盖秋梅-电工基础知识

1、第二章第二章 电工基础知识电工基础知识第一节第一节 电路基础知识电路基础知识一、电路一、电路1.电路的组成及电路元件的作用电路的组成及电路元件的作用 通常的说，电路就是电流可以通过并利用通常的说，电路就是电流可以通过并利用电流实现不同功能的电子元器件的集合，它主电流实现不同功能的电子元器件的集合，它主要是由相互连接的电子电气器件，如电阻、电要是由相互连接的电子电气器件，如电阻、电容、电感、二极管、三极管和开关等，构成的容、电感、二极管、三极管和开关等，构成的网络。网络。电路元件大体可分为四类：电路元件大体可分为四类：（1）电源电源：即发电设备，其作用是将其它形：即发电设备，其作用是将其它形式的

2、能量转换为电能。如电池是将化学能转式的能量转换为电能。如电池是将化学能转换为电能，而发电机是将机械能转换为电能。换为电能，而发电机是将机械能转换为电能。（2）负载负载：即用电设备，它的作用是把电：即用电设备，它的作用是把电能转换为其它形式的能。如电炉是将电能转能转换为其它形式的能。如电炉是将电能转换为热能，电动机则是将把电械能转换为电换为热能，电动机则是将把电械能转换为电能。能。（3）控制电器和保护电器控制电器和保护电器：在电路中起控：在电路中起控制和保护作用。如开关、熔断器等。制和保护作用。如开关、熔断器等。（4）导线导线：由导体材料制成，其作用就是：由导体材料制成，其作用就是把电源、负载和

3、控制电器连接成一个电路，把电源、负载和控制电器连接成一个电路，并将电源的电能传输给负载。并将电源的电能传输给负载。由此可见，由此可见，电路的作用是产生、分配、电路的作用是产生、分配、传输和使用电能传输和使用电能。 电路的大小可以相差很大，小到硅电路的大小可以相差很大，小到硅片上的集成电路，大到输电网和我们的片上的集成电路，大到输电网和我们的通信网络。通信网络。二、基本物理量二、基本物理量 1. 电流电流 电荷有规则的定向流动，就形成电流，习惯电荷有规则的定向流动，就形成电流，习惯上规定正电荷移动的方向为电流的实际方向。上规定正电荷移动的方向为电流的实际方向。方向不变的电流称为直流电路。大小和方

4、向随方向不变的电流称为直流电路。大小和方向随时间作真周期性变化的电流称为交流电。时间作真周期性变化的电流称为交流电。 单位时间内通过导体任一横截面的电量叫电单位时间内通过导体任一横截面的电量叫电流（强度），用符号流（强度），用符号I、i表示。表示。 即即 I = Q / t 电流（强度）的单位是安培（电流（强度）的单位是安培（A），），大电流大电流单位常用千安（单位常用千安（KA）表示，小电流单位常用毫）表示，小电流单位常用毫安（安（mA）,微安微安(A)表表示。示。 1KA=1000A 1A=1000 mA 1 mA=1000A 2.电阻和电阻率电阻和电阻率 电阻：导体对电流起阻碍作用。用符

5、号电阻：导体对电流起阻碍作用。用符号R表示，当电压为表示，当电压为1伏，电流为伏，电流为1安时，导体安时，导体的电阻即为的电阻即为1欧姆（欧姆（） 常用的单位千欧（常用的单位千欧（K），兆欧），兆欧（M）。）。 1 M=1000 K 1K=1000 电阻率：单位长度、单位横截面积面积电阻率：单位长度、单位横截面积面积材料的电阻，是表明材料导电性能的参数，材料的电阻，是表明材料导电性能的参数，用符号用符号表示，单位是表示，单位是m。l 在一定温度下，金属导体的电阻与导体在一定温度下，金属导体的电阻与导体的横截面积成反比，与导体的长度成正比，的横截面积成反比，与导体的长度成正比，此外还与导体的材料

6、有关，即此外还与导体的材料有关，即l R = L / Sl式中式中 为导体材料的电阻系数，为导体材料的电阻系数，L为导体为导体长度，长度，S为导体横截面积。为导体横截面积。l 一般金属导体材料的电阻率随温度的一般金属导体材料的电阻率随温度的升高而增大升高而增大。 3.电压电压 两点之间的电位差。用符号两点之间的电位差。用符号U、u表示表示 单位是伏特（单位是伏特（V），此外还有千伏（），此外还有千伏（KV）、）、毫伏毫伏 （mV）和微伏（）和微伏（V）。）。 1KV=1000V 1V=1000 mV 1mV=1000V 我国现行标准规定：额定电压我国现行标准规定：额定电压1000V以以 上的属

7、高压装置，上的属高压装置，1000V及及1000V以下的属以下的属 低压装置。低压装置。 4.电动势电动势 是电源两端的电位差，其数值等于单位正电荷在是电源两端的电位差，其数值等于单位正电荷在非电场力的作用下，由电源的负极移至电源的正极所非电场力的作用下，由电源的负极移至电源的正极所做的功，电动势的大小体现了电源非电场力做功的能做的功，电动势的大小体现了电源非电场力做功的能力。用符号力。用符号E、e表示。表示。 单位是伏特单位是伏特(V)。 5.电场强度电场强度 电场强度是用来表示电场的强弱和方向电场强度是用来表示电场的强弱和方向的物理量。常用的物理量。常用 E 表示。表示。 电场中任意一点的

