《电工技术》电子教案.ppt

1、21世纪职业教育规划教材 电工技术 范次猛 编著 中国水利水电出版社,磁场与电磁感应,目录,电路的基本知识和定律,直流电路,电容器,第一章,非正弦交流电,单相正弦交流电路,三相正弦交流电路,第二章,第五章,第四章,第三章,第六章,第七章,磁场与电磁感应,磁路与变压器,直流电路,异步电动机的工作原理及应用,第八章,非正弦交流电,单相正弦交流电路,三相正弦交流电路,第九章,第十二章,第十一章,第十章,第十三章,第十四章,目录,第一章 电路的基木知识和基本定律,1.1 电路及电路图 1.2 电流 1.3 电压和电位 1.4 电源 1.5 电阻与电导 1.6 欧姆定律 1.7 电路中各点电位的计算 1

2、.8 电功与电功率,1.1 电路及电路图,一、电路和电路的组成,电路的概念：电流经过的路径叫做电路。 电路的组成,a)实物图 (b)电路图 1-1 电路的组成 1电源 电源是供给电能的设备，它把其他形式的能转换成电能。 2负载 负载是应用电能的装置，它把电能转换成其他形式的能量。 3导线和开关 导线是用来连接电源和负载的元件。开关是控制电路接通和断开的装置,二、电路图,图1-la所示是用电气设备的实物图形表示的实际电路。它的优点是很直观，但画起来很复杂，不便于分析和研究。因此，在分析和研究电路时，总是把这些实际设备抽象成一些理想化的模型，用规定的图形符号表示，如图1-1b所示。这种用统一规定的

3、图形符号画出的电路模型图称为电路图,a)实物图 (b)电路图 1-1 电路的组成,三、电路的工作状态,1通路 通路是指电源与负载接成闭合回路时的工作状态，这时电路中有电流通过。 如图1-1中当开关闭合时，电路就是通路状态,2开路 开路也叫断路，是指电源与负载未接成闭合电路时的工作状态，这时电路中 没有电流通过，如图1-1中当开关断开时，电路就是断路状态,3短路 短路是指电源未经负载而直接由导线 (导体)构成通路时的工作状态， 如图1-2所示,图1-2 电路短路,1.2 电流,一、电流的形成,电流是由于电荷的定向移动形成的。在金属导体中，电流是由于电子在外电场作用下有规则地运动形成的。而在某些液

4、体或气体中，电流则是由于正离子或负离子在电场力作用下有规则地运动形成的,二、电流的方向 习惯上我们把正电荷移动的方向规定为电流的正方向,图1-3 电流的方向,电流的单位是安培，简称安，用符号A表示，电量的单位是库仑，简称库，用C表示。若在1s内通过导体横截面的电量为lC，则导体中的电流就是lA。电流的常用单位还有kA（千安）、mA（毫安）、A（微安），其换算关系是: 1kA11000 A 1A11000 mA 1mA11000A 例1-1 某导体在0.5min的时间内均匀通过导体横截面的电荷量为120C，求导体中的电流是多少? 解,三、电流的大小,通常用单位时间内通过导体横截面的电量来表示电流

5、的大小，以字母 表示。若在 秒钟内通过导体横截面的电量是q，则电流可用下式表示: (1-1,带电体的周围存在着电场，电场对处在电场中的电荷有力的作用。当电场力使电荷移动时，我们就说电场力对电荷做了功。 图 1-4 规定： 电场力把单位正电荷从电场中a点移动到b点所做的功 称为a、b两点间的电压，用Uab表示,1.3 电压与电位,一、电压,二、电位,如果在电路中任选一点为参考点，那么电路中某点的电位就是该点到参考点之间的电压。也就是说某点的电位等于电场力将单位正电荷从该点移动到参考点所做的功。电位的符号用表示。如图1-4所示，以0点为参考点，则a点的电位为,同样，b点的电位,三、电压与电位的关系

6、,如图1-4所示，以o点为参考点时，则a与b点的电位分别为,电路中任意两点间的电压等于该两点间的电位之差，所以电压又称电位差,电压的参考方向有两种表示方法，如下图所示。一种是用箭头表示。箭头 指向为电位降落的方向。第二种是用双下标字母表示,14 电源,一、电源与电动势 在电源外部电路中，电场力把正电荷由高电位经过负载移动到低电位，那么，在电源内部电路中，也必定有一种力能够不断地把正电荷从低电位移到高电位，我们把这种力叫做电源力,在电源内部，电源力把正电荷从低电位 (负极)移到高电位 (正极)反抗电场力所做的功 与被移动电荷的电荷量 的比值就是电源电动势。用公式表示为,二、电动势与端电压的关系,

7、在电动势的形成过程中，出现了电荷的分离，形成了电场，使电源两端具有了不同的电位。我们把电源两端的电位差，称为电源的端电压,图1-9 电动势与端电压的关系,电动势是描述电源力 (非电场力)做功的物理量，而电压则是描述电场力 做功的物理量。电动势仅存在于电源内部，而电压不仅存在于电源两端， 而且也存在于电源外部,三、电压与电位的关系,如图1-4所示，以o点为参考点时，则a与b点的电位分别为,电路中任意两点间的电压等于该两点间的电位之差，所以电压又称电位差,电压的参考方向有两种表示方法，如下图所示。一种是用箭头表示。箭头 指向为电位降落的方向。第二种是用双下标字母表示,15 电阻与电导,当电流通过金

8、属导体时，做定向运动的自由电子会与金属中的带电粒子发生碰撞。 使导体对电荷的定向运动有阻碍作用。电阻就是反映导体对电流起阻碍作用大小的一个 物理量。用字母R表示。在国际单位制中，电阻的单位是欧姆，简称欧，用符号表示。 其常用单位还有k（千欧）和M（兆欧），它们之间的换算关系是: lk1O00 lM1000k1000000,一、电阻,二、电阻定律,导体的电阻是客观存在的，它不随导体两端电压大小而变化。即使没有电压， 导体的电阻仍然存在。实验证明，导体的电阻跟导体的长度成正比，跟导体的 横截面积成反比，并与导体的材料性质有关。对于长度为l、截面为S的导体， 其电阻可用下式表示,式中的是 与导体材料

