电气专业培训资料-电路基础理论

电气专业培训资料——电路基础理论ProducerbyJuessionFan电路理论中常用物理量电路理论中常用的物理量有：电流、电压、电阻、电抗、电功率（有功功率、无功功率）、电功、电感、电容等。电荷定义：带正负电的基本粒子。分类：正电荷，用+表示。负电荷，功-表示。性质：同性相斥、异性相吸。电荷的大小用电荷量(q)表示，单位库仑（C），1C=6.25×1018。库仑定律：带有同种电荷的物体之间会互相排斥，带有异种电荷的物体之间会互相吸引。排斥或吸引的力与电荷的乘积成正比。+-++电场、电场力及电场强度电荷周围存在着电场，电荷在电场中受到电场力的作用。电场的大小用电场强度(E)表示，定义为作用于静止带电粒子上的力F与粒子电荷q之比，即E=F/q

。电场强度为矢量，定义其方向为放在该点的正电荷受到的静电力方向。电场中电荷所受到的电场力的大小为F=Eq

。电场线

电场线是为了直观形象地描述电场分布，在电场中引入的一些假想的曲线。曲线上每一点的切线方向和该点电场强度的方向一致；曲线密集的地方场强强，稀疏的地方场强弱。电位(电势)定义：是指单位电荷在静电场中的某一点所具有的电势能，在数值上等于将单位电荷从该处经过任意路径移动到无穷远处所做的功。用U表示，即U=W/q。单位伏特(V)。在均匀电场中，W=Uq=Fd=Eqd可知，U=Ed。电位是个相对的量，单纯谈论某点的电势没有任何意义。零电位点：一般认为电荷的无穷远处为零电位点，在实际中，一般认为大地的电位为零。电势差（电压）、等势面等势面上任意两点电势差为零。等势面一定跟电场线垂直。

电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面。电势差是指电场中A、B两点的电位差值。UAB=UA-UB

电场中电势相等的点构成的曲面叫等势面。电动势

电动势是一个表征电源特征的物理量。定义电源的电动势是电源将其它形式的能转化为电能的本领，在数值上，等于非静电力将单位正电荷从电源的负极通过电源内部移送到正极时所做的功。它是能够克服导体电阻对电流的阻力，使电荷在闭合的导体回路中流动的一种作用。常用符号E表示，单位是伏（V），E=W/Q。电动势和电势差（电压）的区别1、电动势是表示非静电力把单位正电荷从负极经电源内部移到正极所做的功；而电势差则表示静电力把单位正电荷从电场中的某一点移到另一点所做的功与电荷量的比值。2、电动势的方向规定为从电源的负极经过电源内部指向电源的正极，而电压的方向是从电源的正极指向电源负极，与电动势的方向与电压的方向相反。

电流

定义：电荷的定向移动形成电流。电源的电动势形成了电压，继而产生了电场力，在电场力的作用下，处于电场内的电荷发生定向移动，形成了电流。电流强度：电流大小用电流强度（I）表示，是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量，单位，安培（A），1A=1C/s。电流是物理学中的七个基本量纲之一。方向：正电荷定向移动的方向。

电流分类电流分为直流电流和交流电流两类。直流电流是方向不随时间改变的电流。交流电流是方向随时间改变的电流，根据电流的波形，主要有锯齿波电流、矩形波电流、正弦波电流等。ittt电压电压，也称作电势差或电位差，是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所作的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。

U=W/q，UAB=UA-UB

电压分为直流电压和交流电压两类。电阻电阻是用来表示导体对电流阻碍作用的大小物理量，电阻元件的电阻的大小一般与元件的温度，材料，长度，还有横截面积有关，R=ρL/S，电阻单位为欧姆（Ω）。串联电阻：R=R1+R2+R3+┄┄并联电阻：1/R=1/R1+1/R2+1/R3+┄┄电容电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量，电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。C=q/U，电容电位为法拉第（F）。电容并联：C=C1+C2+C3+┄┄电容串联：1/C=1/C1+1/C2+1/C3+┄┄电感

