电工与电子技术基础完整版课件.pptx

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1、第一章 直流电路电工与电子技术1第一章 直流电路第一章 直流电路311 电路的基本概念12 电路的基本物理量13 简单电路的分析14 复杂电路的分析第一章 直流电路411 电路的基本概念1了解电路的基本组成和电路图的主要类型。2熟悉电路的三种状态。3了解汽车单线制电路的特点。学习目标第一章 直流电路511 电路的基本概念一、电路的组成二、电路图三、电路的三种状态第一章 直流电路611 电路的基本概念一、电路的组成电路是指电流流通的路径。图1所示为一例最简单的电路，图2所示为汽车单线制电路。比较这两个电路可知，它们都由电源、负载（也称用电器）、控制装置、连接导线四个基本部分组成。不同点是在汽车单

2、线制电路中，从电源到负载只用一根导线相连，称为“火线”；另一个电极则与车架相连，称为“搭铁”。2-汽车单线制电路1-一例最简单的电路图第一章 直流电路711 电路的基本概念二、电路图上图1和图2所示电路的原理图1电路原理图电路原理图简称原理图，它主要反映电路中各元器件之间的连接关系，并不考虑各元器件的实际大小和相互之间的位置关系。例如，上图1和图2所示电路的原理图如图所示。第一章 直流电路811 电路的基本概念汽车电气系统框图2框图框图是一种用矩形框、箭头和直线等来表示电路工作原理和系统构成概况的电路图。从根本上说，这也是一种原理图，不过它不是像原理图那样详细地绘制了电路中全部元器件的符号以及

3、它们之间的连接关系，而只是简单地将电路按照功能划分为几个部分。第一章 直流电路911 电路的基本概念印制电路板和印制电路图示例a）印制电路板正面b）印制电路板反面c）印制电路图3印制电路图对成批电子电路的组装，一般以覆有铜箔的绝缘薄板为基础，将电路各元器件用锡焊等方法合理地安装在这块基板上。由于电路板的制作一般先要用印刷油漆的方法将需要保留铜箔处覆盖，所以这种电路的元器件的安装图称为印制电路图，如图c所示。印制电路板实物如图a、b所示。第一章 直流电路1011 电路的基本概念三、电路的三种状态通路1通路通路也称闭路，如图所示，它表征电流从电源的正极沿着导线经过负载最终回到电源的负极而形成闭合的

4、路径。通路是电路的正常工作状态。第一章 直流电路1111 电路的基本概念断路2断路断路也称开路，如图所示，它表示电路某处因某种需要或发生故障而断开，不能构成回路，此时电路中的电流为零。第一章 直流电路1211 电路的基本概念短路3短路短路是表示电路中的某元器件因内部击穿损坏或被导线直接短接等原因，使电流未经该元器件或负载而直接从电源正极到达负极的现象。短路通常是一种不正常现象，应尽量避免。图所示为负载被导线直接短接的现象，此时流过电路的电流很大。第一章 直流电路1312 电路的基本物理量1掌握电流的基本概念，了解稳恒直流电、脉动直流电和交流电的特点。2会用电流表或万用表测量直流电流。3掌握电压

5、的基本概念，理解电压、电位、电动势三个物理量之间的联系和区别。4会用电压表或万用表测量直流电压。5理解电功和电功率的概念。6了解电流的热效应。7掌握电阻的基本概念，了解电阻的主要参数、类型及应用。学习目标第一章 直流电路1412 电路的基本物理量一、电流二、电压、电位和电动势三、电功和电功率四、电流的热效应五、电阻第一章 直流电路1512 电路的基本物理量一、电流1电流的方向和大小电荷有规则的定向移动形成电流。电流的大小用单位时间所通过的电荷量来表示。电流的单位为安培，简称安（A）。规定正电荷的移动方向为电流的方向。若电流的方向不随时间而变化，则称其为直流电流，简称直流，用符号DC表示。第一章

6、 直流电路1612 电路的基本物理量直流和交流a）稳恒直流电 b）脉动直流电c）交流电1电流的方向和大小其中，电流大小和方向都不随时间而变化的电流，称为稳恒直流电（见图a）；电流大小随时间而呈周期性变化，但方向不变的电流，称为脉动直流电（见图b）。若电流的大小和方向都随时间而变化，则称其为交变电流，简称交流，用符号AC表示（见图c）。第一章 直流电路1712 电路的基本物理量常用直流电流表a)指针式直流电流表 b) 数字式直流电流表2电流的测量（1）对交流电流、直流电流应分别使用交流电流表（或万用表交流电流挡）、直流电流表（或万用表直流电流挡）测量。常用直流电流表如图所示。第一章 直流电路18