9、性质有关的物理量，称为电阻率或电阻系数。 其单位名称是欧米，用符号m表示,三、电阻与温度的关系,实验表明，导体的温度变化，它的电阻也随着变化。一般的金属材料，当温度升高时，导体的电阻增加,电阻器有时也简称电阻，它分为固定电阻器和可变电阻器两类。常用的固定电阻器有线绕电阻、薄膜电阻、实心电阻三种。可变电阻器的阻值在一定范围内变化，具有三个引出端的常称为电位器。常用电阻器的实物外形及电路符号如图 1-10所示,四、常用电阻器,图1-10 常用电阻器实物外形及电路符号,五、电导,我们把电阻的倒数叫做电导。用符号G表示，即,导体的电阻越小，电导就越大。电导大就表示导体的导电性能良好。 电导的单位名称是

10、西门子，简称西，用符号S表示,各种材料的导电性能有很大差别。在电工技术中，各种材料按照它们的导电能力， 一般可分为导体、绝缘体、半导体和超导体,一、部分电路欧姆定律 图1-12为不含电源的部分电路。当在电阻两端加上电压时，电阻中就有电流流过。实验表明：流过电阻的电流I与电阻两端的电压U成正比，与电阻R成反比。这一结论称为部分电路欧姆定律。用公式表示为: （ 或,1.6 姆欧定律,图1-12 部分电路,二、电压、电流关系曲线 电流与电压间的正比关系，可以用伏安特性曲线来表示。伏安特性曲线是以电压U为横坐标，电流I为纵坐标画出的U-I关系曲线。电阻的伏安特性曲线是直线时，该电阻称为线性电阻，其阻值

11、R为一常数，如图1-15所示,三、全电路欧姆定律 全电路是指含有电源的闭合电路，如图1-l6所示。 图中的点划线框内代表一个实际的电源。电源的内部一般都是有电阻的，这个电阻称为 电源的内电阻，用字母r表示。为了看起来方便，通常在电路图上把r单独画出,图1-15 线性电阻的电压、电流关系 图1-16 全电路,当开关S闭合时，负载R上就有电流流过，这是因为电阻两端有了电压U的缘故。电压U是由电动势E产生的，它既是电阻两端的电压，又是电源的端电压。 下面来讨论电动势E和电源端电压U的关系。当开关S打开时，电源的端电压在数值上与电源电动势相等(方向是相反的)；当开关S闭合时，如果用电压表测量电阻R两端

12、的电压，就会发现所测数值比开路电压小。这是为什么呢?这是因为电流流过电源内部时，在内电阻上产生了电压降 ， 。可见电路闭合时，端电压U应该等于电源电动势减去内压降,即,表明：在一个闭合电路中，电流强度与电源的电动势成正比， 与电路中内电阻和外电阻之和成反比。这个规律称为全电路欧姆定律,四、电源的外特性 我们把电压随负载电流变化的关系，称为电源的外特性，所绘成的曲线称做电源的外特性曲线，如图1-18所示。根据外特性曲线可以看出，电源端电压随着电流的大小而变化，当电路接小电阻时，电流增大，端电压就下降；当电路接大电阻时，电流减小，端电压就上升,图1-18 电源的外特性,电源端电压的高低不但和负载电

13、阻有密切关系，而且与电源的内阻大小有关。 在负载电流不变的情况下，内阻减小，端电压就上升；内阻增大，端电压就下降。 当内阻为零时，也就是在理想情况下 (这时的电源称为理想电源)， 端电压不再随电流变化，端电压等于电动势，如图1-18中的虚线所示,一、电位的计算 计算电位的基本步骤是: 1分析电路 根据已知条件，求出部分电路或某些元件上电流 电压的大小和方向。 2选定零电位点 (参考点) 选定零电位点时，虽然可任意选取，但应以计算方便为好。如图1-19中，若取 d点为参考点，则计算a、b、c点的电位就简单方便。但如果取a点或c点为参考 点，计算其他点的电位就比较繁琐。 3计算电位 参考点选好以后

14、，要计算某点的电位，可从这点出发，经电路中任意路径到参 考点 (零电位点)，将这条路径上的各段电压，按照从该点指向参考点的方向， 依次相加。路径可以任意选择，但选择的原则首先要计算方便简单。如图1-19 中，以d点为参考点，若求b点的电位，选择的路径有三条，一条是从b点经电 阻R1a点El到参考点，其电位 ；第二条 是从b点R3参考点；电位 = ，第三条是从b点R2c点E2d点，电位 。显然，选取第二条路径最简捷。如果要计算某两点间的电压，可根据电压等于电位差求得,17 电路中各点电位的计算,图1-19,二、电路中两点间电压的计算 计算电路中任意两点间电压的方法通常有两种。 第一种方法是由电位

15、求电压。如电路中有两点a、b，在任意选择参考点后，分别求出 、 ，根据电压等于电位之差的关系，求出a、b间的电压 。 第二种方法是分段法，即：把两点间的电压分为若干个小段进行计算，各小段电压的代数和即为所求电压,一、焦耳定律 电流通过金属导体时，导体会发热，这种现象称为电流的热效应。 实验结果表明：电流流过金属导体产生的热量与电流的平方、导体的电阻、通电时间成正比即: 如果电流的单位为A，电阻的单位为，时间的单位为s，则热量单位为J。此关系称为焦耳定律,18 电功与电功率,二、电功,电流通过不同的负载时，负载可以将电源提供的电能转变成其他不同形式的能 量，电流就要做功。前面讲述电压时曾经讲过，