8、电场强度，在数值上电场中任意一点的电场强度，在数值上等于放在该点的单位正电荷所受电场力的大等于放在该点的单位正电荷所受电场力的大小，方向是正电荷所受电场力的方向小，方向是正电荷所受电场力的方向 即即 E = F / Q 单位为牛顿单位为牛顿/库仑（库仑（N/C）或伏特）或伏特/米（米（V/m），）， 1V/m=1N/C。 当空气中电场强度超过当空气中电场强度超过2530kV/cm时，时，即可能发生击穿放电即可能发生击穿放电。l6.电功电功l 将电能转化成其他形式的能时，电流都要将电能转化成其他形式的能时，电流都要做功，电流所做的功称为电功。电功用做功，电流所做的功称为电功。电功用W表示，表示，

9、单位焦耳（单位焦耳（J）。）。l 公式公式 W = UItl对于纯电阻电路对于纯电阻电路tRURtIW22 7. 电功率、电能电功率、电能 电功率是表明电气设备做功能力的物理量，电功率是表明电气设备做功能力的物理量，是单位时间内所做的功。用是单位时间内所做的功。用P表示表示 ，即，即 P = W / t 单位是瓦特（单位是瓦特（W），还有千瓦（），还有千瓦（KW）。）。 电能是电功率的累积。用符号电能是电功率的累积。用符号W表表 示，单位是焦耳（示，单位是焦耳（J），）， Jkwh6106.31l8.电流的热效应电流的热效应l 电流通过导体时所产生的热量与电流的电流通过导体时所产生的热量与电流

10、的平方、导体的电阻及通过的时间成正比，平方、导体的电阻及通过的时间成正比，即即l热量的单位是焦耳。热量的单位是焦耳。 RtIQ2二、电路的基本定律二、电路的基本定律(1)基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(2)基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 (3)欧姆定律欧姆定律 1. 电路的欧姆定律电路的欧姆定律欧姆定律就是反映电阻元件两端的电压与通过该元欧姆定律就是反映电阻元件两端的电压与通过该元件的电流同电阻三者的定律，电路如图件的电流同电阻三者的定律，电路如图其表达式为其表达式为I=U/R式中式中I电流（电流（A） U电压（电压（V） R电阻（电阻（）由上式可知，通过电阻元件的电流与电阻两端的电由上式

11、可知，通过电阻元件的电流与电阻两端的电压成正比，而与电阻成反比。压成正比，而与电阻成反比。u UUUIRE例：一盏例：一盏200W、220V的电灯，灯泡的电阻是的电灯，灯泡的电阻是484，当电源电压为，当电源电压为220V时，求通过灯泡的电时，求通过灯泡的电流。流。解：已知电灯的电压和电阻，通过灯泡的电解：已知电灯的电压和电阻，通过灯泡的电流为流为I=U/R=220/4840.455（A）由欧姆定律可知，电阻有电流通过时，两端由欧姆定律可知，电阻有电流通过时，两端必有电压，这个电压习惯上叫电压降。通常导必有电压，这个电压习惯上叫电压降。通常导线都是有电阻的，当用导线传输电流时，就产线都是有电阻

12、的，当用导线传输电流时，就产生电压降。因此输电线路末端的电位总是比首生电压降。因此输电线路末端的电位总是比首端的电位低。输电线路上电压降低的数值叫做端的电位低。输电线路上电压降低的数值叫做电压损失。电压损失。2. 电路的基尔霍夫电流定律电路的基尔霍夫电流定律（KCL） 基尔霍夫电流定律确定了电路中任一节点基尔霍夫电流定律确定了电路中任一节点所连的各支路电流之间的关系。所连的各支路电流之间的关系。 内容：内容： 在任意时刻在任意时刻t，流入某个节点的电流入某个节点的电流的总和等于流出该节点的电流的总和流的总和等于流出该节点的电流的总和。l例如对于右图所示电路，我们设定各支路例如对于右图所示电路，

13、我们设定各支路电流的大小和参电流的大小和参 考方向考方向 如图中所示，如图中所示， 则对该点有则对该点有 i1(t)+i2(t)=i3(t) 将上式改写为将上式改写为 -i1(t)-i2(t)+i3(t)=0l 若将上式再改写为若将上式再改写为 i1(t)+i2(t)-i3(t)=0 此式的物理意义是，流入节点此式的物理意义是，流入节点a的电流的代数的电流的代数和等于零。这里流入的电流规定取正号，则流出的和等于零。这里流入的电流规定取正号，则流出的电流即取负号。电流即取负号。 上两式是上两式是KCL的另一中叙述法。它们本质上的另一中叙述法。它们本质上是一样的，只是在列写方程时把流出节点的电流规

14、是一样的，只是在列写方程时把流出节点的电流规定为正，还是把流入节点的电流规定为正而已。定为正，还是把流入节点的电流规定为正而已。l 上两式写成一般形式为：上两式写成一般形式为： i1(t)=0 即集中在任一节点上的各支路电流的代数和即集中在任一节点上的各支路电流的代数和恒为零。恒为零。l 注意：在写方程时，如把流出节点的电流视为正，则流入节点的电流即需取为负；反之则反之。l 推广：KCL原是运用于节点的，但把它加以推广，也可使用于包围几个节点的闭合面。如右图所示电路中，闭合面S内有三个节点1，2，3。l 当设定各 支路电流 的大小和 参考方向 如图中所 示时， 则对此三个节点即可列出则对此三个