7、12 电路的基本物理量直流电流测量电路2电流的测量（2）电流表或万用表必须串接到被测量的电路中。测量电路如图所示。第一章 直流电路1912 电路的基本物理量二、电压、电位和电动势1电压电路中有电流流动是电场力做功的结果。电场力将单位正电荷从a点移到b点所做的功，称为a、b两点间的电压，用Uab表示。电压的单位为伏特，简称伏（V）。第一章 直流电路2012 电路的基本物理量水位与电位的比较a)水压与水流（水泵的作用是保持水位差）b)电压与电流（电源的作用是保持电位差）2电位电位是指某点与参考点（零电位点）之间的电压。电路中任意两点之间的电位差等于这两点之间的电压，故电压也称电位差。电压与电流的关

8、系和水压与水流的关系有相似之处。二者的比较如图所示。第一章 直流电路2112 电路的基本物理量3电动势电源移动电荷的能力用电动势表示。电动势符号为E，单位为伏特（V）。电源的作用和水泵相似，它不断地将正电荷从电源负极经电源内部移向正极，从而使电源的正、负极之间始终保持一定的电位差（电压），这样电路中才能有持续的电流。第一章 直流电路2212 电路的基本物理量常用直流电压表a)指针式直流电压表 b) 数字式直流电压表4电压的测量（1）对交流电压、直流电压应分别采用交流电压表（或万用表交流电压挡）、直流电压表（或万用表直流电压挡）测量。常用直流电压表如图所示。第一章 直流电路2312 电路的基本物

9、理量直流电压测量电路4电压的测量（2）电压表必须并联在被测电路的两端。测量电路如图所示。第一章 直流电路2412 电路的基本物理量三、电功和电功率1电功电流在通过用电器的过程中消耗了电能，同时产生了其他形式的能，这个能量转化的过程就是电流做功的过程。电流所做的功称为电功，其计算式为W=UIt电功的单位是焦耳（J），另一常用单位为千瓦时（kWh），即“度”。第一章 直流电路2512 电路的基本物理量2电功率在相同的时间内，电流通过不同的用电器所做的功，一般并不相同。例如，电流通过电动汽车的电动机所做的功，显然要比通过刮水器电动机所做的功要大得多。为了表征电流做功的快慢程度，引入了电功率这一物理量

10、。第一章 直流电路2612 电路的基本物理量四、电流的热效应电流通过导体时要产生热量，使导体的温度升高 这就是电流的热效应，焦耳定律指出:电流通过导体时产生的热量，跟电流强度的平方、导体的电阻和通电时间成正比。数学表达式为式中Q电流产生的热量，单位是焦耳，J；I电流，A；R电阻，；t通电时间，s。第一章 直流电路2712 电路的基本物理量五、电阻1常用电阻的外形和符号常用电阻的外形和符号见表。常用电阻的外形和符号第一章 直流电路2812 电路的基本物理量2电阻的主要参数（1）标称阻值标称阻值即电阻的标准电阻值。（2）允许偏差允许偏差是指电阻真实值与标称阻值之间的误差值。（3）额定功率额定功率也

11、称标称功率，是指在一定的条件下，电阻连续工作所允许消耗的最大功率。第一章 直流电路2912 电路的基本物理量敏感电阻a)热敏电阻 b)压敏电阻 c)湿敏电阻 d)光敏电阻3敏感电阻敏感电阻是指对温度、电压、湿度、光照、气体、磁场、压力等作用敏感的电阻，如热敏电阻、压敏电阻、湿敏电阻、光敏电阻等（见图）。第一章 直流电路3013 简单电路的分析1理解全电路欧姆定律和电源的外特性。2掌握电阻串、并联电路的特点和应用，以及电池串、并联电路的特点和应用。学习目标第一章 直流电路3113 简单电路的分析一、欧姆定律二、电阻的串联和并联三、电池的串联和并联第一章 直流电路3213 简单电路的分析一、欧姆定

12、律1部分电路欧姆定律不包含电源的电路称为部分电路，如图所示。欧姆定律指出：通过电阻的电流跟它两端的电压成正比，与电阻的大小成反比。部分电路第一章 直流电路3313 简单电路的分析全电路图2全电路欧姆定律和电源的外特性（1）全电路欧姆定律全电路是含有电源的闭合电路，如图所示，包括电源、用电器和导线等。电源内部的电路称为内电路，如发电机的绕组、蓄电池内的电解质溶液等。电源内部的电阻称为内电阻，简称内阻。第一章 直流电路3413 简单电路的分析电源电动势E= U内U外2全电路欧姆定律和电源的外特性图中折线上各点表示电路中各处对应的电位。第一章 直流电路3513 简单电路的分析电源的外特性曲线2全电路

13、欧姆定律和电源的外特性(2)电源的外特性由全电路欧姆定律可知，当电源电动势E和内阻r一定时，电源端电压U将随负载电流I的变化而变化。人们把电源端电压随负载电流变化的关系特性称为电源的外特性，其关系特性曲线称为电源的外特性曲线，如图所示。第一章 直流电路3613 简单电路的分析二、电阻的串联和并联1电阻的串联把两个或两个以上的电阻依次连接起来，就组成了串联电路。图所示为两个电阻组成的串联电路及其等效电路。电阻的串联电路及其等效电路a)电阻的串联电路 b)等效电路第一章 直流电路3713 简单电路的分析电阻串联电路的特点1电阻的串联电阻串联电路的特点见表。第一章 直流电路3813 简单电路的分析电

