項目二電工基礎(chǔ)知識

初級電工培訓專業(yè)技能和技能操作項目二電工基礎(chǔ)知識任務一直流電路知識目標

了解電路基本組成基本要素，理解電路模型。

理解電流、電位、電壓、電動勢、電阻、電能、電功率等電路的基本概念。

掌握電阻定律、歐姆定律等電路的基本定律。技能目標

會識讀簡單電路圖。

能比較電位與電壓、電壓與電動勢、電能與電功率，具有計算電路基本物理量的能力。

會應用電阻定律、歐姆定律分析和解決生產(chǎn)生活中的實際問題。培訓內(nèi)容：一電路及電路圖授課時間:2015年06月16日星期二上午：09:00-12:00一、電路的組成及作用：電路就是電流流過的路徑，一個完整的電路都是由電源、負載（用電設(shè)備）、聯(lián)接導線以及控制電器等四個基本部分組成，如圖1－1所示。電源：就是產(chǎn)生電能的設(shè)備，它的作用是將其它形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，并向用電設(shè)備供給能量。負載：就是用電設(shè)備。它的作用是將電能轉(zhuǎn)換為其它形式的能量。聯(lián)接導線：它把電源和負載連接成一個閉合通路，起著傳輸和分配電能的作用。開關(guān)電源開關(guān)電源燈泡導線圖1－1電路的基本組成部分KK圖1－2對應的電路圖二、電路圖電路圖：用統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號、文字符號畫出的電路電路模型稱為電路圖。如圖1-3所示。KK圖1－3電路圖部分常用電工圖形符號（參考教材P71-1電氣圖形符號及文字符號）。幾種常用的電工符號名稱符號名稱符號電池電流表導線電壓表開關(guān)熔斷器電阻電容照明燈接地三、電路的工作狀態(tài)1.通路通路就是電源與負載接成回路。如圖所示：處于通路狀態(tài)的各種電氣設(shè)備的電壓、電流、功率數(shù)值不能超過其額定值。2.斷路斷路就是電源與負載未接成閉合電路。如圖所示：在實際斷路中，電氣設(shè)備與電氣設(shè)備之間、電氣設(shè)備與導線之間連接時的接觸不良也會使斷路處于斷路狀態(tài)。斷路又稱開了。3.短路短路就是電源未經(jīng)負載而直接由導線（導體）構(gòu)成通路，如圖所示：短路時，短路中流過比正常工作時大得多的電流，可能會燒壞其他設(shè)備。所以，應嚴防短路發(fā)生短路。培訓內(nèi)容：二電路的基本物理量授課時間:2015年06月16日星期二上午：09:00-12:00一、電流電荷的定向移動形成電流。電流有大小，有方向。1．電流的方向1、人們規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向。金屬導體中，電流是電子在導體內(nèi)電場的作用下定向移動的結(jié)果，電子流的方向是負電荷的移動方向，與正電荷的移動方向相反，所以金屬導體中電流的方向與電子流的方向相反，如圖1—1所示。2．電流的大小電學中用電流強度來衡量電流的大小。電流強度就是l秒鐘通過導體截面的電量。電流強度用字母表示，計算公式如下：式中——電流強度，單位安培(A)；——在t秒時間內(nèi)，通過導體截面的電量數(shù)，單位庫侖(C)；——時間，單位秒(s)。實際使用時，人們把電流強度簡稱為電流。電流的單位是安培，簡稱安，用字母A表示。如果1秒內(nèi)通過導體截面的電量為1庫侖，則該電流的電流強度為1安培，習慣簡稱電流為1安。實際應用中，除單位安培外，還有千安()、毫安()和微安()。它們之間的關(guān)系為：二、電壓為了弄清楚電荷在導體中定向移動而形成電流的原因，我們對照圖1—2a水流的形成來理解這個問題。從圖1—2a可以看到外水由一A槽經(jīng)C管向8槽流去。水之所以能在C管中進行定向移動，是由于A槽水位高，B槽水位低所致：A，B兩槽之間的水位差即水壓，是實現(xiàn)水形成水流的原因。與此相似，當圖1—2b中的開關(guān)S閉合后，電路里就有電流。這是因為電源的正極電位高，負極電位低。兩個極間電位差(電壓)使正電荷從正極出發(fā)，經(jīng)過負載R移向負極形成電流。所以，電壓是自由電荷發(fā)生定向移動形成電流的原因。在電路中電場力把單位正電荷由高電位a點移向低電位b點所做的功稱為兩點間的電壓，用表示。所以電壓是a與b兩點間的電位差，它是衡量電場力做功本領(lǐng)大小的物理量。電壓用字母U表示，單位為伏特，電場力將1庫侖電荷從a點移到b點所做的功為1焦耳，則ab間的電壓值就是1伏特，簡稱伏，用字母V表示。常用的電壓單位還有千伏(kV)，毫伏(mV)等。它們之間的關(guān)系為：1kV=VlV=mV電壓與電流相似，不但有大小，而且有方向。對于負載來說，電流流人端為正端，電流流出端為負端。電壓的方向是由正端指向負端，也就是說負載中電壓實際方向與電流方向一致。在電路圖中，用帶箭頭的細實線表示電壓的方向。三、電動勢、電源在圖1—2a中，為使水在C管中持續(xù)不斷地流動，必須用水泵把B槽中的水不斷地泵入A槽，以維持兩槽間的固定水位差，也就是要保證C管兩端有一定的水壓。在圖1—2b中，電源與水泵的作用相似，它把正電荷由電源的負極移到正極，以維持正、負極間的電位差，即電路中有一定的電壓使正電荷在電路中持續(xù)不斷地流動。電源是利用非電力把正電荷由負極移到正極的，它在電路中將其他形式能轉(zhuǎn)換成電能。電動勢就是衡量電源能量轉(zhuǎn)換本領(lǐng)的物理量，用字母E表示，它的單位也是伏特，簡稱伏，用字母V表示。電源的電動勢只存在于電源內(nèi)部。人們規(guī)定電動勢的方向在電源內(nèi)部由負極指向正極。在電路中也用帶箭頭的細實線表示電動勢的方向，如圖1—2b所示。當電源兩端不接負載時，電源的開路電壓等于電源的電動勢，但二者方向相反。生活中用測量電源端電壓的辦法，來判斷電源的狀態(tài)。比如測得工作電路中兩節(jié)5號電池的端電壓為2.8V，則說明電池電量比較充足。培訓內(nèi)容：二電路的基本物理量授課時間:2015年06月16日星期二下午：13:00-16:00四、電阻一般來說，導體對電流的阻礙作用稱為電阻，用字母R表示。電阻的單位為歐姆，簡稱歐，用字母表示。如果導體兩端的電壓為1伏，通過的電流為1安，則該導體的電阻就是1歐。常用的電阻單位還有千歐(k)、兆歐(M)。它們之間的關(guān)系為：1k=1M=k應當強調(diào)指出：電阻是導體中客觀存在的，它與導體兩端電壓變化情況無關(guān)，即使沒有電壓，導體中仍然有電阻存在。實驗證明，當溫度一定時，導體電阻只與材料及導體的幾何尺寸有關(guān)。對于二根材質(zhì)均勻、長度為L、截面積為S的導體而言，其電阻大小可用下式表示：式中——導體電阻，單位為歐()；——導體長度，單位為米(m)；——導體截面積，單位為平方毫米()；——電阻率，單位為歐·米(·m)。