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1、电工基础电工基础_课件课件第1页，本讲稿共51页1、电路及定律、电路及定律n1.1 电路及基本物理量电路及基本物理量n1.2 电路基本元件电路基本元件n1.3 电气设备的额定值电气设备的额定值 及电路的工作状态及电路的工作状态n1.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律n1.5 电路定理电路定理第2页，本讲稿共51页 电路分析的主要任务电路分析的主要任务电路分析的主要任务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在于解得电路物理量，其中最基本的电路物理量在于解得电路物理量，其中最基本的电路物理量在于解得电路物理量，其中最基本的电路物理量就是就是就是就是电流、电压和功率。电流、电压和功率
2、。电流、电压和功率。电流、电压和功率。1.1 电路基本物理量电路基本物理量 为了某种需要而由电源、导线、开关和负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载按一定方式组合起来的电流通路称为电路电路。电路的主要功能：电路的主要功能：n一：进行能量的转换、传输和分配。一：进行能量的转换、传输和分配。n二：实现信号的传递、存储和处理。二：实现信号的传递、存储和处理。第3页，本讲稿共51页1.1.1 电流电流 电荷的定向移动形成电流。电荷的定向移动形成电流。电流的大小用电流的大小用电流强度电流强度电流强度电流强度表示，简称表示，简称电流电流。电流电流：用单位时间内通过导体横
3、截面的电量来表示：用单位时间内通过导体横截面的电量来表示电流的大小，以字母电流的大小，以字母I表示。电量的单位是表示。电量的单位是C，时间的，时间的单位是单位是s，那么电流的单位是，那么电流的单位是A。电流常用的单位还有。电流常用的单位还有kA、mA、A。大写大写 I 表示直流电流表示直流电流 小写小写 i 表示电流的一般符号表示电流的一般符号第4页，本讲稿共51页正电荷运动方向规定为正电荷运动方向规定为电流的实际方向电流的实际方向。电流的方向用一个箭头表示。电流的方向用一个箭头表示。任意假设的电流方向称为任意假设的电流方向称为电流的参考方向电流的参考方向。如果求出的电流值为正，说明参考方向与
4、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实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。向相反。第5页，本讲稿共51页1.1.2 电压、电位和电动势电压、电位和电动势1 1、电压：、电压：电场力把单位正电荷从电场电场力把单位正电荷从电场中中a点移动到点移动到b点所做的功称为点所做的功称为a、b两点的电压，用两点的电压，用U表示，小表示，小写写 u表示电压的一般符号。表示电压的一般符号。电压的单位称为伏特，简称伏，用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表示。电压常用的单位还有kV、mV、V。第6页，本讲稿共51页电压的实际方向：电压的实
5、际方向：规定由电位高处指向电位低处。与电流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，可任选一方向为方向的处理方法类似，可任选一方向为电压电压的参考方向。的参考方向。最后求得的最后求得的u为正值，说明电压的实际为正值，说明电压的实际方向与参考方向一致，否则说明两者相反。方向与参考方向一致，否则说明两者相反。第7页，本讲稿共51页2、电位：、电位：电路中某点的电路中某点的电位电位定义为单位正电荷定义为单位正电荷由该点移至参考点电场力所做的功。由该点移至参考点电场力所做的功。电路中a、b点两点间的电压等于a、b两点的电位差。第8页，本讲稿共51页3、电动势：、电动势：电动势是衡量外力即非
6、静电力做功能力的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，称为的负极搬运到正极所做的功，称为电源的电动电源的电动势势。电动势的实际方向与电压实电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定为由负极指向际方向相反，规定为由负极指向正极。正极。第9页，本讲稿共51页 对一个元件，电流参考方向和电压参考对一个元件，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，称起见，常常将其取为一致，称关联方向关联方向；如；如不一致，称不一致，称非
