电工基础知识培训课件.ppt

1、第二章,电工基础知识,本章学习要点： 了解电路基础知识 了解电磁感应和磁路欧姆定律 了解交流电和三相交流电路的基本知识 了解电子技术基础常识 掌握常用电气图形符号,第一节,电路基础知识,一、电流和电路 1、电荷与电流 电流：电荷有规则的定向流动，单位时间内通过导体任一横截面的电量叫电流（强度），用符号I表示，单位是安培（A）。 即,C (库仑),A (安培),导体,电流方向,电子流动方向,正极（+）,负极（-）,C (库仑),A (安培),2、电路：电流通过的路径。在电的实际应用中，从最简单的手电筒的工作到复杂的电子计算机的运算，都是由电路来完成的。,(1)电路的组成及各部分功能,电源：即发电

2、设备，其作用是将其它形式的能量转换为电能。 负载：即用电设备，它的作用是把电能转换为其它形式的能。 控制电器和保护电器：在电路中起控制和保护作用。 导线：由导体材料制成，其作用就是把电源、负载和控制电器连接成一个电路，并将电源的电能传输给负载。,(2)电路的三种状态：通路、短路和开路,1、电场 电场存在于带电体周围，能对位于该电场中的电荷产生作用力电场力。电场力的大小与电场的强弱有关，又与带电体所带的电荷量多少有关。 2、电场强度 电场强度是用来表示电场的强弱和方向的物理量。 电场强度的实用单位为伏特/米或牛顿/库仑。常用的单位还有伏特/厘米。,二、电场、电场强度,定义：放入电场中某点的电荷所

3、受静电力F跟它的电荷量比值，叫做该点的电场强度。 定义式：E=F/q ，F为电场对试探电荷的作用力，q为放入电场中某点的检验电荷（试探电荷）的电荷量。 电场强度的方向：规定为放在该点的正电荷受到的静电力方向。与正电荷受力方向相同，与负电荷受力方向相反。 物理意义：描述电场强弱的物理量，描述电场的力的性质的物理量。电场强度的大小取决与电场本身，或者说取决于激发电场的电荷，与电场中的受力电荷无关。 适用条件：适用于一切电场。 电场强度是矢量。 电场的决定式：E=kQ/r2 (只适用于点电荷）。其中E是电场强度，k是静电力常量，Q是源电荷的电量，r是源电荷与试探电荷的距离。,三、电位、电压、电动势,

4、电压：又称电位差，是衡量电场作功本领大小的物理量，用符号U表示，单位是伏特（V）。,电位：电位又称电势，是指单位电荷在静电场中的在某一点所具有的电势能，用的符号U表示，在国际单位制中的单位是伏特（V）。,电动势：是一个表征电源特征的物理量，把单位正电荷从负极通过电源内部移到正极时，非静电力所作的功。常用符号E表示，单位是伏特（V）。,四、导体、绝缘体和导体电阻,1、导体导体：有的物体善于导电叫做导体。例如：金属，人体，大地，石墨，酸、碱、盐水溶液等都是导体。 2、绝缘体 绝缘体：有的物体不善于导电叫做绝缘体，例如：橡胶，玻璃，塑料，陶瓷，油，纯水，干燥的纸，干燥的木棒，干燥的空气等都是绝缘体。

5、说明和补充：(1) 导电与绝缘的解释：导体导电的原因：导体中有能够自由移动的电荷（、）（金属导电是由于金属中存在大量的自由电子（）；绝缘体绝缘的原因：电荷几乎都被束缚在原子范围内，不能自由移动。(2) 导体和绝缘体没有明显的界线，在条件改变后，绝缘体可以变成导体，导体也可以变成绝缘体。例如：加热使绝缘体中的一些电子挣脱原子的束缚变为自由电荷，此时，绝缘体就变成导体了。,3、导体的电阻 导体的电阻是导体本身的一种性质。它的大小决定于导体的材料、长度和横截面积，可按下式计算： 式中称为材料的电阻率，电阻率的大小反映了物体的导电能力。 电阻率小、容易导电的物体称为导体，电阻率大，不容易导电的物体称为

6、绝缘体，导电能力介于导体和绝缘体之间的物体称为半导体 。,4、电阻与温度的关系,各种材料的电阻率都随温度而变化。 利用某些材料对温度的敏感特性，可以制成热敏电阻。 电阻值随温度升高而减小的热敏电阻称为负温度系数的热敏电阻； 电阻值随温度升高而增大的热敏电阻称为正温度系数的热敏电阻。,1、部分电路欧姆定律,只含有负载而不包含电源的一段电路称为部分电路。,五、欧姆定律,内容： 导体中的电流，与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。 公式： 当电压与电流的参考方向关联时， 当电压与电流的参考方向非关联时，,如果以电压为横坐标，电流为纵坐标，可画出电阻的U/I关系曲线，即伏安特性曲线。 电阻元件的

