電工學(xué)基本知識

第二章

電工學(xué)基本知識電路概念電路基本物理量與基本定律電路的狀態(tài)電與磁直流電和交流電三相交流電歷史上的電流大戰(zhàn)2/4/20231一．電路概念電流的通路，電流流經(jīng)的路徑。由電氣設(shè)備和元器件（用電器），按一定方式聯(lián)接起來，為電荷流通提供了路徑。簡稱網(wǎng)絡(luò)或回路。

(特殊情況下無電流）強(qiáng)電——起電能的傳輸和轉(zhuǎn)換作用。弱電——起信號的傳遞和處理作用“強(qiáng)”“弱”是相對而言。電業(yè)界的”行話”。組成有三部分：電源（信號源）、中間環(huán)節(jié)、負(fù)載。2/4/20232電路實(shí)例電源:

提供電能的裝置負(fù)載:取用電能的裝置中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機(jī)電爐...輸電線直流電源直流電源:

提供能源中間環(huán)節(jié)：放大、音調(diào)控制等負(fù)載信號源:

提供信息放大器揚(yáng)聲器話筒2/4/20233電路圖——電原理圖，由電路元器件符號畫成的。實(shí)物圖——實(shí)際電子元器件連接而成，復(fù)雜時(shí)看不清楚。圖形符號、文字符號有國家標(biāo)準(zhǔn)，電阻、電容、電感、二三極

集成電路、開關(guān)、電路圖實(shí)例:電吹風(fēng)220V~M馬達(dá)電熱絲3關(guān)1231熱風(fēng)2冷風(fēng)2/4/20234電路元器件符號電阻R

電容C

電感L電源E單刀開關(guān)SW雙刀開關(guān)SW選擇開關(guān)1X3“單刀三位”開關(guān)三刀開關(guān)SW導(dǎo)線交叉不連接導(dǎo)線交叉相連接三極管T二極管D2/4/20235二．電路基本物理量電流：電荷的定向移動電流強(qiáng)度：I=Q/t,i=dq/dt安培=庫侖/秒方向：正電荷移動方向電壓：電路中兩點(diǎn)之間的電位差

單位正電荷因受電場力作用從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)所作的功U=W/q伏特=焦耳/庫侖方向電動勢：電源特征的物理量。電源將其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)。方向三．基本定律歐姆定律：I=U/R全電路歐姆定律：I=E/R+rE為電源電動勢，r為電源內(nèi)阻。電功率和電能：P=UI=I2R，W、

KWW=I2Rt,焦耳，千瓦時(shí)、KWh。電能與電功率（功與功率）的區(qū)別Er

UR2/4/20236德國，喬治·西蒙·歐姆(1789-1854）)他將實(shí)驗(yàn)結(jié)果于1826年發(fā)表。1827年歐姆又在《電路的數(shù)學(xué)研究》一書中，把他的實(shí)驗(yàn)規(guī)律總結(jié)成如下公式：Ｓ＝γE。式中S表示電流；E表示電動力，即導(dǎo)線兩端的電勢差，γ為導(dǎo)線對電流的傳導(dǎo)率，其倒數(shù)即為電阻。歐姆定律發(fā)現(xiàn)初期，許多物理學(xué)家不能正確理解和評價(jià)這一發(fā)現(xiàn)，并遭到懷疑和尖銳的批評。研究成果被忽視，經(jīng)濟(jì)極其困難，使歐姆精神抑郁。2/4/20237四．電路的狀態(tài)1．

有載，通路狀態(tài)

負(fù)載與電源接通。電源短路，局部短路

電源短路電流很大，常用保險(xiǎn)絲（熔斷器）來保護(hù)。

2．電源開（斷）路，局部開路

3．額定值家用電器銘牌上標(biāo)明的使用電壓、頻率、功率等指標(biāo)即額定值。額定值是使產(chǎn)品能在給定的工作條件下正常運(yùn)行而規(guī)定的正常容許值，是綜合考慮了安全、可靠、使用壽命、制造成本等因素制定的。滿載：實(shí)際電壓、電流、功率等于額定值；過（超）載：實(shí)際電壓、電流、功率大等額定值；輕載：實(shí)際電壓、電流、功率小等額定值。降低電器的使用電壓能否節(jié)電？有一個(gè)白熾燈的例子。FUEr