7、关联方向非关联方向。如果采用关联方向，在标示时标出一种即如果采用关联方向，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。可。如果采用非关联方向，则必须全部标示。第10页，本讲稿共51页1.1.3 电功率电功率 电场力在单位时间内所电场力在单位时间内所做的功称为做的功称为电功率电功率，简称功，简称功率。率。功率与电流、电压的关系：功率与电流、电压的关系：关联方向时：关联方向时：p=ui非关联方向时：非关联方向时：p=uip0时吸收功率，时吸收功率，p0时放出功率。时放出功率。第11页，本讲稿共51页1.2 电路基本元件电路基本元件 常见的电路元件有电阻元件、电容常见的电路元件有电阻元
8、件、电容元件、电感元件、电压源、电流源。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，即的性质是用其端电压、电流的关系，即伏安关系伏安关系（VAR）来决定的。）来决定的。第12页，本讲稿共51页1.2.1 电路元件电路元件伏安关系（伏安关系（欧姆定律欧姆定律）：）：关联方向时：关联方向时：u=Ri非关联方向时：非关联方向时：u=Ri1电阻元件电阻元件(R)符号：符号：功率：功率：电阻元件是一种消耗电能的元件。电阻元件是一种消耗电能的元件。第13页，本讲稿共51页伏安关系：伏安关系：2电感元件电感元件(L)符号：符号：
9、电电感感元元件件是是一一种种能能够够贮贮存存磁磁场场能能量量的的元元件，是实际电感器的理想化模型。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（）。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，电只有电感上的电流变化时，电感两端才有电压。在直流电路感两端才有电压。在直流电路中，电感上即使有电流通过，中，电感上即使有电流通过，但，相当于短路。但，相当于短路。存储能量：存储能量：第14页，本讲稿共51页3电容元件电容元件(C)电电容容元元件件是是一一种种能能够够贮贮存存电电场场能能量量的的元元件，是实际电容器的理想化模型。件，是实际电容器的理想化模型。伏安关系：伏安关
10、系：符号：符号：只有电容上的电压变化时，电只有电容上的电压变化时，电容两端才有电流。在直流电路容两端才有电流。在直流电路中，电容上即使有电压，但中，电容上即使有电压，但，相当于开路，即，相当于开路，即 电容具电容具有有隔直作用隔直作用。C称为电容元件的电容，单位是法拉（称为电容元件的电容，单位是法拉（F）。）。存储能量：存储能量：第15页，本讲稿共51页1.3 电气设备的额定值及电气设备的额定值及电路的工作状态电路的工作状态1.3.1 电气设备的额定值电气设备的额定值 额定值额定值是制造厂为了使产品能在给定的工作条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。额定值有件下正
11、常运行而规定的正常容许值。额定值有额定电额定电压压UN与与额定电流额定电流IN或或额定功率额定功率PN。必须注意的必须注意的是，电气设备或元件的电压、电流和功率的实际是，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。值不一定等于它们的额定值。第16页，本讲稿共51页1.3.2 电路的工作状态电路的工作状态 1、负载状态负载状态:就是电源与负载构成的闭合就是电源与负载构成的闭合就是电源与负载构成的闭合就是电源与负载构成的闭合回路，电路中有电流通过，电路正回路，电路中有电流通过，电路正回路，电路中有电流通过，电路正回路，电路中有电流通过，电路正常工作。常工作。常工作。常工作。P=
12、UI：电源输出的功率：电源输出的功率PS=USI：电源产生的功率：电源产生的功率P=I2R0：内阻消耗的功率：内阻消耗的功率第17页，本讲稿共51页2、空载状态空载状态:空载就是电源与负载未接成闭合的回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，电路中没有电流通过。空载又称为开路。路。第18页，本讲稿共51页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，本讲稿共51页1.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律支路、节点、回路支路、节点、回路 电路中两点之间通过同一电流的不分叉电路中两点之间通过同一电
