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1、电工基础知识,12454 4578740000000000000000000000000000000000000000000000,温馨提示,1、讲座时请将手机设置静音；2、勿喧哗走动以免影响他人；3、遵守时间，勿迟到和早退；4、如有问题请在讲座后交流；5、如有其它事情或需要帮助，请与主办工作人员联络！,电工基础知识,1.1直流电路1.2电感元件与电容元件1.3正弦交流电的基本概念1.4三相交流电路,1.1直流电路,1.电路 电路的组成：电路是电流的流通路径,它是由一些电气设备和元器件按一定方式连接而成的。任何一个电路都有四部分组成即：电源、负荷、连接导线和开关（控制器件）组成。电源内部的一段
2、称为内电路，其他称为外电路。电源：是把其它形式的能转化为电能的装置。如干电池蓄电池等。负荷：将电能转换为其他形式的能量。导线：连接电源与负荷的导体，为电流提供通路并传输电能。,1.1直流电路,控制器件：在电路中起接通，断开，保护，测量等作用。电路的作用：它的一种作用是实现电能的传输和转换。另一种作用是实现信号的处理。电路中提供电能或信号的器件,称为电源。电路中吸收电能或输出信号的器件,称为负载。在电源和负载之间引导和控制电流的导线和开关等是传输控制器件。,1.1直流电路,电路的分类:直流电路和交流电路。直流电路：电压电流的大小和方向不随时间变化 交流电路：电压电流的大小和方向随时间而变化。在交
3、流电路中，如果电压和电流与电源的频率相同，并且都按正弦规律变化，这样的电路叫做正弦交流电路。,在电路中我们只研究四种元件：电源元件、电阻元件、电感元件、电容元件。为了分析方便电路元件用国家统一规定的图形符号来表示叫电路符号。其中各部分的理想化模型的电路符号如图所示：,电阻：电容：电感：,1.1直流电路,定义：用电路符号表示实际电路器件连接关系的图形。电路的工作状态：电路有三种工作状态如下图所示：,1.1直流电路,（a)电源与负载构成闭合回路，电源处于有载工作状态，电 路中有电流流过。(b)当a、b两点间用导线相连时，称电阻R1被短路。a、b间导线称为短路线，短路线中的电流叫短路电流。注:短路可
4、分为有用短路和故障短路，故障短路往往会造成电路中电流过大，使电路无法正常工作，严重的会产生事故。(c)开关S断开或电路中某处断开，切断的电路中没有电流流过，此时的电路称为开路。开路又叫断路，断开的两点间的电压称为开路电压。注：开路也分为正常开路和故障开路。如不需要电路工作时，把电源开关打开为正常开路；而灯丝烧断，导线断裂产生的开路为故障开路，它使电路不能正常工作。,1.1直流电路,2.基本物理量 电流1.电流的形成:金属导体内的自由电子或电解液内的正负离子，受电场力的作用下，有规则的定向移动形成电流。电流形成的条件：要有自由电荷；必须使导体两端保持一定的电压差在电路中能量的传输靠的就是电流。2
5、.电流是一个矢量既有大小又有方向 方向：正电荷运动的方向 大小：用电流强度来表示，电流强度是指单位时间内通过导体横截面的电荷量。,i电流强度（安培）；q电量（库仑）；t时间（秒）,1.1直流电路,电流的大小和方向都不随时间变化时,称为直流电流,简称直流。直流电流常用英文大写字母I表示。电流的大小和方向随着时间按周期性变化的电流,称为交流电流,简称交流。常用英文小写字母i表示。3.电流的单位：是安培,符号为A。常用的有千安（kA）,毫安（mA）,微安（A）等。4.电流的参考方向：在分析与计算电路时,常可任意规定某一方向作为电流的参考方向或正方向。,1.1直流电路,1）用实线箭头表示 A B2）双
6、下标表示，如iAB，其参考方向是由A指向B。参考方向与实际方向的关系规定：若一致，则电流值为正，即 I 0 若相反，则电流值为负，即I 0 即可以在选定的电流的参考方向下，据电流的正负来确定出某一时刻电流的实际方向。,1.1直流电路,5.电流的连续性原理 在电路中从一个地方流入多少电流，必同时从这个地方流出多少电流。根据这一原理我们可以得出，同一个支路电流处处相等。无分支电路的电流处处相等。,1.1直流电路,电压及其参考方向1.电压的定义：电路中A、B两点间的电压是单位正电荷在电场力的作用下由A点移动到B点所减少的电能,即式中,q为由A点移动到B点的电荷量,WAB为移动过程中电荷所作的功。2.
