电工基础知识65482课件.ppt
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- 电工 基础知识 65482 课件
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1、本章主要介绍电常用基本物理量、直流电路、交流电路、电磁感本章主要介绍电常用基本物理量、直流电路、交流电路、电磁感应等基本概念、定律,以及有关物理量间的相互关系,为识图、读图、应等基本概念、定律,以及有关物理量间的相互关系,为识图、读图、分析电路、电路设计打基础。分析电路、电路设计打基础。:、了解电的各主要物理量及基本公式的含义,弄清有关公式物、了解电的各主要物理量及基本公式的含义,弄清有关公式物理量以及各符号的意义和单位。理量以及各符号的意义和单位。、掌握各定律的内容及有关量间的关系,逐步学会分析电路的、掌握各定律的内容及有关量间的关系,逐步学会分析电路的方法。方法。、充分重视理论结合实际,将
2、学到的基础理论做为实际设计、充分重视理论结合实际,将学到的基础理论做为实际设计、安装、维修的理论依据。安装、维修的理论依据。EEEEE短路短路开路开路IUt tQ QI I 22S SI IJ J 2 26 62 2.5 5m mm m2 2A A1 12 25 5A AJ JI IS SabcoI1I2I可用箭头表示:可用箭头表示:I1 I2 I或用下标表示:或用下标表示:Iao Ibo Ioc 在分析和计算电路时,常常要求出电流方向,尤其是较复杂电路,在分析和计算电路时,常常要求出电流方向,尤其是较复杂电路,某段电路中实际电流方向难以确定,在这种情况下,要设定参考方向,某段电路中实际电流方
3、向难以确定,在这种情况下,要设定参考方向,参考方向任意任意设定,当计算结果大于零时(即为正值),假设参参考方向任意任意设定,当计算结果大于零时(即为正值),假设参考方向与实际电流方向相同;如果计算结果小于零时(即为负值),考方向与实际电流方向相同;如果计算结果小于零时(即为负值),那么假设参考方向与实际电流方向相反。那么假设参考方向与实际电流方向相反。abco4A3A 例:如图所示电路,求例:如图所示电路,求出出I Iaoao的大小和方向。的大小和方向。解:解:先设定先设定 I Iaoao的方向,如图所示的方向,如图所示根据基尔霍夫节点电流定律:根据基尔霍夫节点电流定律:I Iaoao+I+I
4、bobo=I=IococI Iaoao=I=Iococ-I-Ibobo 将已知数代入将已知数代入I Iaoao=3-4=-1A=3-4=-1A 得数为负值,实际电流方向为得数为负值,实际电流方向为I Ioaoa。i0t:无论无论t在什么时间段,电流在什么时间段,电流i大小幅度不变、方向不变,始大小幅度不变、方向不变,始终在正半周。终在正半周。:虽方向不变,始终在正半虽方向不变,始终在正半周,但大小幅度随周,但大小幅度随t的变化而不的变化而不断变化,有一定的交变成分。断变化,有一定的交变成分。i0t:直流电在接通和断开的瞬间都有个交变(即电流变化)过程。直流电在接通和断开的瞬间都有个交变(即电流
5、变化)过程。i0t电阻是反映物体对电流起阻碍作用大小的一个物理量。电阻是反映物体对电流起阻碍作用大小的一个物理量。电阻这一物理量可衡量物体的导电能力,物体电阻小导电能力电阻这一物理量可衡量物体的导电能力,物体电阻小导电能力就强,反之就弱。就强,反之就弱。电阻用字母电阻用字母R、r表示。表示。电阻的单位:欧姆,简称欧,用字母电阻的单位:欧姆,简称欧,用字母表示。表示。物体的电阻是客观存在的,不随电压的高低而变化。物体的电阻是客观存在的,不随电压的高低而变化。:物体的电阻跟物体长度成正比,跟物体截面积成反比,并与物体物体的电阻跟物体长度成正比,跟物体截面积成反比,并与物体的材料(电阻率)和温度有关
