电工基础教案68198.doc

第一章 直流电路
第一节 直流电路的基本概念
一、电路的组成：由电源、负载、开关和导线等按照一定的方式连接起来的闭合回路,称为电路。
S
E
R
1、电源：在电路中提供电能的，如干电池，蓄电池,交直流发电机等。
2、负载(用电器)：消耗能量的设备，如电灯、电炉和电动机等。
3、开关:用来实现对电路进行控制和保护作用等。如：刀闸开关、熔断器等。
4、导线；用来联接电路的，为电路提供通路的。在电路中起输送电能的作用.常用铜、铝等材料制作。
二、电流
1、电流：导体中自由电子在电场力的作用下作定向移动，形成电流。
2、方向： 通常，我们把正电荷定向移动的方向定为电流的方向，而电子移动的方向和电流的方向正好相反。
3、电流的大小：在数值上等于单位时间内通过导体横截面的电量的多少.用符号I 表示
I = Q / t
式中 I ——电流 （A)；
Q —— 电荷量 （C）；
t —— 时间 (s).
4、电流的测量:常用电流表。
注意:a、量称 b、极性 c、与被测电路串连。
例一、P4 如果3 s 内通过导体横截面的电量是12 C ，求通过导体的电流是多少？如果通过导体的电流是0。3 A，那么3s 内将有多少电量通过导体截面?
解：公式 I=Q / t
三、电位、电压、电动势
1、电位（V）:
1）、电位：把正电荷在某点具有的能量，称为该点的电位。
正电荷从高电位流向低电位；负电荷恰好相反
2）、参考点：通常将大地作为参考点，且电位为零。
3）、电位的正负：正电位-—某点电位高于参考点的电位。
负电位-—与正电位相反。
4）、不同的参考点，电位不同，即电位的大小与参考点有关.
例 ：P6 求:VA，VB ， VC
A 3V B 6V C A 3V B 6v C
2、电压
1)、电压(U）：电路中某两点的电位差，叫做该两点间的电压.
2）、方向：由高点位指向低电位.
3)、单位：伏特（V）
4）、测量：电压表
注意：a、并列在被测电路中 b、极性 c、量称
3、电动势（E）
1）、电动势：电源正负极间存在电位差，导线中便存在着电场，自由电子在电场力的作用下，沿导线由负极移向正极,而电源力（非电场力）再把负电荷由正极送到负极，因而做功W’ 。
电动势E=W’/q q —-电荷量（C）
2）、方向：由电源的负极经由内电路指向电源的正极.
四、电阻
1、电阻（R）：导体中的自由电子在运动过程中，自由电子间的碰撞及自由电子与原子间的碰撞,阻碍了电子的移动,称其为电阻.
2、单位： 欧姆(Ω)、KΩ、MΩ
3、导体的电阻:R =ρL/S ρ——导体的材料（Ω。M）;
L-— 导体的长度（M）；
S —-导体的界面（M2）。
例2 P12
第二节 欧姆定律
一、 部分电路的欧姆定律
部分电路：电路中的一部分，叫做部分电路。 I R
U=RI I=U/R
例 P14
二、全电路欧姆定律 S I
E
r － U +
R
全电路:由内电路和外电路组成的闭合回路的整体。
全电路欧姆定律：I = E / (R+r）
U= E — I r
注意两种特殊状态：1、 开路 2、短路
第三节 电阻的串联、并联和混联
一、电阻的串联
1、串联：各个电阻首尾相联,称为电阻的串联。
R1 R2

2、特点：1)、电流：相等。
2)、总电压：等于各个电阻上分电压之和。
3)、总电阻：等于各分电阻之和。R= R1+ R2。
4）、每个电阻上的电压与总电压之间的关系为:
U1=(R1/R ）U U2=(R2/R) U
可见，每个电阻上分得的电压大小和电阻成正比.
3、应用：1）、分压器 2）、扩充电压表的量程。
例12 P23
二、电阻的并联
1、并联:各个电阻首首相联,尾尾相联.
