電氣專業(yè)培訓(xùn)資料-電路基礎(chǔ)理論

電氣專業(yè)培訓(xùn)資料——電路基礎(chǔ)理論ProducerbyJuessionFan電路理論中常用物理量電路理論中常用的物理量有：電流、電壓、電阻、電抗、電功率（有功功率、無功功率）、電功、電感、電容等。電荷定義：帶正負電的基本粒子。分類：正電荷，用+表示。負電荷，功-表示。性質(zhì)：同性相斥、異性相吸。電荷的大小用電荷量(q)表示，單位庫侖（C），1C=6.25×1018。庫侖定律：帶有同種電荷的物體之間會互相排斥，帶有異種電荷的物體之間會互相吸引。排斥或吸引的力與電荷的乘積成正比。+-++電場、電場力及電場強度電荷周圍存在著電場，電荷在電場中受到電場力的作用。電場的大小用電場強度(E)表示，定義為作用于靜止帶電粒子上的力F與粒子電荷q之比，即E=F/q

。電場強度為矢量，定義其方向為放在該點的正電荷受到的靜電力方向。電場中電荷所受到的電場力的大小為F=Eq

。電場線

電場線是為了直觀形象地描述電場分布，在電場中引入的一些假想的曲線。曲線上每一點的切線方向和該點電場強度的方向一致；曲線密集的地方場強強，稀疏的地方場強弱。電位(電勢)定義：是指單位電荷在靜電場中的某一點所具有的電勢能，在數(shù)值上等于將單位電荷從該處經(jīng)過任意路徑移動到無窮遠處所做的功。用U表示，即U=W/q。單位伏特(V)。在均勻電場中，W=Uq=Fd=Eqd可知，U=Ed。電位是個相對的量，單純談?wù)撃滁c的電勢沒有任何意義。零電位點：一般認為電荷的無窮遠處為零電位點，在實際中，一般認為大地的電位為零。電勢差（電壓）、等勢面等勢面上任意兩點電勢差為零。等勢面一定跟電場線垂直。

電場線總是從電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面。電勢差是指電場中A、B兩點的電位差值。UAB=UA-UB

電場中電勢相等的點構(gòu)成的曲面叫等勢面。電動勢

電動勢是一個表征電源特征的物理量。定義電源的電動勢是電源將其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)，在數(shù)值上，等于非靜電力將單位正電荷從電源的負極通過電源內(nèi)部移送到正極時所做的功。它是能夠克服導(dǎo)體電阻對電流的阻力，使電荷在閉合的導(dǎo)體回路中流動的一種作用。常用符號E表示，單位是伏（V），E=W/Q。電動勢和電勢差（電壓）的區(qū)別1、電動勢是表示非靜電力把單位正電荷從負極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極所做的功；而電勢差則表示靜電力把單位正電荷從電場中的某一點移到另一點所做的功與電荷量的比值。2、電動勢的方向規(guī)定為從電源的負極經(jīng)過電源內(nèi)部指向電源的正極，而電壓的方向是從電源的正極指向電源負極，與電動勢的方向與電壓的方向相反。

電流

定義：電荷的定向移動形成電流。電源的電動勢形成了電壓，繼而產(chǎn)生了電場力，在電場力的作用下，處于電場內(nèi)的電荷發(fā)生定向移動，形成了電流。電流強度：電流大小用電流強度（I）表示，是指單位時間內(nèi)通過導(dǎo)線某一截面的電荷量，單位，安培（A），1A=1C/s。電流是物理學(xué)中的七個基本量綱之一。方向：正電荷定向移動的方向。

電流分類電流分為直流電流和交流電流兩類。直流電流是方向不隨時間改變的電流。交流電流是方向隨時間改變的電流，根據(jù)電流的波形，主要有鋸齒波電流、矩形波電流、正弦波電流等。ittt電壓電壓，也稱作電勢差或電位差，是衡量單位電荷在靜電場中由于電勢不同所產(chǎn)生的能量差的物理量。其大小等于單位正電荷因受電場力作用從A點移動到B點所作的功，電壓的方向規(guī)定為從高電位指向低電位的方向。