6、,可用以下公式表达的材料(电阻率)和温度有关,可用以下公式表达 S SL LR R R R:电阻(:电阻():电阻率(:电阻率(m m)L L:长度():长度()S S:截面积(:截面积(m m2 2):是与物体材料性质有关的物理量,称为电阻系数或电:是与物体材料性质有关的物理量,称为电阻系数或电阻率。它是指长度阻率。它是指长度1 1米,横截面米,横截面1 1平方毫米的某种材料的物体在平方毫米的某种材料的物体在2 2时的电阻值。单位:时的电阻值。单位:m m。不同的材料其电阻率也不同,下表列出几种常用金属的电阻率。不同的材料其电阻率也不同,下表列出几种常用金属的电阻率。材料名称材料名称2时的电
7、阻时的电阻 率率/m m电阻温度系数电阻温度系数/-1银银1.610-80.00361铜铜1.7210-80.0041金金2.210-80.00365铝铝2.910-80.00423钼钼4.7710-80.00478钨钨5.310-80.005铁铁9.7810-80.00625康铜(铜康铜(铜54%,镍,镍46%)5010-80.00004:表中温度系数表中温度系数,说明电阻率与温度有关,实验证明,物体的温,说明电阻率与温度有关,实验证明,物体的温度变化,电阻也随之变化,一般导体温度升高后,导体的电阻值随之度变化,电阻也随之变化,一般导体温度升高后,导体的电阻值随之增大,相对导电能力下降。(注
8、:导体碳相反)增大,相对导电能力下降。(注:导体碳相反)我们把温度升高我们把温度升高1时,电阻所产生的变动值与原电阻值的比值,时,电阻所产生的变动值与原电阻值的比值,称为电阻温度系数,用称为电阻温度系数,用表示,单位表示,单位1/t t1 1:变化前温度:变化前温度t t2 2:变化后温度:变化后温度R R1 1:t1t1时电阻值时电阻值R R2 2:t2t2时电阻值时电阻值 )t t(t tR RR RR R1 12 21 11 12 2 一般金属材料电阻温度系数很小,但温度很高时,电阻变化显著,一般金属材料电阻温度系数很小,但温度很高时,电阻变化显著,不可忽视。不可忽视。在实际工作中,我们
9、不但用电阻去衡量物体的导电能力,我们还在实际工作中,我们不但用电阻去衡量物体的导电能力,我们还将具有一定阻值物质制作成实体元件,称为电阻器。将具有一定阻值物质制作成实体元件,称为电阻器。电阻元件电阻元件:电阻值、功:电阻值、功率、允许偏差等。率、允许偏差等。:在直流电路中,:在直流电路中,常用于分压、分流、阻抗匹配等;交常用于分压、分流、阻抗匹配等;交流电路中,电阻器常用于限流。流电路中,电阻器常用于限流。:电阻:电阻:可变电阻:可变电阻:电位器:电位器:2800米L1L2L3R1R2R3R4R5R6abcdubuaucudFFaboLaoLboLab+-电场方向电场方向参参考考点点FFabo
10、LaoLboLab+-电场方向电场方向参参考考点点FFaboLaoLboLab+-电场方向电场方向参参考考点点Q QA AQ QA Ab bo ob ba ao oa aFFaboLaoLboLab+-电场方向电场方向参参考考点点FFaboLaoLboLab+-电场方向电场方向参参考考点点aboR1R2bacdU=6Vacacbcbcababacacbcbcadadbdbdababadadbdbd 我们已知道,电源是将非电能转换为电能的装置,那么衡量电我们已知道,电源是将非电能转换为电能的装置,那么衡量电源转换本领大小的物理量称为源转换本领大小的物理量称为电动势。电动势。为了进一步分析,我们以
