電工基礎(chǔ)知識大全

1、 電工基礎(chǔ)知識電工基礎(chǔ)知識目 錄1、電流、電壓、電阻2、電容、電感、電抗3、常用公式4、諧振電路 第第1 1章章 電流、電壓、電阻電流、電壓、電阻1.1 電流 1.1.1 串聯(lián)電路21III1.1.2 并聯(lián)電路R R1 1U UI IR R2 2I I1 1I I2 2IRRRI2121IRRRI2112電動(dòng)勢的單位： 伏 特 (V)電動(dòng)勢的實(shí)際方向1.2 電 壓 v電動(dòng)勢的大小在數(shù)值上等于電源兩端的開路電壓. 理想電壓源: E=U如何測出電動(dòng)勢的大小?非理想電壓源:EUAO E=UAO電動(dòng)勢和電壓有些什么區(qū)別？（1）它們描述的對象不同：電動(dòng)勢是電源具有的，是描述電源將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能

2、本領(lǐng)的物理量，電壓是反映電場力做功本領(lǐng)的物理量。答 電動(dòng)勢和電壓雖然具有相同的單位，但它們是本質(zhì)不同的兩個(gè)物理量。（2）物理意義不同：電動(dòng)勢在數(shù)值上等于將單位電量正電荷從電源負(fù)極移到正極的過程中，其他形式的能量轉(zhuǎn)化成的電能的多少；而電壓在數(shù)值上等于移動(dòng)單位電量正電荷時(shí)電場力作的功，就是將電能轉(zhuǎn)化成的其他形式能量的多少。它們都反映了能量的轉(zhuǎn)化，但轉(zhuǎn)化的過程是不一樣的。1.2.1 串聯(lián)電路R R1 1R R2 2U U1 1U U2 2U UI IURRRU2111URRRU212221UUU1.2.2 并聯(lián)電路21UUU1.3 電 阻 SLR對于一段材質(zhì)和粗細(xì)都均勻的導(dǎo)體來說，在一定溫度下：1.

3、3.1 串聯(lián)電路的總電阻與分電阻的關(guān)系R1 1R2 2U1 1U2 2U總總R總總U總總所以所以IIU U1 1I IR R1 1= =U U2 2I IR R2 2= =且且 U U總總=U=U1 1+U+U2 2由歐姆定律可得由歐姆定律可得:U U總總I IR R總總= =U U1 1+U+U2 2= = I I= =U U1 1I I+ +U U2 2I I=R=R1 1+R+R2 2補(bǔ)充說明補(bǔ)充說明:(1):(1)串聯(lián)電路的總電阻大于任何一個(gè)分電阻，原串聯(lián)電路的總電阻大于任何一個(gè)分電阻，原因是串聯(lián)后相當(dāng)于增加了導(dǎo)體的長度。因是串聯(lián)后相當(dāng)于增加了導(dǎo)體的長度。 (2)(2)n個(gè)相同的電阻串

4、聯(lián)后的總阻值為個(gè)相同的電阻串聯(lián)后的總阻值為nR R。由此推出由此推出: :串聯(lián)電路的總電阻等于各分電阻之和。串聯(lián)電路的總電阻等于各分電阻之和。 即即:R:R總總=R=R1 1+R+R2 2R1 1R2 2UI總I1I2R總總UI總由歐姆定律可得由歐姆定律可得:U UR R1 1I I1 1= =U UR R2 2I I2 2= =且且 I I總總=I=I1 1+I+I2 2U UR R總總I I總總= =所以所以U UR R總總U UR R1 1= =+ +U UR R2 21 1R R總總1 1R R1 1= =+ +1 1R R2 2由此推出由此推出: :并聯(lián)電路的總電阻的倒數(shù)等于各分電阻

5、并聯(lián)電路的總電阻的倒數(shù)等于各分電阻 的倒數(shù)之和。的倒數(shù)之和。1 1R R總總1 1R R1 1= =+ +1 1R R2 2即即: :或：或：R R1 1R R2 2R R1 1+R+R2 2R R總總= =1 1R R總總1 1R R1 1= =+ +1 1R R2 21 1R R總總= =R R1 1+R+R2 2R R1 1R R2 2R R1 1R R2 2R R1 1+R+R2 2R R總總= =R R1 1R R2 2R R1 1+R+R2 2R R總總= =1 1R R總總R R1 1= =R R1 1R R2 2R R1 1+R+R2 2R R1 1= =R R2 2R R1

