电工基础(新).ppt

电工基础,赵春光,1,1、电源：在电路中提供电能的，如干电池，蓄电池，交直流发电机等。,第一章直流电路第一节直流电路的基本概念一、电路的组成电路：由电源、负载、开关和导线等按照一定的方式连接起来的闭合回路，称为电路。,2,2、负载（用电器）：消耗能量的设备，如电灯、电炉和电动机等。3、开关：用来实现对电路进行控制和保护作用等。如：刀闸开关、熔断器等。4、导线；是用来联接电路的，为电路提供通路的。在电路中起输送电能的作用。常用铜、铝等材料制作。二、电流1、电流：导体中自由电子在电场力的作用下作定向移动，形成电流。,3,2、方向：通常，我们把正电荷定向移动的方向定为电流的方向，而电子移动的方向和电流的方向正好相反。3、电流的大小：在数值上等于单位时间内通过导体横截面的电量的多少。用符号I表示I=Q/t式中I电流（A）；Q电荷量（C）；t时间（s）。,4,4、电流的测量：常用电流表。注意：a、量称b、极性c、与被测电路串连。例一、如果3s内通过导体横截面的电量是12C，求通过导体的电流是多少？如果通过导体的电流是0.3A，那么3s内将有多少电量通过导体截面？解：公式I=Q/t=12/3=4AQ=0.33=0.9C,5,三、电位、电压、电动势1、电位（V）：1）、电位：把正电荷在某点具有的能量，称为该点的电位。正电荷从高电位流向低电位；负电荷恰正好相2）、参考点：通常将大地作为参考点，且电位为零。3）、电位的正负：正电位某的电位高于参考点的电位;负电位与正电位相反。,6,4）、不同的参考点，电位不同，即电位的大小与参考点的选择有关。,3V,6V,3V,6V,A,B,C,A,C,B,VA=0VVB=3VVC=9V,VA=-3VVB=0VVC=6V,7,2、电压1)电压（U）：电路中某两点的电位差，称为该两点间的电压。2）方向：由高点位指向低电位。3）单位：伏特（V）4）测量：电压表注意：a、并列在被测电路中b、极性c、量称,8,3、电动势（E）1）、电动势：电源正负极间存在电位差，导线中便存在着电场，自由电子便在电场力的作用下，沿导线由负极移向正极，而电源力（非电场力）再把负电荷由正极送到负极，因而做功W电动势E=W/qq电荷量（C）2）、方向：由电源的负极经由内电路指向电源的正极。,9,四、电阻1、电阻（R）：导体中的自由电子在运动过程中，自由电子间的碰撞及自由电子与原子间的碰撞，阻碍了电子的移动，称其为电阻。2、导体的电阻：R=L/S其中导体的材料（.M）；L导体的长度（M）S导体的界面（M2）。3、单位：欧姆（）、K、M,10,第二节欧姆定律一、部分电路的欧姆定律部分电路：电路中的一部分，叫做部分电路。,U,U=RII=U/R,I,11,二、全电路欧姆定律全电路：由内电路和外电路组成的闭合回路的整体。全电路欧姆定律：I=E/(R+r)U=E-Ir注意两种极端状态：1、开路2、短路,I,R,12,2、特点：1）电流：相等2）总电压：等于各个电阻上分电压之和。3）总电阻：等于各分电阻之和。R=R1+R2,第三节电阻的串联、并联和混联一、电阻的串联1、串联：各个电阻首尾相联，称为电阻的串联。,13,4）每个电阻上的电压与总电压之间的关系为U1=(R1/R)UU2=(R2/R)U可见，每个电阻上分得的电压大小和电阻成正比。3、应用：1）分压器2）扩充电压表的量程例12P23,14,二、电阻的并联1、并联：各个电阻首首相联，尾尾相联,2、特点：1）、并联支路两端电压相等2）、总电流：等于各个支路电流之和3）、总电阻：总电阻的倒数等于各个电阻的倒数和。1/R=1/R1+1/R2,15,4）、每一个电阻上流过的电流和电阻成反比I1=(R/R1)IP243、应用：1）可获得小电阻（总电阻小于任何一个并联电阻）。