徐樹(shù)英《電工學(xué)》海南大學(xué)教學(xué)課件

電工學(xué)課件本課件旨在為學(xué)生提供電工學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和概念,涵蓋電路分析、電力系統(tǒng)、電力設(shè)備等重要主題。通過(guò)生動(dòng)形象的圖片和詳細(xì)全面的講解,幫助學(xué)生深入理解電工學(xué)的核心原理。課程簡(jiǎn)介基礎(chǔ)理論本課程旨在向?qū)W生系統(tǒng)地介紹電工學(xué)的基本概念、定律和分析方法,為后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。實(shí)踐應(yīng)用通過(guò)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn),學(xué)生可以深入理解電工學(xué)知識(shí),并培養(yǎng)分析電路和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。重點(diǎn)難點(diǎn)本課程涉及電路分析、電磁感應(yīng)、電機(jī)原理等多個(gè)知識(shí)點(diǎn),需要學(xué)生掌握數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)知識(shí)。教學(xué)目標(biāo)培養(yǎng)電工學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí),學(xué)生將掌握電工學(xué)的基本概念、定律和分析方法,為后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。提高實(shí)際應(yīng)用能力在理解電工學(xué)原理的基礎(chǔ)上,學(xué)生將能夠熟練應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題,增強(qiáng)實(shí)踐動(dòng)手能力。培養(yǎng)創(chuàng)新思維本課程注重培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立分析問(wèn)題和創(chuàng)新思維,為將來(lái)從事電氣領(lǐng)域工作奠定基礎(chǔ)。培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐等環(huán)節(jié)的小組合作,學(xué)生將學(xué)會(huì)與他人溝通協(xié)作,培養(yǎng)良好的團(tuán)隊(duì)合作能力。教學(xué)內(nèi)容安排1基礎(chǔ)理論包括電工學(xué)的基本概念、基本定理以及電路元件的特性等內(nèi)容。2電路分析方法講解電路分析的常用方法,如網(wǎng)絡(luò)分析法、疊加定理等。3直流電路分析重點(diǎn)介紹直流電路的相關(guān)知識(shí),包括電源類型、電阻計(jì)算等。4交流電路分析教授交流電路的基本概念、交流電路元件特性及相關(guān)計(jì)算。5電力電子技術(shù)涵蓋電機(jī)、變壓器等電力電子設(shè)備的工作原理及應(yīng)用?；靖拍钆c基本定理1電工學(xué)基本概念介紹電工學(xué)中的基本概念,如電荷、電流、電壓、電阻、電功率等,為后續(xù)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。2電工學(xué)基本定理講解電工學(xué)的基本定理,如歐姆定律、開(kāi)爾霍夫定律、功率定理等,闡述它們的物理含義和應(yīng)用。3國(guó)際單位制介紹電工學(xué)中常用的國(guó)際單位制,如安培、伏特、歐姆等,掌握它們的換算關(guān)系。4電路分析的基本方法討論電路分析的基本方法,包括節(jié)點(diǎn)電壓法、網(wǎng)狀電流法等,為后續(xù)的電路分析奠定基礎(chǔ)。電路的基本元件電阻電阻器是電路中最常見(jiàn)的被動(dòng)元件之一,用于控制和限制電流,調(diào)節(jié)電壓。有固定和可變兩種類型。電容器電容器是可以儲(chǔ)存電荷的元件,常用于濾波、耦合、時(shí)間延遲等。有多種材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的電容器。電感器電感器是能夠儲(chǔ)存磁能的元件,通過(guò)磁場(chǎng)變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。常用于濾波、功率變換等。開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)是電路中的控制元件,可以控制電流的通斷,用于電路的接通和斷開(kāi)。