第一篇：電工學(xué)教案

1.2 教學(xué)目的：

1．電路的組成及其作用，電路的三種基本狀態(tài)。

2．理解電流產(chǎn)生的條件和電流的概念，掌握電流的計(jì)算公式。教學(xué)重點(diǎn)：

1．電路各部分的作用及電路的三種狀態(tài)。2．電流的計(jì)算公式。教學(xué)難點(diǎn)：

對(duì)電路的三種狀態(tài)的理解。教學(xué)課時(shí)：

2課時(shí) 教學(xué)課題：

第一章 直流電路

第一節(jié) 電路及其基本物理量 教學(xué)過(guò)程：

（一）導(dǎo)入新課

本學(xué)期由我和大家一同學(xué)習(xí)《電工學(xué)》，本門課程只有理論課，期末成績(jī)由筆試成績(jī)和平時(shí)成績(jī)兩部分組成，筆試占60%，平時(shí)占40%。

（二）新課講授 電路的組成和作用

1、電流流過(guò)的路徑稱為電路，由直流電源供電的電路稱為直流電路。電路的組成：電源、負(fù)載、中間環(huán)路（畫(huà)圖講解）。

(1)電源：把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。如：干電池、蓄電池等。(2)負(fù)載：把電能轉(zhuǎn)變成其他形式能量的裝置，常稱為用電器。如電燈等。(3)導(dǎo)線：作用是連接電路，輸送電能。

（4）控制裝置：控制電路的通斷，開(kāi)關(guān)、繼電器。

電路最基本的作用：一是進(jìn)行電能的傳輸和轉(zhuǎn)換；二是進(jìn)行信息的傳輸和處理。電路的三種狀態(tài)（畫(huà)圖說(shuō)明）

1．通路（閉路）：電路各部分連接成閉合回路，有電流通過(guò)。2．開(kāi)路（斷路）：電路斷開(kāi)，電路中無(wú)電流通過(guò)。3．短路（捷路）：電源兩端的導(dǎo)線直接相連。電流很大，會(huì)損壞電源和導(dǎo)線，應(yīng)盡量避免。電流

1、電流的形成

電荷的定向移動(dòng)形成電流。在金屬導(dǎo)體中，實(shí)質(zhì)上能定向移動(dòng)的電荷是帶負(fù)電的自由電子。

2、電流的大小

在單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，就表示流過(guò)該導(dǎo)體的電流越強(qiáng)。若在t時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量是Q，則電流I可用下式表示

I?式中，I、Q、t的單位分別為A、C、s 電流的大小可用電流表進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)應(yīng)注意：

（1）對(duì)交、直流電流應(yīng)分別使用交流電流表和直流電流表測(cè)量。（2）電流表應(yīng)串接到被測(cè)量的電路中。

（3）注意直流電流表的正負(fù)極性。直流電流表表殼接線柱上標(biāo)明的“+”、“－”記號(hào)，應(yīng)和電路的極性相一致，不能接錯(cuò)，否則指針要反轉(zhuǎn)，既影響正常測(cè)量，也容易損壞電流表。（4）合理選擇電流表的量程

每個(gè)電流表都有一定的測(cè)量范圍，稱為電流表的量程。

一般被測(cè)電流的數(shù)值在電流表量程的一半以上，讀數(shù)較為準(zhǔn)確。因此在測(cè)量之前應(yīng)先估計(jì)被測(cè)電流大小，以便選擇適當(dāng)量程的電流表。

若無(wú)法估計(jì)，可先用電流表的最大量程擋測(cè)量，當(dāng)指針偏轉(zhuǎn)不到1/3刻度時(shí)，再改用較小擋去測(cè)量，直到測(cè)得正確數(shù)值為止。

3、電流的方向

習(xí)慣上規(guī)定正電荷移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?，因此電流的方向?qū)嶋H上與自由電子和負(fù)離子移動(dòng)的方向相反。

若電流的方向不隨時(shí)間的變化而變化，則稱其為直流電流，簡(jiǎn)稱直流，用符號(hào)DC表示。

其中，電流大小和方向都不隨時(shí)間變化而變化的電流，稱為穩(wěn)恒直流電；電流大小隨時(shí)間的變化而作周期性變化，但方向不變的稱為脈動(dòng)直流電。

Qt若電流的大小和方向都隨時(shí)間作相應(yīng)變化的，稱為交流，用符號(hào)AC表示。

參考方向：在分析和計(jì)算較為復(fù)雜的直流電路時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到某一電流的實(shí)際方向難以確定的問(wèn)題，這時(shí)可先任意假定電流的參考方向，然后根據(jù)電流的參考方向列方程求解。

如果計(jì)算結(jié)果I>0，表明電流的實(shí)際方向與參考方向相同。

如果計(jì)算結(jié)果I<0，表明電流的實(shí)際方向與參考方向相反。

如下圖所示電路中，電流參考方向已選定，已知I1=1A，I2=–3A，I3=–5A，試指出電流的實(shí)際方向。

（三）課堂小結(jié)

1．電路的組成及其作用。2．電路的三種工作狀態(tài)。

3．形成電流的條件。4．電流的大小和方向及參考方向。5．直流電的概念。

（四）課后作業(yè)

復(fù)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容

3.4 教學(xué)目的：

1．掌握電壓、電位及電動(dòng)勢(shì)的相關(guān)知識(shí)。2．了解電壓的測(cè)量方法。教學(xué)重點(diǎn)：

電壓、電位、電動(dòng)勢(shì) 教學(xué)難點(diǎn)：

電壓的關(guān)聯(lián)參考方向、電位分析 教學(xué)課時(shí)：

2課時(shí) 教學(xué)課題：

第一章 直流電路

第一節(jié) 電路及其基本物理量 教學(xué)過(guò)程：

（一）導(dǎo)入新課

復(fù)習(xí)：電路的組成及其作用，電路的三種基本狀態(tài)；電流產(chǎn)生的條件和電流的概念，電流的計(jì)算公式。今天來(lái)學(xué)習(xí)電壓、電位及電動(dòng)勢(shì)的相關(guān)知識(shí)。

（二）新課講授

電壓、電位和電動(dòng)勢(shì)

1、電壓

電場(chǎng)力將單位正電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn)所做的功，稱為a、b兩點(diǎn)間的電壓，用Uab表示。電壓?jiǎn)挝坏拿Q是伏特，簡(jiǎn)稱伏，用V表示。

已知圖a中，Uab=-5V；圖b中，Uab=-2V；圖c中，Uab=-4V。試指出電壓的實(shí)際方向。

2、電位

電路中某一點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的電壓即為該點(diǎn)的電位。電路中任意兩點(diǎn)之間的電位差就等于這兩點(diǎn)之間的電壓，即Uab = Ua－Ub，故電壓又稱電位差。

電路中某點(diǎn)的電位與參考點(diǎn)的選擇有關(guān)，但兩點(diǎn)間的電位差與參考點(diǎn)的選擇無(wú)關(guān)。

下圖所示電路中，已知E1 =24V，E2 =12V，電源內(nèi)阻可忽略不計(jì)，R1 = 3Ω，R2=4Ω，R3 =5Ω，分別選D 點(diǎn)和E 點(diǎn)為參考點(diǎn)，試求A、B、D、E 四點(diǎn)的電位及UAB和UED的值。

3、電動(dòng)勢(shì)

電源將正電荷從電源負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極的能力用電動(dòng)勢(shì)表示，電動(dòng)勢(shì)的符號(hào)為E，單位為V。

電動(dòng)勢(shì)的方向規(guī)定為在電源內(nèi)部由負(fù)極指向正極。

對(duì)于一個(gè)電源來(lái)說(shuō)，既有電動(dòng)勢(shì)，又有端電壓。電動(dòng)勢(shì)只存在于電源內(nèi)部；而端電壓則是電源加在外電路兩端的電壓，其方向由正極指向負(fù)極。

4、電壓的測(cè)量

（1）對(duì)交、直流電壓應(yīng)分別采用交流電壓表和直流電壓表測(cè)量。（2）電壓表必須并聯(lián)在被測(cè)電路的兩端。

（3）直流電壓表表殼接線柱上標(biāo)明的“+” “-”記號(hào)，應(yīng)和被測(cè)兩點(diǎn)的電位相一致,即“+”端接高電位,“-”端接低電位，不能接錯(cuò)，否則指針要反轉(zhuǎn)，并會(huì)損壞電壓表（4）合理選擇電壓表的量程,其方法和電流表相同。

（三）課堂小結(jié)

電壓、電位、電動(dòng)勢(shì)的相關(guān)知識(shí)

（四）課后作業(yè)

第二篇：電工學(xué)教案

第一章 電路的基本概念和定律

實(shí)際電路種類繁多，但就其功能來(lái)說(shuō)可概括為兩個(gè)方面。其一，是進(jìn)行能量的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換。典型的例子是電力系統(tǒng)中的輸電電路。發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)組將其他形式的能量(或熱能、或水的勢(shì)能、或原子能等)轉(zhuǎn)換成電能，通過(guò)變壓器、輸電線等輸送給各用戶負(fù)載，那里又把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能(如負(fù)載是電能機(jī))、光能(如負(fù)載是燈泡)、熱能(如負(fù)載是電爐等)，為人們生產(chǎn)、生活所利用。其二，是實(shí)現(xiàn)信息的傳遞與處理。這方面典型的例子有電話、收音機(jī)、電視機(jī)電路。接收天線把載有語(yǔ)言、音樂(lè)、圖像信息的電磁波接收后，通過(guò)電路把輸入信號(hào)(又稱激勵(lì))變換或處理為人們所需要的輸出信號(hào)(又稱響應(yīng))，送到揚(yáng)聲器或顯像管，再還原為語(yǔ)言、音樂(lè)或圖像。

(1)理想電路元件是具有某種確定的電磁性能的理想元件：理想電阻元件只消耗電能(既不貯藏電能，也不貯藏磁能)；理想電容元件只貯藏電能(既不消耗電能，也不貯藏磁能)；理想電感元件只貯藏磁能(既不消耗電能，也不貯藏電能)。理想電路元件是一種理想的模型并具有精確的數(shù)學(xué)定義，實(shí)際中并不存在。但是不能說(shuō)所定義的理想電路元件模型理論脫離實(shí)際，是無(wú)用的。這尤如實(shí)際中并不存在“質(zhì)點(diǎn)”但“質(zhì)點(diǎn)”這種理想模型在物理學(xué)科運(yùn)動(dòng)學(xué)原理分析與研究中舉足輕重一樣，人們所定義的理想電路元件模型在電路理論問(wèn)題分析與研究中充當(dāng)著重要角色。(2)不同的實(shí)際電路部件，只要具有相同的主要電磁性能，在一定條件下可用同一個(gè)模型表示，如上述的燈泡、電爐、電阻器這些不同的實(shí)際電路部件在低頻電路里都可用電阻R表示。(3)同一個(gè)實(shí)際電路部件在不同的應(yīng)用條件下，它的模型也可以有不同的形式，1.1 歐 姆 定 律

如果電阻值不隨其上電壓或電流數(shù)值變化，稱線性電阻。阻值不隨時(shí)間t變化的線性電阻，稱線性時(shí)不變電阻。一般實(shí)際中使用的諸如碳膜電阻、金屬膜電阻、線繞電阻等都可近似看作是這類電阻。

1.3.1 歐姆定律

歐姆定律(Ohm's Law, 簡(jiǎn)記OL)是電路分析中重要的基本定律之一，它說(shuō)明流過(guò)線性電阻的電流與該電阻兩端電壓之間的關(guān)系，反映了電阻元件的特性。這里我們聯(lián)系電流、電壓參考方向討論歐姆定律。寫(xiě)該直線的數(shù)學(xué)解析式，即有

u(t)?Ri(t)

此式就是歐姆定律公式。電阻的單位為歐姆(Ω)。

(1)歐姆定律只適用于線性電阻。(2)如果電阻R上的電流電壓參考方向非關(guān)聯(lián)，則歐姆定律公式中應(yīng)冠以負(fù)號(hào)，即

u(t)??Ri(t)或

i(t)??Gu(t)

在參數(shù)值不等于零、不等于無(wú)限大的電阻、電導(dǎo)上，電流與電壓是同時(shí)存在、同時(shí)消失的?；蛘哒f(shuō)，在這樣的電阻、電導(dǎo)上，t時(shí)刻的電壓(或電流)只決定于t時(shí)刻的電流(或電壓)。這說(shuō)明電阻、電導(dǎo)上的電壓(或電流)不能記憶電阻、電導(dǎo)上的電流(或電壓)在“歷史”上(t時(shí)刻以前)所起過(guò)的作用。所以說(shuō)電阻、電導(dǎo)元件是無(wú)記憶性元件，又稱即時(shí)元件 1.4 理 想 電 源

不管外部電路如何，其兩端電壓總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)的電源定義為理想電壓源。

1.5 基爾霍夫定律

1.節(jié)點(diǎn)

2.支路 3．回路 4.網(wǎng)孔

1.5.1 基爾霍夫電流定律(KCL)



KCL是描述電路中與節(jié)點(diǎn)相連的各支路電流間相互關(guān)系的定律。它的基本內(nèi)容是：對(duì)于集總參數(shù)電路的任意節(jié)點(diǎn)，在任意時(shí)刻流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流入該節(jié)點(diǎn)的電流之和。KCL是電荷守恒定律和電流連續(xù)性在集總參數(shù)電路中任一節(jié)點(diǎn)處的具體反映。所謂電荷守恒定律，即是說(shuō)電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅。基于這條定律，對(duì)集總參數(shù)電路中某一支路的橫截面來(lái)說(shuō)，它“收支”是完全平衡的。即是說(shuō)，流入橫截面多少電荷即刻又從該橫截面流出多少電荷，dq/dt在一條支路上應(yīng)處處相等，這就是電流的連續(xù)性。對(duì)于集總參數(shù)電路中的節(jié)點(diǎn)，在任意時(shí)刻t, 它“收支”也是完全平衡的，所以KCL是成立的。

關(guān)于KCL的應(yīng)用，應(yīng)再明確以下幾點(diǎn)：

(1)KCL具有普遍意義，它適用于任意時(shí)刻、任何激勵(lì)源(直流、交流或其他任意變動(dòng)激勵(lì)源)情況的一切集總參數(shù)電路。

(2)應(yīng)用KCL列寫(xiě)節(jié)點(diǎn)或閉曲面電流方程時(shí)，首先要設(shè)出每一支路電流的參考方向，然后依據(jù)參考方向是流入或流出取號(hào)(流出者取正號(hào)，流入者取負(fù)號(hào)，或者反之)列寫(xiě)出KCL方程。另外，對(duì)連接有較多支路的節(jié)點(diǎn)列KCL方程時(shí)不要遺漏了某些支路。

1.5.2 基爾霍夫電壓定律(KVL)



KVL是描述回路中各支路(或各元件)電壓之間關(guān)系的。它的基本內(nèi)容是：對(duì)任何集總參數(shù)電路，在任意時(shí)刻，沿任意閉合路徑巡行，各段電路電壓的代數(shù)和恒等于零。其數(shù)學(xué)表示式為

m uk(t)?0k?1

式中uk(t)代表回路中第k個(gè)元件上的電壓，m為回路中包含元件的個(gè)數(shù)KVL的實(shí)質(zhì)，反映了集總參數(shù)電路遵從能量守恒定律，或者說(shuō)，它反映了保守場(chǎng)中做功與路徑無(wú)關(guān)的物理本質(zhì)。從電路中電壓變量的定義容易理解KVL的正確性。1.6 電 路 等 效

若B與C具有相同的電壓電流關(guān)系即相同的VAR，則稱B與C是互為等效的。這就是電路等效的一般定義。

電路等效變換的條件是相互代換的兩部分電路具有相同的VAR； 電路等效的對(duì)象是A(也就是電路未變化的部分)中的電流、電壓、功率； 電路等效變換的目的是為簡(jiǎn)化電路，可

?以方便地求出需要求的結(jié)果。

應(yīng)用電源互換等效分析電路問(wèn)題時(shí)還應(yīng)注意這樣幾點(diǎn)：

(1)電源互換是電路等效變換的一種方法。

(2)有內(nèi)阻Rs的實(shí)際電源，它的電壓源模型與電流源模型之間可以互換等效；理想的電壓源與理想的電流源之間不便互換，原因是這兩種理想電源定義本身是相互矛盾的，二者不會(huì)具有相同的VAR。

