建筑电气工程 教学课件 ppt 作者 谢社初 第一章　建筑电气电工基础

1、第一节 电路的基本概念,1)实现电能的输送、分配和转换。 2)实现信息的传递、转换和处理。 一、电路的组成 二、电路中常用的物理量,1)实现电能的输送、分配和转换。,图1-1 电力系统示意图,2)实现信息的传递、转换和处理。,图1-2 广播系统示意图,一、电路的组成,图1-3 最简单的电路,二、电路中常用的物理量,1.电动势 2.电位和电压,二、电路中常用的物理量,图1-4 电位与参考点,3.电流 4.电功率,二、电路中常用的物理量,图1-5 电路功率计算,1)由U、I的参考方向确定公式的符号。,二、电路中常用的物理量,当U、I选相同方向时,图1-6 例题1-1图,当U、I选相反方向时,二、电路中常用的物理量,2)将已知电压U(u)和电流I(i)的数值及符号代入式(1-4)或式(1-5)中得到计算结果P。 5.电流、电压和电动势的参考方向,二、电路中常用的物理量,图1-7 电流的参考方向,第二节 电路的基本定律,一、欧姆定律 二、基尔霍夫定律,一、欧姆定律,1.一般电路的欧姆定律,图1-8 一般电路图,一、欧姆定律,图1-9 全电路图,2.全电路欧姆定律,二、基尔霍夫定律,(1)支路

2、二端元件或二端元件串联组成的不分支的欧姆电路为支路，在图1-10中，三条支路分别为abd、acd和ad，前两条为有源支路，ad为无源支路。 (2)节点 三条及三条以上支路的连接点称为节点，在图1-10中，a、d为节点。 (3)回路 由支路构成的闭合路径称为回路，在图1-10中，有abda、acda和abdca三个回路。 (4)网孔 中间没有其他支路的回路称为网孔，在图1-10中，有abdca和acda两个网孔。 (一)基尔霍夫电流定律(KCL),二、基尔霍夫定律,图1-10 节点电流的关系,(二)基尔霍夫电压定律(KVL),二、基尔霍夫定律,图1-11 网孔中电位升、降关系,(三)基尔霍夫定律的应用,二、基尔霍夫定律,1)标出各条支路电流的参考方向。 2)对于N个节点的电流应用KCL列出N-1个电流方程。 3)标出每个网孔的绕行方向。 4)对于M个网孔，应用KVL列出M个电压方程。 5)联立电流方程和电压方程，求解各支路电流。,二、基尔霍夫定律,图1-12 例题1-4图,第三节 电路的基本连接方式,一、电阻的串联及其分压作用 二、电阻的并联及其分流作用,一、电阻的串联及其分压作用,图1

3、-13 电阻串联及等效电路 a)电阻的串联 b)等效电路,1)总电阻等于各分电阻之和。,一、电阻的串联及其分压作用,图1-14 例 题1-5图,2)流过各个电阻的电流相同。,一、电阻的串联及其分压作用,3)串联电路有分压作用，且电阻愈大分的电压愈高，总电压等于各电阻分电压之和。 4)串联电路消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和，且电阻值愈大消耗的功率也愈大。,二、电阻的并联及其分流作用,图1-15 电阻的并联及等效电路 a)电阻的并联 b)等效电路图,1)并联电路总电阻的倒数等于各个并联电阻的倒数之和。,二、电阻的并联及其分流作用,2)并联电路各电阻两端电压相等，且等于电源电压。,图1-16 例1-6图 a)电阻的并联 b)等效电路,3)并联电路有分流作用，各电阻的电流分配与电阻大小成反比，总电流等于各分电流之和。,二、电阻的并联及其分流作用,4)并联电路消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和，且并联的电阻值愈小，消耗的功率愈大。,第四节 电路的工作状态,一、有载状态 二、开路状态 三、短路状态,一、有载状态,图1-17 电路的有载、开路和短路状态 a)有载状态 b)开路状态 c)短路状