6、1+R+R2 2因?yàn)橐驗(yàn)樗运訰 R總總R R1 1同理同理R R總總R R2 2補(bǔ)充說明補(bǔ)充說明: :（1 1）并聯(lián)電路的總電阻小于任何一個(gè)分電阻，原因）并聯(lián)電路的總電阻小于任何一個(gè)分電阻，原因 是并聯(lián)后相當(dāng)于增加了導(dǎo)體的橫截面積。是并聯(lián)后相當(dāng)于增加了導(dǎo)體的橫截面積。 （2 2）n個(gè)相同的電阻并聯(lián)后的總阻值為個(gè)相同的電阻并聯(lián)后的總阻值為Rn 第第2 2章章 電容、電感、電抗電容、電感、電抗 線性電容元件線性電容元件：任何時(shí)刻，電容元件極板上的：任何時(shí)刻，電容元件極板上的電荷電荷q與電壓與電壓 u 成正比。成正比。2 2、電路符號、電路符號1 1、電容器、電容器C+ + + + +qq與電容

7、有關(guān)兩個(gè)變量與電容有關(guān)兩個(gè)變量: C, q對于線性電容，有：對于線性電容，有： q =Cu 3. 3. 元件特性元件特性，C 稱為電容器的電容稱為電容器的電容電容電容 C 的單位：的單位：F (法法) (Farad，法拉，法拉) F= C/V = As/V = s/ 常用常用 F，nF，pF等表示。等表示。Ciu+uqCdef4 4、伏安特性、伏安特性：線性電容的線性電容的qu 特性特性是過原點(diǎn)的直線是過原點(diǎn)的直線C= q/u tg 5 5、電壓、電流關(guān)系、電壓、電流關(guān)系： u, i 取關(guān)聯(lián)參考方向取關(guān)聯(lián)參考方向Ciu+表明電流正比于電壓的變化率。表明電流正比于電壓的變化率。 quOdtduC

8、dtCuddtdqi)(電容有隔直作用電容有隔直作用ttttttttiqtqiCuidCiCiCtutt000000d)(d11d1d 1)( )( )( dtduCi 由由有有結(jié)論：結(jié)論：1、電容元件是一個(gè)動(dòng)態(tài)元件；、電容元件是一個(gè)動(dòng)態(tài)元件；2、電容元件有、電容元件有“記憶記憶”效應(yīng)。效應(yīng)。6 6、電容元件的功率和能量、電容元件的功率和能量 在電壓、電流關(guān)聯(lián)參考方向下，電容元件吸收的功率為在電壓、電流關(guān)聯(lián)參考方向下，電容元件吸收的功率為 到到 t從從t - 時(shí)間內(nèi)，電容元件吸收的電能為時(shí)間內(nèi)，電容元件吸收的電能為 dtduCuudtduCuip 則：電容在任何時(shí)刻則：電容在任何時(shí)刻 t 所儲

9、存的電場能量所儲存的電場能量Wc將將 等于其所吸收的能量。等于其所吸收的能量。0)(21)(21)(21)(21) (21ddd220)(222tqCtCuCutCuCuuCuWuttC若由此可以看出，電容是無源元件，它本身不消耗能量。由此可以看出，電容是無源元件，它本身不消耗能量。從從t0到到 t 電容儲能的變化量：電容儲能的變化量：7 7 、小結(jié)：、小結(jié)：(1) i的大小與的大小與 u 的的，與，與 u 的大小無關(guān)；的大小無關(guān)；(3) 電容元件是一種記憶元件；電容元件是一種記憶元件；(2) 電容在直流電路中相當(dāng)于開路，有電容在直流電路中相當(dāng)于開路，有；(4) 當(dāng)當(dāng) u，i為關(guān)聯(lián)方向時(shí)，為關(guān)