R1
R2
2、特点：1）、并联支路两端电压相等
2）、总电流：等于各个支路电流之和
3）、总电阻：总电阻的倒数等于各个电阻的倒数之和
1/R= 1/R1+1/R2
4）、每一个电阻上流过的电流和电阻成反比
I1=( R/R1 ）I
3、应用：1）、可获得小电阻（总电阻小于任何一个并联电阻)
2)、电压相同的负载并列使用,互不影响
3）、扩大电流表的量程
三、电阻的混联： 既有串联又有并联的连接方式叫做混联.
P24
第四节 电功和电功率
一、电功
1、电功（电场力做的功）:电场力把电荷从一点移到另一点，对电荷所做的功，称为电功。
2、大小： W=q u
而 q=I t
所以 W=u I t
对电阻电路 U=RI W=I2Rt=U2/Rt
其中 w—-功率，焦耳J
I——电流，安培A;
u—-电压,伏特V。
3、单位：国际单位 焦耳（J），常用单位 度（千瓦小时)
1KW。h = 3。6 X 106 J
二、电功率
1、电功率：电场力在单位时间内所做的功
2、大小： P=w/t=u i
P——电功率,瓦特w 。
3、单位：W、KW
注意：电器上通常标注的功率和电压，即为设备的额定功率和额定电压。
三、焦耳—楞次定律
电流通过导体会发热,Q=I2Rt
例17 例18
第五节 电容器
一、电容器与电容
1、电容器：任意两块非常接近的金属导体（极板），中间隔以绝缘介质(空气、云母和陶瓷等），形成一个电容器。
2、电压与电量的关系： Q=CU C—电容器的电容量
C=Q/U
3、C的意义：在一定电压下，电容器储存电荷量的大小。
C的单位:法拉（F）、微法（μF)，皮法（μμF)
1F=106μF=1012PF
二、电容器的种类：P36 见图
三、电容器的串联和并联
1、串联：
1）、电容器的串联：两个或两个以上的电容器依次首尾相联.
C1 C2
2）、串联的特点:a、每个电容器上的电荷量都相等，等于等效电容上的电荷量, Q1 = Q 2 = Q
b、总电压等于各个电容上的电压之和。
U=U1+U2
3）、等效电容：经过推导知：总电容的倒数等于各个电容的倒数和。1/C=1/C1+1/C2
2、电容器的并联
1）、并联：多个电容器首首相联，尾尾相联。
C1
C2
2）、特点:a、电压相等
b、总电荷量等于各电容电荷量之和，Q=Q1+Q2
c、总电容等于各个并联电容之和，C=C1+C2
第二章 磁与电磁
第一节 磁场的基本概念
一、磁场和磁力线
1、磁场：磁铁周围存在着一个肉眼看不见的特殊物质，这种物质称为磁场。
2、磁力线：用来描述磁场中某点磁场的大小和方向的概念。
1）、磁力线在磁铁外部总是丛N极出，S极入;在磁铁内部则相反.
2)、磁场的大小用磁力线的疏密程度表示;磁场的方向即为磁力线在该点的切线方向。
3）、磁力线是一些封闭的曲线。
二、电流的磁场
1、通电直导线的磁场
是以通电直导线为中心的一组同心圆，方向满足右手螺旋定则,四个弯曲手指指向磁场方向，大拇指指向为电流的方向.
I
例：P51 学员判断
2、通电线圈的磁场
右手螺旋定则同时适合螺线管线圈，四个弯曲手指为电流的方向,大拇指方向线圈磁场的N极。

i
例：P51 学员判断
三、磁场的基本物理量
1、磁感应强度（B）：
1)、作用：描述磁场中各点磁场强弱和方向的物理量。
2）、大小:磁感应强度在数值上等于与磁场方向相垂直的单位长度的导体，通过单位电流时所受的作用力。
匀强磁场中: F=BLI B = F / L I
×× I×××××
×××××××
×××××××
其中 B——磁感应强度，T；
L——导体的有效长度，M；
F——导体所受的作用力，N.