14、阻的并联电路及其等效电路a)电阻的并联电路 b)等效电路2电阻的并联把两个或两个以上的电阻并列地连接起来，由同一电压供电，就组成了并联电路。图所示为由两个电阻组成的并联电路及其等效电路。第一章 直流电路3913 简单电路的分析电阻并联电路的特点2电阻的并联电阻串联电路的特点见表。第一章 直流电路4013 简单电路的分析负载的并联2电阻的并联凡是额定工作电压相同的负载都可以采用并联的工作方式。例如，家庭中使用的电灯、电风扇、电视机、电冰箱、洗衣机等用电器，都是并联在电路中，并各自安装一个开关，它们可以分别控制，互不影响，如图所示。第一章 直流电路4113 简单电路的分析汽车电路中的并联方式2电阻

15、的并联又如，汽车中的用电器大都采用并联方式连接，如图所示。第一章 直流电路4213 简单电路的分析三、电池的串联和并联1.电池的串联当用电器的额定电压高于单个电池的电动势时，可以将多个电池串联起来使用，称为串联电池组，如图所示。串联电池组及其等效电路a）串联电池组 b）等效电路第一章 直流电路4313 简单电路的分析三、电池的串联和并联1.电池的串联当用电器的额定电压高于单个电池的电动势时，可以将多个电池串联起来使用，称为串联电池组，如图所示。串联电池组及其等效电路a）串联电池组 b）等效电路第一章 直流电路4413 简单电路的分析并联电池组及其等效电路a）并联电池组 b）等效电路2.电池的并

16、联有些用电器需要电池能输出较大的电流，这时可用并联电池组，如图所示。第一章 直流电路4514 复杂电路的分析1了解基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。2了解直流电桥及其应用。学习目标第一章 直流电路4614 复杂电路的分析一、基尔霍夫电流定律二、基尔霍夫电压定律三、直流电桥及其应用第一章 直流电路4714 复杂电路的分析一、基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律也称基尔霍夫第一定律或节点电流定律。其定义是：电路中任一节点上，在任一时刻，流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和，如图所示。基尔霍夫电流定律示意图第一章 直流电路4814 复杂电路的分析一、基尔霍夫电流定律利用基尔霍夫电流定律进行电路分析

17、或计算时要注意如下两点：（1）合理选取节点，这样可以简化对复杂电路的分析和计算。（2）电流的参考方向可以任意规定，如果计算的结果为负值，则表明实际电流的方向与电流的参考方向相反。第一章 直流电路4914 复杂电路的分析二、基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律也称基尔霍夫第二定律或回路电压定律，其定义是：在任何一个闭合回路中，各段电阻上的电压降的代数和等于电动势的代数和，即IR=E基尔霍夫电压定律也可以这样表述：从一点出发绕回路一周回到该点时，各段电压的代数和恒等于零，即U=0（110）利用基尔霍夫电压定律进行电路分析或计算时要注意如下三点：第一章 直流电路5014 复杂电路的分析二、基尔霍夫电压定

18、律（1）回路的“绕行方向”是任意选定的，一般以虚线表示。在列写回路电压方程时通常规定，电压的参考方向与回路“绕行方向”相同时，取正号；参考方向与回路“绕行方向”相反时，取负号，如图所示。基尔霍夫电压定律示意图第一章 直流电路5114 复杂电路的分析二、基尔霍夫电压定律（2）基尔霍夫电压定律不仅适用于电路中的具体回路，还可以推广应用于电路中的任一假想回路。即在任一瞬间，沿回路绕行方向，电路中假想的回路中各段电压的代数和为零。如图所示。假想回路图第一章 直流电路5214 复杂电路的分析三、直流电桥及其应用1.直流电桥平衡条件电桥是测量技术中常用的一种电路形式，其种类很多，按所测量的对象不同主要分为

19、直流电桥和交流电桥两大类。这里只介绍直流电桥，如图所示。直流电桥电路第一章 直流电路5314 复杂电路的分析热线式空气流量传感器的结构和工作原理a)结构 b)工作原理2直流电桥在汽车电路中的应用电桥常用作传感器中的转换元件，在汽车电路中有着广泛的应用。（1）热线式空气流量传感器热线式空气流量传感器的结构和工作原理如图所示。第一章 直流电路5414 复杂电路的分析压敏电阻式进气压力传感器2直流电桥在汽车电路中的应用（2）压敏电阻式进气压力传感器图所示为压敏电阻式进气压力传感器。第二章 磁场与电磁感应第二章 磁场与电磁感应21 磁场22 磁场对电流的作用23 电磁感应56第二章 磁场与电磁感应21