U=W/q，UAB=UA-UB

電壓分為直流電壓和交流電壓兩類。電阻電阻是用來表示導(dǎo)體對電流阻礙作用的大小物理量，電阻元件的電阻的大小一般與元件的溫度，材料，長度，還有橫截面積有關(guān)，R=ρL/S，電阻單位為歐姆（Ω）。串聯(lián)電阻：R=R1+R2+R3+┄┄并聯(lián)電阻：1/R=1/R1+1/R2+1/R3+┄┄電容電容是表征電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量，電容器的兩極板間的電勢差增加1伏所需的電量，叫做電容器的電容。C=q/U，電容電位為法拉第（F）。電容并聯(lián)：C=C1+C2+C3+┄┄電容串聯(lián)：1/C=1/C1+1/C2+1/C3+┄┄電感

當線圈通過電流后，在線圈中形成磁場感應(yīng)，感應(yīng)磁場又會產(chǎn)生感應(yīng)電流來抵制通過線圈中的電流。我們把這種電流與線圈的相互作用關(guān)系稱其為電的感抗，也就是電感，單位是“亨利”（H）。自感：當線圈中有電流通過時，線圈的周圍就會產(chǎn)生磁場。當線圈中電流發(fā)生變化時，其周圍的磁場也產(chǎn)生相應(yīng)的變化，此變化的磁場可使線圈自身產(chǎn)生感應(yīng)電動勢（感生電動勢）（電動勢用以表示有源元件理想電源的端電壓），這就是自感。互感：兩個電感線圈相互靠近時，一個電感線圈的磁場變化將影響另一個電感線圈，這種影響就是互感?；ジ械拇笮∪Q于電感線圈的自感與兩個電感線圈耦合的程度，利用此原理制成的元件叫做互感器。

電功、電功率

電流在一段時間內(nèi)通過某一電路，電場力所做的功，稱為電功，用W表示，單位焦耳（J）,1J=1VAs，實際使用中用kwh表示電功的單位，1kwh=3.6×106。電流所做的功跟電壓、電流和通電時間成正比，即W=UIt=Uq。電功率：電流在單位時間內(nèi)所做的功，用P表示，單位瓦特（w），P=W/t=UI。電路中常用器件介紹電路中常用器件有1、電阻器2、電容器3、電感器4、晶體管（可控硅）電阻器

電阻器是電路中最常見的元件。導(dǎo)體、半導(dǎo)體物質(zhì)不同，導(dǎo)電能力不同，根據(jù)導(dǎo)電能力的大小，將物體分為超導(dǎo)體、導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體。他們之間沒有絕對的分界線，在外界條件改變時超導(dǎo)體、導(dǎo)體、絕緣體可以互相轉(zhuǎn)化。半導(dǎo)體是一類特殊的導(dǎo)體，它的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨外界溫度、光照、參入的雜質(zhì)等而改變，從而有了熱敏電阻、光敏電阻、晶閘管等。電容器