式中電阻率是與材料性質(zhì)有關(guān)的物理量。電阻率的大小等于長度為1m，截面積為1的導體在一定溫度下的電阻值，其單位為歐米(：m)。例如，銅的電阻率為1.7×·m，就是指長為1m，截面積為1mmz的銅線的電阻是1.7×。幾種常用材料在20時的電阻率見表1—1。從表中可知，銅和鋁的電阻率較小，是應用極為廣泛的導電材料。以前，由于我國鋁的礦藏量豐富，價格低廉，常用鋁線作輸電線。由于銅線有更好的電氣特性，如強度高、電阻率小，現(xiàn)在銅制線材被更廣泛應用。電動機、變壓器的繞組一般都用銅材。表1—1幾種常用材料在20℃時的電阻率材料名稱電阻率(·m)銀1.6×銅1.7×鋁2.9×鎢5.3×鐵1.0×康銅5.0×錳銅4.4×鋁鉻鐵電阻絲1.2×五、電功、電功率電流通過用電器時，用電器就將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能，如熱能、光能和機械能等。我們把電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能叫做電流做功，簡稱電功，用字母W表示。電流通過用電器所做的功與用電器的端電壓、流過的電流、所用的時間和電阻有以下的關(guān)系：如果公式(1—3)中，電壓單位為伏，電流單位為安，電阻單位為歐，時間單位為秒，則電功單位就是焦耳，簡稱焦，用字母J表示。電流在單位時間內(nèi)通過用電器所做的功稱為電功率，用字母P表示。其數(shù)學表達式為：將公式(1—3)代入公式1—4后得到：若在公式(1—4)中，電功單位為焦耳，時間單位為秒，則電功率的單位就是焦耳/秒。焦耳/秒又叫瓦特，簡稱瓦，用字母W表示。在實際工作中，常用的電功率單位還有千瓦(kW)、毫瓦(mW)等。它們之間的關(guān)系為：1kW=W1W=mW從公式1—5中可以得出如下結(jié)論：1．當用電器的電阻一定時，電功率與電流平方或電壓平方成正比。若通過用電器的電流是原來電流的2倍，則電功率就是原功率的4倍；若加在用電器兩端電壓是原電壓的2倍,則電功率就是原功率的4倍。2．當流過用電器的電流一定時，電功率與電阻值成正比。對于串聯(lián)電阻電路，流經(jīng)各個電阻的電流是相同的，則串聯(lián)電阻的總功率與各個電阻的電阻值的和成正比。3．當加在用電器兩端的電壓一定時，電功率與電阻值成反比。對于并聯(lián)電阻電路，各個電阻兩端電壓相等，則各個電阻的電功率與各電阻的阻值成反比。在實際工作中，電功的單位常用千瓦小時(kW·h)，也叫“度”。1千瓦小時是1度，它表示功率為1千瓦的用電器1小時所消耗的電能，即：1kW·h=1kW×1h=3.6×J例題1一臺42英寸(1英寸=2.54厘米)等離子電視機的功率約為300W，平均每天開機3小時，若每度電費為人民幣0.48元，問一年(以365天計算)要交納多少電費?解：電視機的功率P=300W=0.3kW電視機一年開機的時間t=3×365=1095h電視機一年消耗的電能W=Pt=0.3×1095=328.5kW·h一年的電費為328.5×0.48=157.68元六、電流的熱效應電流通過導體使導體發(fā)熱的現(xiàn)象叫做電流的熱效應。電流的熱效應是電流通過導體時電能轉(zhuǎn)換成熱能的效應。電流通過導體產(chǎn)生的熱量，用焦耳一楞次定律表示如下：式中——熱量，單位焦耳(J)；——通過導體的電流，單位安培(A)；——導體電阻，一單位歐姆()；——導體通過電流的時間，單位秒(S)焦耳一楞次定律的物理意義是：電流通過導體所產(chǎn)生的熱量，與電流強度的平方、導體的電阻及通電時間成正比。在生產(chǎn)和生活中，應用電流熱效應制作各種電氣。如白熾燈、電烙鐵、電烤箱、熔斷器等在工廠中最為常見；電吹風、電褥子等常用于家庭中。但是電流的熱效應也有其不利的一面，如電流的熱效應能使電路中不需要發(fā)熱的地方(如導線)發(fā)熱，導致絕緣材料老化，甚至燒毀設(shè)備，導致火災，是一種不容忽視的潛在禍因。例題2已知當一臺電烤箱的電阻絲流過5A電流時，每分鐘可放出1.2×J的熱量，求這臺電烤箱的電功率及電阻絲工作時的電阻值。解：根據(jù)公式(1—4)，電烤箱的電功率為：電阻絲工作時電阻值為：培訓內(nèi)容：三歐姆定律授課時間:2015年06月17日星期三上午：09:00-12:00一、一段電阻電路的歐姆定律所謂一段電阻電路是指不包括電源在內(nèi)的外電路，如圖1—5所示。實驗證明，二段電阻電路歐姆定律的內(nèi)容是，流過導體的電流強度與這段導體兩端的電壓成正比；與這殷導體的電阻成反比。其數(shù)學表達式為：（式1-7）式中——導體中的電流，(A)；——導體兩端的電壓，(V)；——導體的電阻，()。在公式（1—7)中，已知其中兩個量，就可以求出第三個未知量；公式(1—7)又可寫成另外兩種形式：1.已知電流、電阻，求電壓：2.已知電壓、電流，求電阻：例題3一臺直流電動機勵磁繞組在220V電壓作用下，通過繞組的電流為0.427A，求繞組的電阻。解：已知電壓U=220V，電流I=0.427A，由公式(1—9)得：二、全電路歐姆定律全電路是指含有電源的閉合電路。全電路是由各段電路連接成的閉合電路。如圖1—6所示，電路包括電源內(nèi)部電路和電源外部電路，電源內(nèi)部電路簡稱內(nèi)電路，電源外部電路簡稱外電路。在全電路中，電源電動勢、電源內(nèi)電阻、外電路電阻和電路電流之商的關(guān)系為：式中——電路中的電流，(A)；——電源電動勢，(V)；——外電路電阻，()；——內(nèi)電路電阻，()。公式(1—10)是全電路歐姆定律。定律說明電路中的電流強度與電源電動勢()成正比，與整個電路的電阻（）成反比。將公式(1—10)變換后得到：式中——外電路電壓；——內(nèi)電路電壓。外電路電壓是指電路接通時電源兩端的電壓，又叫做路端電壓，簡稱端電壓。這樣，公式(1—11)的含義又可敘述為：電源電動勢在數(shù)值上等于閉合回路的各部分電壓之和。根據(jù)全電路歐姆定律研究全電路處于三種狀態(tài)時，全電路中電壓與電流的關(guān)系是：1．當全電路處于通路狀態(tài)時，由公式(1—11)可以得出端電壓為：由公式可知，隨著電流的增大，外電路電壓也隨之減小。電源內(nèi)阻越大，外電路電壓減小得越多。在直流負載時需要恒定電壓供電，所以總是希望電源內(nèi)阻越小越好。2.當全電路處于斷路狀態(tài)時，相當于外電路電阻值趨于無窮大，此時電路電流為零，開路內(nèi)電路電阻電壓為零，外電路電壓等于電源電動勢。3．當全電路處于短路狀態(tài)時，外電路電阻值趨近于零，此時電路電流叫短路電流。由于電源內(nèi)阻很小，所以短路電流很大。短路時外電路電壓為零，內(nèi)電路電阻電壓等于電源電動勢。全電路處于三種狀態(tài)時，電路中電壓與電流的關(guān)系見表1—3。