16、如果a、b两点间的电压为U，则将 电量为q的电荷从a点移到b点时电场力所做的功为,在国际单位制中电功的单位是焦耳，简称焦，用符号J表示。 在实际应用中，电功还有一个常用单位是“度”，即千瓦时，用字母kWh表示。 1kWh3.6106J,三、电功率 电功可以表示电场力做功的多少，但不能表示做功的快慢。为了表示电场力做功的快慢，通常用电功率来描述，所谓电功率是指电场力在单位时间内所做的功，用字母P表示，即,电阻的电功率与其电压、电流、电阻的关系还有,所谓额定值就是保证电气设备能长期安全工作的最大电压、电流和功率， 分别称为额定电压、额定电流和额定功率。例如，我们常见的灯泡上的 220V 4OW或电

17、阻上标的1OO 2W等都是额定值。电气设备的额定值通常标 在一块小金属牌 (叫铭牌)上，固定在设备的外壳上。 因而有时额定值又可以叫做铭牌数据,四、负载的额定值,五、负载获得最大功率的条件,图1-22是电源接有负载R的闭合电路。在闭合电路中，电源电动势所提供的功率， 一部分消耗在电源内阻r上，另一部分消耗在负载电阻R上。由于电源的内阻一般 是固定的，因而负载获得的功率和负载电阻R的大小有密切关系,图 1-22 有源负载电路,负载R获得的功率为,显然，由于式中E、r都可以近似看成常量， 则只有在分母为最小值，也就是在Rr时， P才能达到最大值。其最大值为,所以负载获得最大功率的条件是:负载电阻等

18、于电源内阻。由于负载获得的最大功率 就是电源输出的最大功率，因而这一条件也是电源输出最大功率的条件。负载功率 (或电源输出功率)随电阻R变化的曲线如图1-23所示,图1-23 功率-负载关系曲线,第二章 直 流 电 路,2.1 电阻的串联 2.2 电阻的并联 2.3 电阻的混联 2.4 基尔霍夫定律及应用 2.5 电压源、电流源及其等效变换 2.6 支路电流法 2.7 叠加原理 2.8 戴维南定理,一、电阻的串联 把两个或两个以上的电阻器，一个接一个地连成一串，使电流只有一条通路的连接方式叫做电阻的串联。如图2-l a,2. 1 电阻的串联,图2-1 电阻的串联及其等效电路,二、串联电路的特点

19、 1电路中流过每个电阻的电流都相等，即,2电路两端的总电压等于各电阻两端的电压之和，即,3电路的等效电阻 (即总电阻)等于各串联电阻之和，即,在分析电路时，为了方便起见，常用一个电阻来表示几个串联电阻的总电阻， 这个电阻叫等效电阻。图2-lb所示就是采用等效电阻后的等效电路,4电路中各电阻上的电压与各电阻的阻值成正比,在计算中，经常遇到两个或三个电阻的串联，当给定总电压时， 它们的分压公式分别为,5串联电路的总功率P等于各串联电阻所消耗的功率之和。即,6在串联电路中，各个电阻所消耗的功率与阻值成正比。即,三、串联电路的应用,图2-2 分压器 图2-3 扩大电压表量程,22 电阻的并联,把两个或

20、两个以上的电阻并列地连接在两点之间，使每一电阻两端都承受 同一电压的连接方式叫做电阻的并联。图2-5a所示为三个电阻构成的并联电路,一、电阻的并联,二、并联电路的特点 电路中各电阻两端的电压相等， 且等于电路两端的电压，即,2电路的总电流等于各电阻中的电流之和，即,3在电阻并联电路中，各支路分配的电流与支路的电阻值成反比，即,4在电阻并联电路中，各支路分配的电流与支路的电阻值成反比，即,图2-5 电阻的并联及其等效电路,5并联电路的总功率等于各并联电路所消耗的功率之和。即,6在并联电路中，各个电阻消耗的功率与它的阻值成反比。即,三、并联电路的应用,一、电阻的混联 电路中既有电阻的串联，又有电阻

21、的并联，这种连接方式称为电阻的混联。混联电路在实际电路中经常出现，图2-7所示的电路就是一些电阻的混联电路,23 电阻的混联,图2-7 电阻混联电路,二、直流电桥电路 电桥电路在生产实际和测量技术中应用十分广泛，其电路如图2-12a所示。其中R1、R2、R3、R4是电桥的四个桥臂。电桥的一组对角顶点a、b之间接电阻R；电桥的另一组对角顶点c、d之间接电源。如果所接电源为直流电源，则这种电桥称为直流电桥,图2-12 直流电桥电路,三、直流电桥平衡的条件,直流电桥平衡的条件是：对臂电阻的乘积相等,数值,1支路：由一个或几个元件首尾相接构成的一段无分支电路。在同一支路内，流过所有元件的电流相等。在图

22、2-14中有三条支路，即bafe、be、bcde支路。其中bafe、bcde两支路中分别含有电源E1、E2，称为有源支路；be支路没有电源，称为无源支路。 2节点：三条或三条以上支路的连接点叫做节点。图2-14中b点和e点都是节点。 3回路：电路中任意一个闭合路径称为回路。如图2-14中的abefa、bcdeb、abcdefa都是回路。 4网孔：内部不含支路的回路称为网孔。图2-14中只有abefa、bcdeb回路是网孔,24 基尔霍夫定律及应用,图2-14 复杂电路示例,一、基尔霍夫第一定律 基尔霍夫第一定律也称节点电流定律 (KCL)。其内容是:电路中任意一个节点上，流入节点的电流之和等于

23、流出该节点的电流之和，即 如果我们规定流入节点的电流为正，流出节点的电流为负，那么，基尔霍夫第一定律内容也可叙述为：电路中任意一个节点上，电流的代数和恒等于零，即,图2-16 流入与流出封闭面的电流相等,二、基尔霍夫第二定律 基尔霍夫第二定律也称回路电压定律 (KVL)。其内容是：对于电路中的任一回路，沿回路绕行方向的各段电压的代数和等于零，其表达式为,基尔霍夫第二定律的内容又可叙述为： 在任一闭合回路中，各个电阻上电压的代数和等于各个电动势的代数和，即,一、电压源 用一个恒定电动势E与内阻r串联表示的电源称为电压源。电压源的符号如图2-21a或图2-21b所示。 当电压源向负载R输出电压时，

