電工基礎(chǔ)-精品課件

1、電工基礎(chǔ)_課件第1頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五1、電路及定律1.1 電路及基本物理量1.2 電路基本元件1.3 電氣設(shè)備的額定值 及電路的工作狀態(tài)1.4 基爾霍夫定律1.5 電路定理第2頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五 電路分析的主要任務(wù)在于解得電路物理量，其中最基本的電路物理量就是電流、電壓和功率。1.1 電路基本物理量 為了某種需要而由電源、導(dǎo)線、開關(guān)和負(fù)載按一定方式組合起來(lái)的電流通路稱為電路。電路的主要功能：一：進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配。二：實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞、存儲(chǔ)和處理。第3頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五1.1

2、.1 電流 電荷的定向移動(dòng)形成電流。 電流的大小用電流強(qiáng)度表示，簡(jiǎn)稱電流。 電流：用單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量來(lái)表示電流的大小，以字母I表示。電量的單位是C，時(shí)間的單位是s，那么電流的單位是A。電流常用的單位還有kA、mA、A。大寫 I 表示直流電流 小寫 i 表示電流的一般符號(hào)第4頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五正電荷運(yùn)動(dòng)方向規(guī)定為電流的實(shí)際方向。電流的方向用一個(gè)箭頭表示。任意假設(shè)的電流方向稱為電流的參考方向。 如果求出的電流值為正，說(shuō)明參考方向與實(shí)際方向一致，否則說(shuō)明參考方向與實(shí)際方向相反。第5頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五1.1.2

3、電壓、電位和電動(dòng)勢(shì)1、電壓： 電場(chǎng)力把單位正電荷從電場(chǎng)中a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)所做的功稱為a、b兩點(diǎn)的電壓，用U表示，小寫 u表示電壓的一般符號(hào)。 電壓的單位稱為伏特，簡(jiǎn)稱伏，用符號(hào)V表示。電壓常用的單位還有kV、mV、V。 第6頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五電壓的實(shí)際方向： 規(guī)定由電位高處指向電位低處。與電流方向的處理方法類似，可任選一方向?yàn)殡妷旱膮⒖挤较颉?最后求得的u為正值，說(shuō)明電壓的實(shí)際方向與參考方向一致，否則說(shuō)明兩者相反。第7頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五2、電位： 電路中某點(diǎn)的電位定義為單位正電荷由該點(diǎn)移至參考點(diǎn)電場(chǎng)力所做的功。 電路中a

4、、b點(diǎn)兩點(diǎn)間的電壓等于a、b兩點(diǎn)的電位差。第8頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五3、電動(dòng)勢(shì)： 電動(dòng)勢(shì)是衡量外力即非靜電力做功能力的物理量。外力克服電場(chǎng)力把單位正電荷從電源的負(fù)極搬運(yùn)到正極所做的功，稱為電源的電動(dòng)勢(shì)。 電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向與電壓實(shí)際方向相反，規(guī)定為由負(fù)極指向正極。第9頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五 對(duì)一個(gè)元件，電流參考方向和電壓參考方向可以相互獨(dú)立地任意確定，但為了方便起見，常常將其取為一致，稱關(guān)聯(lián)方向；如不一致，稱非關(guān)聯(lián)方向。 如果采用關(guān)聯(lián)方向，在標(biāo)示時(shí)標(biāo)出一種即可。如果采用非關(guān)聯(lián)方向，則必須全部標(biāo)示。第10頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，

5、5月20日，4點(diǎn)47分，星期五1.1.3 電功率 電場(chǎng)力在單位時(shí)間內(nèi)所做的功稱為電功率，簡(jiǎn)稱功率。 功率與電流、電壓的關(guān)系：關(guān)聯(lián)方向時(shí)：p =ui非關(guān)聯(lián)方向時(shí)：p =uip0時(shí)吸收功率，p0時(shí)放出功率。第11頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五1.2 電路基本元件 常見的電路元件有電阻元件、電容元件、電感元件、電壓源、電流源。 電路元件在電路中的作用或者說(shuō)它的性質(zhì)是用其端電壓、電流的關(guān)系，即伏安關(guān)系（VAR）來(lái)決定的。第12頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五1.2.1 電路元件伏安關(guān)系（歐姆定律）：關(guān)聯(lián)方向時(shí)：u =Ri非關(guān)聯(lián)方向時(shí)：u =Ri1電阻元

6、件(R)符號(hào)：功率： 電阻元件是一種消耗電能的元件。第13頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五伏安關(guān)系：2電感元件(L)符號(hào)：電感元件是一種能夠貯存磁場(chǎng)能量的元件，是實(shí)際電感器的理想化模型。 稱為電感元件的電感，單位是亨利（）。只有電感上的電流變化時(shí)，電感兩端才有電壓。在直流電路中，電感上即使有電流通過(guò)，但，相當(dāng)于短路。存儲(chǔ)能量：第14頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五3電容元件(C)電容元件是一種能夠貯存電場(chǎng)能量的元件，是實(shí)際電容器的理想化模型。伏安關(guān)系：符號(hào)：只有電容上的電壓變化時(shí)，電容兩端才有電流。在直流電路中，電容上即使有電壓，但，相當(dāng)于開路，