(3)電源互換等效的方法可以推廣運(yùn)用，如果理想電壓源與外接電阻串聯(lián)，可把外接電阻看作內(nèi)阻，即可互換為電流源形式。如果理想電流源與外接電阻并聯(lián)，可把外接電阻看作內(nèi)阻，互換為電壓源形式。電源互換等效在推廣應(yīng)用中要特別注意等效端子。1.7 受 控 源

所謂受控源，即大小方向受電路中其他地方的電壓或電流控制的電源。這種電源有兩個(gè)控制端鈕(又稱輸入端)，兩個(gè)受控端鈕(又稱輸出端)。就其輸出端所呈現(xiàn)的性能看，受控源可分為電壓控制電壓源與電流控制電壓源兩類；受控電流源又分為電壓控制電流源與電流控制電流源兩種。

第二章 電路的基本分析方法

2.1 支 路 電 流 法

在一個(gè)支路中的各元件上流經(jīng)的只能是同一個(gè)電流，支路兩端電壓等于該支路上相串聯(lián)各元件上電壓的代數(shù)和，由元件約束關(guān)系(VAR)不難得到每個(gè)支路上的電流與支路兩端電壓的關(guān)系，即支路的VAR 支路電流法是以完備的支路電流變量為未知量，根據(jù)元件的VAR 及 KCL、KVL約束，建立數(shù)目足夠且相互獨(dú)立的方程組，解出各支路電流，進(jìn)而再根據(jù)電路有關(guān)的基本概念求得人們期望得到的電路中任何處的電壓、功率等。2.1.1獨(dú)立方程的列寫(xiě)

一個(gè)有n個(gè)節(jié)點(diǎn)、b條支路的電路，若以支路電流作未知變量，可按如下方法列寫(xiě)出所需獨(dú)立方程。

(1)從 n 個(gè)節(jié)點(diǎn)中任意擇其n-1個(gè)節(jié)點(diǎn)，依KCL列節(jié)點(diǎn)電流方程，則 n-1個(gè)方程將是相互獨(dú)立的。這一點(diǎn)是不難理解的，因?yàn)槿我粭l支路一定與電路中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相連，它上面的電流總是從一個(gè)節(jié)點(diǎn)流出，流向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。如果對(duì)所有n 個(gè)節(jié)點(diǎn)列KCL方程時(shí)，規(guī)定流出節(jié)點(diǎn)的電流取正號(hào)，流入節(jié)點(diǎn)的電流取負(fù)號(hào)，每一個(gè)支路電流在n個(gè)方程中一定出現(xiàn)兩次，一次為正號(hào)(+ij), 一次為負(fù)號(hào)(-ij), 若把這n個(gè)方程相加，它一定是等于零的恒等式，即

nb(i)k?[(?ij)?(?ij)]?0k?1j?1

式中：n表示節(jié)點(diǎn)數(shù)；(∑i)k 表示第 k 個(gè)節(jié)點(diǎn)電流代數(shù)和；

bn

（i)

表示對(duì) n 個(gè)節(jié)點(diǎn)電流和再求和；

[（? i j)?(?

表示 b 條支ij)]kj?1k?1路一次取正號(hào)，一次取負(fù)號(hào)的電流和。

(2)n個(gè)節(jié)點(diǎn) b 條支路的電路，用支路電流法分析時(shí)需 b 個(gè)相互獨(dú)立的方程，由KCL已經(jīng)列出了n-1 個(gè)相互獨(dú)立的KCL方程，那么剩下的b-(n-1)個(gè)獨(dú)立方程當(dāng)然應(yīng)該由KVL列出?？梢宰C明，由KVL能列寫(xiě)且僅能列寫(xiě)的獨(dú)立方程數(shù)為b-(n-1)個(gè)。習(xí)慣上把能列寫(xiě)?yīng)毩⒎匠痰幕芈贩Q為獨(dú)立回路。獨(dú)立回路可以這樣選?。菏顾x各回路都包含一條其他回路所沒(méi)有的新支路。對(duì)平面電路，如果它有 n 個(gè)節(jié)點(diǎn)、b 條支路，也可以證明它的網(wǎng)孔數(shù)恰為 b-(n-1)個(gè)，按網(wǎng)孔由KVL列出的電壓方程相互獨(dú)立。??????歸納、明確支路電流法分析電路的步驟。

第一步：設(shè)出各支路電流，標(biāo)明參考方向。任取n-1個(gè)節(jié)點(diǎn)，依KCL列獨(dú)立節(jié)點(diǎn)電流方程(n 為電路節(jié)點(diǎn)數(shù))。

第二步：選取獨(dú)立回路(平面電路一般選網(wǎng)孔)，并選定巡行方向，依KVL列寫(xiě)出所選獨(dú)立回路電壓方程。

第三步：如若電路中含有受控源，還應(yīng)將控制量用未知電流表示，多加一個(gè)輔助方程。

第四步：求解一、二、三步列寫(xiě)的聯(lián)立方程組，就得到各支路電流。

第五步：如果需要，再根據(jù)元件約束關(guān)系等計(jì)算電路中任何處的電壓、功率。

如果電路中的受控源的控制量就是某一支路電流，那么方程組中方程個(gè)數(shù)可以不增加，由列寫(xiě)出的前 3 個(gè)基本方程稍加整理即可求解。如果受控源的控制量是另外的變量，那么需對(duì)含受控源電路先按前面講述的步驟一、二去列寫(xiě)基本方程(列寫(xiě)的過(guò)程中把受控源先作為獨(dú)立源一樣看待)，然后再加一個(gè)控制量用未知電流表示的輔助方程，這一點(diǎn)應(yīng)特別注意。

2.2 網(wǎng) 孔 分 析 法 2.2.1 網(wǎng)孔電流

欲使方程數(shù)目減少，必使求解的未知量數(shù)目減少。在一個(gè)平面電路里，因?yàn)榫W(wǎng)孔是由若干條支路構(gòu)成的閉合回路，所以它的網(wǎng)孔個(gè)數(shù)必定少于支路個(gè)數(shù)。如果我們?cè)O(shè)想在電路的每個(gè)網(wǎng)孔里有一假想的電流沿著構(gòu)成該網(wǎng)孔的各支路循環(huán)流動(dòng)，2.2.2 網(wǎng)孔電流法

對(duì)平面電路，以假想的網(wǎng)孔電流作未知量，依KVL列出網(wǎng)孔電壓方程式(網(wǎng)孔內(nèi)電阻上電壓通過(guò)歐姆定律換算為電阻乘電流表示)，求解出網(wǎng)孔電流，進(jìn)而求得各支路電流、電壓、功率等，這種求解電路的方法稱網(wǎng)孔電流法(簡(jiǎn)稱網(wǎng)孔法)。應(yīng)用網(wǎng)孔法分析電路的關(guān)鍵是如何簡(jiǎn)便、正確地列寫(xiě)出網(wǎng)孔電壓方程。

(1)網(wǎng)孔法是回路法的特殊情況。網(wǎng)孔只是平面電路的一組獨(dú)立回路，不過(guò)許多實(shí)際電路都屬于平面電路，選取網(wǎng)孔作獨(dú)立回路方便易行，所以把這種特殊條件下的回路法歸納為網(wǎng)孔法。

(2)回路法更具有一般性，它不僅適用于分析平面電路，而且也適用于分析非平面電路，在使用中還具有一定的靈活性。

2.3 節(jié) 點(diǎn) 電 位 法

2.3.1 節(jié)點(diǎn)電位

在電路中，任選一節(jié)點(diǎn)作參考點(diǎn)，其余各節(jié)點(diǎn)到參考點(diǎn)之間的電壓稱為相應(yīng)各節(jié)點(diǎn)的電位。如圖 2.3-1 電路，選節(jié)點(diǎn) 4 作參考點(diǎn)(亦可選其他節(jié)點(diǎn)作參考點(diǎn))，設(shè)節(jié)點(diǎn)1，2，3 的電位分別為 v1, v2, v3。顯然，這個(gè)電路中任何兩點(diǎn)間的電壓，任何一支路上的電流，都可應(yīng)用已知的節(jié)點(diǎn)電位求出。例如，支路電流

i1?G1(v1?v2)i4?G4v3

電導(dǎo) G5 吸收的功率

p5?G5(v1?v3)2

對(duì)電路中任何一個(gè)回路列寫(xiě)KVL方程，回路中的節(jié)點(diǎn)，其電位一定出現(xiàn)一次正號(hào)一次負(fù)號(hào) 例如圖中 A 回路，由KVL 列寫(xiě)方程為

u12?u23?u31?0

將上式中各電壓寫(xiě)為電位差表示，即有

v1?v2?v2?v3?v3?v1?0

節(jié)點(diǎn)電位變量是相互獨(dú)立的變量 2.3.2 節(jié)點(diǎn)電位法

以各節(jié)點(diǎn)電位為未知量，將各支路電流通過(guò)支路VAR 用未知節(jié)點(diǎn)電位表示，依KCL 列節(jié)點(diǎn)電流方程(簡(jiǎn)稱節(jié)點(diǎn)方程)，求解出各節(jié)點(diǎn)電位變量，進(jìn)而求得電路中需要求的電流、電壓、功率等，這種分析法稱為節(jié)點(diǎn)電位法。

2.4 小

結(jié)

2.4.1 方程法分析

2.網(wǎng)孔分析法 3.節(jié)點(diǎn)電位法

1.支路電流法 2.4.2 方程通式

1.網(wǎng)孔方程通式

?R11iA?R12iB?R13iC?us11? ?R21iA?R22iB?R23iC?us22 ??R31iA?R32iB?R33iC?us33

2.節(jié)點(diǎn)方程通式

?G11v1?G12v2?G13v3?is11 ??G21v1?G22v2?G23v3?is22

?Gv?Gv?Gv?i 322333s33?311

第三章

常用的電路定理

3.1 疊加定理和齊次定理

3.1.1 疊

加定理

如求電流i1，我們可用網(wǎng)孔法。設(shè)網(wǎng)孔電流為iA, iB。由圖可知iB=is，對(duì)網(wǎng)孔A列出的KVL方程為

(R1?R2)iA?R2is?us

usR2?is

iA?R1?R2R1?R2

'如令

is

/(R 1R 1 is

R 1 ?

R

，則可? u? R), i 1“ ?/(2)將電流i1寫(xiě)為

疊加定理可表述為： 在任何由線性元件、線性受控源及獨(dú)立源組成的線性電路中，每一支i1?i1'?i1”路的響應(yīng)(電壓或電流)都可以看成是各個(gè)獨(dú)立電源單獨(dú)作用時(shí)，在該支路中產(chǎn)生響應(yīng)的代數(shù)和

在應(yīng)用疊加定理時(shí)應(yīng)注意：

(1)疊加定理僅適用于線性電路求解電壓和電流響應(yīng)而不能用來(lái)計(jì)算功率。

(2)應(yīng)用疊加定理求電壓、電流是代數(shù)量的疊加，應(yīng)特別注意各代數(shù)量的符號(hào)

(3)當(dāng)一獨(dú)立源作用時(shí)，其他獨(dú)立源都應(yīng)等于零(即獨(dú)立理想電壓源短路，獨(dú)立理想電流源開(kāi)路)。

(4)若電路中含有受控源，應(yīng)用疊加定理時(shí)，受控源不要單獨(dú)作用(這是勸告!若要單獨(dú)作用只會(huì)使問(wèn)題的分析求解更復(fù)雜化)，在獨(dú)立源每次單獨(dú)作用時(shí)受控源要保留其中，其數(shù)值隨每一獨(dú)立源單獨(dú)作用時(shí)控制量數(shù)值的變化而變化。

(5)疊加的方式是任意的，可以一次使一個(gè)獨(dú)立源單獨(dú)作用，也可以一次使幾個(gè)獨(dú)立源同時(shí)作用，方式的選擇取決于對(duì)分析計(jì)算問(wèn)題簡(jiǎn)便與否。

3.1.2 齊次定理

齊次定理表述為：當(dāng)一個(gè)激勵(lì)源(獨(dú)立電壓源或獨(dú)立電流源)作用于線性電路，其任意支路的響應(yīng)(電壓或電流)與該激勵(lì)源成正比

us11?us,us22?0,?,usmm?0 i1?k11us

線性電路中，當(dāng)全部激勵(lì)源同時(shí)增大到(K為任意常數(shù))倍，其電路中任何處的響應(yīng)(電壓或電流)亦增大到K倍。

3.2 置換定理

置換定理(又稱替代定理)可表述為：具有唯一解的電路中，若知某支路k的電壓為uk，電流為ik，且該支路與電路中其他支路無(wú)耦合,則無(wú)論該支路是由什么元件組成的，都可用下列任何一個(gè)元件去置換： 

(1)電壓等于uk的理想電壓源； 

(2)電流等于ik的理想電流源； 

(3)阻值為uk/ik的電阻。

3.3 戴維南定理與諾頓定理

3.3.1 戴維南定理

一個(gè)含獨(dú)立源、線性受控源、線性電阻的二端電路N，對(duì)其兩個(gè)端子來(lái)說(shuō)都可等效為一個(gè)理想電壓源串聯(lián)內(nèi)阻的模型。其理想電壓源的數(shù)值為有源二端電路N的兩個(gè)端子間的開(kāi)路電壓uoc，串聯(lián)的內(nèi)阻為N內(nèi)部所有獨(dú)立源等于零(理想電壓源短路，理想電流源開(kāi)路)，受控源保留時(shí)兩端子間的等效電阻Req，常記為R0

3.3.2 諾頓定理

諾頓定理(Norton′s Theorem)可表述為：一個(gè)含獨(dú)立電源、線性受控源和線性電阻的二端電路N，對(duì)兩個(gè)端子來(lái)說(shuō)都可等效為一個(gè)理想電流源并聯(lián)內(nèi)阻的模型。其理想電流源的數(shù)值為有源二端電路N的兩個(gè)端子短路時(shí)其上的電流isc，并聯(lián)的內(nèi)阻等于N內(nèi)部所有獨(dú)立源為零時(shí)電路兩端子間的等效電阻，記為R0。

3.4 最大功率傳輸定理

等效電壓源接負(fù)載電路

uoci?

