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1、电工学基本知识2023/1/41本讲稿第一页，共三十三页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由由电电气气设设备备和和元元器器件件（用用电电器器），按按一一定定方方式式联联接接起起来来，为为电电荷荷流流通提供了路径。简称网络或回路。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组组成成有有三三部部分分：电电源源（信信号号源源）、中中间间环环节节、

2、负负载。载。2023/1/42本讲稿第二页，共三十三页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机电动机电炉电炉.输电线输电线直流电源直流电源直流电源直流电源直流电源直流电源: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2023/1/43本讲稿第三页，共三十三页n电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

3、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2023/1/44本讲稿第四页，共三十三页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”开开关关三刀开关三刀开关SW导线交叉导线交叉不连

4、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D2023/1/45本讲稿第五页，共三十三页n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电电压压：电电路路中中两两点点之之间间的的电电位位差差 单单位位正正电电荷荷因因受受电电场场力力作作用从用从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电电动动势势：电电源源特特征征的的物物理理量量。电电源源将将其其它它形形

5、式式的的能能转转化化为为电电能能的的本领。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全全电电路路欧欧姆姆定定律律：I I=E/R+r E/R+r E E为为电电源源电电动动势势，r r为为电电源内阻。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 UR2023/1/46本讲稿第六页，共三十三页德国，乔治德国，乔治 西蒙西蒙 欧姆欧姆(1789-1854(1789-1

6、854）)他将实验结果于他将实验结果于18261826年发表。年发表。18271827年欧姆又在电路的数学年欧姆又在电路的数学研究一书中，把他的实验规研究一书中，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，为导线为导线对电流的传导率，其倒数即为对电流的传导率，其倒数即为电阻。欧姆定律发现初期，许电阻。欧姆定律发现初期，许多物理学家不能正确理解和评多物理学家不能正确理解和评价这一发现，并遭到怀疑和尖价这一发现，并遭到怀疑和尖锐的批评。研究成果被忽视，锐的批评。研究成果被忽视，经济极其

7、困难，使欧姆精神抑经济极其困难，使欧姆精神抑郁。郁。2023/1/47本讲稿第七页，共三十三页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家家用用电电器器铭铭牌牌上上标标明明的的使使用用电电压压、频频率率、功功率率等等指指标标即即额额定定值值。额额定定值值是是使使产产品品能能在在给给定定的的工工作作条条件件下下正正常常运运行行而而规规

8、定定的的正正常常容容许许值值，是是综综合合考考虑虑了了安安全全、可可靠靠、使使用用寿寿命命、制制造造成成本本等等因因素制定的。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 URU2023/1/48本讲稿第八页，共三十三页n五电与磁五电与磁n1电与磁不可分电与磁不可分n有有电电路路，

9、又又有有磁磁路路。变变压压器器、电电感感器器，电电动动机机中中有有电路又有磁路。通过磁来传递能量。电路又有磁路。通过磁来传递能量。n电电能能电电能能：变变压压器器，电电磁磁电电；电电能能机机械械能能：电动机，电电动机，电磁磁机械。机械。n磁磁路路，磁磁力力线线在在铁铁心心中中形形成成闭闭合合的的路路径径。铁铁心心由由磁磁性材料制成，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。2023/1/49本讲稿第九页，共三十三页磁磁“永动机永

10、动机”“”“地震预报地震预报器器”2023/1/410本讲稿第十页，共三十三页n2 2、电磁关系的发现、电磁关系的发现n长长期期以以来来，磁磁现现象象与与电电现现象象是是被被分分别别进进行行研研究究的的，许许多多科科学学家家都都认认为为电电与与磁磁没没有有什什么么联联系系，电电与与磁磁是是两两种种完完全全不同的实体，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年年，丹丹麦麦的的奥奥斯斯特特(Hans(HansChristianChristianOerstedOersted，177717771851 1851）n，发发现现通通电电导导线线周周围围产产生生磁磁

11、场场，小小磁磁针针偏偏转转，用用右右手手定定则判断。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安安培培发发现现磁磁场场对对通通电电导导体体有有作作用用力力左左手手定定则则。发发明明了了电流计电流计 n反过来，反过来，“磁生电磁生电”行否？行否？n电电能能原原由由化化学学电电池池产产生生，意意大大利利的的伏伏特特发发明明电电池池，称称伏伏特电池，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。2023/1/411本讲稿第十一页，共三十三页n奥奥斯斯特特(Hans(HansChrist

12、ianChristianOerstedOersted，177717771851 1851）n奥斯特实验奥斯特实验n1820年年春春，奥奥斯斯特特安安排排了了一一个个实实验验，让让电电流流通通过过一一很很细细的的铂铂丝丝，把把一一个个带带玻玻璃璃罩罩的的指指南南针针放放在在铂铂丝丝下下面面，实实验验没没有有取取得得明明显显的的效效果果。1820年年4月月的的一一天天晚晚上上，奥奥斯斯特特在在讲讲课课中中突突然然出出现现了了一一个个想想法法，讲讲课课快快结结束束时时，他他说说：让让我我把把导导线线与与磁磁针针平平行行放放置置来来试试试试看看。当当他他接接通通电电源源时时，他他发发现现小小磁磁针针微