15、节点即可列出KCL方程方程i1 = i12 - i31 i2= i23 - i12i3 = i31 - i23 把以上三式相加得：把以上三式相加得： i1 + i2 + i3=0 或或 i1(t)=0 即流入（或流出）一个闭合面的支路电流的代即流入（或流出）一个闭合面的支路电流的代数和恒等于零。此即广义的数和恒等于零。此即广义的KCL。需要注意的是：。需要注意的是：在写方程时，如把流出闭合面的电流视为正，则流在写方程时，如把流出闭合面的电流视为正，则流入闭合面的电流即需取为负；反之则反之入闭合面的电流即需取为负；反之则反之。3基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL） 基尔霍夫电压定律是描述

16、回路中各支路电基尔霍夫电压定律是描述回路中各支路电压之间相互关系的定律。压之间相互关系的定律。 内容：在任意时刻内容：在任意时刻t，沿任一回路所有支路，沿任一回路所有支路或元件上电压的代数和恒等于零，即或元件上电压的代数和恒等于零，即 u(t)=0 在写此方程时，应首先为回路设定一个饶行在写此方程时，应首先为回路设定一个饶行方向，凡电压的参考极性从方向，凡电压的参考极性从+到到-与回路与回路绕行方向一致者，则该电压前取绕行方向一致者，则该电压前取+号，否则号，否则取取-号。号。例如右图所示电路，例如右图所示电路，我们设定各元件电压我们设定各元件电压的参考极性和回路的的参考极性和回路的绕行方向如

17、图中所示，绕行方向如图中所示，则有则有 u1+u2+u3+us3-us4-u4=0将此式改写为将此式改写为 -u1-u2-u3- us3+us4+u4=0方程意味着把回路的方程意味着把回路的绕行方向设定为与前绕行方向设定为与前者相反。者相反。 由此可见，回路绕行方向由此可见，回路绕行方向的设定直接影响着的设定直接影响着方程中各项正负号的确定，但不影响方程的方程中各项正负号的确定，但不影响方程的本质，故可以任意设定。本质，故可以任意设定。 若电路中的电阻均为线性电阻元件，则若电路中的电阻均为线性电阻元件，则上述的上述的KVL 方程还可改写为另一种叙述方法，即方程还可改写为另一种叙述方法，即R1i

18、1+R2i2+R3i3+ us3-us4-R4i4=0即即 R1i1+R2i2+R3i3-R4i4= -us3+us4即即 Rkik=usk (1-4-3) 上式指出，任一回路中电阻上电压降的代数上式指出，任一回路中电阻上电压降的代数和恒等于电压源电压升的代数和。凡电流参考和恒等于电压源电压升的代数和。凡电流参考方向与回路绕行方向一致者，上式等号左端方向与回路绕行方向一致者，上式等号左端Rkik前取前取“+”号，不一致者，号，不一致者，Rkik前取前取“-”号号；凡电压源电压的极性从；凡电压源电压的极性从“-”到到“+”与绕行方与绕行方向一致者，上式等号右端向一致者，上式等号右端usk前取前取

19、“+”号，不一号，不一致者，致者，usk前取前取“-”号。号。 基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电流定律（KCL）描述了电路中）描述了电路中各支路的电流之间的关系，基尔霍夫电压定律各支路的电流之间的关系，基尔霍夫电压定律（KVL）描述了电路中各支路电压之间的关系）描述了电路中各支路电压之间的关系，它们都与电路元件的性质无关，而只取决于，它们都与电路元件的性质无关，而只取决于电路的连接方式电路的连接方式 。4.电阻的串联电阻的串联 1）定义）定义 ：两个或两个以上的电阻依次连接：两个或两个以上的电阻依次连接，中间无分支的连接方式。，中间无分支的连接方式。 2）电路的特点）电路的特点: I=I1=I2

20、各电阻中电流相等各电阻中电流相等 R=R1+R2 总电阻的等于各电阻之和总电阻的等于各电阻之和 U=U1+U2 总电压等于各电阻上压降之和总电压等于各电阻上压降之和 U：U1：U2=R：R1：R2 各电阻的电压与各自的阻值成正比各电阻的电压与各自的阻值成正比 P=P1+P2 总功率等于各电阻的功率之和总功率等于各电阻的功率之和3）电路的应用）电路的应用: 用几个电阻串联起来可使电阻增大，在电用几个电阻串联起来可使电阻增大，在电源电压不变时可使电流减小；所以串联电阻可源电压不变时可使电流减小；所以串联电阻可起到限流作用。串联电阻的另一个用途就是可起到限流作用。串联电阻的另一个用途就是可以起到分压

21、作用。以起到分压作用。5.电阻的并联电阻的并联 1）定义：如图所示，）定义：如图所示，R1、R2、R3三个电阻接三个电阻接在电路中的两点之间，每个电阻两端承受的电在电路中的两点之间，每个电阻两端承受的电压相等。这种联结方式叫电阻的并联。压相等。这种联结方式叫电阻的并联。 2）电阻并联电路的特点：）电阻并联电路的特点： U1=U2=U3=U 电路中各个电阻两端电压相电路中各个电阻两端电压相等等 I=I1+ I2+ I3电路总电流等于各支路电流之和电路总电流等于各支路电流之和并联电路的总电阻的倒数等于各并联电阻的倒并联电路的总电阻的倒数等于各并联电阻的倒数的和数的和若有n个相同的电阻R0并联，则总

