1、2018/11/24,1,第一章 电工基础知识,2018/11/24,2,一、交直流电路基本知识 1、电路的概念：电流能通过的路径称为电路。 2、电路的形式： a 进行能量的转换、传输和处理；b 进行信息处理 3、电路的三种状态：通路、断路和短路 4、按电路中流过的电流的种类，电路可分为直流电路和交流电路。,2018/11/24,3,二、电路的基本概念,1、电容，电阻和电感 （1）电阻 反映导体对电流起阻碍作用的物理量。 符号：R 单位：欧姆()或千欧(K ) 公式：R= L/S 导体的电阻除与上述物理量相关外还与温度有关。 （2）电容 用绝缘物隔开的两个导体的组合就构成一个电容。 它具有存储
2、电荷的性能。 电容器存储电荷的能力用电容来表示。,2018/11/24,4,公式1：C=Q/U,公式2：C=s/d 单位：法拉（F） 1F=10-6F 1pF= 10-12F （3）电感 导体中电流的变化，会在导体周围产生磁场，磁场的大小与流过导体的电流、导体的形状及周围的介质有关，我们把导体周围产生的磁场与导体中流过的电流之比叫电感。 单位：H(亨利),2018/11/24,5,单位换算： 1mH= 10-3H 1H=10-6H,2 、电流 金属到体内会有大量的自由电荷（自由电子） ，在电场力的作用下，自由电子会作有规则的运动，这就是电流。用电流强度来衡量。 表示 字母 A。 公式：I=Q/
3、t 电流的方向规定为正电荷的移动方向。,2018/11/24,6,为了研究问题方便，我们常以一个方向为参考方向，此方向可任意选定。,比如：,2018/11/24,7,3 、电压、电位、电动势,（1）电压 电荷在电场力的作用下移动时，电场力对电荷作了功。我们把电场力所作的功与移动电荷的数值之比称作电压。用符号U表示，单位为伏，V。 （2）电位（用符号表示，单位为伏） 在电场中指定某一点为参考点，电场中任意一点与它之间的电压，成为此点的电位。,2018/11/24,8,（3）电动势,电动势与电压的定义相仿，但二者有本质的区别。 电压是电场力做的功，电动势是非电场力做的功。 在电场力的作用下，正电荷
4、由电位高的地方向低的地方移动；而在电动势的作用下相反。 电压的正方向是正极指向负极，高电位指向低电位；电压存在于电源外部，而电动势存在于电源内部。,2018/11/24,9,二、电路的基本定律,1、欧姆定律 （1 ）部分电路的欧姆定律 U=IR （2 ）全电路的欧姆定律 =I*(R+r),2018/11/24,10,2、基尔霍夫定律,基尔霍夫第一定律 又称节点电流定律。 内容：流入节点的电流之和恒等于流出节点的电流之和。,I1,I3,I2,I4,I4+I3= I1+ I2,2018/11/24,11,基尔霍夫第二定律，又称回路电压定律。其内容是：在任一闭合回路中，沿一定方向绕行一周，电动势的代
5、数和恒等于电阻上电压降的代数和。 即：E=IR,注意: 在列回路电压方程时，必须考虑电压的正负，确定步骤如下： 1）假定各支路电流的方向。 2）假定回路绕行方向。 3）凡流过电阻的电流参考方向与绕行方向一致，则电阻上的压降为正，否则为负。 4）凡电动势方向与绕行方向一致该电动势取正，反之取负。,2018/11/24,12,例题：,列出下图的回路方程为： E1-E2=I1R1-I2R2-I3R3+I4R4,也可列回路方程如下： E2-E1+I1R1-I2R2-I3R3+I4R4=0,2018/11/24,13,3、电路的连接关系及计算,电阻的串、并联 电阻的混联 电表的改装,2018/11/24
6、,14,电路中各点的电位分析计算,电路中电位的计算实际上是电位差的计算。 4、交流电 1）基本概念：大小及方向均随时间变化的电流（电压）称作交流电。交流电压、电流大多是按一定规律变化的，这种交流电我们叫它周期性交流电。应用最广的是正弦交流电。,2018/11/24,15,2）正弦交流电的三要素：,代表交流电瞬间大小与方向的数值叫瞬时值。 表达式是：u=Umsin(wt+ ) i=Imsin(wt+ ),2018/11/24,16,表达式 u=Umsin(wt+ ) 的描述,上式中， u表示电压的瞬时值。Um表示电压的最大值。w 表示角频率。表示初相位。Um（Im）、 、w三个量表示正弦交流电的