3）、单位：特斯拉（T）
2、磁通
磁通(Ф） ：磁感应强度B 与垂直与磁场方向的面积S的乘积。
Ф=B×S
B=Ф/S
磁感应强度B（磁密）：单位面积上磁力线条数.
3、磁场强度（H）：用来确定磁场和电流间关系的物理量。
大小：H=IN/L
1）、磁导率：表示磁场中媒介质的导磁性能的物理量.
2）、真空的磁导率为 ц0=4π×10—7 亨利/米（H/M)
3）、相对磁导率：任一媒介质磁导率ц与真空磁导率ц0的比值。
цr=ц/ц0
4）、磁感应强度B与磁场强度H的关系
B=цH
第二节 铁磁物质的磁化和分类（省略）
媒介质的分类：根据цr 的大小分为铁磁性物质和非铁磁性物质。
非铁磁性物质：如空气、木材等。
铁磁性物质：如铸铁、硅钢片等,可用来制作所有电磁设备铁芯。
1)、磁场强度（H）：表示磁场性质的物理量。大小为磁场中某点的磁感应强度(B）与媒介质的磁导率（ц）的比值。
H=B/ц
一、铁磁性物质的磁化
物质的磁化：本来不带磁性的物质,由于受磁场的作用而具有了磁性的现象（只有铁磁性物质才能被磁化）.
原因： 铁磁性物质有许多磁畴组成，每一个磁畴相当于一个小磁铁.
在外磁场作用下，磁场会沿着磁场方向取向排列，形成附加磁场从而磁场显著增强
有些铁磁性物质,在去掉外磁场后，磁畴的一部分或大部分仍保持取向一致,对外仍是显磁性，从而形成了永久性磁铁.
应用：广泛使用在电子和电气设备中,如使变压器，电机在同容量下体积小，重量轻。
1、磁化曲线：为了具体分析研究某种材料的导磁性能，用实验的方法测试磁感应强度B和磁场强度H的关系曲线。
2、磁滞回线：铁质性物质经过多次磁化,退磁的循环，得到一个封闭对称于原点的闭合曲线。
基本磁化曲线:铁磁性材料，在反复交变磁化中,可得到一系列大小不一的磁滞回线，连接各条对称的磁滞回线的顶点,得到一条曲线叫基本磁滞回线。
剩磁和矫顽磁力越大的铁磁性物质，磁滞损耗就越大.
铁磁性物质的分类
根据磁滞回线形状：软磁性物质,硬磁性物质和矩磁性物质。
1）、软磁性物质：磁滞回线窄而陡，包围面积小，损耗小，易磁化。
2）、硬磁性物质：与软磁铁相反。
3）、矩磁性物质:是一种具有矩形磁滞回线的铁磁性物质。
第三节 磁场对电流的作用
一、通电导线在磁场中受力
1、磁场对通电直导体的作用
1）、实验过程： P65 图2—18
2）、结果：通电导体在磁场中受力
3)、力的方向：左手定则；力的大小：F=IBL （条件：电流与磁场垂直)
4）、例：P66 图 2—20
2、磁场对载流线圈的作用
1）、大小： F=IBS （条件:S平面与B间的夹角为零)
2）、方向：由右手螺旋定则确定。
3）、应用:电机及各种仪表的工作原理。
二、通电导体间的相互作用
两根并行的通电导体,那么一根导体就处在另一根导体的磁场中，电流在磁场中受力，因此,两导体间相互作用。
1、若I1、I2 同方向，则相吸；反之，相斥。

2、力的大小：F=0。2 I1 I2 L/a ×10-6 (N)
3、应用：架空线路间的线间距以及短路的危害。
第四节 电磁感应
一、电磁感应现象
产生感生电动势的条件：
1）、导体切割磁力线运动时，导体两端将产生感生电动势,若将导体连接成闭合回路，则有电流通过。
2)、穿过任一回路内的磁通量发生变化时，闭合回路中产生感生电动势和感生电流.