R0?RL ??uocpL?RLi2?RL? ?R?R??L??0

為了找pL的極值點(diǎn)，令dpL/dRL=0，即dpL2(RL?R0)?2RL(RL?R0)?uoc?04 dRL(RL?R0)

RL?R0pLmax2uoc?4R0pLmax?12R0isc4

通常，稱RL=R0為最大功率匹配條件 3.5 互易定理

互易定理可表述為：對(duì)一個(gè)僅含線性電阻的二端口，其中，一個(gè)端口加激勵(lì)源，一個(gè)端口作響應(yīng)端口(所求響應(yīng)在該端口上)。在只有一個(gè)激勵(lì)源的情況下，當(dāng)激勵(lì)與響應(yīng)互換位置時(shí)，同一激勵(lì)所產(chǎn)生的響應(yīng)相同，這就是互易定理 應(yīng)用互易定理分析電路時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 

(1)互易前后應(yīng)保持網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及參數(shù)不變，僅理想電壓源(或理想電流源)搬移，理想電壓源所在支路中電阻仍保留在原支路中。

(2)互易前后電壓源極性與1 1′、2 2′支路電流的參考方向應(yīng)保持一致(要關(guān)聯(lián)都關(guān)聯(lián)，要非關(guān)聯(lián)都非關(guān)聯(lián))。

(3)互易定理只適用于一個(gè)獨(dú)立源作用的線性電阻網(wǎng)絡(luò)，且一般不能含有受控源。

3.6 小

結(jié)

(1)疊加定理是線性電路疊加特性的概括表征，它的重要性不僅在于可用疊加法分析電路本身，而且在于它為線性電路的定性分析和一些具體計(jì)算方法提供了理論依據(jù)。疊加定理作為分析方法用于求解電路的基本思想是“化整為零”，即將多個(gè)獨(dú)立源作用的較復(fù)雜的電路分解為一個(gè)一個(gè)(或一組一組)獨(dú)立源作用的較簡(jiǎn)單的電路，在各分解圖中分別計(jì)算，最后代數(shù)和相加求出結(jié)果。若電路含有受控源，在作分解圖時(shí)受控源不要單獨(dú)作用。齊次定理是表征線性電路齊次性(均勻性)的一個(gè)重要定理，它常輔助疊加定理、戴維南定理、諾頓定理來(lái)分析求解電路問(wèn)題。

(2)依據(jù)等效概念，運(yùn)用各種等效變換方法，將電路由繁化簡(jiǎn)，最后能方便地求得結(jié)果的分析電路的方法統(tǒng)稱為等效法分析。第一章中所講的電阻、電導(dǎo)串并聯(lián)等效，獨(dú)立源串并聯(lián)等效，電源互換等效，Π-T互換等效；本章中所講的置換定理，戴維南定理，諾頓定理都是應(yīng)用等效法分析電路中常使用的等效變換方法。這些方法或定理都是遵從兩類約束(即拓?fù)浼s束——KCL、KVL約束與元件VAR約束)的前提下針對(duì)某類電路歸納總結(jié)出的，讀者務(wù)必理解其內(nèi)容，注意使用的范圍、條件、熟練掌握使用方法和步驟。

(2)依據(jù)等效概念，運(yùn)用各種等效變換方法，將電路由繁化簡(jiǎn)，最后能方便地求得結(jié)果的分析電路的方法統(tǒng)稱為等效法分析。第一章中所講的電阻、電導(dǎo)串并聯(lián)等效，獨(dú)立源串并聯(lián)等效，電源互換等效，Π-T互換等效；本章中所講的置換定理，戴維南定理，諾頓定理都是應(yīng)用等效法分析電路中常使用的等效變換方法。這些方法或定理都是遵從兩類約束(即拓?fù)浼s束——KCL、KVL約束與元件VAR約束)的前提下針對(duì)某類電路歸納總結(jié)出的，讀者務(wù)必理解其內(nèi)容，注意使用的范圍、條件、熟練掌握使用方法和步驟。

(3)置換定理(又稱替代定理)是集總參數(shù)電路中的一個(gè)重要定理，它本身就是一種常用的電路等效方法，常輔助其他分析電路法(包括方程法、等效法)來(lái)分析求解電路。對(duì)有些電路，在關(guān)鍵之處、在最需要的時(shí)候，經(jīng)置換定理化簡(jiǎn)等效一步，使讀者會(huì)有“豁然開(kāi)朗”或“柳暗花明又一村”之感((4)戴維南定理、諾頓定理是等效法分析電路最常用的兩個(gè)定理。解題過(guò)程可分為三個(gè)步驟：① 求開(kāi)路電壓或短路電流；② 求等效內(nèi)阻；③ 畫(huà)出等效電源接上待求支路，由最簡(jiǎn)等效電路求得待求量。

(5)最大功率這類問(wèn)題的求解使用戴維南定理(或諾頓定理)并結(jié)合使用最大功率傳輸定理最為簡(jiǎn)便。

6)方程法、等效法是電路中相輔相承的兩類分析法。

第四章 動(dòng)態(tài)電路的時(shí)域分析 4.1 動(dòng) 態(tài)元件

(1)任何時(shí)刻，通過(guò)電容元件的電流與該時(shí)刻的電壓變化率成正比。如果電容兩端加直流電壓，則i=0，電容元件相當(dāng)于開(kāi)路。故電容元件有隔斷直流的作用。

(2)在實(shí)際電路中，通過(guò)電容的電流i總是為有限值，這意味著du/dt必須為有限值，也就是說(shuō)，電容兩端電壓u必定是時(shí)間t的連續(xù)函數(shù)，而不能躍變。這從數(shù)學(xué)上可以很好地理解，當(dāng)函數(shù)的導(dǎo)數(shù)為有限值時(shí)，其函數(shù)必定連續(xù)。4.2 動(dòng)態(tài)電路的方程

4.2.1 方程的建立

電路中開(kāi)關(guān)的接通、斷開(kāi)或者電路參數(shù)的突然變化等統(tǒng)稱為“換路” 根據(jù)KVL列出電路的回路電壓方程為

uR(t)?uC(t)?us(t)

由于

dudu i?CC,uR?Ri?RCC dtdt將它們代入上式，并稍加整理，得

duC11?uC?usdtRCRC

4.3 一階電路的零輸入響應(yīng)

我們把這種外加激勵(lì)為零，僅由動(dòng)態(tài)元件初始儲(chǔ)能所產(chǎn)生的電流和電壓，稱為動(dòng)態(tài)電路的零輸入響應(yīng)

一階RC電路的零輸入響應(yīng)

4.4 一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)

電路的零狀態(tài)響應(yīng)定義為：電路的初始儲(chǔ)能為零，僅由t≥0外加激勵(lì)所產(chǎn)生的響應(yīng)。

一階RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)

4.5 一階電路的完全響應(yīng)

假若電路的初始狀態(tài)不為零，同時(shí)又有外加激勵(lì)電源的作用，這時(shí)電路的響應(yīng)稱為完全響應(yīng)。對(duì)于線性電路而言，其完全響應(yīng)等于零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)之和，即

y(t)?yx(t)?yf(t)

4.6 一階電路的單位階躍響應(yīng)

4.6.2 一階電路的單位階躍響應(yīng)

當(dāng)激勵(lì)為單位階躍函數(shù)時(shí)，電路的零狀態(tài)響應(yīng)稱為單位階躍響應(yīng)。簡(jiǎn)稱階躍響應(yīng)，用g(t)表示之。

4.7.1 零輸入響應(yīng)

根據(jù)零輸入響應(yīng)的定義，令us=0，同時(shí)為了簡(jiǎn)化討論中的計(jì)算，又不失一般性，令uC(0)=U0，iL(0)=0。

2?duCduC2 ?2???0uC?0?2dtdt? ?dui(0)u(0)?U,C?L?0?C0dtt?0C??

上式為二階齊次微分方程，其特征方程為p2?2?p??0?0

小

結(jié)

1)動(dòng)態(tài)元件的VAR是微分或積分關(guān)系，如下表所示

(2)描述動(dòng)態(tài)電路的方程是微分方程。利用KCL, KVL和元件的VAR可列寫(xiě)出待求響應(yīng)的微分方程。利用換路定律和0+等效電路，可求得電路中各電流、電壓的初始值。

(3)零輸入響應(yīng)是激勵(lì)為零，由電路的初始儲(chǔ)能產(chǎn)生的響應(yīng)，它是齊次微分方程滿足初始條件的解。零狀態(tài)響應(yīng)是電路的初始狀態(tài)為零，由激勵(lì)產(chǎn)生的響應(yīng)，它是非齊次微分方程滿足初始條件的解，包含齊次解和特解兩部分。假若電路的初始狀態(tài)不為零，在外加激勵(lì)電源作用下，電路的響應(yīng)為完全響應(yīng)，它等于零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)之和。動(dòng)態(tài)電路的響應(yīng)也可以分為自由響應(yīng)與強(qiáng)迫響應(yīng)。對(duì)于穩(wěn)定電路，在直流電源或正弦電源激勵(lì)下，強(qiáng)迫響應(yīng)為穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，它與激勵(lì)具有相同的函數(shù)形式。自由響應(yīng)即為暫態(tài)響應(yīng)，它隨著時(shí)間的增加逐漸衰減到零。

零輸入響應(yīng)和自由響應(yīng)都是滿足齊次微分方程的解，它們的形式相同，但常數(shù)不同。零輸入響應(yīng)的待定常數(shù)僅由輸入為零時(shí)的初始條件yx(0+)所確定，而自由響應(yīng)的待定常數(shù)由全響應(yīng)的初始條件y(0+)所確定。

(4)利用三要素公式可以簡(jiǎn)便地求解一階電路在直流電源或階躍信號(hào)作用下的電路響應(yīng)。三要素公式為

t ??y(t)?y(?)?[y(0?)?y(?)]e

求三要素的方法為

① 初始值y(0+)：利用換路定律和0+等效電路求得。

② 穩(wěn)態(tài)響應(yīng)y(∞): 在直流電源或階躍信號(hào)作用下，電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，電容看作開(kāi)路，電感看作短路，此時(shí)電路成為電阻電路。利用電阻電路的分析方法，求得穩(wěn)態(tài)響應(yīng)y(∞)。

③ 時(shí)常數(shù)τ：RC電路，τ=RC;RL電路，τ=L/R。式中R為斷開(kāi)動(dòng)態(tài)元件后的戴維南等效電路的等效電阻。

5)單位階躍響應(yīng)g(t)定義為：在ε(t)作用下電路的零狀態(tài)響應(yīng)。

(6)對(duì)于二階電路，只要求了解由于其特征根p1, p2的取值有3種不同的情況，其響應(yīng)分為過(guò)阻尼、臨界阻尼和欠阻尼。

第五章 正弦電路的穩(wěn)態(tài)分析

5.1 正弦電壓和電流

5.1.1 正弦量的三要素

所謂周期信號(hào)，就是每隔一定的時(shí)間T，電流或電壓的波形重復(fù)出現(xiàn)；或者說(shuō)，每隔一定的時(shí)間T，電流或電壓完成一個(gè)循環(huán)。圖 5.1-1 給出了幾個(gè)周期信號(hào)的波形，周期信號(hào)的數(shù)學(xué)表示式為

f(t)?f(t?kT)

式中k為任何整數(shù)。周期信號(hào)完成一個(gè)循環(huán)所需要的時(shí)間T稱為周期，單位為秒

圖 5.1-1 周期信號(hào)

周期信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)完成的循環(huán)次數(shù)稱為頻率，用f表示。顯然，頻率與周期的關(guān)系為

1f?

T

頻率的單位為赫茲(Hz)。我國(guó)電力網(wǎng)所供給的交流電的頻率是 50 Hz，其周期是0.02s。實(shí)驗(yàn)室用的音頻信號(hào)源的頻率大約從20~20×103Hz左右，相應(yīng)的周期為0.05s~0.05 ms 左右。

5.1.2 相位差

假設(shè)兩個(gè)正弦電壓分別為

u1(t)?U1mcos(?t??1)

u2(t)?U2mcos(?t??2)

它們的相位之差稱為相位差，用ψ表示，即

??(?t??1)?(?t??2)??1??2

兩個(gè)同頻率的正弦信號(hào)的相位差等于它們的初相之差 5.1.3 有效值

正弦信號(hào)的有效值定義為：讓正弦信號(hào)和直流電分別通過(guò)兩個(gè)阻值相等的電阻。如果在相同的時(shí)間T內(nèi)(T可取為正弦信號(hào)的周期)，兩個(gè)電阻消耗的能量相等，那么，我們稱該直流電的值為正弦信號(hào)的有效值。

當(dāng)直流電流I流過(guò)電阻R時(shí)，該電阻在時(shí)間T內(nèi)消耗的電能為

W??I2RT

當(dāng)正弦電流i流過(guò)電阻R時(shí)，在相同的時(shí)間T內(nèi)，電阻消耗的電能為

TTW~?p(t)dt?Ri2(t)dt 00

上式中p(t)表示電阻在任一瞬間消耗的功率，即p(t)=u(t)i(t)=Ri2(t)。根據(jù)有效值的定義，有

W~?W?T

I2RT?Ri2(t)dt0

故正弦電流的有效值為

1T2 I?i(t)dt0T

正弦電流的有效值是瞬時(shí)值的平方在一個(gè)周期內(nèi)的平均值再取平方根，故有效值也稱為均方根值。

類似地，可得正弦電壓的有效值為

1T2U?u(t)dt 0T5.2 利用相量表示正弦信號(hào)

一個(gè)復(fù)數(shù)既能表示成代數(shù)型，也能表示成指數(shù)型。設(shè)A為一復(fù)數(shù)，a1和a2分別為其實(shí)部和虛部，則

A?a1?ja2?aej?

代數(shù)型

指數(shù)型

式中a稱為復(fù)數(shù)A的模；φ稱為復(fù)數(shù)A的輻角 ?????

復(fù)數(shù)的圖示

5.2.1 利用相量表示正弦信號(hào)

假設(shè)某正弦電流為

i(t)?Imcos(?t??i)根據(jù)歐拉公式

ej??cos??jsin?

可以把復(fù)指數(shù)函數(shù)Im e j(ωt+θi)展開(kāi)成Imej(?t??i)?Imcos(?t??i)?jImsin(?t??i)

i(t)?Re[Imej(?t??i)]?Imcos(?t??i)

把式(5.2-3)進(jìn)一步寫(xiě)成 j(?t??i)j?ij?ti(t)?Re[Ie]?R[Iee]mem

? ?Re[Imej?t]

式中

??Iej?i Imm

相量圖

Imcos(?t1??i)

?ej?t]i(t)?Re[Im

(?t??u)u?Umcos(?t??u)?Re[Umej]

?ej?t]?Re[Umej?uej?t]?Re[Um

??Uej?u?U??? Ummmu

5.3 KCL、KVL的相量形式

?i?0對(duì)于任意瞬間，KCL的表達(dá)式為

??0同理可得KVL的相量形式為

?Um

5.4

阻 抗 與 導(dǎo) 納

5.4.1

阻抗與導(dǎo)納

端口電壓相量與電流相量的比值定義為阻抗，并用Z表示

? UZ?m ?Im ?UZ?

?I可改寫(xiě)成

??ZI? Umm ??ZI?U

5.4.2

阻抗和導(dǎo)納的串、并聯(lián)

若有n個(gè)阻抗相串聯(lián)，它的等效阻抗為

nn Z?Zk?(Rk?jXk)k?1k?1

分壓公式為

??ZiU?Uin Zkk?1

U ?

為n個(gè)串聯(lián)阻抗的總電壓相量；

為第i個(gè)阻抗上的電壓相量 若有n個(gè)導(dǎo)納相并聯(lián)，它的等效導(dǎo)納為

nn

Y?Yk?(Gk?jBk)k?1k?1分流公式為

??YiI?I in Ykk?1

??????I?i為通過(guò)任一導(dǎo)納Yi的電流相量； I?為總電流相量i 若兩個(gè)阻抗Z1和Z2相并聯(lián)，則等效阻抗為

Z?Z1Z2

Z1?Z2分流公式為

I?1?Z2I??

Z1?Z2??

I?2?ZZZI??1?1?2??5.5 電路基本元件的功率和能量

電阻元件的瞬時(shí)功率波形

設(shè)電壓u(t)為

u(t)?Umcos(?t??u)i(t)?u(t)?Imcos(?t??u)

R p(t)?u(t)i(t)?UmImcos2(?t??u)?12UmIm[1?cos2(?t??u)] ?12UI1mm?2UmImcos2(?t??u)] ?UI?UIcos2(?t??u)瞬時(shí)功率在一周期內(nèi)的平均值，稱為平均功率。用P表示，即

P?1?TT0p(t)dt 11U2 P?2U?m12mIm2R?2ImR或用有效值表示為

U2

P?UI??I2R平均功率也稱為有功功率。通常，我們所說(shuō)的功率都是指平均功率。R指燈泡的平均功率為60 W。

5.6 無(wú)功功率和復(fù)功率

二端電路N的無(wú)功功率Q(或PQ)定義為

例如，60W燈泡是 1Q?UmImsin(?u??i)?UIsin(?u??i)2其單位為伏安(V·A)。

?

分解為兩個(gè)分量：一設(shè)二端電路的端口電壓與電流的相量圖如圖5.6-3 所示。電流相量

I?

;另一個(gè)與

U?

。它們的值分?個(gè)與電壓相量

同相的分量

I ?

正交的分量

IUxx別為

Ix?Icos(?u??i)

Iy?Isin(?u??i)

端口電壓、電流相量圖

?

與電壓

U二端電路的有功功率看作是由電流

I ?

所產(chǎn)生的，即

x

P?UIx?UIcos(?u??i)?無(wú)功功率看作是由電流

I y 與電壓

U ?