表1—3電路中電壓與電流的關(guān)系電路狀態(tài)負載電阻電路電流外電路電壓通路=常數(shù)開路短路0通常電源電動勢和內(nèi)阻在短時間內(nèi)基本不變，且電源內(nèi)阻又非常小，所以可近似認為電源的端電壓等于電源電動勢。今后不特別指出電源內(nèi)阻時，就表示其阻值很小忽略不計。但對于電池來說，其內(nèi)阻隨電池使用時間延長而增大。如果電池內(nèi)阻增大到一定值時，電池的電動勢就不能使負載正常工作了。如舊電池開路時兩端的電壓并不低，但裝在收音機里，卻不能使收音機發(fā)聲，這是由于電池內(nèi)阻增大所致。例題4如圖1一6所示的電路。電源電動勢=24V，電源內(nèi)阻=-4，負載電阻=20。求電路中的電流，電源的端電壓，負載電壓和電源內(nèi)阻電壓。解：根據(jù)公式(1—10)，電路中的電流：由公式(1一11)，電路中電源的端電壓：根據(jù)公式(1—8)，電路中的負載電壓：根據(jù)公式(1一8)，電路中電源內(nèi)阻的電壓：培訓內(nèi)容：四電阻的串聯(lián)、并聯(lián)電路授課時間:2015年06月17日星期三下午：13:00-16:00一、電阻的串聯(lián)電路在一段電路上，將幾個電阻的首尾依次相連所構(gòu)成的一個沒有分支的電路，叫做電阻的串聯(lián)電路。如圖1—7a所示是電阻的串聯(lián)電路。圖1—7b是圖1—7a的等效電路。電阻的串聯(lián)電路有以下特點：1．串聯(lián)電路中流過各個電阻的電流都相等，即：…2．串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各個電阻兩端的電壓之和，即：…3．串聯(lián)電路的總電阻(即等效電阻)等于各串聯(lián)的電阻之和，即：…根據(jù)歐姆定律得出，，，…，可以得出：…或者此公式表明，在串聯(lián)電路中，龜阻的阻值越大，這個電阻所分配到的電壓越大；反之，電壓越小，即電阻上的電壓分配與電阻的阻值成正比。這個理論是電阻串聯(lián)電路中最重要的結(jié)論，用途極其廣泛。比如，用串聯(lián)電阻的辦法來擴大電壓表的量程：在如圖1—7a所示的，電路中，將代人公式(1—14）式中這兩個公式可以直接計算出每個電阻從總電壓中分得的電壓值，習慣上就把這兩個式子叫做分壓公式。電阻串聯(lián)的應用極為廣泛。例如：(1)用幾個電阻串聯(lián)來獲得阻值較大的電阻。(2)用串聯(lián)電阻組成分壓器，使用同一電源獲得幾種不同的電壓。如圖1—8所示，由R１～R4組成串聯(lián)電路，使用同一電源，輸出4種不同數(shù)值的電壓。（3)當負載的額定電壓(標準工作電壓值)低于電源電壓時，采用電阻與負載串聯(lián)的方法，使電源的部分電壓分配到串聯(lián)電阻上，以滿足負載正確的使用電壓值。例如，一個指示燈額定電壓6V，電阻6，若將它接在12V電源上，必須串聯(lián)一個阻值為6的電阻，指示燈才能正常工作。(4)用電阻串聯(lián)的方法來限制調(diào)節(jié)電路中的電流。在電工測量中普遍用串聯(lián)電阻法來擴大電壓表的量程。二、電阻的并聯(lián)電路將兩個或兩個以上的電阻兩端分別接在電路中相同的兩個節(jié)點之間，這種連接方式叫做電阻的并聯(lián)電路。如圖１—9a所示是電阻的并聯(lián)電路，圖1—9b是圖１—9a的等效電路。電阻的并聯(lián)電路有如下特點：1．并聯(lián)電路中各個支路兩端的電壓相等，即：…2．并聯(lián)電路中總的電流等于各支路中的電流之和，即：…3．并聯(lián)電路的總電阻(即等效電阻)的倒數(shù)等于各并聯(lián)電阻的倒數(shù)之和，即：…若是兩個電阻并聯(lián)，根據(jù)公式1—18可求并聯(lián)后的總電阻為：根據(jù)公式(1—l6)及歐姆定律可以得出：公式(1—20)表明，在并聯(lián)電路中，電阻的阻值越大，這個電阻所分配到的電流越小，反之越大，即電阻上的電流分配與電阻的阻值成反比。這個結(jié)論是電阻并聯(lián)電路特點的重要推論，用途極為廣泛，比如，用并聯(lián)電阻的辦法，擴大電流表的量程。電阻并聯(lián)的應用，同電阻串聯(lián)的應用一樣，也很廣泛。例如：(1)因為電阻并聯(lián)的總電阻小于并聯(lián)電路中的任意一個電阻，因此，可以用電阻并聯(lián)的方法來獲得阻值較小的電阻。(2)由于并聯(lián)電阻各個支路兩端電壓相等，因此，工作電壓相同的負載，如電動機、電燈等都是并聯(lián)使用，任何一個負載的工作狀態(tài)既不受其他負載的影響，也不影響其他負載。在并聯(lián)電路中，負載個數(shù)增加，電路的總電阻減小，電流增大，負載從電源取用的電能多，負載變重；負載數(shù)目減少，電路的總電阻增大，電流減小，負載從電源取用的龜能少，負載變輕。因此，人們可以根據(jù)工作需要啟動或停止并聯(lián)使用的負載。(3)在電工測量中應用電阻并聯(lián)方法組成分流器來擴大電流表的量程。培訓內(nèi)容：五電磁的基本知識學習要點：1．熟悉磁的特性及磁的表示方法，熟悉磁通、磁感應強度、磁導率的概念以及鐵磁材料的特點。2．熟悉電生磁、-磁生電及磁對電流的力的作用的三個現(xiàn)象，了解三個現(xiàn)象方向判定關(guān)系，定性掌握磁場對電流的力的作用規(guī)律。3。熟悉自感、互感現(xiàn)象，了解典型應用和避害知識。人們的生活因為有了電而便捷、精彩、時尚。人們總愛假想“如果有一天，這個世界突然沒了電……”，可是，如果這個世界沒有了磁，會怎樣呢?實際上電與磁有著密不可分的關(guān)系。正因為有了這個關(guān)系，我們才有了電、電燈、電視、電話、計算機、電動機……，同時一也因為這個關(guān)系，導致了我們的電氣壽命的短暫，突發(fā)故障的不約而至。你想知道這是什么原因嗎?5—1磁的基本知識授課時間:2015年06月18日星期四上午：09:00-12:00一、磁現(xiàn)象早在2000多年前，我們的祖先就發(fā)現(xiàn)了磁鐵礦石具有吸引鐵的性質(zhì)。人們把物體能夠吸引鐵、鉆、鎳及其合金的性質(zhì)稱為磁性，把具有磁性的物體叫做磁體。磁體上磁性最強的位置稱為磁極，磁體有兩個磁極：即南極和北極，通常用字母S表示南極(常涂紅色)，用字母N表示北極(常涂綠色或白色)。條形、蹄形、針形磁鐵的磁極位于它們的兩端。值得注意的是任何一個磁體的磁極總是成對出現(xiàn)的。若把一個條形磁鐵分割成若干段，則每段都會同時出現(xiàn)南極、北極。這叫做磁極的不可分割性。磁極與磁極之間存在的相互作用力稱為磁力：?其作用規(guī)律是同性磁極相斥，異性磁極相吸。一根沒有磁性的鐵棒，在其他磁鐵的作用下獲得磁性的過程叫磁化。如果把磁鐵拿走，鐵棒仍有的磁性則稱為剩磁。二、磁場、磁感應線磁體周圍存在磁力作用的空間稱為磁場。