维修电工基础知识课件课件.ppt

第一章电工基础知识 概述 第一节电的基本概念 第二节直流电路 第三节电与磁 第四节单相交流电路 第五节三相交流电路 概述 本章主要介绍电常用基本物理量 直流电路 交流电路 电磁感应等基本概念 定律 以及有关物理量间的相互关系 为识图 读图 分析电路 电路设计打基础 要求 了解电的各主要物理量及基本公式的含义 弄清有关公式物理量以及各符号的意义和单位 掌握各定律的内容及有关量间的关系 逐步学会分析电路的方法 充分重视理论结合实际 将学到的基础理论做为实际设计 安装 维修的理论依据 第一节电的基本概念 一 电路的组成及状态 二 电流 三 电阻 四 电压与电位 五 电动势 一 电路的组成及状态 一 电路的组成 下面我们先来看一下手电筒电路 一 电路的组成及状态 一 电路的组成 电路 电流经过的路径 组成 电源负载控制设备导线 电流必须在闭合回路中产生 所以一个完整的电路一定是回路 手电筒电路 一 电路的组成及状态 一 电路的组成 1 电源 将其他形式的能量转换成电能的装置 E 如 火力发电机 热能水力发电机 水能风力发电机 风能核动力发电机 核能蓄电池 化学能 转换为电能 电源可通过电网络输送 传递 分配 一 电路的组成及状态 一 电路的组成 2 负载 将电能转换成其他形式能量的器件或设备 各种电器 E 如 电灯 电能转换为光能 电炉 电动机 电能转换为热能 电能转换为机械能 一 电路的组成及状态 一 电路的组成 3 控制设备 按人们的需求安全 有效的控制电能各物理量以及用电器的使用时间 E 如 控制电灯的开关 插销等 控制电动机的接触器 继电器 断路器等 一 电路的组成及状态 一 电路的组成 4 导线 输送分配电能的导体 常用铜 铝材料 E 它将电源电能输送致控制设备 再将受控制的电能输入用电器 最后再将其连接回电源而形成回路 一 电路的组成及状态 一 电路的组成 E 电路可分为外电路和内电路 外电路 电源 控制设备 负载 内电路 电源内部的通道 如蓄电池两极 发电机电枢线圈内通道 电路的分类 一 电路的组成及状态 一 电路的组成 电路原理图 电路图是最简单明了提供电路信息的方法 电路图主要用来详细理解设备和其组成部分的工作原理 故称电路原理图 它为接线 测试 排故提供信息 电工作业人员实际操作时离不开电路图 识图 读图是作为一名电工的基本功 对各种不同电路的表达方式 电路图 一 电路的组成及状态 一 电路的组成 电路原理图 信息 电路中所用元件名称 数量及参数 E 电池组 套 HL 指示灯 12 0 1A 1只 R 电阻 60 1 1只 K1 K2 单极开关 只 由电气符号 采用GB4728 85标准 代号 连接线组合而成 一 电路的组成及状态 一 电路的组成 电路原理图 信息 导线连接方式 除元件外 每根实线都是所需连接的导线 由电气符号 采用GB4728 85标准 代号 连接线组合而成 一 电路的组成及状态 一 电路的组成 电路原理图 由电气符号 采用GB4728 85标准 代号 连接线组合而成 信息 工作原理 闭合 指示灯 在额定电压下发光 断开 闭合 指示灯 与电阻 串联 电阻 串联降压 指示灯 电压为 左右 较暗 一 电路的组成及状态 二 电路的状态 1 通路状态 通路就是电路中开关闭合 负载中有电流流过 在这种状态下 电源端电压与负载电流的关系可用电流的负特性确定 通路后负载有电流流过而做功 根据负载的大小 可分为满载 轻载 过载三种情况 一 电路的组成及状态 二 电路的状态 1 通路状态 满载 负载在额定功率下的工作状态叫做额定工作状态或满载 轻载 负载低于额定功率的工作状态叫做轻载 过载 负载高于额定功率的工作状态叫做过载或超载 轻载不利于充分发挥负载的效率 过载容易使负载过线路烧毁 满载为理想工作状态 一 电路的组成及状态 二 电路的状态 2 断路或开路状态 断路一般为故障 开路为工作需要 电路状态一样 电源两端或电路某处断开 电路中没有电流通过 对于电源来说 这种状态叫空载 一 电路的组成及状态 二 电路的状态 2 断路或开路状态 开路的特点 电路中电流为零 电源端电压U等于电源电动势E 电路某处断开 一 电路的组成及状态 二 电路的状态 3 短路状态 如果外电路被阻值近似为零的导体接通 这时电源就处于短路状态 一 电路的组成及状态 二 电路的状态 3 短路状态 在这种状态下 短路电流ID E RO非常大 由于电流未经负载直接流回电源 电源内阻RO极小 强大的短路电路极有可能烧毁电源和线路 造成重大事故 所以要严格防止 避免发生短路 外电路被阻值近似为零的导体接通 一 电路的组成及状态 二 电路的状态 3 短路状态 防止短路最常用的方法是在电路上安装熔断器 不论高压 低压 强电 弱电 线路都要设可靠的短路保护 熔断器 一 电路的组成及状态 二 电路的状态 电路的外特性 二 电流 一 电流的形成 电流 电荷有规则的定向运动形成电流 用I i表示 了解电流的实质 就要从物质内部结构进行分折 任何物质都是由分子组成 分子是由原子组成 而原子又是由带正电原子核和带负电的电子组成 在常态下 原子核所带的正电荷数等于电子所带的负电荷数 物质呈中性 在金属导体中存在较多脱离原子核吸引力的自由电子 它们相互碰撞 处于无定向无规则运动 所以也不显电性 二 电流 一 电流的形成 例如 13号元素铝的原子结构 