初級(jí)電工培訓(xùn)資料——經(jīng)典PPT

1、原子核 原子核中有質(zhì)子和中子，其中質(zhì)子帶正電，中子不帶電。 繞原子核高速旋轉(zhuǎn)的電子帶負(fù)電。自然界物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)：電子原子核 導(dǎo)體的外層電子數(shù)很少且距離原子核較遠(yuǎn)，因此受原子核的束縛力很弱，極易掙脫原子核的束縛游離到空間成為自由電子，即導(dǎo)體的特點(diǎn)就是內(nèi)部具有大量的自由電子。原子核 半導(dǎo)體的外層電子數(shù)一般為4個(gè)，其導(dǎo)電性界于導(dǎo)體和絕緣體之間。原子核 絕緣體外層電子數(shù)通常為8個(gè)，且距離原子核較近，因此受到原子核很強(qiáng)的束縛力而無(wú)法掙脫，我們把外層電子數(shù)為8個(gè)稱(chēng)為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)中不存在自由電子，因此不導(dǎo)電。負(fù)載：由實(shí)際元器件構(gòu)成的電流的通路。電路的組成包括：電源、負(fù)載、中間環(huán)節(jié)電源：電路中提供電能的裝

2、置。如發(fā)電機(jī)、蓄電池等。在電路中接收電能的設(shè)備。如電動(dòng)機(jī)、電燈等。中間環(huán)節(jié)：電源和負(fù)載之間不可缺少的連接、控制和保護(hù)部件，如連接導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)設(shè)備、測(cè)量設(shè)備以及各種繼電保護(hù)設(shè)備等。電源負(fù)載實(shí)體電路中間環(huán)節(jié) 與實(shí)體電路相對(duì)應(yīng)、由理想元件構(gòu)成的，稱(chēng)為實(shí)體電路的。電路模型負(fù)載電源開(kāi)關(guān)連接導(dǎo)線SRL+ UIUS+_R0白熾燈的電白熾燈的電路模型可表路模型可表示為：示為： 實(shí)際電路器件品種繁多，其電磁特性多元而復(fù)雜，采取模型化處理可獲得有意義的分析效果iR R L的的電電特性可用特性可用表征表征的電的電特性可用特性可用表征表征由于白熾燈中耗能的因素大大于產(chǎn)生磁場(chǎng)的因素，因此L 可以忽略。 理想電路元件是實(shí)際

3、電路器件的理想化和近似，其電特性惟一、精確，可定量分析和計(jì)算。RC+ US只具耗能的電特性只具有儲(chǔ)存電能的電特性L只具有儲(chǔ)存磁能的電特性IS無(wú)源二端元件 有源二端元件 必須指出，電路在進(jìn)行上述模型化處理時(shí)是有條件的。前提是：實(shí)際電路中各部分的基本電磁現(xiàn)象可以分別研究，并且相應(yīng)的電磁過(guò)程都集中在電路元件內(nèi)部進(jìn)行，這種電路稱(chēng)為元件的電路。集總參數(shù)元件的特征集總參數(shù)元件的特征1. 在元件中所發(fā)生的電磁過(guò)程都集中在元件內(nèi)部進(jìn)行，其次要因素可以忽略的理想化電路元件。如前面提到的無(wú)源電路元件R，只具有耗能的電特性；L只具有儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的電特性；C只具有儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的電特性。2.2.對(duì)于集總參數(shù)元件，任何時(shí)

4、刻，從元件一端流入的電流，恒等于從元件另一端流出的電流，并且元件兩端的電壓值是完全確定的。 電力系統(tǒng)中：電力系統(tǒng)中：電子技術(shù)中：電子技術(shù)中：（1）電流 電流的國(guó)際單位制是安培【A】，較小的單位還有毫安【mA】和微安【A】等，它們之間的換算關(guān)系為：i dQdt=（1-1）I Q t=（1-2） 電荷有規(guī)則的定向移動(dòng)形成電流。計(jì)量電流大小的物理量稱(chēng)為電流強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱(chēng)電流。定義式為：若電流的大小、方向均不隨時(shí)間變化，則表達(dá)式為： 在電工技術(shù)的問(wèn)題分析中，僅僅指出電流的大小是不夠的，通常規(guī)定以正電荷移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯恼较颉?a)(b)(c)(d)i參考方向?qū)嶋H方向iababi參考方向?qū)嶋H方向ibaba

