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电工培训,电工作业,第一讲 电路基础知识,1,、电路基本元件及物理量,2,、了解直流电路两大基本规律,3,、串并联电路,4,、电磁感应,5,、单相交流单路,6,、三相交流电路,直流电路,直流电路,一,.,电路,1.,定义：,电路就是电流所流经的路径。,直流电通过的电路称为“,直流电路,”,;,交流电,通过的电路称为“交流电路”。,2.,电路的组成：,最简单的电路，是由电源、负载、导线、开关等元器件组成。,电路可以实现电能的传输、分配和转换。,电力系统中：,电子技术中：,电路可以实现电信号的传递、存储和处理。,电源,电源是提供电能的设备。电源的功能是把非电能转变成电能。,例如，电池是把化学能转变成电能；,发电机,是把机械能转变成电能。由于非电能的种类很多，转变成电能的方式也很多，所以，目前实用的电源类型也很多，最常用的电源是固态电池、,蓄电池,和发电机等。电源分为电压源与电流源两种，只允许同等大小的电压源并联，同样也只允许同等大小的电流源串联，电压源不能短路，电流源不能断路。,能,量,转,化,负载,(,就是“用电器”）,在电路中使用电能的各种设备统称为负载。负载的功能是把电能转变为其他形式能。,例如，,电炉,把电能转变为内能；电动机把电能转变为机械能，等等。通常使用的照明器具、家用电器、机床等都可称为负载。,导线,连接导线用来把电源、负载和其他辅助设备连接成一个闭合回路，起着传输电能的作用。,辅助设备,辅助设备是用来实现对电路的控制、分配、保护及测量等作用的。,辅助设备包括各种开关、,熔断器,、电流表、电压表及测量仪表等。,根据所处理信号的不同，,电子电路,可以分为,模拟电路,和,数字电路,。,电路,图,是人们为了研究和工程的需要，用国家标准化的,符号绘制的一种表示各元器件组成的图形。,基本元器件符号,电源,负,载,负载,开关,实体电路,I,S,U,S,+,_,R,0,电路模型,R,L,+,U,导线,与实体电路相对应的,电路图,称为实体电路的,电路模型,。,电场,1,、定义：电场,是电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质。电场这种物质与通常的实物不同，它不是由分子,原子,所组成，但它是客观存在的。,2,、电场的力的性质表现为,：电场对放入其中的电荷有,作用力,，这种力称为,电场力,。电场的能的性质表现为：当电荷在电场中移动时，电场力对电荷作功（这说明电场具有能量）。,3,、静电场中的电场强度公式为,：,E=F/q,。,单位为牛,顿,每库伦。符号为,N/C,。,电场强度,1,、,定义,：是描述,电场,的性质的,基本物理量,，是个矢量。简称,场强,。,方向,：与正,电荷,在该点受的,电场力,方向相同。按照这个规定，,负电荷,在该点 受的电场力方向与电场强度方向相反。,大小,：在电场中某观察点的电场强度,E,，等于置于该点的静止电荷,q,所受的力,F,与,电量,q,的比。,定义式：,E=F/q,单位：,1V/m=1N/C,大写,I,表示直流电流，小写,i,表示电流的一般符号,（,1,）,电流,电流强度等于单位时间内通过导体横截面的电荷量。,电流的单位及换算,：,1A=10,3,mA=10,6,A=10,9,nA,电荷的定向移动形成电流。,电流的大小用电流强度表示，简称电流,。,或,电位,1,、定义,：将单位正电荷从参考点移到另一点反抗电场力所做的功。,电位又称,电势,，是指单位,电荷,在,静电场,中的某一点所具有的,电势能。,2,、符号,：,U,或,3,、单位：,伏特,(V),（,2,）电压,定义：,电路中,a,、,b,两点间的电压定义为单位正电,荷由,a,点移至,b,点电场力所做的功。,电压是电路中产生电流的根本原因。,电压等于电路中两点电位之差。,或,符号：大写,U,表示直流电压，小写,u,表示电压的一般符号,单位：电压的单位及换算,：,1V=10,3,mV=10,-3,KV,电动势,1,、定义：电源的电动势是电源将其它形式的能转化为电能的本领。,方向：,从电源的负极经过电源内部指向电源的正极，即与电源两端电压的方向相反。,电动势,大小：,在数值上，等于非静电力将单位正电荷从电源的负 极通过 电源内部移送到正极时所做的功,E=,W/q,电能的转换是在电流作功的过程中进行的，因此电能的多少可以用功来量度。