电工基础知识大全[行业使用]

1、 电工基础知识电工基础知识 1优质荟萃 目 录 1、电流、电压、电阻 2、电容、电感、电抗 3、常用公式 4、谐振电路 2优质荟萃 第第1 1章章 电流、电压、电阻电流、电压、电阻 3优质荟萃 1.1 电流 4优质荟萃 5优质荟萃 1.1.1 串联电路 21 III 6优质荟萃 1.1.2 并联电路 R R1 1U U I I R R2 2 I I1 1I I2 2 I RR R I 21 2 1 I RR R I 21 1 2 7优质荟萃 电动势的单位： 伏 特 (V) 电动势的实际方向 1.2 电 压 8优质荟萃 v电动势的大小在数值上等于电源两端的开路电压. 理想电压源: E=U 如何测

2、出电动势 的大小? 非理想电压源:EU A O E=UAO 9优质荟萃 电动势和电压有些什么区别？ （1）它们描述的对象不同：电动势是电源具有的，是描 述电源将其他形式的能量转化为电能本领的物理量，电 压是反映电场力做功本领的物理量。 答 电动势和电压虽然具有相同的单位，但它们是本质不 同的两个物理量。 （2）物理意义不同：电动势在数值上等于将单位电量正 电荷从电源负极移到正极的过程中，其他形式的能量转 化成的电能的多少；而电压在数值上等于移动单位电量 正电荷时电场力作的功，就是将电能转化成的其他形式 能量的多少。它们都反映了能量的转化，但转化的过程 是不一样的。 10优质荟萃 1.2.1 串

3、联电路 R R1 1 R R2 2 U U1 1 U U2 2 U U I I U RR R U 21 1 1 U RR R U 21 2 2 21 UUU 11优质荟萃 1.2.2 并联电路 21 UUU 12优质荟萃 1.3 电 阻 S L R 对于一段材质和粗细都均匀的导体来说， 在一定温度下： 13优质荟萃 R1 1R2 2 U1 1U2 2 U总总 R总总 U总总 所以所以 I I U U1 1 I I R R1 1= = U U2 2 I I R R2 2= = 且且 U U总总=U=U1 1+U+U2 2 由欧姆定律可得由欧姆定律可得: U U总总 I I R R总总= = U

4、U1 1+U+U2 2 = = I I = = U U1 1 I I + + U U2 2 I I =R=R1 1+R+R2 2 补充说明补充说明:(1):(1)串联电路的总电阻大于任何一个分电阻，原串联电路的总电阻大于任何一个分电阻，原 因是串联后相当于增加了导体的长度。因是串联后相当于增加了导体的长度。 (2)(2)n个相同的电阻串联后的总阻值为个相同的电阻串联后的总阻值为nR R。 由此推出由此推出: :串联电路的总电阻等于各分电阻之和。串联电路的总电阻等于各分电阻之和。 即即:R:R总总=R=R1 1+R+R2 2 14优质荟萃 R 1 1 R 2 2 U I总 I1 I2R总 总 U

5、 I总 由欧姆定律可得由欧姆定律可得: U U R R1 1 I I1 1= = U U R R2 2 I I2 2= = 且且 I I总总=I=I1 1+I+I2 2 U U R R总总 I I总总= = 所以所以 U U R R总总 U U R R1 1 = =+ + U U R R2 2 1 1 R R总总 1 1 R R1 1 = =+ + 1 1 R R2 2 由此推出由此推出: :并联电路的总电阻的倒数等于各分电阻并联电路的总电阻的倒数等于各分电阻 的倒数之和。的倒数之和。 1 1 R R总总 1 1 R R1 1 = =+ + 1 1 R R2 2 即即: :或：或： R R1