7、电压的实际方向：是使正电荷电能减少的方向。3.电压单位：国际单位是伏特,符号为V。常用的有千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（V）等。1KV1000V 1V=1000mV 1V=1000000V,1.1直流电路,1.3 电功率和电能一、电能 定义：电流在电路中做的功。用字母W表示，单位：kwh（度）。二、电功率 定义：单位时间内电流所做的功叫电功率,简称功率。用字母P表示，单位：国际单位是W（瓦特），常用单位还有kw,Mw等,1.1直流电路,1.4 电阻元件和欧姆定律一：电阻与电导 电阻的定义：导体对通过它的电流的阻碍作用成为电阻（原因）通常用字母R表示电阻。单位：国际单位是，还有常用的单位是k
8、,和M。银0.016、铜0.017、铝0.029。公式：电导的定义：就是电阻的倒数，是用来衡量材料导电能力的参数。导体的电阻越大，导电越小。单位是西门子，用S表示。公式：G=1/R二、欧姆定律 1、定义：流过电阻的电流与加在电阻两端的电压成正比，与电阻值成反比。即 R=U/I I=U/R U=IR,1.1直流电路,线性电阻的伏安特性曲线,2、伏安特性曲线:元件的电流与电压的关系曲线叫做元件的伏安特性曲线。线性电阻元件的伏安特性为通过坐标原点的直线,在电流和电压的关联参考方向下,线性电阻元件的伏安特性如下图所示,1.1直流电路,例1.2有220V,100 W灯泡一个,其灯丝电阻是多少？每天用5h
9、,一个月（按30天计算）消耗的电能是多少度？解 灯泡灯丝电阻为 R=U/I I=P/U 一个月消耗的电能为,电阻的串联与并联,1.电阻的串联 凡是将电阻首尾依次相连，使电流只有一条通路的接法叫做电阻的串联。它具有以下特点串联电路中各电阻流过的电流相等，即I=I1=I2=I3。总电压等于各电阻上电压降之和，即U=U1+U2+U3。总电阻R为各个负载电阻之和，即R=R1+R2+R3。各电阻上电压降之比等于其电阻比，即U1/U2=R1/R2、U1/U3=R1/R3。,电阻的串联与并联,1.电阻的并联 将电路中若干个电阻并排相连接，叫做电阻的并联。它具有以下特点电路的总电流等于电路中各支路电流之和，即
10、I=I1+I2+I3，分流作用。各电阻两端的电压相等，即U=U1=U2=U3。电路总电阻R的倒数等于各个支路电阻倒数之和，即1/R=1/R1+1/R2，R=R1R2/(R1+R2)电阻越并联越小。通过各支路的电流与各自电阻成反比，即I1/I2=R2/R1、I1/I3=R3/R1。,课 间 休 息,1.2电感元件与电容元件,1 电容元件2 电感元件3 有功 无功 视在功率 功率因数,1.2电感元件与电容元件,1.电容元件电容元件的基本概念 电容是将两块金属板用绝缘材料隔开的电路元件,通常用C表示，它与极板面积（正比）和极板间的距离（反比）有关，它的图形符号如图所示。,线性电容元件的图形符号,1.
