電工基礎-精品課件

1、電工基礎_課件第1頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五1、電路及定律1.1 電路及基本物理量1.2 電路基本元件1.3 電氣設備的額定值 及電路的工作狀態(tài)1.4 基爾霍夫定律1.5 電路定理第2頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五 電路分析的主要任務在于解得電路物理量，其中最基本的電路物理量就是電流、電壓和功率。1.1 電路基本物理量 為了某種需要而由電源、導線、開關(guān)和負載按一定方式組合起來的電流通路稱為電路。電路的主要功能：一：進行能量的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配。二：實現(xiàn)信號的傳遞、存儲和處理。第3頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五1.1

2、.1 電流 電荷的定向移動形成電流。 電流的大小用電流強度表示，簡稱電流。 電流：用單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電量來表示電流的大小，以字母I表示。電量的單位是C，時間的單位是s，那么電流的單位是A。電流常用的單位還有kA、mA、A。大寫 I 表示直流電流 小寫 i 表示電流的一般符號第4頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五正電荷運動方向規(guī)定為電流的實際方向。電流的方向用一個箭頭表示。任意假設的電流方向稱為電流的參考方向。 如果求出的電流值為正，說明參考方向與實際方向一致，否則說明參考方向與實際方向相反。第5頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五1.1.2

3、電壓、電位和電動勢1、電壓： 電場力把單位正電荷從電場中a點移動到b點所做的功稱為a、b兩點的電壓，用U表示，小寫 u表示電壓的一般符號。 電壓的單位稱為伏特，簡稱伏，用符號V表示。電壓常用的單位還有kV、mV、V。 第6頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五電壓的實際方向： 規(guī)定由電位高處指向電位低處。與電流方向的處理方法類似，可任選一方向為電壓的參考方向。 最后求得的u為正值，說明電壓的實際方向與參考方向一致，否則說明兩者相反。第7頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五2、電位： 電路中某點的電位定義為單位正電荷由該點移至參考點電場力所做的功。 電路中a

4、、b點兩點間的電壓等于a、b兩點的電位差。第8頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五3、電動勢： 電動勢是衡量外力即非靜電力做功能力的物理量。外力克服電場力把單位正電荷從電源的負極搬運到正極所做的功，稱為電源的電動勢。 電動勢的實際方向與電壓實際方向相反，規(guī)定為由負極指向正極。第9頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五 對一個元件，電流參考方向和電壓參考方向可以相互獨立地任意確定，但為了方便起見，常常將其取為一致，稱關(guān)聯(lián)方向；如不一致，稱非關(guān)聯(lián)方向。 如果采用關(guān)聯(lián)方向，在標示時標出一種即可。如果采用非關(guān)聯(lián)方向，則必須全部標示。第10頁，共51頁，2022年，

5、5月20日，4點47分，星期五1.1.3 電功率 電場力在單位時間內(nèi)所做的功稱為電功率，簡稱功率。 功率與電流、電壓的關(guān)系：關(guān)聯(lián)方向時：p =ui非關(guān)聯(lián)方向時：p =uip0時吸收功率，p0時放出功率。第11頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五1.2 電路基本元件 常見的電路元件有電阻元件、電容元件、電感元件、電壓源、電流源。 電路元件在電路中的作用或者說它的性質(zhì)是用其端電壓、電流的關(guān)系，即伏安關(guān)系（VAR）來決定的。第12頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五1.2.1 電路元件伏安關(guān)系（歐姆定律）：關(guān)聯(lián)方向時：u =Ri非關(guān)聯(lián)方向時：u =Ri1電阻元

6、件(R)符號：功率： 電阻元件是一種消耗電能的元件。第13頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五伏安關(guān)系：2電感元件(L)符號：電感元件是一種能夠貯存磁場能量的元件，是實際電感器的理想化模型。 稱為電感元件的電感，單位是亨利（）。只有電感上的電流變化時，電感兩端才有電壓。在直流電路中，電感上即使有電流通過，但，相當于短路。存儲能量：第14頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五3電容元件(C)電容元件是一種能夠貯存電場能量的元件，是實際電容器的理想化模型。伏安關(guān)系：符號：只有電容上的電壓變化時，電容兩端才有電流。在直流電路中，電容上即使有電壓，但，相當于開路，