,式中电压的单位为伏特,【V】,，电流单位为安培,【A】,，时间的单位用秒,【s】,时，电能（或电功）的单位是焦耳,【J】,。,日常生产和生活中，电能（或电功）也常用度作为量纲：,1,度,=1KW,h,=KV,A,h,（,1,）电能,单位时间内电流所作的功称为电功率，用,“,P,”,表示,（,2,）电功率,1W=10,-3,KW,功的,单位为焦耳，时间单位为秒时，电功率的单位是,“,瓦,”,（,3,）效率,输出功率与输入功率的比值称为效率，用,“,”,表示,焦耳定律,：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。,I:,电流,、,R:,导体,的,电阻,、,t:,通电时间,串联,：,将电路元件逐个顺次首尾相连接。将各用电器串联起来组成的电路叫,串联电路,。,电路的串联,串联电路的特点,1,串联电路电流处处相等,2,串联电路总电压等于各处电压之和,3,串联电阻的等效电阻等于各电阻之和,4,串联电路总,功率,等于各功率之和,5,串联,电容器,的等效电容量的倒数等于各个电容器的电容量的倒数之,和,6,串联电路中，只要有某一处断开，整个电路就成为断路。,电路的并联,并联,：把电路中的元件并列地接到电路中的两点间，电路中的电,流分为几个分支，分别流经几个元件的连接方式叫并联。,并联电路的特点：,1,、在并联电路中总电流等于各支路电流之和,2,、在并联电路中电压都相等,3,、在并联电路中总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和,4,、在并联电路中电流的分配跟电阻成反比,电路的混联,混联：,电路里面有串联也有并联的就叫混联电路。,在串联部分中遵守以下规律：,I=I1=I2=I3=,U=U1+U2+U3+,R=R1+R2+R3+,在并联部分中遵守以下规律：,I=I1+I2+I3+,U=U1=U2=U3,1/R=1/R1+1/R2+,欧姆定律,1,、定义：,在同一电路中，导体中的,电流,跟导体两端的电压成正比，跟导体的,电阻,阻值成反比，这就是欧姆定律。,2,、公式,R=U/I,部分电路欧姆定律公式,I=E/(,R+r,)=(,Ir+U)/(R+r,),全电路欧姆定律,用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,包括,：,基尔霍夫电流定律,（,KCL,）,和,基尔霍夫电压定律,（,KVL,）。,基尔霍夫定律,1,、支路：,（,1,）每个元件就是一条支路,（,2,）串联的元件我们视它为一条支路,（,3,）流入等于流出的电流的支路。,2,、节点：,（,1,）支路与支路的连接点,（,2,）两条以上的支路的连接点,（,3,）广义节点（任意闭合面）。,3,、回路：,（,1,）闭合的支路,（,2,）闭合节点的集合。,4,、网孔：,（,1,）其内部不包含任何支路的回路,（,2,）网孔一定是回路，但回路不一定是网孔。,对任意结点，在任一瞬间，流入结点的电流之和等于由结点流出的电流之和。或者说，在任一瞬间，流入一个节点上的电流的代数和恒等于零。,KCL,内容,:,I,1,I,2,I,3,I,4,I,=0,即：,或：,流入为正,流出为负,基氏电流定律的依据：电流的连续性原理,对电路中的任一回路，沿任意绕行方向转一周，其电位降等于电位升。或，电压降的代数和恒为零。,对题图回路,#1,列,KVL,方程：,电位降,即：,#1,#2,电位降为正 电位升为负,KVL,内容,:,I,1,I,2,I,3,R,3,U,S1,+,_,U,S,2,_,+,R,1,R,2,例,电位升,IR=,U,S,或,U=,0,#3,对题图回路,#2,列,KVL,方程：,电位降,电位降,等于,电位升,电位升,对题图回路,#3,列,KVL,方程：,电位降,电位升,一、电磁感应现象,2,感应电动势产生：,穿过电路的磁通量发生变化,1,产生感应电流的条件：穿过闭合回路的磁通量发生变化。（是充要条件）,当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，电路中有感应电流产生,。,在匀强磁场中，磁通量,=B,S,，,磁通量的变化,=,末,-,初,若,S,不变，,B,改变，这时,=B,S,若,B,不变，,S,改变，这时,=S,B,若,B,与,S,同时变化，这时,B,S,，,必须分别计算,1,、,2,，再求,2,-,1,。