我們經(jīng)常看見兩個互不接觸的磁體之間具有相互作用力，它們是通過磁場這一特殊物質(zhì)進行傳遞的。磁場之所以是一種特殊物質(zhì)，是因為它不是由分子和原子等粒子組成的。雖然磁場是一種看不見、摸不著的特殊物質(zhì)，但通過實驗可以證明它的存在。例如，在一塊玻璃板上均勻地撒些鐵粉，在玻璃板下面放置一個條形磁鐵。鐵粉在磁場的作用下排列成規(guī)則線條，如圖2—1所示。這些線條都是從磁鐵的。N極到S極的光滑曲線，如圖2一1b所示。我們把這些曲線稱為磁感應線，用它能形象描述磁場的性質(zhì)。實驗證明磁感應線具有下列特點：1．磁感應線是閉合曲線在磁體外部，磁感應線從N極出發(fā)，然后回到S極，在磁體內(nèi)部，是從S極到N極，這叫做磁感應線的不可中斷性，如圖2—2所示。2.磁感應線互不相交這是因為磁場中任何一點磁場方向只有一個。3．磁感應線的疏密程度與磁場強弱有關(guān)。磁感應線稠密表示磁場強，-磁感應線稀疏表示磁場弱。三、磁通、磁感應強度為了描述磁場在上定面積上的分布情況而引入了磁通這一物理量。在磁場中，把通過與磁場方向垂直的某一面積的磁感應線的總數(shù)目，叫做通過該面積的磁通，用字母表示。磁通的單位是韋伯“簡稱韋，用Wb表示。磁感應強度是用來表示磁場中各點磁場強弱和方向的物理量，用字母B表示。垂直通過單位面積的磁感應線的數(shù)目叫做該點的磁感應強度。它既有大小，又有方向。在磁場中某點磁感應強度的方向，就是位于該點磁針北極所指的方向，它的大小在均勻磁場中可表示為：式中—一磁感應強度(T)；——磁通(Wb)；——垂直于磁感應線方向通過磁感應線的面積()。公式(2—1)說明磁感應強度的大小等于單位面積的磁通。如果通過單位面積的磁通越多，則磁感應線越密，磁場也越強，反之磁場越弱。磁感應強度的單位是韋/米，稱為特斯拉，簡稱特，用字母T表示。四、磁導率實驗證明，鐵、鉆、鎳及其合金對磁場影響強烈，具有明顯的導磁作用。但是自然界絕大多數(shù)物質(zhì)對磁場影響甚微，導磁作用很差。為了衡量各種物質(zhì)導磁的性能，引入磁導率這一物理量，用字母表示。磁導率的單位為亨利/米(H/m)。不同物質(zhì)有不同的磁導率。在其他條件相同的情況下，某些物質(zhì)的磁導率比真空中的強，另一些物質(zhì)的磁導率比真空中的弱。經(jīng)實驗測得真空的磁導率為，且是常數(shù)。為了便于比較各種物質(zhì)的導磁性能，把各種性質(zhì)的磁導率與真空中的磁導率進行比較，引人相對磁導率這一物理量。任何一種物質(zhì)的磁導率與真空的磁導率的比值叫做相對磁導率，用以表示。即：相對磁導率沒有單位，只是說明在其他條件相同的情況下，物質(zhì)的磁導率是真空磁導率的多少倍。根據(jù)各種物質(zhì)的磁導率的大小，可將物質(zhì)分成三類。<1的物質(zhì)叫做反磁物質(zhì)，如銅、銀等；>1的物質(zhì)叫做順磁物質(zhì)，如空氣、鋁等；>>1的物質(zhì)叫做鐵磁物質(zhì)，如鐵、鈷、鎳及其合金等。由于鐵磁物質(zhì)的相對磁導率很高，所以鐵磁物質(zhì)被廣泛地應用于電工技術(shù)方面(如制作變壓器、電磁鐵。電動機的鐵心等)。表2—1中列出了幾種鐵磁物質(zhì)的相對磁導率，供參考。表5—1幾種鐵磁物質(zhì)的相對磁導率鐵磁物質(zhì)名稱相對磁導率鈷174鎳1120退火的鐵7000軟鋼2180硅鋼片7500鎳鐵合金60000坡莫合金1150005—2電流的磁場授課時間:2015年06月19日星期四上午：09:00-12:00一、通電直導線的磁場磁鐵周圍有磁場，通電直導線的周圍也有磁場。例如，一根直導線垂直穿過水平放置的紙板，在紙板上均勻地撒些鐵粉。當直導線通電時，鐵粉以導線為中心形成許多同心圓，如圖2—3所示：鐵粉的分布情況表示磁感應線分布情況。若直導線中電流消失，則紙板上的鐵粉又呈均勻分布。從而證明了“動電生磁”，即磁場是伴隨電流而存在的，而電流永遠被磁場所包圍。經(jīng)實驗證明，磁場方向與電流方向有關(guān)。若直導線垂直紙面，電流向著讀者而來，則磁場方向是逆時針方向；若直導線上的電流是離開讀者而丟，則磁場方向為順時針方向，如圖2—4a所示：為了討論問題方便起見；規(guī)定用符號，分別表示電流或磁感應線垂直進人和流出紙面的方向。通電直導線周圍磁場方向與導線中的電流方向之間的關(guān)系可用安培定則(又稱右手螺旋定則)進行判定。其具體內(nèi)容是：右手拇指指向電流方向，貼在導線上，其余四指彎曲握住直導線，則彎曲四指的方向就是磁感應線的環(huán)繞方向；如圖2—4b所示。實驗證明，通電直導線四周的磁感應線距直導線越近，磁感應線越密，磁感應強度越大，反之，磁感應線越疏k磁感應強度越小。導線中通過電流越大，靠近直導線的磁感應線越密集，磁感應強度越大；反之，導線中通過電流越小，靠近直導線的磁感應線越稀疏，磁感應強度越小。二、通電螺線管的磁場已經(jīng)知道通電直導線周圍有磁場存在。若將通電直導線繞成多匝螺線管后，在它的周圍還有磁場存在嗎?為證實這個問題。將磁針放在螺線管附近科當螺線管不通電時，磁針沒有偏轉(zhuǎn)。當通電時，磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這就說明通電螺線管周圍有磁場存在。對于一個確定的螺線管，磁場的強弱與螺線管中所通過的電流大小成正比。通電螺線管磁場方向，與螺線管中通過的電流方向的關(guān)系，用右手螺旋定則進行判定，如圖2—5所示。右手螺旋定則的內(nèi)容是：用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向與螺線管中流過的電流方向一致，那么拇指所指的那一端就是螺線管的N極。由圖2—5可知，通電螺線管的磁場與條形磁鐵的磁場相似。因此，一個通電螺線管相當于一塊條形磁鐵?？傊?，凡是通電的導線，在其周圍必定會產(chǎn)生磁場，從而說明電流與磁場之間有著不可分割的聯(lián)系。電流產(chǎn)生磁場的這種現(xiàn)象叫做電流的磁效應。三、磁場對載流直導線的作用通過前面學習已經(jīng)知道，兩塊磁鐵之間有力的作用一載流直導線周圍也存在磁場，若將其放入磁場中，兩者之間也會產(chǎn)生力，現(xiàn)在用如圖2—6所示的實驗來證實這一問題。在圖2—6a中，U形磁鐵中水平放置一根直導線，它與磁感應線垂直。當導線上沒有電流通過時，導線在磁場里靜止不動。當導線上有電流通過，且背離讀者而去，則導線因受磁場作用而向左運動。若改變導線中的電流方向(見圖2—6b)，即電流方向指向讀者，則導線受磁場作用向右運動。上述實驗說明載流直導線在磁場的作用下而產(chǎn)生運動。在磁極固定時，運動方向與電流方向有關(guān)；若導線中電流方向不變，只改變磁極方向，則導線的運動方向也發(fā)生改變。電動機就是利用載流導線在磁場中產(chǎn)生運動的原理制成的。載流直導線在磁場作用下產(chǎn)生運動，而運動是在力的作用下產(chǎn)生的。