7、即 電容具有隔直作用。C稱為電容元件的電容，單位是法拉（F）。存儲(chǔ)能量：第15頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五1.3 電氣設(shè)備的額定值及電路的工作狀態(tài)1.3.1 電氣設(shè)備的額定值 額定值是制造廠為了使產(chǎn)品能在給定的工作條件下正常運(yùn)行而規(guī)定的正常容許值。額定值有額定電壓UN與額定電流IN或額定功率PN 。 必須注意的是，電氣設(shè)備或元件的電壓、電流和功率的實(shí)際值不一定等于它們的額定值。第16頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五1.3.2 電路的工作狀態(tài) 1、負(fù)載狀態(tài): 就是電源與負(fù)載構(gòu)成的閉合回路，電路中有電流通過(guò)，電路正常工作。P=UI：電源輸出的功率

8、PS=USI：電源產(chǎn)生的功率P=I2R0：內(nèi)阻消耗的功率第17頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五2、空載狀態(tài): 空載就是電源與負(fù)載未接成閉合的回路，電路中沒有電流通過(guò)?？蛰d又稱為開路。第18頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五3、短路狀態(tài): 短路就是電源未經(jīng)負(fù)載而直接由導(dǎo)線（導(dǎo)體）構(gòu)成通路，電路中電流比通路時(shí)大得多，可能燒壞電源和其他設(shè)備。第19頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五1.4 基爾霍夫定律支路、節(jié)點(diǎn)、回路 電路中兩點(diǎn)之間通過(guò)同一電流的不分叉的一段電路稱為支路。電路中3條或3條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。 電路中任一閉合的路

9、徑稱為回路?；芈穬?nèi)部不含支路的稱網(wǎng)孔。圖示:電路有3條支路、兩個(gè)節(jié)點(diǎn)、3個(gè)回路、兩個(gè)網(wǎng)孔。第20頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五1.4.1 基爾霍夫電流定律（KCL） 在任一瞬時(shí)，流入任一節(jié)點(diǎn)的電流之和必定等于從該節(jié)點(diǎn)流出的電流之和。 在任一瞬時(shí)，通過(guò)任一節(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和恒等于零。表述一表述二可假定流入節(jié)點(diǎn)的電流為正，流出節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)；也可以作相反的假定。所有電流均為正。第21頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五1.4.2 基爾霍夫電壓定律（KVL）表述一表述二 在任一瞬時(shí)，在任一回路上的電位升之和等于電位降之和。 在任一瞬時(shí)，沿任一回路電壓的代數(shù)

10、和恒等于零。電壓參考方向與回路繞行方向一致時(shí)取正號(hào)，相反時(shí)取負(fù)號(hào)。所有電壓均為正。第22頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五1.5 電路定理1.5.1 疊加定理在任何由線性電阻、線性受控源及獨(dú)立源組成的電路中，每一元件的電流或電壓等于每一個(gè)獨(dú)立源單獨(dú)作用于電路時(shí)在該元件上所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。這就是疊加定理。說(shuō)明：當(dāng)某一獨(dú)立源單獨(dú)作用時(shí)，其他獨(dú)立源置零。第23頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五1.5.2 戴維南定理對(duì)外電路來(lái)說(shuō)，任何一個(gè)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，都可以用一個(gè)電壓源即恒壓源和電阻串聯(lián)的支路來(lái)代替，其恒壓源電壓等于線性有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓U

11、OC，電阻等于線性有源二端網(wǎng)絡(luò)除源后兩端間的等效電阻Ro。這就是戴維南定理。第24頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五1.5.3 諾頓定理對(duì)外電路來(lái)說(shuō)，任何一個(gè)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，都可以用一個(gè)電流源即恒流源和電阻并聯(lián)的電路來(lái)代替，其恒流源電流等于線性有源二端網(wǎng)絡(luò)的短路電流ISC，電阻等于線性有源二端網(wǎng)絡(luò)除源后兩端間的等效電阻Ro。這就是諾頓定理。第25頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五2、 正弦交流電2.1 正弦交流電的基本概念2.2 三相正弦交流電第26頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五2.1 正弦交流電的基本概念 定義：隨時(shí)間按

12、正弦規(guī)律變化的電壓、電流稱為正弦電壓和正弦電流。表達(dá)式為：第27頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五以正弦電流為例：振幅角頻率振幅、角頻率和初相稱為正弦量的三要素。相位初相角: 簡(jiǎn)稱初相波形:第28頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五角頻率：正弦量單位時(shí)間內(nèi)變化的弧度數(shù)角頻率與周期及頻率的關(guān)系：周期T：正弦量完整變化一周所需要的時(shí)間頻率f：正弦量在單位時(shí)間內(nèi)變化的周數(shù)。周期與頻率的關(guān)系：2.1.1 周期與頻率第29頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五2.1.2 相位、初相和相位差相位：正弦量表達(dá)式中的角度初相：t=0時(shí)的相位相位差：兩

