电工基础知识培训课件

电工基础知识培训课件主讲：张德峰主要内容第一章直流电路第二章电磁场理论第三章单相交流电路第四章三相交流电路第五章电子技术基础第一章直流电路1.直流电路基本概念2.直流电路基本定理3.电阻、电感、电容的串并联4.复杂电路的分析和计算第二章电磁场理论1.磁铁的性质2.电流的磁场3.磁场的几个物理量4.磁场对通电导体的作用5.电磁感应6.铁磁物质的磁化7.自感、互感和涡流第三章单相交流电路1.正弦交流电的三要素2.交流电的有效值3.交流电的平均值4.正弦交流电的向量表示法5.交流电路中的电阻元件6.交流电路中的纯电感元件7.交流电路中的纯电容元件8.RLC串联电路的分析与计算9.线圈与电容并联电路10.电路的谐振第四章三相交流电路1.概述2.三相正弦交流电的表示方法3.三相电路的星形连接4.三相电路的三角形连接5.三相电路的功率第五章电子技术基础1.PN结及其单向导电性2.晶体二级管3.晶体三级管第一章直流电路1.直流电路基本概念2.直流电路基本定理3.电阻、电感、电容的串并联4.复杂电路的分析和计算1.1直流电路基本概念1、电流：导体中的自由电子在电场力的作用下，作有规则的定向运动，称谓电流，数值上等于单位时间内通过导体任一横截面的电量。2、电压：电场力将单位正电荷从一点移动到另一点所做的功，称为两点之间的电压。电压的大小与电荷移动的路径无关，电压的实际方向为电场力移动正电荷做功的方向。3、电位：在电路中任选一点作为参考点，电路中某点的电位就是该点到参考点的电压。电位实际上就是电压，所以电位也有正负之分。4、电势：电势是电源内部的电源力，在数值上等于单位正电荷从电源负极移至正极时所做的功。1.1直流电路基本概念5、电阻：在电场力的作用下，电流在导体中流动时所受到的阻力，称谓电阻。6、电阻率：在＋20℃时，长度为1m，横截面积为1mm2的某种材料导线的电阻值，称为这种材料的电阻率；电阻率越小，导电性能越好；电阻率的单位是Ω•mm2/m。7、电功率：单位时间内电场力所做的功，称为电功率；电功率与时间的乘积，称为电能；功率的单位为kW，电能的单位为kW•h。SLRRURIUIP22UItPtARtIQ2热量：1.2直流电路基本定理一、欧姆定理在一段电路中，流过电阻R的电流I与电阻两端的电压U成正比，而与这段电路的电阻R成反比。IURRUIIRURUI电阻的倒数称为电导，用G表示，欧姆定律还可以表示为：RG1GUI1.2直流电路基本定理二、基尔霍夫第一定律在电路中，汇聚于某节点的所有支路电流的代数和等于零。定义支路电流的正方向，例如：定义流入节点电流为正，流出为负。第一定律说明流入节点的电流等于流出节点的电流，其实质上是电荷不灭定律。00321AIIII1.2直流电路基本定理三、基尔霍夫第二定律在闭合回路中，所有电势的代数和等于回路中所有电压降的代数和。定义回路电流的正方向，例如：定义顺时针方向为正，逆时针方向为负。IRERIRIRIRIEEE443322113211.3电阻、电感、电容的串并联一、电阻的串联所有电阻流过的电流相等；串联电路的总电压等于各串联电阻的电压之和；21RRR21UUU1.3电阻、电感、电容的串并联二、电阻的并联所有电阻承受的电压相等；并联电路的总电流等于各并联电阻的电流之和；21212121212111111RRRRRRRRRRURURUIIRUI1.3电阻、电感、电容的串并联三、电感的串联2121LLLLL四、电感的并联21LLL1.3电阻、电感、电容的串并联五、电容的串联六、电容的并联21CCCUQC21212121212111111CCCCCCCCCCQCQCQUUCQU1.4复杂电路的分析和计算一、支路电流法以电路中各个支路的电流为未知量，对电路的运行参数进行求解。例题1：1.4复杂电路的分析和计算二、节点电压法以电路中各个节点相对于参考节点的电压为未知量，对电路的运行参数进行求解。