展觸點(diǎn)的數(shù)量。(2)中間繼電器的結(jié)構(gòu)選擇中間繼電器主要考慮觸點(diǎn)的類型和數(shù)量,線圈額定電壓的種類和數(shù)值。圖形符號(hào)(3)中間繼電器安裝中間繼電器的安裝方法和接觸器相似,但由于其觸點(diǎn)容量較小,一般不能接到主電路中。
(4)中間繼電器選用
按照動(dòng)作原理來分,時(shí)間繼電器有電磁式、電動(dòng)式、空氣阻尼式、晶體管式和數(shù)字式等類型。JS11時(shí)間繼電器CDJS18時(shí)間繼電器7、時(shí)間繼電器(1)時(shí)間繼電器用途時(shí)間繼電器是利用電磁原理和機(jī)械動(dòng)作來使其觸點(diǎn)獲得延遲動(dòng)作時(shí)間的。
傳動(dòng)機(jī)構(gòu):由杠桿、推板、推桿和寶塔形彈簧等組成。(2)時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)空氣阻尼式動(dòng)作時(shí)間由空氣通過小孔節(jié)流的原理來控制的。根據(jù)觸點(diǎn)延時(shí)的特點(diǎn),分為通電延時(shí)與斷電延時(shí)兩種。主要由電磁系統(tǒng)、觸點(diǎn)、氣室及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。電磁系統(tǒng):由線圈、動(dòng)鐵芯、靜鐵芯和反作用彈簧組成。觸點(diǎn):分為瞬時(shí)觸點(diǎn)、延時(shí)觸點(diǎn)兩種。不同型號(hào)觸點(diǎn)數(shù)量不同。氣室:氣室內(nèi)有一塊橡皮薄膜和活塞隨空氣量的增減而移動(dòng),氣室上面的調(diào)節(jié)螺釘可以調(diào)節(jié)延時(shí)的長(zhǎng)短。通電延時(shí)時(shí)間繼電器工作原理:當(dāng)線圈通電后,電磁機(jī)構(gòu)活動(dòng)銜鐵克服反力彈簧的阻尼,與靜鐵芯吸合,釋放空間,活塞桿在寶塔彈簧作用下向左移動(dòng),空氣由進(jìn)氣孔進(jìn)入氣囊。經(jīng)過一段時(shí)間后,活塞桿完成全部行程,通過杠桿壓動(dòng)微動(dòng)開關(guān),使常閉觸頭延時(shí)斷開,常開觸頭延時(shí)閉合。外形結(jié)構(gòu)(3)空氣阻尼式時(shí)間繼電器工作原理當(dāng)線圈失電后,電磁機(jī)構(gòu)活動(dòng)銜鐵在反力彈簧作用下壓縮寶塔彈簧,同時(shí)推動(dòng)活塞桿移動(dòng),使微動(dòng)開關(guān)瞬時(shí)復(fù)位,常閉觸頭瞬時(shí)閉合,常開觸頭瞬時(shí)閉合。當(dāng)線圈失電后,電磁機(jī)構(gòu)活動(dòng)銜鐵在反力彈簧作用下,與靜鐵芯分開,釋放空間,活塞杠在寶塔彈簧作用下移動(dòng),空氣由進(jìn)氣孔進(jìn)入氣囊,經(jīng)過一段時(shí)間后,活塞杠完成全部行程,壓縮微動(dòng)開關(guān),使常閉觸頭延時(shí)閉合,常開觸頭延時(shí)斷開。斷電延時(shí)時(shí)間繼電器工作原理:當(dāng)線圈通電后,電磁機(jī)構(gòu)活動(dòng)銜鐵克服反力彈簧的阻尼,與靜鐵芯吸合,活動(dòng)銜鐵推動(dòng)推桿壓縮寶塔彈簧,推動(dòng)活塞桿向右移動(dòng)至右限位,同時(shí)杠桿隨著運(yùn)動(dòng),使微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作,使常閉觸頭瞬時(shí)斷開,常開觸頭延時(shí)閉合。2)將線圈轉(zhuǎn)180°就能將通電延時(shí)改成斷電延時(shí)。同理也可將斷電延時(shí)改為通電延時(shí)。圖形符號(hào)時(shí)間繼電器安裝1)經(jīng)常清除灰塵和油污,防止延時(shí)誤差。3)根據(jù)線路工作電壓選擇電磁機(jī)構(gòu)的線圈額定電壓。(4)時(shí)間繼電器選用1)根據(jù)使用場(chǎng)合、工作環(huán)境類型。2)根據(jù)控制電路要求選擇延時(shí)方式。作用:熔斷器是一種在電路中作短路保護(hù)(有時(shí)也作過載保護(hù))的保護(hù)電器。(2)熔斷器結(jié)構(gòu)RC1A系列瓷插式熔斷器RL1系列螺旋式熔斷器RM10系列無填料封閉管式熔斷器RT0有填料封閉管式熔斷器8、熔斷器(1)熔斷器用途分類:分為瓷插式、螺旋式、無填料封閉管式和有填料封閉管式等類型。4)應(yīng)保證熔體與刀座接觸良好,以免因接觸電阻過大使熔體溫度升高而熔斷。(3)熔斷器安裝1)熔絲的額定電流≤熔管的額定電流。2)瓷插式熔斷器的熔絲應(yīng)順著螺釘旋緊方向繞過去;不要把熔絲繃緊,以免減小熔絲截面尺寸。3)對(duì)螺旋式熔斷器,電源線必須與瓷底座的下接線端連接,防止更換熔體時(shí)發(fā)生觸電。
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