載流直導線在磁場中所受到的力稱為電磁作用力，簡稱電磁力，用字母F表示。電磁力既有大小，也有方向。電磁力方向(即導線運動方向)、電流方向和磁場方向三者相互垂直。因為電磁力的方向與磁場方向及電流方向有關(guān)。所以，用左手定則(又稱電動機定則)來判定蘭者之間的關(guān)系。左手定則的內(nèi)容是：伸平左手，使大拇指與其余四指垂直，手心對著N極，讓磁感應線垂直穿過手心，四指的指向代表電流方向，則大拇指所示的方向就是磁場對載流直導線的作用力方向，如圖2—7所示。實驗證明，在勻強磁場中，當載流直導線與磁場方向垂直時，磁場對載流直導線作用力的大小，與導線所處的磁感應強度、通過直導線的電流以及導線在磁場中的長度的乘積成正比。即：式中——磁感應強度(Wb/)；——直導線中通過的電流(A)；——直導線在磁場中的長度(m)；——直導線受到的電場力(N)。四、磁場對通電線圈的作用由于磁場對通電導線有作用力，因此，磁場對通電線圈也有力的作用。在均勻磁場中放置一個矩形通電線圈abcd，如圖2—8所示。當線圈平面與磁感應線平行時，因為ab和dc邊與磁感應線平行，不受磁場作用，沒有電磁力，ad和bc邊與磁感應線垂直，受磁場作用而有電磁力。根據(jù)左手定則，ad邊的受力方向是垂直向上，而bc邊的受力方向是垂直向下。因為，ad=bc，根據(jù)公式(2—3)，可知，ad和bc邊所受的電磁力大小相等。由于這一對電磁力大小相等，方向相反，所以構(gòu)成一對力偶。故線圈在力偶的作用下，圍繞軸線做順時針旋轉(zhuǎn)。如圖2—8所示是一個單匝線圈的直流電動機的工作原理圖。5—3電磁感應授課時間:2015年06月18日星期四下午：13:00-16:00電和磁是可以互相轉(zhuǎn)化的。在一定條件下，電流能夠產(chǎn)生磁場；同樣，磁場也能使導線中產(chǎn)生電流。：磁轉(zhuǎn)化為電的現(xiàn)象叫做電磁感應。一、電磁感應現(xiàn)象為了研究電磁感應現(xiàn)象，先做兩個實驗。實驗一：將直導線AB放在磁場中，它的兩端與檢流計連接構(gòu)成閉合回路，如圖2—6所示。當導線向右移動垂直切割磁感應線時，檢流計指針偏轉(zhuǎn)，如圖2—9a所示，表示導線中有電流產(chǎn)生；導線向左方垂直移動切割磁感應線時，檢流計指針也發(fā)生偏轉(zhuǎn)，但方向與前面的相反；如圖2—9b所示。導體不動，沒有切割磁感應線時，檢流計指針無偏轉(zhuǎn)，說明導線中沒有電流。通過實驗可以看到，導線的移動速度越快，檢流計指針偏轉(zhuǎn)越大，即電流越大。實驗二：將線圈的兩端與一個檢流計連接而構(gòu)成閉合回路，如圖2—10所示。當條形磁鐵插入線圈瞬間，線圈中的磁通量增加，檢流計指針向右偏轉(zhuǎn)。如圖2—10a所示，說明線圈中磁通發(fā)生變化，線圈中有電流出現(xiàn)。若把條形磁鐵從線圈中拔出，在拔出瞬間，檢流計指針向相反方向偏轉(zhuǎn)，說明線圈中磁通也發(fā)生變化，線圈中也有電流出現(xiàn)，如圖2—10b所示。當條形磁鐵在線圈中停止運動時，檢流計指針無偏轉(zhuǎn)，線圈中磁通沒有變化，線圈中也沒有電流。如果條形磁鐵插人或拔出的速度越快，即磁通量變化得越快，則檢流計指針偏轉(zhuǎn)越大，反之，檢流計指針偏轉(zhuǎn)越小。上述兩個實驗說明，無論是直導線在磁場中作切割磁感應線運動，還是磁鐵對線圈作相對運動，都是由于運動使得穿過(直導線或線圈組成的)閉合回路中的磁通量發(fā)生了改變，因而在直導線或線圈中產(chǎn)生電動勢。若直導線或線圈構(gòu)成回路，則直導線或線圈中將有電流出現(xiàn)。回路中磁通量的變化是導致直導線或線圈中產(chǎn)生電動勢的根本原因，即“動磁生電”。磁通量的變化越大，產(chǎn)生的電動勢越大。因磁通變化而在直導線或線圈中產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象，叫做電磁感應。由電磁感應產(chǎn)生的電動勢叫做感應電動勢。由感應電動勢在閉合電路形成的電流，叫做感應電流。二、法拉第定律從如圖2—10所示的實驗中可知，感應電動勢的大小，取決于條形磁鐵插入或拔出的快慢，即取決于磁通變化的快慢。磁通變化越快，感應電動勢就越大；反之就越小。磁通變化的快慢，用磁通變化率來表示。例如，有一單匝線圈，在時刻穿過線圈的磁通為，在此后的某二時刻，穿過線圈的磁通為，那么在這段時間內(nèi)，穿過線圈的磁通變化量為：因此，單位時間內(nèi)的磁通變化量，即磁通變化率是：在單匝線圈中產(chǎn)生的感應電動勢的大小是：式中的絕對值符號，表示只考慮感應電動勢的大小，不考慮方向。對手多匝線圈來說，因為通過各匝線圈的磁通變化率是相同的，所以每匝線圈感應電動勢大小相等。因此，多匝線圈感應電動勢是單匝線圈感應電動勢的N倍，即：式中——在時間內(nèi)感應電動勢的平均值(V)；——線圈匝數(shù)；/——磁通變化率；——線圈中磁通變化量(Wb)；——磁通變化所用的時間(s)。公式(2—5)說明，當穿過線圈的磁通發(fā)生變化時，線圈兩端的感應電動勢的大小只與磁通變化率成正比。這就是法拉第定律。三、楞次定律法拉第電磁感應定律，只解決了感應電動勢的大小取決于磁通變化率，但無法說明感應電動勢的方向與磁通量變化之間的關(guān)系。為了找出它們之間的規(guī)律，必須對前面的實驗再作進一步研究。從圖2—10實驗中可以看到穿過線圈的原磁通的方向是向下的。如圖2—11a所示，當磁鐵插入線圈時，線圈中的原磁通量增加，產(chǎn)生感應電動勢。感應電流由檢流計的正端流人。此時，感應電流在線圈中產(chǎn)生一個新的磁通。根據(jù)安培定則可以判定，新磁通與原磁通的方向相反，也就是說，新磁通阻礙原有磁通增加。如圖2—1lb所示，當磁鐵由線圈中拔出時，線圈中的原有磁通減少，產(chǎn)生感應電動勢，感應電流由檢流計的負端流人。此時，感應電流在線圈中產(chǎn)生一個新的磁通，根據(jù)安培定則判定，新磁通與原有磁通的方向是相同的，也就是說，新磁通阻礙原有磁通的減少。經(jīng)過上面的討論得出一個規(guī)律：線圈中磁通變化時，線圈中產(chǎn)生感應電動勢，其方向是使它形成的感應電流產(chǎn)生新磁通來阻礙原有磁通的變化。也就是說，感應電流的新磁通總是阻礙原有磁通的變化。這個規(guī)律被稱為楞次定律。應用楞決定律來判定線圈中產(chǎn)生感應電動勢的方向或感應電流的方向，具體方法步驟如下：1．首先明確原磁通的方向和原磁通的變化(增加或減少)的情況。2．根據(jù)楞次定律判定感應電流產(chǎn)生新磁通的方向。3．根據(jù)新磁通的方向，應用安培定則(右手螺旋定則)判定出感應電動勢或感應電流的方向。例如，在圖2—11中，線圈固定不動，條形磁鐵向下、向上運動時，判斷線圈a、b兩端感應電動勢的方向。當磁鐵向下運動時，原磁通西增加，且方向向下，由楞次定律可知新磁通西7的方向向上。