6、1R R2 2 R R1 1+R+R2 2 R R总总= = 15优质荟萃 1 1 R R总总 1 1 R R1 1 = =+ + 1 1 R R2 2 1 1 R R总总 = = R R1 1+R+R2 2 R R1 1R R2 2 R R1 1R R2 2 R R1 1+R+R2 2 R R总总= = R R1 1R R2 2 R R1 1+R+R2 2 R R总总= =1 1 R R总总 R R1 1 = = R R1 1R R2 2 R R1 1+R+R2 2 R R1 1 = = R R2 2 R R1 1+R+R2 2 因为因为 所以所以R R总总R R1 1同理同理R R总总R

7、R2 2 补充说明补充说明: :（1 1）并联电路的总电阻小于任何一个分电阻，原因）并联电路的总电阻小于任何一个分电阻，原因 是并联后相当于增加了导体的横截面积。是并联后相当于增加了导体的横截面积。 （2 2）n个相同的电阻并联后的总阻值为个相同的电阻并联后的总阻值为 R n 16优质荟萃 第第2 2章章 电容、电感、电抗电容、电感、电抗 17优质荟萃 线性电容元件线性电容元件：任何时刻，电容元件极板上的：任何时刻，电容元件极板上的 电荷电荷q与电压与电压 u 成正比。成正比。 2 2、电路符号、电路符号 1 1、电容器、电容器 C + + + + +q q 18优质荟萃 与电容有关两个变量与

8、电容有关两个变量: C, q 对于线性电容，有：对于线性电容，有： q =Cu 3. 3. 元件特性元件特性 ，C 称为电容器的电容称为电容器的电容 电容电容 C 的单位：的单位：F (法法) (Farad，法拉，法拉) F= C/V = As/V = s/ 常用常用 F，nF，pF等表示。等表示。 C i u + + u q C def 19优质荟萃 4 4、伏安特性、伏安特性：线性电容的线性电容的qu 特性特性是过原点的直线是过原点的直线 C= q/u tg 5 5、电压、电流关系、电压、电流关系： u, i 取关联参考方向取关联参考方向 C i u + + 表明电流正比于电压的变化率。表

9、明电流正比于电压的变化率。 q uO dt du C dt Cud dt dq i )( 电容有隔直作用电容有隔直作用 20优质荟萃 t t t t t t tt iqtq i C u id C i C i C tu t t 0 0 0 0 0 0 d)( d 1 1 d 1 d 1 )( )( )( dt du Ci 由由 有有 结论：结论：1、电容元件是一个动态元件；、电容元件是一个动态元件； 2、电容元件有、电容元件有“记忆记忆”效应。效应。 21优质荟萃 6 6、电容元件的功率和能量、电容元件的功率和能量 在电压、电流关联参考方向下，电容元件吸收的功率为在电压、电流关联参考方向下，电容

10、元件吸收的功率为 到到 t从 从t - 时间内，电容元件吸收的电能为时间内，电容元件吸收的电能为 dt du Cuu dt du Cuip 则：电容在任何时刻则：电容在任何时刻 t 所储存的电场能量所储存的电场能量Wc将将 等于其所吸收的能量。等于其所吸收的能量。 0)( 2 1 )( 2 1 )( 2 1 )( 2 1 ) ( 2 1 d d d 22 0)( 222 tq C tCu CutCuCu u CuW u t t C 若 22优质荟萃 由此可以看出，电容是无源元件，它本身不消耗能量。由此可以看出，电容是无源元件，它本身不消耗能量。 从从t0到到 t 电容储能的变化量：电容储能的变

11、化量： 7 7 、小结：、小结： (1) i的大小与的大小与 u 的的，与，与 u 的大小无关；的大小无关； (3) 电容元件是一种记忆元件；电容元件是一种记忆元件； (2) 电容在直流电路中相当于开路，有电容在直流电路中相当于开路，有； (4) 当当 u，i为关联方向时，为关联方向时，i= Cdu/dt； u，i为为关联方向时，关联方向时，i= Cdu/dt 。 )( 2 1 )( 2 1 )( 2 1 )( 2 1 0 22 0 22 tq C tq C tCutCuWC 23优质荟萃 L i + u 变量变量: 电流电流 i , 磁链磁链 1 1 、线性定常电感元件、线性定常电感元件 L