22、电阻为nRR0R1与R2并联的等效电阻为212112RRRRR电阻并联电路的电流分配和功率分配关系电阻并联电路的电流分配和功率分配关系电流分配关系电流分配关系IRRRIIRRRI21122121PRRRPPRRRP21122121l功率分配关系功率分配关系总之，在并联电路中，阻值越大，其分配的总之，在并联电路中，阻值越大，其分配的电流和功率就越小。电流和功率就越小。这与电阻串联电路相反。这与电阻串联电路相反。6. 电阻的混联电路电阻的混联电路 在电路中，既有串联又有并联的联接，统在电路中，既有串联又有并联的联接，统称为混联电路。分析和计算电路的方法有：称为混联电路。分析和计算电路的方法有：1、

23、应用电阻的串联、并联逐步简化电路，求、应用电阻的串联、并联逐步简化电路，求出电路的等效电阻。出电路的等效电阻。2、由等效电阻和电路的总电压，根据欧姆定、由等效电阻和电路的总电压，根据欧姆定律求电路的总电流。律求电路的总电流。3、由总电流根据基尔霍夫定律和欧姆定律求、由总电流根据基尔霍夫定律和欧姆定律求各支路的电压和电流。各支路的电压和电流。 磁 场 磁场的主要物理量第二节第二节 电磁感应和磁路电磁感应和磁路直线电流的磁场【右手螺旋定则】 (2)、环形电流产生的磁场【右手螺旋定则】(3)、通电线圈产生的磁场1fT1fT1fT1fT1fT1fT【右手螺旋定则】 磁场对电流的作用1电磁力的大小电磁力

24、的大小 B-均匀磁场的磁感应强度均匀磁场的磁感应强度(特斯拉特斯拉T)I -导线中的电流强度导线中的电流强度(安安)L-导线在磁场中的有效长度导线在磁场中的有效长度(米米)F-导线受到的电磁力导线受到的电磁力(牛牛) 实验还得出实验还得出: :当导体垂直与磁场方向放置时当导体垂直与磁场方向放置时, ,受电磁力最大；受电磁力最大；当导体与磁场平行放置时当导体与磁场平行放置时, ,导线不受力；导线不受力；当导体与磁场方向夹当导体与磁场方向夹角，导线受力大小介于角，导线受力大小介于0 0与最大值之间。与最大值之间。内容内容: :伸出左手伸出左手, ,拇指与其拇指与其余四指垂直，磁力余四指垂直，磁力线

25、垂直穿过掌心，线垂直穿过掌心，四指指示电流方向，四指指示电流方向，则拇指的指向就是则拇指的指向就是通电导线受力的方通电导线受力的方向向iFl一电磁感应现象一电磁感应现象l1.电流的磁效应：电流的磁效应：l 1820年奥斯特首次由实验发现。年奥斯特首次由实验发现。2.电磁感应现象实验电磁感应现象实验:l 1822-1831年英国物理学家法拉第进行多年英国物理学家法拉第进行多次实验和研究在次实验和研究在1831年发现电磁感应定律。年发现电磁感应定律。一、电磁感应现象一、电磁感应现象（1）磁铁（或通电线圈）与线圈相对运动时）磁铁（或通电线圈）与线圈相对运动时线圈中产生电流，图（线圈中产生电流，图（a

26、）和图（）和图（b）. 电流电流计的指针发生偏转，且运动方向不同，偏转计的指针发生偏转，且运动方向不同，偏转方向也不同。方向也不同。（2）线圈中电流变化时另一线圈中）线圈中电流变化时另一线圈中产生电流，图（产生电流，图（c）. （3）闭合回路的一部分切割磁力线，回路中产生电流，（d）.结论结论:l不管什么原因使穿过闭合导体回路所包围不管什么原因使穿过闭合导体回路所包围面积内的磁通量发生变化（增加或减少），面积内的磁通量发生变化（增加或减少），回路中都会出现电流，这种电流称为感应回路中都会出现电流，这种电流称为感应电流。在磁通量增加和减少的两种情况下，电流。在磁通量增加和减少的两种情况下，回路中

27、感应电流的流向相反。回路中感应电流的流向相反。感应电流的感应电流的大小则取决于穿过回路中的磁通量变化快大小则取决于穿过回路中的磁通量变化快慢。变化越快，感应电流越大；反之，就慢。变化越快，感应电流越大；反之，就越小。越小。l二、楞次定律 l两种表述:闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化。l 或者：感应电流的效果，总是反抗引起感应电流的原因。l应用:判断感应电动势的方向; l用楞次定律判断感应电流方向的步骤用楞次定律判断感应电流方向的步骤:l（1）判断穿过闭合回路的磁通沿什么方）判断穿过闭合回路的磁通沿什么方向，发生什么变化（增加或减少）；向，发生什么

28、变化（增加或减少）；l（2）根据楞次定律来确定感应电流所激）根据楞次定律来确定感应电流所激发的磁场沿什么方向（与原来的磁场反向发的磁场沿什么方向（与原来的磁场反向还是同向）；还是同向）；l（3）根据右手螺旋法则从感应电流产生）根据右手螺旋法则从感应电流产生的磁场方向确定感应电流的方向。的磁场方向确定感应电流的方向。三、法拉第电磁感应定律三、法拉第电磁感应定律l 当线圈内的磁通量当线圈内的磁通量发生变化时，线圈内发生变化时，线圈内即产生感应电动势，感应电动势的大小与磁即产生感应电动势，感应电动势的大小与磁通量的变化速率成正比。对于通量的变化速率成正比。对于N匝线圈，感匝线圈，感应电动势的大小为应