2）电压相同的负载并列使用，互不影响3）扩大电流表的量程。三、电阻的混联：既有串联又有并联的连接方式叫做混联。,16,第四节电功和电功率一、电功1、电功（电场力做的功）：电场力把电荷从一点移到另一点，对电荷所做的功，称为电功。2、大小：W=qu而q=It所以W=uIt对电阻电路U=RIW=I2Rt=（U2/R）t其中w功率，焦耳JI电流，安培A；u电压，伏特V。,17,3、单位：国际单位焦耳（J），常用单位度（千瓦小时）1KW.h=3.6X106J二、电功率1、电功率：电场力在单位时间内所做的功2、大小：P=w/t=uiP电功率，瓦特w。3、单位：W、KW注意：电器上通常标注的功率和电压，即为设备的额定功率和额定电压。,18,三、焦耳楞次定律电流通过导体会发热，Q=I2Rt例17例18第五节电容器一、电容器与电容1、电容器：任意两块非常接近的金属导体（极板），中间隔以绝缘介质（空气、云母和陶瓷等），形成一个电容器。,19,2、电压与电量的关系：Q=CUC电容器的电容量。C=Q/U3、C的意义：在一定电压下，电容器储存电荷量的大小。4、C的单位：法拉（F）、微法（F），皮法（F）1F=106F=1012PF二、电容器的种类：P36见图,20,三、电容器的串联、并联1）串联的特点：a、每个电容器上的电荷量都相等，等于等效电容上的电荷量，Q1=Q2=Qb、总电压等于各个电容上的电压之和。U=U1+U22）等效电容：经过推倒知：总电容的倒数等于各个电容的倒数和。1/C=1/C1+1/C2,21,2、电容器的并联1）并联：多个电容器首首相联，尾尾相联。2）特点：a、电压相等b、总电荷量等于各电容电荷量之和，Q=Q1+Q2c、总电容等于各个并联电容之和，C=C1+C2,22,第二章磁与电磁第一节磁场的基本概念一、磁场和磁力线1、磁场：磁铁周围存在着一个肉眼看不见的特殊物质，这种物质称为磁场。2、磁力线：用来描述磁场中某点磁场的大小和方向的概念。,23,1）磁力线在磁铁外部总是丛N极出，S极入；在磁铁内部则相反。2）磁场的大小用磁力线的疏密程度表示；磁场的方向即为磁力线在该点的切线方向。3）磁力线是一些封闭的曲线。,24,二、电流的磁场1、通电直导线的磁场：是以通电直导线为中心的一组同心圆，方向满足右手螺旋定，四个弯曲手指指向磁场方向，大拇指指向为电流的方向。,25,例1用右手螺旋定则来判定下图导线中的电流方向和磁力线方向。,注意：1）判定方法-右手螺旋定则；2）标注方法；3）应用：电机、变压器及各种仪表等。,26,2、通电线圈的磁场右手螺旋定则同时适合螺线管线圈，四个弯曲手指为电流的方向，大拇指所指的方向就是线圈内部磁力线的方向，即N极的指向。,例2用右手螺旋定则线圈内电流方向或线圈的磁极极性。,N,27,三、磁场的基本物理量1、磁感应强度（B）：1)作用：描述磁场中各点磁场强弱和方向的物理量。2）大小：磁感应强度在数值上等于与磁场方向相垂直的单位长度的导体，通过单位电流时所受的作用力。匀强磁场中F=BLIB=F/LI其中B磁感应强度，T；L导体的有效长度，M；F导体所受的作用力，N。3）单位：特斯拉（T）,28,2、磁通磁通（）：磁感应强度B与垂直与磁场方向的面积S的乘积。=BSB=/S磁感应强度B（磁密）：单位面积上磁力线条数。3、磁场强度（H）：用来确定磁场和电流间关系的物理量。大小：H=IN/L,29,1）磁导率：表示磁场中媒介质的导磁性能的物理量。2）真空的磁导率为0=410-7亨利/米（H/M）3）相对磁导率：任一媒介质磁导率与真空磁导率0的比值。r=/04）磁感应强度B与磁场强度H的关系B=H,30,第二节铁磁物质的磁化和分类媒介质的分类：根据r的大小分为铁磁性物质和非铁磁性物质。非铁磁性物质：如空气、木材等。铁磁性物质：如铸铁、硅钢片等，可用来制作所有电磁设备铁芯。