10、聯(lián)方向時(shí)，i= Cdu/dt； u，i為為關(guān)聯(lián)方向時(shí)，關(guān)聯(lián)方向時(shí)，i= Cdu/dt 。)(21)(21)(21)(21022022tqCtqCtCutCuWC Li+u變量變量: 電流電流 i , 磁鏈磁鏈 1 1 、線性定常電感元件、線性定常電感元件L 稱為自感系數(shù)稱為自感系數(shù)L 的單位：亨（利）的單位：亨（利） 符號：符號：H (Henry）iLdef由電磁感應(yīng)定律和楞次定律由電磁感應(yīng)定律和楞次定律:tdNtudddi , 右螺旋右螺旋u , i 關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián) i+u3 3 、電壓、電流關(guān)系、電壓、電流關(guān)系：tiLuddLi+utttuLituLi0d1)0(d1ttu0d)0(動(dòng)態(tài)元件動(dòng)態(tài)

11、元件記憶元件記憶元件2 2 、韋安、韋安（ -i ）特性）特性 i04 4 、電感的儲能、電感的儲能也是無損元件也是無損元件L是無源元件是無源元件tiLiuipddiLiWtddd吸0)(21)(21220)(tLtLii若(1) u的大小與的大小與 ，與，與 i 的大小無關(guān)；的大小無關(guān)；(3) 電感元件是一種電感元件是一種；(2)電感在電感在電路中相當(dāng)于電路中相當(dāng)于；(4) 當(dāng)當(dāng) u，i 為關(guān)聯(lián)方向時(shí)，為關(guān)聯(lián)方向時(shí)，u=L di / dt； u，i 為為關(guān)聯(lián)方向時(shí)，關(guān)聯(lián)方向時(shí)，u= L di / dt 。5 5 、小結(jié)小結(jié)：1.1.電容的串聯(lián)電容的串聯(lián)u1uC2C1u2+-itiCud)(1

12、11tiCud)(122tiCCuuud)()11(2121tiCd)(1 C 2121CCCCiu+-C等效等效u1uC2C1u2+-itiCud)(111tiCud)(122tiCud)(1uCCCuCCu21211uCCCuCCu21122iu+-Cu1uC2C1u2+-ii2i1u+-C1C2ituCidd11tuCidd22tuCCiiidd)(2121tuCdd CCC 21iu+-C等效等效2.2.電容的并聯(lián)電容的并聯(lián)i2i1u+-C1C2ituCidd11tuCidd22tuCiddiCCi11iCCi22iu+-Cl 3. 3. 電感的串聯(lián)電感的串聯(lián)tiLudd11tiLti

13、LLuuudddd)(212121 LLLu1uL2L1u2+-iiu+-LtiLudd22等效等效uLLLuLLtiLu211111dduLLLuLLtiLu212222ddu1uL2L1u2+-iiu+-L等效等效tuLid)(111u+-L1L2i2i1iu+-L等效等效tuLid)(122tuLLiiid)(112121tuLd)(1212121111LLLLLLL4.4.電感的并聯(lián)電感的并聯(lián)iLutd)(212111d)(1LLiLiLLuLit211222d)(1LLiLiLLuLitu+-L1L2i2i1iu+-L等效等效 以上雖然是關(guān)于兩個(gè)電容或兩個(gè)電以上雖然是關(guān)于兩個(gè)電容或兩

14、個(gè)電感的串聯(lián)和并聯(lián)等效，但其結(jié)論可以感的串聯(lián)和并聯(lián)等效，但其結(jié)論可以推廣到推廣到 個(gè)電容或個(gè)電容或 個(gè)電感個(gè)電感的串聯(lián)的串聯(lián)和并聯(lián)等效中和并聯(lián)等效中。1.3 歐姆定律IRU IUR U UR RI IRUI U-(V ) R-() I-(A ) rREI? ?rUrIIREURrIEUR? 第第3 3章章 電學(xué)公式電學(xué)公式 第第4 4章章 諧振電路諧振電路概述：諧振是正弦電路中可能發(fā)生的一種特殊現(xiàn)概述：諧振是正弦電路中可能發(fā)生的一種特殊現(xiàn)象。由于回路在諧振狀態(tài)下呈現(xiàn)某些特征，因此象。由于回路在諧振狀態(tài)下呈現(xiàn)某些特征，因此在工程中特別是電子技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，但在工程中特別是電子技術(shù)中有著廣泛