电子分层排列 2 8 3 二 电流 一 电流的形成 电流 电荷有规则的定向运动形成电流 当人们给一定外加条件时 如导体两端加一个电场 即按上电源 则导体内自由电子受到电场力的作用 正电场吸引电子 负电场排拆电子 所以导体内自由电子就向着正电场方向移动 电场力 带电导体的周围存在着电场 电场对处在场内的电荷有力的作用 二 电流 一 电流的形成 在金属导体中 电子在外电场的作用下有规则的运动形成电流 二 电流 一 电流的形成 电流强度 电流的大小取决于在一定时间内通过导体横截面的电荷量的多少 在单位时间内通过导体横截面的电荷量越多 表示通过该导体的电流越强 反之较弱 所以电流大小用电流强度来衡量 为方便起见 人们把电流强度简称电流 电流强度 1秒钟内通过导体横截面的电荷量 I 电流强度 安培 Q 电量 库仑 t 时间 秒 二 电流 一 电流的形成 电流密度 在实际工作中 经常需要选择导体 线 的粗细即截面积 这就需要用到电流密度这一概念 当电流在导体的横截面上均匀分布时 该电流与导体横截面的比值 就称为电流密度 电流密度用字母J表示 即 J 电流密度 A mm2 I 电流 A S 横截面 mm2 二 电流 一 电流的形成 电流密度 如 横截面2 5mm2的BVR塑料多股线的电流密度可选为7A mm2 一般情况下 2 5mm2BVR最大可通过17 5A电流 可配用3 8kW的单相用电设备 电流密度与导体横截面不呈线性关系 因为导体的截面积选用必须考虑诸多综合因素 如环境 敷设方式 敷设长度 耐热 散热要重点考虑 一般电流密度选择 负载电流越大 电流密度相对越小 二 电流 一 电流的形成 电流密度 又如 现需要安装一路供电线路 此线路计算总负荷电流为125A 选配电缆前应先根据实际情况确定电流密度 通常100A以上电路选用电缆的电流密度 每平方毫米不大于2A 即J 2A mm2 那么 总之 导体安全载流量选择正确与否 直接关系到电路的安全 质量及成体 不可忽视 可选择70mm2的电缆线 二 电流 二 电流的方向 电流的方向 正电荷移动的方向为电流方向 二 电流 二 电流的方向 不同的导电物质中 形成电流的运动电荷 可以是正电荷 也可以是负电荷 甚至两者都有 为统一起见 规定 正电荷定向移动的方向为电流方向 按照这个规定 在电源外部 电流的方向是从电源的正极流向负极 在金属导体中 电子运动的方向与电流方向相反 二 电流 二 电流的方向 电流方向的表示 可用箭头表示 I1I2I 或用下标表示 IaoIboIoc 在分析和计算电路时 常常要求出电流方向 尤其是较复杂电路 某段电路中实际电流方向难以确定 在这种情况下 要设定参考方向 参考方向任意任意设定 当计算结果大于零时 即为正值 假设参考方向与实际电流方向相同 如果计算结果小于零时 即为负值 那么假设参考方向与实际电流方向相反 二 电流 二 电流的方向 电流方向的表示 例 如图所示电路 求出Iao的大小和方向 解 先设定Iao的方向 如图所示 根据基尔霍夫节点电流定律 Iao Ibo Ioc Iao Ioc Ibo将已知数代入Iao 3 4 1A得数为负值 实际电流方向为Ioa 二 电流 三 电流的单位 电流的国际单位为安培 简称为安 用A表示 常用的电流单位 千安 kA 毫安 mA 微安 A kA A mA A依次为千进位 即 1kA 103A 106mA 109 A 二 电流 四 电流的种类 电流的种类即电流的性质 通常分直流电 交流电两种 二 电流 四 电流的种类 1 直流电 其大小和方向均不随时间变化而变化 直流电可由蓄电池 直流发电机或整流电路获得 直流电可分理想直流电和脉动直流电 用直角坐标系图形表示法可以看出 理想直流电 无论t在什么时间段 电流i大小幅度不变 方向不变 始终在正半周 二 电流 四 电流的种类 1 直流电 其大小和方向均不随时间变化而变化 直流电可由蓄电池 直流发电机或整流电路获得 直流电可分理想直流电和脉动直流电 用直角坐标系图形表示法可以看出 脉动直流电 虽方向不变 始终在正半周 但大小幅度随t的变化而不断变化 有一定的交变成分 二 电流 四 电流的种类 1 直流电 应注意 直流电在接通和断开的瞬间都有个交变 即电流变化 过程 脉动直流电是通过整流后的直流电 整流获得理想直流电的步骤 二 电流 四 电流的种类 2 交流电 其大小和方向都随时间的变化而变化 电力系统供给工矿企业的动力电都为交流电 工矿企业 日常生活所用的交流电是按正弦规律变化的正弦交流电 正弦交流电在直角坐标系中的波形图 可以看出 电流i的大小 幅度随着t的变化而不断的变化 方向也随t的变化在正负半周有规律的变化 三 电阻 电阻是反映物体对电流起阻碍作用大小的一个物理量 电阻这一物理量可衡量物体的导电能力 物体电阻小导电能力就强 反之就弱 电阻用字母R r表示 电阻的单位 欧姆 简称欧 用字母 表示 物体的电阻是客观存在的 不随电压的高低而变化 三 电阻 实验证明 物体的电阻跟物体长度成正比 跟物体截面积成反比 并与物体的材料 电阻率 和温度有关 可用以下公式表达 R 电阻 电阻率 m L 长度 S 截面积 m2 电阻率 是与物体材料性质有关的物理量 称为电阻系数或电阻率 它是指长度1米 横截面1平方毫米的某种材料的物体在2 时的电阻值 单位 m 不同的材料其电阻率也不同 下表列出几种常用金属的电阻率 