电工学基本知识

第二章

电工学基本知识电路概念电路基本物理量与基本定律电路的状态电与磁直流电和交流电三相交流电历史上的电流大战2/4/20231一．电路概念电流的通路，电流流经的路径。由电气设备和元器件（用电器），按一定方式联接起来，为电荷流通提供了路径。简称网络或回路。

(特殊情况下无电流）强电——起电能的传输和转换作用。弱电——起信号的传递和处理作用“强”“弱”是相对而言。电业界的”行话”。组成有三部分：电源（信号源）、中间环节、负载。2/4/20232电路实例电源:

提供电能的装置负载:取用电能的装置中间环节：传递、分配和控制电能的作用发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线直流电源直流电源:

提供能源中间环节：放大、音调控制等负载信号源:

提供信息放大器扬声器话筒2/4/20233电路图——电原理图，由电路元器件符号画成的。实物图——实际电子元器件连接而成，复杂时看不清楚。图形符号、文字符号有国家标准，电阻、电容、电感、二三极

集成电路、开关、电路图实例:电吹风220V~M马达电热丝3关1231热风2冷风2/4/20234电路元器件符号电阻R

电容C

电感L电源E单刀开关SW双刀开关SW选择开关1X3“单刀三位”开关三刀开关SW导线交叉不连接导线交叉相连接三极管T二极管D2/4/20235二．电路基本物理量电流：电荷的定向移动电流强度：I=Q/t,i=dq/dt安培=库仑/秒方向：正电荷移动方向电压：电路中两点之间的电位差

单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所作的功U=W/q伏特=焦耳/库仑方向电动势：电源特征的物理量。电源将其它形式的能转化为电能的本领。方向三．基本定律欧姆定律：I=U/R全电路欧姆定律：I=E/R+rE为电源电动势，r为电源内阻。电功率和电能：P=UI=I2R，W、

KWW=I2Rt,焦耳，千瓦时、KWh。电能与电功率（功与功率）的区别Er

UR2/4/20236德国，乔治·西蒙·欧姆(1789-1854）)他将实验结果于1826年发表。1827年欧姆又在《电路的数学研究》一书中，把他的实验规律总结成如下公式：Ｓ＝γE。式中S表示电流；E表示电动力，即导线两端的电势差，γ为导线对电流的传导率，其倒数即为电阻。欧姆定律发现初期，许多物理学家不能正确理解和评价这一发现，并遭到怀疑和尖锐的批评。研究成果被忽视，经济极其困难，使欧姆精神抑郁。2/4/20237四．电路的状态1．

有载，通路状态

负载与电源接通。电源短路，局部短路

电源短路电流很大，常用保险丝（熔断器）来保护。

2．电源开（断）路，局部开路

3．额定值家用电器铭牌上标明的使用电压、频率、功率等指标即额定值。额定值是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，是综合考虑了安全、可靠、使用寿命、制造成本等因素制定的。满载：实际电压、电流、功率等于额定值；过（超）载：实际电压、电流、功率大等额定值；轻载：实际电压、电流、功率小等额定值。降低电器的使用电压能否节电？有一个白炽灯的例子。FUEr

URU’2/4/20238五．电与磁1．电与磁不可分有电路，又有磁路。变压器、电感器，电动机中有电路又有磁路。通过磁来传递能量。电能→电能：变压器，电→磁→电；电能→机械能：电动机，电→磁→机械。磁路，磁力线在铁心中形成闭合的路径。铁心由磁性材料制成，能集中磁力线。磁阻（类比电阻）：磁性材料能集中磁力线，磁阻小；非磁性材料，不集中磁力线，磁阻很大。2/4/20239

磁“永动机”“地震预报器”2/4/2023102、电磁关系的发现长期以来，磁现象与电现象是被分别进行研究的，许多科学家都认为电与磁没有什么联系，电与磁是两种完全不同的实体，它们不可能相互作用或转化。1820年，丹麦的奥斯特(Hans

Christian

Oersted，1777－1851），发现通电导线周围产生磁场，小磁针偏转，用右手定则判断。“电生磁”现象。安培提出了磁针转动方向和电流方向的关系—右手定则安培发现磁场对通电导体有作用力—左手定则。发明了电流计反过来，“磁生电”行否？电能原由化学电池产生，意大利的伏特发明电池，称伏特电池，因成本等问题不可能广泛用作动力。2/4/202311奥斯特(Hans