20、 磁场571了解电路的基本组成和电路图的主要类型。2熟悉电路的三种状态。3了解汽车单线制电路的特点。学习目标第二章 磁场与电磁感应21 磁场58一、磁场二、磁感线三、磁感应强度四、磁通五、磁导率六、铁磁材料的分类和应用第二章 磁场与电磁感应21 磁场59一、磁场当两个磁极靠近时，它们之间就会发生相互作用，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。磁铁并不是磁场的唯一来源。如图所示，当把一根水平放置的通电导线平行地移近一磁针上方时，磁针立即发生偏转。上述现象说明，电流周围存在着磁场。通电导线使磁针偏转图第二章 磁场与电磁感应21 磁场60二、磁感线在玻璃板上均匀地撒一层细铁屑，然后把一块蹄形磁铁放在玻

21、璃板下面。轻敲玻璃板，铁屑转动静止后，便有序地排列起来（见图）。观察铁屑的分布情况，可以看出，在磁极附近，铁屑最为密集，表明磁场最强。用铁屑模拟磁场分布图第二章 磁场与电磁感应21 磁场61二、磁感线再在玻璃板上不同位置放一些小磁针，根据铁屑的分布和磁场中各点的小磁针N极的指向，人们可以画出曲线来描述磁场。这样的曲线称为磁感线（见图）。蹄形磁铁的磁感线图第二章 磁场与电磁感应21 磁场62二、磁感线实验表明，各种不同形状的磁铁或通电导线产生的磁感线是不同的，图所示为条形磁铁的磁感线。条形磁铁的磁感线第二章 磁场与电磁感应21 磁场63二、磁感线通电长直导线及通电螺线管的磁场方向可用右手螺旋定则

22、来确定，具体方法见表。右手螺旋定则第二章 磁场与电磁感应21 磁场64三、磁感应强度磁场的强弱用磁感应强度（B）表示。它的大小是这样定义的：将1 m长的导线垂直于磁场方向放入磁场中，并通以1 A的电流，如果受到的磁场力为1 N，则导线所处磁场的磁感应强度为1特斯拉（T）。磁场越强，磁感应强度越大；磁场越弱，磁感应强度越小。普通永磁体磁极附近的磁感应强度一般为0.40.7 T，电动机和变压器铁芯中心的磁感应强度为0.81.4 T，地面附近地磁场的磁感应强度只有0.00005 T。第二章 磁场与电磁感应21 磁场65四、磁通设在磁感应强度为B的均匀磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，则把

23、B与S的乘积定义为穿过这个平面的磁通量（见图），简称磁通。用表示磁通，则有=BS磁通的单位是韦伯（Wb），简称韦。平面与磁场方向垂直第二章 磁场与电磁感应21 磁场66四、磁通如果磁场方向不与所讨论的平面垂直（见图），则应以这个平面在垂直于磁场方向上的投影面积S与B的乘积来表示磁通。平面与磁场方向不垂直第二章 磁场与电磁感应21 磁场67五、磁导率如果用一个插有铁棒的通电线圈去吸引铁屑，然后把通电线圈中的铁棒换成铜棒再去吸引铁屑，便会发现在两种情况下吸力大小不同，前者比后者大得多。这表明不同的媒介质对磁场的影响不同，影响的程度与媒介质的导磁性能有关。磁导率就是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量

24、，用表示，其单位为H/m（亨/米）。由实验测得真空中的磁导率0=4107 H/m，为一常数。第二章 磁场与电磁感应21 磁场68六、铁磁材料的分类和应用根据相对磁导率的大小，可把物质分为三类：1.顺磁物质如空气、铝、铬、铂等，其r稍大于1。2.反磁物质如氢、铜等，其r稍小于1。顺磁物质与反磁物质一般被称为非铁磁性材料。第二章 磁场与电磁感应21 磁场69六、铁磁材料的分类和应用3.铁磁物质如铁、钴、镍、硅钢、坡莫合金、铁氧体等，其相对磁导率r远大于1，可达几百甚至数万以上，且不是一个常数。铁磁物质被广泛应用于电工技术及计算机技术等方面。根据不同的特点，可把铁磁材料分为三类，见表。磁通第二章 磁

25、场与电磁感应22 磁场对电流的作用701会应用左手定则判断通电直导体在磁场中所受电磁力的方向。2理解直流电动机的工作原理。3了解霍尔元件的特性及其在汽车电路中的应用。学习目标第二章 磁场与电磁感应22 磁场对电流的作用71一、磁场对电流的作用二、直流电动机的工作原理三、磁感应强度四、磁通五、磁导率六、铁磁材料的分类和应用第二章 磁场与电磁感应22 磁场对电流的作用72一、磁场对电流的作用图左手定则两个永久磁铁相互靠近，由于磁场彼此作用，它们相互间具有作用力。电流通过导体，在导体周围会产生磁场，若将它放进另一个永久磁铁的磁场中，显然也会受到作用力，这个力称为电磁力。通电直导体在磁场内的受力方向可