7、伏安特性曲线是直线时，称为线性电阻，其电阻值可认为是不变的常数。 如果不是直线，则称为非线性电阻。,2、 全电路欧姆定律,全电路是含有电源的闭合电路。电源内部的电路称为内电路。电源内部的电阻称为内电阻，简称内阻。电源外部的电路称外电路，外电路中的电阻称为外电阻。,内容： 闭合电路中的电流与电源的电动势成正比，与电路的总电阻（内电路电阻与外电路电阻之和）成反比。 公式：,1、电功,电流所做的功，简称电功（即电能），用字母W表示。 电流在一段电路上所作的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积，即： W = UIt 式中W、U、I、t的单位分别用J、V、A、s。,六、电功、

8、电功率与热效应,电能的另一个常用单位是千瓦时（kWh）,即通常所说的1度电，它和焦耳的换算关系为: 1 kWh = 3.6106 J,2、电功率,电流在单位时间内所作的功称为电功率，用字母P表示，单位为W。 对于纯电阻电路，上式还可以写为,3、电流的热效应,电流通过导体时使导体发热的现象叫电流的热效应。 电流与它流过导体时所产生的热量之间的关系可用下式表示： Q = I2Rt Q的单位是J，这种热也称焦耳热。,1、电阻的串联,把多个元件逐个顺次连接起来，就组成了串联电路。,七、串联电路与并联电路,串联电路的特点,（1）电路中流过每个电阻的电流都相等。 （2）电路两端的总电压等于各电阻两端的分电

9、压之和，即 U = U1 U2 Un,（3）电路的等效电阻（即总电阻）等于各串联电阻之和，即 R = R1 R2 Rn,电阻串联电路的特点,（4）电路中各个电阻两端的电压与它的阻值成正比，即 上式表明，在串联电路中，阻值越大的电阻分配到的电压越大；反之电压越小。,若已知R1和R2两个电阻串联，电路总电压为U,可得分压公式如下图所示,2、并联电路,把多个元件并列地连接起来，由同一电压供电，就组成了并联电路。,电阻并联电路的特点,（1）电路中各电阻两端的电压相等，且等于电路两端的电压。 （2）电路的总电流等于流过各电阻的电流之和，即,（3）电路的等效电阻（即总电阻）的倒数等于各并联电阻的倒数之和，

10、即,（4）电路中通过各支路的电流与支路的阻值成反比，即 上式表明，阻值越大的电阻所分配到的电流越小，反之电流越大。,若已知和两个电阻并联，并联电路的总电流为I，可得分流公式如下：,第二节电磁感应和磁路,一、电磁感应 1、电流的磁场：不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场，这种现象称为电流的磁效应。,2、磁感应强度 在磁场中，垂直于磁场方向的通电导线，所受电磁力F与电流I和导线长度l的乘积IL的比值称为该处的磁感应强度，用B表示，即 磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，用符号T表示。,3、磁通密度,当面积一定时，如果通过该面积的磁感线越多，则磁通越大，磁感越强。 从=BS，可得 这表示磁感应强度等于

11、穿过单位面积的磁通，所以磁感应强度又称磁通密度，并且用Wb/m2作单位。,一、电磁感应现象,电流能产生磁场，那么磁场能否产生电流呢？,4、电磁感应,将一条形磁铁放置在线圈中，当其静止时，检流计的指针不偏转，但将它迅速地插入或拔出时，检流计的指针都会发生偏转，说明线圈中有电流。 这种利用磁场产生电流的现象称为电磁感应现象，产生的电流称为感应电流，产生感应电流的电动势称为感应电动势。,5、楞次定律,以上实验表明：在线圈回路中产生感应电动势和感应电流的原因是由于磁铁的插入和拔出导致线圈中的磁通发生了变化。 楞次定律指出了磁通的变化与感应电动势在方向上的关系，即：感应电流产生的磁通总是阻碍原磁通的变化