產(chǎn)生的，即

Q?UIy?UIsin(?u??i)

當(dāng)二端電路不含獨(dú)立源時(shí)，φZ(yǔ)=θu-θi，(5.6-5)式可寫(xiě)為

Q?UIsin?Z

當(dāng)電路N是純電阻時(shí)，φZ(yǔ)=0, QR=0；當(dāng)電路N是電感時(shí)，φZ(yǔ)=90°, QL=UI;當(dāng)電路N是電容時(shí)，φZ(yǔ)=-90°,QC=-UI。

工程上為了計(jì)算方便，把有功功率作為實(shí)部，無(wú)功功率作為虛部，組成復(fù)功率，用S表示，即

S?P?jQ

S?UIcos(?u??i)?jUIsin(?u??i)

?UI[cos(?u??i)?jsin(?u??i)]

?Sej(?u??i)

S?P2?Q2

若二端電路N不含獨(dú)立源，φZ(yǔ)=θu-θi, 則

S?P?jQ?Sej?Z

5.7 正弦穩(wěn)態(tài)電路中的最大功率傳輸

功率三角形

由圖可知，電路中的電流為

?? UUss?I?? Zi?ZL(Ri?RL)?j(Xi?XL)

電流的有效值為

Us I?(Ri?RL)2?(Xi?XL)2負(fù)載吸收的功率

U52RL2 PL?IRL?(Ri?RL)2?(Xi?XL)2

若RL保持不變，只改變XL，當(dāng)Xi+XL=0 時(shí), PL獲得最大值

Us2RL PL?2(R?R)iL

2dPL2(Ri?RL)?2RL(Ri?RL)?Us?04dRL(Ri?RL)

(Ri?RL)2?2RL(Ri?RL)?0

RL?Ri當(dāng)負(fù)載電阻和電抗均可變時(shí)，負(fù)載吸收最大功率的條件為

XL??Xi? ?R?RLi?

即

ZL?Zi*

當(dāng)負(fù)載阻抗等于電源內(nèi)阻抗的共軛復(fù)數(shù)時(shí)，負(fù)載能獲得最大功率，稱為最大功率匹配或共軛匹配。Us1UsmPLmax?? 4Ri24Ri

?? UUss?I?? Zi?RL(Ri?RL)?jXi

UsI?

22(R?R)?XiLi

負(fù)載吸收的功率為

Us2RL2 PL?IRL?22(R?R)?XiLi

當(dāng)RL改變，PL獲得最大值的條件是dPL2(Ri?RL)?Xi?2RL(Ri?RL)?Us dRL[(Ri?RL)2?Xi2]2(Ri?RL)2?Xi2?2RL(Ri?RL)?0

RL?Ri2?Xi2?Zi

當(dāng)負(fù)載阻抗為純電阻時(shí)，負(fù)載電阻獲得最大功率的條件是負(fù)載電阻與電源的內(nèi)阻抗模相等。

5.8 正弦穩(wěn)態(tài)電路的相量分析法

5.8.1 網(wǎng)孔法

5.8.2 節(jié)點(diǎn)法

5.8.3 等效電源定理

5.9

三相電路概述

三相電源

這三個(gè)相電壓的瞬時(shí)表示式為

?ua(t)?2Upcos?t

?? ub(t)?2Upcos(?t?120?)??

uc(t)?2Upcos(?t?240?)??

??U?0??Uap

??? Ub?Up??120??? ?Uc?Up??240??Up?120???

5.9.1 三相電源的連接

對(duì)稱三相電壓相量圖

三相電源的Y形連接

5.10 小

結(jié)

1.正弦信號(hào)的三要素和相量表示

i(t)?Imcos(?t??i)?2Icos(?t??i)

式中振幅Im(有效值I)、角頻率ω(頻率f)和初相角θi稱為正弦信號(hào)的三要素。設(shè)兩個(gè)頻率相同的正弦電流i1和i2，它們的初相角分別為θ1和θ2，那么這兩個(gè)電流的相位差等于它們的初相角之差，即

???1??2若ψ>0, 表示i1的相位超前i2;若ψ<0，表示i1的相位滯后i2。正弦電流可以表示為

?ej?t]Re[2I?ej?t]i?Icos(?t??)?Re[Imim

?

??式中

I m e j ?i(I

j ? i)

稱為電流振幅(有效值)相量。相量是一個(gè)復(fù)I? Iem常數(shù)，它的模表示了正弦電流的振幅(有效值)，輻角表示了正弦電流的初相角。

2． 電路定律的相量形式和相量分析法 KCL和KVL的相量形式分別為

??0 I ??0U歐姆定律的相量形式為

??ZI?U

3.正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率

任一阻抗Z的有功功率(平均功率)和無(wú)功功率分別為

P?UIcos?Z

Q?UIsin?Z

PS?UI視在功率為

復(fù)功率為

S?P?jQ?Sej?Z

在電源和內(nèi)阻抗Zi一定條件下，負(fù)載阻抗ZL獲得最大功率的條件為

ZL?Zi*

這稱為共軛匹配，此時(shí)負(fù)載獲得的最大功率為

PL?Ri2?Xi2?Zi

這稱為模匹配，即負(fù)載電阻RL等于內(nèi)阻抗的模|Zi|時(shí)，能獲得最大功率。計(jì)算模匹配情況下

?，那么負(fù)載電阻消耗的功率為的最大功率，首先應(yīng)該計(jì)算流過(guò)負(fù)載電阻RL的電流

IR 2PL?IRRL第六章

互感與理想變壓器

6.1 耦合電感元件

6.2 耦合電感的去耦等效

6.2.1 耦合電感的串聯(lián)等效

??

互感線圈順接串聯(lián)

6.3 含互感電路的相量法分析

兩個(gè)回路的互感電路

由KVL得

didi? R1i1?L11?M2?us??dtdt ?didi(RL?R2)i2?L22?M1?0??dtdt?

??j?MI??U??(R1?j?L1)I?12s

????j?MI?(R?R?j?L)I?0 12L22?

??ZI??? Z11I1122?Us? ??ZI??0??Z21I1222?

6.3.1含互感電路的等效法分析

? Us?I1? ?2M2Z11? Z22 2?M2 Zf1?Z22

? Us?I1? Z11?Zf1

初級(jí)等效電路

設(shè)次級(jí)回路自阻抗

Z22?R22?jX2

222222222?M?M?MR?MX2222 Zf1???2?j222ZR?jXR?XR?X22222222222222

?Rf1?jXf1

?2M2Rf1?2R222 R22?X22

?2M2Xf1??2X22 2R22?X22

從初級(jí)端看的輸入阻抗

2?U?M21 Zin??Z11?Zf1?Z11??I1Z22

???Z21I?I21 Z22 ??j?MI1?I2?

Z22?, 特別應(yīng)應(yīng)當(dāng)清楚，該等效電路必須在求得了初級(jí)電流

I ?1的前提下才可應(yīng)用來(lái)求電流

I2注意的是，等效源的極性、大小及相位與耦合電感的同名端、初, 次級(jí)電流參考方向有關(guān)

次級(jí)等效電路

6.4 理 想 變 壓 器

6.4.1 理想變壓器的三個(gè)理想條件

理想變壓器多端元件可以看作為互感多端元件在滿足下述3個(gè)理想條件極限演變而來(lái)的。

條件1：耦合系數(shù)k=1, 即全耦合。

條件2：自感系數(shù)L1,L2無(wú)窮大且L1/L2等于常數(shù)。

條件3： 無(wú)損耗。

理想變壓器次級(jí)短路相當(dāng)于初級(jí)亦短路；次級(jí)開(kāi)路相當(dāng)于初級(jí)亦開(kāi)路。(1)理想變壓器的3個(gè)理想條件： 全耦合、參數(shù)無(wú)窮大、無(wú)損耗。

(2)理想變壓器的3個(gè)主要性能：變壓、變流、變阻抗。

(3)理想變壓器的變壓、變流關(guān)系適用于一切變動(dòng)電壓、電流情況，即便是直流電壓、電流，理想變壓器也存在上述變換關(guān)系。

(4)理想變壓器在任意時(shí)刻吸收的功率為零，這說(shuō)明它是不耗能、不貯能、只起能量傳輸作用的電路元件

第三篇：電工學(xué)第一章教案

第一章

電能的產(chǎn)生

在這一章內(nèi)將介紹電能是如何產(chǎn)生的，并具體了解各種電源。電源是把其它形式的能量轉(zhuǎn)換成電能的裝置，按電源的工作性質(zhì)可分為直流電源和交流電源。

1.1

1.1.1 電能及電路的基本物理量

一、電能

直流電源

1．電能是帶電粒子在電場(chǎng)中所具有的能量，電能和其它形式的能量是可以相互轉(zhuǎn)換的，而帶電粒子的運(yùn)動(dòng)則是電能轉(zhuǎn)換所必須的。

2．電能的產(chǎn)生就是將其他形式的能量通過(guò)一定的裝置或設(shè)備轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程。3．電能的應(yīng)用就是將電能通過(guò)一定的電路設(shè)備轉(zhuǎn)換為其他形式的能量。

4．電能的傳輸更加容易、成本較低，而且電能的使用方便，因此人們常常將其他形式的能量先轉(zhuǎn)化為電能，再輸送到遠(yuǎn)方，然后再加以利用。

二、電路

1．電路，從其名稱上講，就是電流的通路，是將電氣設(shè)備或電子元件通過(guò)導(dǎo)線連接起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)某些特定功能的電流的通路。

2．電路的作用

其一是以傳輸、分配、轉(zhuǎn)換電能為目的的供配電系統(tǒng)，因其功率、電流、電壓的值較大，故也稱為強(qiáng)電系統(tǒng)；

其二是以傳送、處理、儲(chǔ)存信號(hào)為目的的電子電路，因其功率、電流、電壓的值較小，故也稱為弱電系統(tǒng)。

3．表征電路的基本物理量 1)電流及其參考方向

i??q

（1.1.1）?t這個(gè)事先選定的假設(shè)方向就稱為電流的參考方向或電流的正方向。以此為參考，若分析結(jié)果電流為正值則實(shí)際方向與參考方向一致，若為負(fù)值則實(shí)際方向與參考方向相反。

2)電動(dòng)勢(shì) 在電源中，外力對(duì)單位電荷量所作的功也就是單位電荷所獲得的能量稱為電動(dòng)勢(shì)，所以電動(dòng)勢(shì)是描述外力對(duì)電荷作功大小的物理量。

e?電動(dòng)勢(shì)只存在于作為電源的導(dǎo)體中 3)電壓及其參考方向

?W

?q電壓是描述電場(chǎng)力對(duì)電荷做功大小的物理量。

電壓的實(shí)際方向?yàn)閺碾娫凑龢O指向負(fù)極，也就是使正負(fù)電荷復(fù)合的方向，其大小為

u??W 標(biāo)注：

?q?W

?quAB?根據(jù)假設(shè)的電流方向來(lái)確定導(dǎo)體中各點(diǎn)之間的電壓指向，稱為電壓的參考方向，即是從假想的高電位點(diǎn)（帶正電）指向低電位點(diǎn)（帶負(fù)電），也可以確定電源中電動(dòng)勢(shì)的指向，稱為電動(dòng)勢(shì)的參考方向，這個(gè)參考方向不必用箭頭表示，只要在圖中用＋、－號(hào)標(biāo)出各段導(dǎo)體二端相對(duì)的電位高低就可以了。

4)電功率

電功率是單位時(shí)間內(nèi)元件（或電路）轉(zhuǎn)換的電能量，即

p?ui

吸收的功率和發(fā)出功率

1.1.2 直流電源的特征

直流發(fā)電機(jī)、各種電池都是直流電源，它們共同的特點(diǎn)是電壓和電流的大小和方向不隨時(shí)間而變，所以稱為直流。外部特性，即接上用電負(fù)載以后，就能向負(fù)載提供電流，而且接上負(fù)載后的電源端電壓要低于不接負(fù)載（即電源兩端是懸空的）時(shí)的電源端電壓。

電壓源和電流源就是二種表征理想電源特性的理想電路元件。

一、電壓源

1．電壓源的兩個(gè)基本性質(zhì)

（1）它的端電壓是定值U，而與輸出電流無(wú)關(guān)。（2）其輸出電流的大小和方向，是由與它連接的外電路負(fù)載所決定的。2．電壓源符號(hào)

(a)實(shí)際電源符號(hào)

（b）電壓源的一般符號(hào)

圖1.1.2電壓源的電路符號(hào)

3．實(shí)際電源，在一般情況下，可以用一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為E的電壓源和內(nèi)阻R0相串聯(lián)的電壓源模型來(lái)表示

U?E?IR0

(1.1.5)

二、電流源

1．電流源的兩個(gè)基本性質(zhì)

（1）它發(fā)出的電流是定值Is,而與其輸出的端電壓無(wú)關(guān)，即使是端電壓為零時(shí)，它發(fā)出的電流仍為定值Is。

(2)其輸出端電壓的大小和方向是由與它連接的外電路負(fù)載所決定的。2．電流源的符號(hào)

Is

圖1.1.6電流源的符號(hào)

3．實(shí)際電源，可以用一個(gè)電流源Is和電阻R0相并聯(lián)的電流源模型來(lái)模擬。

IaUb

ISR0 3 圖1.1.8 實(shí)際電源的電流源模型

I?Is?UR0

(1.1.6)3.電壓源模型與電流源模型之間的等效變換

一個(gè)實(shí)際電源既可以用電壓源模型來(lái)表示，也可以用電流源模型來(lái)表示，那么這兩種模型之間一定存在相互等效變換的關(guān)系。所謂等效是對(duì)外電路而言的，即當(dāng)兩種電源模型分別連接相同的外電路，它們對(duì)外電路產(chǎn)生的效果完全一樣，但這兩種電源模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不一致，所以內(nèi)部不能等效。

圖1.1.10 電壓源模型與電流源模型的等效變換

一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為E的電壓源和某個(gè)電阻R0串連的電路，都可用式(1.1.8)變換為一個(gè)電流為Is的電流源和這個(gè)電阻R0并聯(lián)的電路，反過(guò)來(lái)，一個(gè)電流源與電阻并聯(lián)的電路也可以變換為一個(gè)電壓源和電阻串聯(lián)的電路，兩者是等效的。值得注意的是，電壓源和電流源本身之間沒(méi)有等效關(guān)系。因?yàn)殡妷涸吹膬?nèi)阻R0=0，而電流源的內(nèi)阻R0?∞，所以兩者之間不存在等效變換的條件。

1.1.3 一次性電池

一、化學(xué)電源是把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。按可否充電分為一次電池（不可再充電）和二次電池（可再充電）兩類。二、一次性電池又稱干電池（電解質(zhì)不流動(dòng)），1．干電池主要有六個(gè)系列：普通鋅錳（中性鋅錳）、堿性鋅錳、鋅汞、鋅空氣、鎂錳和鋅銀。其中鋅汞電池因汞造成污染，鋅銀電池又消耗大量的白銀，因而使其發(fā)展受到一定 4 的限制，鋅空氣電池隨技術(shù)的發(fā)展有一定的市場(chǎng)，鎂錳電池主要用于軍事項(xiàng)目，普通鋅錳電池已發(fā)展為紙板式干電池，堿性鋅錳電池已有很大的發(fā)展，比普通鋅錳電池更適用于高負(fù)載，目前被普遍采用。

2．干電池組成

? 負(fù)極----向外電路釋放電子，在電化學(xué)反應(yīng)中自身或反應(yīng)物被氧化，一般由鋅片等構(gòu)成。

? 正極----從外電路接受電子，在電化學(xué)反應(yīng)中自身或反應(yīng)物被還原，一般由碳棒（二氧化錳和石墨）構(gòu)成。

? 電解質(zhì)----離子導(dǎo)體，離子在電池正、負(fù)極之間移動(dòng)。典型電解質(zhì)是液態(tài)的，某些電池采用在運(yùn)行溫度下呈離子導(dǎo)體的固體電解質(zhì)。3．電池的等效電路。

一般干電池的單體電動(dòng)勢(shì)E約為1.4～1.6V,特殊干電池各不相同，內(nèi)電阻R0約為0.1～0.5Ω，隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸增大。

4．干電池使用 ? 可串聯(lián)或并聯(lián)使用

? 根據(jù)不同的要求，選擇適合型號(hào)的電池。? 電池在長(zhǎng)時(shí)間不使用時(shí)，應(yīng)將它退出電器設(shè)備 ? 電池應(yīng)保存在陰涼、干燥之處