例题2：1.4复杂电路的分析和计算三、戴维南定理（等效发电机原理）戴维南定理特别适合于在众多支路中，只需要求解其中一条支路电流的情况。它利用等效的原理，只保留被求的那条支路，而将其他支路等效为一台发电机（包含一个电压源和一个内阻），然后用简单的欧姆定理就可以求出被求支路的电流。例题3：1.4复杂电路的分析和计算四、叠加原理在线性电路中，若含有两个或两个以上的电源同时作用时，电路中任意支路的电流（或电压）等于各电源单独作用时在该支路上所产生的电流（或电压）的代数和。例题4：第二章电磁场理论1.磁铁的性质2.电流的磁场3.磁场的几个物理量4.磁场对通电导体的作用5.电磁感应6.铁磁物质的磁化7.自感、互感和涡流2.1铁磁的性质磁铁就是具有磁性的磁体。能够长期保持磁性的磁体叫永久磁铁。能够被磁铁吸引的物质称为铁磁物质。磁铁之所以能吸引铁磁物质，是由于磁铁的周围存在着具有磁力作用的磁场。磁场和电场一样，具有力和能的特性，因此，磁场也是一种特殊的物质。两块磁铁通过磁场相互作用，同性相斥，异性相吸。例如：指南针就是一个磁铁，其指南的一极称为南极（S），指北的一极称为北极（N）。这是因为地球本身就是一个巨大的磁铁，地球的磁北极在地理南极附近，地球的磁南极在地理北极附近。2.1铁磁的性质为了直观地描述磁场，可以像电力线描述电场一样，用磁力线来描述磁场。磁力线的特点：1、磁铁的外部，磁力线从N极到S极，磁铁的内部，磁力线从S极到N极，从而构成一条闭合曲线；2、磁场的强弱由磁力线的疏密来表示；3、磁力线不能相互交叉；4、空间某点磁场的方向就是磁力线上该点的切线方向。2.2电流的磁场通电导体的周围空间也存在磁场，这叫做电流的磁效应。磁铁的磁场也是由磁铁内部的分子电流产生的，而分子电流是由绕原子核旋转的电子和电子本身的自转所形成的。电流产生的磁场方向与电流的方向有关，二者之间的关系可以用右手螺旋定则确定。2.2电流的磁场通电线圈周围空间的磁场分布情况与条形磁铁周围空间的磁场相似。线圈中电流方向与周围空间的磁场方向之间的关系也符合右手螺旋定则。2.3磁场的几个物理量1、磁感应强度：表示磁场内各点的磁场强弱和方向的物理量。用符号B表示。磁感应强度是有方向的向量，其方向就是该点的磁场方向。磁感应强度的单位为特斯拉（简称特），用T表示。磁感应强度是一个矢量（即有大小和方向的量），它与产生该磁场的电流方向之间关系满足右手螺旋定则。2、磁通：在均匀磁场中，磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，称为通过该面积的磁通量，用符合Ø表示。它是磁场中一个面上磁场情况的物理量。磁通不是向量，而是标量。磁通的单位是韦伯（简称韦），用Wb表示。由Ø=BS可知，磁感应强度为B=Ø/S所以在数值上，磁感应强度B可以看成是与磁场方向相垂直的单位面积所通过的磁通量，故磁感应强度B可认为是该面积中的磁通密度。BLIFILFBBS2.3磁场的几个物理量3、导磁系数：又称为磁导率，表示物质导磁性能的物理量。所谓导磁性能好，指的是这类物质在外磁场的作用下能产生很大的附加磁场。磁导率可分为绝对磁导率和相对磁导率。绝对磁导率用符合u表示，简称磁导率，真空中的磁导率用符合u。表示；相对磁导率用符合ur表示。导磁系数的单位为亨/米（H/m）。亨（H）是电感单位。铁磁材料的相对导磁系数很高，且不是一个常数，而是随磁化程度变化的。4、磁场强度：表示磁场内各点磁场强弱和方向的辅助物理量。磁场中某点的磁感应强度与磁导率的比值，就是该点磁场强度，用符号H表示。磁场强度只与电流的大小和导体的几何形状以及位置有关，而与物质的导磁性能无关。磁场强度的单位是安培/米（A/m）。070/104rmH相对导磁系数：真空中的导磁系数：BH2.4磁场对通电导体的作用在磁场中，通电导体将承受一个电磁力的作用，电磁力的方向与电流的方向和磁场的方向有关。