第1章 建筑电气概述 第2章 建筑电气的电工技术基础

建筑电气•学时：32•教材：《建筑电气》魏金成，重庆大学出版社•考核方式：闭卷考试•成绩比例：平时30％，期末70％•目标要求：掌握建筑电气基本知识，可设计简单建筑的电气系统，学以致用。本课程学习方法1、以课堂听课为主，参考资料为辅；内容需记笔记2、以识读建筑电气施工图为主，从平面到系统；3、实用为主，理论和原理为辅；4、自觉、自助学习为主，教师指导为辅；5、独立完成作业；6、充分讨论，加深理解，掌握要点。第1章建筑电气概述首先介绍建筑电气基本概念、建筑电气范围及强电和弱电的基本概念。内容提要1.1研究建筑电气的意义及建筑电气系统的组成1.1.1研究建筑电气的意义建筑电气是电能、电气设备和电气技术为手段，创造、维持与改善室内空间的电、光、热、声环境的一门科学。如：配电柜、配电箱、控制箱照明电器、动力设备控制等如：通信系统、火灾自动报警系统CATV系统、安全防范系统一、建筑电气工程二、建筑电气工程的意义（1）电能和电信号易产生、输送和分配，易于转换和应用；（2）能为人们提供舒适、便利、安全的建筑环境。1.1.2建筑电气的组成一、建筑电气系统组成用电设备：照明灯具、家用电器、电动机、电视机、电话、喇叭等；配电线路：用于传输电能和信号。各类系统的线路均为各种型号的导线或电缆，其安装和敷设方式也都大致相同；控制和保护设备：是对相应系统实现控制保护等作用的设备。这些设备一般集中安装在一起，组成配电盘、柜等。1.2建筑电气系统的分类1.2.1建筑的供配电系统直接参与电能的输送与分配，由母线、开关、配电线路、变压器等组成的线路，这个线路就是供配电系统的一次接线。（一次设备）一、一次接线（主接线）二、二次接线（二次回路）为了保证供配电系统的安全、经济运作以及操作管理上的方便，常在配电系统中，装设各种辅助电气设备对一次设备进行监视、测量、保护和控制。通常把完成上述功能的二次设备之间互相连接的线路称为二次接线（二次回路）。1.2.2建筑的用电系统一、强电和弱电基本概念★强电工程工程把电能引入建筑物，进行电能再分配并通过用电设备将电能转换成机械能、热能和光能等。★弱电工程工程是实现建筑物内部以及内部和外部间的信息交换、信息传递及信息控制等。从电压等级上划分，强电一般是110V以上，而弱电一般是60V以下。二、强电工程和弱电工程涉及范围★强电动力工程照明工程变配电工程防雷接地工程及其他用电力工程★弱电通信与计算机网络CATV电视与卫星电视闭路电视和监控系统安全防范系统电话通信系统火灾自动报警系统公共广播系统第2章建筑电气的电工技术基础电路基础部分2.1电路的基本概念及基本定律2.1.1电路的基本概念电源：将非电能量转换为电能的设备，它是电路运行的能量源泉。负载：是将电能转换为非电能的设备或元件，它是电路中消耗能量的装置。中间环节：传送、分配和控制电能的部分，它包括连接电源与负载的所有开关、导线、保护设备以及复杂的网络或系统。一、电路的组成电流：电荷的定向运动形成电流。电位：将单位正电荷自该点沿任一路径移动到参考点电场力所做的功。（相对的物理量）电压：两点之间的电位差。电动势：电源力把单位正电荷从低电位的B点经电源内部移动到高电位A点所作的功。电功率：单位时间内电场力作的功的物理量。电能：一段时间内电路所消耗的能量。二、电路的基本物理量2.1.2电流和电压的参考方向任意指定一个方向作为电流的方向。把电流看成代数量。若电流的参考方向与它的实际方向一致，则电流为正值；若电流的参考方向与它的实际方向相反，则电流为负值。2、参考方向：1、实际方向：正电荷运动的方向。一、电流3、电流参考方向的表示方法ABiABi箭头或双下标二、电压1、实际方向：高电位指向低电位的方向。2、参考方向：任意选定一个方向作为电压的方向。当电压的参考方向和它的实际方向一致时，电压为正值；反之，当电压的参考方向和它的实际方向相反时，电压为负值。