三 电阻 表1 1常用金属材料的电阻率及电阻温度系数 三 电阻 温度系数 表中温度系数 说明电阻率与温度有关 实验证明 物体的温度变化 电阻也随之变化 一般导体温度升高后 导体的电阻值随之增大 相对导电能力下降 注 导体碳相反 我们把温度升高1 时 电阻所产生的变动值与原电阻值的比值 称为电阻温度系数 用 表示 单位1 t1 变化前温度t2 变化后温度R1 t1时电阻值R2 t2时电阻值 一般金属材料电阻温度系数很小 但温度很高时 电阻变化显著 不可忽视 三 电阻 在实际工作中 我们不但用电阻去衡量物体的导电能力 我们还将具有一定阻值物质制作成实体元件 称为电阻器 电阻元件主要参数 电阻值 功率 允许偏差等 电阻器的作用 在直流电路中 常用于分压 分流 阻抗匹配等 交流电路中 电阻器常用于限流 电阻元件符号 电阻 可变电阻 电位器 四 电压与电位 一 电位 人们测量山峰的高度 常用海拔多少米 也就是以海平面为基准测出各山峰的相对高度 海平面海拔为零 零海拔为各山峰高度的参考点 2800米 山高 海拔2800米 参考点 海平面 四 电压与电位 一 电位 电位也一样 也必须要有一个参考点 而且一个网络 一个系统或一台独立的设备只能共有一个参考点 如低压三相四线中性点接地的供电系统中 大地为参考点 称为零电位 参考点 u1 u2 u3 L1L2L3 U1 u2 u3为各点电位 四 电压与电位 一 电位 而电子设备常以金属底板 机壳等共公点作为参考点 选定了参考点 各点到参考点间的电压就称各点的电位 零电位参考点 ua ub uc ud为各点电位 ub ua uc ud 四 电压与电位 一 电位 从电学的角度来解释 带电导体的周围存在着电场 电场对处在电场内的电荷有力的作用 当电场力使电荷移动时 电场力就对电荷做了功 电场方向 参考点 在均匀电场中 我们把电场力F将电荷Q从a点移支o点和从b点移到o点 进行比较 四 电压与电位 一 电位 设 a点与o点间距Lao b点与o点间距Lbo 且Lao 2Lbo 则电场力F将Q从a点移到o点做的功 Aao FLao则电场力F将Q从b点移到o点做的功 Abo FLbo因为电荷Q量和L成正比 所以 a点电荷量大于b点电荷量 电场方向 参考点 四 电压与电位 一 电位 我们规定 电场力把单位正电荷从电场中的某一点移到参考点所做的功 称该点的电位 用字母 表示 功做的多少与电位的高低成正比 由于 ao bo 电场方向 参考点 那么a点电位就比b点电位高 四 电压与电位 一 电位 这里o点为参考点 参考点可任意选择 不同的参考点 相对各点电位也不同 由此看出 电场中某点电位与参考点有密切关系 通常选择参考点以方便计算为原则 参考点可视为零电位 低于参考点为负电位 高于参考点为正电位 等于参考点为同电位 电场方向 参考点 四 电压与电位 一 电位 如果功的单位是焦耳 电荷电位是库仑 则电位单位就是伏特 简称伏 用字母 表示 常用单位 千伏 k 伏 毫伏 m 微伏 k 103 103m m 103 电场方向 参考点 四 电压与电位 二 电压 电压是衡量电场力做功本领大小的物理量 在电场中两点间电位差称为电压 ab ao bo导体两端具有电位差时 电子才有规则的定向运动而形成电流 可见 导体内产生电流的条件是导体两端必须有电位差 电压 电压单位与电位相同 四 电压与电位 二 电压 电压和电流一样 不但有大小 而且有方向 电压的方向是由高电位指向低电位 如 可称电位降或压降 当电压釆用双下标记法时 电压方向为第一下标指向第二下标 电压可用电压表直接或间接测量 测量时电压表并联在线路上 四 电压与电位 二 电压 电压与电位相同与不同 相同 单位相同 方向相同 不同 电位是某点到参考点的电压 电压是两点间电位差 电位是随参考点改变而改变 电压是不随参考点改变而改变 四 电压与电位 二 电压 举例说明 一电阻串联支路 a b两点电压为6V 且R1 R2 R3 则电阻R1 R2 R3上降压为2V U 6V 当参考点设定在c点 那么 ac 2V bc 4V Uab ac bc 6V 当参考点设定在d点 那么 ad 4V bd 2V Uab ad bd 6V以上证明 电位是相对的 电压是绝对的 五 电动势 我们已知道 电源是将非电能转换为电能的装置 那么衡量电源转换本领大小的物理量称为 电动势 为了进一步分析 我们以发电机中的一段导体为例 简述电动势产生过程 金属导体内部存在着大量的自由电子 如对这些自由电子施加外力FW 如 磁场 摩擦等 会使其向导体的一端移动 五 电动势 我们已知道 电源是将非电能转换为电能的装置 那么衡量电源转换本领大小的物理量称为 电动势 电子移动的结果 使导体的这一端积累了负电荷 而导体的另一端则因缺少电子呈现出正电荷积累 导体内正负电荷的分离 在内部就产生了电场 这时电子除了受外力作用外 还要受到电场力FD的作用 电场力和外力方向相反 对电子的继续移动起阻碍作用 五 电动势 我们已知道 电源是将非电能转换为电能的装置 那么衡量电源转换本领大小的物理量称为 电动势 开始时 外力大于电场力 电子向一端移动 当两端电荷积累到一定程度 就是当电场力FD与外力FW相等时 电子停止了定向移动 导体两端电荷的积累处于稳定状态 五 电动势 我们已知道 电源是将非电能转换为电能的装置 那么衡量电源转换本领大小的物理量称为 