26、用左手定则来判断。左手定则第二章 磁场与电磁感应22 磁场对电流的作用73二、直流电动机的工作原理利用磁场对电流的作用，人们制成了电动机。图所示为直流电动机的原理图。直流电动机原理图第二章 磁场与电磁感应22 磁场对电流的作用74二、直流电动机的工作原理图所示为实际应用的直流电动机的结构图，它主要由定子绕组（又称励磁绕组、永磁磁极）、转子、电刷和换向器等组成。直流电动机结构图第二章 磁场与电磁感应22 磁场对电流的作用75二、直流电动机的工作原理汽车上用到的直流电动机有很多，其中汽车起动机内是一个功率较大的电动机，如图所示。汽车起动机第二章 磁场与电磁感应22 磁场对电流的作用76二、直流电动

27、机的工作原理此外，还有多个功率较小的微型直流电动机，如图所示。汽车用微型直流电动机a)头枕座椅用电动机 b)刮水器电动机 c)音响用微型电动机第二章 磁场与电磁感应22 磁场对电流的作用77二、直流电动机的工作原理许多利用永久磁铁来使通电线圈偏转的磁电式仪表，也都是利用这一原理制成的，如图所示。磁电式仪表第二章 磁场与电磁感应23 电磁感应781理解感应电动势的概念，会应用右手定则确定感应电动势的方向。2了解楞次定律、法拉第电磁感应定律。3了解发电机的工作原理。4了解自感和互感的应用，会判断互感线圈的同名端。5了解涡流的利与害。学习目标第二章 磁场与电磁感应23 电磁感应79一、电磁感应现象二

28、、感应电动势三、自感四、互感第二章 磁场与电磁感应23 电磁感应80一、电磁感应现象在图所示实验中，当导体垂直于磁感线在水平方向做切割磁感线运动时，可以明显地观察到检流计指针有偏转，这说明导体回路中有电流通过。而当导体平行于磁感线方向运动时，检流计指针不偏转，说明导体回路中不产生电流。导体切割磁感线第二章 磁场与电磁感应23 电磁感应81一、电磁感应现象在图所示实验中，当用一块条形磁铁快速插入线圈时，会观察到检流计指针向一个方向偏转；如果条形磁铁在线圈内静止不动，检流计指针不偏转；当将条形磁铁由线圈中迅速拔出时，又会观察到检流计指针向另一方向偏转。条形磁铁快速插入和拔出线圈第二章 磁场与电磁感

29、应23 电磁感应82二、感应电动势右手定则1直导体中的感应电动势（1）感应电动势的方向做切割磁感线运动的导体产生的感应电动势的方向可由右手定则来确定：伸平右手，伸直四指，并使拇指与四指垂直，让磁感线垂直穿过掌心，使拇指指向导体运动方向，则四指所指的方向就是感应电动势的方向（或感应电流的方向），如图所示。第二章 磁场与电磁感应23 电磁感应83导体运动方向与磁感线方向有一个夹角1直导体中的感应电动势（2）感应电动势的大小如果导体运动方向与磁感线方向有一夹角（见图），则导体中的感应电动势为e=BLvsin由式可知，当导体的运动方向与磁感线垂直时（=90），导体中感应电动势最大；当导体的运动方向与磁

30、感线平行时（=0），导体中感应电动势为零。第二章 磁场与电磁感应23 电磁感应84发电机工作原理1直导体中的感应电动势发电机就是应用导线切割磁感线产生感应电动势的原理发电的，如图所示。第二章 磁场与电磁感应23 电磁感应852线圈中的感应电动势（1）感应电动势的方向线圈中的磁通量发生变化时，线圈中会产生感应电动势。感应电动势的方向通常由楞次定律再结合右手螺旋定则来确定。楞次定律指出：感应电流所产生的磁通总是要阻碍原有磁通的变化。当引起感应电流的磁通量增大时，感应电流的磁场与原电流的磁场方向相反；当引起感应电流的磁通量减小时，感应电流的磁场与原电流的磁场方向相同。第二章 磁场与电磁感应23 电磁

31、感应862线圈中的感应电动势（2）感应电动势的大小在之前的实验中，磁铁插入或拔出的速度越快，指针偏转角度越大，反之越小。而磁铁插入或拔出的速度，反映的是线圈中磁通变化的速度。即线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通的变化率成正比，这就是法拉第电磁感应定律。第二章 磁场与电磁感应23 电磁感应87三、自感图自感现象自感是一种特殊的电磁感应现象，它是由于回路自身电流变化而引起的。例如，在图所示电路中，当流过线圈的电流发生变化时，导致穿过线圈的磁通量也随之变化，从而产生了自感电动势。自感现象第二章 磁场与电磁感应23 电磁感应881自感电动势的方向自感电动势的方向可结合楞次定律和右手螺旋定则来确定，当原