? 用完后的電池應(yīng)投入專門的回收箱內(nèi)，不要隨便丟棄，防止發(fā)生環(huán)境毒性污染。無(wú)論是民用還是軍用微型電子裝置中都迫切需要電動(dòng)勢(shì)高、重量輕、體積小、性能好的電源系統(tǒng)。五十年代發(fā)展起來(lái)的鋰電池具有容量大、自放電少、溫度特性好等優(yōu)點(diǎn)，其電動(dòng)勢(shì)為3V左右，在航空技術(shù)、監(jiān)控裝置、心臟起搏器、高級(jí)石英手表以及存儲(chǔ)器等電子裝置中被廣泛使用。

1.1.4 可充電電池（此小節(jié)前兩部分與原書(shū)P14至P15的1.1.3節(jié)一樣）

可充電電池是一種可反復(fù)充電的還原性二次電池。充電時(shí)將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能并儲(chǔ)存起來(lái)，使用時(shí)，再將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能并向負(fù)載釋放。這種電能----化學(xué)能的轉(zhuǎn)換是可逆的。

一、鉛酸蓄電池 1．特點(diǎn)

電動(dòng)勢(shì)較高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用溫度范圍大、容量大、原料豐富、價(jià)格低廉。但也存在比 5 較笨重、防震性差、自放電較強(qiáng)、有氫氣放出、易爆等缺點(diǎn)。它主要用于車輛的起動(dòng)電源和實(shí)驗(yàn)室中。

2．基本部件

正極板、負(fù)極板、電解液、隔板、蓄電池槽。正極板是由二氧化鉛（PbO2）構(gòu)成的生極板，負(fù)極板是由海綿狀的金屬鉛（活性物質(zhì)）構(gòu)成的熟極板，電解液為稀硫酸（H2SO4）溶液，隔板是由玻璃絲等聚合物材料構(gòu)成。

3．工作原理

充電后的蓄電池兩極之間的電壓約為2.1V。當(dāng)兩極板間的電壓U降低到1.8V時(shí)，電解液中硫酸（H2SO4）成份逐漸減少，兩極板均變成硫酸鉛（Pb SO4），蓄電池放電結(jié)束。

蓄電池充電時(shí)，將兩季節(jié)在電源的正負(fù)極上如圖1-12（c）所示，組成充電電路。反方向的充電電流使電解液中硫酸（H2SO4）濃度逐漸增大，H不斷移向負(fù)極，在負(fù)極上生成海綿狀的鉛，并放出氫氣，SO4不斷移向正極，是正極還原成PbO2，并有氧氣放出，所以充電過(guò)程必須加水以補(bǔ)充水的流失。當(dāng)極間電壓達(dá)到2.5～2.7V時(shí)，充電結(jié)束。

已經(jīng)生產(chǎn)出免維護(hù)的密封式鉛蓄電池，能方便的使用于汽車及電動(dòng)車上，運(yùn)用中基本上對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染。

二、鎳鎘電池

1．性能：容量高、內(nèi)阻小、能大電流充放電、壽命長(zhǎng)、自放電小、低溫性能好、維護(hù)簡(jiǎn)單。尤其密封式電池可以以任何放置方式加以使用，無(wú)需維護(hù)。其缺點(diǎn)是價(jià)格較貴、有污染、單體電壓低（1.25V），而應(yīng)用不及鉛蓄電池廣。不過(guò)它的重復(fù)使用可達(dá)上千次。

2．結(jié)構(gòu)

鎳鎘電池的負(fù)極為氫氧化鎘（Cd(OH)2）和氫氧化鐵（Fe(OH)3）,正極為氫氧化鎳（Ni(OH)2）,電解液溶液為氫氧化鉀（KOH）,殼體使用二次防爆裝置封裝，外殼為負(fù)極，蓋板為正極，蓋上有排氣孔。為了適應(yīng)特殊需要，它的型式和結(jié)構(gòu)是多種多樣的，可大致分為開(kāi)口式和密閉式兩種。按其結(jié)構(gòu)又可分為平面式、圓筒式和鈕扣式等。

鎳鎘電池在正常的放電時(shí)間內(nèi)，電壓基本保持不變，但一旦超過(guò)正常放電時(shí)間，電壓將驟然下降。使用中若過(guò)度放電或充電不當(dāng)，將會(huì)影響其使用壽命。

鎳鎘電池在電氣設(shè)備、通信器材、衛(wèi)星火箭等方面得到廣泛的應(yīng)用，由于存在著嚴(yán)重的鎘污染，使鎳鎘電池的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)受到限制。目前開(kāi)發(fā)的以新型儲(chǔ)氫材料----鈦鎳或鑭鎳合金作為負(fù)極材料做成的氫鎳電池。其容量是鎳鎘電池的1.5倍，而開(kāi)路電壓及售價(jià)基本相同，同時(shí)它充電時(shí)間比鎳鎘電池短，并能低溫快速充電，所以應(yīng)用日益廣泛。

2-+三、二次鋰電池（鋰離子電池）

自阿曼德(Ａｒｍａｎｄ)于1980年提出了“搖椅電池”(ＲＣＢ)概念后，日本索尼和三洋公司分別于1985年和1988年開(kāi)始了鋰離子電池的實(shí)用化研究。1991年6月，由索尼公司開(kāi)發(fā)成功。世界上第一部采用鋰離子電池的移動(dòng)電話上市后，激發(fā)了世界各國(guó)對(duì)鋰離子電池研制開(kāi)發(fā)的熱潮，鋰離子電池被人們稱之為“最有前途的化學(xué)電源”，甚至稱為“極限電池”或“最后一代電池”。在這之后，松下、東芝、三洋及SAFT和MOLI公司等先后研究和開(kāi)發(fā)出了類似產(chǎn)品，鋰離子電池已經(jīng)成為世界各國(guó)研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。

1．主要構(gòu)造部分有負(fù)極、正極、能傳導(dǎo)鋰離子的電解質(zhì)以及把正負(fù)極隔開(kāi)的隔離膜。鋰離子電池負(fù)極是碳素材料，如石墨等；正極則是含鋰的過(guò)渡金屬氧化物，如LiCoO2、LiMn2O4等；電解質(zhì)是含鋰鹽的有機(jī)溶液。

2．它的工作原理比較簡(jiǎn)單，之所以被稱之為鋰離子電池是因?yàn)檫@種電池?zé)o論在正負(fù)極中還是在電池隔膜中，鋰都是以離子形式存在的。鋰離子電池在充放電過(guò)程中，鋰離子在正負(fù)極之間及電解質(zhì)、隔膜中定向運(yùn)動(dòng)。充電時(shí)在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下鋰離子從正極材料中脫出，穿過(guò)電解質(zhì)及隔膜向負(fù)極方向遷移，在負(fù)極上捕獲一個(gè)電子被還原為鋰，并存貯在具有層狀結(jié)構(gòu)的石墨中；放電時(shí)，過(guò)程正好相反，在負(fù)極中的鋰會(huì)失去一個(gè)電子而成為鋰離子，并穿過(guò)電解質(zhì)及隔膜向正極方向遷移，并存貯在正極材料中，電子則通過(guò)了用電設(shè)備，并為之供電。由于在充放電時(shí)鋰離子是在正負(fù)極之間來(lái)回遷移，所以鋰離子電池通常又稱搖椅電池(Rocking chair battery)。

3．特點(diǎn)

鋰離子電池是目前二次電池中比能量最高的一種新產(chǎn)品，堪稱電池之王。

比能量高、工作溫度范圍寬、工作電壓平穩(wěn)、貯存壽命長(zhǎng)(相對(duì)于其他二次電池)、工作電壓高(一般在2.5Ｖ～3.6Ｖ之間,有的產(chǎn)品達(dá)到4.2Ｖ)等，比一次鋰電池的平均工作電壓(2.0Ｖ～3.0Ｖ)還要高出0.5Ｖ左右。從安全性來(lái)講，鋰離子電池要比以金屬鋰為負(fù)極的一次鋰電池安全得多，電池通過(guò)過(guò)充、短路、穿刺、沖擊等濫用試驗(yàn)，均無(wú)危險(xiǎn)發(fā)生。鋰離子電池與鎳鎘電池一樣可以快速充電，且無(wú)記憶效應(yīng)，遠(yuǎn)比鎳鎘電池優(yōu)越。而且，世界環(huán)境保護(hù)組織早已把用作電池原材料的鎘(Cd)、汞(Hg)、鉛(Pb)等三種元素列為有害物質(zhì)，鎳鎘電池的生產(chǎn)和應(yīng)用受到限制。因而，鋰離子電池被稱之為“綠色”電池。

鋰離子電池在軍事裝備及航天事業(yè)中的應(yīng)用前景廣泛，軍事裝備中的電源包括動(dòng)力車起動(dòng)電池、無(wú)線通訊電臺(tái)電源、特種兵器使用的電池，如水中兵器電源(包括魚(yú)雷、水雷和聲納干擾器等)、微型無(wú)人駕駛偵察飛機(jī)動(dòng)力電源(包括攝錄像裝置電源)、帶引信裝置的預(yù)埋 式各種地雷電源等。

目前，對(duì)鋰離子電池的負(fù)極材料、正極材料、電解質(zhì)材料研究不斷取得新的進(jìn)展。凝膠聚合物鋰電池已率先商品化，其產(chǎn)品以具有超薄、輕便、高能量密度等特點(diǎn)很受用戶的歡迎。固體聚合物電解質(zhì)的研究也取得了許多進(jìn)展，室溫離子導(dǎo)電率以及機(jī)械加工性能有了很大的改進(jìn)。固體鋰離子電池具有很好的使用安全性能，在未來(lái)的電動(dòng)汽車上有很好的應(yīng)用前景。

*1.1.5 燃料電池

一、燃料電池是利用在電池內(nèi)發(fā)生的所謂燃燒反應(yīng)，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置。

二、特點(diǎn)

1．從理論上講，其能量轉(zhuǎn)換率要比火力發(fā)電高很多，只要不斷地供給它燃料，就像往爐膛里添加煤和油一樣，就可連續(xù)不斷的輸出電能。

2．實(shí)際上，由于部件老化和故障等原因，它也有一定的壽命。

3．燃料電池卻是一個(gè)開(kāi)放的電化學(xué)體系，與環(huán)境既有能量的交換，又有物質(zhì)的交換。由于需要不斷地提供燃料，帶走反應(yīng)生成的水和熱量，因此需要一個(gè)比較復(fù)雜的輔助系統(tǒng)。

4．能量轉(zhuǎn)換效率高。燃料電池的最高效率可達(dá)90％，且與規(guī)模無(wú)關(guān)。它還可在半額定功率下運(yùn)行。它可以設(shè)在用戶附近，大大減少了電能傳輸費(fèi)用及損耗。在其發(fā)電的同時(shí)，還可產(chǎn)生熱水及蒸汽。

5．可靠性高。由于燃料電池的轉(zhuǎn)動(dòng)部件很少，因而系統(tǒng)更加安全可靠，不會(huì)發(fā)生像燃?xì)鉁u輪機(jī)或內(nèi)燃機(jī)因轉(zhuǎn)動(dòng)部件失靈而發(fā)生的惡性事故。

6．良好的環(huán)境效益。環(huán)境污染大多來(lái)源于各種燃燒，普通火力發(fā)電廠排放的廢物有顆粒物（粉塵）、硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）、碳?xì)浠衔铮℉C）以及廢水、廢渣等。燃料電池排放的氣體僅為最嚴(yán)格的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的十分之一，溫室氣體的排放量也遠(yuǎn)小于火力發(fā)電廠。它的電化學(xué)副產(chǎn)物是水，其量極少，且清潔得多，無(wú)需設(shè)置廢氣處理系統(tǒng)。另外，它在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中噪聲很小，對(duì)環(huán)境影響小。

7．燃料電池由于技術(shù)不夠普及，無(wú)完善的燃料供應(yīng)系統(tǒng)，市場(chǎng)價(jià)格昂貴，高溫時(shí)壽命及穩(wěn)定性不理想，還未進(jìn)入大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用。

三、氫氧燃料電池工作原理及結(jié)構(gòu)示意圖。

1．其結(jié)構(gòu)主要包括氫電極（負(fù)極）、氧電極（正極）和電解液。2．工作原理

氫在負(fù)極擴(kuò)散，與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并放出電子，這些電子經(jīng)過(guò)負(fù)載到達(dá)正極。在正極上氧原子接受電子后生成氧離子，與電解液中的水發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氫氧離子，再與失去電子的氫離子結(jié)合生成水，并放出熱量。為提高反應(yīng)速率，電極一般采用多孔材料，以增加氣體與電解液的接觸面積，并采用催化劑及提高電池工作溫度。而其它燃料如天然氣、煤氣等，須經(jīng)催化裂化或改質(zhì)以得到氫，在燃料電池中氫電極亦稱為燃料極。燃料電池的輸出電壓約為1V.*1.1.6 太陽(yáng)能電池

太陽(yáng)能是一種可再生的、取之不盡的有效能源。每年太陽(yáng)照射到地球上的總熱量有1.5×10kW·h，相當(dāng)于世界總需求能量的數(shù)萬(wàn)倍。利用太陽(yáng)能不會(huì)改變地球的熱能平衡，不會(huì)產(chǎn)生生態(tài)污染和溫室效應(yīng)。但它的能量密度很低，只有1kW/m，且晝夜及季節(jié)間的差別很大，所以在使用上需要解決設(shè)備工作效率低和成本高的問(wèn)題。太陽(yáng)能電池是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，使光能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。

太陽(yáng)能電池可分為：晶體硅和非晶體硅（包括砷化鎵、硫化鎘、化合物半導(dǎo)體及金屬氧化物電池）二種，晶體硅太陽(yáng)能電池又可分為單晶硅和多晶硅太陽(yáng)能電池，這類電池可靠性高、轉(zhuǎn)換效率高達(dá)10％～25％、資源豐富、無(wú)毒性，目前正向薄片化及大面積化方向發(fā)展，是市場(chǎng)上的主導(dǎo)產(chǎn)品。非晶體硅太陽(yáng)能電池是近二、三十年才發(fā)展起來(lái)的一種新型薄膜太陽(yáng)能電池，它耗材少，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，便于大面積連續(xù)生產(chǎn)，成本較低，在電子產(chǎn)品、通信、中小型并網(wǎng)發(fā)電等方面廣泛應(yīng)用。

1.1.8 直流發(fā)電機(jī)

218

一、直流發(fā)電機(jī)

1． 用途，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。

2． 應(yīng)用，用于蓄電池充電、同步電機(jī)勵(lì)磁、電解和電鍍、直流電動(dòng)機(jī)及汽車、船舶的用電等方面，3． 發(fā)展，由于直流發(fā)電機(jī)構(gòu)造復(fù)雜、能耗大、維護(hù)要求高、噪聲大，隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，它逐漸被半導(dǎo)體整流電源所取代。二結(jié)構(gòu)

1．磁極是用來(lái)在電機(jī)中產(chǎn)生磁場(chǎng)的，它分成極心和極掌兩部分。極心上放置勵(lì)磁繞組，極掌的作用是使電機(jī)空氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布最為合適，并用來(lái)?yè)踝?lì)磁繞組。磁極 是用鋼片疊成的，固定在機(jī)座（即發(fā)電機(jī)外殼）上。2．機(jī)座也是磁路的一部分，它通常使用鑄鋼制成。

3．電樞是發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)部分，它是旋轉(zhuǎn)的。電樞鐵心呈圓柱狀，由沿圓周沖槽的硅鋼片疊成，槽中嵌放電樞繞組。

4．換向器裝在轉(zhuǎn)軸上，它是由楔形銅片組成，銅片間用云母墊片絕緣。電樞繞組的導(dǎo)線按一定規(guī)則與換向片相連接。換向器與電刷是直流電機(jī)的構(gòu)造特征，用以將電樞繞組內(nèi)的交流電流轉(zhuǎn)換為對(duì)外電路輸出的直流電流。

三、直流發(fā)電機(jī)的工作原理

直流發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，電樞由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)而在磁場(chǎng)中以恒定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，在電樞線圈的兩根有效邊（切割磁力線的部分導(dǎo)體）中便感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。盡管在每一有效邊中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)是交變的，但在緊壓在換向器上的電刷之間出現(xiàn)的電動(dòng)勢(shì)或電壓的極性是不變的，這樣輸出電流的方向就一定。

四、直流發(fā)電機(jī)通常按勵(lì)磁方法分為：他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)。

他勵(lì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組是由外電源供電的，勵(lì)磁電流不受電樞端電壓或電樞電流的影響。其余三種發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流即為電樞電流或電樞電流的一部分，所以它們也稱為自勵(lì)發(fā)電機(jī)。

1.2 交流電源

交流電的優(yōu)點(diǎn)：

? 變壓方便，做到遠(yuǎn)距離、低損耗地傳輸電能。

? 正弦量無(wú)論做加法運(yùn)算、減法運(yùn)算、積分或微分運(yùn)算，其結(jié)果依然是同頻率的正弦量，因此在正弦交流電路中各個(gè)正弦交流電量頻率相同，分析計(jì)算方便。? 正弦交流電量變化平滑，在正常情況下不會(huì)引起過(guò)電壓而破壞電器設(shè)備的絕緣。? 電動(dòng)機(jī)等交流電器設(shè)備采用正弦交流可以使其性能最優(yōu)。1.2.1 正弦交流電壓的產(chǎn)生

一、概念

隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的電壓、電流、電動(dòng)勢(shì)稱為正弦交流電，它是由交流發(fā)電機(jī)或正弦信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的。

二、正方向

即代表正半周時(shí)的方向。在負(fù)半周時(shí)，由于所標(biāo)的方向與實(shí)際方向相反，則其值為負(fù)。1.2.2 正弦交流電量的頻率、大小、相位、有效值

一、頻率與周期

1． 周期：正弦交流電量變化一個(gè)循環(huán)所需的時(shí)間（秒）稱為周期T。2． 頻率：每秒內(nèi)變化的循環(huán)次數(shù)稱為頻率f, f?3． 角頻率：??1。T2??2?f，單位是弧度每秒（rad/s）。T

二、幅值與有效值

1．瞬時(shí)值：用小寫(xiě)字母來(lái)表示，如i、u及e分別表示電流、電壓及電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值。2．幅值或最大值：瞬時(shí)值中最大的值，用下標(biāo)m的大寫(xiě)字母來(lái)表示，如Im、Um及Em分別表示電流、電壓及電動(dòng)勢(shì)的幅值。

12idt3．有效值：正弦電流的條件下可得I=T?0T=

TIm122Isin?tdt=，mT?20同理正弦電壓或正弦電動(dòng)勢(shì)的有效值為U?