根據(jù)安培定則可判斷出，大拇指的指向是新磁通的方向，其余四指的指向就是感應電動勢的方向，即由b到a，如圖2—11a所示。當磁鐵向上運動時，原磁通減少，且方向向下，由楞次定律可知新磁通的方向向下，阻礙原磁通的減少，根據(jù)安培定則可判斷出，感應電動勢的方向是由a到b，如圖2—11b所示。對于直導線切割磁感應線向產(chǎn)生感應電動勢的方向，用右手定則進行判定。右手定則內(nèi)容是：伸開右手，使大拇指與其余四指垂直并且與手掌在同一平面內(nèi)，手心對著磁極的N極，讓磁感應線垂直穿過手心，大拇指指向?qū)w的運動方向，其余四指所指的方向就是感應電動勢的方向，如圖2—12所示。右手定則又叫發(fā)電機定則。四、電磁感應定律為了使法拉第定律不僅能表示出感應電動勢的大小，同時也能表示出它的方向。把法拉第定律與楞次定律結(jié)合起來就是電磁感應定律。電磁感應定律的內(nèi)容是：感應電動勢的大小與磁通變化率成正比，感應電流的方向總是阻礙原磁通變化。5—4自感、互感授課時間:2015年06月19日星期五上午：09:00-12:00一、自感自感是一種電磁感應現(xiàn)象；下面通過實驗說明什么是自感。在圖2—13a中，有兩個相同的燈泡。合上開關(guān)后，燈泡HL1立刻正常發(fā)光。燈泡HL2慢慢變亮。其原因是在開關(guān)S閉合的瞬間，線圈L中的電流是從無到有，線圈中這個電流所產(chǎn)生的磁通也隨之增加，于是在線圈中產(chǎn)生感應電動勢。根據(jù)楞次定律，由感應電動勢所形成的感應電流產(chǎn)生的新磁通，要阻礙原磁通的增加；感應電動勢的方向與線圈中原來電流的方向相反，使電流不能很快地上升，所以燈泡HL2只能慢慢變亮。在圖2—13b中，當開關(guān)S斷開時，HL燈泡不會立即熄滅，而是突然一亮然后熄滅。其原因是在開關(guān)S斷開的瞬間，線圈中電流要減小到零，線圈中磁通也隨之減小。由于磁通變化在線圈中產(chǎn)生感應電動勢。根據(jù)楞次定律；感應電動勢所形成的感應電流產(chǎn)生的新磁通，阻礙原磁通的減少，感應電動勢方向與線圈中原來的電流方向一致，阻止電流減少，即感應電動勢維持電感中的電流慢慢減小。所以燈泡HL不會立刻熄滅。通過兩個實驗可以看到，由于線圈自身電流的變化，線圈中也要產(chǎn)生感應電動勢。把由于線圈自身電流變化而引起的電磁感應叫做自感應，簡稱自感。由自感現(xiàn)象產(chǎn)生的電動勢叫做自感電動勢。為了表示自感電動勢的大小，引入一個新的物理量，叫自感系數(shù)。當一個線圈通過變化電流后，單位電流所產(chǎn)生的自感磁通數(shù)，稱為自感系數(shù)，也稱電感量，簡稱電感，用字母L表示。電感是測量線圈產(chǎn)生自感磁通本領(lǐng)大小的物理量。如果一個線圈中流過1安電流，能產(chǎn)生1韋的自感磁通，則該線圈的電感就是1亨利，簡稱亨，用字母H表示。在實際使用中，有時用亨利單位太大，常采用較小的單位毫亨(mH)、微亨(pH)。它們之間的關(guān)系為：電感L是線圈的固有參數(shù)，它取決于線圈的幾何尺寸以及線圈中介質(zhì)的磁導率。如果介質(zhì)磁導率恒為常數(shù)，這樣的電感叫線性電感，如空心線圈的電感L為常數(shù)；反之，則稱為非線性電感，如有鐵心的線圈的電感L不是常數(shù)。自感在電工技術(shù)中，既有利又有弊。如日光燈是利用鎮(zhèn)流器(鐵心線圈)產(chǎn)生自感電動勢提高電壓來點亮燈管的，同時也利用它來限制燈管電流。但是，在有較大電感元件的電路被切斷瞬間，電感兩端的自感電動勢很高，在開關(guān)刀口斷開處產(chǎn)生電弧，燒毀刀口，影響設(shè)備的使用壽命；在電子設(shè)備中，這個感應電動勢極易損壞設(shè)備的元器件，必須采取相應措施，予以避免。二、互感互感也是一種電磁感應現(xiàn)象。圖2—4中有兩個互相靠近的線圈。當原線圈電路的開關(guān)S閉合時，原線圈中的電流增大，磁通也增加，副線圈中磁通也隨之增加而產(chǎn)生感應電動勢，檢流計指針偏轉(zhuǎn)，說明副線圈中也有電流。當原線圈電路開關(guān)S斷開時，原線圈中的電流減小，磁通也減小，這個變化的磁通使副線圈中產(chǎn)生感應電動勢，檢流計指針向相反方向偏轉(zhuǎn)。這種由于—個線圈電流變化，引起另一個線圈中產(chǎn)生感應電動勢的電磁感應現(xiàn)象，叫做互感現(xiàn)象，簡稱互感。由互感產(chǎn)生的感應電動勢稱為互感電動勢。人們利用互感現(xiàn)象，制成了電工領(lǐng)域中偉大的電器——變壓器。培訓內(nèi)容：六正弦交流電路本章學習要點：1．明確交流電、正弦交流電的概念及其三要素；2．了解正弦交流電的表示法；3．熟悉單相交流電路中R，L，C元件的歐姆定律形式，了解R，L，C電路中三元件兩端電壓、電流的相位關(guān)系特點；4．掌握三相電路的連接形式及特點；5．熟悉照明電路的連接要點及常用照明元件的特點。18世紀中葉，有個叫歐拉的瑞士數(shù)學家。他在前人研究的基礎(chǔ)上，取得了非常多的研究成就，共寫下了886本書籍和論文，其中分析、代數(shù)、數(shù)論占。40％，幾何占18％，物理和力學占28％，天文學占11％，彈道學、航海學、建筑學等占3％。在他之后的數(shù)學家拉格朗日、拉普拉斯，都把歐拉當導師。在數(shù)學中，歐拉首次提出很多現(xiàn)在還在使用的基本概念，如sin，cos，tan，，()。歐拉提出的正弦函數(shù)在當今的電氣技術(shù)中，有很大的應用。因為現(xiàn)在我們這個世界上，幾乎找不到與正弦方式輸送無關(guān)的電能，幾乎到處都能找到以正弦方式使用的電能。實踐證明，使用正弦規(guī)律是最聰明、最科學的。6—1正弦交流電的產(chǎn)生授課時間:2015年06月19日星期五上午：09:00-12:00一、正弦交流電的特點種第一章直流電路中所討論的直流電；其電流(及電壓、電磁勢)的大小和方向是不隨時間變化的。但是在生產(chǎn)實際中，除了應用直流電外，還廣泛地應用交流電。所謂交流電是指電流(及電壓、電動勢)的大小和方向隨時間的變化而變化。交變電流、交變電壓和交變電動勢統(tǒng)稱為交流電。通常將交流電分為正弦交流電和非正弦交流電兩大類。正弦交流電是指其交流量隨時間按正弦規(guī)律變化。人們經(jīng)常用圖形表示電流(及電壓、電動勢)隨時間變化的規(guī)律，這種圖形稱為波形圖，如圖3—1所示。圖中橫坐標表示時間，縱坐標表示不同時刻的交流量(電流、電壓、電動勢)值。從如圖3—1b所示的波形圖中可以看到，正弦交流電(如無特別說明都簡稱交流電)的特點是：1．變化的瞬時性正弦交流電的大小和方向時時刻刻都在變化。2.變化的周期性正弦交流電每隔一定時間又作重復的變化。3．變化的規(guī)律性正弦交流電是隨著時間按正弦規(guī)律變化的。