《电气原理基础教程》课件

电气原理基础教程欢迎参加《电气原理基础教程》！本课程将帮助您掌握电气工程的核心概念和原理，从基础电路理论到先进的电力电子技术无论您是初学者还是希望巩固基础知识的工程师，本课程都将为您提供系统全面的电气知识体系通过理论学习和实践案例相结合，您将能够理解并应用电气工程中的关键原理课程概述课程目标学习内容通过系统讲解电气工程基础理包括电路基础、直流电路、交论，培养学生分析和解决电气流电路、三相电路、磁路与变工程问题的能力课程注重理压器、电动机基础、电力电子论与实践结合，使学生能够将技术、电气控制系统、电气安所学知识应用到实际工程中全与保护以及电气测量技术等十一个章节考核方式平时成绩（）包括出勤率、课堂表现和课后作业；实验报告30%（）完成指定的电路实验并提交报告；期末考试（）闭卷20%50%考试，考核对基本概念和原理的掌握程度第一章电路基础电路概念理解电路的基本定义和组成电路元件掌握各类电路元件的特性电路分析学习电路分析的基本方法和定律本章作为电气原理的入门部分，将为您奠定坚实的基础我们将从最基本的电路概念开始，逐步深入到各种电路分析方法，帮助您建立清晰的电气思维框架电路的基本概念

1.1电路的定义电路的组成部分电路是由电源、用电设备、控制电源提供电能的装置，如电池、和保护装置以及连接导线组成的发电机等负载消耗电能的装闭合回路电流在闭合电路中形置，如电灯、电动机等导线成完整的流动路径，从电源正极连接各元件形成通路控制和保流出，经过各种元件后回到电源护装置如开关、保险丝等负极电路的分类按工作方式直流电路、交流电路、脉冲电路按拓扑结构串联电路、并联电路、混合电路按功能电源电路、信号处理电路、控制电路等电路元件

1.2无源元件消耗或储存电能的元件电阻消耗电能•有源元件电容储存电场能量•能够产生电能的元件电感储存磁场能量•电压源提供恒定电压•理想元件实际元件vs电流源提供恒定电流•区别与应用电池、发电机等•理想元件简化分析•实际元件考虑各种因素•参数偏差和容差•基本物理量

1.3电流电压电阻电流是单位时间内通过导体横截面的电荷电压是单位电荷在电场中所具有的电势能，电阻是导体阻碍电流流动的特性，用字母量，用字母表示，单位是安培（）用字母或表示，单位是伏特（）表示，单位是欧姆（）I AU VV RΩ电流的方向规定为正电荷移动的方向，实电阻值取决于材料性质、导体长度和横截际上是电子沿相反方向移动在金属导体电压表示电荷从一点移动到另一点所需的面积温度也会影响电阻值，大多数金属中，1A电流意味着每秒有

6.25×10^18个电能量1V电压意味着1库仑电荷移动时做1电阻随温度升高而增大子通过焦耳功电压总是相对于参考点而言欧姆定律

1.4定义和公式欧姆定律描述了电压、电流和电阻之间的关系，即电I=U/R流等于电压除以电阻同一电路中，电压与电流成正比，电阻与电流成反比电阻的表现电阻越大，在相同电压下通过的电流越小；电压越高，在相同电阻下通过的电流越大欧姆定律适用于线性电阻元件应用示例电路设计中可计算所需电阻值，如限流电阻计算故障诊断LED时可通过测量电压和电流判断电阻是否正常电气安全分析中评估过载风险基尔霍夫定律

1.5基尔霍夫电流定律（）基尔霍夫电压定律（）KCL KVL在任何电路节点上，流入节点的电流总和等于流出节点的电流总在任何闭合回路中，所有电压降的代数和等于零，或者说电压源和提供的电压等于回路中电压降之和数学表示入出，或者简写为（规定流入为正，流数学表示（规定电压升为正，电压降为负）∑I_=∑I_∑I=0∑U=0出为负）反映了能量守恒定律，电荷在闭合回路中不会获得或损失净能KVLKCL反映了电荷守恒定律，节点不会积累电荷在复杂电路分析中量非常有用基尔霍夫定律是解决复杂电路的基础工具，与欧姆定律结合使用可以分析任何线性电路在应用时，需要注意电流方向和电压极性的一致性，以避免计算错误电路分析方法

1.6支路电流法以每个支路中的电流作为未知量，建立方程组求解方程数量等于独立支路数，适用于支路较少的电路利用在节点处和在回路中列出方程KCL KVL网孔电流法以每个网孔中的环流电流作为未知量，建立方程组求解方程数量等于独立网孔数，比支路电流法更高效网孔电流法主要基于，减少了未知量数量KVL节点电压法以节点对地电压作为未知量，建立方程组求解方程数量等于独立节点数减一，对于节点较少而支路较多的电路尤为高效主要基于列方程KCL选择合适的分析方法可以大大简化计算过程对于大型复杂电路，节点电压法通常是最高效的选择；对于简单电路，支路电流法直观易用；而网孔电流法在特定拓扑结构下有优势第二章直流电路电源连接串并联电源特性电路分析等效电路和分析方法基础计算电阻连接和电路参数直流电路是电气工程的基础部分，应用广泛本章将系统介绍直流电路的各种连接方式、计算方法和分析技术通过学习，您将能够理解复杂电路的等效简化方法，掌握分析直流电路的核心技能理解直流电路的特性对于设计电子设备、分析供电系统以及排除电路故障都至关重要本章的知识将为后续学习交流电路和更复杂的电气系统奠定基础电阻的串联与并联