三、初相位

Um2、E?Em2。

1．初相位：正弦電流為i?Imsin(?t??)，（ωt+Ψ）成為正弦量的相位角或相位，它反映出正弦交流電量變化的進(jìn)程。t=0時(shí)的相位稱為初相位角或初相位，一般用Ψ表示。

2．相位差：兩個(gè)相同頻率的正弦量的相位角之差或相位之差，稱為相位角差或相位差，用φ表示。則：

??(?t??1)?(?t??2)??1??2（1-5）

u較i先到達(dá)正的幅值，這稱為在相位上u比i超前φ角，或者說(shuō)i比u滯后φ角。若u和i具有相同的初相位，即相位差φ=0,稱為同相（相位相同）；而u和i具有相反的初相位，即相位差φ=180°，稱為反相（相位相反）。

1.2.3 三相交流電 一、三相同步發(fā)電機(jī)

1．主要組成部分是電樞和磁極。

2．電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生

二、電動(dòng)勢(shì)表示： 1．如以A為參考，則有

????? eB?Emsin(?t?120)? ????eC?Emsin(?t?240)?Emsin(?t?120)??eA?Emsin?t 并有eA +eB +eC=0

2．相序：三相交流電出現(xiàn)正幅值（或相應(yīng)零值）的順序稱為相序。在此相序是A→B→C。

三、星形聯(lián)結(jié)

1．星形聯(lián)結(jié)：發(fā)電機(jī)三相繞組的聯(lián)接通常將三個(gè)末端聯(lián)結(jié)在一起，這一聯(lián)結(jié)點(diǎn)稱為中點(diǎn)或零點(diǎn)，用N表示。從中點(diǎn)引出的導(dǎo)線稱為中性線，俗稱零線。從始端A、B、C引出的三根導(dǎo)線稱為相線或端線，俗稱火線。

2．相電壓：每相始端與末端間的電壓，即火線與地線間的電壓，稱為相電壓，其有效值用UA、UB、UC或一般地用Up表示，其正方向?yàn)樽允级酥赶蚰┒恕?/p>

當(dāng)繞組中沒(méi)有電流時(shí)就有uA?eA、uB?eB、uC?eC及Um?Em成立，即有

uA?Umsin?t????uB?Umsin(?t?120?)?

???uC??Umsin(?t?120)??3．線電壓：任意兩始端間的電壓，即兩火線間的電壓，稱為線電壓，其有效值用UAB、UBC、UCA或一般地用Ul表示，其正方向由其下標(biāo)確定，例如UAB是A端指向B端。

uAB?uA?uB?Um[sin?t?sin(?t?120?)]?3Umsin(?t?30?)?????同理 uBC?uB?uC?3Umsin(?t?90)?（1-9）

????uCA?uC?uA?3Umsin(?t?150)?它們和電源電動(dòng)勢(shì)一樣都是對(duì)稱的同頻率的正弦量，相電壓的大小等于繞組電動(dòng)勢(shì)，線電壓的大小是相電壓的3倍，即 Ul?3Up(1-10)1.2.4 水力發(fā)電站

一、水利發(fā)電原理

水力發(fā)電站是利用高位水和低位水之間因落差所具有的水位能，通過(guò)水輪機(jī)轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電能。

水力發(fā)電的開(kāi)發(fā)包括一般水力發(fā)電站例如三峽水電站和大規(guī)模的抽水蓄能發(fā)電站例如浙江天荒坪抽水蓄能電站，近年來(lái)抽水蓄能發(fā)電站在水力發(fā)電中占有的比例日益增大。

二、水力發(fā)電站按構(gòu)造及落差方式的分類

1．引水式水力發(fā)電站 在河流的上游建立一個(gè)引水口，利用斜坡較緩的水渠，將水引到一定落差的地點(diǎn)，利用水的沖擊力發(fā)電。

2．堤壩式水力發(fā)電站 在山間河道狹窄的地方，建立起切斷水流的大壩，將河水堵住，使水位提升，利用壩前后水的落差發(fā)電。

3．混合式水力發(fā)電站 把引水式和堤壩式組合在一起的混合方式，用水壩將水位提高，再建水道將水引到下游去發(fā)電。

三、水力發(fā)電站按水的運(yùn)行方式的分類

1．抽水蓄能發(fā)電站 在夜晚輕負(fù)荷時(shí)，大容量的核電站和火力發(fā)電廠的設(shè)備利用率下降，產(chǎn)生剩余電能。利用這些多余的電能，用泵將下游水庫(kù)的水，抽到上游的水庫(kù)中儲(chǔ)存，在重負(fù)荷時(shí)，再利用上游水庫(kù)的能量發(fā)電。按照安裝泵的方法分，有既作水輪發(fā)電機(jī)又作抽水泵的可逆式抽水蓄能發(fā)電站及發(fā)電機(jī)、抽水泵分別安裝的獨(dú)立式抽水蓄能發(fā)電站。

2．徑流式發(fā)電站 它不調(diào)節(jié)河水的流量，是利用自然河水的發(fā)電方式，這種發(fā)電站的建設(shè)成本較低。但是，當(dāng)河水流量大時(shí)，要放棄一部分水，在枯水期，發(fā)電量必須減少。

3．調(diào)節(jié)式發(fā)電站 建一個(gè)取水壩，在水路途中建一調(diào)節(jié)水庫(kù)，當(dāng)自然流量少發(fā)電站用水不足，或負(fù)荷增大時(shí)，使用調(diào)節(jié)水庫(kù)的水發(fā)電。

4．水庫(kù)式發(fā)電站 這種發(fā)電站的水庫(kù)比調(diào)節(jié)水庫(kù)大，可以貯存溶化的冰雪、梅雨、臺(tái)風(fēng)水等，可以調(diào)節(jié)河流流量的季節(jié)變化。

1.2.5 火力發(fā)電站

一、火力發(fā)電原理

火力發(fā)電就是將石油、煤、液化天然氣等礦物燃料所具有的熱能通過(guò)水蒸氣轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再推動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生電能。

二、火力發(fā)電廠的構(gòu)成

1．鍋爐是將燃料的能量高效地轉(zhuǎn)化為熱能的裝置。它燃燒煤炭、重油、液化天然氣等燃料產(chǎn)生蒸汽，其輔助設(shè)備有燃燒器、空氣預(yù)熱器和通風(fēng)設(shè)備等。

2．汽輪機(jī)是將蒸汽所具有的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，而后推動(dòng)發(fā)電機(jī)的裝置。按蒸汽的作用方式可分為：沖動(dòng)式汽輪機(jī)、反動(dòng)式汽輪機(jī)和冷凝式汽輪機(jī)等。

3．冷凝、給水設(shè)備是將汽輪機(jī)排出的蒸汽冷凝為冷凝水，而后經(jīng)冷凝水泵將該冷凝水作為給水送到鍋爐去的裝置。它包括冷凝處理、加熱和鍋爐給水全套設(shè)備。

4．汽輪發(fā)電機(jī)是將汽輪機(jī)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的裝置。汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電，再經(jīng)過(guò)變壓器升壓，送到電網(wǎng)中。大型發(fā)電機(jī)的端電壓為15~30kV(線電壓)，中、小型發(fā)電機(jī)的端電壓一般為3.3~11kV。每臺(tái)發(fā)電機(jī)接一臺(tái)主變壓器，變壓器的容量可達(dá)230~1100MVA,高壓側(cè)的線電壓為66~500kV。

5．火力發(fā)電廠的運(yùn)行控制是由中央調(diào)度所大型計(jì)算機(jī)實(shí)施的。

6．建設(shè)地點(diǎn)：為了確保燃料供應(yīng)和冷卻水等條件，火力發(fā)電廠大多建立在江河沿岸、沿海地帶或煤炭、石油、天然氣產(chǎn)地附近。但在工業(yè)區(qū)和城鎮(zhèn)附近，也建有中小型熱電廠，以便就近供電及供蒸汽。

*1.2.6 核能發(fā)電站

一、核能發(fā)電原理

核電站是利用鈾燃料原子核裂變過(guò)程中釋放的核能來(lái)發(fā)電的。鈾燃料的原子核受到外部熱中子轟擊時(shí)，會(huì)產(chǎn)生原子核裂變，分裂為兩個(gè)原子核，并釋放出大量的熱量。該熱量將水變?yōu)樗魵?，然后把它送到汽輪機(jī)發(fā)電，其原理同火力發(fā)電一樣。

二、核燃料

1．核電站中使用的是將鈾235的比例濃縮成2%~4%的核燃料棒，在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)漸漸地將能量放出發(fā)電。

2．鈾235的原子核，每次裂變會(huì)產(chǎn)生能量，并放出2~3個(gè)高速的中子。在輕水反應(yīng)堆中，減速為核裂變物質(zhì)容易吸收的熱中子，再轟擊穩(wěn)定的原子核，引起核裂變連鎖反應(yīng)。在反應(yīng)堆中通過(guò)控制棒吸收熱中子來(lái)調(diào)節(jié)核裂變的連鎖反應(yīng)。

3．占97%不能燃燒的鈾238，會(huì)吸收在核裂變時(shí)放出的中子，其中0.6%變?yōu)轭?39，钚239也會(huì)產(chǎn)生原子核裂變，在裂變的同時(shí)釋放出能量。將核燃料放入反應(yīng)堆之后，钚隨著燃料的燃燒而增加，核電站三年累計(jì)發(fā)電量的30%是由钚發(fā)電的。

4．乏燃料，核燃料燃燒后被消耗而減少，最終就不會(huì)進(jìn)行連鎖反應(yīng)，成為乏燃料。要用鋼鐵和鉛做成的屏蔽容器貯藏冷卻許多年后，運(yùn)回工廠再進(jìn)行化學(xué)處理，分離回收鈾，以便經(jīng)濃縮后重新使用，這稱之為核燃料循環(huán)。然后將分離后剩下的核生成物硝酸溶液（廢液），再和水泥材料混合，固化在不銹鋼容器中，放在地下數(shù)百米深的地下層中長(zhǎng)期儲(chǔ)存。

三、核電站的系統(tǒng)、設(shè)備和工作原理

壓水堆核電站主要由核反應(yīng)堆、一回路系統(tǒng)、二回路系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)所組成。1．核反應(yīng)堆是核電站動(dòng)力裝置的重要設(shè)備。它是用低濃縮鈾作核燃料，實(shí)現(xiàn)可控制鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)的裝置，堆內(nèi)用輕水作慢化劑和冷卻劑。

2．一回路系統(tǒng)

高壓的冷卻水由主循環(huán)泵壓送流經(jīng)反應(yīng)堆，吸收核燃料裂變放出的熱能后，流進(jìn)蒸汽發(fā)生器，通過(guò)蒸汽發(fā)生器再將熱量傳遞給在管外流動(dòng)的二回路給水,使它變成蒸汽；此后，再由主循環(huán)泵將冷卻水重新送至反應(yīng)堆內(nèi)。如此循環(huán)往復(fù)，構(gòu)成一個(gè)密閉的循環(huán)回路。一回路系統(tǒng)的壓力由穩(wěn)壓器來(lái)控制。

3．二回路系統(tǒng)是將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。二回路給水吸收了一回路的熱量后成為蒸汽，然后進(jìn)入汽輪機(jī)做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。做功后的乏氣排入冷凝器內(nèi)，凝結(jié)成水，然后由凝結(jié)水泵送入加熱器，加熱后重新返回蒸汽發(fā)生器，構(gòu)成二回路的密閉循環(huán)。*1.2.7 風(fēng)力發(fā)電

風(fēng)能（約2?10W）比可開(kāi)發(fā)利用的水利資源總量還要大10倍。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)電設(shè)備。風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)增速機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來(lái)促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約是每秒三米的微風(fēng)速度，便可以開(kāi)始發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常由風(fēng)輪、對(duì)風(fēng)裝置、調(diào)速裝置、傳動(dòng)裝置、發(fā)電機(jī)、塔架、停車機(jī)構(gòu)等組成。

風(fēng)輪的作用是吸收風(fēng)能，并將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，再由風(fēng)輪軸將能量送給傳動(dòng)裝置。機(jī)頭座用來(lái)支撐塔架上方的所有裝置及附屬部件，它牢固與否將直接關(guān)系到風(fēng)力機(jī)的安危與壽命。

回轉(zhuǎn)體（轉(zhuǎn)盤）是塔架與機(jī)頭座的連接部件，機(jī)頭座安裝在回轉(zhuǎn)體的內(nèi)圈上，并通過(guò)固定在塔架上的外套之間的軸承和對(duì)風(fēng)裝置相連，在風(fēng)向變化時(shí)，機(jī)頭便能水平地回轉(zhuǎn)，使風(fēng)輪迎風(fēng)工作。

調(diào)速裝置，在風(fēng)速大于額定風(fēng)速時(shí)起限速作用，當(dāng)風(fēng)速增至停機(jī)風(fēng)速時(shí)，調(diào)速裝置能使風(fēng)輪停機(jī)。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)也可由手剎車機(jī)構(gòu)控制其停機(jī)。

發(fā)電機(jī)是將由風(fēng)輪軸傳來(lái)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能的設(shè)備。風(fēng)力發(fā)電常用的發(fā)電機(jī)有4種。（1）直流發(fā)電機(jī)

常用在微小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，直流電壓為12、24、36V等。中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上也有采用直流發(fā)電機(jī)的。（2）永磁發(fā)電機(jī)

常用在小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，中、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上一般不用。其電壓為115、127V等，有交流也有直流。最近我國(guó)發(fā)明了交流電壓440V/240V的高效永磁交流發(fā)電機(jī)，可以制成多極低轉(zhuǎn)速，比較適合風(fēng)力發(fā)電機(jī)用。（3）同步交流發(fā)電機(jī)

它的電樞與主磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)，其工作原理參見(jiàn)1.2.3節(jié)。（4）異步交流發(fā)電機(jī)