URU’2/4/20238五．電與磁1．電與磁不可分有電路，又有磁路。變壓器、電感器，電動機(jī)中有電路又有磁路。通過磁來傳遞能量。電能→電能：變壓器，電→磁→電；電能→機(jī)械能：電動機(jī)，電→磁→機(jī)械。磁路，磁力線在鐵心中形成閉合的路徑。鐵心由磁性材料制成，能集中磁力線。磁阻（類比電阻）：磁性材料能集中磁力線，磁阻??；非磁性材料，不集中磁力線，磁阻很大。2/4/20239

磁“永動機(jī)”“地震預(yù)報(bào)器”2/4/2023102、電磁關(guān)系的發(fā)現(xiàn)長期以來，磁現(xiàn)象與電現(xiàn)象是被分別進(jìn)行研究的，許多科學(xué)家都認(rèn)為電與磁沒有什么聯(lián)系，電與磁是兩種完全不同的實(shí)體，它們不可能相互作用或轉(zhuǎn)化。1820年，丹麥的奧斯特(Hans

Christian

Oersted，1777－1851），發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場，小磁針偏轉(zhuǎn)，用右手定則判斷。“電生磁”現(xiàn)象。安培提出了磁針轉(zhuǎn)動方向和電流方向的關(guān)系—右手定則安培發(fā)現(xiàn)磁場對通電導(dǎo)體有作用力—左手定則。發(fā)明了電流計(jì)反過來，“磁生電”行否？電能原由化學(xué)電池產(chǎn)生，意大利的伏特發(fā)明電池，稱伏特電池，因成本等問題不可能廣泛用作動力。2/4/202311奧斯特(Hans

Christian

Oersted，1777－1851）奧斯特實(shí)驗(yàn)1820年春，奧斯特安排了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓電流通過一很細(xì)的鉑絲，把一個(gè)帶玻璃罩的指南針放在鉑絲下面，實(shí)驗(yàn)沒有取得明顯的效果。1820年4月的一天晚上，奧斯特在講課中突然出現(xiàn)了一個(gè)想法，講課快結(jié)束時(shí)，他說：讓我把導(dǎo)線與磁針平行放置來試試看。當(dāng)他接通電源時(shí)，他發(fā)現(xiàn)小磁針微微動了一下。2/4/202312安培（(AndréMarieAmpè1775～1836年)安培定則電流的相互作用電流計(jì)分子電流假說安培2/4/202313法拉第1821-1831實(shí)驗(yàn)十余年。動磁生電導(dǎo)體與磁場有相對運(yùn)動，線圈中磁力有變化才產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流——這就是發(fā)電機(jī)原理。法拉第定律——判斷電磁感應(yīng)的大?。豪愦味伞鉀Q感應(yīng)電動的勢方向問題：電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流也會產(chǎn)生磁場（右手定則），其方向是要阻礙外界磁場的變化。外磁場增大時(shí)阻礙其增大，減小時(shí)阻礙其減小。1851年總結(jié)出“電磁感應(yīng)定律”。概括成五類：變化著的電流；變化著的磁場；運(yùn)動的恒定電流；運(yùn)動的磁場；在磁場中運(yùn)動的導(dǎo)體。他指出：感應(yīng)電流與原電流的變化有關(guān)，而不是與原電流本身有關(guān)。他將這一現(xiàn)象與導(dǎo)體上的靜電感應(yīng)類比，把它取名為“電磁感應(yīng)”。2/4/202314法拉第電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)2/4/202315邁克爾·法拉第(MichaelFaraday,1791—1867）2/4/2023162/4/202317線圈有對抗變化磁場的作用，稱為自感現(xiàn)象。自感系數(shù)L即線圈電感量的大小。自感系數(shù)L越大，電流的變化率越大，感應(yīng)電動式E越大。自感系數(shù)L單位—亨利，約瑟夫·亨利發(fā)現(xiàn)自感現(xiàn)象。據(jù)說他比法拉第早一年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，但未發(fā)表。亨利做更強(qiáng)的電磁鐵。制作的電磁鐵可以吸起一噸的重物。