2.1串联电阻串联电阻的总电阻等于各电阻值之和总R=R₁+R₂+R₃+...+Rₙ特点同一电流流过所有电阻；总电压等于各电阻两端电压之和；一个电阻断开会导致整个电路断开并联电阻并联电阻的总电阻倒数等于各电阻倒数之和总1/R=1/R₁+1/R₂+1/R₃+...+1/Rₙ特点所有电阻两端电压相同；总电流等于各支路电流之和；一个电阻断开不影响其他支路混合连接实际电路中常见串联和并联的混合连接方式分析时应先化简串联或并联部分，逐步简化整个电路计算技巧先处理最内层连接，逐层向外化简；注意保持电路拓扑关系在化简过程中不变电源的串联与并联

2.2电压源串联电流源并联混合连接串联电压源的总电压等并联电流源的总电流等实际应用中，电源的混于各电压源电压的代数于各电流源电流的代数合连接需要进行等效变和，需注意电压源极性和，需注意电流源方向换可将电压源和串联正确连接时电压叠加，同向电流源并联时电流电阻转换为电流源和并反向连接时电压相减增加，反向时电流相减联电阻，反之亦然大例如手电筒中的电池串现代电源系统中常用并型电力系统中常用混合联可提高总电压联电流源提高供电能力连接方式以提高稳定性和可靠性戴维宁定理与诺顿定理

2.3戴维宁定理任何包含电阻、电压源和电流源的线性电路，对于电路中的任意两个端子，都可以等效为一个电压源与一个电阻串联的电路其中等效电压源的电压等于a-b开路电压（两端子间断开时测得的电压），等效电阻等于将所有独立源置零后测得的等效电阻诺顿定理任何线性电路对外部两端子而言，可等效为一个电流源与一个电阻并联的电路其中等效电流源的电流等于短路电流（两端子间短接时测得的电流），等效电阻与戴维宁等效电阻相同最大功率传输定理当负载电阻等于电源内阻时，负载获得的功率最大这在通信和信号处理电路设计中尤为重要叠加原理

2.412定义计算步骤在线性电路中，任何支路的电压或电流等于每次只保留一个独立源，其余独立源置零各独立源单独作用时在该支路产生的电压或（电压源短路，电流源开路）电流的代数和3适用条件仅适用于线性电路，不适用于含有非线性元件的电路叠加原理是电路分析中的重要工具，特别适用于含有多个独立源的复杂电路使用此原理可以将复杂问题分解为多个简单问题，逐一解决后再叠加结果需要注意的是，功率计算不能使用叠加原理，因为功率与电流或电压的平方成正比，不满足线性叠加条件电桥电路

2.5惠斯通电桥平衡条件由四个电阻、、、和一个检流计当时，电桥处于平衡状态，R₁R₂R₃R₄R₁/R₂=R₃/R₄组成的测量电路检流计无电流应用实例精确测量用于应变片、温度传感器等参数测量和工可用于精确测量未知电阻，灵敏度远高于业自动控制直接测量方法电桥电路是一种精密的测量和检测工具，通过调节已知电阻使电桥平衡，可以精确测定未知量除惠斯通电桥外，还有用于测量电容和电感的交流电桥在现代工业中，电桥原理广泛应用于各种传感器和测量系统中第三章交流电路基础交流电基本概念了解周期、频率、相位等基本参数数学表示方法掌握相量表示法和复数运算电路元件特性分析、、元件在交流电路中的表现R LC功率和能量理解交流电路中的功率概念及计算交流电路是现代电力系统的基础，本章将重点介绍交流电的特性、表示方法以及在各种电路元件中的行为通过学习交流电路基础，您将能够理解家用电器、工业设备以及电力系统的工作原理，为后续学习奠定基础正弦交流电的基本概念

3.1周期和频率相位有效值和平均值周期T完成一个完整循环所需的时间，相位表示交流量在一个周期中的相对位置，有效值产生与直流电相同热效应的等效单位为秒s通常用角度表示值，等于峰值除以√2频率f每秒钟完成的周期数，单位为赫兹相位差φ两个同频率交流量达到最大值平均值一个周期内瞬时值的积分平均，Hz，f=1/T时刻的时间差，以角度表示正弦波为峰值的2/π中国电网的标准频率为50Hz，美国为相位领先或滞后对电路性能有重要影响日常所说的220V指的是有效值，而非峰60Hz值相量表示法