異步交流發(fā)電機(jī)的電樞與主磁場(chǎng)不同步旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速略比同步轉(zhuǎn)速低，當(dāng)并網(wǎng)時(shí)它的轉(zhuǎn)速應(yīng)高于或等于主磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速。

16 *1.2.8 其它發(fā)電方式

電能除了用上述幾種方式提供外，目前正在開(kāi)發(fā)利用的還有磁流體發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、海洋發(fā)電等。

一、磁流體發(fā)電

1．磁流體發(fā)電是利用高溫導(dǎo)電流體高速通過(guò)磁場(chǎng)，在電磁感應(yīng)的作用下，將熱能轉(zhuǎn)換成電能。

2．磁流體發(fā)電具有以下特點(diǎn)：（1）效率高 總效率可達(dá)52%。

（2）起動(dòng)快

可以在幾秒鐘內(nèi)達(dá)到額定負(fù)荷。因此磁流體發(fā)電機(jī)可作為特殊試驗(yàn)用的脈沖電源或尖峰負(fù)荷電源，這是其它發(fā)電方式無(wú)法比擬的。

（3）環(huán)境污染少

磁流體-蒸汽聯(lián)合電站的熱效率高，熱污染大大減少。采用了多種措施減少排煙廢氣中的二氧化硫，氧化氮等污染物的排放。（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便

二、地?zé)岚l(fā)電 1．地?zé)豳Y源

（1）水熱資源 其溫度從室溫到360C不等，約占已探明地?zé)豳Y源的10%。（2）地壓資源 溫度處于150~260C之間，儲(chǔ)量大約是已探明地?zé)豳Y源的20%。（3）干熱巖 它是地層深處具有150~650C的固體熱巖層，其儲(chǔ)藏的熱能占已探明地?zé)豳Y源的30%。

（4）熔巖，它是650~1200C處于熔化狀態(tài)的熔巖，其埋藏部位最深，約占已探明地?zé)豳Y源的40%。

2．地底深處儲(chǔ)留層的地?zé)崃黧w溫度在200C以上，當(dāng)儲(chǔ)留層的溫度高時(shí)，利用地?zé)崃黧w使部分熱水汽化，這種發(fā)電稱為閃蒸方式。

3．在儲(chǔ)留層的溫度低時(shí)，可采用另外的發(fā)電方式。即將熱水抽上來(lái)，通過(guò)熱交換器，加熱二次媒體（沸點(diǎn)低的媒體）將它變成氣體，驅(qū)動(dòng)熱介質(zhì)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)。

三、海洋發(fā)電

1．潮汐發(fā)電

潮汐發(fā)電和水力發(fā)電的原理差不多。它是在海灣或有潮汐的河口上建筑一座欄水堤壩，形成水庫(kù)，并在壩中或壩旁放置水輪發(fā)電機(jī)組，然后利用潮汐漲落時(shí)海洋水位的升降，使海水通過(guò)水輪機(jī)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

2．波浪能發(fā)電

海洋波浪具有很大的能量，每平方公里海面上，波浪的功率可達(dá)

0

0

0

0

010~20萬(wàn)kW。目前波浪能發(fā)電裝置就原理來(lái)說(shuō)大致分為三種：① 利用海面波浪的上下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生空氣流或水流而使輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；② 利用波浪裝置前后擺動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生空氣流或水流而使輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；③ 把低壓大波浪變成小體積高壓水，然后把水引入某一高位水池積蓄起來(lái)，使其產(chǎn)生一個(gè)水頭，從而沖動(dòng)水輪機(jī)。波浪發(fā)電裝置可以浮在海上，也可建在海岸，成為固定式發(fā)電裝置。同時(shí)也可以把許多幾千瓦的小功率波浪發(fā)電裝置串接起來(lái)，產(chǎn)生較大的功率。

3．海洋溫差發(fā)電

它是利用海洋的表層溫水和1000米深處以下的冷水之間有20C左右的溫差進(jìn)行發(fā)電。其工作過(guò)程為：由溫水泵吸取海洋表層溫水，在蒸發(fā)器中使氨氣氣化膨脹為蒸汽，做功推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。來(lái)自汽輪機(jī)的蒸汽用冷凝器中流過(guò)的深海冷水冷卻成氨水，再泵入蒸發(fā)器完成循環(huán)。

0

圖1-30

海洋溫差發(fā)電原理

海洋溫差發(fā)電裝置設(shè)置在海洋中，發(fā)電站的結(jié)構(gòu)型式有浮體式、半潛水式和潛水式三種。它發(fā)出的電力有以下幾種利用方法：① 發(fā)電站在離陸地150km以內(nèi)的地方時(shí)，可用海底電纜向陸上的變電站送電。② 離陸地較遠(yuǎn)的發(fā)電站，可利用產(chǎn)生的電力，蒸發(fā)海水制造淡水；或?qū)⑺娊獾玫綒浜桶?，用船運(yùn)往陸地，作為汽車和火電廠的燃料。③ 利用電站的電力從濃縮海水中提取鈾和重水，運(yùn)往陸地供核電站用。④ 利用電站的電力從海水中提取稀有金屬，如鋰。⑤ 向海上采油、采礦工程供電。海洋溫差發(fā)電不消耗能源，又無(wú)污染，同時(shí)可能做到大規(guī)模連續(xù)發(fā)電，是很有發(fā)展前途的。

第四篇：電工學(xué)教案第二章

教案

（七）一、教學(xué)內(nèi)容

§2-1 磁場(chǎng)

二、教學(xué)目的和要求

1．了解直線電流、環(huán)形電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。2．會(huì)用安培定則判斷磁場(chǎng)的方向。

三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

重點(diǎn)：安培定則判斷直線電流和環(huán)形電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向。難點(diǎn)：磁場(chǎng)和磁感線。

四、教學(xué)過(guò)程

1．直觀法 2．講授法 3．討論法

§2-1 磁場(chǎng)

一、磁體及其性質(zhì)

磁性——某些物體能夠吸引鐵、鎳、鈷等物質(zhì)的性質(zhì)。磁體——具有磁性的物體。

磁極——磁體兩端磁性最強(qiáng)的部分。指北的磁極稱北極（N），指南的磁極稱南極（S）。同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。

二、磁場(chǎng)與磁感線 1．磁場(chǎng)

磁場(chǎng)——在磁體周圍的空間中存在的一種特殊物質(zhì)。磁極之間的作用力就是通過(guò)磁場(chǎng)進(jìn)行傳遞的。

2．磁感線

磁感線——磁場(chǎng)中畫(huà)出的一些有方向的曲線，在這些曲線上，每一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，也就是放在該點(diǎn)的磁針N極所指的方向。

磁感線的方向：在磁體外部由N極指向S極，在磁體內(nèi)部由S極指向N極。

均勻磁場(chǎng)——在磁場(chǎng)的某一區(qū)域里，磁感線是一些方向相同分布均勻的平行直線。

三、電流的磁場(chǎng)

電流的磁效應(yīng)——電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的現(xiàn)象。

1．直線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)

右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，則彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。

2．環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)

右手握住通電螺線管，讓彎曲的四指所指方向跟電流的方向一致，則大拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向，也就是通電螺線管的磁場(chǎng)北極的方向。

作業(yè)：練習(xí)冊(cè)P12-13

課后小結(jié)：

教案

（八）一、教學(xué)內(nèi)容

§2-2 磁場(chǎng)的主要物理量

二、教學(xué)目的和要求

1．理解磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念。2．理解磁通和磁導(dǎo)率的概念。

三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

重點(diǎn)：磁感應(yīng)強(qiáng)度 難點(diǎn)：磁通和磁導(dǎo)率

四、教學(xué)過(guò)程

1．直觀法 2．講授法 3．討論法

§2-2 磁場(chǎng)的主要物理量

一、磁感應(yīng)強(qiáng)度

磁感應(yīng)強(qiáng)度——在磁場(chǎng)中，垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線，所受電磁力F與電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度l的乘積Il的比值，用B表示，單位為特斯拉，簡(jiǎn)稱特（T）。

磁感應(yīng)強(qiáng)度是個(gè)矢量，它的方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)的方向。

磁感線的疏密程度可以大致反映磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。在同一個(gè)磁場(chǎng)的磁感線分布圖上，磁感線越密的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，磁場(chǎng)越強(qiáng)。

二、磁通

磁通——設(shè)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)中，有一個(gè)與磁場(chǎng)方向垂直的平面，面積為S，我們把B與S的乘積定義為穿過(guò)這個(gè)面積的磁通量，簡(jiǎn)稱磁通，用Φ表示。

Φ = BS

磁通的單位是韋伯（Wb），簡(jiǎn)稱韋。

這表示磁感應(yīng)強(qiáng)度等于穿過(guò)單位面積的磁通，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱磁通密度，并且用Wb/m2作單位。

三、磁導(dǎo)率

磁導(dǎo)率——用來(lái)表示媒介質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量，用μ表示，其單位為H/m（亨/米）。

相對(duì)磁導(dǎo)率——任一物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空的磁導(dǎo)率的比值，用μr表示，即

ΦB?S??r??0鐵磁物質(zhì)的磁化：

磁化——使原來(lái)沒(méi)有磁性的物質(zhì)具有磁性的過(guò)程。

作業(yè)：練習(xí)冊(cè)P13

課后小結(jié)：

教案

（九）一、教學(xué)內(nèi)容

§2-3 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用

二、教學(xué)目的和要求

1．掌握電流在磁場(chǎng)中受電磁力作用的知識(shí)。2．會(huì)用左手定則判斷電磁力的方向。

三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

重點(diǎn)：磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)體的作用。難點(diǎn)：通電平行直導(dǎo)體間的作用。

四、教學(xué)過(guò)程

1．直觀法 2．講授法 3．討論法

§2-3 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用

電磁力——通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到的力，也稱安培力。

一、磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)體的作用 1．方向的判別——左手定則

平伸左手，使大拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都跟手掌在同一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿入掌心，并使四指指向電流的方向，則大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)體所受電磁力的方向。

2．大小的計(jì)算

? α=90°時(shí)，電磁力最大。? α=0 °時(shí)，電磁力最小。

? 當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向斜交時(shí)，電磁力介于最大值和最小值之間。

二、通電平行直導(dǎo)線之間的作用

三、磁場(chǎng)對(duì)通電線圈的作用

作業(yè)：練習(xí)冊(cè)P14-15

課后小結(jié)：

教案

（十）一、教學(xué)內(nèi)容

§2-4 電磁感應(yīng)

二、教學(xué)目的和要求

1．理解電磁感應(yīng)的概念。

2．掌握楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律。

三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

重點(diǎn)：直導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。難點(diǎn)：楞次定律。

四、教學(xué)過(guò)程

1．直觀法 2．講授法 3．討論法

§2-4 電磁感應(yīng)

一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象

將一條形磁鐵放置在線圈中，當(dāng)條形磁鐵靜止時(shí)，檢流計(jì)的指針不偏轉(zhuǎn)，但將條形磁鐵迅速地插入或拔出時(shí)，檢流計(jì)的指針都會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明線圈中有電流。

利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流。條形磁鐵插入和拔出線圈時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生感應(yīng)電流的電動(dòng)勢(shì)稱為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

二、楞次定律

楞次定律指出了磁通的變化與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在方向上的關(guān)系，即：感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通總是阻礙原磁通的變化。

三、法拉第電磁感應(yīng)定律

線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈中磁通的變化率成正比。單匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大?。?/p>

?Φe??t?Φe?N?tN匝線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小：

四、直導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

1．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向

右手定則——平伸右手，大拇指與其余四指垂直，讓磁感線穿入掌心，大拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向，則其余四指所指的方向就是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。

2．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小

【例2－1】 在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一長(zhǎng)度為l的直導(dǎo)體AB，可沿平行導(dǎo)電軌道滑動(dòng)。當(dāng)導(dǎo)體以速度v向左勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，試確定導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向和大小。

解：

（1）導(dǎo)體向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電回路中磁通將增加，根據(jù)楞次定律判斷，導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向是B端為正，A端為負(fù)。用右手定則判斷，結(jié)果相同。

（2）設(shè)導(dǎo)體在△t時(shí)間內(nèi)左移距離為d，則導(dǎo)電回路中磁通的變化量為

???B?S?Bld?Blv?t

所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e???Blv?t??Blv ?t?t

作業(yè)：練習(xí)冊(cè)P15-17

課后小結(jié)：

教案

（十一）一、教學(xué)內(nèi)容

§2-5 自感

二、教學(xué)目的和要求

1．理解自感系數(shù)的概念。2．了解自感現(xiàn)象的應(yīng)用。

三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

重點(diǎn)：自感現(xiàn)象。

難點(diǎn)：自感系數(shù)和自感電動(dòng)勢(shì)。

四、教學(xué)過(guò)程

1．直觀法 2．講授法 3．討論法

§2-5 自感

一、自感現(xiàn)象

當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)總是阻礙線圈中原來(lái)電流的變化。

自感——這種由于流過(guò)線圈本身的電流發(fā)生變化而引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱自感。

自感電動(dòng)勢(shì)——自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，用eL表示，自感電流用iL表示。

二、自感系數(shù)

自感磁通——自感電流產(chǎn)生的磁通。

自感系數(shù)（簡(jiǎn)稱電感）——衡量不同線圈產(chǎn)生自感磁通的能力，用L表示，單位為亨利（H）。

三、自感電動(dòng)勢(shì)

自感現(xiàn)象是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的一種特殊情況，遵從法拉第電磁感應(yīng)定律。

NΦL?I?IeL?L?t

四、線圈L所儲(chǔ)存能量

12WL?LI2線圈的電感反映了它所儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的能力。

作業(yè)：練習(xí)冊(cè)P17-18

課后小結(jié)：

教案

（十二）一、教學(xué)內(nèi)容

§2-6 互感

二、教學(xué)目的和要求

1．理解互感系數(shù)的概念。2．了解互感現(xiàn)象的應(yīng)用。

3．會(huì)判斷和測(cè)定互感線圈的同名端。

三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

重點(diǎn)：互感現(xiàn)象。

難點(diǎn)：互感線圈同名端的判斷。

四、教學(xué)過(guò)程：

1．直觀法 2．講授法 3．討論法

§2-6 互感

一、互感現(xiàn)象和互感電動(dòng)勢(shì)

在開(kāi)關(guān)SA閉合或斷開(kāi)瞬間以及改變RP的阻值，檢流計(jì)的指針都會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這是因?yàn)?，?dāng)線圈 A中的電流發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)線圈的磁通也發(fā)生變化，該磁通的變化必然又影響線圈B，使線圈B中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流。

互感——由一個(gè)線圈中的電流發(fā)生變化而在另一線圈中產(chǎn)生電磁感應(yīng)的現(xiàn)象。

互感電動(dòng)勢(shì)——由互感產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，用eM表示。

線圈B中互感電動(dòng)勢(shì)的大小不僅與線圈A中電流變化率的大小有關(guān)，而且還與兩個(gè)線圈的結(jié)構(gòu)以及它們之間的相對(duì)位置有關(guān)。當(dāng)兩個(gè)線圈相互垂直時(shí)，互感電動(dòng)勢(shì)最小。當(dāng)兩個(gè)線圈互相平行，且第一個(gè)線圈的磁通變化全部影響到第二個(gè)線圈，這時(shí)也稱全耦合，互感電動(dòng)勢(shì)最大。

二、互感線圈的同名端

eM2?I1?M?tSA閉合瞬間，A線圈有電流I從1端流進(jìn)，根據(jù)楞次定律，在A線圈兩端產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，極性為左正右負(fù)。利用同名端可確定B線圈的4端和C線圈的5端皆為自感電動(dòng)勢(shì)的正端。

作業(yè)：練習(xí)冊(cè)P19

課后小結(jié)：

第五篇：電工學(xué)實(shí)驗(yàn)課教案

電工學(xué)實(shí)驗(yàn)課教案

實(shí)驗(yàn)一

基爾霍夫定律的驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)二

電壓源與電流源的等效變換

實(shí)驗(yàn)三

疊加原理的驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)四

戴維南定理的驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)五

日光燈線路的連接

實(shí)驗(yàn)六

功率因數(shù)的提高

實(shí)驗(yàn)七 三相負(fù)載Y.的接線方法 實(shí)驗(yàn)八 三相負(fù)載Δ的接線方法 實(shí)驗(yàn)九 三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制 實(shí)驗(yàn)十 三相異步電動(dòng)機(jī)正；反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一