12、 称为自感系数称为自感系数 L 的单位：亨（利）的单位：亨（利） 符号：符号：H (Henry） i L def 由电磁感应定律和楞次定律由电磁感应定律和楞次定律: t d N t u dd d i , 右螺旋右螺旋 u , i 关联关联 i + u 24优质荟萃 3 3 、电压、电流关系、电压、电流关系： t i Lu d d L i + u tt tu L itu L i 0 d 1 )0(d 1 t tu 0 d)0( 动态元件动态元件 记忆元件记忆元件 2 2 、韦安、韦安（ -i ）特性）特性 i 0 25优质荟萃 4 4 、电感的储能、电感的储能 也是无损元件也是无损元件 L是无源

13、元件是无源元件 t i Liuip d d i LiW t d d d 吸 0)( 2 1 )( 2 1 22 0)( t L tLi i 若 26优质荟萃 (1) u的大小与的大小与 ，与，与 i 的大小无关；的大小无关； (3) 电感元件是一种电感元件是一种； (2)电感在电感在电路中相当于电路中相当于； (4) 当当 u，i 为关联方向时，为关联方向时，u=L di / dt； u，i 为为关联方向时，关联方向时，u= L di / dt 。 5 5 、小结小结： 27优质荟萃 1.1.电容的串联电容的串联 u1 u C2 C1 u2 + + + - - i t i C ud)( 1 1

14、 1 t i C ud)( 1 2 2 t i CC uuud)() 11 ( 21 21 t i C d)( 1 28优质荟萃 C 21 21 CC CC i u + - C 等效等效 u1 u C2 C1 u2 + + + - - i 29优质荟萃 t i C ud)( 1 1 1 t i C ud)( 1 2 2 t i C ud)( 1 u CC C u C C u 21 2 1 1 u CC C u C C u 21 1 2 2 i u + - C u1 u C2 C1 u2 + + + - - i 30优质荟萃 i2i1 u + - C1C2 i t u Ci d d 11 t u

15、 Ci d d 22 t u CCiii d d )( 2121 t u C d d CCC 21 i u + - C 等效等效 2.2.电容的并联电容的并联 31优质荟萃 i2i1 u + - C1C2 i t u Ci d d 11 t u Ci d d 22 t u Ci d d i C C i 1 1 i C C i 2 2 i u + - C l 32优质荟萃 3. 3. 电感的串联电感的串联 t i Lu d d 11 t i L t i LLuuu d d d d )( 2121 21 LLL u1 u L2 L1 u2 + + + - - i i u + - L t i Lu

16、d d 22 等效等效 33优质荟萃 u LL L u L L t i Lu 21 11 11 d d u LL L u L L t i Lu 21 22 22 d d u1 u L2 L1 u2 + + + - - i i u + - L 等效等效 34优质荟萃 t u L id)( 1 1 1 u + - L1L2 i2i1 i u + - L 等效等效 t u L id)( 1 2 2 t u LL iiid)( 11 21 21 t u L d)( 1 21 21 21 11 1 LL LL LL L 4.4.电感的并联电感的并联 35优质荟萃 i Lu t d)( 21 2 11 1

17、 d)( 1 LL iL i L L u L i t 21 1 22 2 d)( 1 LL iL i L L u L i t u + - L1L2 i2i1 i u + - L 等效等效 36优质荟萃 以上虽然是关于两个电容或两个电以上虽然是关于两个电容或两个电 感的串联和并联等效，但其结论可以感的串联和并联等效，但其结论可以 推广到推广到 个电容或个电容或 个电感个电感的串联的串联 和并联等效中和并联等效中。 37优质荟萃 1.3 欧姆定律 IRU I U R U UR R I I R U I U-(V ) R-() I-(A ) 38优质荟萃 rR E I ? ? ? ? r U rIIR