二、导体切割磁力线产生感生电势
1、感生电动势的方向(发电）：右手定则。大拇指为导体运动的方向；四个手指为感生电动势的方向。
2、感生电动势的大小: e=BLVSinα α—运动方向和B的夹角
三、线圈磁通变化产生感应电动势
1、 楞次定律:当闭合回路中磁通量发生变化时，在回路中就有感生电动势产生。线圈中感应电流的方向，总是使它产生的磁场阻碍闭合回路中原来磁通量的变化，这个规律，称为楞次定律。
方向：由右手定则确定。
大小：e = -N dΦ/dt
具体:1）、判断回路原磁场的方向和变化趋势。
2）、感生电流的方向总是阻碍原磁通的变化。
2、法拉第电磁感应定律
楞次定律:给出了回路中磁通量变化时感生电势的方向
法拉第电磁感应定律：计算感生电势的大小，e = -N dΦ/dt
第五节 自感与互感
一、自感现象与电感
自感现象：由于线圈中本身电流的变化，在线圈中产生感生电动势的现象，所产生的感生电动势叫自感电动势。e = - L di / dt
二、互感现象
把两个线圈靠近，若在一个线圈中通有电流并产生磁通，此磁通不仅穿过本线圈，且有一部分磁通穿过另一线圈。
互感现象：由相邻线圈中电流变化而引起 感生电动势的现象.
注意：同名端的意义-—规定了同名端，就可以较方便的标出互感线圈的电流和互感电动势的参考方向。
1、互感电动势的大小
线圈1的电流i1在线圈2中产生的感生电动势为e12 = - M12 di2 / dt
线圈2的电流i2在线圈1中产生的感生电动势为e21= — M21 di1 / dt
因 M12 = M21 所以 e12 = - M di2 / dt
e21= — M di1 / dt
2、互感电动势的方向
与磁通的变化及线圈的绕向有关.在制造时，用符号“。”来表示线圈的绕向。这样，只要知道电流的方向和变化趋势，就会判断出感生电动势的方向。
1）、举例：I 增大，则4、5 的绕向一致，均为正，即1、4、5为同名端。
1 2 3 4 5 6
可见:线圈只要绕向一致，其感生电动势的极性便是相同的，而与电流的变化无关.
2)、同名端：把绕向一致，感生电势极性保持一致的线圈端子称为之。
3）、判断方法:根据原线圈中外同电流的变化趋势,可知其自感电势的极性，再根据同名端，即可知其它线圈的极性。
第三章 交流电路的基础知识
第一节 单相交流电
一、交流电和直流电的区别
1、一般指大小和方向都不随时间变化的电流(或电压）。
2、交流电：按正弦规律变化的交流电。
3、正弦交流电：大小和方向都随时间按正弦规律变化的交流电。
二、正弦交流电势的产生：有交流发电机产生
三、正弦交流电的概念
1、特点：1）、瞬时性 2)、周期性 3)、规律性
2、正弦量的三要素:
正弦交流电的表达式为 u=UmSin（ωt+φi)
i= ImSin（ωt+φu)
1)、最大值（振幅）Um 、Im ：正弦交流电上下变化的幅度，即可能达到的最大值。
2)频率f ：正弦交流电每秒钟变化的次数.
角频率ω反应了相位角变化的快慢.
ω=2π/T=2πf （rad/s）
f =ω/2π（Hz)
周期：正弦交流电每变化一次所需要的时间， T= 1/ f （s）
3）初相位：相角在t=0时的角.它表示正弦波起点与原点间间隔的角度.