1）磁场强度（H）：表示磁场性质的物理量。大小为磁场中某点的磁感应强度（B）与媒介质的磁导率（）的比值。H=B/,31,一、铁磁性物质的磁化物质的磁化：本来不带磁性的物质，由于受磁场的作用而具有了磁性的现象（只有铁磁性物质才能被磁化）。原因：铁磁性物质有许多磁畴组成，每一个磁畴相当于一个小磁铁。在外磁场作用下，磁场会沿着磁场方向取向排列，形成附加磁场从而磁场显著增强。有些铁磁性物质，在去掉外磁场后，磁畴的一部分或大部分仍保持取向一致，对外仍是显磁性，从而形成了永久性磁铁。,32,应用：广泛使用在电子和电气设备中，如使变压器，电机在同容量下体积小，重量轻。1、磁化曲线：为了具体分析研究某种材料的导磁性能，用实验的方法测试磁感应强度B和磁场强度H的关系曲线。2、磁滞回线：铁质性物质经过多次磁化，退磁的循环，得到一个封闭对称于原点的闭合曲线。基本磁化曲线：铁磁性材料，在反复交变磁化中，可得到一系列大小不一的磁滞回线，连接各条对称的磁滞回线的顶点，得到一条曲线叫基本磁滞回线。,33,剩磁和矫顽磁力越大的铁磁性物质，磁滞损耗就越大。铁磁性物质的分类根据磁滞回线形状：软磁性物质，硬磁性物质和矩磁性物质。1）软磁性物质：磁滞回线窄而陡，包围面积小，损耗小，易磁化。2）硬磁性物质：与软磁铁相反。3）矩磁性物质：是一种具有矩形磁滞回线的铁磁性物质。,34,第三节磁场对电流的作用一、通电导线在磁场中受力1、磁场对通电直导体的作用1）实验过程：P65图2182）结果：通电导体在磁场中受力3）力的方向：左手定则；力的大小：F=IBL(条件：电流与磁场垂直),35,2、磁场对载流线圈的作用1）大小：F=IBS(条件：S平面与B间的夹角为零)2）方向：由右手螺旋定则确定。3）应用：电机及各种仪表的工作原理。,B,36,二、通电导体间的相互作用两根并行的通电导体，那么一根导体就处在另一根导体的磁场中，电流在磁场中受力，因此，两导体间相互作用。,1、若I1、I2同方向，则相吸；反之，相斥。2、力的大小：F=0.2I1I2L/a10-6(N)3、应用：架空线路间的线间距以及短路的危害。,37,第四节电磁感应一、电磁感应现象产生感生电动势的条件：1）导体切割磁力线运动时，导体两端将产生感生电动势，若将导体连接成闭合回路，则有电流通过。2）穿过任一回路内的磁通量发生变化时，闭合回路中产生感生电动势和感生电流。,38,2、感生电动势的大小：e=BLVSin运动方向和B的夹角。,二、导体切割磁力线产生感生电势1、感生电动势的方向（发电）：右手定则。大拇指为导体运动的方向；四个手指所指的方向为感生电动势的方向。,39,三、线圈磁通变化产生感应电动势1、楞次定律：当闭合回路中磁通量发生变化时，在回路中就有感生电动势产生。线圈中感应电流的方向，总是使它产生的磁场阻碍闭合回路中原来磁通量的变化，这个规律，称为楞次定律。方向：由右手定则确定。,40,2、法拉第电磁感应定律楞次定律：给出了回路中磁通量变化时感生电势的方向。法拉第电磁感应定律：计算感生电势的大小。e=-Nd/dt具体：1）根据电流的方向确定电流磁场的方向。2）根据电流的大小的变化确定电流磁场的变化。3）判断电流磁场的方向和变化趋势确定感生电势的方向总是阻碍原磁通的变化。,41,第五节自感与互感一、自感现象与电感自感现象：由于线圈中本身电流的变化，在线圈中产生感生电动势的现象，所产生的感生电动势叫自感电动势。e=-Ldi/dt二、互感现象把两个线圈靠近，若在一个线圈中通有电流并产生磁通，此磁通不仅穿过本线圈，且有一部分磁通穿过另一线圈。,42,注意：同名端的意义规定了同名端，就可以较方便的标出互感线圈的电流和互感电动势的参考方向。