Christian

Oersted，1777－1851）奥斯特实验1820年春，奥斯特安排了一个实验，让电流通过一很细的铂丝，把一个带玻璃罩的指南针放在铂丝下面，实验没有取得明显的效果。1820年4月的一天晚上，奥斯特在讲课中突然出现了一个想法，讲课快结束时，他说：让我把导线与磁针平行放置来试试看。当他接通电源时，他发现小磁针微微动了一下。2/4/202312安培（(AndréMarieAmpè1775～1836年)安培定则电流的相互作用电流计分子电流假说安培2/4/202313法拉第1821-1831实验十余年。动磁生电导体与磁场有相对运动，线圈中磁力有变化才产生感应电动势和感应电流——这就是发电机原理。法拉第定律——判断电磁感应的大小：楞次定律——解决感应电动的势方向问题：电磁感应产生的电流也会产生磁场（右手定则），其方向是要阻碍外界磁场的变化。外磁场增大时阻碍其增大，减小时阻碍其减小。1851年总结出“电磁感应定律”。概括成五类：变化着的电流；变化着的磁场；运动的恒定电流；运动的磁场；在磁场中运动的导体。他指出：感应电流与原电流的变化有关，而不是与原电流本身有关。他将这一现象与导体上的静电感应类比，把它取名为“电磁感应”。2/4/202314法拉第电磁感应实验2/4/202315迈克尔·法拉第(MichaelFaraday,1791—1867）2/4/2023162/4/202317线圈有对抗变化磁场的作用，称为自感现象。自感系数L即线圈电感量的大小。自感系数L越大，电流的变化率越大，感应电动式E越大。自感系数L单位—亨利，约瑟夫·亨利发现自感现象。据说他比法拉第早一年发现电磁感应现象，但未发表。亨利做更强的电磁铁。制作的电磁铁可以吸起一吨的重物。

制作出电报机的雏形。C的单位—法拉（第），L单位—亨利约瑟夫·亨利

（美国1797-1878）SLU+灯泡122/4/202318直流电和交流电1．

交流电的三要素交流电的表达式（1）频率、周期T—周期（S），f—频率（Hz、KHz、MHz）ω=2πf—角频率，弧度/S，正弦每变化一次2π弧度。（2）

幅值、有效值幅值即最大值、峰值。上式中的Um

。有效值是以电流热效应衡量交流电做功能力。与直流电进行对比。以U表示。Um=1.41U。日常用电U=220V，Um≈310V.交流电中元器件的耐压应按Um来选择。（3）初相位计时起点选择不同，相位角也不同。i2/4/2023192。交流电路中的电感和电容

电感加交流电压uL,产生同频率的交流电流iL,但iL的变化滞后于uL。

电感对交流电的阻碍作用称感抗XL=2πfL，（欧姆）直流时f=0，XL=0，“阻交通直”。当电感接通或断开直流电，会产生感应电动势。电容加交流电压uC

，产生同频率交流电流ic

，但ic

的变化超前于uC

。电容对交流电的阻碍作用称为容抗XC=1/2πfC（欧姆）。在直流电路中f=0，XC→∞，“隔直通交”。当电容接通或短接时，有充放电作用，电路中有电流。“位移电流”2/4/202320阻抗R、L、C串联，总称阻抗（欧姆）

Z≠R+XL+XC

U≠UR+UL+Uc。可能有：UL（或Uc）»U。谐振现象：谐振是电路固有频率与电源频率一致时产生的，其电流达到最大。就R、L、C串联电路而言，当电源频率时，产生谐振。这时Z最小，电流最大，UL=Uc»U

，可达到电源电压的几十～几百倍。谐振应用：调谐电台RLC2/4/2023213、交流电的功率直流P=UI=I2R

交流P≠UI，P=UICOSφ，φ为u，I的相位差，含电感器、电容器的交流电路，u、I间有相位差φ，COSφ称为功率因数，P为有功功率，电度表计量有功功率W=PT。L、C为储能元件，理论上不耗能。功率因数低害处：P=UICOSφ，当P一定，COSφ↓，I↑，线路损失⊿U=Ir也↑。“节电器”真的能“节电”吗？揭穿“节电器”的真相“电表调校器”实为偷电器2/4/202322“节电器”内部结构电容器2/4/202323电能表（右）“电表调校器”（下）2/4/202324“电表调校器”（“节电器”）2/4/2023254、三相交流电UVW保险丝三相四线制380/220伏N

额定相电压为220伏的单相负载

额定线电压为380伏的三相负载相电压=220V线电压=380V2/4/2023265．为什么要使用正弦交流电（