15、的應(yīng)用，但在電力系統(tǒng)中卻常要加以防止。在電力系統(tǒng)中卻常要加以防止。教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容 諧振的概念，串聯(lián)與并聯(lián)諧振的條件、特征等。 教學(xué)要求教學(xué)要求 1.深刻理解諧振的概念。 2.熟練掌握串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振的條件與特征。 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 重點(diǎn)： RLC串聯(lián)諧振的條件與特點(diǎn)。 難點(diǎn)：難點(diǎn)： 并聯(lián)諧振電路的應(yīng)用。4.1 串聯(lián)諧振電路一、諧振現(xiàn)象 諧振概念：諧振概念：含有電感和電容的電路，如果無功功含有電感和電容的電路，如果無功功率得到完全補(bǔ)償，使電路的功率因數(shù)等于率得到完全補(bǔ)償，使電路的功率因數(shù)等于1 1，即：，即：u、 i 同相，稱此電路處于諧振狀態(tài)。同相，稱此電路處于諧振狀態(tài)。諧振諧

16、振串聯(lián)諧振：串聯(lián)諧振：L 與與 C 串聯(lián)時(shí)串聯(lián)時(shí) u、i 同相同相并聯(lián)諧振：并聯(lián)諧振：L 與與 C 并聯(lián)時(shí)并聯(lián)時(shí) u、i 同相同相0iu此時(shí)此時(shí)阻抗角阻抗角uRLCRuLuCui二、串聯(lián)電路的諧振條件二、串聯(lián)電路的諧振條件01RXXtgCLZXXjRZCL因?yàn)槿綦娐分C振01CLXXCL串聯(lián)電路諧振條件：諧振條件：感抗感抗= =容抗容抗 CL1CL001諧振角頻率諧振角頻率 和諧振頻率和諧振頻率 00f諧振條件諧振條件諧振角頻率諧振角頻率LC10LCf210諧振頻率諧振頻率f2三種調(diào)諧方法：三種調(diào)諧方法： （1）調(diào)頻調(diào)諧：）調(diào)頻調(diào)諧：LCfLC21100或（2）調(diào)容調(diào)諧：）調(diào)容調(diào)諧：LC201（

17、3）調(diào)感調(diào)諧：）調(diào)感調(diào)諧：CL201例例6-16-1 某個(gè)收音機(jī)串聯(lián)諧振電路中，某個(gè)收音機(jī)串聯(lián)諧振電路中，C=150pF，L=250H，求該電路發(fā)生諧振的頻率。，求該電路發(fā)生諧振的頻率。解解: :LC10因?yàn)橐驗(yàn)樗运詋Hz82014. 321016. 52600fsrad /1016. 51025010150166120有有例例6-26-2 RLC串聯(lián)電路中，已知串聯(lián)電路中，已知 L=500H， R=10， f=1000kHz，C在在12290pF間可調(diào)，求間可調(diào)，求C調(diào)到何值調(diào)到何值時(shí)時(shí)電路發(fā)生諧振。電路發(fā)生諧振。解解: :LC21因?yàn)橐驗(yàn)閜FC7 .5010500)1010002(16

18、23有有答：答：當(dāng)當(dāng)C調(diào)到調(diào)到50.7pF時(shí)電路發(fā)生諧振。時(shí)電路發(fā)生諧振。三、串聯(lián)諧振電路的基本特征三、串聯(lián)諧振電路的基本特征2.2.電路的電抗為零，感抗與容抗相等并等電路的電抗為零，感抗與容抗相等并等于電路的于電路的特性阻抗特性阻抗CLCL001RZ01.1.電路阻抗最小電路阻抗最小, ,且為且為純電阻純電阻RUIIISmax03.3.當(dāng)電源電壓一定時(shí)，當(dāng)電源電壓一定時(shí)， 諧振電流諧振電流最大最大RCRLQ001 4.4.當(dāng)當(dāng)品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)此時(shí)此時(shí)5.5.無功功率為零，電源供給的能量全部消耗無功功率為零，電源供給的能量全部消耗在電阻上。在電阻上。SCLQUUU00 電感電壓和電容電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超