常見(jiàn)有機(jī)械開(kāi)關(guān)和電子開(kāi)關(guān)。電壓、電流、電阻的關(guān)系1V電壓1A電流1Ω電阻P=VI功率公式歐姆定律描述了電壓、電流和電阻之間的基本關(guān)系。當(dāng)電壓加在電阻上時(shí),會(huì)產(chǎn)生電流流過(guò)電阻,而電功率則等于電壓乘以電流。掌握這些基本概念對(duì)于分析和理解電路至關(guān)重要。電能、功率的計(jì)算電壓電流功率電能電壓、電流是電路的基本量度,而功率和電能則是衡量用電效果的重要指標(biāo)。通過(guò)計(jì)算電壓、電流、功率和電能的關(guān)系,可以全面了解電路的工作情況,并進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。電路分析方法1網(wǎng)絡(luò)求解法利用網(wǎng)絡(luò)方程求電路量。2節(jié)點(diǎn)分析法利用節(jié)點(diǎn)電壓方程求電路量。3網(wǎng)眼分析法利用網(wǎng)眼電流方程求電路量。4電壓電流場(chǎng)分析法利用電壓電流場(chǎng)的理論求解電路。電路分析方法主要包括網(wǎng)絡(luò)求解法、節(jié)點(diǎn)分析法、網(wǎng)眼分析法和電壓電流場(chǎng)分析法。這些方法從不同角度分析電路,可以全面地求出電路中各個(gè)量的值,為電路設(shè)計(jì)和分析提供依據(jù)。電路定理基爾霍夫定律電路中電流進(jìn)入一個(gè)節(jié)點(diǎn)的總和等于電流離開(kāi)該節(jié)點(diǎn)的總和。疊加定理對(duì)于一個(gè)線性電路,電路中任一特定量的值等于各獨(dú)立源作用下該量的代數(shù)和。戴維南定理任一雙端電路網(wǎng)絡(luò)等效為一個(gè)理想電壓源和串聯(lián)電阻所構(gòu)成的電路。諾頓定理任一雙端電路網(wǎng)絡(luò)等效為一個(gè)理想電流源和并聯(lián)電阻所構(gòu)成的電路。直流電路分析電壓分析應(yīng)用基爾霍夫電壓定律分析直流電路中的電壓分布。電流分析利用基爾霍夫電流定律確定直流電路各處的電流大小。功率分析計(jì)算電壓、電流與功率之間的關(guān)系,確定電路中的功率消耗。等效變換將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)為等效電路,以簡(jiǎn)化分析過(guò)程。電路中的電壓源和電流源電壓源電壓源是維持電路中兩點(diǎn)電位差保持恒定的器件。它可以為電路提供穩(wěn)定的電能,確保電路的正常運(yùn)行。電流源電流源是使電路中的電流保持恒定的器件。它可以為電路提供穩(wěn)定的電流,用于驅(qū)動(dòng)電路中的負(fù)載。電壓源與電流源的區(qū)別電壓源與電流源都是理想化的電路元件,前者輸出恒定電壓,后者輸出恒定電流。它們?cè)陔娐贩治龊驮O(shè)計(jì)中扮演重要角色。電路中的電阻電阻的基本特性電阻是電路中用于限制電流的基本元件,具有固定的電阻值,遵循歐姆定律。額定功率電阻還有一個(gè)重要參數(shù)是其額定功率,表示電阻可承受的最大功率。電阻的類型常見(jiàn)的電阻類型有固定電阻、可變電阻、保險(xiǎn)絲等,應(yīng)用于不同場(chǎng)合。電路分析的網(wǎng)絡(luò)方法1節(jié)點(diǎn)分析法確定網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓2網(wǎng)路分析法確定網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)網(wǎng)路的電流3疊加定理疊加多個(gè)獨(dú)立電源的影響網(wǎng)絡(luò)分析法是電路分析的重要方法,包括節(jié)點(diǎn)分析法和網(wǎng)路分析法。節(jié)點(diǎn)分析法可以確定網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓,網(wǎng)路分析法可以確定網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)網(wǎng)路的電流。疊加定理則可以疊加多個(gè)獨(dú)立電源的影響,簡(jiǎn)化分析過(guò)程。這些方法為復(fù)雜電路的分析提供了強(qiáng)大的工具。疊加定理理解疊加定理疊加定理指出,對(duì)于一個(gè)線性電路,各獨(dú)立電源產(chǎn)生的電壓或電流可以分別求出,然后將它們代數(shù)相加,就可得到總的電壓或電流。應(yīng)用場(chǎng)景疊加定理在分析復(fù)雜電路中電壓或電流時(shí)非常有用,可以簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程,提高分析效率。