32、来电流增大时，自感电动势与产生电流的电源电动势方向相反；当原来电流减小时，自感电动势与产生电流的电源电动势方向相同，如图所示。自感电动势的方向a）回路电流增大时 b）回路电流减小时第二章 磁场与电磁感应23 电磁感应892自感电动势的大小自感电动势eL的计算式为eL=t=Lit（28）式中L自感系数，与线圈匝数、形状、大小及周围磁介质的磁导率有关，其单位为亨利，H；在t时间里，穿过回路磁通量的变化量，Wb；i在t时间里，回路中电流的变化量，A。第二章 磁场与电磁感应23 电磁感应903涡流在有铁芯的线圈中通入交流电时，就有交变的磁场穿过铁芯，这时会在铁芯内部产生自感电动势并形成电流，由于这种电

33、流形如旋涡，故称“涡流”。涡流的热效应既有有益的一面，也有有害的一面。工业生产中可以利用涡流的热效应，采用高频电炉来冶炼金属或预加热锻件，如图所示。涡流的应用a)高频电炉冶炼金属 b)锻件预加热第二章 磁场与电磁感应23 电磁感应913涡流电源变压器的铁芯总是由多层组成，并用薄层绝缘材料将各层隔开，以减小涡流损耗，如图所示。采用多层铁芯减小涡流损耗a)单层铁芯涡流损耗大b)多层铁芯涡流损耗小链接第二章 磁场与电磁感应23 电磁感应92四、互感互感是另一种特殊的电磁感应现象：当一个回路中的电流发生变化时,将引起附近其他回路的磁通量发生变化，从而在别的回路里产生感应电动势，如图所示。互感现象第二章

34、 磁场与电磁感应23 电磁感应931互感电动势的大小和方向式中N2发生互感的线圈匝数；12在t时间里，产生磁通的电流在发生互感的线圈中磁通量的变化量，Wb；M12互感系数，与线圈匝数、形状、大小及周围磁介质的磁导率有关,互感的单位也是亨利，H。第二章 磁场与电磁感应23 电磁感应942同名端在电力传送和电子电路中，人们为了保证电路的安全性、独立性和匹配性，避免相邻回路间的直接连接，经常利用互感将交变电力或交变电信号由一个回路传到另一个回路。在实际应用中，往往需要了解互感电动势的正、负极性。为此，引入了同名端的概念。第二章 磁场与电磁感应23 电磁感应952同名端人们把由于线圈绕向一致而产生感应

35、电动势的极性始终保持一致的端子称为线圈的同名端，用“”或“*”表示。例如，图中L1、L2和L3三个线圈的、为一组同名端，而、为另一组同名端。互感线圈的同名端a)互感电动势的极性 b)同名端的常用符号第三章 交流电第二章 磁场与电磁感应31 交流电的基本概念32 电容器和电感器33 单一参数交流电路34 RLC串联电路35 三相交流电36 变压器97第二章 磁场与电磁感应31 交流电的基本概念981了解交流电的产生。2理解正弦交流电的周期、频率、角频率、最大值、有效值、相位及相位差的概念。3掌握正弦交流电的解析式表示法和波形图表示法。学习目标第二章 磁场与电磁感应31 交流电的基本概念99一、交

36、流电的产生二、正弦交流电的周期、频率和角频率三、正弦交流电的最大值和有效值四、正弦交流电的相位与相位差第二章 磁场与电磁感应31 交流电的基本概念100稳恒直流电、正弦交流电和非正弦交流电的波形汽车所有用电设备皆由蓄电池和发电机两个电源供电。汽车发电机发出的是交流电，必须经过整流设备转换后，才能为汽车提供其所需要的直流电。稳恒直流电、正弦交流电和非正弦交流电的波形见表。第二章 磁场与电磁感应31 交流电的基本概念101一、交流电的产生作为能源使用的交流电是由交流发电机提供的。图所示为单相交流发电机的结构示意图。结构示意图第二章 磁场与电磁感应31 交流电的基本概念102一、交流电的产生当线圈在

37、匀强磁场中以角速度逆时针匀速转动时，由于导线切割磁感线，线圈将产生感应电动势。设磁感应强度为B，磁场中线圈的长度为L，则当线圈旋转至与中性面的夹角为时，如图所示。线圈位置图第二章 磁场与电磁感应31 交流电的基本概念103二、正弦交流电的周期、频率和角频率正弦交流电波形1周期交流电每重复变化一次所需的时间称为周期，用符号T表示，单位是秒（s）。如图所示交流电的周期为0.02 s。第二章 磁场与电磁感应31 交流电的基本概念1042频率交流电在1s内重复变化的次数称为频率，用符号f表示，单位是赫兹（Hz）。根据定义可知，周期和频率互为倒数，例如，我国动力和照明用电的标准频率为50Hz（习惯上称为