13、流的不分叉的一段电路称为的一段电路称为支路支路。电路中电路中3条或条或3条以上条以上支路的联接点称为支路的联接点称为节点节点。电路中任一闭合的路径称为电路中任一闭合的路径称为回路回路。回路。回路内部不含支路的称内部不含支路的称网孔。网孔。图示图示:电路有电路有3条支条支路、两个节点、路、两个节点、3个回路、两个网个回路、两个网孔。孔。第20页，本讲稿共51页1.4.1 基尔霍夫电流定律（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。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在任一瞬时，通过
14、任一节点电流的代数和恒等于零。恒等于零。表述一表述一表述二表述二可假定流入节点的电流为正，流出节点的电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。流为负；也可以作相反的假定。所有电流均为正。所有电流均为正。第21页，本讲稿共51页1.4.2 基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL）表述一表述一表述二表述二 在任一瞬时，在任一回路上的电位升在任一瞬时，在任一回路上的电位升之和等于电位降之和。之和等于电位降之和。在任一瞬时，沿任一回路电压的代数和在任一瞬时，沿任一回路电压的代数和恒等于零。恒等于零。电压参考方向与回路绕行方向一致时取正电压参考方向与回路绕行方向一致时取正号
15、，相反时取负号。号，相反时取负号。所有电压均为正。所有电压均为正。第22页，本讲稿共51页1.5 电路定理电路定理1.5.1 叠加定理叠加定理在任何由线性电阻、线性受控源及独立源在任何由线性电阻、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。这就是生的电流或电压的代数和。这就是叠加定理叠加定理。说明说明：当某一独立源单独作用时，其他独立当某一独立源单独作用时，其他独立源置零源置零。第23页，本讲稿共51页1.5.2 戴维南定理戴维南定理对外
16、电路来说，任何一个线性有源二端网对外电路来说，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端网络的开路电压UOC，电阻等于线性有源二，电阻等于线性有源二端网络除源后两端间的等效电阻端网络除源后两端间的等效电阻Ro。这就是。这就是戴戴维南定理维南定理。第24页，本讲稿共51页1.5.3 诺顿定理诺顿定理对外电路来说，任何一个线性有源二端网对外电路来说，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络，都可以用一个电流源即恒流源和
17、电阻并联的电路来代替，其恒流源电流等于线性有源二的电路来代替，其恒流源电流等于线性有源二端网络的短路电流端网络的短路电流ISC，电阻等于线性有源二端，电阻等于线性有源二端网络除源后两端间的等效电阻网络除源后两端间的等效电阻Ro。这就是。这就是诺顿诺顿定理定理。第25页，本讲稿共51页2、正弦交流电正弦交流电n2.1 正弦交流电的基本概念正弦交流电的基本概念n2.2 三相正弦交流电三相正弦交流电第26页，本讲稿共51页2.1 正弦交流电的基本概念正弦交流电的基本概念 定义：随时间按正弦规律变化的电压、定义：随时间按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：电流称为正弦电压和正弦电
18、流。表达式为：第27页，本讲稿共51页以正弦电流为例：以正弦电流为例：振幅角频率振幅振幅、角频率角频率和和初相初相称为正弦量的三要素。称为正弦量的三要素。相位初相角:简称初相波形波形:第28页，本讲稿共51页角频率角频率：正弦量单位时间内变化的弧度数：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：角频率与周期及频率的关系：周期周期T：正弦量完整变化一周所需要的时间：正弦量完整变化一周所需要的时间频率频率f：正弦量在单位时间内变化的周数。：正弦量在单位时间内变化的周数。周期与频率的关系：周期与频率的关系：2.1.1 周期与频率周期与频率第29页，本讲稿共51页2.1.2 相位、初相和相位