5、電流的參考方向電流的參考方向 （2.12.1）電位）電位 某一點(diǎn)的電位是指電場(chǎng)力將單位正電荷Q從電場(chǎng)中的某一點(diǎn)移到參考點(diǎn)所做的功（W）。電位用字母V表示 V=W/QV=W/QdqdwuababQWUabab直流情況下 高中物理學(xué)中對(duì)電壓的定義：電場(chǎng)力把單位正電荷從電場(chǎng)中的一點(diǎn)移到另一點(diǎn)所做的功。表達(dá)式為：物理量用小字表示變量，用大寫(xiě)表示恒量。 電壓的國(guó)際單位制是伏特【V】，常用的單位還有毫伏【mV】和千伏【KV】等，它們之間的換算關(guān)系為： 電工技術(shù)的問(wèn)題分析中，通常規(guī)定電壓的參考正方向，因此電壓又稱(chēng)作 從工程應(yīng)用的角度來(lái)講，電路中的電壓是產(chǎn)生電流的根本原因；在數(shù)值上，電壓等于電路中兩點(diǎn)電位的差

6、值。電阻理論及時(shí)間都證明，導(dǎo)體對(duì)電流的通過(guò)有一定的阻礙作用，稱(chēng)為電阻，用字母R表示 R=。R 在電路圖上預(yù)先標(biāo)出電壓、電流的，目的是為解題時(shí)列寫(xiě)方程式提供依據(jù)。因?yàn)?，只有參考方向?biāo)定的情況下，方程式各電量前的正、負(fù)號(hào)才能確定。I 為什么要在電為什么要在電路圖中預(yù)選標(biāo)出路圖中預(yù)選標(biāo)出參考方向？參考方向？ +USR0RI 設(shè)參考方向下US=100V，I=5A，則說(shuō)明電源電壓的實(shí)際方向與參考方向一致；電流為負(fù)值說(shuō)明其實(shí)際方向與圖中所標(biāo)示的參考方向相反。 參考方向一經(jīng)設(shè)定，在分析和計(jì)算過(guò)程中不得隨意改動(dòng)。方程式各量前面的正、負(fù)號(hào)均應(yīng)依據(jù)參考方向?qū)懗?，而電量的是以?jì)算結(jié)果和參考方向二者共同確定的。UIt

7、W 日常生產(chǎn)和生活中，電能（或電功）也常用度作為量綱：1度度=1KWh=1KVAh（1）電能 電能的轉(zhuǎn)換是在電流作功的過(guò)程中進(jìn)行的。因此，電流作功所消耗電能的多少可以用電功來(lái)量度。電功：式中單位：U【V】；I【A】；t【s】時(shí)，電功W為焦耳【J】1000W的電爐加熱1小時(shí)；100W的電燈照明10小時(shí)；40W的電燈照明25小時(shí)。UItUIttWP 電功率是用來(lái)表示電流做功快慢的物理量。 用電器正常工作時(shí)的電壓叫額定電壓，在額定電壓下的電功率叫做額定功率。（2）電功率 電工技術(shù)中，單位時(shí)間內(nèi)電流所作的功稱(chēng)為電功率。電功率用“P ”表示：國(guó)際單位制：U 【V】，I【A】，電功率P用瓦特【W(wǎng)】 實(shí)際加

8、在用電器兩端的電壓叫實(shí)際電壓，在實(shí)際電壓下的電功率叫。 只有在實(shí)際電壓恰好與額定電壓相等時(shí)，實(shí)際功率才等于額定功率。 例例 如圖所示為直流電路, U1=4V, U2=-8V, U3=-6V, I=4A, 求各元件接受或發(fā)出的功率P1、 P2 和 P3, 并求整個(gè)電路的功率P。 U1IU2U3P1P2P3解解 P1的電壓參考方向與電流參考方向相同, 故 P1=U1I=44=16W (發(fā)出16W) P2和P3的電壓參考方向與電流參考方向相反, 故 P2=U2I=(-8)4=-32W (吸收32W) P3=U3I=64=24W (吸收24W) 整個(gè)電路的功率P, 設(shè)發(fā)出功率為正, 吸收功率為 負(fù),