由兩片接近并相互絕緣的導(dǎo)體制成的電極組成的儲存電荷和電能的器件。

電容的特性1、隔直通交2、儲能特性3、端電壓不能突變特性容抗電容器對交流電源具有一定的阻礙作用，對外表現(xiàn)為容抗。

XC=1/(2πfC)電感器

電感器是能夠把電能轉(zhuǎn)化為磁能而存儲起來的元件。電感器的結(jié)構(gòu)類似于變壓器，但只有一個繞組。

電感的特性

1、通直隔交

2、儲能特性

3、電流不能突變特性感抗：電感器對交流電源具有阻礙作用，對外表現(xiàn)為感抗。XL=2πfL

品質(zhì)因數(shù)Q：表示線圈質(zhì)量的一個物理量，Q為感抗XL與其等效的電阻的比值，即：Q=XL/R。由于電容器和電感器的特殊特性，在電路中，經(jīng)常用LC組成濾波電路、振蕩電路晶體管晶體管泛指一切以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的單一元件，包括二極管、三極管、場效應(yīng)管、可控硅。在使用中，一般指三極管。晶體管廣泛用于電子電路、集成電路中。在電力系統(tǒng)中，一般用于整流、逆變、濾波、檢波、放大、等回路中。發(fā)光二極管也用于照明、指示回路。另外，晶體管可以用來切斷電流，相比機械開關(guān)，切換速度極快，切換頻率可達10GHz以上。電路、電路圖簡單電路簡單電路圖電路（一次系統(tǒng)）圖中常用符號含義交叉相連導(dǎo)線交叉不相連導(dǎo)線電池（組）開關(guān)電阻可調(diào)電阻電感線圈非電解電容電解電容電燈M電機電鈴電流源電路基本定律1、部分電路的歐姆定律（導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與導(dǎo)體的電阻成反比，I=U/R）2、焦耳定律（電流的熱效應(yīng)：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電的時間成正比Q=I2Rt）3、閉合電路的歐姆定律（閉合電路的電流跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。公式為I=E/(R+r)）電路基本定律4、基爾霍夫電流定律（節(jié)點電流定律，其內(nèi)容是電路中任一個節(jié)點上，在任一時刻，流入節(jié)點的電流之和等于流出節(jié)點的電流之和，∑i=0）5、基爾霍夫電壓定律（對于任意一個集中參數(shù)電路中的任意一個回路，在任何時刻，沿該回路的所有支路電壓代數(shù)和等于零，∑u=0）磁場和磁力線1、簡單的磁現(xiàn)象：物質(zhì)具有能吸引鐵、鈷、鎳等金屬的特性稱為磁性；具有磁性的物體稱為磁體。磁體上磁性最強的部分稱為磁極，S極、N極。磁體的特征：同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。磁場和磁感線2、磁體周圍的磁場和磁感線放置在磁體周圍的小磁針會改變方向，說明磁體周圍存在著磁場，磁場的方向定義為小磁針靜止時N極的指向。根據(jù)小磁針在磁體周圍不同位置的指向，人們畫出了磁感線。磁場和磁感線磁感線的特征：

A、磁感線是閉合曲線，磁鐵外部的磁感線是從北極出來，回到磁鐵的南極，內(nèi)部是從南極到北極，外部的磁感線為曲線，而內(nèi)部的磁感線為直線。

B、每條磁感線都是閉合曲線，任意兩條磁感線不相交。

C、磁感線上每一點的切線方向都表示該點的磁場方向。

D、磁感線的疏密程度表示磁感應(yīng)強度的大小。磁場和磁感線3、電流周圍的磁場和磁力線（直導(dǎo)線和螺旋導(dǎo)線）電流周圍存在著磁場，磁場的方向可以用安培定則（右手螺旋定則）來判定。1）直線電流：用右手握住通電直導(dǎo)線，讓大拇指指向電流的方向，那么四指的指向就是磁感線的環(huán)繞方向。2）通電螺線管：用右手握住通電螺線管，使四指彎曲與電流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極。

安培力和電磁感應(yīng)現(xiàn)象1、安培力的大小和方向（左手定則）垂直于磁場的通電導(dǎo)線在磁場中會受到安培力的作用，安培力的方向用左手定則判斷：左手平展，讓磁感線穿過手心，使大拇指與其余四指垂直，并且都跟手掌在一個平面內(nèi)。把左手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手心，手心面向N極，四指指向電流所指方向，則大拇指的方向就是導(dǎo)體受力的方向。安培力的大小與導(dǎo)體的電流成正比，與導(dǎo)體的長度成正比，即F=BIL。安培力和電磁感應(yīng)現(xiàn)象2、磁感應(yīng)強度B