3.2交流电路中的电阻、电感和电

3.3容元件R纯电阻元件中，电流与电压同相位阻抗，是一个实数电阻消耗的是Z=R有功功率，将电能转化为热能无论在直流还是交流电路中，电阻的特性都保持不变元件L纯电感元件中，电流滞后于电压90°感抗XL=ωL，随频率增加而增大电感储存磁场能量，不消耗有功功率，仅有无功功率在直流稳态下，电感相当于短路元件C纯电容元件中，电流超前电压90°容抗XC=1/ωC，随频率增加而减小电容储存电场能量，不消耗有功功率，仅有无功功率在直流稳态下，电容相当于开路串联电路

3.4RLC₀Zω阻抗和相位谐振频率串联电路的总阻抗，当时，电路处于谐振状态，此时阻抗RLC Z=R+jXL-XC XL=XC幅值|Z|=√R²+XL-XC²，相角φ=最小，等于R谐振频率ω₀=1/√LCarctanXL-XC/RQ品质因数Q=XL/R=1/ωCR，表示电路的选择性，越高，谐振越尖锐Q在串联电路中，电流对所有元件都相同，但各元件上的电压不同且存在相位差当电路RLC处于谐振状态时，总电压最小，电流最大，电感和电容上的电压可能大于电源电压这种电压放大效应在无线电和通信电路中有重要应用并联电路

3.5RLC阻抗计算谐振条件并联电路的总导纳当时，电路达到并联RLC Y=1/Z BC=BL，总阻谐振，即谐振时，=1/R+jωC-1/ωLωC=1/ωL抗Z=1/Y与串联电路相比，总导纳最小，仅包含实部；总分析更常用导纳Y而非阻抗Z阻抗最大，为纯电阻谐振频导纳的实部表示有功分量，虚率ω₀=1/√LC，与串联谐振部表示无功分量相同功率分析并联电路中，各分支电压相同而电流不同谐振时，电感和电容分支中的电流可能远大于总电流，形成电流放大效应电路的总功率因数取决于总电流与电压的相位关系交流功率

3.6视在功率S，单位为伏安S=UI VA有功功率P，单位为瓦特P=UIcosφW无功功率Q，单位为乏Q=UIsinφvar交流电路中的功率可分为三种有功功率表示实际消耗的能量，能够转化为机械能、热能等；无功功率表示在电感和电容元件之间往复P Q交换的能量，不产生有效功；视在功率是有功功率和无功功率的矢量和，表示电源必须提供的总容量S功率因数是有功功率与视在功率的比值，反映了电能利用效率工业电气系统中常通过并联电容器的方式来提高功率因数，减少无功cosφ功率，降低线损和电费支出电力系统要求用户保持较高的功率因数，通常不低于

0.9第四章三相交流电路三相电源了解三相电源的结构和特性三相负载掌握不同负载连接方式功率测量学习三相功率的计算和测量三相交流电是现代电力系统的基础，具有功率传输稳定、效率高、设备利用率高等优点本章将详细介绍三相电源的连接方式、负载类型以及功率计算方法，帮助您全面理解三相系统的工作原理三相系统在工业和大型设备中应用广泛，如电动机、变压器和电力传输线通过学习，您将能够分析和设计三相电气系统，解决实际工程中的三相电路问题三相电源

4.1形连接形连接YΔY形连接（星形连接）的三相电源有三个相绕组，一端连接在一起Δ形连接（三角形连接）的三相电源将三个相绕组首尾相连形成闭形成中性点N，另一端引出作为相线合三角形，连接点引出作为相线特点线电压相电压；中性点提供了接地点；相电流特点线电压等于相电压；线电流相电流；无UL=√3·UP UL=UP IL=√3·IP等于线电流IL=IP中性点应用主要用于发电机和配电系统，允许使用线电压和相电压应用主要用于负载侧，尤其是三相电动机，无法提供中性线三相电源产生三个幅值相等、相位差为的正弦电压无论采用何种连接方式，三相系统都具有功率传输均匀、设备利用率高等优点120°现代电力系统普遍采用三相四线制（三根相线和一根中性线），兼顾三相和单相用电需求三相负载

4.2平衡负载三相阻抗完全相同的负载称为平衡负载特点是三相电流大小相等，相位差为120°平衡负载可以采用Y形或Δ形连接Y形连接中，若负载为纯电阻，则每相功率P=U²/R，总功率P总=3PΔ形连接中，每相功率P=U²/R，总功率P总=3P不平衡负载三相阻抗不完全相同的负载称为不平衡负载在Y形不平衡负载中，若有中性线，则三相独立工作；若无中性线，则中性点电位会偏移，计算较为复杂在Δ形不平衡负载中，各相电流互相影响，需使用网孔电流法求解实际应用中，应尽量保持三相负载平衡，避免中性线过载和相电压不平衡工业设备通常优先使用三相平衡负载，单相小功率设备则尽量在三相上均匀分配三相功率测量