9、故 P=16-32-24=-40W 所以整個(gè)電路為吸收功率的電路三、電動(dòng)勢(shì)三、電動(dòng)勢(shì) 電源力把單位正電荷從電源的負(fù)極移到正極所做的功稱(chēng)為電源的電動(dòng)勢(shì)，用E表示，即 E=W E=WS S/Q/Q四、功率與電能四、功率與電能 傳遞轉(zhuǎn)換電能的速率叫電功率, 簡(jiǎn)稱(chēng)功率,用p 或P 表示。iupdtdqdqdwdtdwpdqdwudtdqi, 在直流情況下功率的單位為瓦特, 簡(jiǎn)稱(chēng)瓦, 符號(hào)為W,常用的有千瓦（kW）、兆瓦（MW）和毫瓦（mW）等。 從t0到t時(shí)間內(nèi), 電路吸收（消耗）的電能為UIP ttpdtW0 直流時(shí)， 有)(0ttPW 電能的SI主單位是焦耳, 符號(hào)為J, 在實(shí)際生活中還采用千瓦小

10、時(shí)（kWh）作為電能的單位,簡(jiǎn)稱(chēng)為1度電。JhkW63106.33600101 所有元件吸收的功率的總和為零。這個(gè)結(jié)論叫做“電路的功率平衡”。 練習(xí)：練習(xí)： 有220V, 100 W燈泡一個(gè), 其燈絲電阻是多少？每天用5h, 一個(gè)月（按30天計(jì)算）消耗的電能是多少度？解解 燈泡燈絲電阻為484100220222PURRUP一個(gè)月消耗的電能為度151515000305100hkWhWPTW%100%1002212PPPPP 提高電能效率能大幅度節(jié)約投資。據(jù)專(zhuān)家測(cè)算，建設(shè)1千瓦的發(fā)電能力，平均在7000元左右；而節(jié)約1千瓦的電力，大約平均需要投資2000元，不到建設(shè)投資的1/3。通過(guò)提高電能效率節(jié)

11、約下來(lái)的電力還不需要增加煤等一次性資源投入，更不會(huì)增加環(huán)境污染。（3）效率 電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)客觀上存在損耗，在工程應(yīng)用中，常把輸出功率與輸入功率的比例數(shù)稱(chēng)為效率，用“”表示： 所以，提高電能效率與加強(qiáng)電力建設(shè)具有相同的重要地位，不僅有利于緩解電力緊張局面，還能促進(jìn)資源節(jié)約型社會(huì)的建立。 電氣設(shè)備工作條件下的稱(chēng)為額定值 電氣設(shè)備的額定值是根據(jù)設(shè)計(jì)、材料及制造工藝等因素，由制造廠家給出的技術(shù)數(shù)據(jù)。（a）開(kāi)路）開(kāi)路U=USI0S USRSRL U=USIRS U=0IUS/RSIUS(RSRL)（b）通路）通路S USRSRLS USRSRL（c）短路短路iuR 1. 電阻元件R0ui 由電阻的伏安特

12、性曲線可得，任一瞬時(shí)，電阻元件上電壓和電流的關(guān)系為關(guān)系，即：因此，電阻元件稱(chēng)為即時(shí)元件。即時(shí)RiRuuiP22元件上的電壓、電流關(guān)系遵循歐姆定律。電阻元件通過(guò)電流就要發(fā)熱，消耗的能量為：2. 電感元件L0i 對(duì)線性電感元件而言，任一瞬時(shí)，其電壓和電流的關(guān)系為微分(或積分)的關(guān)系，即：dtdiLuL 顯然，只有電感元件上的電流221LiWL時(shí)，電感兩端才有電壓。因此，我們把電感元件稱(chēng)為動(dòng)態(tài)元件。動(dòng)態(tài)元件可以?xún)?chǔ)能，儲(chǔ)存的磁能為：0q qu 對(duì)線性電容元件而言，任一瞬時(shí)，其電壓、電流的關(guān)系也是微分(或積分)的關(guān)系，即：dtduCiC電容元件的工作方式就是充放電。2C21CuWC因此，只有電容元件的極

13、間電壓時(shí)，電容支路才有電流通過(guò)。電容元件也是動(dòng)態(tài)元件，其儲(chǔ)存的電場(chǎng)能量為：4. 電源元件 任何電源都可以用兩種電源模型來(lái)表示，輸出電壓比較穩(wěn)定的，如發(fā)電機(jī)、干電池、蓄電池等通常用電壓源模型(理想電壓源和一個(gè)電阻元件相串聯(lián)的形式)表示；柴油機(jī)組柴油機(jī)組汽油機(jī)組汽油機(jī)組蓄電池蓄電池 輸出電流較穩(wěn)定的：如光電池或晶體管的輸出端等通常用電流源模型(理想電流源和一個(gè)內(nèi)阻相并聯(lián)的形式)表示。US+_R0ISR0理想電壓源的外特性0UI電壓源模型的外特性0UIS USR0URL U電壓源模型輸出端電壓I 理想電壓源內(nèi)阻為零，因此輸出電壓恒定； 實(shí)際電壓源總是存在內(nèi)阻的，因此當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí)，內(nèi)阻上必定增加消