11、2电感元件与电容元件,电容的电容量单位为法拉,符号为F。常采用微法（F）和皮法（pF）作为其单位。,1.2电感元件与电容元件,2 直流电路中的电容电容的隔直作用 在电容上加直流电源，过一定时间后用示波器测量电容器两端的电气量，发现只有电压的波形，无电流波形。说明在直流电路中，如果有电容，电路相当与断路。,1.2电感元件与电容元件,3 正弦电路中的电容 当把正弦交流电源加在电容上时，示波器上出现电压的波形，同时也出现电流波形，这说明电容对正弦交流的限制作用比直流电的限制作用差的多。在正弦电路中通常把这中限制作用称为容抗。C,1.2电感元件与电容元件,4 电容元件的储能 在电压和电流关联的参考方向
12、下,电容元件吸收的功率为 电容元件吸收的电能为下式；式中Wc电容器中储存的电场能，单位焦耳；C电容器的容量，单位法；Uc电容器的端电压，单位伏。,电容器的串联与并联,1.电容器的并联 将电路中若干个电容器并排相连接，叫做电阻的并联。它具有以下特点电路的总电流等于电路中各支路电流之和，即I=I1+I2+I3。各电容器两端的电压相等，即U=U1=U2=U3。电路的等效电容（总电容）等于各个支路之和，即Q=Q1+Q2,Q1=C1U,Q2=C2U。并联电容器的总电容量是各个参加并联电容器的电容量之和，即C=Q/U=(Q1+Q2)/U。C=C1+C2电容器越并联越大,电容器的串联与并联,2.电容器的串联
13、 凡是将电容器首尾依次相连的接法叫做电容器的串联。它具有以下特点串联电容器各极上的电量相等，即Q=Q1=Q2=Q3。总电压等于各电容器上电压之和，即U=U1+U2+U3。串联电容器组总电容（等效电容）的计算，总电容量的倒数等于各个电容器的倒数之和。即1/C=（1/C1)+(1/C2)，C=C1C2/(C1+C2)。电容器上的分压与电容量成反比，电容器的电容量小的分得电压比电容量大的要高。即V1/V2=C2/C1,1.2电感元件与电容元件,电感元件 1 基本概念1.磁性：磁铁具有吸铁的性质。N极（北）和S极（南），已吸同斥。2.右手定则：通电导体（或线圈）周围存在着磁场（磁力线），即电流产生磁场
14、（电能生磁），称为电流的磁效应。其方向用右手来判断。,1.2电感元件与电容元件,3.磁通：表示穿过某一截面(S)的磁力线数量(磁感应强度B)的物理量。单位为韦伯，Wb。=BS4.磁阻：磁路对磁通的阻力称为磁阻。5.磁感应强度：指穿过垂直于磁力线方向单位面积上磁力线的数量。用B表示。式中B磁感应强度,单位特斯拉(T)，还有用高斯（Gs），1Gs等于10的负4次方T；F电磁力，单位牛顿（N）；I电流，单位安（A）；L导体的有效长度，单位米（m）。,1.2电感元件与电容元件,线圈的磁通和磁链,线性电感元件,1.2电感元件与电容元件,6.自感：流过线圈（或回路）本身的电流变化而引起在线圈（或回路）内部
15、产生电磁感应的现象。7.磁链：穿过线圈的磁通于线圈的匝数的乘积。8.互感：变压器，互感器等都是利用互感想象作成的。9.涡流：铁心内部形成的环流。10.电感：电流产生的自感磁链与电流之比用L表示。电感的单位为亨利，符号为H;1H=1WbA。通常还用毫亨（mH）和微亨（H）作为其单位,它们与亨的换算关系为,1.2电感元件与电容元件,2 直流电路中的电感 当在电感上加直流电源时，用示波器发现只有电流波形，没有电压波形。说明在直流电路中电感想当与短路。,1.2电感元件与电容元件,3 电感元件的储能 在电压和电流关联参考方向下,电感元件吸收的功率为从t0到t时间内,电感元件吸收的电能为,课 间 休 息,
16、1.3正弦交流电的基本概念,随时间呈正弦规律变化的量。,正弦交流电的优越性：便于传输；易于变换 便于运算；有利于电器设备的运行；.,正弦交流电：,正弦交流电路：,由正弦交流电组成的电路。,一、正弦交流电压、电流、电动势,1、用波形表示,+,_,正半周,负半周,2、用三角函数表示,其中：,Im、Um、Em称为最大值（峰值、幅值）,称为角频率,称为初相位角,二、频率、周期、角频率,周期T：变化一周所需的时间（s）,角频率：每秒钟转过的弧度,（rad/s）,频率f：正弦量每秒钟变化的次数,（Hz）,（反映正弦量变化快慢的要素）,三、交流电幅值、瞬时值与有效值,若正弦交流电流i通过一个电阻R,在一个周
