电工基础-精品课件

1、电工基础_课件第1页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五1、电路及定律1.1 电路及基本物理量1.2 电路基本元件1.3 电气设备的额定值 及电路的工作状态1.4 基尔霍夫定律1.5 电路定理第2页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五 电路分析的主要任务在于解得电路物理量，其中最基本的电路物理量就是电流、电压和功率。1.1 电路基本物理量 为了某种需要而由电源、导线、开关和负载按一定方式组合起来的电流通路称为电路。电路的主要功能：一：进行能量的转换、传输和分配。二：实现信号的传递、存储和处理。第3页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五1.1

2、.1 电流 电荷的定向移动形成电流。 电流的大小用电流强度表示，简称电流。 电流：用单位时间内通过导体横截面的电量来表示电流的大小，以字母I表示。电量的单位是C，时间的单位是s，那么电流的单位是A。电流常用的单位还有kA、mA、A。大写 I 表示直流电流 小写 i 表示电流的一般符号第4页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五正电荷运动方向规定为电流的实际方向。电流的方向用一个箭头表示。任意假设的电流方向称为电流的参考方向。 如果求出的电流值为正，说明参考方向与实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。第5页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五1.1.2

3、电压、电位和电动势1、电压： 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两点的电压，用U表示，小写 u表示电压的一般符号。 电压的单位称为伏特，简称伏，用符号V表示。电压常用的单位还有kV、mV、V。 第6页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五电压的实际方向： 规定由电位高处指向电位低处。与电流方向的处理方法类似，可任选一方向为电压的参考方向。 最后求得的u为正值，说明电压的实际方向与参考方向一致，否则说明两者相反。第7页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五2、电位： 电路中某点的电位定义为单位正电荷由该点移至参考点电场力所做的功。 电路中a

4、、b点两点间的电压等于a、b两点的电位差。第8页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五3、电动势： 电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功，称为电源的电动势。 电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定为由负极指向正极。第9页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五 对一个元件，电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定，但为了方便起见，常常将其取为一致，称关联方向；如不一致，称非关联方向。 如果采用关联方向，在标示时标出一种即可。如果采用非关联方向，则必须全部标示。第10页，共51页，2022年，

5、5月20日，4点47分，星期五1.1.3 电功率 电场力在单位时间内所做的功称为电功率，简称功率。 功率与电流、电压的关系：关联方向时：p =ui非关联方向时：p =uip0时吸收功率，p0时放出功率。第11页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五1.2 电路基本元件 常见的电路元件有电阻元件、电容元件、电感元件、电压源、电流源。 电路元件在电路中的作用或者说它的性质是用其端电压、电流的关系，即伏安关系（VAR）来决定的。第12页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五1.2.1 电路元件伏安关系（欧姆定律）：关联方向时：u =Ri非关联方向时：u =Ri1电阻元

6、件(R)符号：功率： 电阻元件是一种消耗电能的元件。第13页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五伏安关系：2电感元件(L)符号：电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件，是实际电感器的理想化模型。 称为电感元件的电感，单位是亨利（）。只有电感上的电流变化时，电感两端才有电压。在直流电路中，电感上即使有电流通过，但，相当于短路。存储能量：第14页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五3电容元件(C)电容元件是一种能够贮存电场能量的元件，是实际电容器的理想化模型。伏安关系：符号：只有电容上的电压变化时，电容两端才有电流。在直流电路中，电容上即使有电压，但，相当于开路，

7、即 电容具有隔直作用。C称为电容元件的电容，单位是法拉（F）。存储能量：第15页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五1.3 电气设备的额定值及电路的工作状态1.3.1 电气设备的额定值 额定值是制造厂为了使产品能在给定的工作条件下正常运行而规定的正常容许值。额定值有额定电压UN与额定电流IN或额定功率PN 。 必须注意的是，电气设备或元件的电压、电流和功率的实际值不一定等于它们的额定值。第16页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五1.3.2 电路的工作状态 1、负载状态: 就是电源与负载构成的闭合回路，电路中有电流通过，电路正常工作。P=UI：电源输出的功率

8、PS=USI：电源产生的功率P=I2R0：内阻消耗的功率第17页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五2、空载状态: 空载就是电源与负载未接成闭合的回路，电路中没有电流通过。空载又称为开路。第18页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五3、短路状态: 短路就是电源未经负载而直接由导线（导体）构成通路，电路中电流比通路时大得多，可能烧坏电源和其他设备。第19页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五1.4 基尔霍夫定律支路、节点、回路 电路中两点之间通过同一电流的不分叉的一段电路称为支路。电路中3条或3条以上支路的联接点称为节点。 电路中任一闭合的路

9、径称为回路。回路内部不含支路的称网孔。图示:电路有3条支路、两个节点、3个回路、两个网孔。第20页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五1.4.1 基尔霍夫电流定律（KCL） 在任一瞬时，流入任一节点的电流之和必定等于从该节点流出的电流之和。 在任一瞬时，通过任一节点电流的代数和恒等于零。表述一表述二可假定流入节点的电流为正，流出节点的电流为负；也可以作相反的假定。所有电流均为正。第21页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五1.4.2 基尔霍夫电压定律（KVL）表述一表述二 在任一瞬时，在任一回路上的电位升之和等于电位降之和。 在任一瞬时，沿任一回路电压的代数