4、态,二、开路状态,在图1-17b中，当开关S断开或电路某处发生断线故障时，电路所处的状态为开路状态，也称为断路状态。,三、短路状态,图1-18 短接全部或部分电阻,三、短路状态,图1-19 例题1-7图,第五节 正弦交流电,一、正弦交流电的概念 二、正弦交流电的常用物理量 三、正弦交流电的相量表示法,一、正弦交流电的概念,1)交流发电机比直流发电机结构简单，造价低，维护方便。 2)交流电能可以利用变压器方便地变换、传输和分配。 3)与使用直流电的直流电动机相比，使用交流电的交流电动机具有结构简单，运行可靠，便于维护，价格低廉和使用寿命长等优点。 4)采用整流设备可以方便的将交流电变换成直流电，以满足各种直流设备的需要。 5)正弦交流电是最简单的周期函数，计算和测量容易，同时又是分析非正弦周期电路的基础。,一、正弦交流电的概念,图1-20 交流电与直流电的比较 a)直流电的波形 b)交流电的波形,二、正弦交流电的常用物理量,(一)瞬时值、幅值和有效值 1.瞬时值,二、正弦交流电的常用物理量,图1-21 正弦交流电流,2.幅值,二、正弦交流电的常用物理量,图1-22 电流的热效应,3.有效

5、值,二、正弦交流电的常用物理量,(二)周期、频率和角频率 1.周期 2.频率 3.角频率 (三)相位、初相位和相位差 1.相位 2.初相位,二、正弦交流电的常用物理量,图1-23 不同时的正弦交流波形图 a)=0 b)0 c)0,二、正弦交流电的常用物理量,3.相位差,二、正弦交流电的常用物理量,图1-24 正弦交流电压的相位差 a)同相 b)反相 c)-0 d)-0,三、正弦交流电的相量表示法,(一)正弦交流电的相量表示法,三、正弦交流电的相量表示法,图1-25 交流电流相量表示法,三、正弦交流电的相量表示法,图1-26t=0时的相量,三、正弦交流电的相量表示法,图1-27 幅值相量,三、正弦交流电的相量表示法,图1-28 电流有效值相量,(二)正弦交流电相量的代数式、三角式、指数式和极坐标式,三、正弦交流电的相量表示法,图1-29 电流相量图,(2)求i=i1+i2,三、正弦交流电的相量表示法,(3)相量图如图1-29所示。,第六节 交 流 电 路,一、电阻元件交流电路 二、电感元件的交流电路 三、电容元件交流电路 四、串联电路 五、功率因数的提高,一、电阻元件交流电路,(一)电压

6、和电流的关系 1)电压和电流同相位，如图1-30b、c所示。,一、电阻元件交流电路,图1-30 电阻元件的交流电路 a)电路 b)相量 c)电压、电流波形 d)功率波形,2)电压和电流同频率。,一、电阻元件交流电路,3)电流的幅值(或有效值)与电压的幅值(或有效值)符合欧姆定律，即电流的幅值(或有效值)等于电压的幅值(或有效值)除以电阻，式(1-47)和式(1-48)称为相量形式的欧姆定律。 (二)功率的计算和能量的转换 1.瞬时功率 2.平均功率,二、电感元件的交流电路,(一)电感元件,图1-31 电感元件电路及其模型 a)电感元件电路 b)电路模型,(二)电压与电流的关系 1)电压和电流频率相同。 2)电压在相位上超前电流90。,二、电感元件的交流电路,3)电压和电流的幅值(或有效值)之间的关系如下： (三)功率的计算和能量的转换 1.瞬时功率,二、电感元件的交流电路,图1-32 电感元件交流电路 a)电路 b)相量 c)电压、电流波形 d)功率波形,2.平均功率(有功功率),三、电容元件交流电路,(一)电容元件,图1-33 电容元件及其模型 a)电容元件 b)模型,(二)电压和电

7、流的关系,三、电容元件交流电路,图1-34 电容元件的交流电路 a)电路 b)相量 c)电压、电流波形 d)功率波形,1)电压和电流频率相同。,三、电容元件交流电路,2)电压在相位上滞后于电流90。 3)电压和电流的幅值(或有效值)之间的关系如下： (三)功率的计算和能量的转换 1.瞬时功率 2.平均功率,四、串联电路,图1-35 串联电路 a)电路模型 b)电压三角形,(一)电压与电流的关系,四、串联电路,1.电压和电流有效值关系 2.电压和电流的相位差,图1-36 阻抗三角形和功率三角形 a)阻抗三角形 b)功率三角形,四、串联电路,(二)功率 1.有功功率 2.无功功率 3.视在功率,四、串联电路,图1-37 电压、电流的相量图,五、功率因数的提高,(一)功率因数及提高功率因数的意义 1.充分发挥电源设备的利用率 2.减少线路的电能损耗和节约材料 3.减少线路电压损失，提高用户供电质量 (二)提高功率因数的措施,五、功率因数的提高,图1-38 功率因数的提高 a)电路 b)相量,(2)电源输出电流,第七节 三相交流电路,1)三相发电机与尺寸相同的单相发电机相比输出功率更大，使用维