3、正弦交流电的有效值
1）、有效值:把交流电和直流电分别通入相同的电阻中，在相同的时间内，产生的热量相同，则把该直流电定义为此交流电的有效值。
2)、关系为：I=IM/√2 IM = √2 I
注意：各电工仪表所测量的值，设备名牌上所标柱的值，均为有效值。
4、正弦交流电的表示法：解析法、图形法和相量法。
1）、解析法：用正弦函数来表示正弦量的方法。
u=UmSin(ωt+ψi）
2)、图形法：把解析描绘成正弦曲线的方法.常用五点法。
3）、相量法： 将正弦交流电用有效植与初相角表示的形式。
相量图：同频率的几个正弦量的相量可以画在同一图上，这样的图、称为相量图。
例如：u=60Sin（ωt+60o）
i= 30Sin（ωt+30o）
U
I
四、电阻、电感和电容在交、直流电路中的作用
1、电阻在交、直流电路中的作用
(电阻在直流电路中的作用已经讲过）
i R
若 i= Im Sin（ωt+φi） 则u= RIm Sin（ωt+φi)
Um= RIm
电阻元件其电压和电流是同相位的
2、纯电感电路(在直流中相当于短路）
L

若 u=UmSin（ωt+φi） i= ImSin（ωt+φu）
由u=Ldi/dt 得
U=IωL φu=φi+90o
电感元件电压与电流的关系为：
电压等于电流与角频率和电感系数的乘积；电压的相角超前电流相角90度。
3、纯电容电路 (在直流中相当于断路）
C
若 u=UmSin(ωt+φi） i= ImSin（ωt+φu）
由i=Ldu/dt 得
I=UωC φu=φi—90o
电容元件电压与电流的关系为:
电流等于电压与角频率和电容系数的乘积；电压的相角滞后电流相角90度
4、电阻、电感串联在交流电路中的作用
1）、电压间的关系
R L
端电压的大小为 U=√UR2+UL2
阻抗角的大小为φ=arctyωL/R
串联电路的电压相量图为
U
UL
UR
作用：大多数用电器,如日光灯、变压器、电动机等同时具有电阻和电感，且电阻和电感在结构上不能分离。因此，讨论电阻和电感的串联在实际上是有意义的.
2）、电路的功率
正弦交流电路的功率
平均功率（有功功率）：P=UICOSφ W
COSφ——功率因数
无功功率：Q=UISINφ VAR
视在功率：S=UI VA S Q
且三者间满足功率三角形
P
第二节 三相交流电
一、三相交流电的产生
1）、三相交流发电机产生的 eA=EmSinωt
eB =EmSin（ωt—120o）
eC =EmSin（ωt+120o）
2）、相量图： EC
EA
EB
二．三相电源和负载的的联接方式
1．星形连接
1）、星形连接:将发电机三相绕组的末端连接在一起，由另外三个端子引出三根端线的接线方式，称为星接。
2)、线电压和相电压相量图为
EC EA
3）、量间的关系 线电压=√3相电压;线电流=相电流
2．三角形连接
1)、三角形连接:将发电机三相绕组的首末端连接在一起，由节点处引出三根端线的接线方式，称为三角形接线.
2）线电流和相电流间的相量图为

3)量间的关系 线电压=相电压;线电流=√3相电流
三．三相电路的功率
1、平均功率（有功功率）:P=√3UICOSφ W
COSφ-—功率因数
2、无功功率：Q=√3UISINφ VAR
3、视在功率:S=√3UI VA
第四章 晶体二极管、三极管整流电路
第一节 晶体二极管
一、半导体的基础知识
1、本征半导体:纯净的半导体
半导体二极管
构成:由两个PN结加上引出线和管壳制成，有两个极,一个正极（也叫阳极，由P端引出）,一个负极（也叫阴极，由N端引出）。

分类：根据内部结够的不同,分为点接触型（用于开关管）和面接触型(用于整流)。

2、特点:
利用二极管的单向导电性
1）、单相半波整流电路
电压在正半轴时，二极管导通；电源电压在负半轴时,二极管截止.输出电压常用一个周期平均值来表示其大小为UL=0。45U2
二极管承受的最大反向电压为： Uvm=√2 U2
2）、单向全波整流电路
UL=0。45U2
ID=IL=0.45U2/RL
UDMAX=3.14U2
3）、单向桥式整流电路
四个二极管组成电桥形式,始终有两个二极管导通,两个二极管截止，因而输出电压为为单相全波脉冲电压，其平均值为
最大反向截止电压为
3、滤波电路
作用:整流输出电压为脉冲电压，含有较大的交流成分,为得到平滑的直流电压和直流电流，须采用滤波电路。
常用的滤波电路有；电容滤波电路，电感滤波电路极其组合滤波电路。
三极管略
21