电工学基本知识ppt课件.ppt

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1、第二章第二章电工学基本知识电工学基本知识电路概念电路概念电路基本物理量与基本定律电路基本物理量与基本定律电路的状态电路的状态电与磁电与磁直流电和交流电直流电和交流电历史上的电流大战历史上的电流大战n一电路概念一电路概念n电流的通路，电流流经的路径。电流的通路，电流流经的路径。n由由电气设备电气设备和和元器件元器件（用电器），按一定方式联接起来，为（用电器），按一定方式联接起来，为电电荷荷流通提供了路径。简称网络或回路。流通提供了路径。简称网络或回路。 (特殊情况下无电流）特殊情况下无电流）n强电强电起电能的传输和转换作用。起电能的传输和转换作用。n弱电弱电起信号的传递和处理作用起信号的传递和处

2、理作用n“强强”“”“弱弱”是相对而言。电业界的是相对而言。电业界的”行话行话”。n组成有三部分：电源（信号源）、中间环节、组成有三部分：电源（信号源）、中间环节、负载。负载。电路实例电路实例电源电源: 提供提供电能的装置电能的装置负载负载: 取用取用电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动电动机电机电炉炉.输电线输电线直流电源直流电源: 提供能源提供能源中间环节中间环节：放大、音调控制等放大、音调控制等负载负载信号源信号源: 提供信息提供信息放大放大器器扬声器扬声器话筒话筒n电

3、路图电路图电原理图，由电路元器件符号画成的。电原理图，由电路元器件符号画成的。n实物图实物图实际电子元器件连接而成，复杂时看不清楚。实际电子元器件连接而成，复杂时看不清楚。n图形符号、文字符号有国家标准，电阻、电容、电感、图形符号、文字符号有国家标准，电阻、电容、电感、二三极二三极 集成电路、开关、集成电路、开关、n电路图实例电路图实例:电吹风电吹风220VM马达马达电热丝电热丝3 关关1231 热风热风2 冷风冷风2022-6-65电路元器件符号电路元器件符号电阻电阻R 电容电容C 电感电感L电源电源E单刀开关单刀开关 SW双刀开关双刀开关 SW选择开关选择开关1X3“单刀三位单刀三位”开关

4、开关三刀开关三刀开关 SW导线交叉导线交叉不连接不连接导线交叉导线交叉相连接相连接三极管三极管T二极管二极管Dn二电路基本物理量二电路基本物理量n电流：电流：电荷的定向移动电荷的定向移动 电流强度：电流强度：I=Q/t,i=dq/dtI=Q/t,i=dq/dtn安培安培= =库仑库仑/ /秒秒 方向：正电荷移动方向方向：正电荷移动方向n电压：电压：电路中两点之间的电路中两点之间的电位差电位差 单位正电荷因受单位正电荷因受电场力电场力作用从作用从A点移动到点移动到B点所作的功点所作的功 U=W/q 伏特伏特=焦耳焦耳/库仑库仑 方向方向n电动势：电动势：电源特征的物理量。电源将其它形式的能转化为

5、电电源特征的物理量。电源将其它形式的能转化为电能的本领。能的本领。方向方向n三基本定律三基本定律n欧姆定律：欧姆定律：I = U/R I = U/R n全电路欧姆定律：全电路欧姆定律：I = E/R+r EI = E/R+r E为电源电动势，为电源电动势，r r为为电源内阻。电源内阻。n电功率和电能：电功率和电能：P =UI = IP =UI = I2 2R R ，W W、 KWKWn W = I W = I2 2Rt , Rt , 焦耳，千瓦时、焦耳，千瓦时、KWhKWh。n电能与电功率（功与功率）的区别电能与电功率（功与功率）的区别Er UR德国，乔治德国，乔治 西蒙西蒙 欧姆欧姆(178

6、9-1854(1789-1854）) ) 他将实验结果于他将实验结果于18261826年发表。年发表。18271827年欧姆又在年欧姆又在电路的数学电路的数学研究研究一书中，把他的实验规一书中，把他的实验规律总结成如下公式：律总结成如下公式：EE。式中式中S S表示电流；表示电流；E E表示电动力，表示电动力，即导线两端的电势差，即导线两端的电势差， 为导为导线对电流的传导率，其倒数即线对电流的传导率，其倒数即为电阻。欧姆定律发现初期，为电阻。欧姆定律发现初期，许多物理学家不能正确理解和许多物理学家不能正确理解和评价这一发现，并遭到怀疑和评价这一发现，并遭到怀疑和尖锐的批评。研究成果被忽视，尖