7、即 電容具有隔直作用。C稱為電容元件的電容，單位是法拉（F）。存儲能量：第15頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五1.3 電氣設備的額定值及電路的工作狀態(tài)1.3.1 電氣設備的額定值 額定值是制造廠為了使產(chǎn)品能在給定的工作條件下正常運行而規(guī)定的正常容許值。額定值有額定電壓UN與額定電流IN或額定功率PN 。 必須注意的是，電氣設備或元件的電壓、電流和功率的實際值不一定等于它們的額定值。第16頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五1.3.2 電路的工作狀態(tài) 1、負載狀態(tài): 就是電源與負載構(gòu)成的閉合回路，電路中有電流通過，電路正常工作。P=UI：電源輸出的功率

8、PS=USI：電源產(chǎn)生的功率P=I2R0：內(nèi)阻消耗的功率第17頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五2、空載狀態(tài): 空載就是電源與負載未接成閉合的回路，電路中沒有電流通過?？蛰d又稱為開路。第18頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五3、短路狀態(tài): 短路就是電源未經(jīng)負載而直接由導線（導體）構(gòu)成通路，電路中電流比通路時大得多，可能燒壞電源和其他設備。第19頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五1.4 基爾霍夫定律支路、節(jié)點、回路 電路中兩點之間通過同一電流的不分叉的一段電路稱為支路。電路中3條或3條以上支路的聯(lián)接點稱為節(jié)點。 電路中任一閉合的路

9、徑稱為回路?；芈穬?nèi)部不含支路的稱網(wǎng)孔。圖示:電路有3條支路、兩個節(jié)點、3個回路、兩個網(wǎng)孔。第20頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五1.4.1 基爾霍夫電流定律（KCL） 在任一瞬時，流入任一節(jié)點的電流之和必定等于從該節(jié)點流出的電流之和。 在任一瞬時，通過任一節(jié)點電流的代數(shù)和恒等于零。表述一表述二可假定流入節(jié)點的電流為正，流出節(jié)點的電流為負；也可以作相反的假定。所有電流均為正。第21頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五1.4.2 基爾霍夫電壓定律（KVL）表述一表述二 在任一瞬時，在任一回路上的電位升之和等于電位降之和。 在任一瞬時，沿任一回路電壓的代數(shù)

10、和恒等于零。電壓參考方向與回路繞行方向一致時取正號，相反時取負號。所有電壓均為正。第22頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五1.5 電路定理1.5.1 疊加定理在任何由線性電阻、線性受控源及獨立源組成的電路中，每一元件的電流或電壓等于每一個獨立源單獨作用于電路時在該元件上所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。這就是疊加定理。說明：當某一獨立源單獨作用時，其他獨立源置零。第23頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五1.5.2 戴維南定理對外電路來說，任何一個線性有源二端網(wǎng)絡，都可以用一個電壓源即恒壓源和電阻串聯(lián)的支路來代替，其恒壓源電壓等于線性有源二端網(wǎng)絡的開路電壓U

11、OC，電阻等于線性有源二端網(wǎng)絡除源后兩端間的等效電阻Ro。這就是戴維南定理。第24頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五1.5.3 諾頓定理對外電路來說，任何一個線性有源二端網(wǎng)絡，都可以用一個電流源即恒流源和電阻并聯(lián)的電路來代替，其恒流源電流等于線性有源二端網(wǎng)絡的短路電流ISC，電阻等于線性有源二端網(wǎng)絡除源后兩端間的等效電阻Ro。這就是諾頓定理。第25頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五2、 正弦交流電2.1 正弦交流電的基本概念2.2 三相正弦交流電第26頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五2.1 正弦交流電的基本概念 定義：隨時間按

12、正弦規(guī)律變化的電壓、電流稱為正弦電壓和正弦電流。表達式為：第27頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五以正弦電流為例：振幅角頻率振幅、角頻率和初相稱為正弦量的三要素。相位初相角: 簡稱初相波形:第28頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五角頻率：正弦量單位時間內(nèi)變化的弧度數(shù)角頻率與周期及頻率的關(guān)系：周期T：正弦量完整變化一周所需要的時間頻率f：正弦量在單位時間內(nèi)變化的周數(shù)。周期與頻率的關(guān)系：2.1.1 周期與頻率第29頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五2.1.2 相位、初相和相位差相位：正弦量表達式中的角度初相：t=0時的相位相位差：兩

