第1章电工基础 W=pdt =Juid (1-15) 电能的单位是J(焦耳，简称焦)，电力系统中常用度作为电能单位，1度=1kW·h。 式(1-15)中，W>0时，表示该电路元件和用电负载消耗电能，将之转化为热能 W<0时，表示该电路元件发出电能，即为电源。 1.3.3电路元件 电路元件是电路中最基本的组成单元。元件的特性通过与端子有关的物理量描述。每 种元件反映某种确定的电磁性质 L.电阻元件(Resistance) 电阻元件是表征材料或器件对电流呈现阻力、损耗能量的元件。电阻上的电压、电流的 关系可用“-平面的一条曲线来描述，称为伏安特性，也可用“-i关系方程来描述： f(u,i)=0 (1-16) 1)电路符号 电阻元件的电路符号如图1-19所示。 图1-19电阻元件的电路符号 2)线性电阻元件的伏安关系 线性电阻元件是这样的理想元件：在电压和电流取关联参考方向下，任何时刻它两端的 电压和电流关系服从欧姆定律。 u=R或R=u/i或i=/R=G (1-17) 式(1-17)中，G称为电导，单位为S(西门子，简称西)。 线性电阻元件的伏安特性是通过原点的一条直线，如图1-20所示。 图1-20线性电阻元件的伏安特性 3)单位 R称为电阻，单位为（欧姆，简称欧），常用k(千欧)、M(兆欧)、G(吉 欧)、Tn(太欧)等表示。 换算关系： 1Tm=103G2=106Mn=109k2=1022 011
电工技术基础实践与应用 4)电阻的开路和短路 (1)开路：当一个线性电阻元件的端电压不论为何值时，流过它的电流恒为零值，就把 它称为“开路”。开路的伏安特性在-i平面上与电压轴重合。此时i=0,u≠0，R=0,G=0。 (2)短路：当流过一个线性电阻元件的电流不论为何值时，它的端电压恒为零值，就把 它称为“短路”。短路的伏安特性在4-i平面上与电流轴重合。此时i≠0,4=0，R=0,G=0。 2.电容元件(Capacitor) 电容元件是表征产生电场、储存电场能量的元件。在外电源作用下，电容器两极板上分 别带上等量异号电荷，撤去电源，板上电荷仍可长久地集聚下去，其特性可用“-g平面上 的一条曲线来描述，称为库伏特性，也可用u-g关系方程来描述： f(u,9)=0 (1-18) 1)电路符号 电容元件的电路符号如图1-21所示。 2)线性电容元件的库伏特性 图1-21电容元件 任何时刻，线性电容元件极板上的电荷g与电压“成正比。q-“ 的电路符号 库伏特性是过原点的直线，如图1-22所示。 q=Cu或C=tana (1-19) 图1-22线性电容元件的库伏特性 3)单位 C称为电容器的电容，单位为F(法拉，简称法)，常用mF(毫法)、F(微法)、 (纳法)、pF(皮法)等表示。 换算关系 1F=103mF=106μF=10°nF=102pF 3.电感元件(Inductance) 电感元件是表征产生磁场、储存磁场能量的元件。一般把金属导线绕在一个骨架上来构 成实际电感器，当电流通过线圈时，将产生磁通。其特性可用山-i平面上的一条曲线来描 述，称为韦安特性，也可用也-i关系方程来描述： f八，)=0 (1-20) 1)电路符号 电感元件的电路符号如图1-23所示。 012