电动势 可以看出 在外力作用下 电子在导体中定向移动需要做功 正电荷与电子相对运动 在外力的作用下 单位正电荷从电源的负极经电源内部移到正极所做的功 称为该电源的电动势 用字母E e表示 电动势的单位是伏特 电动势方向是从低电位 电源负极 指向高电位 电源正极 电动势可称为电位升 五 电动势 通过电动势产生过程的分析得知 电源两端具有不同的电位差 这电位差称电源端电压 简称电源电压 实际上电源电动势等于电源两端的开路电压 值得注意 电动势仅存在于电源内部 而电源电压不仅存在于电源两端 而且也存在于电源外部 且两者方向相反 第二节直流电路 一 部分电路欧姆定律 二 全电路欧姆定律 三 电阻的串联 四 电阻的并联 五 电功和电功率 第二节直流电路 讨论直流电路 掌握定律 公式 不但能对简单或复杂直流电路进行分析计算 而且它还是分析和计算交流电路 磁路的基础 更重要的是我们在实际电工作业时经常要用到这些定律和公式 只有能灵活运用 对各种设备电路认真分析 正确计算 才能保证我们安装和维修电气设备的安全 可靠性 一 部分电路欧姆定律 欧姆定律是电工理论中一个最基本 也是最重要的一个定律 我们用它来分析计算线性电路中电流 电压 电阻三者的关系和大小 部分电路欧姆定律 它用于一个闭合电路中的某一段含电阻的电路 不包括电源 故又称无源支路欧姆定律 具体含义 通过一段无源支路的电流 与支路两端电压成正比 与支路电阻成反比 要满足以上条件 导体及电阻温度不变 电流与电压方向一致 一 部分电路欧姆定律 具体公式 式中 I 支路电流 A U 支路两端电压 V R 电阻 上式也可表达成 一 部分电路欧姆定律 我们在实际工作中常用欧姆定律进行简单计算 如 一晶体管放大电路中 我们需测量其中某一个三极管的基极 集电集 发射极电流 利用欧姆定律和万用表 可在不改动线路的情况下 测量并计算出各极电流 具体操作 先用万用表测出Rb Rc Re上降压 再利用支路欧姆定律求得 一 部分电路欧姆定律 再如 某设备中 直流24伏电源需用发光二极管做电源指示 发光二极管的发光参数 电压3V 电流10mA 应串多少欧姆的电阻R才能使发光二极管正常工作 已知 UR UV 24V那么UR 24 UV 24 3 21VIR IV 10mA 应选电阻值 由已知电流 电压 根据欧姆定律算出电阻 应串接2100 电阻器对指示支路进行降压 限流 一 部分电路欧姆定律 前面讲过 如直流电路的极性不知 计算前可对电流 电压方向假设标定 在电流 电压方向一致的基础上任意假定 看计算结果 确定实际方向 正值 假定与实际相同 负值 则假定与实际相反 二 全电路欧姆定律 全电路是指有源的闭合回路 电源内部都存在内阻ro 两公式比较 全电路欧姆定律与部公支路欧姆定律所明显不同的是 由于电路中含源 所以将电压U换为电动势E 并且全电路欧姆定律还要考虑电源内阻ro的存在 二 全电路欧姆定律 具体含义 通过该闭合回路的电流与回路的电动势成正比 与回路中全部电阻成反比 这里的全部电阻 除要考虑电源内阻外 实际工作计算有时还需要考虑线路电阻 它们的关系式 I 回路电流 A E 电源电动势 V R 负载电阻 ro 电源内阻 Rr 线路电阻 二 全电路欧姆定律 例 已知 E 110V ro 0 2 Rr 0 4 R 9 求 工作正常时的电流I 负载两端短路时的电流I 电源两端短路时I 解 利用全电路欧姆定律可得 正常工作时 二 全电路欧姆定律 例 已知 E 110V ro 0 2 Rr 0 4 R 9 求 工作正常时的电流I 负载两端短路时的电流I 电源两端短路时I 解 利用全电路欧姆定律可得 负载两端短路时 如无保护措施 发电机与线路均会短路时烧毁 二 全电路欧姆定律 例 已知 E 110V ro 0 2 Rr 0 4 R 9 求 工作正常时的电流I 负载两端短路时的电流I 电源两端短路时I 解 利用全电路欧姆定律可得 电源两端短路时 如无有效保护措施 发电机将迅烧毁 二 全电路欧姆定律 有时在实际计算时 还会碰到一段含源支路电路 通过一段含源支路的电流 不仅与支路电阻R和端电压U有关 还与支路电动势有关 它们之间的关系式 根据电流 电压 电动势的方向来确定不同的表达式 二 全电路欧姆定律 E U I三者方向一致 E 与U I方向相反 U与I E三方向相反 E U方向与I方向相反 以上可看出U E这两个物理量 若与电流方向一致取 正 若与电流方向相反取 负 三 电阻的串联 电路中 二个以上电阻 可视为阻性负载 首尾依次连接成串 这种连接方式叫串联 以这种方式组成的电路称为串联电路 它没有分支 只有一条电路通道 三 电阻的串联 串联电路特点 1 串联电路中流过每个电阻的电流都相等 I I1 I2 I3 因为在电压U的作用下 每个电阻都有电流流过 由于串联电路无分支路 只有一条电流通路 且电流有不可蓄存特性 I入 I出 所以流过每个电阻上的电流都等于流入或流出电流 在实际工作中 我们利用这一特点对线路 设备限流 如 电动机串电阻降压启动控制 就是利用串电阻来限制电动机的起动电流 三 电阻的串联 串联电路特点 2 串联电路两端的总电压等于各电阻两端电压之和 U U1 U2 U3 由电压和电位的关系可知 UAB A BUBC B CUCD C D将上面三式相加得 UAB UBC UCD A B B C C D A D因为 A D