19、差相位、初相和相位差相位相位：正弦量表达式中的角度：正弦量表达式中的角度初相初相：t=0时的相位时的相位相位差相位差：两个同频率正弦量的相位之差，其：两个同频率正弦量的相位之差，其值等于它们的初相之差。如：值等于它们的初相之差。如：相位差为：相位差为：第30页，本讲稿共51页第31页，本讲稿共51页2.1.3 振幅与有效值振幅与有效值振幅振幅：正弦量的最大值。：正弦量的最大值。周期电流有效值周期电流有效值：让让周周期期电电流流i和和直直流流电电流流I分分别别通通过过两两个个阻阻值值相相等等的的电电阻阻R，如如果果在在相相同同的的时时间间T内内，两两个个电电阻阻消消耗耗的的能能量量相相等等，则则
20、称称该该直直流流电电流流I的的值为周期电流值为周期电流i的有效值。的有效值。第32页，本讲稿共51页 正弦交流电路计算功率的公式：正弦交流电路计算功率的公式：有功功率有功功率(P)：P=U X I X cos；用；用P表示，表示，单位为单位为W。无功功率无功功率(Q)：Q=U X I X sin；用；用Q表示表示，单位为单位为Var。视在功率视在功率(S)：S=U X I；用；用S表示表示，单位为，单位为VA。三者关系：三者关系：S2=P2+Q22.1.4 正弦交流电的功率正弦交流电的功率第33页，本讲稿共51页有功和无功：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
21、。用于电路内电、磁场交换的那部分能量叫无功。第34页，本讲稿共51页功率因数功率因数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提高功率因数的意义：(1)提高发、配电设备的利用率；提高发、配电设备的利用率；(2)减少输电线路的电压降和功率损失。减少输电线路的电压降和功率损失。第35页，本讲稿共51页2.2 三相正弦交流三相正弦交流 由由3个个频率相同频率相同频率相同频率相同、振幅相同振幅相同振幅相同振幅相同、相位互差相位互差相位互差相位互差120120的正弦电压源所构
22、成的电的正弦电压源所构成的电源称为源称为三相电源三相电源三相电源三相电源。由三相电源供电的电路称为由三相电源供电的电路称为三相电路三相电路三相电路三相电路。2.2.1 三相交流电的产生三相交流电的产生 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个相同个相同的绕组。的绕组。3个绕阻的首端分别用个绕阻的首端分别用A、B、C表示，末端分别用表示，末端分别用X、Y、Z表表示。这示。这3个绕组分别称为个绕组分别称为A相、相、B相、相、C相，所产生的三相电压分别为：相，所产生的三相电压分别为：第36页，本讲稿共51页对称三相电源对称三相电源对
23、称三相电源对称三相电源：三个电压三个电压 同幅值同幅值 同频率同频率相位互差相位互差120 三个电压达最大值的先后次序叫三个电压达最大值的先后次序叫相序相序相序相序，图示相序，图示相序为为ABC。任一瞬间对称三相电源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。个电压瞬时值之和或相量之和为零。第37页，本讲稿共51页星形连接星形连接：3个末端连接在个末端连接在一起引出中线，由一起引出中线，由3个首端个首端引出引出3条火线。条火线。每个电源的电压称为每个电源的电压称为相电压相电压火线间电压称为火线间电压称为线电压线电压。2.2.2 三相电源的联接三相电源的联接第38页，本讲稿共51页注：
24、此种接法如一注：此种接法如一相接反，将造成严相接反，将造成严重后果。重后果。三角形连接三角形连接：将三：将三相绕组的首、末端相绕组的首、末端依次相连，从依次相连，从3个点个点引出引出3条火线。条火线。第39页，本讲稿共51页1.负载星形联接负载星形联接相电流相电流相电流相电流：负载中的电流。：负载中的电流。线电流线电流线电流线电流：火线中的电流。：火线中的电流。2.2.3 三相电路中负载的联接三相电路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，因线阻抗的情