8、护较方便，运行时振动小。 2)在同样条件下输送同样大的功率，特别是远距离输电时，三相输电线路比单相输电线路节约25%左右的材料。 3)三相交流电动机和比尺寸相同的单相交流电动机输出功率大，性能优越，振动小。,一、对称三相交流电源,图1-39 三相发电机及三相对称电动势 a)三相交流发电机 b)三相绕组 c)波形图 d)相量图,一、对称三相交流电源,图1-40 发电机的星形联结,一、对称三相交流电源,图1-41 三相电源作Y 联结时的电压相量图,二、三相负载的联结,(一)三相负载作星形联结,二、三相负载的联结,图1-42 负载星形联 结的三相四线制电路,二、三相负载的联结,图1-43 例1-16的图,二、三相负载的联结,(二)三相负载的三角形联结,图1-44 三相负载的三角形联结,二、三相负载的联结,图1-45 对称三相负载三角形 联结的电流相量图,三、三相电功率,(1)当负载作Y形联结时，三相总的有功功率，无功功率，视在功率。 (2)当负载作形联结时，三相总的有功功率，无功功率，视在功率。 (2)负载作形联结时，阻抗不变，功率因数也不变。,第八节 半导体二极管和晶体管,一、半导体的导电

9、特性 二、半导体二极管 三、半导体稳压管 四、半导体三极管,一、半导体的导电特性,1.本征半导体的导电机构 2.杂质半导体 (1)N型半导体 在硅和锗晶体中，掺入微量五价元素，如磷或锑等，整个晶体结构不变，只是某些位置上的硅原子被磷原子取代。 (2)P型半导体 在硅或锗晶体中，掺入微量三价之素，如硼或铟等。 3.半导体中的电流 (1)漂移电流 载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动，形成的电流称为漂移电流。 (2)扩散电流 在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，载流子会因为浓度差从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运动，形成的电流称为扩散电流。 4. PN结,一、半导体的导电特性,(1)PN结的形成 在一块完整的本征硅(或锗)片上，用不同的掺杂工艺使其一边形成N型半导体，另一边形成P型半导体。 (2)PN结的单向导电性 PN结内部的特殊结构，决定了它具有单向导电性，而且只有在外加电压时才显示出来。,二、半导体二极管,1.二极管的结构和符号 2.二极管的伏安特性,二、半导体二极管,图1-46 二极管的结构示意图及符号 a)结构示意图 b)符号,二、半导体二极管,图1-47 二极管的伏安特性,(1)正向特性 当二极管两端外加正向电压比较小时，,二、半导体二极管,正向电流很小，当正向电压超过某一数值时，正向电流开始显著增加，这一电压称为死区电压，也称阈值电压或开启电压，记作UT。 (2)反向特性 二极管两端外加反向电压不超过某一数值时，反向电流很小，近似为恒流特性，小功率硅管的反向电流较小，约在1A以下，小功率锗管反向电流达几微安到几十微安以上，这是硅管和锗管的又一显著区别。 (3)反向击穿特性 二极管两端外加反向电压超过某一数值时，反向电流急剧增加，这种现象称为反向击穿，发生反向击穿的电压叫做反向击穿电压。 3.二极管的主要参数 (1)最大整流电流IF 是管子长期运行时允许通过的最大正向平均电流。,二、半导体二极管,(2)最大反向工作电压UR 是管子使用时所允许加的最大反向电压。 (3)反向电流IR 是管子未击穿时反向电流的大小。,二、半导体二极管,图1-48 例1-20图 a)电路图 b)波形图,三、半导体稳压管,图1-49 稳压管的伏安特性和符号,1.伏安特性,三、半导体稳压管,图1-50 稳压管稳压

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