UAD 所以UAB UBC UCD UAD即 U1 U2 U3 U 三 电阻的串联 串联电路特点 2 串联电路两端的总电压等于各电阻两端电压之和 U U1 U2 U3 在实际工作中 我们利用串联电阻具有分压这一特性 在电路中串联不同的电阻 就能取得不同的信号电压 例如 我们只有110V 60W的两只白炽灯 照明电压为220V 这时我们将两灯串联连接即可使用 只要灯的功率相等 两灯上的降压为额定电压110V 三 电阻的串联 串联电路特点 3 串联电路总电阻 等效电阻 等于各串联电阻之和 R R1 R2 R3 在分析电路时 为了方便 常用一个电阻来代替几个串联电阻的总电阻 我们称之为等效电阻 等效后应符合欧姆定律的要求 即 三 电阻的串联 串联电路特点 3 串联电路总电阻 等效电阻 等于各串联电阻之和 R R1 R2 R3 前面讲过串联电路总电流等于各电阻电流 总电压等于各电阻降压之和 那么 要实际工作中 阻抗匹配时 通常无法达到标准电阻器的阻值 常采用若干个电阻器串联 得到所需要的电阻值 三 电阻的串联 串联电路特点 4 在串联电路中 各电阻上分配的电压与其电阻值正比 U1 U2 U3 R1 R2 R3 串联电路中 串联的电阻值越高 分配的电压就越大 也就是说串联电路中各电阻上降压的大小与这个电阻占总电阻的比重有直接关系 这就是串联电阻的分压作用 因为串联电路的分压比 那么 三 电阻的串联 在实际工作中 我们利用这一特点 可在一个电源上取出不同电压等级的多个电源 先根据欧姆定律算出总电阻 例如 有一个直流50V电源 实际需要20V 18V 12V三组电源 我们可用串联电阻的方法来达到 由于串联电阻 I I1 I2 I3 那么 这种电路又称为分配器 功能近似于交流变压器 三 电阻的串联 又例如 有一指针式表头 其参数为Ia 50 A 即满刻度 内阻Ra 3k 若要改装成能测量10V电压的电压表 应串联多大电阻 首先 算出此表头可测量最大电压 表头满刻度降压 Ua Ia Ra 50 10 6 3 103 0 15伏显然 它直接测量10V是不行的 需串联分压电阻扩大量程 需串联一个197k 电阻就能把表头改装成测量10V电压的电压表 四 电阻的并联 两个以上电阻的两端分别连在一起 这种连接方法叫并联 四 电阻的并联 两个以上电阻的两端分别连在一起 这种连接方法叫并联 并联这种连接方式在实际工作中运用的极为普遍 一般在生产生活中所用的电气设备都是并联安装 四 电阻的并联 1 在并联电路中 各电阻两端的电压相等 且等于电路两端电压 U U1 U2 U3 并联电路特点 在实际工作中 并联安装用电设备所需电压等级相同 可使厂家生产设备额定电压标准化 电力部门供电 配电也可按标准统一 四 电阻的并联 2 并联电路中 总电流等于各电阻中的电流之和 I I1 I2 I3 并联电路特点 不难看出 电流从正极流出后 分三条支路继续流动 由于电流的不可蓄存性 I入 I出 三个支路的电流在负极汇合流回电源 所以我们说并联电路有分流作用 四 电阻的并联 2 并联电路中 总电流等于各电阻中的电流之和 I I1 I2 I3 并联电路特点 在实际工作中 测量较大的直流电流时 我们常选用的分流器 就是利用并联电路这一特点 四 电阻的并联 3 并联电路的总电阻 等效电阻 的倒数等于各电阻的倒数之和 并联电路特点 并联后总电压与各支路电压相等 总电流为各支路电流相加 根据欧姆定律 四 电阻的并联 3 并联电路的总电阻 等效电阻 的倒数等于各电阻的倒数之和 并联电路特点 得出 同乘得出 四 电阻的并联 并联电路特点 在并联电路计算中 我们常用 作为并联记号 如 两个电阻并联 可写成 R1 R2 三个电阻并联 R1 R2 R3 四 电阻的并联 并联电路特点 在并联电路计算中 我们常用 作为并联记号 若多电阻并联 且电阻值相等 总电阻等于其中一个电阻的电阻值除电阻数 四 电阻的并联 4 并联电路中 通过各个电阻的电流与它的阻值成反比 并联电路特点 四 电阻的并联 4 并联电路中 通过各个电阻的电流与它的阻值成反比 并联电路特点 由于并联电路U Un 而U IR Un InRnIR InRn 其中 R R1 R2 R3 Rn 为并联电路的分流比 并联电路中 并联支路电阻越大 电流分配到的就越小 四 电阻的并联 在并联电路的分析与计算中 最常见的为两条支路的电路 并联电路特点 根据分流公式 四 电阻的并联 并联电路的分析与计算中 两条支路以上的电路 计算其电流分配 应用分流公式 并联电路特点 我们常见的指针式仪表其表头 测量机构 一般都是电流表 在表头内一定有一个分流电阻与测量机构并联 作用就是为了分流 分流电阻 基尔霍夫定律 简单直流电路与复杂直流电路的概念 1 简单直流电路运用欧姆定律及电阻串 并联能进行化简 计算的直流电路 叫简单直流电路 2 复杂直流电路不能用电阻串 并联化简的直流电路叫复杂直流电路 基尔霍夫定律 电路的几个基本术语 1 支路 电路中的每一个分支叫支路 它由一个或几个相互串联的电路元件所构成 2 节点 三条或三条以上支路所汇成的交点叫节点 3 回路电路中任一闭合路径都叫回路 一个回路可能只含一条支路 也可能包含几条支路 其中最简单的回路又叫独立回路或网孔 基尔霍夫定律 一 基尔霍夫第一定律 在任一瞬间 流进某一节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和 