25、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：此各相电流为：第40页，本讲稿共51页中线中没有电流，即如果三相负载是对称的，即则：则：三相功率：三相功率：第41页，本讲稿共51页相相电电流流线线电电流流2.负载三角形联接负载三角形联接第42页，本讲稿共51页3、磁路、磁路n n3.1 磁路基本物理量磁路基本物理量n n3.2 电磁感应电磁感应n n3.3 铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能n n3.4 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路第43页，本讲稿共51页概述概述 实际电路中有大量电感元件的线圈中有实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又铁心。线
26、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，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。同时也有磁路问题。第44页，本讲稿共51页3.1.磁路的基本物理量磁路的基本物理量1磁感应强度磁感应强度B 磁感应强度磁感应强度B是表示磁场内某点磁场强弱及是表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。方向的物理量。B的大小等于通过垂直于磁场方的大小等于通过垂直于磁场方向单位面积的向单位面积的磁力线数目磁力线数目，B的方向用右手螺旋的方向用右手螺旋定则确定。单位是特斯拉定则确定。单位是特斯拉(T)。2磁通磁通 均匀磁场中磁通均匀磁场中磁通等于磁感应强度等于磁感应强度B与垂直与垂
27、直于磁场方向的面积于磁场方向的面积S的乘积，单位是韦伯的乘积，单位是韦伯(Wb)。第45页，本讲稿共51页3磁场强度磁场强度H 磁场强度只与产生磁场的电流以及磁场强度只与产生磁场的电流以及这些电流分布有关，而与磁介质的磁导这些电流分布有关，而与磁介质的磁导率无关，单位是安米（率无关，单位是安米（Am）。是）。是为了简化计算而引入的辅助物理量。为了简化计算而引入的辅助物理量。第46页，本讲稿共51页4磁导率磁导率 磁导率磁导率表示物质的导磁性能，单位是亨表示物质的导磁性能，单位是亨/米米(H/m)。真空的磁导率 非铁磁物质的磁导率与真空极为接近，非铁磁物质的磁导率与真空极为接近，铁磁物质的磁导率
28、远大于真空的磁导率。铁磁物质的磁导率远大于真空的磁导率。相对磁导率相对磁导率r：物质磁导率与真空磁导：物质磁导率与真空磁导率的比值。非铁磁物质率的比值。非铁磁物质r近似为近似为1，铁磁物，铁磁物质的质的r远大于远大于1。第47页，本讲稿共51页3.2 电磁感应电磁感应电磁感应原理：电磁感应原理：当当导导体体对对磁磁场场作作相相对对运运动动而而切切割割磁磁力力线线时时，导导体体中中便便有有感感应应电电动动势势产产生生；而而当当与与交交链链的的磁磁通通发发生生变变化化时时，回回路路中中也也会会便便有有感感应应电电动动势势产产生生。这这两两种种在在不不同同条件下产生感应电动势的现象，称为条件下产生感
29、应电动势的现象，称为电磁感应电磁感应。感感应应电电动动势势：e=Blu(B为为磁磁感感应应强强度度、l为为导导体体有有效长度、效长度、u为导体运动速度为导体运动速度)，单位是伏。，单位是伏。感应电动势的方向用右手定则来确定。感应电动势的方向用右手定则来确定。第48页，本讲稿共51页3.3 铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能高高导导磁磁性性：磁磁导导率率可可达达102104，由由铁铁磁磁材材料料组组成成的的磁磁路路磁磁阻阻很很小小，在在线线圈圈中中通通入入较较小的电流即可获得较大的磁通。小的电流即可获得较大的磁通。磁磁饱饱和和性性：B不不会会随随H的的增增强强而而无无限限增增强强，H增大到一定值时
30、，增大到一定值时，B不能继续增强。不能继续增强。磁磁滞滞性性：铁铁心心线线圈圈中中通通过过交交变变电电流流时时，H的的大大小小和和方方向向都都会会改改变变，铁铁心心在在交交变变磁磁场场中中反反复复磁磁化化，在在反反复复磁磁化化的的过过程程中中，B的的变变化化总是滞后于总是滞后于H的变化。的变化。第49页，本讲稿共51页 设线圈的电阻为设线圈的电阻为R，主磁，主磁电动势为电动势为e和漏感电动势为和漏感电动势为e，由，由KVL，有：，有：3.4 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路e 的有效值为：1电压、电流和磁通的关系电压、电流和磁通的关系第50页，本讲稿共51页2功率损耗功率损耗3等效电路等效电路 图中图中X0是反是反映线圈能量储放映线圈能量储放的等效感抗。的等效感抗。第51页，本讲稿共51页