24、如图2-21c所示，电源的端电压U总是小于它的恒定电压E。端电压U与输出电流I之间有如下关系: UEIr 如果内阻r0时，那么输出电压U=E，与输出电流I无关，电源始终输出恒定的电压E，我们把内阻r0的电压源称为理想电压源，其符号如图2-22所示,25 电压源、电流源及其等效变换,图2-21 电压源的符号及输出,图2-22 理想电压源符号,二、电流源 用一个恒定电流IS与内阻r并联表示的电源称为电流源。实际中的稳流电源、光电池、串励 (串激)直流发电机等可看作是电流源。电流源的符号如图2-25a所示。 当电流源向负载R输出电流时，如图2-26所示。它所输出的电流I总是小于电流源恒定电流IS。电

25、流源的端电压U与输出电流I的关系为,图2-26 电流源的输出,三、实际电压源与电流源的等效变换 把电压源等效变换为电流源，则有,如果把电流源等效变换为电压源，则有,由此可见，电压源与电流源的等效变换条件是:电压源与电流源内阻相等， 而且电流源的恒定电流等于电压源的短路电流,支路电流法是分析复杂电路的基本方法,它以支路电流为未知量,根据基尔霍夫第一定律和第二定律分别列出电路中的节点电流方程及回路电压方程,然后联立求解,计算各支路电流,26 支路电流法,图2-33 支路电流法示例,如右图， 这样，利用基尔霍夫定律即可列出三个独立方程,叠加原理是线性电路分析的基本方法，它的内容是：在线性电路中，任一

26、支路中的电流 (或电压)等于各个电源单独作用时，在此支路中所产生的电流 (或电压)的代数和,27 叠加原理,28 戴维南定理,任何具有两个出线端的部分电路都称为二端网络。 若网络中含有电源称为有源二端网络，否则称为无源二端网络。 在图2-35a中，点划线框内的部分就是一个有源二端网络， 经常可以把它画成图2-35b的一般形式,图2-35 含源二端网络,戴维南定理指出:任何一个线性有源二端网络都可以用一个等效电源来代替，这个等效 电源的电动势E等于该网络的开路电压U0，内阻r等于该网络内所有电源不作用，仅保 留其内阻时，网络两端的输入电阻（等效电阻）Ri,第三章 磁场与电磁感应,3.1 磁的基本

27、知识 3.2 磁场的基本物理量 3.3 铁磁物质的磁化 3.4 电磁感应 3.5 自感与互感 3.6 RL电路的暂态效应,一、磁体与磁极 具有磁性的物体叫磁体。 磁体两端磁性最强的区域叫磁极。实验证明，任何磁体都具有两个磁极，而且无论怎样把磁体分割，它总是保持两个磁极。一端叫北极，用N表示；一端叫南极；用S表示。 与电荷间的相互作用力相似，磁极间也具有相互作用力，即同极相排斥，异极相吸引。磁极间的相互作用力叫磁力，如图3-2所示。指南针就是利用这种性质制作的，因为地球本身就是个大磁体，地磁的北极在地球南极附近，地磁的南极在地球北极附近,31 磁的基本知识,图3-1 人造磁体 图3-2 磁极间的

28、相互作用,二、磁场与磁力线 磁体周围存在磁力作用的空间，称为磁场。 磁场和电场同样是有方向的。在磁场中某一点放一个能自由转动的小磁针，小磁针静止时N极所指的方向，规定为该点的磁场方向。 为了形象地描述磁场而引出磁力线这一概念，规定在磁力线上每一点的切线方向表示该点的磁场方向,图3-3 磁力线,磁力线具有以下几个特征: (1)磁力线是互不交叉的闭合曲线。在磁体外部由N极指向S极， 在磁体内部由S极指向N极，如图3-3b所示。 (2)磁力线的疏密程度反映了磁场的强弱。磁力线越密表示磁场越强，越疏表示磁场越弱。 (3)磁力线上任意一点的切线方向，就是该点的磁场方向,三、电流的磁场 1820年丹麦物理

29、学家奥斯特从实验中发现，放在导线旁边的磁针，当导线通入电流时，磁针会受到力的作用而偏转，如图3-4所示。这表明通电导线的周围存在着磁场，电与磁是有密切联系的,图3-4 直导线电流产生磁场 图3-5 直导线电流磁场 图3-6 直导线电流磁场方向的判定,图3-7 环形电流磁场方向的判定,一、磁通 磁通这一物理量来定量地描述磁场在一定面积上的分布情况。 通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁力线的总数，叫做通过该面积的磁通量，简称磁通，用字母表示。它的单位名称是韦伯，简称韦，用符号Wb表示,32 磁场的基本物理量,二、磁感应强度,垂直通过单位面积磁力线的数目，叫做该点的磁感应强度，用字母B来表示。 在均

30、匀磁场中，磁感应强度可表示为: 若磁场中各点的磁感应强度的大小和方向相同，这种磁场就称为均匀磁场。 在均匀磁场中，磁力线是等距离的平行直线，如图3-8所示,图3-8 均匀磁场,三、磁导率 磁导率就是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量，用字母表示，其单位名称是亨利每米，简称亨每米，用符号H/m表示。由实验测得真空中的磁导率04l0-7(H/m)，为一常数,为了比较媒介质对磁场的影响，把任一物质的磁导率与真空的磁导率的比值 称作相对磁导率，用,表示，即,四、磁场强度,磁场中某点的磁感应强度B与介质磁导率 的比值，叫做该点的磁场强度， 用H表示，即,33 铁磁物质的磁化,一、磁化的概念,原来没有磁性