,计算,变化时要注意初、末状态的磁通量方向是否相同。（这里的方向只分为,“,穿进,”,和,“,穿出,”,两种）,还可用磁感线条数的增减来判断,的增减,3,关于磁通量变化,例,1,如图所示，矩形线圈沿,a,b,c,在条形磁铁附近移动，试判断穿过线圈的磁通量如何变化？如果线圈,M,沿条形磁铁从,N,极附近向右移动到,S,极附近，穿过该线圈的磁通量如何变化？,N,S,a,c,b,a,b,c,由方向向上减小到零，再变为方向向下增大,由方向向下减小到零，再变为方向向上增大,磁通量先增大再减小，方向一直是向左,M,例,2,如图所示，环形导线,a,中有顺时针方向的电流，,a,环外有两个同心导线圈,b,、,c,，与环形导线,a,在同一平面内。穿过线圈,b,、,c,的磁通量各是什么方向？穿过哪个线圈的磁通量更大？,a,b,c,穿过,b,、,c,的总磁通都是向里的，,b,的较大,二、感应电流的方向,1,楞次定律,感应电流具有这样的方向，即,感应电流的磁场,总要,阻碍,引起感应电流的磁通量的,变化,。,增反减同，来拒去留,用右手判断,从,“,阻碍磁通量变化,”,的角度,从,“,阻碍相对运动,”,的角度,新磁场,原磁场,阻碍 变化,楞次定律解决的是,感应电流的方向,问题,3,楞次定律的应用。,确定原磁场方向,判定磁通量如何变化（增大还是减小）,确定感应电流的磁场方向（增反减同、来拒去留）,根据安培定则判定感应电流的方向,楞次定律的应用应该严格按以下四步进行：,例,4,如图所示，有两个同心导体圆环。内环中通有顺时针方向的电流，外环中原来无电流。当内环中电流逐渐增大时，外环中有无感应电流？方向如何？,原磁场,向里,磁通量,增大，向里,感应电流磁场,（增反）向外,右手定则,感应电流为逆时针,例,5,如图所示，闭合导体环固定。条形磁铁,S,极向下以初速度,v,0,沿过导体环圆心的竖直线下落过程，导体环中的感应电流方向如何？,N,S,v,0,M,从“阻碍磁通量变化”来看,:,磁通量,先增后减（向上）,增反减同,感应电流磁场方向先下后上,右手定则,感应电流方向,先顺时针后逆时针,（俯视）,例,5,如图所示，闭合导体环固定。条形磁铁,S,极向下以初速度,v,0,沿过导体环圆心的竖直线下落过程，导体环中的感应电流方向如何？,N,S,v,0,M,从“阻碍相对运动”来看,:,磁铁先靠近线圈，后远离线圈。,来拒去留,感应电流磁场先是上边为,S,（拒），,后下边为,S,（留）,右手定则,感应电流方向,先顺时针后逆时针,（俯视）,电流变化时，阻碍作用除纯电阻外，还有因自感引起的对电流的阻碍。,阻值不恒定。,双线绕法可有效消除因自感引起的对电流的阻碍，使阻值保持不变。,三、感应电动势的产生,1,法拉第电磁感应定律,电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。,（平均值）,用楞次定律判断电流方向，进而判断电动势的方向,要区分电动势和路端电压。只有当外电路断开时，才有电源的路端电压等于电动势。,例,11,，例,12,若是,导体棒切割磁感线,产生感应电动势，由法拉第电磁感应定律可推导出,感应电动势大小,为：,（瞬时值）,磁感线穿过右手掌心，拇指指运动方向，四指指向电流方向。,单相正弦交流电路,2.1,正弦交流电路的基本概念,正弦交流量的相量表示,2.2,交流电的概念,如果电流或电压每经过一定时间,（,T,）,就重复变化一次，则此种电流,、电压称为周期性交流电流或电压,。如正弦波、方波、三角波、锯齿波 等。记做：,u,(,t,)=,u,(,t+T,),T,u,t,u,T,t,正弦交流电的基本概念,如果在电路中电动势的大小与方向均随时间按正弦规律变化，由此产生的电流、电压大小和方向也是正弦的，这样的电路称为正弦交流电路。,正弦交流电路,正弦交流电的优越性：,便于传输、分配和使用；,有利于电器设备的运行和维护；,.,正弦交流电也有正方向,一般按正半周的方向假设。,交流电路进行计算时，首先也要规定物理量,的正方向，然后才能用数字表达式来描述。,实际方向和假设方向一致,实际方向和假设方向相反,t,i,正弦交流电的方向,i,u,R,正弦波的特征量,i,：,电流幅值（最大值）,：,角频率（弧度,/,秒）,：,初相角,特征量,:,为正弦电流的最大值,正弦波特征量之一,-,幅度,在工程应用中常用,有效值,表示幅度。常用交流电表指示的电压、电流读数，就是被测物理量的有效值。标准电压,220,V,，,也是指供电电压的有效值。