正弦交流電在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中應用廣泛，是由于它具有便于遠距離傳輸和分配，交流發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維修方便、節(jié)省材料、具有更低的電磁干擾等優(yōu)點。二、正弦交流電的產(chǎn)生正弦交流電是由交流發(fā)電機產(chǎn)生的。如圖3—2a所示是最簡單的交流發(fā)電機示意圖j它由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子有N，S兩個固定磁極。轉(zhuǎn)子是一個可以轉(zhuǎn)動的鋼質(zhì)圓柱體，其上緊繞著一匝導線。導線兩端分別接到兩個相互絕緣的銅環(huán)上，銅環(huán)與連接外電路的電刷相接觸。當用原動機(如水輪機或汽輪機)拖動電樞轉(zhuǎn)動時，由于運動導線切割磁感應線而在線圈中產(chǎn)生感應電動勢。為了得到正弦波形的感應電動勢，應采用特定形式的磁極，使磁極與電樞之間的空隙中的磁感應強度按下列規(guī)律分布：第一，磁感應線垂直于電樞表面。第二，磁感應強度B在電樞表面按正弦規(guī)律分布。如圖3—2b所示。在磁極中心位置處的磁感應強度最大，用表示；在磁性分界面處的磁感應強度為零。磁感應強度等于零的平面叫做中性面，如圖3—2b所示的水平面。如線圈所在位置的平面與中性面成a角，此處電樞表面的磁感應強度為：當電樞在磁場中從中性面開始，以勻角速度逆時針轉(zhuǎn)動時，單匝線圈的a、b邊在磁場內(nèi)切割磁感應線產(chǎn)生感應電動勢。單匝線圈中產(chǎn)生的磁感應電動勢為：如果線圈有N匝，則總的感應電動勢為：當=90及=270時，感應電動勢具有最大值，即：式中——感應電動勢最大值(V)；——線圈的匝數(shù)；——最大磁感應強度(Wb/)；——線圈的有效長度（m）——導線運動速度（m/s）將公式(3—3)代人公式(3—2)后，得：因為電樞在磁場中以角速度作勻速轉(zhuǎn)動，在任意時刻線圈平面與中性面的夾角等于角速度與時間的乘積，即：因此，感應電動勢的數(shù)學式又可以寫成：這樣就把感應電動勢隨角度變化轉(zhuǎn)為隨時間變化。為今后研究交流電正弦量提供了方便。同理，交流電壓、交流電流可表示為：6—2正弦交流電的三要素授課時間:2015年06月19日星期五下午：13:00-16:00一、周期、頻率、角頻率由如圖3—1所示中的正弦交流電流波形圖可以看出，它從零開始隨時間延長而增至最大值，然后逐漸減到零；以后由零開始反向增至最大值，然后再回到零。這樣，交流電流就變化一次。交流電就按照這樣的規(guī)律做周而復始的變化，變化一次叫做一周。交流電變化一周所需要的時間叫做周期，用字母T表示，單位是秒(s)，較小的單位有毫秒(ms)和微秒()。它們之間的關(guān)系為：周期的長短表示交流電變化的快慢l周期越小，說明交流電變化一周所需的時間越短，交流電的變化越快；反之，交流電的變化越慢。頻率是指在一秒鐘內(nèi)交流電變化的次數(shù)，用字母表示，單位為赫茲；簡稱赫，用Hz表示。當頻率很高時，可以使用千赫(kHz)、一兆赫(MHz)、吉赫(GHz)：等。它們之間的關(guān)系為：頻率和周期一樣，是反映交流電變化快慢的物理量。它們之間的關(guān)系為：我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中使用的交流電標準頻率為50Hz。通常把50Hz，的交流電稱為工頻交流電。交流電變化的快慢除了用周期和頻率表示外，還可以用角頻率表示。所謂角頻率就是交流電每秒鐘變化的角度，用字母表示，單位是rad/s(弧度/秒)。周期、頻率和角頻率的關(guān)系是：二、瞬時值、最大值、有效值正弦交流電(簡稱交流電)的電動勢、電壓、電流，在任袁瞬間的數(shù)值叫交流電的瞬時值，用小寫字母，，表示。瞬時值中最大的值稱為最大值。最大值也稱為振幅或峰值。在波形圖生，曲線的最高點對應的縱軸值，即表示最大值。用，，分別表示電動勢、電壓、電流的最太值。它們之間的關(guān)系為：由公式(3—9)可知，交流電的大小和方向是隨時間變化的，瞬時值在零值與最大值之間變化，沒有固定的數(shù)值。因此，不能隨意用一個瞬時值來反映交流電的做功能力。如果選用最大值，就夸大了交流電的做功能力，因為交流電在絕大部分時間內(nèi)都比最大值要小。這就需要選用一個數(shù)值，能等效地反映交流電做功的能力。為此，引人了交流電的有效值這一概念。正弦交流電的有效值是這樣定義的：如果一個交流電通過一個電阻，在一個周期內(nèi)所產(chǎn)生的熱量，和某一直流電流在相同時間內(nèi)通過同一電阻產(chǎn)生的熱量相等，那么，這個直流電的電流值就稱為交流電的有效值。正弦交流電的電動勢。電壓、電流的有效值分別用字母，，表示。通常所說的交流電的電動勢、電壓、電流的大小都是指它的有效值，交流電氣設(shè)備銘牌上標注的額定值、交流電儀表所指示的數(shù)值也都是有效值。今后在談到交流電的數(shù)值時，如無特殊注明，都是指有效值。理論計算和實驗測試都可以證明，它們之間的關(guān)系為：三、相位、初相和相位差在如圖3—3所示中，兩個相同的線圈固定在同一個旋轉(zhuǎn)軸上，它們相互垂直，以角速度叫逆時針旋轉(zhuǎn)。在AX和BY線圈中產(chǎn)生的感應電動勢分別為和，如圖3—4所示。當t=0時，AX線圈平面與中性面之間的夾角=0，BY線圈平面與中性面之間的夾角=90。在任意時刻兩個線圈的感應電動勢分別為：公式中，和是表示交流電變化進程的一個角度，稱為交流電的相位或相角，它決定了交流電在某一瞬時所處的狀態(tài)。=0時的相位叫初相位或初相。它是交流電在計時起始時刻的電角度，反映了交流電的初始值。例如，AX，BY線圈的初相分別是=0，=90。在=0時，兩個線圈的電動勢分別為=0，。兩個頻率相同的交流電的相位之差叫相位差。令上述的初相位=0，的初相位=90，則兩個電動勢的相位差為：可見，相位差就是兩個電動勢的初相差。從如圖3—5所示可以看到，初相分別為和的頻率相同的兩個電動勢的同向最大值，不能在同一時刻出現(xiàn)。就是說比超前角度達到最大值，或者說比滯后角度達到最大值。綜上所述，一個交流電變化的快慢用頻率表示；其變化的幅度，用最大值表示；其變化的起點用初相表示。如果交流電的頻率、最大值、初相確定后，就可以準確確定交流電隨時間變化的情況。因此，頻率、最大值和初相稱為交流電的三要素。例題1已知兩正弦電=1OOsin(10060)V，=65sin(10030)V，求各電動勢的最大值、頻率、周期、相位、初相及相位差。解：（1）振幅（2）頻率（3）周期（4）相位（5）初相（6）相位差6—3正弦交流電的表示法授課時間:2015年06月22日星期一上午：09:00-12:00正弦交流電的表示方法有三角函數(shù)式法和正弦曲線法兩種。