31、的物质，在外磁场作用下产生磁性的现象叫做磁化。凡是铁磁物质都能被磁化。 所谓磁畴就是在没有外磁场的条件下，铁磁物质中分子环流可以在小范围内“自发地”排列起来，形成一个个小的“自发磁化区”，使每一个磁畴相当于一个小磁体,二、起始磁化曲线 铁磁物质从完全无磁状态进行磁化的过程中，磁感应强度B将随外磁场强度H的变化而变化，这种B-H关系曲线称做起始磁化曲线，如图3-10所示。 由B-H曲线可见，B与H存在着非线性关系。 在曲线开始一段Oa，曲线上升缓慢， 但这段很短；在ab段随着H的增加， B几乎是直线上升；在bc段，随着H的增加， B的上升缓慢，形成曲线的膝部； 在c点以后，随着H的增加， B几乎

32、不再上升，此段称为饱和段,图3-10 起始磁化曲线及-H曲线,三、破滞回线,铁磁材料在交变磁场中进行反复磁化时，可得到如图3-11b所示的磁滞回线。它可以利用图3-11a所示的磁化装置获得。当开关S置于不同位置时，通过改变环形线圈的电流方向，获得正负相反的外磁场H。调整R值使线圈电流逐渐增大，当H达到最大值(+Hm)时，线圈中间未经磁化过的环形铁磁材料被磁化，得到一条起始磁化曲线，如图3-11b中Oa段。如果使Hm又减小到零，这时曲线并不沿Oa下降，B仍保持着一定数值Br(即Ob值)，这个数值叫做剩磁,图3-11 磁滞回线,电流是由于电荷的定向移动形成的。在金属导体中，电流是由于电子在外电场作

33、用下有规则地运动形成的。而在某些液体或气体中，电流则是由于正离子或负离子在电场力作用下有规则地运动形成的,改变线圈电流方向重复上述实验，使H反向增加，当H由O增至c时H-Hc，剩磁由b沿bc段下降为零值。这时的Hc值叫做 “矫顽力”。当反向磁场继续增加至 (-Hm)时，B也反向增加至-Bm，如曲线cd段。当反向磁场又恢复到零值，又有一定的反向剩磁-Br，如Oe段，再逐渐增大正向磁场，曲线将沿efa变化而完成一个循环。经过多次循环，铁磁材料被反复磁化。 通过反复磁化得到的B-H关系曲线abcdefa叫做磁滞回线。由于铁磁材料在反复磁化过程中，B的变化总是滞后于H的变化。所以，我们称这一现象为磁滞

34、,图 3-12 基本磁化曲线 图3-13 硅钢片、铸钢、铸铁的基本磁化曲线,四、铁磁材料的分类和用途,通常根据矫顽力的大小把铁磁材料分成三大类,1软磁材料,2硬磁材料,3矩磁材料,34 电磁感应,一、电磁感应现象,丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应； 英国科学家法拉第在1831年发现了磁能够转换为电能的重要事实及其规律电磁感应定律,实验现象说明：当导体作切割磁力线运动或者线圈中的磁通发生变化时，在导体或线圈中都会产生感应电动势。若导体或线圈构成闭合回路，则导体或线圈中将有电流流过我们把这种由于磁通变化而在导体或线圈中产生感应电动势的现象称为电磁感应。由电磁感应产生的电动势称为感应电动势，由感

35、应电动势产生的电流叫感应电流。 由以上分析可以得出：产生电磁感应的条件是通过线圈回路的磁通必须发生变化,观察两种实验现象，如下图,图3-15 直导体的电磁感应现象 图3-16 螺旋线圈的电磁感应现象,二、电磁感应定律,1法拉第电磁感应定律 线圈中感应电动势的大小与通过该线圈的磁通变化率成正比。这一规律就叫做法拉第电磁感应定律。 2楞次定律 可用楞次定律判定线圈中感应电动势或感应电流的方向。其内容是：当穿过线圈的磁通(原有的磁通)变化时，感应电动势的方向总是企图使它的感应电流产生的磁通阻止原有磁通的变化。即：当线圈原磁通增加时，感应电流就要产生与它方向相反的磁通去阻碍它的增加；当线圈中的磁通减少

36、时，感应电流就要产生与它方向相同的磁通去阻碍它的减少,35 自感与互感,我们把这种由于流过线圈本身电流的变化而产生感应电动势的现象叫做自感现象，简称自感。由自感现象产生的电动势称为自感电动势 ，用 表示。 1、自感系数 当一个线圈中通有变化的电流后，使该线圈中每匝线圈具有的磁通叫自感磁通。而整个线圈具有的磁通叫自感磁链，用字母表示。则: N 我们把线圈中通过单位电流所产生的自感磁链称为自感系数，也称电感量，简称电感，用L表示，即,电感量是衡量线圈通过单位电流时能够产生自感磁链本领的物理量。其单位是亨利，用符号H表示。 2、自感电动势 （1）自感电动势的大小 （2）自感电动势的方向 自感电动势的

37、方向仍可以根据楞次定律来判断。自感电动势表达式中的负号正是楞次定律的反映，它表明自感电动势的方向总是和原电流变化的趋势 (增大或减小)相反,二、互感现象,由于一个线圈的电流变化，而在另一线圈中产生感应电动势的现象叫做互感现象，简称互感。 1、互感系数 在两个有互感耦合的线圈中，互感磁链与产生此磁链的电流之比值，叫做这两个线圈的互感系数，简称互感，其表达式为： 2、互感电动势,36 RL电路的暂态过程,一、什么是暂态过程,所谓暂态过程，就是由一种稳定状态变化到另一种稳定状态必须经过的变化过程。这一变化过程发生的时间一般都是很短暂的，但有时会产生很大的影响,二、RL电路接通直流电源 RL电路中电流

