《電工基礎(chǔ)》PPT課件.ppt

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第二章電工基礎(chǔ)知識 前言 1 1電路基礎(chǔ)知識 一 電流和電路1 電荷與電流失去電子或得到電子的微粒稱為正電荷或負(fù)電荷 帶有電荷的物體稱為帶電體 電荷的多少用電量表示 其單位為C 庫或庫侖 電流是帶電微粒的定向移動 通常以正電荷移動的方向規(guī)定為電流的參考正方向 大小 方向均不隨時間變化的穩(wěn)恒直流電 大小 方向隨時間作周期性變化的電流稱為交流電流 1 1電路基礎(chǔ)知識 2 電流單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量叫做電流 用I表示 如果在t秒鐘通過導(dǎo)體橫截面的電荷量是Q 那么 1秒鐘內(nèi)通過導(dǎo)體截面積的電量為1庫侖時 則導(dǎo)體內(nèi)的電流為1安培 電流的國際單位制是安培 A 較小的單位還有毫安 mA 和微安 A 等 它們之間的換算關(guān)系為 1A 103mA 106 A 10 3kA 電路可以實(shí)現(xiàn)電能的傳輸 分配和轉(zhuǎn)換 電力系統(tǒng)中 電子技術(shù)中 電路可以實(shí)現(xiàn)電信號的傳遞 存儲和處理 電路的功能 負(fù)載 1 1電路基礎(chǔ)知識 電路就是電流所經(jīng)過的路徑 電路為一閉合回路 電路由電源 控制電器和保護(hù)電器 導(dǎo)線和負(fù)載組成 電源 即電能的源泉 是推動電路中電流流動的原動力 電源是指電路中供給電能的設(shè)備 它的作用是將非電形式的能量轉(zhuǎn)換為電能 如電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能 發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能等 如發(fā)電機(jī) 蓄電池等 負(fù)載是指用電設(shè)備 即電路中消耗電能的設(shè)備 它的作用是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量 如電燈將電能轉(zhuǎn)換為光能 電爐將電能轉(zhuǎn)換為熱能 電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能等 控制和保護(hù)電器 控制和保護(hù)電器部件 如開關(guān)設(shè)備 測量設(shè)備以及各種繼電保護(hù)設(shè)備等 3 電路 導(dǎo)線 電源和負(fù)載之間不可缺少的連接部分 電路模型和電路元件 電源 負(fù)載 實(shí)體電路 中間環(huán)節(jié) 與實(shí)體電路相對應(yīng) 由理想元件構(gòu)成的電路圖 稱為實(shí)體電路的電路模型 電路模型 負(fù)載 電源 開關(guān) 1 1電路基礎(chǔ)知識 電氣設(shè)備的額定值 電氣設(shè)備長期 安全工作條件下的最高限值稱為額定值 電氣設(shè)備的額定值是根據(jù)設(shè)計 材料及制造工藝等因素 由制造廠家給出的技術(shù)數(shù)據(jù) 電路的三種工作狀態(tài) I US RS RL 1 通路 U US IRS 2 開路 U US U 0 I US RS 3 短路 1 1電路基礎(chǔ)知識 過負(fù)荷 一般情況不允許 斷路 輕負(fù)荷 短路 通路 電路的狀態(tài) 滿負(fù)荷 電路的幾種狀態(tài) 1 1電路基礎(chǔ)知識 1 通路 就是電源與負(fù)載接成的回路 這時電路中有電流通過 電源與負(fù)載構(gòu)成閉合回路 電源處于有載工作狀態(tài) 電路中有電流流過 A 滿負(fù)荷 B 輕負(fù)荷 C 過負(fù)荷 一般情況不允許 2 短路 短路就是電源未經(jīng)負(fù)載而直接由導(dǎo)線構(gòu)成通路 當(dāng)電路中如圖所示的兩點(diǎn)間用導(dǎo)線相連時 稱電阻R被短路 這兩點(diǎn)間的導(dǎo)線稱為短路線 短路線中的電流叫短路電流 注 