当线圈通过电流后，在线圈中形成磁场感应，感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。我们把这种电流与线圈的相互作用关系称其为电的感抗，也就是电感，单位是“亨利”（H）。自感：当线圈中有电流通过时，线圈的周围就会产生磁场。当线圈中电流发生变化时，其周围的磁场也产生相应的变化，此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势（感生电动势）（电动势用以表示有源元件理想电源的端电压），这就是自感。互感：两个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响就是互感。互感的大小取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦合的程度，利用此原理制成的元件叫做互感器。

电功、电功率

电流在一段时间内通过某一电路，电场力所做的功，称为电功，用W表示，单位焦耳（J）,1J=1VAs，实际使用中用kwh表示电功的单位，1kwh=3.6×106。电流所做的功跟电压、电流和通电时间成正比，即W=UIt=Uq。电功率：电流在单位时间内所做的功，用P表示，单位瓦特（w），P=W/t=UI。电路中常用器件介绍电路中常用器件有1、电阻器2、电容器3、电感器4、晶体管（可控硅）电阻器

电阻器是电路中最常见的元件。导体、半导体物质不同，导电能力不同，根据导电能力的大小，将物体分为超导体、导体、半导体、绝缘体。他们之间没有绝对的分界线，在外界条件改变时超导体、导体、绝缘体可以互相转化。半导体是一类特殊的导体，它的导电能力介于导体和半导体之间，半导体的导电性能随外界温度、光照、参入的杂质等而改变，从而有了热敏电阻、光敏电阻、晶闸管等。电容器

由两片接近并相互绝缘的导体制成的电极组成的储存电荷和电能的器件。

电容的特性1、隔直通交2、储能特性3、端电压不能突变特性容抗电容器对交流电源具有一定的阻碍作用，对外表现为容抗。

XC=1/(2πfC)电感器

电感器是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。电感器的结构类似于变压器，但只有一个绕组。

电感的特性

1、通直隔交

2、储能特性

3、电流不能突变特性感抗：电感器对交流电源具有阻碍作用，对外表现为感抗。XL=2πfL

品质因数Q：表示线圈质量的一个物理量，Q为感抗XL与其等效的电阻的比值，即：Q=XL/R。由于电容器和电感器的特殊特性，在电路中，经常用LC组成滤波电路、振荡电路晶体管晶体管泛指一切以半导体材料为基础的单一元件，包括二极管、三极管、场效应管、可控硅。在使用中，一般指三极管。晶体管广泛用于电子电路、集成电路中。在电力系统中，一般用于整流、逆变、滤波、检波、放大、等回路中。发光二极管也用于照明、指示回路。另外，晶体管可以用来切断电流，相比机械开关，切换速度极快，切换频率可达10GHz以上。电路、电路图简单电路简单电路图电路（一次系统）图中常用符号含义交叉相连导线交叉不相连导线电池（组）开关电阻可调电阻电感线圈非电解电容电解电容电灯M电机电铃电流源电路基本定律1、部分电路的欧姆定律（导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比，I=U/R）2、焦耳定律（电流的热效应：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比Q=I2Rt）3、闭合电路的欧姆定律（闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。公式为I=E/(R+r)）电路基本定律4、基尔霍夫电流定律（节点电流定律，其内容是电路中任一个节点上，在任一时刻，流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和，∑i=0）5、基尔霍夫电压定律（对于任意一个集中参数电路中的任意一个回路，在任何时刻，沿该回路的所有支路电压代数和等于零，∑u=0）磁场和磁力线1、简单的磁现象：物质具有能吸引铁、钴、镍等金属的特性称为磁性；具有磁性的物体称为磁体。磁体上磁性最强的部分称为磁极，S极、N极。磁体的特征：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。磁场和磁感线2、磁体周围的磁场和磁感线放置在磁体周围的小磁针会改变方向，说明磁体周围存在着磁场，磁场的方向定义为小磁针静止时N极的指向。根据小磁针在磁体周围不同位置的指向，人们画出了磁感线。磁场和磁感线磁感线的特征：