即 又名节点电流定律 对于节点A 即对于任一节点来说 流入 或流出 该节点电流的代数和恒等于零 分析方法 1 先任意假设支路电流的参考方向 列出节点电流方程 通常可将流进节点的电流取为正值 流出节点的电流取为负值 如图所示 已知I1 2A I2 3A I3 2A 试求I4 解 由基尔霍夫第一定律可知 举例 2 根据计算值的正负确定未知电流的实际方向 基尔霍夫定律 基尔霍夫第一定律的推广应用 基尔霍夫第一定律可以推广应用于任一假设的闭合面 即 在任一瞬间 流入某一闭合曲面的电流恒等于流出该闭合曲面的电流 举例 图示电路中闭合面包含一个三角形电路 它有三个节点 应用基尔霍夫第一定律可以列出 此三式相加 得 即 基尔霍夫定律 二 基尔霍夫第二定律 在任一闭合回路中 各段电路电压降的代数和恒等于零 即 又名回路电压定律 基尔霍夫定律 二 基尔霍夫第二定律 基尔霍夫第二定律的等价表示形式 如图所示 按虚线方向循环一周 根据电压与电流的参考方向可列出 即 可得基尔霍夫第二定律的另一种表示形式 基尔霍夫定律 二 基尔霍夫第二定律 基尔霍夫第二定律的等价表示形式 基尔霍夫第二定律的另一种表示形式 含义 在任一回路的循环方向上 回路中电动势的代数和恒等于电阻上电压降的代数和 基尔霍夫定律 基尔霍夫第二定律的推广应用 可推广应用于不完全由实际元件构成的假想回路 如图所示 可得 或 支路电流法 所谓支路电流法是以各支路电流为未知数 根据基尔霍夫定律列出方程组 然后联立方程组 求得各支路电流 解题步骤 1 标出各支路的电流参考方向和独立回路的循环方向 2 用基尔霍夫第一 第二定律列出节点电流方程式和回路电压方程式 3 代入已知解联立方程式 求出各支路电流的大小 并确定各支路电流的实际方向 举例分析 如图所示为两个电源并联对负载供电的电路 已知 E1 18V E2 9V R1 R2 1 R3 4 求各支路电流 解 1 假设各支路电流方向和回路循环方向 2 电路中只有两个节点 只能列出一个独立的节点电流方程式 对于节点A 另外 两个方程式由基尔霍夫第二定律列出 对于回路1 对于回路2 举例分析 3 代入已知解联立方程式 五 电功和电功率 一 电功 电流通过灯丝会发光 通过电炉会发热 通过电动机会转动 在任何有电流通过的闭合回路是都要发生能量的转换 我们把电流转换成其他形式的能量 叫做电流做功 简称电功 也就是说 只有电流产生 电才能做功 电功用字母W表示 五 电功和电功率 一 电功 电流在一段电路上所做的功 与这段电路两端的电压成正比 通过和电流以及通电的时间成正比 即W UIt 式中 W 电功 J U 电压 V I 电流 A t 时间 s 此式还可转换为 W I2Rt或 注 如果电压单位为V 电流单位为A 时间单位为s 那么电功单位就是焦耳 简称焦 用字母J表示 从上式我们看出 电功与时间有关 电功是一段时间内电流所做的功 五 电功和电功率 二 电功率 电功不能表示电流做功或能量传递的快慢 而电功率则能表示能量传递的快慢 所以电流在单位时间内 1s 所做的功 称为电功率 用字母P表示 即 式中 W 电功 J t 时间 s 由此看出电功率体身与时间无关 五 电功和电功率 二 电功率 电功率的单位 焦耳 秒 J s 又称瓦特 简称瓦 用字母W表示 在实际工作中 用电设备的容量都用电功率表示 常用的单位还有 千瓦 kW 毫瓦 mW 以及马力等 1千瓦 kW 103瓦 W 1毫瓦 mW 10 3瓦 W 1马力 0 735千瓦 kW 五 电功和电功率 二 电功率 通过欧姆定律的代入转换 常用的功率公式除P IU外 还有P I2R 公式表明 当电压一定时 电功率与电阻值成反比 比如我们家中使用的白炽灯 电压都是220V时 40W的灯泡要比25W的灯泡亮 而是40W的电阻是1 21k 25W的灯泡却是1 94k 由此可见 P1 P2 那么R1 R2 五 电功和电功率 二 电功率 前面讨论全电路欧姆定律得知 电动势E存在内阻ro 内阻也有压降 UO Iro 电源端电压U E UO下面我们讨论 电源产生的功率EI与负载得到的功率UI 以及内电路损失的功率UOI间关系 即EI UI UOI称之为电路的功率平衡方程 也就是说 只要电源内阻存在 EI UI 五 电功和电功率 二 电功率 在实际工作中 我们可用测量用电器电流电压的方法获得用电器的功率 例如 有一只灯泡U 220V I 0 455A 其功率P 220 0 455 100W又如 一直流电动机 U 110V I 12 5A 其功率P 110 12 5 1 4kW 五 电功和电功率 电能 电流在一段时间内所做的功 电能也可称电功 电能为电功率 P 乘时间 t 它和电功的计算方式一样 但单位不同 电功 W Pt单位 焦 J 1J 1W s 但它在实际中人们嫌焦 J 这个单位太小 不方便计量 所以规定 功率为1千瓦的用电器在1小时 h 中所做的功或消耗的电能 即kW h Pt 式中 P 电功率 kW t 时间 h 五 电功和电功率 电能 电能的单位 千瓦 小时 kW h 俗称度 1度 1kW h 电能的记录 计量 主要用来累记用电量 我们常用的三相 单相各种电度表就是用来计量电能的 五 电功和电功率 电能 例1 4有一个220V 40W的白炽灯 接在220V的供电线路上 求流过白炽灯的电流 