4.3三瓦特表法两瓦特表法适用于测量任何三相系统的功率，无适用于三线制三相系统，不需要中性论是否平衡三个瓦特表分别连接在线两个瓦特表特定连接，总功率为三相上，测量各相功率，总功率为三两表读数之和表读数之和计算公式总，其中和P=P₁+P₂P₁优点精度高，适用于各种负载情况P₂为两表读数功率因数cosφ可通缺点需要三个瓦特表，接线复杂过两表读数之比计算功率因数改善低功率因数会导致额外的电能损耗和电费支出通过并联电容器可以提高功率因数电容器容量计算Q=Ptanφ₁-tanφ₂，其中φ₁为原功率因数角，φ₂为目标功率因数角第五章磁路与变压器磁场基本概念了解磁感应强度、磁通量等基本参数磁路分析掌握磁路欧姆定律和计算方法铁磁材料特性理解磁滞回线和材料选择变压器原理与应用学习变压器工作原理和性能参数磁场是电气工程的重要基础，变压器则是电力系统中不可或缺的设备本章将系统介绍磁场理论和变压器原理，帮助您理解电能转换和传输的基本机制磁场基本概念

5.1磁感应强度磁通量磁感应强度B是表征磁场强弱磁通量Φ表示通过某一面积的的物理量，定义为单位面积上磁力线总数，计算公式为Φ=的磁通量，单位为特斯拉，其中为与面积法T B·S·cosααB的方向由右手定则确定大线的夹角，单位为韦伯B Wb拇指指向电流方向，四指弯曲磁通量是描述磁场的基本物理方向即为磁感应强度方向量磁场强度磁场强度是与介质无关的量，定义为产生磁场的电流大小与距离的关H系，单位为安米在真空或非铁磁材料中，，其中为真/A/m B=μ₀Hμ₀空磁导率；在铁磁材料中，，为相对磁导率B=μHμ磁路及其分析

5.2磁路欧姆定律磁动势磁通量磁动势磁阻，其中为线圈匝数，为电流Φ=F/Rm F=NI NI磁阻磁路计算，其中为磁路长度，为横截Rm=l/μS lS串并联磁路遵循与电路相似的规则面积磁路分析与电路分析有很多相似之处，磁路欧姆定律类似于电路欧姆定律，磁动势相当于电动势，磁通量相当于电流，磁阻相当于电阻但有一个重要区别铁磁材料的磁导率不是常数，而是随磁场强度变化的，这使得磁路计算通常需要采用近似或迭代方法μH铁磁材料的磁化特性

5.3变压器原理

5.4感应电动势根据法拉第电磁感应定律，初级线圈产生的磁通变化在次级线圈感应电动势E₂=-N₂·dΦ/dt变压比变压比，其中为匝数，为感应电动势，为电K=N₁/N₂=E₁/E₂=I₂/I₁N EI流变压器方程理想变压器中，初级输入功率等于次级输出功率，即P₁=P₂U₁I₁=U₂I₂变压器是基于电磁感应原理工作的静止电气设备，用于变换交流电压、电流和阻抗理想变压器假设无损耗、无漏磁通，初、次级线圈完全耦合，铁心无磁滞和涡流损耗实际变压器存在漏磁通、铁损和铜损，但高质量变压器的效率可达以上95%变压器等效电路

5.5型等效电路型等效电路参数测定TΠT型等效电路将变压器建模为两个漏感L₁和Π型等效电路是T型电路的变形，将励磁支变压器参数通过开路和短路试验测定开路L₂与一个励磁支路Rm和Lm的组合适合路分为两部分放置在初级和次级两端在某试验主要测量励磁参数Rm和Lm，次级开路，分析变压器内部特性，直观反映物理结构些计算中更为方便，特别是需要分解变压器初级接额定电压短路试验主要测量漏抗参参数包括初级漏感、次级漏感、铁损电输入输出特性时参数与型等效电路可以数和，次级短路，初级接低电压，使电L₁L₂T L₁L₂阻Rm和励磁电感Lm通过变换公式互相转换流达到额定值变压器的运行特性

5.6空载运行负载运行次级开路，初级仅消耗铁损和少量铜损次级连接负载，初级功率传递至次级电压调整率效率计算，反映负载变化，其中为铁损，为ε=U₂₀-U₂/U₂×100%η=P₂/P₂+Pᵣ+PᶜPᵣPᶜ时次级电压稳定性铜损变压器的铁损主要包括磁滞损耗和涡流损耗，与电压有关，基本恒定铜损与电流的平方成正比，随负载变化变压器效率在75%-100%额定负载时达到最高，铁损和铜损相等时效率最高现代大型电力变压器效率可达99%第六章电动机基础直流电动机交流电动机工作原理基于安培力，结构包括定子根据工作原理分为同步电动机和异步和转子特点是调速范围宽，启动转电动机同步电动机转速恒定，功率矩大，控制简单常用于需要精确控因数可调；异步电动机结构简单，运制的场合，如电动工具、电动车辆等行可靠，维护方便，是工业中最常用的电动机类型启动与调速直流电动机通常使用串电阻启动，通过调节电枢电压或磁场电流调速交流电动机启动方式多样，包括直接启动、降压启动和星三角启动等，现代调速多采用变-频技术电动机是将电能转换为机械能的装置，在工业和日常生活中应用极为广泛本章将介绍各类电动机的基本原理、结构特点和运行特性，以及启动和调速方法，帮助您理解电动机系统的设计和应用直流电动机