38、的增长速度或暂态过程的长短取决于电路的时间常数，时间常数与电路中电阻R和电感L有如下关系,三、RL电路的短接,图3-30 RL电路的短接 图3-31 RL电路短接时电路参数曲线,四、通有电流的RL电路与电源断开,通有电流的RL电路的断开是电感电路工作状态发生变化的另一种情况。如图3-32所示，当电路在S打开前的稳定状态下，电路中有稳态电流 流过。当电路突然断开时，在只有纯电阻的电路中，电流会立即减小到零,图3-32 RL电路与电源断开,第四章 电 容 器,4.1 电容器及电容量路及电路图 4.2 电容器的连接 4.3 电容器的充放电 4.4 RC电路的暂态过程 4.5 电容器的种类与选用,41

39、 电容器及电容量,一、电容器,电容器就是储存电荷的容器。两金属导体，中间以绝缘介质相隔，并引出两个电极，就形成了一个电容器。其结构如图4-1a所示,二、电容量 电容器最基本的特性是能够储存电荷。如果在电容器的两极上加上电压，则在两个极板上将分别出现数量相等的正、负电荷，如图4-2所示，电容器极板上所储存的电荷量与两极板间的电压的比值是一常数。这一比值称为电容量，简称电容，用字母C表示。即,式中 Q：任一极板上的电量，C； U：两极板间的电压，V； C：电容量，F(法拉,图4-1 平板电容器结构及一般符号 图4-2 电容器接入电源,三、电容器的主要性能指标,电容器的性能指标有电容量、允许误差、额

40、定工作电压、介质损耗和稳定性等。其中最主要的指标是电容量、允许误差和额定工作电压，一般都直接标在成品电容器的外壳上，常称为电容器的标称值,42 电容器的连接,一、电容器的并联,将两个或两个以上的电容器接在相同的两点之间的连接方式称为电容器的并联，如图4-4a所示。其特点是: 1并联后的总电荷量等于每个电容器上电荷量之和，即： QQlQ2Qn （4-2） 2并联后的等效电容量 (总容量)C等于各个电容器的容量之和，即: CClC2Cn (4-3) 3每个电容器两端承受的电压相等，并等于电源电压U，即: UUlU2Un (4-4,图4-4 电容器的并联,二、电容器的串联,将两个或两个以上的电容器依

41、次相连，构成中间无分支的连接方式，称为电容器的串联，如图4-5所示。其特点如下: 1每个电容器所带电荷量相等，即： QQlQ2Qn 2串联后的等效电容 (总容量)C的倒数等于 各个电容量倒数之和，即： 3总电压U等于每个电容器上的电压之和，即: UUlU2Un,三、电容器的混联 既有串联又有并联的电容器组合，称为电容器的混联，如图4-7所示,图4-7 电容器的混联,图4-5 电容器的串联,43 电容器的充放电,一、电容器的充电过程,开始充电电流最大，灯泡最亮。随着充电的进行，电容器上的电压逐渐上升，与电源正极间的电位差随之减小，充电电流也就越来越小。当电容器A极板与电源正极的电位相等时，充电电

42、流为零，充电即告结束，此时电容器电压UcE,二、电容器的放电过程 电容器上的电压随着放电而下降，直至两极板上电荷完全中和，Uc为零。这时，电容器充电时储存的电场能全部释放出来，并通过电阻R2转化为热能,图4-8 电容器充放电的实验电路,三、电容器中的电流,四、电容器中的电场能量 充电电容器中储存的电场能量可以用下式表示,电容电路中的电流等于电容极板上电荷对时间的变化率,五、电容器的特点,由电容器充放电过程可知，电容器具有以下特点: 1电容器是一种储能元件。充电过程就是极板上电荷不断积累的过程，放电过程是电容器极板上电荷不断向外释放的过程。 2电容器能够隔直流、通交流。电容器仅仅在刚接通直流电源

43、的短暂时间内发生充电过程，即只有短暂的电流。充电结束后，电路电流为零，电路处于开路状态，这就是电容器具有的 “隔直”作用,44 RC电路的暂态过程,一、RC串联电路接通直流电源,实验证明，RC串联电路接通直流电源时，充电电压 与充电电流 随时间变化的曲线如图4-10所示,曲线,二、RC串联电路的短接,RC串联电路短接时，放电电压 和放电电流 随时间变化的曲线如图4-11所示。由于放电电流的实际方向与规定的参考正方向(充电电流方向)相反，故放电电流为负值，如图4-11b所示,图4-11 RC串联电路短接时 、 曲线,三、时间常数,R与C的乘积叫RC电路的时间常数，用表示，即: RC 因此，充电和

44、放电的快慢可以用来衡量。越大，充电越慢，放电 也越慢，即暂态过程越长。反之，越小，暂态过程越短，见表4-1。 表4-1 电容器充电电压 及充电电流随时间常数变化的情况,55 电容器的种类和选用,一、电容器的分类,1固定电容器 电容量不可调节的电容器叫做固定电容器。其外形、名称如图4-12所示，它是电力工业和电子工业不可缺少的元件,图4-12 常用固定电容器,2可变电容器 电容量在较大范围内能随意调节的电容器叫做可变电容器。常用的有空气可变电容器和聚苯乙烯薄膜可变电容器，如图4-13所示。 3微调电容器 电容量在某一小范围内可以调整的电容器叫微调电容器。它分为陶瓷微调、云母微调和拉线微调几种，如

45、图4-14所示,图4-13 可变电容器 图4-14 微调电容器,二、电容器的选用,1首先应满足电性能要求，主要考虑电容量，允许误差和额定工作电 压等指标是否达到电路要求，既不能过高，也不能过低。 2考虑电路要求和使用环境。 3考虑装配形式、体积及成本等。 4对电容器的型号及意义熟悉，这也是选用电容器的依据之一,三、电容器的简易检测方法 固定电容器的好坏及质量高低可以用万用表的电阻挡进行判断，这种方法称为简易检测。 1较大容量电容器的检测 2较小容量电容器的检测,第五章 单相正弦交流电路,5.1 交流电的基本概念 5.2 正弦交流电的表示方法 5.3 纯电阻电路 5.4 纯电感电路 5.5 纯电