13、微微微动动了了一下。一下。2023/1/412本讲稿第十二页，共三十三页安培（安培（(AndrMarieAmp17751836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2023/1/413本讲稿第十三页，共三十三页n法拉第法拉第1821-18311821-1831实验十余年。实验十余年。n动动磁磁生生电电 导导体体与与磁磁场场有有相相对对运运动动，线线圈圈中中磁磁力力有有变变化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

14、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电电磁磁感感应应产产生生的的电电流流也也会会产产生生磁磁场场（右右手手定定则则），其其方方向向是是要要阻阻碍碍外外界界磁磁场场的的变变化化。外外磁磁场场增增大大时时阻阻碍碍其其增增大大，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

15、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“电磁感应电磁感应”。2023/1/414本讲稿第十四页，共三十三页法拉第电磁感应实验法拉第电磁感应实验2023/1/415本讲稿第十五页，共三十三页n迈克尔迈克尔法拉第法拉第(Michael Faraday,17911867）2023/1/416本讲稿第十六页，共三十三页2023/1/417本讲稿第十七页，共三十三页n线线圈圈有有对对抗抗变变化化磁磁场场的的作作用用，称称为为自自感感现现象。象。n自自感感系系数数L L即即线线圈圈电电感感量量的的大大小小。自自感感系系

16、数数L L越大，电流的变化率越大，感应电动式越大，电流的变化率越大，感应电动式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约约瑟瑟夫夫亨亨利利发发现现自自感感现现象象。据据说说他他比比法法拉拉第第早一年发现电磁感应现象，但未发表。早一年发现电磁感应现象，但未发表。n亨利做更强的电磁铁。制作的电磁铁可以吸起亨利做更强的电磁铁。制作的电磁铁可以吸起一吨的重物。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+灯泡灯泡122023/1/418本讲稿第十八页，共三十三

17、页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幅幅值值即即最最大大值值、峰峰值值。上上式式中中的的Um。有有效效值值是是以以电电流流热热效效应应衡衡量量交交流流电电做做功功能能力力。与与直直流流电电进进行行对对比比。以以U表表示示。Um=1.41U。日日常常用用电电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

18、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。i2023/1/419本讲稿第十九页，共三十三页2。交流电路中的电感和电容。交流电路中的电感和电容 n电电感感加加交交流流电电压压uL,产产生生同同频频率率的的交交流流电电流流iL,但但iL的的变变化化滞滞后后于于uL。电电感感对对交交流流电电的的阻阻碍碍作作用用称称感感抗抗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

19、，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。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”2023/1/420本讲稿第二十页，共三十三页阻抗阻抗nR、L、C串联，总称阻抗串联，总称阻抗（欧姆）（欧姆）nZR+XL+XCUUR+UL+Uc。n可能有：可能有：UL（或（或Uc）U。n谐谐振振现现象象：谐谐振振是是电电路路固固有有频频率率与与电电源源

20、频频率率一一致致时时产产生生的的，其其电电流流达达到到最最大大。就就R、L、C串串联联电电路路而而言言，当当电电源源频频率率时时，产产生生谐谐振振。这这时时Z最最小小，电电流流最最大大，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：调谐电台谐振应用：调谐电台RLC2023/1/421本讲稿第二十一页，共三十三页3、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的相位差，的相位差，含电感器、电容器的交流电路，含电感器、电容器的交流电路，u、I间有相位差间有相位差，COS称为功率因数，称为功率因数，nP为

21、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”吗？揭穿吗？揭穿“节电器节电器”的的真相真相n“电表调校器电表调校器”实为偷电器实为偷电器2023/1/422本讲稿第二十二页，共三十三页“节电器节电器”内部结构内部结构电容器电容器2023/1/423本讲稿第二十三页，共三十三页n电能表（右）电能表（右）n“电表调校器电表调校器”（下）（下）2023/1/424本讲

22、稿第二十四页，共三十三页“电表调校器电表调校器”（“节电器节电器”）2023/1/425本讲稿第二十五页，共三十三页4、三相交流电、三相交流电U UV VW保险丝保险丝保险丝保险丝三相四线制三相四线制380/220380/220伏伏N N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=380V2023/1/426本讲稿第二十六页，共三十三页n5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

23、史上的电流大战n发发明明白白炽炽灯灯的的爱爱迪迪生生反反对对使使用用交交流流电电。当当时时另另一一位位发发明明家家兼兼企企业业家家乔乔治治威威斯斯汀汀豪豪斯斯，设设立立交交流流供供电电系系统统。二人爆发了一场二人爆发了一场“电流大战电流大战”。2023/1/427本讲稿第二十七页，共三十三页1000KV输电2023/1/428本讲稿第二十八页，共三十三页科学怪才科学怪才 尼古拉尼古拉特斯拉特斯拉2023/1/429本讲稿第二十九页，共三十三页爱迪生与威斯汀豪斯爱迪生与威斯汀豪斯2023/1/430本讲稿第三十页，共三十三页电刑椅2023/1/431本讲稿第三十一页，共三十三页2023/1/432本讲稿第三十二页，共三十三页2023/1/433本讲稿第三十三页，共三十三页