19、過電源電壓一般情況下:Q 1電壓諧振電壓諧振UUUUCRRLQCL001定義 品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù) 討論討論定義 特性阻抗特性阻抗CLCL001諧振時(shí)的感抗、容抗RQQ物理意義 在諧振狀態(tài)下,若 RXL、RXC ，Q則體現(xiàn)了UC或UL比U高出的倍數(shù)。 例例6-3 6-3 圖示RLC串聯(lián)電路，已知R =9.4 ，L =30H ，C =211pF，電源電壓U =0.1mV。求電路發(fā)生諧振時(shí)的諧振頻率f0 ，回路的特性阻抗 和品質(zhì)因數(shù)Q及電容上的電壓UC0 。 電路的諧振頻率 解解: :2MHzHz10211103021211260LCf回路的特性阻抗377102111030126CL電路的品質(zhì)因數(shù)40

20、4 . 9377RQ電容電壓UC0=QU=400.1 mV =4 mV 4.2 并聯(lián)諧振電路 iCiRL+uS - -iC R L 一、諧振條件一、諧振條件)()(12222LRLCjLRRCjLjRY（22)( LRLC虛部=0，則 、 同相IU諧振條件諧振條件諧振角頻率諧振角頻率2220111RLCLCLRLCLCRLCLRLCf2220121121諧振頻率諧振頻率R很小LC10R很小LCf210如果，0實(shí)數(shù)電路可能諧振CLR CLR ，0虛數(shù)電路不可能諧振012LCR012LCR二、并聯(lián)諧振電路的基本特征二、并聯(lián)諧振電路的基本特征iCiRL+u- -iC R L 1.1.諧振時(shí)，回路諧振

21、時(shí)，回路 與與 同相同相。IU202)(LRUIL當(dāng)R 0L LUIL0 IC=U 0C 而總電流2020)(LRURUGII與電壓同相位 當(dāng)R I0 ， 電感線圈與電容并聯(lián)，諧振時(shí)，電感線圈與電容并聯(lián)，諧振時(shí)， ILIC I0 線圈電阻很小URLICII2.2.諧振時(shí)，回路諧振時(shí)，回路導(dǎo)納導(dǎo)納最小最小且為且為純電導(dǎo)純電導(dǎo))()(2222LRLCjLRRY（在在R 0 L條件下，條件下，RCLZ 03.3.并聯(lián)諧振時(shí)，電路的并聯(lián)諧振時(shí)，電路的特性阻抗特性阻抗與串諧一樣與串諧一樣CLRRLLRCCGCQ000 4.4.當(dāng)當(dāng)品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)此時(shí)此時(shí)000 QIIICLR 0 L與Q 1同含義電感電

22、流和電容電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過總電流電流諧振電流諧振回路回路阻抗最大阻抗最大5.5.若電源為電流源若電源為電流源00max0 ZIUUQRCLZ0RQCL注意：由注意：由和和推出推出iCiRL+u- -iC R L +u- -iL C 0R0Z例例6-4 6-4 線圈與電容器并聯(lián)電路，已知線圈的電阻R =10，電感L=0.127mH，電容C =200pF，諧振時(shí)總電流I0=0.2mA。求：（1）電路的諧振頻率f0和諧振阻抗Z0，（2）電感支路和電容支路的電流IL0 、IC0。 諧振回路的品質(zhì)因數(shù) 解解: :CLRQ1801020010127. 0101123因Q 1，有LCf210Hz101020010

23、127. 0216123電路的諧振阻抗CRLZ 0=Q 2R =80210=64000 = 64 k 電感支路和電容支路的電流IL0 、IC0 IL0 IC0= Q I0=800.2mA=16mA 例例6-5 6-5 收音機(jī)的中頻放大耦合電路是一個(gè)線圈與電容器并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率為465 kHz ,電容C =200 pF，回路的品質(zhì)因數(shù)Q =100。求線圈的電感L和電阻R 。 因?yàn)镼 1，所以電路的諧振頻率 解解: :LCf210因此回路諧振時(shí)的電感和電阻分別為CfL20)2(1122310200)104652(1 H =0.57810-3 H CLQR11231020010578.010