10、和恒等于零。电压参考方向与回路绕行方向一致时取正号，相反时取负号。所有电压均为正。第22页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五1.5 电路定理1.5.1 叠加定理在任何由线性电阻、线性受控源及独立源组成的电路中，每一元件的电流或电压等于每一个独立源单独作用于电路时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。这就是叠加定理。说明：当某一独立源单独作用时，其他独立源置零。第23页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五1.5.2 戴维南定理对外电路来说，任何一个线性有源二端网络，都可以用一个电压源即恒压源和电阻串联的支路来代替，其恒压源电压等于线性有源二端网络的开路电压U

11、OC，电阻等于线性有源二端网络除源后两端间的等效电阻Ro。这就是戴维南定理。第24页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五1.5.3 诺顿定理对外电路来说，任何一个线性有源二端网络，都可以用一个电流源即恒流源和电阻并联的电路来代替，其恒流源电流等于线性有源二端网络的短路电流ISC，电阻等于线性有源二端网络除源后两端间的等效电阻Ro。这就是诺顿定理。第25页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五2、 正弦交流电2.1 正弦交流电的基本概念2.2 三相正弦交流电第26页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五2.1 正弦交流电的基本概念 定义：随时间按

12、正弦规律变化的电压、电流称为正弦电压和正弦电流。表达式为：第27页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五以正弦电流为例：振幅角频率振幅、角频率和初相称为正弦量的三要素。相位初相角: 简称初相波形:第28页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五角频率：正弦量单位时间内变化的弧度数角频率与周期及频率的关系：周期T：正弦量完整变化一周所需要的时间频率f：正弦量在单位时间内变化的周数。周期与频率的关系：2.1.1 周期与频率第29页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五2.1.2 相位、初相和相位差相位：正弦量表达式中的角度初相：t=0时的相位相位差：两

13、个同频率正弦量的相位之差，其值等于它们的初相之差。如：相位差为：第30页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五第31页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五2.1.3 振幅与有效值振幅：正弦量的最大值。周期电流有效值： 让周期电流i和直流电流I分别通过两个阻值相等的电阻R，如果在相同的时间T内，两个电阻消耗的能量相等，则称该直流电流I的值为周期电流i的有效值。第32页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五 正弦交流电路计算功率的公式：有功功率(P)：P= U X I X cos；用P表示，单位为W。 无功功率(Q)：Q= U X I X sin；

14、用Q表示 ，单位为Var 。 视在功率(S)：S= U X I ；用S表示 ，单位为VA 。 三者关系：S2=P2+Q22.1.4 正弦交流电的功率第33页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五有功和无功： 在交流电能的发、输、用过程中，用于转换成非电、磁形式的那部分能量叫有功。 用于电路内电、磁场交换的那部分能量叫无功。 第34页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五功率因数COS： 功率因数COS，也叫力率，是有功功率和视在功率的比值，即COS=P/S。在一定的额定电压和额定电流下，功率因数越高，有功所占的比重越大，反之越低。提高功率因数的意义：(1)提高发

15、、配电设备的利用率；(2)减少输电线路的电压降和功率损失。第35页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五2.2 三相正弦交流 由3个频率相同、振幅相同、相位互差120的正弦电压源所构成的电源称为三相电源。由三相电源供电的电路称为三相电路。2.2.1 三相交流电的产生 三相电源由三相交流发电机产生的。在三相交流发电机中有3个相同的绕组。3个绕阻的首端分别用A、B、C表示，末端分别用X、Y、Z表示。这3个绕组分别称为A相、B相、C相，所产生的三相电压分别为：第36页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五对称三相电源：三个电压 同幅值 同频率相位互差120三个电压达最

16、大值的先后次序叫相序，图示相序为ABC。任一瞬间对称三相电源3个电压瞬时值之和或相量之和为零。第37页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五星形连接：3个末端连接在一起引出中线，由3个首端引出3条火线。每个电源的电压称为相电压火线间电压称为线电压。2.2.2 三相电源的联接第38页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五注：此种接法如一相接反，将造成严重后果。三角形连接：将三相绕组的首、末端依次相连，从3个点引出3条火线。第39页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五1. 负载星形联接相电流：负载中的电流。线电流：火线中的电流。2.2.3 三相电路

17、中负载的联接在三相电路中，每相负载中的电流应该一相一相地计算。在忽略导线阻抗的情况下，各相负载承受的电压就是电源对称的相电压，因此各相电流为：第40页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五中线中没有电流，即如果三相负载是对称的，即则：三相功率：第41页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五相电流线电流2. 负载三角形联接第42页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五3、磁路3.1 磁路基本物理量3.2 电磁感应3.3 铁磁材料的磁性能3.4 交流铁心线圈电路第43页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五概述 实际电路中有大量电感元

18、件的线圈中有铁心。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。第44页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五3.1. 磁路的基本物理量1磁感应强度B 磁感应强度B是表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。 B的大小等于通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目，B的方向用右手螺旋定则确定。单位是特斯拉(T)。2磁通 均匀磁场中磁通等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，单位是韦伯(Wb)。第45页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五3磁场强度H 磁场强度只与产生磁场的电流以及这些电流分布有关，而与磁介质的磁导率无关，单位是安米（Am）。是为了简化计算而引入的辅助物理量。第46页，共51页，2022年，5月20日，4点47分，星期五4磁导率 磁导率表示物质的导磁性能，单位是亨/米(H/m)。真空的磁导率 非铁磁物质的磁导率与真空极为接近，铁磁物质的磁导率远大于真空的磁导率。 相对磁导率r：物质磁导率与