38、工频）。少数国家采用60Hz的频率。第二章 磁场与电磁感应31 交流电的基本概念1053角频率正弦交流电每秒内变化的电角度称为角频率，用符号表示。因为正弦交流电变化一周可用2 rad（或360）来计量，所以角频率为角频率的单位是弧度/秒（rad/s）。例如，50Hz所对应的角频率是100rad/s，即314rad/s。第二章 磁场与电磁感应31 交流电的基本概念106三、正弦交流电的最大值和有效值1最大值正弦交流电在一个周期内所能达到的最大瞬时值称为正弦交流电的最大值（又称峰值、幅值）。最大值用大写字母加下标m表示，如Em、Um、Im。第二章 磁场与电磁感应31 交流电的基本概念1072有效值

39、（均方根值）因为交流电的大小是随时间变化的，所以在研究交流电的功率时，采用最大值就不够方便，通常用有效值来表示。有效值是这样规定的：使交流电和直流电加在同样阻值的电阻上，如果在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流电的大小称为相应交流电的有效值（见图）。交流电的有效值第二章 磁场与电磁感应31 交流电的基本概念108四、正弦交流电的相位与相位差1相位交流电的初相可以为正，也可以为负。若t=0时正弦量的瞬时值为正，则初相为正（见图a）；若t=0时正弦量的瞬时值为负，则初相为负（见图b）。相位的正负a)初相为正 b)初相为负第二章 磁场与电磁感应31 交流电的基本概念1092相位差两个同频率交流

40、电的相位之差称为相位差，用符号表示，即如果交流电e1比另一个交流电e2提前达到零值或最大值，则称e1超前e2，或称e2滞后e1；若两个交流电同时达到零值或最大值，即两者的初相位相等，则称它们同相位，简称同相；第二章 磁场与电磁感应31 交流电的基本概念1102相位差若一个交流电达到正的最大值时，另一个交流电同时达到负的最大值，即它们的初相位相差180，则称它们反相位，简称反相；若两个正弦交流电的相位差=90，则称它们正交。相应波形图参见表。两个同频率交流电的相位关系第二章 磁场与电磁感应32 电容器和电感器1111.了解电容器的结构和类型，理解电容的概念,掌握确定平行板电容器电容大小的因素。2

41、理解电容器的充、放电特性，能用万用表大致判断大容量电容器的质量好坏。3理解容抗的概念，掌握电容“隔直流，通交流，阻低频，通高频”的特性。学习目标第二章 磁场与电磁感应32 电容器和电感器1124.了解电感器的结构和类型，理解电感的概念。5理解感抗的概念，掌握电感“通直流，阻交流，通低频，阻高频”的特性。电容器通常简称电容，电感器通常简称电感，它们都是储能元件，在电工和电子技术中有广泛的应用，而且经常一起配合使用。学习目标第二章 磁场与电磁感应32 电容器和电感器113一、电容器二、电感器第二章 磁场与电磁感应32 电容器和电感器114一、电容器电容器的基本结构1电容器的结构和类型电容器的基本结

42、构如图所示，两个相互绝缘又靠得很近的金属片（导体）就组成了一个电容器。这两个金属片称为电容器的两个极板，中间的绝缘材料称为电容器的介质。第二章 磁场与电磁感应32 电容器和电感器1151电容器的结构和类型例如图所示纸介电容器，就是在两块铝箔（或锡箔）之间插入纸介质，卷绕成圆柱形而构成的。纸介电容器第二章 磁场与电磁感应32 电容器和电感器1161电容器的结构和类型电容器按电容是否可变，分为固定电容器和可变电容器；按绝缘介质的不同，又可分为空气、纸质、云母、陶瓷、涤纶、聚苯乙烯、电解电容等。常用电容器的外形和图形符号见表。常用电容器的外形和图形符号第二章 磁场与电磁感应32 电容器和电感器117

43、2电容电容是指电容器储存电荷的能力，它在数值上等于电容器在单位电压作用下所储存的电荷量，如图37所示，即电容的单位是法拉（F），常用的较小单位有微法（F）和皮法（pF）。电容定义示意图第二章 磁场与电磁感应32 电容器和电感器1183平行板电容器平行板电容器是最常见的电容器，其结构如图所示。平行板电容器的结构第二章 磁场与电磁感应32 电容器和电感器1194电容器的主要性能参数（1）标称容量（2）允许偏差（3）额定电压第二章 磁场与电磁感应32 电容器和电感器1205电容器的充电和放电（1）电容器的充电电容器的充电过程如图所示。电容器的充电过程a）电容器充电 b）充电电压曲线 c）充电电流曲线

44、第二章 磁场与电磁感应32 电容器和电感器1215电容器的充电和放电（2）电容器的放电电容器的放电过程如图所示。电容器的放电过程a）电容器放电 b）放电电压曲线 c）放电电流曲线第二章 磁场与电磁感应32 电容器和电感器1226电容器的简易检测利用电容器充、放电特性可以大致判断大容量电容器的质量好坏。检测较大容量有极性电容器时，将万用表置R1k电阻挡，将黑表笔接电容器正极，红表笔接电容器负极，如图所示。电容器的简易检测表第二章 磁场与电磁感应32 电容器和电感器1237容抗电容对交流电的阻碍作用当电容器外接交流电时，电源与电容器不断地直接充电和放电，电容器对交流电会起阻碍作用，通常把电容对交流