7、锐的批评。研究成果被忽视，经济极其困难，使欧姆精神抑经济极其困难，使欧姆精神抑郁。郁。 n四电路的状态四电路的状态n1 1 有载，通路状态有载，通路状态 负载与电源接通。负载与电源接通。n电源短路，局部短路电源短路，局部短路 n电源短路电流很大，常用保险丝电源短路电流很大，常用保险丝n（熔断器）来保护。（熔断器）来保护。 2 2电源开（断）路，局部开路电源开（断）路，局部开路 3 3额定值额定值n家用电器铭牌上标明的使用电压、频率、功率等指标即额家用电器铭牌上标明的使用电压、频率、功率等指标即额定值。额定值是使产品能在给定的工作条件下正常运行而定值。额定值是使产品能在给定的工作条件下正常运行而

8、规定的正常容许值，是综合考虑了安全、可靠、使用寿命、规定的正常容许值，是综合考虑了安全、可靠、使用寿命、制造成本等因素制定的。制造成本等因素制定的。n满载：实际电压、电流、功率等于额定值；满载：实际电压、电流、功率等于额定值；n过（超）载：实际电压、电流、功率大等额定值；过（超）载：实际电压、电流、功率大等额定值；n轻载：实际电压、电流、功率小等额定值。轻载：实际电压、电流、功率小等额定值。n降低电器的使用电压能否节电？有一个白炽灯的例子。降低电器的使用电压能否节电？有一个白炽灯的例子。 FUEr URUn五电与磁五电与磁n1电与磁不可分电与磁不可分n有电路，又有磁路。变压器、电感器，电动机中

9、有有电路，又有磁路。变压器、电感器，电动机中有电路又有磁路。通过磁来传递能量。电路又有磁路。通过磁来传递能量。n电能电能电能：变压器，电电能：变压器，电磁磁电；电能电；电能机械能：机械能：电动机，电电动机，电磁磁机械。机械。n磁路，磁力线在铁心中形成闭合的路径。铁心由磁磁路，磁力线在铁心中形成闭合的路径。铁心由磁性材料制成，能集中磁力线。性材料制成，能集中磁力线。n磁阻（类比电阻）：磁性材料能集中磁力线，磁阻磁阻（类比电阻）：磁性材料能集中磁力线，磁阻小；非磁性材料，不集中磁力线，小；非磁性材料，不集中磁力线， 磁阻很大。磁阻很大。2022-6-610磁磁“永动机永动机” “” “地震预地震预

10、报器报器”n2 2、电磁关系的发现、电磁关系的发现n长期以来，磁现象与电现象是被分别进行研究的，许多长期以来，磁现象与电现象是被分别进行研究的，许多科学家都认为电与磁没有什么联系，电与磁是两种完全科学家都认为电与磁没有什么联系，电与磁是两种完全不同的实体，它们不可能相互作用或转化。不同的实体，它们不可能相互作用或转化。n18201820年，丹麦的奥斯特年，丹麦的奥斯特(Hans(HansChristianChristianOerstedOersted，177717771851 1851 ）n，发现通电导线周围产生磁场，小磁针偏转，用右手定，发现通电导线周围产生磁场，小磁针偏转，用右手定则判断。

11、则判断。“电生磁电生磁”现象。现象。n安培提出了磁针转动方向和电流方向的关系安培提出了磁针转动方向和电流方向的关系右手定则右手定则n安培发现磁场对通电导体有作用力安培发现磁场对通电导体有作用力左手定则。发明了左手定则。发明了电流计电流计 n反过来，反过来，“磁生电磁生电”行否？行否？n电能原由化学电池产生，意大利的伏特发明电池，称伏电能原由化学电池产生，意大利的伏特发明电池，称伏特电池，因成本等问题不可能广泛用作动力。特电池，因成本等问题不可能广泛用作动力。n奥斯特奥斯特(Hans(HansChristianChristianOerstedOersted，177717771851 1851 ）