若该灯平均每天工作5小时 电价是每度5角5分 每月 30天 该灯要消耗几度电 要付多少电费 解 因为P UI 所以 每月用电时间 t 5 30 150h 功率单位转换 P 40W 0 04kW 每月消耗的电能 W Pt 0 04 150 6kWh 每月应付电费 6 0 55 3 30 元 五 电功和电功率 电流的热效应 焦耳定律 电流通过电阻 所有阻性负载 时 电流所做的功 W 被电阻吸收并全部转换成热能 以热的形式表现出来 事实上 所有流过电流的负载或线路 无论是阻性 感性 容性 都会有电能转换热能 即产生热量 只是阻性转换热能更充分 有电必有热 热始终伴随电流而产生 可以说电能转换成热能是电流的本能 人们利用电流的这一特性 生产和制造各种电热产品 如电热水器等 五 电功和电功率 电流的热效应 焦耳定律 焦耳定律指出 电流通过导体的产生的热量 与电流平方 导体电阻及通电时间成正比 所产生的热量用字母Q表示 单位 焦耳 J 电阻负载 或阻性负载 电流通过产生的热量为 Q W I2Rt或Q IUt 以上表达式所表达的就是电流的热效应 电流热效应 有它有利的一面 也有它不利的一面 如电流的热效应会使电路中不需要发热的地方 如导线 发热 既消耗了能量 又会造成线路或设备的绝缘老化 漏电 甚至烧毁 五 电功和电功率 电流的热效应 焦耳定律 为保证电气设备 线路不发生以上故障或事故 我们要求合格的用电设备必须要提供设备额定值 如额定电压 额定电流 额定功率等 除此之外 我们在使用过程中还要注意电气设备 线路的通风散热 以提高用电效率 延长设备的使用寿命 第三节电与磁 一 磁体和磁极 二 磁场与磁力线 三 磁感应强度 磁通 四 电流的磁场 五 磁场对载流导体的作用力 六 电磁感应 第三节电与磁 电和磁是相互联系不可分割的两个基本现象 几乎所有电气设备的工作原理都与电和磁有密切的关系 一 磁体和磁极 人们把具有吸引铁 镍 钴等物质的性质称为磁性 具有磁性的物体叫磁体 使原来不带有磁性的物体具有磁性的过程 叫磁化 一 磁体和磁极 天然存在的磁铁 磁铁矿 叫天然磁铁 经过一定工艺磁化过的磁铁 叫人造磁铁 在电气设备上使用的绝大部分为人造磁铁 磁不但能通过永久磁铁产生 而且还可以通过电流通过导体产生 只要有电流存在就有磁的存在 电的磁效应和热效应一样 是在产生电流的同时随之产生的 一 磁体和磁极 磁铁两端磁性最强的区域我们称磁极 人们常用的指北针 无论如何移动 转动 针头所指方向不变 指北针的N极指向北面 S极指向南面 一 磁体和磁极 磁极分北极 N 和南极 S 磁极具有同性相拆 异性相吸的特性 磁极间相互作用力我们称之为磁力 一 磁体和磁极 实验证明 如果把一条磁铁分成几段 折断处会出现两个相异的磁性 继续下去 会具有同样现象 我们永远找不到一个单独存在的磁极 也就是说N极和S极总是相对存在的 二 磁场与磁力线 磁体周围存在磁力作用的空间称为磁场 互相不接触的磁体之间具有的相互作用力 就是通过磁场这一特殊物质进行传递的 磁场和电场一样 都是一种特殊物质 之所以被称为特殊物质 是因为他们不是由分子和原子所组成 二 磁场与磁力线 为了形象地描述磁场 人们抽象的引出磁力线这一概念 我们规定 外磁场磁力线由N极指向S极 在磁场内部是由S极指向N极 我们通常以磁力线方向表示磁场方向 二 磁场与磁力线 图中a b磁场面积相同 图b的磁力线根数多于图a 而且图b磁力线的密度也大于a 可以认为图b磁场强于a 磁力线是人们假设想出来的 我们用磁力线根数的多少和疏密度来描绘磁场的强弱 三 磁感应强度 磁通 前面讲到磁场强度可以用磁力线的多少和疏密程度来描述 但它只能定性分析 相对比较 具体数量无法确定 计论磁感应强度前 我们先引出磁中很重要的物理量 磁通 三 磁感应强度 磁通 通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁力线的总数 叫做通过该面积的磁通量 简称磁通 用字母 表示 它的单位是韦伯 Wb 简称韦 工程上常用比韦小的单位是麦 麦克斯韦 用Mx表示 1韦 Wb 108麦 Mx 为此引入了磁通这一物理量来定量描述磁场在一定面积上的分布情况 三 磁感应强度 磁通 当面积一定时 通过该面积的磁通越多 磁场就越强 这一点在工程上有极其重要的意义 如 变压器 电磁铁提高效率的重要因数之一就是减小漏磁通 也就是希望全部磁力线尽可能多的通过铁芯的截面积 以减少漏磁损耗 提高效率 所以变压器 电磁铁的铁芯都用高导磁材料制成 以降低磁阻 增加磁通量 为此引入了磁通这一物理量来定量描述磁场在一定面积上的分布情况 三 磁感应强度 磁通 磁感应强度的具体内容 垂直通过单位面积的磁力线数目 磁通 叫做该点的磁感应强度 简称磁感应 在均匀磁场中 磁感应强度要表示为 磁感应强度又称磁通密度 是研究磁场中各点的强弱和方向的一物理量 用字母B表示 式中 B 磁感应强度 韦 米2 磁通 韦 S 面积 米2 三 磁感应强度 磁通 磁感应强度的具体内容 垂直通过单位面积的磁力线数目 磁通 叫做该点的磁感应强度 简称磁感应 在均匀磁场中 磁感应强度要表示为 磁感应强度又称磁通密度 是研究磁场中各点的强弱和方向的一物理量 用字母B表示 磁感应强度的单位常用的有 韦 米2 T 称做特斯拉 简称特 和麦 厘米2叫做高斯 Gs 简称高 它们间关系 