18、E U R rIEU R ? 39优质荟萃 第第3 3章章 电学公式电学公式 40优质荟萃 41优质荟萃 42优质荟萃 第第4 4章章 谐振电路谐振电路 43优质荟萃 概述：谐振是正弦电路中可能发生的一种特殊现概述：谐振是正弦电路中可能发生的一种特殊现 象。由于回路在谐振状态下呈现某些特征，因此象。由于回路在谐振状态下呈现某些特征，因此 在工程中特别是电子技术中有着广泛的应用，但在工程中特别是电子技术中有着广泛的应用，但 在电力系统中却常要加以防止。在电力系统中却常要加以防止。 44优质荟萃 教学内容教学内容 谐振的概念，串联与并联谐振的条件、特征等。 教学要求教学要求 1.深刻理解谐振的概念

19、。 2.熟练掌握串联谐振与并联谐振的条件与特征。 教学重点和难点教学重点和难点 重点： RLC串联谐振的条件与特点。 难点：难点： 并联谐振电路的应用。 45优质荟萃 4.1 串联谐振电路 一、谐振现象 谐振概念：谐振概念：含有电感和电容的电路，如果无功功含有电感和电容的电路，如果无功功 率得到完全补偿，使电路的功率因数等于率得到完全补偿，使电路的功率因数等于1 1，即：，即： u、 i 同相，称此电路处于谐振状态。同相，称此电路处于谐振状态。 谐振谐振 串联谐振：串联谐振：L 与与 C 串联时串联时 u、i 同相同相 并联谐振：并联谐振：L 与与 C 并联时并联时 u、i 同相同相 0 iu

20、 此时此时阻抗角阻抗角 46优质荟萃 u R L C R u L u C u i 二、串联电路的谐振条件二、串联电路的谐振条件 0 1 R XX tg CL Z XXjRZ CL 因为 若电路谐振 0 1 C LXX CL 串联电路谐振条件：谐振条件：感抗感抗= =容抗容抗 C L 1 47优质荟萃 C L 0 0 1 谐振角频率谐振角频率 和谐振频率和谐振频率 0 0 f 谐振条件谐振条件 谐振角频率谐振角频率 LC 1 0 LC f 2 1 0 谐振频率谐振频率 f2 48优质荟萃 三种调谐方法：三种调谐方法： （1）调频调谐：）调频调谐： LC f LC 2 11 00 或 （2）调容调

21、谐：）调容调谐： L C 2 0 1 （3）调感调谐：）调感调谐： C L 2 0 1 49优质荟萃 例例6-16-1 某个收音机串联谐振电路中，某个收音机串联谐振电路中，C=150pF， L=250H，求该电路发生谐振的频率。，求该电路发生谐振的频率。 解解: : LC 1 0 因为因为 所以所以kHz820 14. 32 1016. 5 2 6 0 0 f srad /1016. 5 1025010150 1 6 612 0 有有 50优质荟萃 例例6-26-2 RLC串联电路中，已知串联电路中，已知 L=500H， R=10， f=1000kHz，C在在12290pF间可调，求间可调，求

22、C调到何值调到何值 时时电路发生谐振。电路发生谐振。 解解: : L C 2 1 因为因为 pFC7 .50 10500)1010002( 1 623 有有 答：答： 当当C调到调到50.7pF时电路发生谐振。时电路发生谐振。 51优质荟萃 三、串联谐振电路的基本特征三、串联谐振电路的基本特征 2.2.电路的电抗为零，感抗与容抗相等并等电路的电抗为零，感抗与容抗相等并等 于电路的于电路的特性阻抗特性阻抗 C L C L 0 0 1 RZ 0 1.1.电路阻抗最小电路阻抗最小, ,且为且为纯电阻纯电阻 R U III S max0 3.3.当电源电压一定时，当电源电压一定时， 谐振电流谐振电流最