電位、電壓的測(cè)定及電路圖繪制

一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

1理解電路中電位及電壓的概念。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明電位具有相對(duì)性而電壓具有絕對(duì)性。3學(xué)會(huì)電位圖的繪制方法。

二 實(shí)驗(yàn)原理：在一個(gè)確定的閉合電路中，各點(diǎn)電位的高低視所選參考點(diǎn)的不同而變。但任意兩點(diǎn)間電位差是不變的。它不因參考點(diǎn)電位的變化而改變。

FI 1R1510I 3AR21KI 2B+12V510R3+6v--R4300三 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:

E510DC 分別將兩路直流穩(wěn)壓電源調(diào)為E1= 6V。E2=12V，接入電路中。2 以圖中A點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，分別測(cè)量B C D E F 各點(diǎn)電位值及相鄰兩點(diǎn)間的電壓值，Uab Ubc Ucd Ude Uef Ufa.2 以D點(diǎn)為參考點(diǎn)。分別測(cè)量以上2中數(shù)據(jù)。四 注意事項(xiàng)：

測(cè)量時(shí)萬(wàn)用表黑表筆與參考點(diǎn)相連，紅表筆與待測(cè)點(diǎn)相連。實(shí)驗(yàn)二

基爾霍夫定律的驗(yàn)證

一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)會(huì)使用直流電壓表、電流表和數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)支路電壓、電流，驗(yàn)證基爾霍夫定律。

二 實(shí)驗(yàn)原理：KLC即∑I＝0 任一節(jié)點(diǎn)的電流代數(shù)和為零。

KVL即∑U＝0 任一回路，各元件電壓代數(shù)和應(yīng)為零。

FS1I 1R1510I 3AR21KI 2BS2+12V1-S1R4R3510+I I-S2S36vS3300D三 實(shí)驗(yàn)步驟：如圖

E510DC 1． 熟悉電工試驗(yàn)臺(tái)上各元件性能及穩(wěn)壓電源使用方法；將直流穩(wěn)壓電源調(diào)為6V，12V。注意切換開(kāi)關(guān)位置；

2．熟悉數(shù)字萬(wàn)用表、電壓表、電流表各量程掌握電壓并電流串的測(cè)量方法。

3.用萬(wàn)用表測(cè)各電阻值，并記錄。

4.任意設(shè)定各支路電流參考方向，選定電路中的任意節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證KCL的正確性，5.選定電路中的任意回路驗(yàn)證KVL的正確性。6.數(shù)據(jù)記入表22.四：注意事項(xiàng) ：

1。嚴(yán)禁帶電測(cè)量電阻；防止并聯(lián)電阻存在；注意儀表極性，量程；

2。記錄數(shù)據(jù)時(shí)注意正負(fù)號(hào)； 實(shí)驗(yàn)三 電壓源與電流源等效變換

一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?掌握電源外特性的測(cè)試方法。2 驗(yàn)證電壓源與電流源等效變換的條件。

6v+Is=US/R0Us-Ro Us=IsR0-RLR0=R0IsRo RL+二 實(shí)驗(yàn)原理：

電壓源模型 電流源模型 實(shí)際電源摸型：一個(gè)電源可以用兩種不同的電路模型來(lái)表示，及電壓源模型與電流源模型。其中電壓源模型為理想電壓源與電阻串聯(lián)構(gòu)成,R0 = 0。電流源模型為理想電流源與電阻并聯(lián)構(gòu)成R0 = ∽

為理想電流源。2 電源模型的外特性：

電源模型的外特性：指輸出電壓與輸出電流間的變化關(guān)系。即 U = F（I）

（1）電壓源模型的外特性 ：伏安關(guān)系式，即U = U —I R，作的曲Us Uoc IO O Is RIs線稱外特性曲

I s 線如圖A。

U

A

B（2）電流源模型的外特性 ：即U = I R — I R，作的曲線稱外特性曲線，如圖B;（3）電壓源與電流源的等效變換

同一個(gè)實(shí)際電源的兩種電路模型外特性是完全一致的，兩者可以等效替換。等效（互換）的條件為：US=IS X R0，電阻一致。

注：A電壓源與電流源的等效關(guān)系只對(duì)外電路而言，對(duì)電源內(nèi)部則是不等效的。

B 理想的電壓源與理想的電流源不能等效互換。三 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟： 1.測(cè)定電壓源的外特性;

+mA-mA+6vV+R1200+R1-Ro 1512006v--R2470R2470

按圖連接線路 Us = 6V

R1=20，R2=O—470 可調(diào)電阻。調(diào)節(jié)R2由大到小變化，測(cè)出R0 = O或R0=51 兩種情況下的U I 值。記入表3—1中。

2.測(cè)定直流電流源與恒流源的外特性：

mAIs+Ro-

RL V 470/2W 5m A

按圖連接線路，R0 =1K Is = 5mA R0= R0 = 1KΩ。

與 RO = ∽ 兩種情況下.調(diào)節(jié)RL 0—470Ω

數(shù)據(jù)記入表3—2中。3.測(cè)定電源等效變換的條件：

按圖3—5連接線路，先記錄A圖中V I 值，而后調(diào)節(jié)B圖中恒流源，使B圖中V I 數(shù)據(jù)和A圖中數(shù)據(jù)相等。記錄恒流源輸出IS，驗(yàn)證IS=US / R0。的電源等效變換的條件。

四 注意事項(xiàng)：

1恒流源負(fù)載禁止開(kāi)路，電壓不可超過(guò)20V。2 換接線路時(shí)，必須關(guān)閉電源。3儀表接入應(yīng)注意級(jí)性和量程。實(shí)驗(yàn)四 疊加原理的驗(yàn)證

一 目的：驗(yàn)證線性電路疊加原理的正確性，從而加深對(duì)線性電路的疊加性和齊次性的認(rèn)識(shí)和理解。

二 原理：在有幾個(gè)電源共同作用的線性電路中，通過(guò)任一支路的電流或兩端電壓等于每個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)在該支路產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。在單一電源作用的電路，若激勵(lì)信號(hào)增加或減小K倍，電路的響應(yīng)也將增加或減少K倍，為齊次性

FS1I 1R1510I 3AR21KI 2BS2+12V1-S1R4R3510+I I-S2S36vS3300D三 實(shí)驗(yàn)步驟：如圖

E510DC 1． 將直流穩(wěn)壓電源調(diào)為6V，12V。注意切換開(kāi)關(guān)位置；

2． 將S3開(kāi)關(guān)撥向300Ω電阻，E1單獨(dú)作用時(shí)，去掉E2，S2撥向短路測(cè)；E2單獨(dú)作用時(shí)，去掉E1，S1撥向短路測(cè)各支路電流；及各元件電壓，測(cè)E1，E2共同作用時(shí)，各支路電流I1 I2 I3，及各元件電壓值。數(shù)據(jù)記入表4 – 1。

3． 將開(kāi)關(guān)S3撥向二極管側(cè)，重復(fù)2的內(nèi)容，數(shù)據(jù)記入表4-2。四：注意事項(xiàng) ：

1。注意儀表極性，量程； 2。記錄數(shù)據(jù)時(shí)注意正負(fù)號(hào)； 3．E1單獨(dú)作用時(shí)，E2不要短路 實(shí)驗(yàn)五 戴維南定理的驗(yàn)證

一 目的：掌握有源兩端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測(cè)定方法，加深對(duì)戴維南定理的理解并驗(yàn)證該定理的正確性。

二 原理：任何一個(gè)線性有源兩端網(wǎng)絡(luò)，對(duì)外電路而定，總可以用一個(gè)理想的電壓源和電阻和串聯(lián)來(lái)代替R1R2AU0C10mAVRLR4R3R0RL。

12V

三 實(shí)驗(yàn)步驟：如圖;按圖連線路，將電壓源調(diào)為12V，電流源調(diào)為10mA可變電阻箱接入電路中RL，測(cè)UOC，ISC得到RO記入表中5-1；

2有源兩端網(wǎng)絡(luò)外特性的測(cè)定，調(diào)節(jié)電阻箱改變RL，數(shù)據(jù)記錄表5-2 3 驗(yàn)證代維南定理：將穩(wěn)壓電源調(diào)致U0C；1K 電位器調(diào)致R0數(shù)值，兩者串聯(lián)等效，再接上負(fù)載電阻箱，按步驟2測(cè)其外特性。數(shù)據(jù)記入表5 – 3。

4．用零示法測(cè)VOC。按圖接好線路，在RL端接一可調(diào)穩(wěn)壓源，調(diào)整穩(wěn)壓源使安培表讀數(shù)為零，電壓表讀數(shù)即為UOC 四 注意事項(xiàng)： 接線注意電源+-；

測(cè)量注意儀表量程；改變線路時(shí)注意關(guān)掉電源 實(shí)驗(yàn)六 日光燈線路的聯(lián)接及測(cè)量

一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)會(huì)日光燈線路的接線方法 2 學(xué)會(huì)功率表的使用及接線方法 掌握測(cè)量交流電路元件等效參數(shù)的方法。二 實(shí)驗(yàn)步驟：如圖

*A*WL220VVRLS

1按圖連結(jié)線路測(cè)W、U、I。VL、VR 2討論：VR+ VL≠220V（交流）為什么？ 三 注意事項(xiàng)： 因電源為220V（交流）接線注意安全 2 功率表注意電流串，電壓并的原則。3 電流表電壓表注意量程

實(shí)驗(yàn)七 功率因數(shù)的提高

一 目的：理解提高功率因數(shù)的意義

掌握感性負(fù)載提高功率因數(shù)的意義、方法及原理；

ISI1RULICUICIC二 實(shí)驗(yàn)原理：

如圖：K斷開(kāi)時(shí)，總電流 I = I1，COSΨ1=P/UI1

IL

K閉和時(shí)，總電流

I = I1+IC COSΨ=P/U（I1+IC）

∵I ＜ I1 ∴COSΨ ＞ COSΨ1

三 實(shí)驗(yàn)步驟：如圖

*A*WSL220VC2C3SRLC1 1.按圖連結(jié)線路；電壓調(diào)為220V。電容分別為0、2.2

4.7 6.9UF時(shí)，測(cè)量Pw、UV、IA、IL、IC值，數(shù)據(jù)記入表8 – 1。2．說(shuō)明提高功率因數(shù)的意義； 四 注意事項(xiàng)： 1．功率表的接線方法； 2．

注意儀表量程；

實(shí)驗(yàn)八 三相負(fù)載Y星接法

一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

1． 掌握三相負(fù)載Y連接方法，2． 驗(yàn)證三相負(fù)載對(duì)稱情況下，Y接法時(shí)，線電壓與相電壓，線電流與相電流之間的關(guān)系。

3． 充分理解三相五線制供電，中線的作用。二 實(shí)驗(yàn)原理： Y形接法如圖；

ASS BFULALSCFULAAN 對(duì)稱負(fù)載，線電流 = 相電流IL = IP，線電壓UL = √3 UP In = O，中線可以省去。不對(duì)稱負(fù)載，中線電流≠O，無(wú)中線時(shí)三相電壓不對(duì)稱，三相負(fù)載不能正常工作，故中線不能省去。三 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

1． 將線電壓調(diào)為220V，把三相燈負(fù)載接成Y形，分別測(cè)量UAB UBC UCA，UA0、UB0、UC0，IA、IB、IC、I0、及中點(diǎn)電壓。2． 了解中線的作用。四．注意事項(xiàng)：

1． 注意安全；不可帶電接線，2． 嚴(yán)格遵守先接線、后通電；先斷電、后拆線的操作要求。

實(shí)驗(yàn)九 三相負(fù)載Δ接法

一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

1． 握三相負(fù)載Δ連接方法

2． 掌握三相負(fù)載對(duì)稱情況下，Δ接法時(shí)，線電壓與相電壓，線電流與相電流之間的關(guān)系。二 實(shí)驗(yàn)原理：

三相負(fù)載Δ接法時(shí)，線電壓UL = UP，負(fù)載對(duì)稱時(shí)，三相電壓、電流對(duì)稱，IL = √3 I P 負(fù)載不對(duì)稱時(shí)，三相負(fù)載電流不對(duì)稱 IL ≠√3ˉ IP 三 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

SAS BSFU1LAFU2LDS1-3DS2-3AFU3LCNADS3-3

將線電壓調(diào)為220V，把三相燈負(fù)載接成Δ形，負(fù)載對(duì)稱和不對(duì)稱時(shí)，分別測(cè)量Uab Ubc Uca，Iab、Ibc、Ica、、及Ia、Ib、Ic 四．注意事項(xiàng)：

1．注意安全；不可帶電接線，2．嚴(yán)格遵守先接線、后通電；先斷電、后拆線的操作要求。3．防止短路事故。

實(shí)驗(yàn)八 三相交流電壓.電流的測(cè)量

一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

1掌握三相負(fù)載Y.Δ的接線方法

2驗(yàn)證三相負(fù)載對(duì)稱是Y.Δ接法時(shí)，各自的線電壓，相電壓，線電流,相電流方向的數(shù)值關(guān)系； 3熟悉三相四線制中線的作用； 二 原理：

1.三相負(fù)載Y形連接時(shí)，對(duì)稱負(fù)載

IL = IP I0 = O 中線可以省去。UL = √3UP 不對(duì)稱負(fù)載；電壓不對(duì)稱，I0 ≠ O 中線不能省去。

2.三相負(fù)載Δ形連接時(shí)，UL = UP，對(duì)稱負(fù)載 IL = √3IP

不對(duì)稱負(fù)載； IL ≠√3IP

三 實(shí)驗(yàn)步驟: 1． 2． 3． 將電源調(diào)為線電壓220V（交流）

將三相燈負(fù)載接成Y，測(cè)UL、UP、IP、IN 將三相燈負(fù)載接成Δ，測(cè)UL、IL、IP 根據(jù)燈亮暗程度，注意電線的作用。四 注意事項(xiàng)噶: 1注意安全。Δ接法防止短路?！?實(shí)驗(yàn)九 三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制

一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1． 2． 3． 4． 熟悉電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)并記錄 熟悉電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及各引線端 測(cè)量電機(jī)繞組與外殼的絕緣電阻 練習(xí)正確接線，直接起動(dòng)及反轉(zhuǎn)

二 原理：

見(jiàn)原理圖：

A B CSWFUFRSB2SB1KM2KMKMKMFRM3

熟悉電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)

掌握使用兆歐表的方法測(cè)量電動(dòng)機(jī)絕緣電阻，熟悉電路圖，用刀閘直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī) 三 實(shí)驗(yàn)步驟：

1熟悉接觸器。按鈕。熱繼電器。電機(jī)等控制元件的構(gòu)造，并記錄其型號(hào)，規(guī)格。

2檢查接觸器。按扭的常開(kāi)。常閉。觸點(diǎn)是否正常 3按圖連接線路

4啟動(dòng)電機(jī)?？词欠襁\(yùn)轉(zhuǎn)正常。四：注意事項(xiàng)： 1． 嚴(yán)禁帶電操作

2． 測(cè)電機(jī)絕緣電阻時(shí)應(yīng)將兆歐表引線端接觸良好 3． 合電源刀閘時(shí)，應(yīng)檢查無(wú)誤，并使刀閘接觸良好4。按電機(jī)銘牌所注額定電壓和接線方式接線（Y△）

實(shí)驗(yàn)十 三相異步電動(dòng)機(jī)正。反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

1學(xué)習(xí)三相異步電動(dòng)機(jī)正。反轉(zhuǎn)控制線路的連接。

2加深理解三相異步電動(dòng)機(jī)正。反轉(zhuǎn)控制線路的工作原理，及線路中“自鎖”和“互鎖”環(huán)節(jié)的作用。

A B CSWFUFRSB3SB1KM1KM2KM1KM1KM2SB2KM1KM2KM2FR二 原理：見(jiàn)原理圖。三 實(shí)驗(yàn)步驟：

M3 按圖連接線路，接成點(diǎn)動(dòng)控制，再加自鎖和互鎖。使電動(dòng)機(jī)正。反轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。四 注意事項(xiàng)：

1嚴(yán)禁帶電操作

2連好線路要認(rèn)真檢查，防止短路。