1特 T 104高斯 Gs 三 磁感应强度 磁通 此式表明 通过单位面积的磁通数越多 磁力线越密 磁场也越强 磁感应强度不但表示了磁场中某点的强弱 而且还能表示出该点的磁场方向 可以说它是一个矢量 若磁场中各点的磁感应强度的大小 方向相同 我们称之为均匀磁场 在均匀磁场中 磁力线是等距离平行直线 均匀磁场 四 电流的磁场 磁可通过两种方式获得 一为永久磁铁 石 二是通电导体 严格的讲是电流流过导体能产生磁场 这就是我们常说的电的磁效应 只要导体中有电流通过 导体周围就必然产生磁场 四 电流的磁场 电流产生磁场的判定 安培定则 右手螺旋定则 这里分两种结构的通电导体磁场方向判断 1 直线电流的磁场根据电流方向判断磁场 磁力线 方向 用右手握住通电直导线 让母指指向电流方向 则弯曲的四指所指的就为磁场 磁力线 方向 四 电流的磁场 2 环形电流产生的磁场 四 电流的磁场 2 环形电流产生的磁场 根据电流方向判断磁场 磁力线 方向 右手握住螺线管 弯曲四指指向线圈电流方向 则母指方向就是磁场 磁力线 方向 四 电流的磁场 2 环形电流产生的磁场 电流产生磁场的现象被广泛应用在电工 电子设备中 如接触器 电动机 变压器等 五 磁场对载流导体的作用力 我们知道把两块磁体放在一起会有作用力 即同性相拆 异性相吸 相拆 相吸都是作用力的结果 前面讲到载流导体的周围存在磁场 若将载流导体置于磁场中 也会受到力的作用 磁场对载流直导体的作用将一根直导体悬挂在磁场中 并使导体垂直于磁力线 未通电导体不会运动 如接通电源 导体中有电流通过 导体就会运动 若改变电流方向导体便向反方向运动 五 磁场对载流导体的作用力 磁场对载流直导体的作用 五 磁场对载流导体的作用力 磁场对载流直导体的作用 我们把载流导体在磁场中所受的作用力 称作电磁作用力 或电磁力 用字母 表示 电磁力的大小与导体中通过的电流成正比 与均匀磁场的磁感应强度成正比 与导体在磁场中的有效长度成正比 即 由于导体与 间夹角90 所以此时电磁力最大 m 式中 导体受到的电磁力 牛 均匀磁场的磁感应强度 特 导体中的电流强度 安 导体在磁场中的有效长度 米 五 磁场对载流导体的作用力 磁场对载流直导体的作用 这里还要指出 导体垂直于磁感应强度的方向时 受到的电磁力最大 平行于磁感应强度的方向 不受力的作用 导体既不垂直 也不平行于磁感应强度的方向 若导体与磁感应强度方向成 角时 则可将导体分解成与磁感应方向垂直的分量 作为 角是时导体有效长度 即 sin 故 sin 五 磁场对载流导体的作用力 磁场对载流直导体的作用 载流导体在磁场中的受力方向 可用左手定则来判断 左手定则又称电动机定则 我们日后分析电动机如何转起来需运用此定则 具体判断方法 平展左手手掌 拇指与四指垂直并在一个平面上 让磁力线穿过手心 手心对 极 四指指向电流方向 则拇指所指的方向就是导体受力方向 五 磁场对载流导体的作用力 磁场对通电线圈的作用 研究磁场对通电线圈的作用更有其实际意义 因为常用的磁电式仪表都是根据这一原理制成 五 磁场对载流导体的作用力 磁场对通电线圈的作用 在均匀磁场中放置一通电矩形线圈abcd 当线圈平面与磁力线平行时 ad和bc边与磁力线平行不受磁场的作用力 但ab和cd边因与磁力线垂直将受到磁力的作用 即F1和F2 而且F1 F2 BIL 受到作用力的两个边叫有效边 通电线圈在磁场中受力转动 五 磁场对载流导体的作用力 磁场对通电线圈的作用 两有效边所受到的作用力不仅大小相等 两有效边电流相等 长度相同 同处一均匀磁场 而且根据左手定则可知 受力方向相反 电流方向相反 因而构成一对偶力 将线圈绕轴作顺时针转动 通电线圈在磁场中受力转动 五 磁场对载流导体的作用力 磁场对通电线圈的作用 设ab cd L1 ad bc L2 ab边和cd边所受的作用力分别为F1和F2 2 通电线圈在磁场中的转矩 根据物理学中 力偶矩 转矩 M等于其中任一个力与力偶臂的乘积 因而此时的转矩为 M F1L2 因为F1 BIL1 所以M BIL1L2 又因为L1L2 S 线圈的面积 所以M BIS 式中 B 均匀磁场的磁感应强度 特 I 线圈中的电流 安 S 线圈的面积 米2 五 磁场对载流导体的作用力 磁场对通电线圈的作用 线圈在转矩M的作用下旋转 有效边不可能始终与磁力线保持90 当线圈平面的法线与磁力线的夹角为 时 则线圈的转矩为 M BISsin 2 通电线圈在磁场中的转矩 以上所述为单匝线圈的转矩表达式 实际磁电式仪表的动圈为多匝 对于有N匝的动圈 所受到的转矩为单匝的N倍 即 M NBISsin 2019 12 20 155 可编辑 2019 12 20 156 可编辑 五 磁场对载流导体的作用力 磁场对通电线圈的作用 2 通电线圈在磁场中的转矩 上述得知 当线圈与磁力线平行时 90 sin90 1 此时的转矩达到最大M NBI 当线圈垂直于磁力线时 0 sin0 0 这时的转矩M 0 六 电磁感应 电能生磁 磁也能生电 这是自然界的规律 英国科学家法拉第发现 当导体相对于磁场做切割磁力线运动 或线圈中的磁通发生变化时 都有感生电动势产生 若导体或线圈是闭合回路的一部分 则导体或线圈中将产生感生电流 这种现象叫做电磁感应 俗称动磁生电 发电机和变压器等都是根据这一原理制成的 六 电磁感应 六 电磁感应 直导体切割磁力线所