12、n奥斯特实验奥斯特实验n1820年春，奥斯特安排了一个年春，奥斯特安排了一个实验，让电流通过一很细的铂实验，让电流通过一很细的铂丝，把一个带玻璃罩的指南针丝，把一个带玻璃罩的指南针放在铂丝下面，实验没有取得放在铂丝下面，实验没有取得明显的效果。明显的效果。1820年年4月的一天月的一天晚上，奥斯特在讲课中突然出晚上，奥斯特在讲课中突然出现了一个想法，讲课快结束时，现了一个想法，讲课快结束时，他说：让我把导线与磁针平行他说：让我把导线与磁针平行放置来试试看。当他接通电源放置来试试看。当他接通电源时，他发现小磁针微微动了一时，他发现小磁针微微动了一下。下。安培（安培（(Andr Marie Amp

13、 17751836年年) 安培定则安培定则 电流的相互作用电流的相互作用 电流计电流计 分子电流假说分子电流假说 安培安培n法拉第法拉第1821-18311821-1831实验十余年。实验十余年。 n动磁生电动磁生电 导体与磁场有相对运动，线圈中磁力有变化导体与磁场有相对运动，线圈中磁力有变化才产生感应电动势和感应电流才产生感应电动势和感应电流这就是发电机原理。这就是发电机原理。n法拉第定律法拉第定律判断电磁感应的大小：判断电磁感应的大小：n楞次定律楞次定律解决感应电动的势方向问题：解决感应电动的势方向问题：n电磁感应产生的电流也会产生磁场（右手定则），其方电磁感应产生的电流也会产生磁场（右手

14、定则），其方向是要阻碍外界磁场的变化。外磁场增大时阻碍其增大，向是要阻碍外界磁场的变化。外磁场增大时阻碍其增大，减小时阻碍其减小。减小时阻碍其减小。n1851年总结出年总结出“电磁感应定律电磁感应定律” 。概括成五类：变化。概括成五类：变化着的电流；变化着的磁场；运动的恒定电流；运动的磁着的电流；变化着的磁场；运动的恒定电流；运动的磁场；在磁场中运动的导体。他指出：感应电流与原电流场；在磁场中运动的导体。他指出：感应电流与原电流的变化有关，而不是与原电流本身有关。他将这一现象的变化有关，而不是与原电流本身有关。他将这一现象与导体上的静电感应类比，把它取名为与导体上的静电感应类比，把它取名为“电

15、磁感应电磁感应”。 Et法拉第电磁感应实验法拉第电磁感应实验n迈克尔迈克尔法拉第法拉第(Michael Faraday,17911867）n线圈有对抗变化磁场的作用，称为自感线圈有对抗变化磁场的作用，称为自感现象。现象。 n自感系数自感系数L L即线圈电感量的大小。自感即线圈电感量的大小。自感系数系数L L越大，电流的变化率越大，感应越大，电流的变化率越大，感应电动式电动式E E越大。越大。n自感系数自感系数L单位单位亨利，亨利，n约瑟夫约瑟夫亨利发现自感现象。据说他比亨利发现自感现象。据说他比法拉第早一年发现电磁感应现象，但未法拉第早一年发现电磁感应现象，但未发表。发表。n亨利做更强的电磁铁

16、。制作的电磁铁可亨利做更强的电磁铁。制作的电磁铁可以吸起一吨的重物。以吸起一吨的重物。制作出电报机的雏形制作出电报机的雏形 n。nC的单位的单位法拉（第），法拉（第）， L单位单位亨利亨利约瑟夫约瑟夫亨利亨利（美国（美国1797-1878）SLU+灯灯泡泡12直流电和交流电直流电和交流电n1 交流电的三要素交流电的三要素n 交流电的表达式交流电的表达式 n（1）频率、周期）频率、周期nT 周期（周期（S），），f 频率（频率（Hz、KHz、MHz）n=2f 角频率，弧度角频率，弧度/S，正弦每变化一次，正弦每变化一次2弧度。弧度。n（2） 幅值、有效值幅值、有效值n幅值即最大值、峰值。上式中的