12、。,6、法拉第电磁感应定律,在上述实验中，如果改变磁铁插入或拔出的速度，就会发现，磁铁运动速度越快，指针偏转角度越大，反之越小。而磁铁插入或拔出的速度，反映的是线圈中磁通变化的速度。即：线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通的变化率成正比。这就是法拉第电磁感应定律。,用表示时间间隔t内一个单匝线圈中的磁通变化量，则一个单匝线圈产生的感应电动势的大小为 如果线圈有N匝，则感应电动势的大小为,二、磁路,磁通所通过的路径称为磁路。,磁路可分为无分支磁路和有分支磁路。如上图a和b为无分支磁路，c为有分支磁路。 磁路中除铁心外往往还有一小段非铁磁材料，例如空气隙等等。 由于磁感线是连续的，所以通过无分支磁路

13、各处横截面的磁通是相等的。,与电路比较，磁路的漏磁现象要比电路的漏电现象严重得多。全部在磁路内部闭合的磁通称主磁通，部分经过磁路周围物质而自成回路的磁通称为漏磁通。 在漏磁不严重的情况下可将其忽略，只考虑主磁通。,二、磁路欧姆定律,1磁动势 通电线圈的匝数越多，电流越大，磁场越强，磁通也就越多。我们把通过线圈的电流I和线圈匝数N的乘积称为磁动势，用Fm表示，即 Fm = NI 磁动势的单位是A。,2磁阻 磁通通过磁路时所受到的阻碍作用称为磁阻，用符号Rm表示。其公式为 式中、l 、S的单位分别为H/m、m、m2，磁阻Rm的单位为H1。,3磁路欧姆定律 通过磁路的磁通与磁动势成正比，而与磁阻成反

14、比，即 上式与电路的欧姆定律相似，故称磁路欧姆定律。 由于铁磁材料磁导率的非线性，磁阻Rm不是常数，所以磁路欧姆定律只能对磁路作定性分析。,三、磁路与电路的比较,4、电磁铁,将螺线管紧密地套在一个铁心上，就构成了一个电磁铁。实际应用的电磁铁一般由励磁线圈、铁心、衔铁三个主要部分组成。,第三节,交流电和三相交流电路,交流电电流波形,直流电电流波形,1、 交流电的变化规律,一、单相交流电,2 、 交流电解析式与波形图之间的关系,交流电解析式与波形图之间的关系,交流电解析式与波形图之间的关系,3、 交流电的相关物理量及三要素,正弦交流电的瞬时值,正弦交流电的有效值,3 交流电的相关物理量及三要素,正

15、弦交流电的平均值,3 交流电的相关物理量及三要素,正弦交流电的三要素之一：周期（频率）,3 交流电的相关物理量及三要素,正弦交流电的三要素之一：初相位,4. 正选交流电的表示法 （1）解析法,利用正弦函数式表示正弦交流电变化规律的方法叫解析法，也叫公式法。我们知道正弦函数表示的交流电流,按此规律，可将正弦电流、正弦电动势、正弦电压的解析式归纳为,（2）图像法,图像法又叫波形图法：按照正弦量随时间变化的规律，画出的正弦曲。,（3）旋转矢量法,正弦交流电的旋转矢量表示法,正弦量的旋转矢量与波形图的对应,1、 三相正弦交流电源的典型结构、相序,三相交流发电机组外形,结构原理图,二、三相交流电,由于三

16、相线电压和相电压的有效值各自分别相等，所以可以用 表示线电压，用 表示相电压，则有,2、 三相四线制电源,3、我国电力系统的供电制式,我国电力系统中一般都采用星形联结的三相四线制供电，它可以同时用两种电压向不同用电设备供电，即以线电压和比线电压低 3 倍的相电压两种电压输出,三相负载的星形联结,说明,4、 电路的联结形式,每相负载都是接在电源相线和中性线之间，所以负载两端的电压叫负载的相电压，用 表示， 。同时负载的线电压也等于电源线电压，所以在三相负载的星形联结中，负载的相电压与线电压之间的关系仍为,(a),在三相四线制对称负载中，中线电流为零。所以在工程技术上为了节省原材料，对这样的用电网

17、络，可以省去中线，将三相四线制变为三相三线制。,5、三相负载的三角形连接,把三相负载分别接在三相电源每两根相线之间的接法称为三角形连接（常用“”标记）,四、三相负载的功率,在三相交流电源中，三相负载消耗的总功率为各相负载消耗的功率之和，即 上式中，UU、UV、UW为各相负载的相电压，IU、IV、IW为各相负载的相电流， 、 、 为各相负载的功率因数。 在对称三相电路中，P = 3U相I相cos 相 = 3P相,当对称负载作星形连接时，有功功率为 当对称负载作三角形连接时，有功功率为 即三相对称负载不论是连成星形还是连成三角形，其总有功功率均为,仍 是负载相 电压与相 电流之间的 相位差，而 不