6.1工作原理分类特性曲线直流电动机基于安培力原理工作通电导按励磁方式分为他励（磁场由外部电源机械特性n=fT，转速与转矩关系并体在磁场中受力F=BIL，产生转矩使转子供电）、并励（磁场与电枢并联）、串励励呈缓降直线，串励呈陡降曲线旋转（磁场与电枢串联）和复励（同时有并励调节特性，转速与励磁电流关系n=fIf和串励）电动机电枢绕组通过换向器和电刷与外部电源连磁场减弱可提高转速，但降低最大转矩接，随转子旋转自动改变电流方向，保持串励电动机启动转矩大，转速随负载大幅转矩方向一致变化，适合起重设备；并励电动机转速较起动特性，转矩与电枢电流关T=fIa稳定，适合恒速驱动；复励电动机兼具两电动机旋转时产生反电动势E=CnΦ，与系启动电流需限制在允许范围内者优点外加电压平衡，决定了电机的稳定转速交流电动机

6.2异步电动机特点与应用结构简单，运行可靠•2同步电动机转子转速低于同步转速•工业中应用最广泛•特点与应用启动电流大，功率因数较低•转速恒定，等于同步转速•功率因数可调，甚至可过励运行单相电动机•适用于大型恒速驱动设备•特点与应用需要直流励磁和启动装置•结构简单，成本低•需要辅助启动装置•主要用于小功率设备•分为电容启动、电容运行等类型•电动机的启动和调速

6.3直流电动机的启动和调速启动采用串联电阻限制启动电流，随转速升高逐步切除电阻调速方式多样调节电枢电压可在额定转速以下调速；调节磁场电流（磁场减弱）可在额定转速以上调速；串级调速可获得更宽的调速范围交流电动机的启动和调速启动方式直接启动（小功率）、降压启动（自耦变压器或电阻）、星三角启动（中等功率）、软启动器（电子控制）传统调速方法包括-改变极对数、转子回路调速等，效率较低现代调速主要采用变频技术，通过改变电源频率实现宽范围无级调速软启动技术软启动器通过电力电子技术控制启动电压，实现平滑启动优点减小启动电流，降低机械冲击，延长设备寿命，操作简便；缺点成本较高，对某些负载类型效果有限变频器也可实现软启动功能，同时提供调速能力，是现代电动机控制的主流方案第七章电力电子技术基础电力电子技术是现代电力变换和控制的核心技术，通过功率半导体器件实现电能的变换和控制本章将介绍电力电子技术的基础知识，包括半导体器件、整流电路、逆变器和直流斩波器等电力电子技术广泛应用于电机驱动、电源设备、新能源发电、轨道交通等领域，是现代电气工程的重要分支通过学习，您将了解电能变换的基本原理和方法，为后续学习变频器、不间断电源等应用技术奠定基础半导体器件

7.1二极管晶体管晶闸管功率二极管是最基本的半导体器件，具有单功率晶体管包括双极型晶体管BJT和场效晶闸管SCR是一种具有闭锁特性的开关器向导电性正向偏置时导通，反向偏置时截应晶体管MOSFET BJT是电流控制器件，件，通过栅极触发导通，只有当阳极电流降止主要参数包括最大正向电流、最大反向具有电流放大作用；MOSFET是电压控制器至保持电流以下才能关断主要用于交流调电压、正向压降和反向恢复时间等常用于件，具有高输入阻抗和快速开关特性压、整流控制等衍生器件包括GTO（可关整流电路、续流二极管和箝位保护电路MOSFET在高频应用中具有明显优势，而断晶闸管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）BJT在大电流低频应用中更经济等，各有特点和应用领域整流电路

7.2单相整流三相整流滤波技术单相整流电路包括半波整流和全波整流两三相整流相比单相整流具有输出电压脉动整流后的直流电通常含有交流成分纹波，种基本形式半波整流只利用交流电的半小、效率高、功率大等优点，主要用于大需要通过滤波电路减小纹波常用滤波电个周期，效率低，输出脉动大全波整流功率场合常见形式有三相半波整流和三路包括电容滤波、电感滤波和LC滤波利用全部周期，可分为桥式整流和中心抽相全波整流头整流两种三相全波整流六脉波整流使用六个二极电容滤波简单有效，适合小电流负载；电桥式整流电路使用四个二极管，效率高，管，输出电压脉动系数仅为

4.2%，远低于感滤波适合大电流负载；LC滤波效果最好，变压器利用率好，是最常用的整流电路形单相整流，适用于对直流质量要求较高的但体积大、成本高π型滤波器综合了LC式场合滤波优点，应用广泛逆变器