制作出電報(bào)機(jī)的雛形。C的單位—法拉（第），L單位—亨利約瑟夫·亨利

（美國1797-1878）SLU+燈泡122/4/202318直流電和交流電1．

交流電的三要素交流電的表達(dá)式（1）頻率、周期T—周期（S），f—頻率（Hz、KHz、MHz）ω=2πf—角頻率，弧度/S，正弦每變化一次2π弧度。（2）

幅值、有效值幅值即最大值、峰值。上式中的Um

。有效值是以電流熱效應(yīng)衡量交流電做功能力。與直流電進(jìn)行對比。以U表示。Um=1.41U。日常用電U=220V，Um≈310V.交流電中元器件的耐壓應(yīng)按Um來選擇。（3）初相位計(jì)時(shí)起點(diǎn)選擇不同，相位角也不同。i2/4/2023192。交流電路中的電感和電容

電感加交流電壓uL,產(chǎn)生同頻率的交流電流iL,但iL的變化滯后于uL。

電感對交流電的阻礙作用稱感抗XL=2πfL，（歐姆）直流時(shí)f=0，XL=0，“阻交通直”。當(dāng)電感接通或斷開直流電，會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。電容加交流電壓uC

，產(chǎn)生同頻率交流電流ic

，但ic

的變化超前于uC

。電容對交流電的阻礙作用稱為容抗XC=1/2πfC（歐姆）。在直流電路中f=0，XC→∞，“隔直通交”。當(dāng)電容接通或短接時(shí)，有充放電作用，電路中有電流?！拔灰齐娏鳌?/4/202320阻抗R、L、C串聯(lián)，總稱阻抗（歐姆）

Z≠R+XL+XC

U≠UR+UL+Uc?？赡苡校篣L（或Uc）?U。諧振現(xiàn)象：諧振是電路固有頻率與電源頻率一致時(shí)產(chǎn)生的，其電流達(dá)到最大。就R、L、C串聯(lián)電路而言，當(dāng)電源頻率時(shí)，產(chǎn)生諧振。這時(shí)Z最小，電流最大，UL=Uc?U

，可達(dá)到電源電壓的幾十～幾百倍。諧振應(yīng)用：調(diào)諧電臺RLC2/4/2023213、交流電的功率直流P=UI=I2R

交流P≠UI，P=UICOSφ，φ為u，I的相位差，含電感器、電容器的交流電路，u、I間有相位差φ，COSφ稱為功率因數(shù)，P為有功功率，電度表計(jì)量有功功率W=PT。L、C為儲能元件，理論上不耗能。功率因數(shù)低害處：P=UICOSφ，當(dāng)P一定，COSφ↓，I↑，線路損失⊿U=Ir也↑。“節(jié)電器”真的能“節(jié)電”嗎？揭穿“節(jié)電器”的真相“電表調(diào)校器”實(shí)為偷電器2/4/202322“節(jié)電器”內(nèi)部結(jié)構(gòu)電容器2/4/202323電能表（右）“電表調(diào)校器”（下）2/4/202324“電表調(diào)校器”（“節(jié)電器”）2/4/2023254、三相交流電UVW保險(xiǎn)絲三相四線制380/220伏N

額定相電壓為220伏的單相負(fù)載

額定線電壓為380伏的三相負(fù)載相電壓=220V線電壓=380V2/4/2023265．為什么要使用正弦交流電（