24、01=17 1.1.在含有電抗元件的電路中，當(dāng)端口電壓與電流同相時(shí)，電路發(fā)生諧振。 小結(jié) CL1LC10CLCL001RQ2.2.串聯(lián)諧振電路品質(zhì)因數(shù)特性阻抗（電壓諧振）串諧特征諧振條件諧振頻率阻抗最小 Z0=Zmin=R； 電流最大 I0=Imax；電壓 UL0=UC0=QU，U=URCL1LC103.3.并聯(lián)諧振電路RQ品質(zhì)因數(shù)CL特性阻抗（電流諧振）諧振條件諧振頻率電感線圈并聯(lián)電容且滿足R0L時(shí)：并諧特征RCL阻抗最大 Z0=Zmax= ；對電流源電壓最大 U0=Umax； 電流 IL0=IC0=QI4.3 4.3 諧振電路的頻率特性諧振電路的頻率特性 頻率特性頻率特性是指電路中的電壓、

25、電流、阻抗或?qū)Ъ{及阻抗角或?qū)Ъ{角等各量隨頻率變化的關(guān)系。 一、串聯(lián)諧振電路的頻率特性一、串聯(lián)諧振電路的頻率特性LX Z Y Z , Y , XR0 0C1R-L-C串聯(lián)電路的X- 和Z - 曲線 X隨 變化情況當(dāng) 0時(shí)，X 為正值，電路呈感性。 LX Z Y Z , Y , XR0 0C1 Z隨 變化情況Z 隨 的變化呈凹形，并在 =0 時(shí)有最小值。 1.1.幅頻幅頻特性和特性和相頻相頻特性特性 幅頻特性和相頻特性，分別表示幅頻特性和相頻特性，分別表示幅度隨幅度隨 的的變化關(guān)系變化關(guān)系和和相位相位隨隨 的變化關(guān)系的變化關(guān)系。RCL1arctan)(22)1()(CLRZ00 0)(Z00 02

26、)(2阻抗的模Z 隨的變化關(guān)系 阻抗角隨的變化關(guān)系 選擇性：選擇性：突顯0附近的電流22)1()(CLRUZUI00 0I0)(I電流的諧振曲線 當(dāng)偏離0時(shí)，電流下降，而且偏離0越遠(yuǎn)，電流下降程度越大。 當(dāng) = 0時(shí) ，電流最大RUIII0max 2. 選擇性與通頻帶選擇性與通頻帶 22)1()(CLRUZUIRLQ0整理后得 結(jié)論：結(jié)論：選擇性與品質(zhì)因數(shù)選擇性與品質(zhì)因數(shù)Q有關(guān)，品質(zhì)因數(shù)有關(guān)，品質(zhì)因數(shù)Q越大，越大，曲線越尖銳，選擇性越好。曲線越尖銳，選擇性越好。 LC102002011QII通用電流諧振曲線 1Q=1Q=10Q=100/0I/I01A1A20.707f1 f0 f2f0I/I0

27、B1是回路電流I 0707. 021I的頻率范圍。通頻帶通頻帶通頻帶通頻帶 f1為下邊界頻率 f2為上邊界頻率Qf0B =f2 - f1 =結(jié)論： 通頻帶B與品質(zhì)因數(shù)Q成反比。 Q值越高， B越窄；反之，Q值越低， B越寬。 例例 6-6 6-6 串聯(lián)諧振回路的諧振頻率f0 =7105Hz，回路中的電阻R=10，要求回路的通頻帶B=104Hz，試求回路的品質(zhì)因數(shù)，電感和電容。 解解: :回路的品質(zhì)因數(shù) 7010107450BfQ因?yàn)镽LQ0所以 電容LC2016251015910721 F =325pF 5010721070QRL H =159H電感二、并聯(lián)諧振電路的頻率特性二、并聯(lián)諧振電路的頻率特性 電流源作用下的并聯(lián)諧振電路 若Q