它們能真實地反映正弦交流電的瞬時值隨時間的變化規(guī)律，同時也能完整地反映出交流電的三要素。一、三角函數(shù)式法正弦交流電的電動勢、電壓、電流的三角函數(shù)式為：若知道了交流電的頻率、最大值和初相，就能寫出三角函數(shù)式，用它可以求出任一時刻的瞬時值。例題2已知正弦交流電的頻率=50Hz，最大值=310V，初相=。求=1/300S時的電壓瞬時值。解：電壓的三角函數(shù)標準式為：則其電壓瞬時值表達式為：將t=0.01s代人上式二、正弦曲線法-波形法正弦曲線法就是利用三角函數(shù)式相對應的正弦曲線，來表示正弦交流電的方法。在如圖3—6所示中，橫坐標表示時間或者角度，縱坐標表示隨時間變化的電動勢瞬時值。圖中正弦曲線反映出正弦交流電的初相=0。最大值，周期T以及任一時刻的電動勢瞬時值。這種圖也叫做波形圖。6—4單相交流電路授課時間:2015年06月22日星期一上午：09:00-12:00在直流電路中，電路的參數(shù)只有電阻R。而在交流電路中，電路的參數(shù)除了電阻R以外，還有電感L和電容C。它們不僅對電流有影響，而且還影響了電壓與電流的相位關(guān)系。因此，研究交流電路時，在確定電路中數(shù)量關(guān)系的同時，必須考慮電流與電壓的相位關(guān)系，這是交流電路與直流電路的主要區(qū)別。本節(jié)只簡單介紹純電阻、純電感、純電容電路。一、純電阻電路純電阻電路是只有電阻而沒有電感、電容的交流電路。如白熾燈、電烙鐵、電阻爐組成的交流電路都可以近似看成是純電阻電路，如圖3—7所示。在這種電路中對電流起阻礙作用的主要是負載電阻。加在電阻兩端的正弦交流電壓為，在電路中產(chǎn)生了交流電流，在純電阻電路中，龜壓和電流瞬時值之間的關(guān)系，符合歐姆定律，即：由于電阻值不隨時間變化，則電流與電壓的變化是一致的。就是說，電壓為最大值時，電流也同時達到最大值；電壓變化到零時，電流也變化到零。如圖3—8所示。純電阻電路中，電流與電壓的這種關(guān)系稱為“同相”。通過電阻的電流有效值為：公式3—14是純電阻電路的有效值。在純電阻電路中，電流通過電阻所做的功與直流電路的計算方法相同，即：二、純電感電路純電感電路是只有電感而沒有電阻和電容的電路。如由電匪很小的電感線圈組成的交流電路，都可近似看成是純電感電路，如圖3—9所示。在如圖3—9所示的純電感電路中；如果線圈兩端加上正弦交流電壓，則通過線圈的電流也要按正弦規(guī)律變化。由于線圈中電流發(fā)生變化，在線圈中就產(chǎn)生自感電動勢，它必然阻礙線圈電流變化。經(jīng)過理論分析證明，由于線圈中自感電動勢的存在，使電流達到最大值的時間，要比電壓滯后90，即四分之一周期。也就是說，在純電感電路中，雖然電壓和電流都按正弦規(guī)律變化，但兩者不是同相的，如圖3—10所示，正弦電流比線圈兩端正弦電壓滯后90，或者說，電壓超前電流90。理論證明，純電感電路中線圈端電壓的有效值，與線圈通過電流的有效值之間的關(guān)系是：是電感線圈對角頻率為叫的交流電所呈現(xiàn)的阻力，稱為感抗，用表示，即：式中——感抗()；——頻率(Hz)；——電感(H)。感抗是用來表示電感線圈對交流電阻礙作用的物理量。感抗的大小，取決于通過線圈電流的頻率和線圈的電感量。對于具有某一電感量的線圈而言，頻率越高，感抗越大，通過的電流越??；反之，感抗越小，通過的電流越大。收音機中的高頻扼流圈不讓高頻電流通過，只讓低頻電流通過，就是這個道理。在直流電路中，由于頻率為零，故線圈的感抗也為零，線圈的電阻很小，可以把線圈看成是短路的。例題3有一電感為0.1mH的線圈，分別接在電壓=0.1V，頻率為=1000Hz，=1MHz的兩個交流電源上。求兩種情況下通過線圈的電流。解：當=1000Hz時，感抗為：當=1MHz時，感抗為：結(jié)論：同一個電源電壓、同一個電感，交流電頻率差1000倍，差1000倍，電流差1000倍!三、純電容電路電容器是由兩個金屬板中間隔著不同的介質(zhì)(云母、絕緣紙等)組成的。它是存放電荷的容器。電容器中的兩個金屬板叫電容器兩個極板。如果把電容器的兩個極板分別與直流電路兩端連接，如圖3—11所示，則兩極板間有電壓，在極板間建立了電場。在電場力作用下，驅(qū)使自由電子運動，使兩個極板分別帶上數(shù)量相等符號相反的電荷。與電源正極相連的極板帶正電荷，與電源負極相連的極板帶負電荷。實驗證明，極板上存有電荷越多，則極板間的電壓越高，二者成正比。因此，將電容器的電量與極板間電壓的比值叫做電容器的電容量，簡稱電容，用字母表示，即：式中——下任意極板上的電量(C)；——兩極板間的電壓(V)；——電容量(F)當電容器極板間電壓為l伏，極板上電量為1庫侖，則電容器的電容量為1法拉，簡稱法，用字母F表示。在實際應用中，由于法拉單位過大，所以經(jīng)常使用微法()和皮法()為電容的單位，它們之間的關(guān)系為：常用的電容器符號如圖3—12所示。電容器在電工和電子技術(shù)中應用廣泛。如在電力系統(tǒng)中用它改善系統(tǒng)的功率因數(shù)，在電子技術(shù)中用它進行濾波、耦合、隔直、旁路、選頻等。在這里只簡單介紹電容在交流電路的作用。純電容電路是只有電容而沒有電阻、電感的電路。如電介質(zhì)損耗很小，絕緣電阻很大的電容器組成的交流電路?？山瓶闯杉冸娙蓦娐?。在如圖3—13所示的純電容電路中，電容器接上交流電源。在電壓升高的過程中，電容器充電，在電壓降低的過程中，電容器放電。由于電容器端電壓按正弦規(guī)律變化，致使電容器不斷地進行充電、放電。于是在電路中形成按正弦規(guī)律變化的電流。理論分析證明：電路中電流達到同方向最大值的時間，比電容器的端電壓超前90，即提前四分之一周期。也就是說在純電容電路中，雖然電流與電壓都按正弦規(guī)律變化；但兩者的相位不同，如圖3—14所示，純電容電路中的電流超前電壓90。理論證明：在純電容電路中，電容兩端電壓的有效值與電路電流有效值之間的關(guān)系是：1/是電容對角頻率為的交流電所呈現(xiàn)的阻力，稱為容抗，用表示，即：容抗是用來表示電容器對電流阻礙作用大小的一個物理量，單位是歐，用表示。容抗的大小與頻率及電容量成反比。當電容器的容量一定時，頻率越高，容抗越小，電流越大；反之，頻率越低，容抗越大電流越小。在直流電路中，由于電流電頻率為零，因此，容抗為無限大。這表明，電容器在直流電路中相當于開路。但在交流電路中，隨著電流頻率的增加，容抗逐漸減小。因此，電容器在交流電路中相當于通路。這就是電容器隔斷直流，通過交流的原理。例題4有一個電容器的電容C=0.159，試求它在頻率為50Hz和1MHz時的容抗。如果電源電壓為100V，求在頻率為50Hz和1MHz時的電流。解：當=50Hz時當=1MHz時培訓內(nèi)容：七三相交流電路授課時間:2015年06月22日星期一下午：13:00