29、电动势的大小为 tNe特例特例l当长度为当长度为L的导线以速度的导线以速度v垂直地切割磁场时，导线上垂直地切割磁场时，导线上所产生的感应电动势的大小为所产生的感应电动势的大小为 e = BLvl电动势的方向可由右手定则判定。电动势的方向可由右手定则判定。l 自感现象自感现象是一种特殊的电磁感应现象，它是一种特殊的电磁感应现象，它是由于线圈本身电流变化而引起的。是由于线圈本身电流变化而引起的。l流过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈流过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈 的磁通量发生变化而产生的自感电动势，总是的磁通量发生变化而产生的自感电动势，总是 阻碍线圈中原来电流的变化，当原来电流在增阻碍线圈

30、中原来电流的变化，当原来电流在增 大时，自感电动势与原来电流方向相反；当原大时，自感电动势与原来电流方向相反；当原 来电流减小时，自感电动势与原来电流方向相来电流减小时，自感电动势与原来电流方向相 同。因此，同。因此，“自感自感”简单地说，由于导体本身简单地说，由于导体本身 的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象。自感现象。l 自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。自感电动势自感电动势的大小跟穿过导线线圈的磁通量的大小跟穿过导线线圈的磁通量变化的快慢有关系。线圈的磁场是由电流产变化的快慢有关系。线圈的磁

31、场是由电流产生的，所以穿过线圈的磁通量变化的快慢跟生的，所以穿过线圈的磁通量变化的快慢跟电流变化的快慢有关系。对同一线圈来说，电流变化的快慢有关系。对同一线圈来说，电流变化得快，线圈产生的自感电动势就大，电流变化得快，线圈产生的自感电动势就大，反之就小。反之就小。 对于不同的线圈，在电流变化快对于不同的线圈，在电流变化快慢相同的情况下，产生的自感电动势是不同慢相同的情况下，产生的自感电动势是不同的，电学中用自感系数来表示线圈的这种特的，电学中用自感系数来表示线圈的这种特征。自感系数简称自感或电感。征。自感系数简称自感或电感。l此现象常表现为阻碍电流的变化。此现象常表现为阻碍电流的变化。 l 自

32、感现象在各种电器设备和无线电技术中有广自感现象在各种电器设备和无线电技术中有广泛的应用。日光灯的镇流器就是利用线圈的自感现泛的应用。日光灯的镇流器就是利用线圈的自感现象。象。l 自感现象也有不利的一面，在自感系数很大而自感现象也有不利的一面，在自感系数很大而电流又很强的电路（如大型电动机的定子绕组）中，电流又很强的电路（如大型电动机的定子绕组）中，在切断电路的瞬间，由于电流强度在很短的时间内在切断电路的瞬间，由于电流强度在很短的时间内发生很大的变化，会产生很高的自感电动势，使开发生很大的变化，会产生很高的自感电动势，使开关的闸刀和固定夹片之间的空气电离而变成导体，关的闸刀和固定夹片之间的空气电

33、离而变成导体，形成电弧。这会烧坏开关，甚至危人员安全。因此，形成电弧。这会烧坏开关，甚至危人员安全。因此，切断这段电路时必须采用特制的安全开关。切断这段电路时必须采用特制的安全开关。 第三节第三节 交流电路交流电路一、交流电的基本概念一、交流电的基本概念tEm-EmOe交流发电机示意图交流发电机原理图1.正弦交流电的产生正弦交流电的产生1s ineB lv t正弦交流电产生过程 2. 2.交流电的交流电的瞬时值表达式瞬时值表达式 设磁感应强度为B，磁场中线圈一边的长度为，平面从中性面开始转动，经过时间t，线圈转过的角度为 ，这时，其单侧线圈切割磁感线的线速度与磁感线的夹角也为 ，所产生的感应电

34、动势 。所以整个线圈所产生的感应电动势为 。 其中 为感应电动势的最大值，设为 ，则 上式为正弦交流电电动势的瞬时值表达式瞬时值表达式，也称为解析式解析式。 电压瞬时值表达式 电流瞬时值表达式 若平面从与中性面夹角为的位置开始转动，则tt2s ine B lv t2 B l vmEtSinEemtSinEumtSinEim)(tSinEem 3. 3.表征交流电的物理量表征交流电的物理量 1 1）周期、频率和角频率）周期、频率和角频率 （1）周期：周期：交流电每重复变化一次所需的时间，称为交流电的周期。用符号T表示，单位是秒（s）。 12（2 2）频率：交流电在）频率：交流电在1 1秒内重复变

35、化的次数，称为交流电的频率。秒内重复变化的次数，称为交流电的频率。用符号用符号f f表示，单位是赫兹（表示，单位是赫兹（HzHz）。）。我国动力和照明用电的标准频率为我国动力和照明用电的标准频率为50Hz50Hz（习惯上称为工（习惯上称为工频），少数国家如美国、日本采用频），少数国家如美国、日本采用60Hz60Hz的频率。的频率。（3 3）角频率：正弦交流电）角频率：正弦交流电1 1秒内变化的电角度，用符号秒内变化的电角度，用符号表示，表示，单位是弧单位是弧/ /秒（秒（rad/srad/s）22fT 2 2）正弦交流电的最大值、有效值和平均值）正弦交流电的最大值、有效值和平均值（1 1）最大

36、值）最大值 ：正弦交流电在一个周期所能达到的最大瞬时值，又称峰值、幅值。最大值用大写字母加下标m表示，如Em、Um、 Im。 （2 2）有效值）有效值 ：因为交流电的大小是随时间变化的，所以在研究交流电功率时，采用最大值就不方便，通常是用有效值来表示。有效值是这样规定的：使交流电和直流电加在同样阻值的电阻上，在相同的时间内产生的热量相同，就把这一直流电的数值叫做该交流电的有效值。 有效值用大写字母表示，如E、U、I。 有效值 = 最大值0.707最大值 2 2 0 2 s i n 3 1 4 3 0u tV 3）相位与相位差的关系）相位与相位差的关系（1）相位差：两个同频率的正弦量之间的相位之