17、期内产生的热量与某一直流电流I在相同时间内产生的热量相等的话，则I定义为i的有效值。,用Im、Um、Em表示,则有,交流,直流,同理：,1、最大值：,2、瞬时值：,用u、i、e表示,3、有效值：,对应某一时刻的值,反映正弦量做功效果的物理量,用U、I、E表示,四、交流电的相位角、初相位角与相位差,1、相位角：,注意：交流电压、电流表测量数据为有效值,交流设备名牌标注的电压、电流均为有效值,表示曲线上一点到正弦量0点的夹角,2、初相位角：,等于正弦量在t=0时刻的相位角。,表示坐标0点与正弦量0点之间的夹角,两同频率的正弦量之间的初相位之差。,3、相位差：,例1：,若,电压超前电流,则：,若,电
18、压滞后电流,若,电压与电流同相,电流超前电压,电压与电流同相,电流超前电压,电压与电流反相,不同频率的正弦量比较无意义。,两同频率的正弦量之间的相位差为常数，与计时的选择起点无关。,注意:,课 间 休 息,1.4三相交流电路,1.三相交流电的产生 三相交流发电机和单相交流发电机一样，是根据电磁感应定理制成的。转子是磁极，定子上是三个相互独立且完全一样的绕组，每个独立的绕组称为一相，三相绕组的空间位置都分别相隔120度。当转子在原动机的带动下一恒定角速度旋转时，在三个绕组中分别产生按正弦规律变化的感应电动势，他们的最大值和频率都相等。只是相位互差120度。这种电动势称为对称电动势。三相电动势之和
19、等于零。,1.4三相交流电路,相序三相电动势达到最大值的顺序称为相序，一般规定U-V-W为正序。分别用黄（U）,绿（V）,红（W）表示。,1.4三相交流电路,三相电源的星形）连接,图 5.4 三相电源的星形连接,1.4三相交流电路,星型连接是将三相绕组的一端（尾端）连接成一点，另一端（首端）引出导线接到负荷上。尾端连成的公共点叫电源的中性点，用N表示，从中性点引出的导线叫中线，当中线直接接地时中线也叫零线或者地线。有中线的三相供电方式称为三相四线制，常用于低压配电系统，不引出中线的三相供电方式叫三相三线制，常用于高压输电系统。这种连接方式可以取得两种电压：相电压和线电压，它们之间的关系为：线电
20、压是相电压的,1.4三相交流电路,三相电源的三角形（）连接,三相电源的三角形连接线电压等于相电压,1.4三相交流电路,三角形连接：将三相绕组的尾端连接成三角形，再从首端引出导线接至负荷。这种供电方式只能采用三相三线制,这种方式也可以取得相电压和线电压，它们关系是：线电压等于相电压。,1.4三相交流电路,2 负荷的连接2.1 负荷连接原则 1.单相负荷：根据设备的额定电压等于电源电压的原则确定是接入线电压还是相电压。单相负荷应尽量均匀分配在三相电源上。2.三相负荷：当负荷额定电压等于电源的相电压时，负荷应接成星型，反之接成三角形。,1.4三相交流电路,2.2 负载的星形（Y）连接 1 三相四线制
21、电路,三相四线制电路及电压、电流相量图,1.4三相交流电路,2 三相三线制电路,负载为Y形连接的三相三线制电路,1.4三相交流电路,2.2 负载的三角形（）连接,1.4三相交流电路,三相电路的功率：三相电路的有功功率、无功功率、视在功率和功率因数 1 三相负载的有功功率 即,若三相负载是对称的,1.4三相交流电路,三相总有功功率则为,当负载为星形连接时,当负载为三角形连接时,1.4三相交流电路,三相负载的无功功率 无论负载接成星形还是三角形,三相总无功功率均为,1.4三相交流电路,三相负载的视在功率三相负载的视在功率定为若负载对称,则,1.4三相交流电路,三相负载的功率因数三相负载的功率因数为若负载对称,则,谢谢大家！,手机:13383928978 QQ:81045726 Emaih:,