計(jì)算步驟首先分別求出各獨(dú)立電源的貢獻(xiàn),然后把它們代數(shù)相加即可得到總的電壓或電流。對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)分析定義對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)是指具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性或鏡像對(duì)稱性的電網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)具有重復(fù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)特性。分析方法利用對(duì)稱性質(zhì),可以簡(jiǎn)化對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)的分析過(guò)程,減少計(jì)算量,提高分析效率。常用的分析方法有相量法和對(duì)稱分量法。相量法通過(guò)將交流量表示為復(fù)數(shù)相量,利用代數(shù)運(yùn)算簡(jiǎn)化計(jì)算。這種方法適用于單相交流電路分析。對(duì)稱分量法將三相量分解為正序、負(fù)序和零序三個(gè)分量,分別計(jì)算再合成,適用于三相交流電路分析。交流電路基礎(chǔ)1交流電特點(diǎn)交流電流和電壓隨時(shí)間周期性變化,不同于直流電。它們的大小和方向會(huì)隨時(shí)間變化。2正弦曲線表示交流電流和電壓通常用正弦曲線來(lái)表示,它們的波形呈現(xiàn)正弦形態(tài)。3頻率與周期交流電的頻率是指一個(gè)周期內(nèi)周期性變化的次數(shù),周期則是一個(gè)完整周期的時(shí)間。4有效值與平均值交流電的有效值代表了其功率,平均值則表示其在一個(gè)周期內(nèi)的平均大小。正弦交流電的基本概念正弦波形正弦交流電的電壓和電流波形遵循正弦函數(shù)規(guī)律,呈現(xiàn)周期性的正弦波形變化。頻率和周期正弦交流電的頻率描述了波形在單位時(shí)間內(nèi)完成的周期性循環(huán)次數(shù),周期則代表一個(gè)完整周期的持續(xù)時(shí)間。峰值和有效值正弦交流電的峰值代表波形的最大振幅,有效值則表示其產(chǎn)生的熱效應(yīng)與直流電相同的功率。相位和相位差正弦波形具有相位概念,描述波形在時(shí)間軸上的位置關(guān)系。相位差則說(shuō)明兩個(gè)正弦波之間的時(shí)間差。交流電路中的電阻、電感、電容電阻器在交流電路中,電阻器會(huì)消耗有功功率,使電壓和電流成正相位。其阻抗大小等于直流電阻。電感器電感器會(huì)產(chǎn)生感性阻抗,使電流滯后于電壓。電感器用于控制電路中的電流變化。電容器電容器會(huì)產(chǎn)生容性阻抗,使電流領(lǐng)先于電壓。電容器用于調(diào)節(jié)電路中的電壓和濾除電路中的干擾。交流電路的功率有功功率交流電路中電壓和電流的乘積，表示實(shí)際的功率消耗。無(wú)功功率由電感和電容產(chǎn)生的交流分量導(dǎo)致的功率損耗，用于存儲(chǔ)能量。視在功率有功功率和無(wú)功功率的向量合成，表示電路的總功率。交流電路的功率計(jì)算涉及有功功率、無(wú)功功率和視在功率三個(gè)概念。它們反映了電路中能量的消耗和交換情況，對(duì)交流電路的設(shè)計(jì)和分析非常重要。共振現(xiàn)象頻率共振當(dāng)電路中的電容和電感的頻率相同時(shí)會(huì)產(chǎn)生共振,電流會(huì)達(dá)到最大值。這種共振現(xiàn)象廣泛應(yīng)用于無(wú)線電、電視等領(lǐng)域。阻抗共振在某一頻率下,電路的阻抗會(huì)減小到最小值,這種現(xiàn)象被稱為阻抗共振。它可以用于電力系統(tǒng)中的諧波濾波。機(jī)械共振機(jī)械系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生共振,當(dāng)外部力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相同時(shí)會(huì)發(fā)生共振,導(dǎo)致系統(tǒng)振幅放大。這種現(xiàn)象常見(jiàn)于橋梁、大樓等建筑物中。三相交流電路1電源與負(fù)載三相交流電路由三個(gè)相位的電源和三個(gè)相應(yīng)的負(fù)載組成，彼此連接形成一個(gè)完整的電路。2相位關(guān)系三相電源的三個(gè)相位電壓互相相差120度,構(gòu)成一個(gè)均衡的交流電系統(tǒng)。