37、差）相位差：两个同频率的正弦量之间的相位之差.即即(t +(t +1 1)-(t +)-(t +2 2) =) =1 1-2 2（2）相位关系：同相、反相、超前、滞后）相位关系：同相、反相、超前、滞后 当当1 1-2 2 = = 0 0 ， i i1 1 与与i i2 2 同相同相 当当1 1-2 2 = =， i i1 1 与与i i2 2反相反相 当当1 12 2 ，i i1 1比比i i2 2超前或超前或i i2 2比比i i1 1滞后滞后【例】已知交流电电压为【例】已知交流电电压为 ，求该交流电的周，求该交流电的周期、频率、角频率、最大值、有效值和初相位。期、频率、角频率、最大值、有效

38、值和初相位。 解：角频率解：角频率=314 rad/s=314 rad/s 周期周期 频率频率 最大值最大值 有效值有效值 初相位初相位223 .1 40 .0 23 1 4TS220 2 311mUV220222022mUUV3 011500.02fH ZT uUuuuuuvwu vv ww uU 1W 1V 1W 2V 2U 2L 1L 2L 3N 在直角坐标系，作一矢量OA，其长度为正弦电动势e的最大值Em，它的起位置与X轴正方向的夹角等于初相 ，并以正弦电动势的角频率为角速度逆时针匀速旋转，则在任一瞬间旋转矢量与X轴的夹角为正弦电动势的相位 ，它在Y轴的投影（Oa）即为该电动势的瞬时值

39、。为了与一般空间矢量相区别，把表示正弦交流电这一矢量称为相量。 00( )tmE3.正弦量的相量表示法正弦量的相量表示法正弦交流电的相量用 、 、 表示。但实际应用更多的是有效值相量，即将有向线段0A的长度定为正弦量的有效值，相应符号则改为 、 、 。mUmIEUIEXI60300s i n ()mE Eet 提示：提示： 同一相量图中，各正弦交流电的同一相量图中，各正弦交流电的频率应相同频率应相同。 同一相量图中，相同单位的相量同一相量图中，相同单位的相量应按相同比例画出应按相同比例画出。 一般取直角坐标轴的水平正方向为参考方向，逆时一般取直角坐标轴的水平正方向为参考方向，逆时针转动的角度为

40、正，反之为负。有时为了方便起见，也可在针转动的角度为正，反之为负。有时为了方便起见，也可在几个相量中任选其一作为参考相量，并省略直角坐标轴。几个相量中任选其一作为参考相量，并省略直角坐标轴。 用相量表示正弦交流电后，它们的加、减运算可按用相量表示正弦交流电后，它们的加、减运算可按平行四边形法则平行四边形法则进行。进行。 一个正弦量的相量图、波形图、解析式是正弦量的一个正弦量的相量图、波形图、解析式是正弦量的几种不同的表示方法，它们有一一对应的关系，但在数学上几种不同的表示方法，它们有一一对应的关系，但在数学上并不相等，如果写成并不相等，如果写成 是错误的。是错误的。3UU线相二、 三相交流电路

41、l三相电路在生产上应用最为广泛。发电、输配电和主要电力负载，一般都采用三相制。三相交流发电机是产生正弦交流电的主要设备。NSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNS三相交流发电机由三个对称的绕组组成，在空间上彼此相差120，它们的始端记为A、B、C，末端记为X、Y、Z。1.三相对称电动势的表达式tsinEemA)120tsin(EemB)120tsin(E)240tsin(EemmCt06323265267342335611eAeBeCXAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYC

42、BZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+A相B相C相2.三相对称电动势的相量表示法三相对称电动势的相量表示法)23j21(E120/EEB)23j21(E120/EECl与前面瞬时值表示法瞬时值表示法和波形曲线表示法曲线表示法对应三相对称正弦交流电也可用相量表示法相量表示法表示：B.EE0/EEAA.EC.E根据以上三种表示法都可以求得，对称三相交流电的任意瞬时值之和恒为0。0eeeCBA0EEECBA3.线电压与与相电压的关系的关系l由电压瞬时值的关系可知30B.UC.UAB.UBC.UCA.UA.UB.A.AB.UUUC.B.BC.UUUA.C.C

43、A.UUUCBBCuuuBAABuuuACCAuuu由于它们都是同频率的正弦量，都可用有效值相量表示，即pplU2330cosUU21根据相量图，线电压与相电压的有效值关系可得即，plU3U 由此，星形联接的发电机或变压器可以输出两种电压，如：220V和380V。线电压超前与相电压相位30。 4.三相四线制三相四线制 火线把发电机三个线圈的末端连在一起，成为一个公共火线把发电机三个线圈的末端连在一起，成为一个公共点（称为中性点），从中性点引出一条输电线。称为中性线，点（称为中性点），从中性点引出一条输电线。称为中性线，简称中线，用简称中线，用N表示。中性线通常与大地相连，称为零线。表示。中性线