13、個(gè)同頻率正弦量的相位之差，其值等于它們的初相之差。如：相位差為：第30頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五第31頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五2.1.3 振幅與有效值振幅：正弦量的最大值。周期電流有效值： 讓周期電流i和直流電流I分別通過(guò)兩個(gè)阻值相等的電阻R，如果在相同的時(shí)間T內(nèi)，兩個(gè)電阻消耗的能量相等，則稱該直流電流I的值為周期電流i的有效值。第32頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五 正弦交流電路計(jì)算功率的公式：有功功率(P)：P= U X I X cos；用P表示，單位為W。 無(wú)功功率(Q)：Q= U X I X sin；

14、用Q表示 ，單位為Var 。 視在功率(S)：S= U X I ；用S表示 ，單位為VA 。 三者關(guān)系：S2=P2+Q22.1.4 正弦交流電的功率第33頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五有功和無(wú)功： 在交流電能的發(fā)、輸、用過(guò)程中，用于轉(zhuǎn)換成非電、磁形式的那部分能量叫有功。 用于電路內(nèi)電、磁場(chǎng)交換的那部分能量叫無(wú)功。 第34頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五功率因數(shù)COS： 功率因數(shù)COS，也叫力率，是有功功率和視在功率的比值，即COS=P/S。在一定的額定電壓和額定電流下，功率因數(shù)越高，有功所占的比重越大，反之越低。提高功率因數(shù)的意義：(1)提高發(fā)

15、、配電設(shè)備的利用率；(2)減少輸電線路的電壓降和功率損失。第35頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五2.2 三相正弦交流 由3個(gè)頻率相同、振幅相同、相位互差120的正弦電壓源所構(gòu)成的電源稱為三相電源。由三相電源供電的電路稱為三相電路。2.2.1 三相交流電的產(chǎn)生 三相電源由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。在三相交流發(fā)電機(jī)中有3個(gè)相同的繞組。3個(gè)繞阻的首端分別用A、B、C表示，末端分別用X、Y、Z表示。這3個(gè)繞組分別稱為A相、B相、C相，所產(chǎn)生的三相電壓分別為：第36頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五對(duì)稱三相電源：三個(gè)電壓 同幅值 同頻率相位互差120三個(gè)電壓達(dá)最

16、大值的先后次序叫相序，圖示相序?yàn)锳BC。任一瞬間對(duì)稱三相電源3個(gè)電壓瞬時(shí)值之和或相量之和為零。第37頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五星形連接：3個(gè)末端連接在一起引出中線，由3個(gè)首端引出3條火線。每個(gè)電源的電壓稱為相電壓火線間電壓稱為線電壓。2.2.2 三相電源的聯(lián)接第38頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五注：此種接法如一相接反，將造成嚴(yán)重后果。三角形連接：將三相繞組的首、末端依次相連，從3個(gè)點(diǎn)引出3條火線。第39頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五1. 負(fù)載星形聯(lián)接相電流：負(fù)載中的電流。線電流：火線中的電流。2.2.3 三相電路

17、中負(fù)載的聯(lián)接在三相電路中，每相負(fù)載中的電流應(yīng)該一相一相地計(jì)算。在忽略導(dǎo)線阻抗的情況下，各相負(fù)載承受的電壓就是電源對(duì)稱的相電壓，因此各相電流為：第40頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五中線中沒有電流，即如果三相負(fù)載是對(duì)稱的，即則：三相功率：第41頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五相電流線電流2. 負(fù)載三角形聯(lián)接第42頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五3、磁路3.1 磁路基本物理量3.2 電磁感應(yīng)3.3 鐵磁材料的磁性能3.4 交流鐵心線圈電路第43頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五概述 實(shí)際電路中有大量電感元

18、件的線圈中有鐵心。線圈通電后鐵心就構(gòu)成磁路，磁路又影響電路。因此電工技術(shù)不僅有電路問(wèn)題，同時(shí)也有磁路問(wèn)題。第44頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五3.1. 磁路的基本物理量1磁感應(yīng)強(qiáng)度B 磁感應(yīng)強(qiáng)度B是表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱及方向的物理量。 B的大小等于通過(guò)垂直于磁場(chǎng)方向單位面積的磁力線數(shù)目，B的方向用右手螺旋定則確定。單位是特斯拉(T)。2磁通 均勻磁場(chǎng)中磁通等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場(chǎng)方向的面積S的乘積，單位是韋伯(Wb)。第45頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五3磁場(chǎng)強(qiáng)度H 磁場(chǎng)強(qiáng)度只與產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流以及這些電流分布有關(guān)，而與磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率無(wú)關(guān)，單位是安米（Am）。是為了簡(jiǎn)化計(jì)算而引入的輔助物理量。第46頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)47分，星期五4磁導(dǎo)率 磁導(dǎo)率表示物質(zhì)的導(dǎo)磁性能，單位是亨/米(H/m)。真空的磁導(dǎo)率 非鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空極為接近，鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于真空的磁導(dǎo)率。 相對(duì)磁導(dǎo)率r：物質(zhì)磁導(dǎo)率與