7.3工作原理逆变器将直流电转换为交流电，通过控制开关器件的导通和关断时序来合成所需波形基本原理是利用功率开关器件按特定顺序通断，对负载施加正、负电压，形成交变电压分类按输出波形分方波逆变器、阶梯波逆变器、脉宽调制逆变器PWM按电路结构分半桥逆变器、全桥逆变器、推挽逆变器等按相数分单相逆变器和三相逆变器现代逆变器多采用技术，可获得接近正PWM弦波的输出应用领域逆变器广泛应用于变频调速、不间断电源、新能源发电并网、电UPS力电子化铁道牵引等领域光伏发电系统中，逆变器将太阳能电池板产生的直流电转换为符合电网标准的交流电；电动汽车中，逆变器控制驱动电机的转速和转矩直流斩波器

7.4直流斩波器转换器是将一个电压等级的直流电转换为另一个电压等级直流电的电路工作原理是通过控制功率开关器件的占空比导通时间与周期的比值来调节输DC-DC出电压常用的控制方式有脉宽调制和脉频调制PWMPFM降压型斩波器的输出电压低于输入电压，输出电压，其中为占空比；适用于电池供电设备和驱动升压型斩波器的输出电压高于输入电压，输Buck U₀=D·Ui DLED Boost出电压；适用于需要高电压的场合，如显示器和逆变器前级U₀=Ui/1-D直流斩波器在电动汽车充电器、太阳能控制器、计算机电源和手机快充等领域有广泛应用现代斩波器多采用集成电路设计，具有高效率、小体积和多种保护功能第八章电气控制系统继电器接触器控制-传统电气控制方式，简单可靠可编程逻辑控制器工业自动化的核心控制设备变频器现代电机调速的主要装置电气控制系统是实现工业自动化的重要组成部分，涵盖从简单的电机启停控制到复杂的工艺过程自动控制本章将介绍从传统继电器控制到现代和变频器控PLC制的发展历程和技术特点，帮助您理解现代工业控制系统的基本原理继电器接触器控制

8.1-基本原理继电器是一种电控开关，利用电磁铁吸引衔铁，带动触点动作接触器是大功率版本的继电器，用于控制电动机等大功率负载继电器和接触器都由线圈和触点组成，线圈通电产生磁场，吸引触点动作，实现控制功能常用控制电路点动控制按钮按下时设备运行，松开即停止，用于点动操作设备自锁控制点击启动后设备持续运行，直到停止按钮按下，最常用的控制方式正反转控制通过改变电动机三相电源的相序实现正反转，需要联锁保护顺序控制按照预定顺序启动多台设备，实现工艺流程控制自锁和联锁自锁是指设备启动后通过辅助触点维持线圈通电，形成保持回路联锁是指多个设备之间的互相制约关系，防止错误操作电气联锁通过触点互锁实现；机械联锁通过机械结构限制同时动作安全联锁是工业控制中的重要安全措施可编程逻辑控制器（）

8.2PLC结构梯形图编程应用实例PLC主要由、存储器、输入输出接口、梯形图是最常用的编程语言，类似于广泛应用于工业自动化领域生产线PLC CPU/PLC PLC电源和通信接口组成CPU执行程序和逻继电器控制电路图，直观易懂基本元素自动控制，实现工序间的协调；工艺过程辑运算；存储器分为系统程序区和用户程包括常开/常闭触点、线圈、定时器、控制，如温度、压力、流量等参数调节；序区；I/O接口与外部设备连接；通信接计数器、数据处理指令等设备顺序控制，如多台水泵的轮换运行；口实现与其他设备的数据交换智能建筑控制，如电梯、空调、照明等编程步骤分析控制要求，确定分配，I/O绘制梯形图，用编程软件编写程序，下载按结构可分为紧凑型和模块型两类紧凑到PLC并调试编程时应注意程序的可读相比继电器控制，PLC具有可编程、可靠型体积小，I/O点数固定；模块型可根据性和可维护性性高、抗干扰能力强、占用空间小等优点需要扩展模块，适应性强I/O变频器

8.3主要参数工作原理1额定功率、输入输出电压、频率范围、过载/将工频电源转换为可调频率和电压的交流电能力应用场合控制方式3风机水泵、传送带、起重设备、精密控制V/F控制、矢量控制、直接转矩控制变频器是通过改变电动机电源频率和电压来控制电动机转速的装置典型结构包括整流单元、直流中间环节和逆变单元三部分整流单元将交流电转换为直流电；直流中间环节平滑直流电压；逆变单元将直流电转换为可变频率的交流电变频调速具有调速范围宽、能耗低、启动电流小、控制精度高等优点，是现代电机调速的主流方法在风机水泵负载中尤其节能显著，可达30%-的能耗降低同时，变频器还可实现软启动、多段速、控制等多种功能50%PID第九章电气安全与保护系统保护过电流、过电压防护措施设备保护电气设备的安全运行保障人身安全防止触电事故的基本措施电气安全是电气工程中的重要内容，关系到人身安全、设备安全和系统可靠运行本章将系统介绍电气安全的基本概念、常见危险及其防护措施，以及各类保护装置的工作原理和应用，帮助您建立电气安全意识和防护能力电气安全基础