23、大最大 52优质荟萃 RCR L Q 0 0 1 4.4.当当品质因数品质因数 此时此时 5.5.无功功率为零，电源供给的能量全部消耗无功功率为零，电源供给的能量全部消耗 在电阻上。在电阻上。 SCL QUUU 00 电感电压和电容电压 远远超过电源电压 一般情况下:Q 1 电压谐振电压谐振 53优质荟萃 U U U U CRR L Q CL 0 0 1 定义 品质因数品质因数 讨论讨论 定义 特性阻抗特性阻抗 C L C L 0 0 1 谐振时的感抗、容抗 R Q Q物理意义 在谐振状态下,若 RXL、RXC ， Q则体现了UC或UL比U高出的倍数。 54优质荟萃 例例6-3 6-3 图示R

24、LC串联电路，已知R =9.4 ，L =30H ， C =211pF，电源电压U =0.1mV。求电路发生谐振时的谐 振频率f0 ，回路的特性阻抗 和品质因数Q及电容上的电 压UC0 。 电路的谐振频率 解解: : 2MHzHz 1021110302 1 2 1 126 0 LC f 回路的特性阻抗 377 10211 1030 12 6 C L 电路的品质因数40 4 . 9 377 R Q 电容电压 UC0=QU=400.1 mV =4 mV 55优质荟萃 4.2 并联谐振电路 iC iRL + uS - - i C R L 一、谐振条件一、谐振条件 ) ) ( )( 1 2222 LR

25、L Cj LR R Cj LjR Y （ 22 )( LR L C 虚部=0，则 、 同相 I U 谐振条件谐振条件 56优质荟萃 谐振角频率谐振角频率 2 2 2 0 1 11 R L C LCL R LC L CR LCL R LC f 2 2 2 0 1 2 11 2 1 谐振频率谐振频率 R很小 LC 1 0 R很小 LC f 2 1 0 如果 ，0实数电路可能谐振 C L R C L R ，0虚数电路不可能谐振 01 2 L CR 01 2 L CR 57优质荟萃 二、并联谐振电路的基本特征二、并联谐振电路的基本特征 iC iRL + u - - i C R L 1.1.谐振时，回路

26、谐振时，回路 与与 同相同相。 I U 2 0 2 )(LR U I L 当R 0L L U IL 0 IC=U 0C 而总电流 2 0 2 0 )(LR UR UGII 与电压同相位 当R I0 ， 电感线圈与电容并联，谐振时，电感线圈与电容并联，谐振时， ILIC I0 线圈电阻很小 U RL I C I I 58优质荟萃 2.2.谐振时，回路谐振时，回路导纳导纳最小最小且为且为纯电导纯电导 ) ) ( )( 2222 LR L Cj LR R Y （ 在在R 0 L条件下，条件下， RC L Z 0 3.3.并联谐振时，电路的并联谐振时，电路的特性阻抗特性阻抗与串谐一样与串谐一样 C L

27、 RR L L RC C G C Q 000 4.4.当当品质因数品质因数 此时此时 000 QIII CL R 0 L与Q 1同含义 电感电流和电容电流 远远超过总电流 电流谐振电流谐振 回路回路阻抗最大阻抗最大 59优质荟萃 5.5.若电源为电流源若电源为电流源 00max0 ZIUU Q RC L Z 0 R Q C L 注意：由注意：由和和推出推出 iC iRL + u - - i C R L + u - - i L C 0R 0 Z 60优质荟萃 例例6-4 6-4 线圈与电容器并联电路，已知线圈的电阻R =10，电感L=0.127mH，电容C =200pF，谐振时总 电流I0=0.

28、2mA。求：（1）电路的谐振频率f0和谐振 阻抗Z0，（2）电感支路和电容支路的电流IL0 、IC0。 谐振回路的品质因数 解解: : C L R Q 1 80 10200 10127. 0 10 1 12 3 因Q 1，有 LC f 2 1 0 Hz10 1020010127. 02 1 6 123 电路的谐振阻抗 CR L Z 0=Q 2R =80210=64000 = 64 k 电感支路和电容支路的电流IL0 、IC0 IL0 IC0= Q I0=800.2mA=16mA 61优质荟萃 例例6-5 6-5 收音机的中频放大耦合电路是一个线圈与 电容器并联谐振回路，其谐振频率为465 kH