第1章电工基础 图1-23电感元件的电路符号 2)线性电感元件的韦安特性 任何时刻，通过线性电感元件的电流；与其磁链中成正比。山-韦安特性是过原点的直 线，如图1-24所示。 图1-24线性电感元件的韦安特性 3)单位 L称为电感器的自感系数，L的单位为H(亨利，简称亨)，常用mH(毫亨)、μH(微 亨)、nH(纳亨)、pH(皮亨)表示。 换算关系： 1H=103mlH=106uH=109nH=102pH 1.3.4三相电路 三相电路是由三个频率相同、振幅相同、相位彼此相差120°的正弦电动势作为供电电 源的电路。三相电力系统由三相电源、三相负载和三相输电线路三部分组成。 三相电路具有如下优点： (1)发电方面：比单相电源可提高功率50% (2)输电方面：比单相输电节省钢材25%。 (3)配电方面：三相变压器比单相变压器经济且便于接入负载。 (4)运电设备：具有结构简单、成本低、运行可靠、维护方便等优点。 以上优点使三相电路在动力方面获得了广泛应用，是目前电力系统采用的主要供电方 式。三相电路在生产上应用最为广泛。发电和输配电一般都采用三相制。在用电方面，最主 要的负载是三相电动机。 1.对称三相电源 通常由三相同步发电机产生对称三相电源。如图1-25()所示，发电机的静止部分 叫作定子。在定子内壁槽中放置几何尺寸、形状和匝数都相同的三个绕组U,U2、V,V2 W,W2,三相绕组在空间互差120°，当转子以均匀角速度ω转动时，在三相绕组中产生感应 电压，分别为山、2、43，从而形成图1-25(b)所示的对称三相电源。其中U、V1、 W,三端称为始端，U2、V2、W2三端称为末端。发电机的转动部分叫转子，它的磁极由直 013
电工技术基础实践与应用 流电励磁，沿定子和转子间的空隙产生按正弦规律分布的磁场。当转子以角速度ω沿顺时 针方向匀速旋转时，在各绕组中产生的电动势必然颜率相同、最大值相等。又由于三相绕组 依次切割转子磁场的磁感线，因此出现电动势最大值的时间就不相同，即在相位上互 差120°。 D①① 定子9 8 (a) (b) 图1-25交流发电机对称三相电源 (a)三相交流发电机：(b)对称三相电源 三相电源的瞬时值表达式为： u=Usinot u2=Usin (wt -120) (1-21） us=Umsin (t+120) 式(1-21)中以U相电压为参考正弦量，三相交流电源的波形图如图1-26所示。 图1-26三相电源波形图 三相电源的相量表示为： 01=0∠0 02=U∠-120 (1-22) 03=U∠120 式(1-22)可以用图1-27所示的相量图表示。 从三相电压波形图和相量图容易得出，任何瞬间对称三相电压之和为零，即对称三相 电源： .014
第1章电工基础 120 图1-27相量图 41+山2+山3=0 (1-23) 0,+心2+i=0 三相电源中各相电源经过同一值（如最大值）的先后顺序U、V,、W,称为三相电源 的相序，U1→V1→W,称为正序（或顺序）。反之，U,→W1→V1称为反序（或逆序）。 2.三相电源的连接 1)星形连接(Y连接) 把三相电源绕组的末端U2、V2、W2连接起来，成为一公共点N,从始端U,、V,、W1 引出三条端线L1、L2、L,就构成星形连接，如图1-28所示。从每相绕组始端引出的导 线L1、L2、L3称为相线或端线（俗称火线），公共点N称为中性点，从中性点引出的导线 称为中性线或零线，这种具有中性线的三相供电系统称为三相四线制电路。如果不引出中性 线，则称为三相三线制电路。 图1-28中，每相始端与末端间的电压，即相线L与中性线N之间的电压，称为相电 压，其有效值用U,、U2、表示。而任意两始端间的电压，即两相线LL2、L2L3、LL 间的电压，称为线电压，其有效值用U2、U23、1表示。 2)三角形连接（△连接） 三个绕组始末端顺序相接如图1-29所示，就构成三角形连接 U L ① 。L V2(W) -oL W 。L a① w,(U) 图1-28电源星形连接 图1-29电源三角形连接 需要注意的是：△连接电源必须始端末端依次相连，由于心，+心2+心，=0，电源中不会 015-