正负号u_+ABUAB（高电位在前，低电位在后）双下标箭头uAB3、电压参考方向的表示方法：UAB=ФA-ФB电流的参考方向与电压的参考方向一致，则把电流和电压的这种参考方向称为关联参考方向;否则为非关联参考方向。元件i+_u三、关联参考方向1、“实际方向”是物理中规定的，而“参考方向”是人们在进行电路分析计算时，任意假设的。注意2.1.3电路的基本规律一、欧姆定律流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。根据欧姆定律，电阻两端的电压和电流之间的关系可写成：u=±i·R在电压和电流的关联方向下u=i·R在电压和电流非关联方向下u=-i·RRi+_uRi+_u电阻元件的伏安特性以电压和电流为坐标，画出电压和电流的关系曲线。Oui二、基尔霍夫定律用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系，其中包括基氏电流和基氏电压两个定律。名词注释结点(node)：三个或三个以上支路的联结点支路(branch)：电路中每一个分支回路(loop)：电路中任一闭合路径支路数b=5结点数n=3回路数l=6R1R2R3R4R5+_+_uS1uS21、内容：在集总电路中，任何时刻，对任一结点，所有与之相连支路电流的代数和恒等于零。2、公式：0i3、说明：规定流入结点的电流前面取“+”号，流出结点的电流前面取“-”号。电流是流出结点还是流入结点按电流的参考方向来判断。一、基尔霍夫电流定律（KCL）R1R2R3R4R5+_+_uS1uS21i2i3i5i4i对结点a：1i2i3i=0++-321iii任何时刻，流入任一结点的支路电流必等于流出该结点的支路电流对结点b：3i4i5i=0++-I4=?+-10V3Ω3Ω5Ω-3A4AI4ABCI1I2I3I5对结点B321IIIAI25101A5)3(2对结点C354III543IIIA154213IIIKCL对包围几个结点的闭合面也适用。基尔霍夫电流定律是电荷守恒的体现。4、推广形式5241IIII1524IIII=-3+4-2=-1A+-10V3Ω3Ω5Ω-3A4AI4ABCI1I2I3I51、内容：在集总电路中，任何时刻，沿任一回路，回路中各段电压的代数和恒等于零。2、公式：0u3、说明：先任意指定一个回路的绕行方向，凡支路电压的参考方向与回路的绕行方向一致者，该电压前面取“+”号，支路电压的参考方向与回路的绕行方向相反者，该电压前面取“-”号。二、基尔霍夫电压定律（KVL）R1R2R3R4R5+_+_uS1uS2+-2u4u+-12+-5u对回路12u1su=0++-对回路22u+-4u+--=01112suRiu4332uRiu1i3ii1R1i3R3可应用于回路的部分电路。3Ω3Ω5Ω-3A4AI4ABC+-ACuBAuACuBCu=0+_+BCBAACuuu=-(-10）+15=25VVuBC15534、推广形式：uAC=?1u3u2u14i2i1i231,1iuAi和电流求电压Viu22113u1u7V-+=-2+7=5V3124uiu=1V222ui=-0.5A2.2直流电路的基本分析方法2.2.1电阻的联接及等效变换一、电阻的串联1R2RnR1、特点：电阻串联时，通过各电阻的电流是同一个电流。+-uineqRRRiuR21nkkR1keqRR2、等效电阻：eqR1R2RnR3、分压公式uRRRu2111uRRRu21224、应用分压、限流。ui2R1R+_+_1u2u+_二、电阻的并联1RnR2R1、特点电阻并联时，各电阻上的电压是同一个电压。+-uineqRRRR111121nkkR11keqRR2、等效电阻1RnR2ReqR两个电阻并联的等效电阻为2121RRRRReq三个电阻并联的等效电阻为321321RRRRRRReq×计算多个电阻并联的等效电阻时，利用公式neqRRRR111121往往容易搞错3、分流公式：i+_u1R2R1i2iiRRRi2121iRRRi21124、应用分流或调节电流。