9.1触电危险安全电压触电是指人体接触带电体或靠近高压安全电压是指不会对人体造成伤害的带电体时，电流通过人体引起的伤害最高电压值在干燥环境下，交流安根据接触方式可分为直接触电（接触全电压为36V；在潮湿环境下为24V；裸露带电部分）和间接触电（接触因在特别潮湿或导电良好的环境（如锅绝缘损坏而带电的金属外壳）电流炉、金属容器内）为12V安全电压对人体的危害与电流大小、通过时间通常通过安全隔离变压器获得，用于和路径有关超过10mA的电流就可能手持工具、照明等场合在特殊作业导致肌肉痉挛，无法自行脱离；超过场所，还应使用安全电压的工具和设100mA可能导致心室颤动，危及生命备接地与接零接地是将电气设备的金属外壳与大地连接，当外壳带电时，电流通过接地线流入大地，降低触电风险工作接地用于系统正常运行；保护接地用于保障人身安全接零是将电气设备金属外壳与电源系统的零线连接，当外壳带电时形成短路，使保护装置动作切断电源、和系统是常见的接地系统类型TN-C TN-S TT过电流保护

9.2熔断器断路器过载保护器熔断器是最古老也是最可靠的过电流保护装断路器是能自动切断故障电路并可手动操作过载保护器专门用于防止设备长时间过载运置，由熔体和支架组成当电流超过额定值的开关设备按工作电压分为高压断路器和行热继电器是常用的过载保护装置，利用时，熔体因发热而熔断，切断电路熔断器低压断路器；按灭弧介质分为油断路器、空双金属片的热膨胀特性动作电子式过载保分为低压熔断器和高压熔断器，按熔断特性气断路器、SF6断路器和真空断路器断路护器通过电流互感器测量电流，灵敏度高，分为快速熔断器、慢速熔断器和半延时熔断器具有过流、短路和欠压保护功能，可反复响应时间可调现代智能电机保护器集成了器优点是结构简单、可靠性高、价格低廉；使用而无需更换部件空气开关是常见的低过载、短路、缺相、过热等多种保护功能，缺点是需要更换熔体、不能远程控制压断路器，集开关和保护功能于一体，应用能提供故障记录和通信功能，适用于重要电广泛机的综合保护过电压保护

9.3第十章电气测量技术电压和电流测量功率和电能测量掌握各类电压表和电流表的使用学习功率表和电能表的工作原理，方法，理解测量原理和注意事项以及单相和三相系统的功率测量包括模拟仪表和数字仪表的特点，方法理解有功功率、无功功率以及测量误差的分析和处理和视在功率的测量区别，以及功率因数的测定示波器使用了解示波器的基本结构和功能，掌握波形观测和参数测量技术包括模拟示波器和数字示波器的操作方法，以及在电路分析中的应用电气测量是电气工程的基础技能，通过准确测量电气参数，可以分析电路性能、诊断设备故障和评估系统效率本章将介绍常用电气测量仪表的原理和使用方法，帮助您掌握电气测量的基本技能电压和电流测量

10.1电压表电流表数字万用表电压表测量电路中两点间的电位差，始终电流表测量通过导体的电流，必须串联在数字万用表集成了电压、电流、电阻等多并联在被测电路中模拟电压表基于磁电电路中模拟电流表基于同样的磁电式或种测量功能，采用数字显示，读数直观准式或电磁式原理工作，内部电阻应尽量大电磁式原理，但内部电阻应尽量小以减小确主要由输入转换器、A/D转换器和显以减小对电路的影响对电路的影响示系统组成使用时应注意选择合适的量程，先用大量使用时同样需注意量程选择，测量大电流现代数字万用表还具有自动量程、数据保程再调小，防止指针过载损坏测量高电时通常使用分流器或电流互感器错误连持、峰值记录等功能，以及蜂鸣通断检测、压时应考虑分压器的使用和安全措施接可能导致仪表损坏，应严格遵循操作规温度测量等附加功能使用时需注意正确程选择功能档位和测量端口功率和电能测量

10.2示波器使用

10.3基本原理示波器是显示和分析电信号波形的仪器，能直观展示信号的时域特性模拟示波器基于阴极射线管工作，电子束在荧光屏上形成可见轨迹；数字示CRT波器采用数字采样和存储技术，通过显示屏显示波形LCD波形观测使用示波器观测波形时，首先需调整触发电平使波形稳定显示，然后调整垂直和水平刻度以获得合适的显示比例波形观测可分析信号的幅值、频率、相位关系、畸变等特性对于周期性信号，应调整时基使显示个完整周期2-3以便观察参数测量示波器可测量多种电气参数幅值测量通过垂直刻度和波形高度计算；周期和频率测量通过水平刻度和波形周期计算；相位差测量通过双通道显示和波形对比；上升下降时间测量通过特定点之间的时间间隔计算现代数字示波/器具有自动测量功能，可直接显示各种参数值第十一章电气工程应用电气工程在现代社会中应用极为广泛，从大型电力系统到日常生活中的各种电器设备本章将介绍几个重要的应用领域，包括供配电系统、电气照明、电动汽车技术和新能源发电等，展示电气工程的实际应用和发展趋势通过学习这些应用实例，您将了解电气原理如何在实际工程中应用，以及电气技术的最新发展方向这些知识将帮助您将前面学习的理论与现实世界联系起来，更全面地理解电气工程的重要性和潜力供配电系统