44、通常与大地相连，称为零线。从发电机三个线圈的始端引出的输电线，称为相线，俗称火从发电机三个线圈的始端引出的输电线，称为相线，俗称火线，用线，用L1、L2、L3表示。表示。L1L2L3N380v220V相电压线电压 三相四线制供电可送出两种电压，一种是相线与相线之（如如L1、L2、L3之间）的电压，称为线电压，另一种是相线与零线之间（如L1、L2、L3与N之间）的电压，称为相电压。 这两种电压在大小上的关系是 380UV线220UV相3UUY线Y相 三、三相负载的连接三、三相负载的连接 1三相负载的星形（三相负载的星形（Y）联结）联结将三相负载分别接在三相电源的一根相线与中线（零线）之间的接法称

45、为星形（用“Y”标记）连接。流过每根相线的电流叫线电流，流过每相负载的电流叫电流，流过中线的电流叫中线电流，在星形（Y）连接中，线电流等于相电流，即 IIY线Y相UWVzuzwvziUiwviNNiUivwizuzwzvUiVWUivwiiiivww uu v星形联接负载对电源的要求：星形联接负载对电源的要求：u 三相负载的相电压必须对称三相负载的相电压必须对称。若负载不对称而又没有中线时，负载的相电压就不对称。偏离电源相电压的额定值，过高或过低的电源相电压对负载是有危害的。u中线的作用中线的作用就在于使不对称的星形联接负载得到对称的相电压得到对称的相电压。为保证这种对称性，就不能让中线断开。

46、因此，三相电源的中线内不接入熔断器或闸刀开关。2三相负载的三角形连接三相负载的三角形连接将三相负载分别接在三相电源的每两根相线之间的接法称为三角形连接（常用“”标记）U U线相3II线相2202210UIAR【例】电加热开水炉是利用炉膛内的电热阻丝加热注入的冷水，该炉子接在线电压为380V的三相电源中，电热炉电热丝的电阻为10，（1）试分别计算电热丝作星形和三角形连接时的相电流。（2）若电热丝的额定电压是220V应该接成什么形式的连接？（3）若电热丝的额定电压为380V，又该接成什么形式？ 解：（1）电热丝作星形连接时 电热丝作三角形连接时 3803810UIARNoImage（2）若电热丝的

47、额定电压是220V,而电源线电压为380V,则电热丝应接成星形。因为此时每个电热丝两端电压为相电压，即220V。 （3）若电热丝的额定电压为380V，则应接成三角形。 ，则电热丝两端电压即为380V 。3II线相 四四. 三相功率三相功率l不论负载是星形联接还是三角形联接，电路总的有功功率必定等于光相有功功率之和。CBAnnpnpnCBAIUPPPP,)cos( 当负载对称负载对称时，各相的有功功率都是相等的。 因此三相总功率为cos33pppIUPP对于星形对称负载pUU3lpII l对于三角形对称负载pUU lpII3l三相对称负载的有功功率三相对称负载的有功功率cos3llIUP无功功率

48、和视在功率为无功功率和视在功率为sin3llIUQllIUS3例例l对称负载联成三角形，已知电源电压 Ul =220V, 安培计读数 Il =17.3A, 三相功率P=4.5kW。试求：每相负载的电阻和感抗；当AB相断开时，各安培计的读数和总功率；当A线断开时，求各安培计的读数和总功率。ABCiAiBiCAAAABC解由题意，视在功率kVAIUS6 . 63ll根据cosSP得47cosSP负载相电流AIIp103/l负载阻抗为22/ppIUZ每相电阻和感抗为15cosZR16sinZXL为1. 中所求；对于对于2. 中，中，AB断开不影响另两相负载，断开不影响另两相负载，A、B两线的安培计读

49、两线的安培计读数等于负载的相电流，数等于负载的相电流，C线的安培计读数不变。即线的安培计读数不变。即,10AIIBAAIC22AC和BC间负载功率不变，AB间功率为0，则总功率为kWPP3032对于3. 中的A线断开，其安培计读数为0。此时电路变成一单相电路。总阻抗 |Z| = 44/3B和C线上安培计的读数为AIICB15kWUIP25.247cos15220cos 则总功率为第四节 电子技术常识共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子 Si Si Si Si价电子价电子这一现象称为本征激发这一现象称为本征激发。空穴空穴自由电子自由电子 Si Si Si Sip+多多余余电电子子磷原

50、子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子动画动画 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴动画动画多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差 扩散的结果使扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 +动画动画形成空间电荷区形成空间电荷区PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF内电场内电场PN+动画动画+动画动画+ 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的

51、反向电流。向电流。IR动画动画+阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳( a ) 点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线( b ) 面接触型面接触型图图 1 12 半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号 阴极阴极阳极阳极( d ) 符号符号D2. 二极管的伏安特性测试二极管伏安特性电路测试二极管伏安特性电路 1）定义：）定义：二极管两端的二极管两端的电压和流过的电流之间的关电压和

52、流过的电流之间的关系曲线叫作系曲线叫作二极管的伏安特二极管的伏安特性性。2）测试电路：）测试电路：如图所示。如图所示。反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+3. 晶体二极管的单向导电性：晶体二极管的单向导电性：动画动画PN 结结的单向导电性的单向导电性 1) )正极电位正极电位 负极电位，二极管导通；负极电位，二极管导通； 2) )正极电位正极电位 负极电位，二极管截止。负极电位，二极管截止。 即二极管正偏导通，反偏截止。这一导电特性称为即二极管正偏导通，反偏截止。这一导电特性称为二二极管的单向导电性。极管的单向导电性。 例例 1.1.1 如图所示电路中，当开关如图