,最大值,电量名称必须大,写,下标加,m,。,如：,U,m,、,I,m,描述变化周期的几种方法,1.,周期,T,：,变化一周所需的时间 单位：秒，毫秒,.,正弦波,特征量之二,-,角频率,3.,角频率,：,每秒变化的弧度 单位：弧度,/,秒,2.,频率,f,：,每秒变化的次数 单位：赫兹，千赫兹,.,i,T,正弦波,特征量之三,-,初相位,：,t,=0,时的相位，称为,初相位或初相角,。,说明：,给出了观察正弦波的起点或参考点，,常用于描述多个正弦波相互间的关系。,i,：,正弦波的相位角或相位,例,幅度：,已知：,频率：,初相位：,正弦波的相量表示方法,瞬时值表达式,相量,必须,小写,前两种不便于运算，重点介绍相量表示法。,波形图,i,正弦波的表示方法：,重点,一、三相交流电的产生,1,三相交流发电机,（,1,）定子：铁心槽中嵌放的三组完全对称的绕组，且在圆周上彼此相隔,120,。,电阻、电感串联电路,（,2,）转子：绕有励磁绕组的磁极，用直流电流励磁。,（,3,）磁场：定、转子间的磁感应强度,2,三相交流电的产生,（,1,）转子沿顺时针方向以角速度,转动。,结论：,三相交流电源是三个频率相同、最大值相等、相位彼此相差,120,的单相交流电源按一定方式的组合。,电阻、电感串联电路,（,2,）三个定子绕组中产生感生电动势。,（,3,）波形图和相量图,（,4,）相序,三相电流按照,U,V,W,排列的先后顺序，在电气线路和设备上，常用黄,绿,红依次表示。,电阻、电感串联电路,1,接法,（一）三相电源的星形联结,发电机三相绕组的尾端,U2,、,V2,、,W2,接于一点，称为中性点，三相绕组的首端和中性点向用电设备供电。这种接法称为三相四线制电源。,（,1,）中性点（或零点）,：三个末端相联接的点。用字母,“,N,”,表示中性线（或零线）：从中性点引出的一根线叫中性线或零线。,电阻、电感串联电路,（,2,）端线或相线：,从首端引出的三根线，俗称火线。,2,相电压与线电压,（,1,）相电压：,相线与中性线间的电压，用,U,U,、,U,V,、,U,W,表示，工程上用,U,P,表示，各相电压之间相位相差 。,（,2,）线电压：,二根相线间的电压，用,U,UV,、,U,VW,、,U,WU,表示，工程上用表示，各线电压之间相位相差 。,电阻、电感串联电路,电阻、电感串联电路,（,3,）相电压与线电压的关系,根据线电压的定义可绘相量图如下,同理,从图中可推导出,则有,且线电压的相位超前于对应的相电压,.,3,结论,电阻、电感串联电路,（,3,）线电压是相电压的倍，且超前对应的相电压。,（,1,）三相电动势的有效值相等，相位相差。,（,2,）相电压和线电压各自对称，相位都相差。,1接法,2,相电压和线电压,（二）三相电源的三角形联结,将发电机三相绕组首尾端依次连接，三个连接点作为三相电源输出点,。,线电压和相电压位置相同,电阻、电感串联电路,U,L,=,U,P,这说明若连接正确三角形回路中无电流，但若有一相接反，则导致相量和不为零而是一相电压的两倍，烧毁发电机绕组。,电阻、电感串联电路,3由于发电机三相对称，相位相差,，则有,三相负载：同时需要三相电源供电的负载。,三相对称负载：在三相负载中，如果每相负载的电阻、电抗都相等，这样的负载称为三相对称负载。,负载的连接方法（在三相电路中）：星形、三角形。,1,电路,与三相电源星形接法相同,三相负载的接法,即中性线中无电流流过。可将中性线性省去变为三相三线制。,（,3,）线电流,三相负载的接法,流过每根相线的电流叫线电流，线电流等于相电流。,I,YL,=,I,YP,1,若负载不对称，则,I,N,0,；,2,若有中性线，则各相负载仍有对称的电源相电压，从而保证了各相负载能正常工作；,3,若没有中性线，则各相负载的电压就不再等于电源的相电压，这时阻抗较小的负载的相电压可能低于其额定电压，阻抗较大的负载的相电压可能高于其额定电压，使负载不能正常工作，甚至会造成事故。,4,结论：不对称三相负载星形联结中，中性线不可省，且要可靠接地不允许安装开关和熔断器。,三相负载的接法,1,电路,三相负载的接法,2,特点,（,1,）负载电压,U,L,=,U,P,（,2,）负载电流,（,3,）线电流,各相电流的相位相差 。,三相负载的接法,检 验 学 习 结 果,1.,直流电路的三个基本物理量为什么？,2.,欧姆定律的内容？,3.,正弦交流电常用的三种表示方法是什么？,4.,晶体三极管的三个电极分别为？,