7、三要素。我们把1秒钟内交流电 重复变化的次数称为频率，用字母f表示，单位赫兹（Hz ）。 T=1/f w=2/T=2 f,2018/11/24,17,对于直流电f =0。,wt+称为相位。T=0时的相位叫初相位。 3）正弦交流电的几个参数的计算有效值、平均值、最大值有效值的定义：- a)有效值与最大值的关系：I=Im/1.414U=Um/1.414 b)平均值不常用，其定义为：半个周期内交流电的平均值。 经计算有：Ip=2Im/ Up=2Um/,2018/11/24,18,4）三相交流电的概述,三个频率相同，最大值相同，相位上依次差120的交流电，我们称之为三相交流电。 三相发电机可产生三相交
8、流电。,2018/11/24,19,三、半导体管电路常识,1、半导体二极管、三极管型号，主要参数及特点 1）型号含义 2）半导体二极管的主要参数及特点 A 最大正向电流 B 反向击穿电压 C 最高反向击穿电压 D 反向电流 E 正向压降,2018/11/24,20,二极管的图形符号,半导体三极管的主要参数及特点 图形符号：,2018/11/24,21,三极管的直流参数,共发射极放大倍数。 集电极-基极反向截止电流。 集电极-发射极反向截止电流。三极管的交流参数 共发射极交流放大倍数。 共基极交流放大倍数。,2018/11/24,22,半导体三极管的主要特点：,三极管有三种工作状态：即放大状态、
9、截止状态、饱和状态。 三极管的两大应用场合：放大电路和开关电路。 使三极管处于放大状态的原则是：发射结（e、b） 之间加正向电压，集电结（c、b）之间加反向电压。,2018/11/24,23,半导体管的整流电路,将交流电变为直流电的过程称为整流。 实现整流过程的电路叫整流电路。 整流电路的形式有：单相半波、单相桥式、三相半波和三相桥式。 1）单相半波整流电路 Ud=0.45 U,2018/11/24,24,2)单相桥式 Ud=0.9 U,2018/11/24,25,3)三相桥式,波形图略,2018/11/24,26,习题,1、一个220伏，800瓦的电炉，接入220伏的电源使用一小时，问（1）
10、通过电炉丝的电流是多少？（2）电炉丝的电阻值是多少？ （3）电炉丝释放的热量是多少？（4）电炉消耗了多少电能？,2018/11/24,27,2、,有电路如下：已知I=1/2A，电源内阻为2欧，求电源电动势。,2018/11/24,28,3、,如下图，已知R1=4欧， R2=8欧，电压U不变，当K断开时，安培表的读数为2安，当K闭合时，安培表的读数为3安，问R3的阻值是多少？,2018/11/24,29,4、,如下图，C1=40微法，C2=C3=20微法，它们的耐压值均为300伏，求等效电容及最大安全电压。,2018/11/24,30,5、,如下图，已知U=10伏，计算电容器两端的电压是多少？极
11、板上的电荷量是多少?,2018/11/24,31,6、,在电压是u=311sin(314t+ /6)V的电源上，接有一只100欧的电阻，求电阻电流的瞬时值表达式。7、若上述的电阻换成一个4毫亨的电感，结果会怎样？（提示：XL=WL,纯电感电压超前电流90）,2018/11/24,32,8、,在电压是u=311sin(314t+ /4)V的电源上，接有一只电容器，其容量C=20微法，求（1）电容电流Ic,(2)电容器的无功功率Qc 。,提示：Xc=1/wc Ic=U/Xc Qc=U*U/Xc,2018/11/24,33,9、,一对称三相感性负载，接于线电压为220(或380)伏的三相电源上，线电
12、流为5A，负载的功率因数为0.8，求有功功率, 无功功率及视在功率。,P=1.732U 线I线COS sin=? Q= 1.732U 线I线Sin ,2018/11/24,34,10、,下面的电路中，如果交流电源电压的有效值不变，仅仅是其频率降低，三个灯泡的明暗变化将是怎样的？,2018/11/24,35,11、仪表改装,某表头的量程Ig=100微安，内阻Rg=1000欧，如要改装成量程为3伏，30伏，300伏的多量程电压表，计算下图中三个电阻的阻值。,2018/11/24,36,解答：,R1=U1/Ig-Rg=3/(100*0.001)-1=29千欧 R2= （U2-U1) /Ig=(30-