53、所示电路中，当开关 S 闭合后，闭合后，H1、H2 两个指示灯，哪一个可能发光？两个指示灯，哪一个可能发光？解由电路图可知，开关解由电路图可知，开关 S 闭合后，只有二极管闭合后，只有二极管 V1正极正极电位高于负极电位，即处于正向导通状态，所以电位高于负极电位，即处于正向导通状态，所以 H1 指示灯发指示灯发光。光。 4.二极管的简单测试万用表检测二极管万用表检测二极管将红、黑表笔分别接二极管两端。所测电阻小时，黑表将红、黑表笔分别接二极管两端。所测电阻小时，黑表笔接触处为正极，红表笔接触处为负极。笔接触处为正极，红表笔接触处为负极。1）判别正负极性）判别正负极性用万用表检测二极管如图所示。

54、用万用表检测二极管如图所示。万用表测试条件：万用表测试条件：R 100 或或 R1 k 挡；挡；2）判别好坏）判别好坏万用表检测二极管万用表检测二极管万用表测试条件：万用表测试条件：R 1k1k。( (3) )若正向电阻约几百欧，反向电阻非常大，二极管正常。若正向电阻约几百欧，反向电阻非常大，二极管正常。( (2) )若正反向电阻非常大，二极管开路。若正反向电阻非常大，二极管开路。( (1) )若正反向电阻均为零，二极管短路；若正反向电阻均为零，二极管短路；UZIZIZM UZ IZ_+UIO3）稳压二极管的主要参数）稳压二极管的主要参数( (1) )稳定电压稳定电压 VZ 稳压管在规定电流下

55、的反向击穿电压。稳压管在规定电流下的反向击穿电压。( (2) )稳定电流稳定电流 IZ - - 稳压管在稳定电压下的工作电流。稳压管在稳定电压下的工作电流。( (3) )最大稳定电流最大稳定电流 IZmax 稳压管允许长期通过的最大反稳压管允许长期通过的最大反向电流。向电流。( (4) )动态电阻动态电阻 rZ 稳压管两端电压变化量与电流变化量稳压管两端电压变化量与电流变化量的比值，即的比值，即 rZ = VZ / IZ 。此值越小，管子稳压性能越好。此值越小，管子稳压性能越好。4）稳压管稳压电路的工作原理）稳压管稳压电路的工作原理硅稳压管整流稳压电路硅稳压管整流稳压电路( (1) )电路：电

56、路： V 为稳压管，起电流调整作用；为稳压管，起电流调整作用；R 为限流电阻，为限流电阻，起电压调整作用。起电压调整作用。( (2) )电路的稳压过程：电路的稳压过程：VOIZIRVRVO( (3) )应用：应用：小功率场合。小功率场合。NNPBECBECIBIEICBECIBIEICEEBRBRCBCBIIIICBC II有 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。是分析放大电路的依据。 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应

57、用最广泛的共发射极接法的特性曲线共发射极电路共发射极电路输入回路输入回路输出回路输出回路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+常常数数 CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VOIB=020 A40 A60 A80 A100 A常常数数 B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区放大区OBCII ICBO A+EC AICEOIB=0+温度对三极管的影响温度对三极管的影响lT升高，反向饱和电流升高，反向饱和电流增加。增加。lT升高，升高， 增加。增加。lT升高，反向击穿电压升高，反向击穿电压增加。增加。3. 三

58、极管的简易测试1）用万用表测量三极管管型的方法怎么来判断呢怎么来判断呢？集电集电结结发射结发射结集电结集电结发射结发射结基极基极b基极基极b第一步：找三极管的基极(B)： 先将万用表置于Rlk 欧姆档，调零。将黑表笔接假定的基极B，红表笔分别与另两个极相接触，观测指针摆动情况测得一组（两个）电测得一组（两个）电阻值。这两个电阻值阻值。这两个电阻值都很小。都很小。调换表笔，将红表笔接原来假定的基极B，黑表笔分别与另两个极相接触，观测指针摆动情况又测得一组（两个）电又测得一组（两个）电阻值。这两个电阻值都阻值。这两个电阻值都很大。很大。那么哪次假设那么哪次假设正确呢？正确呢？测得一组（两个）电测得

59、一组（两个）电阻值。这两个电阻值阻值。这两个电阻值一大一小。一大一小。测得一组（两个）电测得一组（两个）电阻值。这两个电阻值阻值。这两个电阻值都很大。都很大。 如果测得的电阻值都小，调换表笔后测得的电阻值都大，说明我们假设的基极正确。这次我们假设另一个管脚为基极（这次我们假设另一个管脚为基极（B） 第二步：判断管子类型：将万用表黑表笔接基极B，红表笔分别与另两个极相接触，观测指针摆动情况电阻值都小，说明电阻值都小，说明管子为管子为 型型集电结集电结发射结发射结基极基极bNPN那什么情况下，我那什么情况下，我们测量的是们测量的是PNPPNP型三型三极管。极管。集电极集电极c发射极发射极e基极基极

60、b电阻都大，说明管电阻都大，说明管子为子为PNP型。型。3211111RRRR 让黑表笔接假定的集电极C ，红表笔接假定的发射极E 。手指将B、C短接。观测指针摆动情况； 之后，调换两表笔重新测量，观测指针摆动情况。 偏转较大假定是正确的！黑表笔接的是 极红表笔接的是 极。二、用万用表测试三极管管脚的方法假定假定C极错误极错误3211111RRRR假定假定C极正确极正确 对于对于NPNNPN三极管三极管：CE红红CBE人体电阻人体电阻3211111RRRR黑黑VCC等效电路等效电路为什么电阻小为什么电阻小的那次正确的那次正确那么如何测量那么如何测量PNPPNP型三极管的型三极管的各个管脚？各个