短路可分為有用短路和故障短路 故障短路往往會造成電路中電流過大 使電路無法正常工作 嚴(yán)重的會產(chǎn)生事故 1 1電路基礎(chǔ)知識 3 斷路 斷路就是電源與負(fù)載未接成閉合回路 這時電路中沒有電流通過 開關(guān)S斷開或電路中某處斷開 切斷的電路中沒有電流流過 此時的電路稱為開路 開路又叫斷路 斷開的兩點(diǎn)間的電壓稱為開路電壓 注 開路也分為正常開路和故障開路 如不需要電路工作時 把電源開關(guān)打開為正常開路 而燈絲燒斷 導(dǎo)線斷裂產(chǎn)生的開路為故障開路 它使電路不能正常工作 1 1電路基礎(chǔ)知識 1 1電路基礎(chǔ)知識 二 電場 電場強(qiáng)度1 電場電場存在于帶電體周圍 能對位于該電場中的電荷產(chǎn)生作用力 電場力 電場力的大小與電場的強(qiáng)弱有關(guān) 這又與帶電體所帶的電荷量多少有關(guān) 1 1電路基礎(chǔ)知識 2 電場強(qiáng)度衡量電場強(qiáng)弱的一個物理量 既有大小又有方 電場中任意一點(diǎn)的電場強(qiáng)度 在數(shù)值等于放在該點(diǎn)的單位正電荷所受電場力的大小 其方向是正電荷受力的方向 即 E F QE 電場強(qiáng)度 F C 牛頓 庫侖 F 電荷所受的電場力 N 牛頓 Q 正電荷的電量 C 庫侖 1 1電路基礎(chǔ)知識 三 電位 電壓 電動勢1 電位在電場力作用下 單位正電荷由電場中某一點(diǎn)移到參考點(diǎn) 電位為零 所做的功叫做該點(diǎn)的電位 電位實(shí)際上就是電路中某點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓 電壓常用雙下標(biāo) 而電位則用單下標(biāo) 電位的單位也是伏特 V 電位具有相對性 規(guī)定參考點(diǎn)的電位為零電位 因此 相對于參考點(diǎn)較高的電位呈正電位 較參考點(diǎn)低的電位呈負(fù)電位 電位 求開關(guān)S打開和閉合時a點(diǎn)的電位值 畫出S打開時的等效電路 b a d c c 顯然 開關(guān)S打開時相當(dāng)于一個閉合的全電路 a點(diǎn)電位為 S閉合時的等效電路 b a c S閉合時 a點(diǎn)電位只與右回路有關(guān) 其值為 d d 電位的計算 電路如下圖所示 分別以A B為參考點(diǎn)計算C和D點(diǎn)的電位及UCD 以A點(diǎn)為參考電位時 VC 3 3 9V VD 3 2 6V UCD VC VD 15V 以B點(diǎn)為參考電位時 VD 5V VC 10V UCD VC VD 15V 電路中某一點(diǎn)的電位等于該點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓 電路中各點(diǎn)的電位隨參考點(diǎn)選的不同而改變 但是任意兩點(diǎn)間的電壓不變 直流情況下 2 電壓 電場力把單位正電荷從電場中的一點(diǎn)移到另一點(diǎn)所做的功 其表達(dá)式為 注意 變量用小寫字母表示 恒量用大寫字母表示 電壓的國際單位制是伏特 V 常用的單位還有毫伏 mV 和千伏 KV 等 換算關(guān)系為 1V 103mV 10 3KV 電工技術(shù)基礎(chǔ)問題分析中 通常規(guī)定電壓的參考正方向由高電位指向低電位 因此電壓又稱作電壓降 從工程應(yīng)用的角度來講 電路中電壓是產(chǎn)生電流的根本原因 數(shù)值上 電壓等于電路中兩點(diǎn)電位的差值 即 電流 電壓的參考方向 對電路進(jìn)行分析計算時應(yīng)注意 列寫電路方程式之前 首先要在電路中標(biāo)出電流 電壓的參考方向 電路圖上電流 電壓參考方向的標(biāo)定 原則上任意假定 但一經(jīng)選定 在整個分析計算過程中 這些參考方向就不允許再變更 非關(guān)聯(lián)參考方向 關(guān)聯(lián)參考方向 實(shí)際電源上的電壓 電流方向總是非關(guān)聯(lián)的 實(shí)際負(fù)載上的電壓 電流方向是關(guān)聯(lián)的 因此 假定某元件是電源時 應(yīng)選取非關(guān)聯(lián)參考方向 假定某元件是負(fù)載應(yīng)選取關(guān)聯(lián)參考方向 電路中電位的概念及計算 在電路圖上預(yù)先標(biāo)出電壓 電流的參考方向 目的是為解題時列寫方程式提供依據(jù) 因?yàn)?