46、容电路 5.6 串联电路 5.7 并联电路,51 交流电的基本概念,一、交流电的概念,随时间按正弦规律变化的交流电称为正弦交流电，其波形如图5-1b所示。随时间不按正弦规律变化的交流电，统称为非正弦交流电，图5-1c所示的电压波形就是一种非正弦交流电压。在交流电中，最常用的是正弦交流电,图5-1 直流电和交流电波形图,二、交流电的产生,正弦交流电是通过单相交流发电机产生的，如图5-2所示。单相交流发电机由定子和转子组成。定子中有绕组，且按顺时针方向在磁场中匀速旋转，绕组由于切割磁力线而产生交流电,图5-2 单相交流发电机示意图 图5-3 单相交流电动势变化的曲线,三、交流电的基本物理量,1瞬时

47、值与最大值,图5-4 交流电的瞬时值,2周期、频率、角频率 (1)周期,3)角频率 把交流电每秒所变化的角度（电角度）称为交流电的角频率，用表示，单 位是rad/s。周期、频率和角频率的关系为：,图5-5 交流电的周期,3相位和相位差 (1)相位,图5-6 相位和相位差 图5-7 同相位 图5-8 反相位,4有效值与平均值 (1)有效值 正弦交流电的有效值和最大值之间有如下关系,交流电是一个周期性变动的交变量，在一个周期内的平均值恒等于零，所以一般所说平均值是指半个周期内的平均值。 根据分析计算，正弦交流电半个周期内的平均值为,52 正弦交流电的表示方法,一、相量图表示法,所谓相量图表示法，就

48、是用一个在直角坐标中绕原点不断旋转的矢量来表示正弦交流电的方法，也称为旋转矢量表示法。为了与一般的空间矢量（如力、速度）相区别，常用大写字母上加点“”表示。 用旋转矢量表达正弦量时规定如下: 1旋转矢量的长度代表正弦量的最大值。 2旋转矢量与x轴正向夹角代表正弦量的初相位。 3旋转矢量以角频率随时间t逆时针旋转，任一瞬间，旋转矢量在y轴上的投影就是该正弦量的瞬时值，如图5-13所示,图5-13 旋转矢量,二、符号法,用复数表示正弦量的复数计算法，称为符号法。 以正弦电流为例，设正弦电流的瞬时值表达式为,53 纯电阻电路,一、电流与电压的关系,瞬时值、最大值及有效值均符合欧姆定律,二、电路的功率

49、 平均功率等于瞬时功率最大值的一半，即,54 纯电感电路,纯电感电路是只有空心线圈的负载，而且线圈的电阻和分布电容均可忽略不计的交流电路，如图5-20a所示,一、感抗 把线圈对交流电的阻碍作用称为电感电抗，简称感抗，用符号XL表示，单位是欧姆,图5-20 纯电感电路,二、电流与电压的关系,纯电感交流电路的电流与电压的最大值 (或有效值)符合欧姆定律。 纯电感交流电路的电流瞬时值表达式为,三、电路的功率,55 纯电容电路,一、容抗,二、电流与电压的关系 纯电容交流电路的电流与电压的最大值 (或有效值)符合欧姆定律。 纯电容交流电路的电流瞬时值表达式为,三、电路的功率,56 串联电路,一、RL串联

50、电路,电流是由于电荷的定向移动形成的。在金属导体中，电流是由于电子在外电场作用下有规则地运动形成的。而在某些液体或气体中，电流则是由于正离子或负离子在电场力作用下有规则地运动形成的,一）电压与电流的关系,图 5-27 电阻与电感的串联电路及矢量图,二）电路的功率和功率 1有功功率,整个电路的无功功率也就是电感上的无功功率，即,2无功功率,电源输出的总电流与总电压有效值的乘积叫做电路的视在功率，用S表示，即,3视在功率,4功率因数 或,二、RC串联电路,一）电压与电流的关系,图5-29 RC串联电路 图5-30 RC串联电路矢量图、阻抗和功率三角形,1有功功率 2无功功率 3视在功率 4功率因数

51、,三、RLC串联电路,电阻、电感和电容的串联电路简称RLC串联电路，电路如图5-32所示,一）电压与电流关系,图5-32 RLC串联电路,或,二）谐振条件与谐振频率,电路发生谐振的条件是,谐振频率,三）串联谐振的特点,串联谐振在无线电工程中主要应用于电源内阻低的情况，例如在收音机 中应用串联谐振电路 (又叫谐振回路)使人们可选择想要收听的电台信号，如图5-33所示,四）串联谐振的应用,图5-33 选频电路,五）电路的功率和功率因数 在RLC串联电路中，电阻消耗的功率为总电路有功功率，即平均功率。总电路的无功功率为电感和电容上的无功功率之差,57 并联电路,一、电压与电流的关系,一般常见的并联电

52、路是电感 (等效为RL串联电路)与电容器的并联电路，电子技术中的并联谐振电路就属于这种电路，如图5-34a所示,图5-34 RL与C并联电路,二、谐振条件与谐振频率,谐振角频率的表达式为,电路发生谐振的条件是,提高功率因数的方法：给感性负载并联电容，其补偿电容为,五、功率因数的提高,第六章 三相正弦交流电路,例题解析,例6-3 我们把额定电压为220V，功率为1OOW、40W、60W的三个灯泡A、B、C分别接入三相四线制电源中，电源电压为380V，分别由开关Su、Sv、Sw控制，并在中线上接了开关SN，如图67(a)所示。试分析: (1)开关SN、Su、Sv、Sw全部闭合时，灯泡A、B、C能否

53、正常发光? (2)开关Sw断开，开关SN、Su、Sv闭合时，灯泡A、B能否正常发光? (3)开关Sv、Sw断开，开关SN、Su闭合时，灯泡A能否正常发光? (4)开关SN、Sw断开，开关Su、Sv闭合时，灯泡A、B能否正常发光,解: (1)开关SN、Su、Sv、Sw全部闭合时，每个灯泡两端的相电压为220V，它等于灯泡的额定电压为220V，因此，灯泡A、B、C能正常发光。 (2)开关Sw断开，开关SN、Su、Sv闭合时，灯泡A、B两端的相电压仍为220V，因此，灯泡A、B能正常发光。 (3)开关Sv、Sw断开，开关SN、Su闭合时，灯泡A两端的相电压仍为220V，因此，灯泡A仍能正常发光。 (