13、3)/(100*0.001) =270千欧 R3=（U3-U2) /Ig=(300-30)/(100*0.001) =2700千欧=2.7兆欧,2018/11/24,37,12、练习,某一表头的量程Ig=100微安，内阻Rg=1000欧，如要改装成量程为1毫安，10毫安，100毫安的毫安表，计算三个阻值。,2018/11/24,38,解答：,R总=Ig*Rg/（I3 - Ig ）=111.11欧 R1= Ig(R总+ Rg) /I1 =1.11欧 R2= Ig(R总+ Rg) /I2 R1=10欧 R3= R总-R1-R2=100欧,I1=Ig +Ig (Rg+R2+R3)/R1,2018/1
14、1/24,39,13、一个R、L、C 串联电路接在u=311sin(314t+/4)的电源上，已知R=12欧，L=51 毫亨，C=455微法，求：,（1）电路电流 i XL= WL XC=-1/(jWC)W=314 rad/s （2）电压UR、 UL 、 UC （3）电路的有功功率、无功功率及视在功率。,2018/11/24,40,14、电机的励磁绕组与一量程为300伏的伏特计并联，流过线圈的电流为1安，伏特表的内阻为100欧/伏，如断开开关K，伏特表会怎样？,开关断开瞬间，IL(0-) =1A，由换路定律， 开关断开后的瞬间，电流IL(0+) = IL(0-) =1A，此电流流经伏特表形成回
15、路，伏特表的端压为UV =-IL(0+)RV =-1*300*100=-30000V,2018/11/24,41,15、基尔霍夫定律练习 下图有几个节点、回路、支路?,2018/11/24,42,列出KVL、KCL方程 （回路电流法）,步骤： 1、假设电流、回路方向 2、列方程 (1)(R1+R3 )I11 + I22 R3 = E1+ E3 (2)(R2+R3 )I22 + I11 R3 = E3- E2,I11,I22,2018/11/24,43,支路电流法,I1 =I2+I3 R1I1+R3I3-E3-E1=0 -R2I2+R3I3-E3+E2=0,2018/11/24,44,16、练习
16、 要求列出方程并算出A、B两点之间的电压值。,2018/11/24,45,四、专题 : 三个三角形,2018/11/24,46,练习题,有一个R-L串联电路，已知R=3欧，XL=4欧，电阻的端压为10伏，求(1)电路的总阻抗。（2）功率因数。 （3） R-L电路两端的电压值。（4）视在功率S。,2018/11/24,47,第二章 电工专业知识,一、电工识图 1、电气图的分类及制图的一般规则 （1）系统图及框图 （2）电路图 （3）接线图和接线表 2、常用的电器图形符号 参阅 GB4728 3、 电路图接线图的表达方式 （1）电路图的表达方式,2018/11/24,48,（2）接线图的表达方式,
17、几个例子：,2018/11/24,49,2018/11/24,50,二、电工材料基本知识,常见的电工材料有导电材料、绝缘材料、磁性材料以及各种线、管等。 1、常用的电工材料 （1）导电材料 主要有铜、铝、铁等。 （2）绝缘材料 又称电介质,这类材料有极高的电阻率，在电压的作用下，几乎无电流通过。,2018/11/24,51,常见的有3大类：,（1）气体绝缘材料 （2）液体绝缘材料 （3）固体绝缘材料 绝缘材料的型号规格一般由4位数字组成，第1、2位表示材料的大小号，第3、4位表示材料的耐热等级。按最高允许工作温度分为7个等级。,2018/11/24,52,（3）磁性材料 这类材料的特点是具有高
18、的导磁系数。一般用于制造电气设备的铁心。常见的有硅钢、铁氧体、坡莫合金、铸铁等。 磁性材料是磁的良导体，用于构成磁的通路。,（4）电碳材料 是一种特殊的导电材料。用于制造电机的电刷，连接旋转的转子与外部电源。特点是具有良好的导电性和电接触性能。 一般以石墨为主制成。,2018/11/24,53,2 、铜、铝导线的特点及使用,导线是传输电能、传递信息的电工线材。（1）一般由线芯、绝缘层、保护层三部分组成。（2）电工用的导线分成两大类：电磁线和电力线。电磁线用于制作各种线圈， 如漆包线，丝包线等。（3）电力线用于做各种电路连接。分为绝缘线和裸导线两大类。（4）电缆：指在一个绝缘护套内按一定的形状有