A、磁感线是闭合曲线，磁铁外部的磁感线是从北极出来，回到磁铁的南极，内部是从南极到北极，外部的磁感线为曲线，而内部的磁感线为直线。

B、每条磁感线都是闭合曲线，任意两条磁感线不相交。

C、磁感线上每一点的切线方向都表示该点的磁场方向。

D、磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小。磁场和磁感线3、电流周围的磁场和磁力线（直导线和螺旋导线）电流周围存在着磁场，磁场的方向可以用安培定则（右手螺旋定则）来判定。1）直线电流：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向。2）通电螺线管：用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。

安培力和电磁感应现象1、安培力的大小和方向（左手定则）垂直于磁场的通电导线在磁场中会受到安培力的作用，安培力的方向用左手定则判断：左手平展，让磁感线穿过手心，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内。把左手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，手心面向N极，四指指向电流所指方向，则大拇指的方向就是导体受力的方向。安培力的大小与导体的电流成正比，与导体的长度成正比，即F=BIL。安培力和电磁感应现象2、磁感应强度B

磁感应强度是描述磁场强弱和方向的基本物理量。磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度。B=F/IL，单位：特斯拉（T）。3、磁通量和电磁感应现象设在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个面积为S且与磁场方向垂直的平面，磁感应强度B与面积S的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量，简称磁通，Φ=BScosθ，单位：韦伯（Wb）。电磁感应现象是指放在变化磁通量中的导体，会产生电动势。此电动势称为感应电动势或感生电动势，若将此导体闭合成一回路，则该电动势会驱使电子流动，形成感应电流（感生电流）。

安培力和电磁感应现象4、法拉第电磁感应定律电路中感应电动势的大小，与穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，即E=ΔΦ/Δt

。5、楞次定律和右手定则楞次定律：感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。右手定则：右手平展，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内。把右手放入磁场中，若磁感线垂直进入手心（当磁感线为直线时，相当于手心面向N极），大拇指指向导线运动方向，则四指所指方向为导线中感应电流（动生电动势）的方向。安培力和电磁感应现象6、自感现象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自感现象，自感现象中产生的电动势称为自感电动势。自感电动势的大小与电流变化率成正比，eL=L＊ΔI/Δt。交流电路1、什么是交流电？2、正弦交流电的产生和变化规律正弦交流电是电压和电流随时间按照正弦函数规律变化的电压和电流。正弦交流电有两中：一种是发电机产生的正弦交流电，另一种是无线电技术中晶体三极管和电容电感组成的正弦波振荡器产生的交流电。交流电路3、正弦交流电的三要素

a.瞬时值、最大值、有效值和平均值；

U=Um/√2,一般没有特别说明，交流电都用有效值表示。

b.周期、频率和角频率

T=1/f,ω=2πf=2π/T

c.相位、初相位和相位差交流电路4、正弦交流电的表示方法

函数法：u=Umsin（ωt+φ）

i=Imsin（ωt+φ）

图像法：

相量图表示法：

复数表示法：i=I∠φit-φφωt交流电路5、交流电路（RLC电路），会画向量图IRURUCUILI交流电路6、电阻、电抗、电导、电纳电导：对于某一种导体允许电流通过它的容易性的量度，符号是G，G=1/R。电纳：是电抗的倒数，符号是B，B=1/X。阻抗：Z=U/I=R+jX

导纳：Y=I/U=G-jB=1/Z。导纳的单位是西门子（S）。

注意：阻抗和导纳中G≠1/R，B≠1/X。交流电路7、有功功率、无功功率、视在功率、功率因素

P=UIcosψ，Q=UIsinψ，S=UI

功率因素cosψ=P/S

功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度。在运行中我们希望的是功率因数越大越好，这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。

三相交流电三相交流电的产生

三相交流电是由三个频率相同、电势振幅相等、相位差互差120°角的交流电路组成的电力系统。三相交流电一般是由三相交流发电机产生。

eA=Emsinωt

eB=Emsin(ωt-120°)

eC=Emsin(ωt-240°)=Emsin(ωt+120°)星形接线和三角形接线相电流、线电流、相电压、线电压

相电压U