11.1发电1电能生产的第一环节，将各种一次能源转换为电能主要发电方式包括火力发电、水力发电、核能发电和新能源发电大型发电厂输出电压通常为，经过厂用变10-20kV压器升压后进入输电网络现代发电系统追求高效率、低排放和智能化控制输电2将电能从发电厂输送到负荷中心的过程为减少线损，采用高电压输电，中国主要使用和超高压输电输电线路按结构分为架空线和电缆；按用途分为主干500kV1000kV线和联络线智能电网技术提高了输电系统的可靠性和灵活性，柔性交流输电FACTS和高压直流输电是现代输电技术的重要发展方向HVDC配电3将电能分配给各类终端用户的系统配电网络从变电站的或开始，经过多110kV35kV级降压最终到达的用户电压配电系统结构包括放射式、环形和网络式，400/230V各有优缺点智能配电网融合了传感、通信和控制技术，实现电能质量监测、故障自动隔离和负荷优化管理，是智慧城市建设的重要组成部分电气照明

11.2照明设计节能技术根据用途、环境和标准确定照明方案高效光源和智能控制系统降低能耗光源选择智能控制LED、节能灯等各类光源的特点与应用自动调节亮度和色温，提升用户体验照明设计需考虑照度要求、显色性、眩光控制和能效等因素不同场所有不同的照明标准办公室通常需要，精细工作区需要，而公共走廊只需要300-500lx500-1000lx合理的照明设计不仅满足视觉需求，还能提高工作效率、保护视力和节约能源100-200lx照明因其高效率（每瓦可产生流明）、长寿命（万万小时）和环保特性已成为主流智能照明系统可根据人员存在、自然光水平和时间自动调节，进一步LED100-2003-5提高能效最新的人因照明技术（）能模拟自然光变化，有助于调节人体生物节律，提升健康和舒适度Human CentricLighting电动汽车技术

11.3整车系统集成各子系统的优化与协调电机驱动系统2直接决定车辆动力性能电池管理系统3保障电池安全高效运行电池系统是电动汽车的心脏，主要使用锂离子电池技术现代电动汽车电池能量密度达到，单次充电续航里程可达公里电池管理150-200Wh/kg300-600系统监控电池状态，确保安全运行，防止过充电、过放电和过热快速充电技术可在分钟内充电至，大幅提高使用便利性BMS3080%电机驱动系统由电机、电力电子控制器和传动系统组成常用电机类型包括永磁同步电机和交流感应电机，前者效率更高但成本较高电力电子控制PMSM器采用或器件，通过矢量控制等高级算法精确控制电机转速和转矩，实现平顺加速和能量回收制动IGBT SiC充电设施包括家用慢充、公共快充和超级充电站充电标准主要有、、等未来发展方向包括无线充电、换电模式和智能充电网络，以及GB/T CCSCHAdeMO与智能电网的双向互动（技术）V2G新能源发电

11.4太阳能发电风力发电储能技术太阳能发电主要分为光伏发电和光热发电两种风力发电利用风能驱动风机叶片旋转，带动发储能技术是新能源大规模应用的关键支撑主方式光伏发电利用半导体材料的光电效应直电机发电现代风电机组单机容量已达6-要储能技术包括电化学储能（锂离子电池、钠接将太阳能转换为电能，单晶硅光伏组件转换10MW，海上风电可达12-15MW风电场分为硫电池等）、物理储能（抽水蓄能、压缩空气、效率可达20%以上光热发电通过聚集太阳光陆上和海上两种，海上风电资源更丰富但建设飞轮等）和新型储能（液流电池、氢能等）产生高温，驱动传统汽轮机发电中国光伏装成本高风电并网面临的主要挑战是间歇性和大规模储能系统可平抑新能源发电波动，提供机容量已超过250GW，居全球首位未来发展波动性，需要配套储能或其他调峰电源中国容量支撑和辅助服务，实现电网友好型并网方向包括钙钛矿电池、双面组件和智能追光系风电装机容量超过300GW，技术水平已处于世未来发展趋势是降低成本、提高能量密度和延统界领先地位长寿命课程总结1160课程章节知识要点从电路基础到工程应用的全面知识体系涵盖电气工程各主要领域的核心概念100实践能力提升理论与实践相结合，培养解决实际问题的能力《电气原理基础教程》通过系统讲解电路基础、交直流电路、磁路与变压器、电机、电力电子、控制系统等内容，建立了完整的电气工程知识体系课程强调理论与实践结合，通过实例分析培养了解决实际问题的能力在能源转型和数字化转型的时代背景下，电气工程面临新的机遇和挑战新能源并网、智能电网、电动汽车等新兴领域需要扎实的电气基础和创新思维希望同学们在掌握基础知识的同时，关注行业发展趋势，不断学习新知识、新技术，成为具有创新能力的电气工程人才。