54、4)开关SN、Sw断开，开关Su、Sv闭合时，灯泡A、B串联接在两根相线上，即加在灯泡A、B两端的是线电压380V,例题： 有一个三相对称负载，每相负载的电阻R=600，感抗=800，接在电压为380V的三相对称电源上，求:(1)将它们接成Y连接时，线电压、相电压、相电流、线电流分别为多少?(2)将它们接成连接时，线电压、相电压、相电流、线电流分别为多少,解： 不论负载接成Y连接还是连接，负载阻抗总是F (1)负载接成Y连接时，线电压380V 负载的相电压220V 流过负载的相电流 22A 线电流 叫w=22A (2)负载接成A连接时，线电压380V 负载的相电压380V 流过负载的相电流38

55、A 线电流A=66A 通过本题的计算可知: 这说明，在同一对称三相电源作用下，同一对称负载作三角形连接的相电压、相电流是 作星形连接时的相电压、相电流的1.414倍，同一对称负载作三角形连接的线电流是作星形连 接时的线电流的3倍,第七章 非正弦交流电,7.1 非正弦交流电的产生 7.2 非正弦交流电的分解 7.3 非正弦交流电的计算,71 非正弦交流电的产生,一、电路中有几个频率不同的正弦电动势,二、电源电压是非正弦周期电压 三、电路中存在非线性元件,图7-1 非正弦交流电波形,72 非正弦交流电的分解,一、两个不同频率正弦交流电的合成,二、非正弦交流电的分解,图7-5 两个正弦量合成 图7-

56、6 三个正弦量合成 图7-7 四个正弦量合成,任何一个周期性的非正弦波都可以分解成为不同频率的正弦分量,73 非正弦交流电的计算,一、非正弦交流电的有效值,非正弦电流、电压的有效值等于各次谐波有效值平方和的平方根,二、非正弦交流电的平均值 非正弦交流电的平均值，就是指非正弦交流电在一个周期内绝对值的平均值。当非正弦量的波形对称于横轴时，它的平均值为零。工程技术上为了便于说明问题，常把非正弦量的绝对值在一个周期内的平均值，称为非正弦量绝对值的平均值,非正弦电流通过负载时，负载要消耗功率，此功率也称为平均功率,三、非正弦交流电的功率,非正弦电路的功率就是各次谐波所产生的平均功率之和,第八章 磁路与

57、变压器,8.1 磁路及其基本定律 8.2 正单相变压器的结构及工作原理 8.3 非变压器绕组的同极性端及其测定 8.4 特殊变压器简介,81 磁路及其基本定律,一、磁路的基本概念,磁通集中通过的闭合路径称为磁路,二、磁路欧姆定律,表8-1 电路与磁路对照表,图8-1 不同的磁路,82 单相变压器的结构及工作原理,一、单相变压器的结构,变压器主要由铁心和绕组两部分组成,二、单相变压器的工作原理 1电压变换 2电流变换,图8-4 单相变压器的工作原理,3阻抗变换,三、变压器的损耗和效率,变压器输入功率与输出功率之差就是其本身的总损耗，即 P1-P2P损耗 输出功率与输入功率之比称为变压器的效率通常

58、用百分数表示，即,四、变压器的额定值,83 变压器绕组的同极性端及其测定,一、同极性端,所谓同极性端即指在任何时刻极性相同的端点，又称同名端,二、同极性端的测定 测定同极性端可以用直流法和交流法，图8-8是其接线图。图a是直流法，图b是交流法,图8-6 变压器的同极性端,图8-8 绕组同极性端的测定,84 特殊变压器简介,一、自耦变压器,自耦变压器只有一个绕组，其中高压绕组的一部分兼作低压绕组，因此高、低压绕组不但有磁的联系，也有电的联系，如图8-9所示,图8-9 自耦变压器 图8-10 自耦变压器的不安全状况,二、仪用互感器,互感器分有电流互感器和电压互感器。将大电流变换成小电流的称电流互感

59、器，将高电压变换成低电压的称电压互感器。互感器的工作原理与变压器相同，但由于用途不同、安装地点不同、电压等级不同，在构造和外形上有明显的区别,1电流互感器,a)干式 (b)浇注绝缘式 (c)油浸式 图8-12 电流互感器原理图 图8-13 电流互感器外形示例,根据变压器电流变换原理，电流互感器的一次电流I1与二次电流I2之比， 等于二次绕组匝数N2与一次绕组匝数N1之比。即,2电压互感器 电压互感器一次绕组匝数很多，并联于供电系统的一次电路，二次绕组匝数较小，与电压表及电度表、功率表、继电器的电压线圈并联,a)干式 (b)浇注绝缘式 (c)油浸式 图8-15 电流互感器原理图 图8-16 电流

60、互感器外形示例,电压互感器一次电压U1、二次电压U2与其匝数存在如下关系,三、电焊变压器,电弧焊的基本原理是在焊条与工件之间燃起电弧，用电弧的高温使金属熔化进行焊接。在电弧未起燃之前，应当有较高的空载电压，一般为6080V，这样可使起弧比较容易。一旦电弧起燃后，电压应急剧下降，维持电弧的工作电压一般为2535V,图8-17 电焊变压器原理图,四、隔离变压器,五、脉冲变压器,通常利用变压器的变换作用，将电压升高或降低，这时它的变压比,由于变压器的一次、二次绕组是通过磁通交链，没有电的联系， 这就对一次侧、二次侧电路有着隔离的作用,脉冲变压器是用来变换脉冲的幅值的，同时将各个脉冲电路加以隔离。例如