13、個同頻率正弦量的相位之差，其值等于它們的初相之差。如：相位差為：第30頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五第31頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五2.1.3 振幅與有效值振幅：正弦量的最大值。周期電流有效值： 讓周期電流i和直流電流I分別通過兩個阻值相等的電阻R，如果在相同的時間T內(nèi)，兩個電阻消耗的能量相等，則稱該直流電流I的值為周期電流i的有效值。第32頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五 正弦交流電路計算功率的公式：有功功率(P)：P= U X I X cos；用P表示，單位為W。 無功功率(Q)：Q= U X I X sin；

14、用Q表示 ，單位為Var 。 視在功率(S)：S= U X I ；用S表示 ，單位為VA 。 三者關(guān)系：S2=P2+Q22.1.4 正弦交流電的功率第33頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五有功和無功： 在交流電能的發(fā)、輸、用過程中，用于轉(zhuǎn)換成非電、磁形式的那部分能量叫有功。 用于電路內(nèi)電、磁場交換的那部分能量叫無功。 第34頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五功率因數(shù)COS： 功率因數(shù)COS，也叫力率，是有功功率和視在功率的比值，即COS=P/S。在一定的額定電壓和額定電流下，功率因數(shù)越高，有功所占的比重越大，反之越低。提高功率因數(shù)的意義：(1)提高發(fā)

15、、配電設備的利用率；(2)減少輸電線路的電壓降和功率損失。第35頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五2.2 三相正弦交流 由3個頻率相同、振幅相同、相位互差120的正弦電壓源所構(gòu)成的電源稱為三相電源。由三相電源供電的電路稱為三相電路。2.2.1 三相交流電的產(chǎn)生 三相電源由三相交流發(fā)電機產(chǎn)生的。在三相交流發(fā)電機中有3個相同的繞組。3個繞阻的首端分別用A、B、C表示，末端分別用X、Y、Z表示。這3個繞組分別稱為A相、B相、C相，所產(chǎn)生的三相電壓分別為：第36頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五對稱三相電源：三個電壓 同幅值 同頻率相位互差120三個電壓達最

16、大值的先后次序叫相序，圖示相序為ABC。任一瞬間對稱三相電源3個電壓瞬時值之和或相量之和為零。第37頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五星形連接：3個末端連接在一起引出中線，由3個首端引出3條火線。每個電源的電壓稱為相電壓火線間電壓稱為線電壓。2.2.2 三相電源的聯(lián)接第38頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五注：此種接法如一相接反，將造成嚴重后果。三角形連接：將三相繞組的首、末端依次相連，從3個點引出3條火線。第39頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五1. 負載星形聯(lián)接相電流：負載中的電流。線電流：火線中的電流。2.2.3 三相電路

17、中負載的聯(lián)接在三相電路中，每相負載中的電流應該一相一相地計算。在忽略導線阻抗的情況下，各相負載承受的電壓就是電源對稱的相電壓，因此各相電流為：第40頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五中線中沒有電流，即如果三相負載是對稱的，即則：三相功率：第41頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五相電流線電流2. 負載三角形聯(lián)接第42頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五3、磁路3.1 磁路基本物理量3.2 電磁感應3.3 鐵磁材料的磁性能3.4 交流鐵心線圈電路第43頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五概述 實際電路中有大量電感元

18、件的線圈中有鐵心。線圈通電后鐵心就構(gòu)成磁路，磁路又影響電路。因此電工技術(shù)不僅有電路問題，同時也有磁路問題。第44頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五3.1. 磁路的基本物理量1磁感應強度B 磁感應強度B是表示磁場內(nèi)某點磁場強弱及方向的物理量。 B的大小等于通過垂直于磁場方向單位面積的磁力線數(shù)目，B的方向用右手螺旋定則確定。單位是特斯拉(T)。2磁通 均勻磁場中磁通等于磁感應強度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積，單位是韋伯(Wb)。第45頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五3磁場強度H 磁場強度只與產(chǎn)生磁場的電流以及這些電流分布有關(guān)，而與磁介質(zhì)的磁導率無關(guān)，單位是安米（Am）。是為了簡化計算而引入的輔助物理量。第46頁，共51頁，2022年，5月20日，4點47分，星期五4磁導率 磁導率表示物質(zhì)的導磁性能，單位是亨/米(H/m)。真空的磁導率 非鐵磁物質(zhì)的磁導率與真空極為接近，鐵磁物質(zhì)的磁導率遠大于真空的磁導率。 相對磁導率r：物質(zhì)磁導率與