电工技术基础与技能 第4版 课件（姚锦卫）第3、4章 电容和电感、单相正弦交流电路

第3章电容和电感——电工技术基础与技能——01认识电容应用背景手机充电器里面的电容器，你认识吗？安规电容快充里面的电容电容器的外形超级电容器

可调电容电容器结构、定义电容器结构、符号铝电解电容器结构电容器结构、定义电容量任一极板上所储存的电荷量Q与两极板间电压U的比值，称为电容量，简称电容。表达式为：对于平行板电容器来说，电容量与极板S及电介质的介电常数ε成正比，与两极板的距离成反比，表达式为：

02电容器的连接电容器串联可以提高耐压

特点电容器串联

特点电容器并联电路中，各个电容所承受的电压相等，总电容增大。等效电容的耐压值为电路中耐压最小的电容耐压值。电容器并联电容器并联可以增加容量03电容器的参数表示【标称容量】电容器上所标明的电容量的值叫做标称容量。【耐压值】耐压值是指电容器能长时间稳定工作，并且保证电介质性能良好的直流电压的数值。它是电容器能承受的最高电压，使用时实际电压不能超过耐压值。【允许偏差】实际电容量与标称容量之间允许的偏差。电容器的允许偏差有多种标注方式。电容器的参数固定电容器的参数表示方法主要有：直标法、字母数字混标法、数字表示法、色标法等。1）直标法2）字母数字混标法表示方法标称电容量表示方法标称电容量P1或P100.1PF10n10nF1P01PF3n33300PF1P21.2PFμ33或R330.33μF1m1mF5μ95.9μF直标法是在电容器上直接标注出标称容量、耐压等，如10μF/16V，2200μF/50V。电容器的参数表示不带小数点又无单位的为pF（三位数字的除外），如“12”为12pF，“5100”为5100pF。带小数点但无单位的为µF，如“0.047”（或047）为0.047µF，“0.01”为0.01µF。三位数字的表示法。三位数字的前两位数字为标称容量的有效数字，第三位数字表示有效数字后面零的个数（或×10n），它们的单位是pF。3）数字表示法4）色标法电容色环的颜色代表的数字同色环电阻中颜色含义一样。色环读取时要由顶部向引脚方向读。第一、二色环表示电容容量的有效数字，第三环表示有效数字后零的个数，容量单位为PF。04电容器充放电电路安装电容器充放电电路分析使电容器两极板带上等量异性电荷的过程叫做电容器的充电。使电容器两极板所带正负电荷中和的过程叫做电容器的放电。

电路连接用面包板搭接电路05磁的基本知识1.物体有吸引铁、钴、镍一类物质的性质称为磁性。具有磁性的物体称为磁体。磁体可分为天然磁体和人造磁体。2.磁体上磁性最强的两端称为磁极。任何磁体，无论多小都有两个磁极，即磁极总是成对出现并且强度相等，不存在独立的磁极。磁的基本知识3.在磁力作用的空间有一种特殊的物质叫磁场。磁极之间的作用力是通过磁极周围的磁场传递的。常用磁力线方向来表示磁场方向。4.磁力线特性1）磁力线是用来说明磁场分布的假想曲线，磁场的强弱可用磁力线的疏密来表示，在磁铁外部磁极附近磁场最强，因而磁力线最密，磁铁中间磁场较弱，因而磁力线较稀疏。2）在磁铁外部磁力线从N极到S极，在磁铁内部磁力线从S极到N极。3）磁力线都是连续的，是无头无尾的有向闭合曲线，磁力线不相交。磁力线特性06电流的磁效应通电长直导线的磁场方向安培定则一用右手握住导线，使与四指垂直的拇指指向电流方向，弯曲四指所指的方向就是该长直导线四周的磁力线方向，即磁场方向。安培定则一通电导线磁场方向判断通电导体周围存在着磁场，这种现象叫电流的磁效应。安培定则二用右手握住螺线管，使弯曲四指指向电流方向，与四指垂直的拇指所指方向就是该螺线管的磁力线方向，即磁场方向。安培定则二通电螺线管磁场方向判断通电螺线管的磁场方向07磁的基本定律左手定则1.磁场对通电长直导线的作用左手定则左手平伸，大拇指与其余四指垂直，手心朝向N极，四指指向电流方向，则拇指的方向就是导体受力方向。左手定则一判断受力方向适用于：电流方向与磁场方向垂直右手定则右手定则伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内;让磁感线从手心进入，拇指指向导线运动方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。右手定则一判断感应电流方向右手定则利用右手定则可判定电流和磁力线的方向。08磁的基本物理量磁场基本物理量用来表示某点磁场强弱的量称为磁感应强度，用字母B表示。各点的磁感应强度大小相等、方向相同的磁场为匀强磁场。