14、耗，從而造成輸出電壓隨負(fù)載電流的增大而減小。即實(shí)際電壓源的外特性應(yīng)是一條稍微向下傾斜的直線，如右圖所示。 理想電流源的內(nèi)阻 R0I(相當(dāng)于開(kāi)路)，因此內(nèi)部不能分流，輸出的電流值恒定。理想電流源的外特性0I IU電流源模型的外特性0I IUU+_RLR0IISI電流源模型 實(shí)際電流源的內(nèi)阻總是有限值，因此當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，內(nèi)阻上分配的電流必定增加，從而造成輸出電流隨負(fù)載的增大而減小。即實(shí)際電流源的外特性也是一條稍微向下傾斜的直線。Us = Is R0內(nèi)阻改并聯(lián)Is = UsR0 兩種電源模型之間等效變換時(shí)，電壓源的數(shù)和電流源的數(shù)值遵循歐姆定律的數(shù)值關(guān)系，但變換過(guò)程中內(nèi)內(nèi)阻不變阻不變。bI IR0Ua

15、b+_US+_aIS R0US bI IR0Uab+_a當(dāng)外接負(fù)載相同時(shí)，兩種電源模型對(duì)外部電路的電壓、電流相等。內(nèi)阻改串聯(lián)2121211111PPPIIIRRRRn212121PPPUUURRRRUIR2R1UII1I2R1R2IUU1U2串聯(lián)各電阻中通過(guò)的電流相同。并聯(lián)各電阻兩端的電壓相同。如果兩個(gè)串聯(lián)電阻有：R1R2，則如果兩個(gè)并聯(lián)電阻有：R1R2，則1、電阻的串聯(lián)與并聯(lián) Rab=R1+ R6+(R2/R3)+(R4/R5)R1R2R3R4R5R6ab由a、b端向里看， R2和R3，R4和R5均連接在相同的兩點(diǎn)之間，因此是并聯(lián)關(guān)系，把這4個(gè)電阻兩兩并聯(lián)后，電路中除了a、b兩點(diǎn)不再有結(jié)點(diǎn)，

16、所以它們的等效電阻與R1和R6相串聯(lián)。 電阻混聯(lián)電路的等效電阻計(jì)算，關(guān)鍵在于正確找出電路的連接點(diǎn)，然后分別把兩兩結(jié)點(diǎn)之間的電阻進(jìn)行串、并聯(lián)簡(jiǎn)化計(jì)算，最后將簡(jiǎn)化的等效電阻相串即可求出。m=3abl=3n=2112332網(wǎng)孔網(wǎng)孔=2+_R1US1+_US2R2R3例例支路：共 ？條回路：共 ？個(gè)節(jié)點(diǎn)：共 ？個(gè)網(wǎng)孔：？個(gè)I3I1I2I5I6I4R3US4US3_+R6+R4R5R1R2_3、基爾霍夫電流定律（KCL）基爾霍夫定律包括結(jié)點(diǎn)電流定律和回路電壓兩個(gè)定律，是一般電路必須遵循的普遍規(guī)律。 基爾霍夫電流定律是將物理學(xué)中的“液體流動(dòng)的連續(xù)性”和“能量守恒定律”用于電路中，指出：。數(shù)學(xué)表達(dá)式：（直流電路的電流）（任意波形的電流） 0 0IiI1I2I3I4a 若以結(jié)點(diǎn)的電流為，結(jié)點(diǎn)的電流為，則根據(jù)KCL，對(duì)結(jié)點(diǎn) a 可以寫(xiě)出：求左圖示電路中電流i1、i2。i1i4i2i3整理為： i1+ i3= i2+ i4 0)(ti根據(jù)出入的另一種形式：可得ii KCL可列出KCL：i1 i2+i3 i4= 0i1i2+10 +(12)=0 i2=1A 4+7+i1= 0 i1= 3A 7A4Ai110A- -12Ai2I=?I1I2I3IU2+_U1+_RU3+_RRR廣義節(jié)點(diǎn)廣義節(jié)點(diǎn)I1+US1R1I4US4R4I3R3R2I2_U3U