2.2.2电压源、电流源及等效变换一、电压源1、特点（1）电压u(t)的函数是固定的，不会因它所联接的外电路的不同而改变。（2）电流则随与它联接的外电路的不同而不同。2、图形符号+-SuSU只用来表示直流Ot)(tust)(tusO既可以表示直流也可以表示交流+-Su+-suui=0+-suui+-Su外电路3、电压源的不同状态空载有载4、特殊情况0su电压为零的电压源相当于短路。伏安特性电压源模型oIREUIUEUIRO+-ERo越大斜率越大理想电压源（恒压源）:RO=0时的电压源.特点：(1）输出电压不变，其值恒等于电动势。即UabE；（2）电源中的电流由外电路决定。IE+_abUab伏安特性IUabE恒压源中的电流由外电路决定设:E=10VIE+_abUab2R1当R1R2同时接入时：I=10AR22例当R1接入时：I=5A则：1、特点（1）电流i(t)的函数是固定的，不会因它所联接的外电路的不同而改变。（2）电压则随与它所联接的外电路的不同而不同。2、图形符号si二、电流源si+-u=0i外电路sii短路有载4、特殊情况0si电流为零的电流源相当于开路。+-u3、电流源的不同状态标准电流源ISROabUabIoabSRUIIIsUabI外特性电流源模型RORO越大特性越陡理想电流源（恒流源):RO=时的电流源.特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电流源电流IS；abIUabIsIUabIS伏安特性（2）输出电压由外电路决定。恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设:IS=1AR=10时，U=10VR=1时，U=1V则:例电压源中的电流如何决定？电流源两端的电压等于多少？例IER_+abUab=?Is原则：Is不能变，E不能变。EIRUab电压源中的电流I=IS恒流源两端的电压恒压源与恒流源特性比较恒压源恒流源不变量变化量E+_abIUabUab=E（常数）Uab的大小、方向均为恒定，外电路负载对Uab无影响。IabUabIsI=Is（常数）I的大小、方向均为恒定，外电路负载对I无影响。输出电流I可变-----I的大小、方向均由外电路决定端电压Uab可变-----Uab的大小、方向均由外电路决定三、电源的等效变换0RRssiRu电压源、电阻的串联组合与电流源、电阻的并联组合可以相互等效变换。R+-sui+-usi+-ui0R注意电压源和电流源的参考方向，电流源的参考方向由电压源的负极指向正极。如果令例：求图中电流i。+-+-i=0.5A(1+2+7)i+4-9=02.2.3回路电流法选择支路电流为电路变量；应用KCL和KVL列出与支路电流数相等的独立方程；求解方程。2.2.4叠加原理一、内容在线性电阻电路中，任一支路电流（或支路电压）都是电路中各个独立电源单独作用时在该支路产生的电流（或电压）之叠加。二、说明1、叠加定理适用于线性电路，不适用于非线性电路；2、叠加时，电路的联接以及电路所有电阻和受控源都不予更动；以电阻为例：RiiRip2212)(RiRi2221电压源不作用就是把该电压源的电压置零，即在该电压源处用短路替代；电流源不作用就是把该电流源的电流置零，即在该电流源处用开路替代。3、叠加时要注意电流和电压的参考方向；4、不能用叠加定理来计算功率，因为功率不是电流或电压的一次函数。=+1i2i)1(1i)1(2i)2(1i)2(2i图a图b图c例)2(2)1(22iii)2(1)1(11iii在图b中A14610)1(2)1(1ii在图c中A6.14464)2(1iA4.24466)2(2i)1(1i)1(2i)2(1i)2(2i图b图c所以A6.06.11)2(1)1(11iiiA4.34.21)2(2)1(22iii1i2i2.3正弦交流电路及基本分析方法预备知识——复数一、复数的形式1、代数形式F=a+