1.磁感应强度2.磁通磁感应强度B和与其垂直的某一截面积S的乘积，称为穿过该截面的磁通量，简称磁通。匀强磁场3.磁导率磁导率是一个用来表示介质对磁场影响的物理量,单位是亨／米(H／m)。由实验测得，真空中的磁导率是一个常数，用μ0表示。其他介质的磁导率可采用与真空的磁导率μ0的比值来表示，称为相对磁导率，用μr表示。μr越大，介质的导磁性越好。【顺磁物质】相对磁导率略大于1。如空气、铝、铬、铂等。【反磁物质】相对磁导率略小于1。如氢、铜等。【铁磁物质】相对磁导率远大于1，可达几百甚至数万以上，且不是一个常数。如铁、钴、镍、硅钢、坡莫合金、铁氧体等。顺磁物质与反磁物质置于磁场中，由于μr≈1，所以对磁场的影响不大，一般被称为非铁磁性材料。磁性物质分类09电感器电感器空心电感线圈铁心电感线圈实际电感线圈外形符号主要参数【电感量】

电感量表示了电感器的电感大小，它与线圈的匝数、有无磁芯等有关。影响电感量的主要因素为：匝数、

横截面积、有无铁心主要参数【额定电流】

是指电感器在正常工作时所允许通过的最大电流。【品质因数】

又称为Ｑ值。表示线圈的品质，Ｑ值越高，说明电感器的功率损耗越小，效率越高。【允许偏差】表示电感量的偏差大小，通常有三个等级Ⅰ级（±5℅）、Ⅱ级（±10℅）、Ⅲ级（±20℅）。电感器检测直观检测

主要是查看引脚是否断开、磁芯是否松动、线圈是否发霉等。万用表检测

主要是检测线圈是否开路。通常情况下线圈的直流电阻只有几欧姆甚至更小。对于线圈匝数较多，线径较细的电感器，其电阻值会达到几十欧或几百欧。若测得电阻很大，则表示线圈已经开路。10自感及互感自感及应用线圈中通过电流时，就会产生磁通，线圈产生的总磁通称磁链。电流的大小发生变化，穿过线圈的磁链也会相应发生变化。由于线圈本身电流的变化而在线圈自身引起电磁感应的现象称为自感现象，简称自感。在自感现象中产生的感应电动势，称为自感电动势。电感式镇流器自耦变压器自感应用在有导线、线圈的设备中，只要有电流变化就有自感现象存在。自感大小

将线圈的自感磁链与电流的比值叫做线圈（或回路）的自感系数，又称电感。表达式为：自感表明了一个线圈通入单位电流时产生自感磁链的大小，即储存磁场能量的能力。电感（L）的单位为亨（H），还有毫亨（mH）和微亨（µH），它们的换算关系为:1H=103mH；1mH=103µH电感单位当自感L和线圈内介质的磁导率μ为常数时，根据法拉第电磁感应定律，自感电动势的大小与电感L和电流变化率的乘积成正比。表达式为：自感电动势大小性质电感器有阻碍电流变化的特性。电感是一个储能元件，它能将电能转换为磁能储存起来。互感及应用当两个线圈相互靠近时，当一个线圈内电流发生变化时，会在另一个线圈上产生感应电动势，这种现象叫做互感现象，简称互感。由互感产生的电动势叫做互感电动势。干式变压器钳形电流表在电力系统和电子线路中广泛应用的变压器、互感器、钳形电流表等都是根据互感原理制成的。互感的应用同名端及应用互感线圈两端的极性判断是互感线圈连接的前提和条件。当两个线圈通入电流，所产生的磁通方向相同时，两个线圈的电流流入端称为同名端（又称同极性端），反之为异名端。电路图中常用黑点符号“·”标记。例1：电路如图所示，试判断同名端。a图中：2、4、5为同名端，1、3、6也为同名端。b图中：1、4为同名端，2、3也为同名端。解：第4章单相正弦交流电路——电工技术基础与技能——01认识单相正弦交流电常见交流电波形交流电是指大小和方向都随时间变化的电流、电压和电动势，常用AC（AlfernatingCurrrent）来表示。随时间按正弦规律变化的交流电，称为正弦交流电，不按正弦规律变化的交流电称为非正弦交流电。正弦交流电的表示方法正弦交流电的解析式正弦交流电的表示方法

