第一章 电路基础知识

电路基础知识,本章要点：1、电路的基本组成；2、电路的基本形式及特点；3、功率因数；4、有功功率、无功功率、视在功率的关系。,电路基础知识,1、电路的组成: 电流流过的路径叫做电路。电路由电源、中间环节和负载组成。如图： 电路的作用：起着传输、分配和转换电能的作用。 电路是一个闭合的回路。,电路基础知识,电源：把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源。发电机能把机械能转换成电能，干电池能把化学能转换成电能。发电机、干电池等叫做电源。通过变压器和整流器，把交流电变成直流电的装置叫做整流电源。,电路基础知识,负载：把电能转换成其他形式的能量的装置叫做负载。电动机能把电能转换成机械能，电阻把电能转换成热能，电灯泡把电能转换成热能和光能，扬声器把电能转换成声能. 中间环节：是指导线，各种控制设备、保护设备、电缆等 。,电路基础知识,2、基本物理量：电流、电位与电压、电阻与电阻率、电功率与电能 电流：电荷的定向移动叫做电流，电流常用i表示；电流分为直流和交流两种；电流的大小和方向不随时间变化的叫做直流；电流的大小和方向随时间变化的叫做交流； 电流的单位是安（A）、毫安（mA)、微安(uA) 。1A=1000mA,1mA=1000uA。,电路基础知识,电位：表示电场中某一点的具有的电位能，用Q表示，单位伏特（V）。要确是电位能大小，必须选择一个参考点作为比较标准，通常把电路中的接地点或线路中公共点定为O（V），称为参考电位。 电压：表示电源电场力对运动电荷所作做的功，电场力把单位正电荷从电路a点移到b点所作的功称为ab间的电压，并用U ab表示，单位伏特（V）。也表示a、b两点之间的电位差。,电路基础知识,电功率与电能: 电能：当电流通过电路时，电路内将发生能量转换，在一段时间内负载所消耗的电能等于两端的电压与电荷的乘积， 而电荷又等于电流和时间的乘积即：W=UQ=UIt，常用单位“度”。 1度=1千瓦*1小时=1千瓦小时=1KW.h. 电功率：在单位时间内电路产生和消耗的电能，称为电功率，简称功率，用P表示，单位W（瓦特），P=UI。,电路基础知识,电阻与电阻率：电阻：电荷在导线内流动所受到导体内分子的阻力，这种阻力成为电阻，用R表示，单位（欧姆）,电路基础知识,3、电路的工作状态 开路:又称断路，此时电流为0。如图 短路:当电路有电压的两点被电阻为零的导体连接时，称为短路，电流很大，会烧坏绝缘，损坏设备 。如图 负载工作状态：就是用电设备长时间工作所容许通过的最大电流IN或承受的最大电压UN。此时额定功率PN=INUN。,电路基础知识,电路的基本形式：串联电路、并联电路。 串联电路：将多个用电负载首尾相连。该电路的特点：流过各负载的电流相等，由此可知，测量电流大小用的安培表应串联在被测量的电路中。电流大小等于：,电路基础知识,并联电路：将多个用电负载的首尾分别连在用一个电位点上的电路，该电路的特点：并联在相同节点的各负载电压相等，由此可知，测量电压大小的伏特表应并联在电路 ，电压表所显示的读数就是与它并联在相同节点的负载的电压,电路基础知识,电路的基本定律 欧姆定律 ：导体中的电流I和导体两端的电压U成正比，和导体的电阻R成反比，即I=U/R或 I=U/R，RUI，UI*R 在交流电路中，欧姆定律同样成立，但电阻R应该改成阻抗Z， 即IUZ,电路基础知识,基尔霍夫定律： 电流定律：任意瞬间，通过电路中任意节点的各支路电流的代数和恒等于零。 IK=0即：任意瞬间，流入电路中任意节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和。I入=I出 电压定律：任意瞬时，作用于电路中任一回路各支路电压的代数和恒等于零。UK=0即：任意瞬时，电路中的任一回路个电压降的代数和恒等于这个回路内各电源电压的代数和。,电路基础知识,正弦交流电：是指电压和电流均按正弦规律变化的电路。世界各国的电力系统，从发电、输电到配电，都采用正弦交流。生产和生活中所用的交流电，一般是指由电网供应的正弦交流电。,电路基础知识,在正弦交流电路中，电压和电流是按正弦规律变化的，其波形如图。由于正弦电压和电流和方向是周期性变化的，在电路图上所标的方向是指它们的正方向，即代表正半周时的方向。在负半周时，由于所标的正方向与实际方向相反，则其值为负。图中的虚线箭标代表电流的的实际方向；“”、“”代表电压的实际方向 。,电路基础知识,正弦电压和电流等物理量，常统称为正弦量。正弦量的特征表现在变化的快慢、大小及 初始值三个方面，而它们分别由频率（或周期）、幅值（或有效值）和初相位来确定，所谓频率。幅值和初相位就成为确定正弦量的三要素。,电路基础知识,其数学表达式：,电路基础知识,周期与频率 正弦量变化一次所需的时间称为周期。每秒变化的次数称为频率，它的单位是赫兹（Hz）。频率与周期之间具有倒数关系， 即 或者 在我国和其他大多数国家，都采用50Hz作为电力标准频率，这种频率在工业上应用广泛，习惯上也称为工频。由此可知周期是：,电路基础知识,幅值与有效值 正弦量在任一瞬时的值称为瞬时值，用小写字母表示，如及分别表示电流、电压的瞬时值。瞬时值中最大的称为幅值，用带下标的字母来表示，如及分别表示电流、电压的幅值。,电路基础知识,正弦电流、电压的大小往往不是用它们的瞬时值和幅值，而是常用有效值来计量的。 电流常表现出其热效应，故有效值是以电流的热效应来规定的。即某一周期电流 通过电阻 （如电阻炉）在一个周期内产生的热量，和另一个直流 通过同样大小的电阻在相等的时间内产生的热量相等，那么这个周期变化的电流 的有效值在数值上就等于这个直流 。经过严格推导，正弦交流电的有效值在数值上等于幅值的 ，即:,电路基础知识,其中 I、U分别表示正弦交流电的电流、电压的有效值。交流电的有效值都用大写字I、U母表示，和表示直流的字母一样。 一般所讲的正弦电压或电流的大小, 如交流电压380V或220V都是指它们的有效值，一般交流安培表和伏特表的刻度也是根据有效值来确定的。,电路基础知识,交流电路组成元件 电阻元件、电感元件、电容元件都是组成电路模型的理想元件。所谓理想，就是突出其主要性质，而忽略其次要因素。电阻元件具有消耗电能的电阻性，电感元件突出其电感性，电容元件突出其电容性。其中，电阻元件是耗能元件，后两者是储能元件。,电路基础知识纯电阻电路,电阻电路,电路基础知识纯电阻电路,电路基础知识纯电感电路,电感电路,纯电感负载纯电感电路,纯电感负载纯电感电路,电路基础知识纯电容电路,电容电路,电路基础知识-纯电容负载,电路基础知识-纯电容负载,电路基础知识R、L、C电路,R、L、C混合电路,电路基础知识,电路基础知识,电路基础知识,无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。为了形象地说明这个问题，现举一个例子：农村修水利需要开挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢?。,电路基础知识,无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在： (1)降低发电机有功功率的输出。(2)降低输、变电设备的供电能力。(3)当线路电阻和负载功率一定时，功率因素越高，电流越小，线路功率损耗就小 (4)造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。从发电机和高压输电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理,电路基础知识,2、改善功率因数的方法：提高功率