磁感應(yīng)強度是描述磁場強弱和方向的基本物理量。磁感應(yīng)強度也被稱為磁通量密度或磁通密度。B=F/IL，單位：特斯拉（T）。3、磁通量和電磁感應(yīng)現(xiàn)象設(shè)在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，有一個面積為S且與磁場方向垂直的平面，磁感應(yīng)強度B與面積S的乘積，叫做穿過這個平面的磁通量，簡稱磁通，Φ=BScosθ，單位：韋伯（Wb）。電磁感應(yīng)現(xiàn)象是指放在變化磁通量中的導(dǎo)體，會產(chǎn)生電動勢。此電動勢稱為感應(yīng)電動勢或感生電動勢，若將此導(dǎo)體閉合成一回路，則該電動勢會驅(qū)使電子流動，形成感應(yīng)電流（感生電流）。

安培力和電磁感應(yīng)現(xiàn)象4、法拉第電磁感應(yīng)定律電路中感應(yīng)電動勢的大小，與穿過這一電路的磁通量的變化率成正比，即E=ΔΦ/Δt

。5、楞次定律和右手定則楞次定律：感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因。右手定則：右手平展，使大拇指與其余四指垂直，并且都跟手掌在一個平面內(nèi)。把右手放入磁場中，若磁感線垂直進入手心（當磁感線為直線時，相當于手心面向N極），大拇指指向?qū)Ь€運動方向，則四指所指方向為導(dǎo)線中感應(yīng)電流（動生電動勢）的方向。安培力和電磁感應(yīng)現(xiàn)象6、自感現(xiàn)象由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫做自感現(xiàn)象，自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢稱為自感電動勢。自感電動勢的大小與電流變化率成正比，eL=L＊ΔI/Δt。交流電路1、什么是交流電？2、正弦交流電的產(chǎn)生和變化規(guī)律正弦交流電是電壓和電流隨時間按照正弦函數(shù)規(guī)律變化的電壓和電流。正弦交流電有兩中：一種是發(fā)電機產(chǎn)生的正弦交流電，另一種是無線電技術(shù)中晶體三極管和電容電感組成的正弦波振蕩器產(chǎn)生的交流電。交流電路3、正弦交流電的三要素

a.瞬時值、最大值、有效值和平均值；

U=Um/√2,一般沒有特別說明，交流電都用有效值表示。

b.周期、頻率和角頻率

T=1/f,ω=2πf=2π/T

c.相位、初相位和相位差交流電路4、正弦交流電的表示方法

函數(shù)法：u=Umsin（ωt+φ）

i=Imsin（ωt+φ）

圖像法：

相量圖表示法：

復(fù)數(shù)表示法：i=I∠φit-φφωt交流電路5、交流電路（RLC電路），會畫向量圖IRURUCUILI交流電路6、電阻、電抗、電導(dǎo)、電納電導(dǎo)：對于某一種導(dǎo)體允許電流通過它的容易性的量度，符號是G，G=1/R。電納：是電抗的倒數(shù)，符號是B，B=1/X。阻抗：Z=U/I=R+jX

導(dǎo)納：Y=I/U=G-jB=1/Z。導(dǎo)納的單位是西門子（S）。

注意：阻抗和導(dǎo)納中G≠1/R，B≠1/X。交流電路7、有功功率、無功功率、視在功率、功率因素

P=UIcosψ，Q=UIsinψ，S=UI

功率因素cosψ=P/S

功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度。在運行中我們希望的是功率因數(shù)越大越好，這樣電路中的無功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。

三相交流電三相交流電的產(chǎn)生

三相交流電是由三個頻率相同、電勢振幅相等、相位差互差120°角的交流電路組成的電力系統(tǒng)。三相交流電一般是由三相交流發(fā)電機產(chǎn)生。

eA=Emsinωt

eB=Emsin(ωt-120°)

eC=Emsin(ωt-240°)=Emsin(ωt+120°)星形接線和三角形接線相電流、線電流、相電壓、線電壓

相電壓U