17、幅值即最大值、峰值。上式中的Um 。有效值是以电。有效值是以电流热效应衡量交流电做功能力。与直流电进行对比。流热效应衡量交流电做功能力。与直流电进行对比。以以U表示。表示。Um = 1.41U 。日常用电。日常用电U =220V，Um310V .交流电中元器件的耐压应按交流电中元器件的耐压应按Um来选择。来选择。n（3）初相位）初相位 计时起点选择不同，计时起点选择不同， 相位角也不同。相位角也不同。 sin()muUt1fTit )sin(mtIi2。交流电路中的电感和电容。交流电路中的电感和电容 n电感加交流电压电感加交流电压uL,产生同频率的交流电流产生同频率的交流电流iL ,但但iL的

18、变的变化滞后于化滞后于uL。 电感对交流电的阻碍作用称感抗电感对交流电的阻碍作用称感抗XL =2fL，（欧姆），（欧姆）直流时直流时f =0，XL =0，“阻交通直阻交通直”。当电感接通或断开直流电，会产生感应电动势。当电感接通或断开直流电，会产生感应电动势。n电容加交流电压电容加交流电压uC ，产生同频率交流电流，产生同频率交流电流ic ，但，但ic 的的变化超前于变化超前于uC 。电容对交流电的阻碍作用称为容抗。电容对交流电的阻碍作用称为容抗XC= 1/2fC （欧姆）。在直流电路中（欧姆）。在直流电路中f =0，XC，“隔直通交隔直通交”。n当电容接通或短接时，有充放电作用，电路中有电流

19、。当电容接通或短接时，有充放电作用，电路中有电流。n “位移电流位移电流”阻抗阻抗nR、L、C串联，总称阻抗串联，总称阻抗 （欧姆）（欧姆）n Z R+ XL+ XC UUR+UL+Uc。n可能有：可能有：UL（或（或Uc）U。n谐振现象：谐振是电路固有频率与电源频率一致时产生谐振现象：谐振是电路固有频率与电源频率一致时产生的，其电流达到最大。就的，其电流达到最大。就R、L、C串联电路而言，当电串联电路而言，当电源频率源频率 时，产生谐振。这时时，产生谐振。这时Z最小，电流最大，最小，电流最大，UL= UcU ，可达到电源电压的几十几百倍。，可达到电源电压的几十几百倍。 n谐振应用：调谐电台谐

20、振应用：调谐电台12fLC22)(CLXXRZRLCRuLuCuu3、交流电的功率、交流电的功率n直流直流 P=UI=I2R n交流交流 PUI，P=UICOS，为为u，I的相位的相位差，含电感器、电容器的交流电路，差，含电感器、电容器的交流电路，u、I间间有相位差有相位差，COS称为功率因数，称为功率因数，nP为有功功率，电度表计量有功功率为有功功率，电度表计量有功功率W=PT。L、C为储能元件，理论上不耗能。为储能元件，理论上不耗能。n功率因数低害处：功率因数低害处：P=UICOS，当，当P一定，一定，COS，I，线路损失，线路损失U=Ir也也。 n“节电器节电器”真的能真的能“节电节电”

21、吗？揭穿吗？揭穿“节电节电器器”的真相的真相n“电表调校器电表调校器”实为偷电器实为偷电器2022-6-623“节电器节电器”内部结构内部结构电容器电容器2022-6-624n电能表（右）电能表（右）n“电表调校器电表调校器”（下）（下）2022-6-625“电表调校器电表调校器”（“节电节电器器”）2022-6-626W三相四线制三相四线制380/220380/220伏伏 额定相电压为额定相电压为220伏的单相负载伏的单相负载 额定线电压为额定线电压为380伏的三相负载伏的三相负载相电压相电压=220V 线电压线电压=380Vn5为什么要使用正弦交流电为什么要使用正弦交流电n （1）容易升降电压）容易升降电压n （2）变化平滑不会引起过电压）变化平滑不会引起过电压 n6、历史上的电流大战、历史上的电流大战n发明白炽灯的爱迪生反对使用交流电。当时另发明白炽灯的爱迪生反对使用交流电。当时另一位发明家兼企业家乔治一位发明家兼企业家乔治威斯汀豪斯，设立交威斯汀豪斯，设立交流供电系统。二人爆发了一场流供电系统。二人爆发了一场“电流大战电流大战”。 1000KV输电2022-6-629科学怪才科学怪才 尼古拉尼古拉特斯拉特斯拉爱迪生与威斯汀豪斯爱迪生与威斯汀豪斯电刑椅