只有參考方向標(biāo)定的情況下 方程式各電量前的正 負(fù)號才有意義 為什么要在電路圖中預(yù)先標(biāo)出參考方向 例如 設(shè)參考方向下US 100V I 5A 則說明電源電壓的實(shí)際方向與參考方向一致 電流為負(fù)值說明其實(shí)際方向與圖中所標(biāo)示的參考方向相反 參考方向一經(jīng)設(shè)定 在分析和計算過程中不得隨意改動 方程式各量前面的正 負(fù)號均應(yīng)依據(jù)參考方向?qū)懗?而電量的真實(shí)方向是以計算結(jié)果和參考方向二者共同確定的 思考回答 1 在電路分析中 引入?yún)⒖挤较虻哪康氖鞘裁?2 應(yīng)用參考方向時 你能說明 正 負(fù) 加 減 及 相同 相反 這幾對詞的不同之處嗎 電路分析中引入?yún)⒖挤较虻哪康氖?為分析和計算電路提供方便和依據(jù) 應(yīng)用參考方向時 正 負(fù) 是指在參考方向下 電壓 電流數(shù)值前面的正負(fù)號 如某電流為 5A 說明其實(shí)際方向與參考方向相反 某電壓為 100V 說明該電壓實(shí)際方向與參考方向一致 加 減 指參考方向下電路方程式中各量前面的加 減號 相同 是指電壓 電流為關(guān)聯(lián)參考方向 相反 指的是電壓 電流參考方向非關(guān)聯(lián) 檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果 下圖電路中若選定C為參考點(diǎn) 當(dāng)開關(guān)斷開和閉合時 判斷各點(diǎn)的電位值 求下圖電路中開關(guān)S閉合和斷開時B點(diǎn)的電位 試述電壓和電位的異同 若電路中兩點(diǎn)電位都很高 則這兩點(diǎn)間電壓是否也很高 1 1電路基礎(chǔ)知識 要使電流持續(xù)不斷沿電路流動 就需要一個電源 把正電荷從低電位移向高電位 這種使電路兩端產(chǎn)生并維持一定電壓差的能力叫做電動勢 在電源內(nèi)部 非電場力將單位正電荷從電源的低電位端 負(fù)極 移到高電位端 正極 所做的功 稱為電源的電動勢 用符號E表示 電動勢的單位也是伏特 V 外力將單位正電荷從電源負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極所做的功 E為電源電動勢 單位為伏特 A外為外力所做的功 單位為焦耳 Q為外力分離電荷電量 單位庫侖 E A外 Q 1 1電路基礎(chǔ)知識 電源的電動勢 電動勢 電源 非靜電力 1 1電路基礎(chǔ)知識 電動勢和電壓電動勢和電壓的單位相同 但二者概念有區(qū)別 首先 物理意義不同 電壓是衡量電場力作功大小的物理量 而電動勢則表示非電場力作功本領(lǐng)的物理量 其次 兩者的方向不同 電壓是由高電位指向低電位 是電位降低的方向 而電動勢相反 再次 存在的方式不同 電壓既存在電源內(nèi)部也存在電源的外部 電動勢僅存在于電源的內(nèi)部 1 1電路基礎(chǔ)知識 四 導(dǎo)體 絕緣體 半導(dǎo)體和導(dǎo)體電阻 原子核中有質(zhì)子和中子 其中質(zhì)子帶正電 中子不帶電 繞原子核高速旋轉(zhuǎn)的電子帶負(fù)電 自然界物質(zhì)的電結(jié)構(gòu) 導(dǎo)體的外層電子數(shù)很少且距離原子核較遠(yuǎn) 因此受原子核的束縛力很弱 極易掙脫原子核的束縛游離到空間成為自由電子 即導(dǎo)體的特點(diǎn)就是內(nèi)部具有大量的自由電子 半導(dǎo)體的外層電子數(shù)一般為4個 其導(dǎo)電性界于導(dǎo)體和絕緣體之間 絕緣體外層電子數(shù)通常為8個 且距離原子核較近 因此受到原子核很強(qiáng)的束縛力而無法掙脫 我們把外層電子數(shù)為8個稱為穩(wěn)定結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)中不存在自由電子 