18、是线电 压与线电 流间的 相位 差,第四节,电子技术常识,一、晶体二极管,1、PN结的单向导电性,把P型半导体和N型半导体用特殊的工艺使其结合在一起，就会在交界处形成一个特殊薄层，该薄层称为“PN结”。,2、PN结的单向导电性,动画,（1）PN结加正向电压，PN结导通。,（2）PN结加反向电压，PN结截止。,PN结加正向电压导通，加反向电压截止， 这就是PN结的“单向导电性”,结论：,1、二极管的结构和图形符号,正极（阳极）,负极（阴极）,结构,正极（阳极）,负极（阴极）,V,电流方向,图形符号,外壳,二、晶体二极管的结构,三、二极管的伏安特性,加在二极管两端的电压与通过二极管的电流之间的关系

19、称为二极管的伏安特性。,二极管加正向电压,二极管加反向电压,I,U,U,I,硅管,锗管,死区,导通区,截止区,反向击穿区,当二极管加正向电压时并不一定能导通，必须是正向电压达到和超过死区电压时，二极管才能导通。,当二极管加反向电压时不能导通，但反向电压达到反向击穿电压（很高的反向电压）时，二极管会反向击穿。,四、二极管的主要参数,二、晶体三极管,NPN型三极管,1、结构和符号,PNP型三极管,b,基极,e,发射极,c,集电极,集电结,发射结,N,集电区,N,发射区,P,基区,V,b,基极,e,发射极,c,集电极,集电结,发射结,P,集电区,P,发射区,N,基区,V,2、三极管的电流放大作用,（

20、1）、 三极管的工作电压,NPN型三极管,PNP型三极管,三极管三个电极电流关系,三极管电流放大作用的条件是：发射结加正向电压，集电结加反向电压。 三极管电流放大的实质是：用较小的基极电流控制较大的集电极电流，是“以小控大”。,通过实验数据分析，三极管三个电极电流具有下表所示的关系。,结论：,3、三极管的主要参数,（1）、电流放大系数,（1）共射极直流电流放大系数hFE,三极管集电极电流与与基极电流的比值，即hFE=IC/IB。反映三极管的直流电流放大能力。,（2）共射极交流电流放大系数,三极管集电极电流的变化量与基极电流的变化量之比，即=IC/IB。反映三极管的交流电流放大能力。 同一只三极

21、管，在相同的工作条件下hFE，应用中不再区分，均用来表示。 选管时，值应恰当，太小，放大作用差；太大，性能不稳定，通常选用30100之间的管子。,反映三极管的电流放大能力。,基极开路时（IB=0），C-E极间的反向电流。好象是从集电极直接穿透三极管到达发射极的电流，故又叫“穿透电流”。ICEO（1）ICBO，反映了三极管的稳定性。选管子时，ICEO越小，管子受温度影响越小，工作越稳定。,（2）、极间反向电流,1）集电极-基极间的反向饱和电流ICBO,发射极开路时，C-B极间的反向饱和电流。ICBO越小，集电结的单向导电性越好。,2）集电极-发射极间反向饱和电流ICEO,反映三极管的质量好坏。,

22、（3）、极限参数,1）集电极最大允许电流ICM,集电极电流过大时，三极管的值要降低，一般规定值下降到正常值的2/3时的集电极电流为集电极最大允许电流。使用时一般ICICM，否则管子易烧毁。选管时，ICMIC。,2）集电极-发射极间的反向击穿电压U（BR）CEO,基极开路时，加在C与E极间的最大允许电压。 使用时，一般UCEU（BR）CEO，否则易造成管子击穿。选管时，U（BR）CEOUCE。,3）集电极最大允许耗散功率PCM,集电极消耗功率的最大限额。根据三极管的最高温度和散热条件来规定最大允许耗散功率PCM，要求PCMICUCE 。,PCM的大小与环境温度有密切关系，温度升高， PCM减小。对于大功率管，常在管子上加散热器或散热片，降低管子的环境温度，从而提高PCM。工作时， ICUCEPCM，否则管子会因过热而损坏。选管时，PCMICUCE。,表示三极管工作时，不允许超过的极限值。,4、共射极基本放大电路的组成及工作原理,1放大电路组成及各元件的作用,输入耦合电容 其作用一是隔直流；二是通交流,输出耦合电容 其作用一是隔直流；二是通交流,基极偏置电阻 其作用为电路提供静态偏流IBQ。,集电极电阻 其作用将三极管的电流放大作用变换成电压放大作用。