三者的关系可以用左手定则来确定，即伸开左手，让磁力线从手心穿过，四指指向电流的方向，这时，拇指所指的方向就是电磁力的方向。左手定则又叫做电动机定则。2.5电磁感应变化的磁场在导体中产生电动势的现象，叫做电磁感应。由电磁感应产生的电动势叫做感应电动势。由感应电动势在闭合回路中引起的电流叫做感应电流。一、直导体中的感应电动势直导体作切割磁力线运动，导体内的电荷受电磁力的作用而分离，从而产生感应电动势。感应电动势的大小与磁场的磁感应强度、导体在磁场中的有效长度和导体的运动速度成正比。BLve式中：B——磁感应强度，T；L——导体有效长度，m；v——导体运动速度，m/s；e——感应电动势，V。2.5电磁感应感应电动势的方向可由右手定则确定。即伸出右手，让磁力线垂直穿过手心，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。右手定则也叫做发电机定则。2.5电磁感应二、线圈中的感应电动势线圈中磁通的变化，将会在线圈两端产生感应电动势。法拉第电磁感应定律：线圈中感应电动势的大小与穿过线圈的磁通变化率和线圈的匝数成正比。楞次定律：当穿过线圈的磁通变化时，感应电动势的方向总是企图使它的感应电流所产生的磁通阻止原有磁通的变化。以右手螺旋关系确定感应电动势和穿过回路的磁通的参考方向，则在任何情况下，线圈中的感应电动势等于磁通变化率的负值。dtddtdNe2.6铁磁物质的磁化在外磁场的作用下，铁磁物质会产生与外磁场方向一致的很强的附加磁场，这种现象叫做铁磁物质的磁化。一、磁化原因铁磁物质的磁化是由于它特殊的内部结构。2.6铁磁物质的磁化二、磁化曲线铁磁物质的导磁系数不是一个常数，是随磁化程度变化的，即铁磁物质的B和H之间不是线性关系。为了了解铁磁物质的磁性能，通过试验的方法测出各种铁磁物质的B和H之间的关系，并画成曲线，这就是铁磁物质的磁化曲线。2.6铁磁物质的磁化起始磁化曲线反映了铁磁物质在外磁场H由零逐渐增加时的磁化过程。1、oa段接近于直线，B和H成正比，B随H的增加而迅速增加；2、ab段叫做磁化曲线的膝部，B随H的增加而缓慢增加；3、b点以后，当H值增加时，B值几乎不变，铁磁物质达到饱和状态。2.6铁磁物质的磁化三、磁滞回线当铁芯线圈中通交变电流时，铁芯就受到交变得磁化，铁磁物质表现出磁滞性，此时绘制出闭合的B－H曲线，称为磁滞回线。铁磁物质在交变磁化时，磁畴来回转动，相互摩擦而造成发热损失，这种损失叫磁滞损失。磁滞回线所围的面积越大，磁滞损失就越大，反之亦然。2.7自感、互感和涡流一、自感由于线圈本身电流的变化而引起感应电动势的现象叫做自感现象。由自感现象而产生的感应电动势叫做自感电动势。在线性电路中，线圈的自感磁链和电流成正比，线圈的自感磁链与电流的比值叫做自感系数，简称自感，也叫电感，用L表示。L的数值与线圈的匝数、形状和大小有关。dtddtdNeLLLiLLdtdiLeL2.7自感、互感和涡流二、互感由于一个线圈电流的变化，使另一个线圈产生感应电动势的现象叫做互感现象。由互感现象而产生的感应电动势叫做互感电动势。在线性电路中，线圈2的互感磁链和线圈1中的电流成正比，它们的比值叫做互感系数，简称互感，用M表示。M的数值除了与线圈的匝数、形状、大小和介质种类有关以外，还和线圈的相对位置有关。dtddtdNeM12122221112iiMdtdiMeM12.7自感、互感和涡流三、涡流当整块导体在磁场中运动或者将它放在变化的磁场中，导体内便产生感应电动势，从而在整个导体内形成自成回路的环形电流，这种环形电流叫做涡流。涡流会使电气设备中的铁芯发热，消耗电功率，造成涡流损失，同时，涡流还会使磁场削弱，降低设备的利用率。减少涡流的方法是采用很薄的硅钢片或其他更优越的导磁材料叠加成铁芯，每片硅钢片之间再涂上绝缘物，使涡流被限制在很小的范围内，且硅钢具有较大的电阻率，从而使涡流大为减少。第三章单相交流电路1.正弦交流电的三要素2.交