3電路類型三相電路可分為星形連接和三角形連接兩種基本形式,具有不同的特點(diǎn)。4功率計(jì)算三相電路的有功功率、無(wú)功功率和視在功率可以通過(guò)特定公式進(jìn)行計(jì)算。三相功率的測(cè)量三相功率的測(cè)量利用三個(gè)瓦特表測(cè)量三相功率三功率法準(zhǔn)確度高兩瓦特表法僅需兩個(gè)瓦特表測(cè)量三相功率需要確保某一相參考接地單瓦特表法僅需一個(gè)瓦特表測(cè)量三相功率計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，需要三相電壓和電流三相電路功率的測(cè)量是電工實(shí)踐中的關(guān)鍵一環(huán)。不同的測(cè)量方法有各自的特點(diǎn)和適用場(chǎng)景，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方法。磁路分析磁場(chǎng)通過(guò)分析電流產(chǎn)生的磁場(chǎng),可以了解電路的磁特性,從而分析電路的電磁性能。磁導(dǎo)率不同材料的磁導(dǎo)率不同,這直接影響了磁場(chǎng)的大小和分布。理解材料的磁導(dǎo)率很重要。磁路磁路分析可以幫助我們計(jì)算電路中的磁通量,從而分析電路的電磁性能。電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)或磁場(chǎng)在導(dǎo)體附近變化時(shí),將在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這就是法拉第電磁感應(yīng)定律。感應(yīng)電流方向根據(jù)萊茵-藕茲規(guī)則,感應(yīng)電流的方向總是使磁通量的變化被阻礙。這是電磁感應(yīng)的本質(zhì)。電磁感應(yīng)在發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用電磁感應(yīng)的原理被應(yīng)用在發(fā)電機(jī)中,通過(guò)機(jī)械能驅(qū)動(dòng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。變壓器的工作原理電磁感應(yīng)變壓器的工作原理依賴于電磁感應(yīng)效應(yīng)。通過(guò)交流電流在一個(gè)線圈(初級(jí)線圈)中產(chǎn)生交變磁場(chǎng),再通過(guò)磁場(chǎng)在另一線圈(次級(jí)線圈)中感應(yīng)出交流電壓。變壓通過(guò)調(diào)整初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的匝數(shù)比,可以實(shí)現(xiàn)電壓的升壓或降壓。這就是變壓器的基本功能,可以根據(jù)需要改變電壓大小。無(wú)功功率傳輸變壓器能夠高效地傳輸無(wú)功功率,是電力系統(tǒng)中不可或缺的重要設(shè)備。它可以連接不同電壓等級(jí)的電網(wǎng),實(shí)現(xiàn)電能的高效傳輸。變壓器的特性及應(yīng)用1變壓器效率高現(xiàn)代變壓器能達(dá)到95%以上的能量轉(zhuǎn)換效率,損耗較小,適合大功率輸送。2可實(shí)現(xiàn)電壓變換變壓器可根據(jù)需求,將交流電壓從高到低或從低到高進(jìn)行變換。3廣泛應(yīng)用領(lǐng)域變壓器廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、電子設(shè)備、電爐等領(lǐng)域,是電力系統(tǒng)中不可或缺的重要設(shè)備。電機(jī)的工作原理磁場(chǎng)電機(jī)通過(guò)形成磁場(chǎng)與電流之間的相互作用而產(chǎn)生力矩,從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。電樞電樞是電機(jī)的核心部件,通過(guò)導(dǎo)線卷繞而成,在磁場(chǎng)中產(chǎn)生電磁力矩。換向器換向器可以使直流電樞線圈的電流方向隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而不斷改變,保持電磁力矩的方向恒定。直流電機(jī)和交流電機(jī)直流電機(jī)直流電機(jī)是利用直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。它由定子和轉(zhuǎn)子組成,通過(guò)電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。直流電機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、家用電器等領(lǐng)域。交流電機(jī)交流電機(jī)是利用交流電