19、单根、多根互相绝缘的导线。,2018/11/24,54,三、电工测量仪表的基本知识,按用途电工测量仪表可分为：电流表、电压表、钳形表、兆欧表、万用表、电能便哦等等。 按工作原理分有:磁电系、电动系、电磁系和感应系等。 按使用方式分有：安装式和便携式。 常用安装式仪表的的型号规定如下：其中：1-仪表形状的第一位代号 2-仪表形状的第二位代号 3-系列号 4-设计代号 5-用途号,2018/11/24,55,四、变压器、异步电动机的基础知识,异步电动机和变压器是工业应用的主要电气设备。电动机装机总容量大约占工业用电量的40%左右，变压器更是电力输送必不可少的设备，其装机总容量数倍于工业用电总量。
20、1、变压器的种类与用途 （1 ）电力变压器 供输配电系统中升压或降压用。 （2）特殊用途变压器 如电弧炉变压器、电焊变压器及整流变压器。 （3 ）仪用互感器 供测量和继电保护用 （4）试验变压器,2018/11/24,56,（5）控制变压器：用于自动控制系统中的小功率变压器,2、变压器的结构与工作原理 （1）变压器的结构 变压器一般由下列主要部分组成：铁芯、线圈、绕组、油箱及附件。 铁芯和绕组构成变压器的主体。 （2）变压器的工作原理 a:空载运行，指的是变压器接交流电源，次级开路的运行方式。,2018/11/24,57,b:感应电动势 E=4.44fNm (v) 其中：f指的是电源的频率 N
21、指的是绕组的匝数 m指的是主磁通（相对于漏磁通）,由于初次级绕组频率一致，主磁通相同，故而初次级绕组产生的感应电动势分别为：E1=4.44fN1m (v) E20=4.44fN2m (v) 所以，如忽略初次级绕组的损耗，E1=U1 E20=U02 。,2018/11/24,58,两式相比得：U1/U02=N1/N2,3、电流电压互感器的特点： 由于电力系统是高电压、大电流，普通的电压表和电流表无法测量。人们利用变压器原理把大电压大电流变成为小电压和小电流，以利于测量，这种供测量用的变压器就是互感器。 分为电压互感器和电流互感器。,2018/11/24,59,（ 1 ）电压互感器的特点,1）初级
22、绕组线圈的匝数多，线径小，次级线圈的匝数少，相当于降压变压器，次级电压均为100伏。 2）为减少测量误差其铁芯采用硅钢片叠装而成，工作时空载电流小。 3）使用时次级绕组不许短路，否则在次级线圈中会产生很大的电流，烧坏仪表。 4）互感器的铁芯与次级的一端应牢固接地，防止一、二次线圈绝缘损坏时，二次测出现高压。,2018/11/24,60,（ 2 ）电流互感器的特点,1）初级绕组线圈的匝数少，线径大，次级线圈的匝数多，次级额定电流一般为5安。 2）为使测量准确，电流互感器的铁芯用硅钢片制成。 3）使用时次级绕组不许开路，否则铁芯会过热，且次级会产生高压。 4）互感器的铁芯与次级的一端应牢固接地，防
23、止一、二次线圈绝缘损坏时，二次测出现高压。,2018/11/24,61,4、异步电动机,电动机有交直流之分，异步电动机属于交流电机的一种，另一种交流电机是同步电机。 1、异步电动机的分类及用途 异步电机可分为感应式和换向器式两种。 感应式异步电机的特点及用途。 2、异步电动机的结构及工作原理 1）结构上分为定子和转子两部分。 定子包括机座、定子铁芯和定子绕组。,2018/11/24,62,转子由转子铁芯和转子绕组组成，转子绕组又分为笼型式和绕线式两种。,2、异步电动机的工作原理 旋转磁场的建立。 “异步”的由来。 转子速度与同步转速之差（n1-n）称为转差速度，转差速度与同步转速之比(n1-n ) /n 称为转差率（s）。 n1 -同步转速n-电机转速,2018/11/24,63,3、异步电动机的额定参数 （1）型号,（2）额定功率 表示电机额定工作状态下运行时，轴上允许输出的机械功率。,2018/11/24,64,（4）接法 指电动机定子绕组的连接方式，有星型和三角形两种。 4、异步电动机的保护 5、异步电动机的起制动控制,（3）额定电压 指定子绕组规定使用的线电压。额定电压等级有220伏、380伏、3000伏和6000伏。,