因此不導(dǎo)電 1 1電路基礎(chǔ)知識 1 1電路基礎(chǔ)知識 1 1電路基礎(chǔ)知識 當(dāng)外界電場的作用力超過原子核對外層電子的束縛力時 絕緣體的外層電子同樣也會掙脫原子核的束縛成為自由電子 這種現(xiàn)象我們稱為 絕緣擊穿 絕緣體一旦被擊穿 就會永久喪失其絕緣性能而成為導(dǎo)體 1 絕緣體是否在任何條件下都不導(dǎo)電 2 半導(dǎo)體有什么特殊性 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性雖然介于導(dǎo)體和絕緣體之間 但半導(dǎo)體在外界條件發(fā)生變化時 其導(dǎo)電能力將大大增強(qiáng) 若在純凈的半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)后 其導(dǎo)電能力甚至?xí)黾由先f乃至幾十萬倍 半導(dǎo)體的上述特殊性 使它在電子技術(shù)中得到了極其廣泛地應(yīng)用 1 1電路基礎(chǔ)知識 四 電阻 1 電阻的定義及特性 電阻 電子的運(yùn)動必然要和導(dǎo)體中的分子或原子發(fā)生碰撞 使電子在導(dǎo)體中的運(yùn)動受到一定的阻力 導(dǎo)體對電子的阻礙作用 稱為電阻 電阻用R表示 單位是歐姆 符號 1K 103 1M 103k 電阻元件圖符號 R 1 1電路基礎(chǔ)知識 1 1電路基礎(chǔ)知識 電阻 2 導(dǎo)體電阻的大小決定于導(dǎo)體的長度 截面積和自身材料 同一溫度下 公式表示為 R L S 為電阻系數(shù) 單位為 mm2 m L為導(dǎo)體長度 單位為米 m S為導(dǎo)體撗截面積 單位為平方毫米 mm2 電阻率 一般會隨溫度升高而增大 康銅 錳銅電阻率隨溫度變化較小 常用作標(biāo)準(zhǔn)電阻絕緣體與導(dǎo)體電阻 常見的電阻圖片 滑線電阻 磁盤電位器 琺瑯電阻 電阻箱 常見的電阻圖片 色環(huán)電阻 歐姆定律 U IR R U I I U R R U I 不變 不變 0 0 I U R 1 1電路基礎(chǔ)知識 五 歐姆定律 1 1電路基礎(chǔ)知識 六 電功 電功率與熱效應(yīng)1 電功將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能時 電流要做功 電流所做的功叫電功 由I Q t及U A Q得 A UQ IUtA I2Rt U2 Rt電功的單位是焦耳 J 1 1電路基礎(chǔ)知識 2 電功率單位時間內(nèi)電流所做的功叫電功率 P A tP IU I2R U2 R電功率的單位是瓦特 W 1kw 103w 106mwP1 EI 電源的電功率 P2 UI 負(fù)載功率 1 1電路基礎(chǔ)知識 3 電流的熱效應(yīng)Q I2Rt焦耳 J 這個關(guān)系式又叫愣次 焦耳定律 熱量Q的單位是J 為了避免設(shè)備過度發(fā)熱 根據(jù)絕緣材料的允許溫度 對于各種導(dǎo)線規(guī)定了不同截面下的最大允許電流值 又稱安全電流 1 1電路基礎(chǔ)知識 電阻的串聯(lián) 電阻的并聯(lián) 等效電路 串聯(lián)各電阻中通過的電流相同 并聯(lián)各電阻兩端的電壓相同 如果兩個串聯(lián)電阻有 R1 R2 則R R1 如果兩個并聯(lián)電阻有 R1 R2 則R R2 1 電阻的串聯(lián)與并聯(lián) 電阻的混聯(lián)計算舉例 解 Rab R1 R6 R2 R3 R4 R5 由a b端向里看 R2和R3 R4和R5均連接在相同的兩點(diǎn)之間 因此是并聯(lián)關(guān)系 把這4個電阻兩兩并聯(lián)后 電路中除了a b兩點(diǎn)不再有結(jié)點(diǎn) 所以它們的等效電阻與R1和R6相串聯(lián) 電阻混聯(lián)電路的等效電阻計算 關(guān)鍵在于正確找出電路的連接點(diǎn) 然后分別把兩兩結(jié)點(diǎn)之間的電阻進(jìn)行串 并聯(lián)簡化計算 最后將簡化的等效電阻相串即可求出 分析