45、电的阻碍作用称为容抗，用XC表示，容抗的单位也是欧姆（）。容抗的计算式为电容器的容抗与频率的关系可以简单概括为：隔直流，通交流，阻低频，通高频。因此，电容器也被称为高通元件。第二章 磁场与电磁感应32 电容器和电感器124二、电感器电感器的基本结构a）空心电感器 b）铁芯电感器 c）铁氧体芯电感器1电感器的结构、类型和符号电感器的基本结构是用铜导线绕成的圆筒状线圈。线圈的内腔有空的，也有是铁芯或铁氧体芯的，如图所示。第二章 磁场与电磁感应32 电容器和电感器125常用电感器的外形和图形符号1电感器的结构、类型和符号电感器的种类繁多，外形和图形符号也有所不同。常用电感器的外形和图形符号见表。第二

46、章 磁场与电磁感应32 电容器和电感器1262电感器的主要参数（1）电感（2）品质因（3）分布电容第二章 磁场与电磁感应32 电容器和电感器1273互感器互感器是一种特殊的电感器，与普通电感器不同之处是互感器有两个或两个以上绕组，它利用互感原理使交流电从一个绕组传向另一个（或几个）绕组，以实现电能或信号的“隔空”传递。各种变压器、电压互感器、电流互感器、钳形电流表等都是利用互感原理制成的，如图所示。互感原理的应用示例a)多绕组变压器 b）钳形电流表c)电流互感器 d)电压互感器 e)收音机中的中频变压器第二章 磁场与电磁感应32 电容器和电感器1284感抗电感对交流电的阻碍作用将电感线圈接入交

47、流电路中，由于交流电的大小和方向随时都在变化，在电感线圈中会不停地产生自感电动势，自感电动势时刻起着阻碍电流变化的作用，人们把电感对交流电的阻碍作用称为感抗，用XL表示。感抗的单位也是欧姆（）。线圈自感系数越大，感抗越大；交流电频率越高，线圈感抗也越大。第二章 磁场与电磁感应33 单一参数交流电路1291了解纯电阻交流电路、纯电感交流电路、纯电容交流电路中电压与电流之间的相位关系和数量关系。2理解交流电路中瞬时功率、有功功率和无功功率的概念。3理解电感和电容的储能特性。学习目标第二章 磁场与电磁感应33 单一参数交流电路130一、纯电阻交流电路二、纯电感交流电路三、纯电容交流电路第二章 磁场与

48、电磁感应33 单一参数交流电路131一、电容器电路图交流电路中如果只考虑电阻的作用，则这种电路称为纯电阻电路。例如，白炽灯、卤钨灯、工业电阻炉等电路都可近似地看成是纯电阻电路。在这些电路中，当外电压一定时，影响电流大小的主要因素是电阻。其简化电路如图所示。第二章 磁场与电磁感应33 单一参数交流电路1321电流与电压的关系实验表明，在正弦交流电压作用下，电阻中通过的电流是一个同频率的正弦交流电流，且与加在电阻两端的电压同相位，如图b所示。纸介电容器第二章 磁场与电磁感应33 单一参数交流电路1332平均功率瞬时功率的曲线如图3c所示。由于瞬时功率时刻都在变动，不便计算，通常用电阻在交流电一个周

49、期内消耗的功率的平均值来表示功率的大小，称为平均功率。纸介电容器第二章 磁场与电磁感应33 单一参数交流电路134二、纯电感交流电路电路图由电阻很小的电感线圈组成的交流电路，可以近似地看作纯电感电路，如图a所示。第二章 磁场与电磁感应33 单一参数交流电路1351电流与电压的关系（1）在纯电感电路中，电感两端的电压比电流超前90，即电流比电压滞后90。图b和图c分别给出了电压和电流的波形图及功率曲线图。纯电感电路b）波形图 c）功率曲线图第二章 磁场与电磁感应33 单一参数交流电路1361电流与电压的关系（2）电流与电压的有效值之间符合欧姆定律，即感抗只是电压与电流最大值或有效值的比值，而不是

50、电压与电流瞬时值的比值，即XLui，这是因为u和i的相位不同。纯电感电路b）波形图 c）功率曲线图第二章 磁场与电磁感应33 单一参数交流电路1372无功功率由上图c所示功率曲线图可见，瞬时功率在一个周期内，有时为正值，有时为负值。瞬时功率为正值，说明电感从电源吸收能量转换为磁场能储存起来；瞬时功率为负值，说明电感又将磁场能转换为电能返还给电源。纯电感电路b）波形图 c）功率曲线图第二章 磁场与电磁感应33 单一参数交流电路138三、纯电容交流电路电路图1电流与电压的关系把电容器接到交流电源上，如果电容器的电阻和分布电感可以忽略不计，就可以把这种电路近似地看成是纯电容电路，如图所示。第二章 磁