正弦交流电的波形图正弦交流电的三要素最大值和有效值的关系周期和频率的关系角频率、周期和频率的关系最大值（或有效值）、周期（或频率、角频率）和初相位。a)超前、滞后b)同相c)反相d)正交只有同频率的正弦交流电才可以比较相位关系。

习惯上规定相位差用绝对值用小于的角来表示。正弦交流电的相位关系旋转矢量表示法旋转矢量表示法

只有同频率正弦量的矢量才能画在同一个矢量图中。

旋转矢量的加、减运算可以按平行四边形法则进行。例题例

已知正弦交流电试求：（1）最大值和有效值；

（2）角频率、频率、周期；（3）相位和初相位；

（4）t=0s和t=0.01s时的电压瞬时值。同频率正弦交流电相加的矢量运算同频率的正弦交流量相加，其和仍为同频率正弦交流量。它们的运算可以按平行四边形法则进行。步骤为：（1）作基准线x轴（基准线通常省略不画），确定比例单位；（2）作出正弦交流电相对应的旋转矢量；（3）根据矢量的平行四边形法则作图；（4）根据得到的和矢量的长度及和矢量与x轴的夹角就是所得正弦量的最大值（或有效值）和初相角φ0；写出表达式。正弦交流电矢量运算02单一元件正弦交流电路输入端用低频信号发生器加0.5Hz正弦交流电，观察电压表和电流表指针摆动情况。电压表和电流表指针摆动步调一致。实验探究纯电阻电路实验探究输入端用低频信号发生器加50Hz正弦交流电，记录电压表和电流表的读数。电阻的电压和电流有效值符合欧姆定律。纯电阻电路波形图相量图纯电感电路交流电路中纯电感两端电压超前电流90°。电感对电流的阻碍作用叫感抗，用XL表示，单位为欧姆。感抗的大小为XL＝ωL＝2πfL

纯电感电路实验探究输入端用低频信号发生器加0.5Hz正弦交流电，观察电压表和电流表指针摆动情况。输入端用低频信号发生器加1Hz正弦交流电，改变电压值，记录几组电压表和电流表的读数。电压表和电流表指针摆动步调不一致。电压有效值和电流有效值成正比。纯电容电路实验探究输入端用低频信号发生器加0.5Hz正弦交流电，观察电压表和电流表指针摆动情况。输入端用低频信号发生器加1Hz正弦交流电，改变电压值，记录几组电压表和电流表的读数。电压表和电流表指针摆动步调不一致。电压有效值和电流有效值成正比。纯电容电路结论波形图相量图纯电容电路交流电路中纯电容两端电压滞后电流90°。电容对电流的阻碍作用叫做容抗，用XC表示，单位为欧姆。容抗的大小为纯电容电路单一元件交流电路功率功率类型纯电阻电路纯电感电路纯电容电路有功功率无功功率视在功率03串联电路RL串联电路电压关系RL串联电路电压三角形RL串联电路RL串联电路阻抗和功率RL串联电路阻抗三角形RL串联电路功率三角形RC串联电路电压关系RC串联电路电压三角形RC串联电路RC串联电路阻抗和功率RC串联电路阻抗三角形RC串联电路功率三角形RLC串联电路电压关系RLC串联电路XC>XLXC<XLXC=XL

RLC串联电路阻抗和功率阻抗RLC串联电路功率三角形功率串联电路功率类型阻抗三角形电压三角形功率三角形RL串联电路RC串联电路RLC串联电路04电能测量与节能电能的计算电能做功所消耗电能的多少可以用电功来度量。电功的计算公式为：例1：电烤箱的额定电压220V，额定功率为1000W，把它接到220V的工频交流电源上工作。求电烤箱的电阻值和电流。如果连续使用0.5h，它所消耗的电能是多少？节能