1、互感电动势的大小线圈1的电流i1在线圈2中产生的感生电动势为e12=-M12di2/dt线圈2的电流i2在线圈1中产生的感生电动势为e21=-M21di1/dt因M12=M21所以e12=-Mdi2/dte21=-Mdi1/dt,43,2、互感电动势的方向与磁通的变化及线圈的绕向有关。在制造时，用符号“”来表示线圈的绕向。这样，只要知道电流的方向和变化趋势，就会判断出感生电动势的方向。1）、举例：i增大，则4、5的绕向一致，均为正，即1、4、5为同名端。,44,可见：线圈只要绕向一致，其感生电动势的极性便是相同的，而与电流的变化无关。2）同名端：把绕向一致，感生电势极性保持一致的线圈端子称为之。3）判断方法：根据原线圈中外同电流的变化趋势，可知其自感电势的极性，再根据同名端，即可知其它线圈的极性。,45,第三章交流电路的基础知识第一节单相交流电一、交流电和直流电的区别1、一般指大小和方向都不随时间变化的电流（或电压）。2、交流电：按正弦规律变化的交流电。3、正弦交流电：大小和方向都随时间按正弦规律变化的交流电。二、正弦交流电势的产生：有交流发电机产生。,46,三、正弦交流电的概念1、特点：1）瞬时性2）周期性3）规律性2、正弦量的三要素：正弦交流电的表达式为u=UmSin（t+i）Vi=ImSin（t+u）A1）最大值（振幅）Um、Im：正弦交流电上下变化的幅度，即可能达到的最大值。,47,2）频率f：正弦交流电每秒钟变化的次数。角频率反应了相位角变化的快慢。=2/T=2f(rad/s)f=/2（Hz）周期：正弦交流电每变化一次所需要的时间。T=1/f(s)3）初相位：相角在t=0时的角。它表示正弦波起点与原点间间隔的角度。,48,3、正弦交流电的有效值1）有效值：把交流电和直流电分别通入相同的电阻中，在相同的时间内，产生的热量相同，则把该直流电定义为此交流电的有效值。2）关系为：I=IM/2IM=2注意：各电工仪表所测量的值，设备名牌上所标柱的值，均为有效值。4、正弦交流电的表示法：解析法、图形法和相量法。,49,1）解析法：用正弦函数来表示正弦量的方法。u=UmSin（t+u）V2)图形法：把解析描绘成正弦曲线的方法,常用一点法。,3）相量法：将正弦交流电用有效值与初相角表示的形式。,50,相量图：同频率的几个正弦量的相量可以画在同一图上，这样的图、称为相量图。例如：u=60Sin（t+60o）Vi=30Sin（t+30o）A,51,四、电阻、电感和电容在交、直流电路中的作用1、电阻在交、直流电路中的作用（电阻在直流电路中的作用已经讲过）若i=AmSin（t+i）则u=RimSin（t+v）Um=Rimi=v=v-i=0电阻元件其电压和电流是同相位的。,52,若u=UmSin（t+u）i=ImSin（t+i）由u=Ldi/dt得U=ILu=i+90o电感元件电压与电流的关系为：电压等于电流与角频率和电感系数的乘积；电压的相角超前电流相角90o。,2、纯电感电路（在直流中相当于短路）,53,若u=UmSin（t+i）i=ImSin（t+u）由i=Ldu/dt得I=UCu=i-90o电容元件电压与电流的关系为:电流等于电压与角频率和电容系数的乘积；电压的相角滞后电流相角90度。,3、纯电容电路（在直流中相当于断路）,54,1）电压间的关系端电压的大小为U=UR2+UL2阻抗角的大小为=arcty(L)/R串联电路的电压相量图为,4、电阻、电感串联在交流电路中的作用,55,作用：大多数用电器，如日光灯、变压器、电动机等同时具有电阻和电感，且电阻和电感在结构上不能分离。因此，讨论电阻和电感的串联在实际上是有意义的。2）、电路的功率正弦交流电路的功率平均功率（有功功率）：P=UICOSWCOS功率因数,56,无功功率：Q=UISINVAR视在功率：S=UIVA且三者间满足功率三角形,57,第二节三相交流电一、三相交流电的产生1）三相交流发电机产生