29、z ,电容 C =200 pF，回路的品质因数Q =100。求线圈的电感 L和电阻R 。 因为Q 1，所以电路的谐振频率 解解: : LC f 2 1 0 因此回路谐振时的电感和电阻分别为 Cf L 2 0) 2( 1 1223 10200)104652( 1 H =0.57810-3 H C L Q R 1 12 3 10200 10578.0 100 1 =17 62优质荟萃 1.1.在含有电抗元件的电路中，当端口电压与电流 同相时，电路发生谐振。 小结 C L 1 LC 1 0 C L C L 0 0 1 R Q 2.2.串联谐振电路 品质因数特性阻抗 （电压谐振） 串谐特 征 谐振条件

30、 谐振频率 阻抗最小 Z0=Zmin=R； 电流最大 I0=Imax； 电压 UL0=UC0=QU，U=UR 63优质荟萃 C L 1 LC 1 0 3.3.并联谐振电路 R Q 品质因数 C L 特性阻抗 （电流谐振） 谐振条件 谐振频率 电感线圈并联电容且满足R0L时： 并谐特 征 RC L 阻抗最大 Z0=Zmax= ； 对电流源电压最大 U0=Umax； 电流 IL0=IC0=QI 64优质荟萃 4.3 4.3 谐振电路的频率特性谐振电路的频率特性 频率特性频率特性是指电路中的电压、电流、阻抗或导 纳及阻抗角或导纳角等各量随频率变化的关系。 一、串联谐振电路的频率特性一、串联谐振电路的

31、频率特性 L X Z Y Z , Y , X R 0 0 C 1 R-L-C串联电路的 X- 和Z - 曲线 65优质荟萃 X随 变化情况 当 0时，X 为正值，电路呈感性。 L X Z Y Z , Y , X R 0 0 C 1 Z随 变化情况 Z 随 的变化呈凹形， 并在 =0 时有最小值。 66优质荟萃 1.1.幅频幅频特性和特性和相频相频特性特性 幅频特性和相频特性，分别表示幅频特性和相频特性，分别表示幅度随幅度随 的的 变化关系变化关系和和相位相位随随 的变化关系的变化关系。 R C L 1 arctan)( 22 ) 1 ()( C LRZ 00 0 )(Z 0 0 0 2 )(

32、2 阻抗的模Z 随的变化关系 阻抗角随的变化关系 67优质荟萃 选择性：选择性：突显0附近的电流 22 ) 1 ( )( C LR U Z U I 00 0 I0 )(I 电流的谐振曲线 当偏离0时，电流下降，而且偏离0越远， 电流下降程度越大。 当 = 0时 ，电流最大 R U III 0max 68优质荟萃 2. 选择性与通频带选择性与通频带 22 ) 1 ( )( C LR U Z U I R L Q 0 整理后得 结论：结论：选择性与品质因数选择性与品质因数Q有关，品质因数有关，品质因数Q越大，越大， 曲线越尖锐，选择性越好。曲线越尖锐，选择性越好。 LC 1 0 2 0 0 2 0

33、1 1 Q I I 通用电流谐振曲线 1 Q=1 Q=10 Q=100 /0 I/I0 1 69优质荟萃 A1A2 0.707 f1 f0 f2f 0 I/I0 B 1 是回路电流I 0 707. 0 2 1 I 的频率范围。通频带通频带 通频带通频带 f1为下边界频率 f2为上边界频率 Q f0 B =f2 - f1 = 结论： 通频带B与品质因数Q成反比。 Q值越高， B越窄；反之，Q值越低， B越宽。 70优质荟萃 例例 6-6 6-6 串联谐振回路的谐振频率f0 =7105Hz，回 路中的电阻R=10，要求回路的通频带B=104Hz， 试求回路的品质因数，电感和电容。 解解: : 回路的品质因数 70 10 107 4 5 0 B f Q 因为 R L Q 0 所以 电容 L C 2 0 1 6 2 5 101591072 1 F =325pF 5 0 1072 1070 QR L H =159H 电感 71优