11、发电机中的一段导为了进一步分析,我们以发电机中的一段导体为例,简述体为例,简述。金属导体内部存在着大量的自由电子,如金属导体内部存在着大量的自由电子,如对这些自由电子施加外力对这些自由电子施加外力FW(如:磁场、摩擦(如:磁场、摩擦等)会使其向导体的一端移动,等)会使其向导体的一端移动,-FW 我们已知道,电源是将非电能转换为电能的装置,那么衡量电我们已知道,电源是将非电能转换为电能的装置,那么衡量电源转换本领大小的物理量称为源转换本领大小的物理量称为电动势。电动势。电子移动的结果电子移动的结果,使导体的使导体的这一端积累了负电荷,而导体这一端积累了负电荷,而导体的另一端则因缺少电子呈现出的另
12、一端则因缺少电子呈现出正电荷积累,导体内正负电荷正电荷积累,导体内正负电荷的分离,在内部就产生了电场。的分离,在内部就产生了电场。-FW 这时电子除了受外力作用外,还要受到电场力这时电子除了受外力作用外,还要受到电场力FD的作用,电场力的作用,电场力和外力方向相反,对电子的继续移动起阻碍作用。和外力方向相反,对电子的继续移动起阻碍作用。-FWFD+-我们已知道,电源是将非电能转换为电能的装置,那么衡量电我们已知道,电源是将非电能转换为电能的装置,那么衡量电源转换本领大小的物理量称为源转换本领大小的物理量称为电动势。电动势。-FW-FWFD+-开始时,外力大于电场力,电子向一端移动,当两端电荷积
13、累到开始时,外力大于电场力,电子向一端移动,当两端电荷积累到一定程度,就是当电场力一定程度,就是当电场力FD与外力与外力FW相等时,电子停止了定向移动,相等时,电子停止了定向移动,导体两端电荷的积累处于稳定状态。导体两端电荷的积累处于稳定状态。-FWFD+-我们已知道,电源是将非电能转换为电能的装置,那么衡量电我们已知道,电源是将非电能转换为电能的装置,那么衡量电源转换本领大小的物理量称为源转换本领大小的物理量称为电动势。电动势。可以看出,在外力作用下,电子在导体中定向移动需要做功。正可以看出,在外力作用下,电子在导体中定向移动需要做功。正电荷与电子相对运动,在外力的作用下,单位正电荷从电源的
14、负极经电荷与电子相对运动,在外力的作用下,单位正电荷从电源的负极经电源内部移到正极所做的功,称为该电源的电动势,用字母电源内部移到正极所做的功,称为该电源的电动势,用字母E、e表示。表示。电动势的单位是伏特。电动势的单位是伏特。电动势方向是从低电位(电源负极)指向高电位(电源正极)。电动势方向是从低电位(电源负极)指向高电位(电源正极)。电动势可称为电位升。电动势可称为电位升。通过电动势产生过程的分析得知,电源两端具有不同的电位差,通过电动势产生过程的分析得知,电源两端具有不同的电位差,这电位差称电源端电压,简称电源电压,实际上电源电动势等于电源这电位差称电源端电压,简称电源电压,实际上电源电
15、动势等于电源两端的开路电压。两端的开路电压。:电动势仅存在于电源内部,而电源电压不仅存在于电源两端,而电动势仅存在于电源内部,而电源电压不仅存在于电源两端,而且也存在于电源外部,且两者方向相反。且也存在于电源外部,且两者方向相反。EUUE+-欧姆定律是电工理论中一个最基本、也是最重要的一个定律,欧姆定律是电工理论中一个最基本、也是最重要的一个定律,我们用它来分析计算线性电路中电流、电压、电阻三者的关系和大我们用它来分析计算线性电路中电流、电压、电阻三者的关系和大小。小。部分电路欧姆定律,它用于一个闭合电路中的某一段含电阻的部分电路欧姆定律,它用于一个闭合电路中的某一段含电阻的电路,不包括电源,
16、故又称无源支路欧姆定律。电路,不包括电源,故又称无源支路欧姆定律。:通过一段无源支路的电流,与支路两端电压成正比,与支路电通过一段无源支路的电流,与支路两端电压成正比,与支路电阻成反比。阻成反比。要满足以上条件,导体及电阻温度不变,电流与电压方向一致。要满足以上条件,导体及电阻温度不变,电流与电压方向一致。:R RU UI I 式中:式中:I支路电流(支路电流(A)U支路两端电压(支路两端电压(V)R电阻(电阻()上式也可表达成:上式也可表达成:I IR RU U I IU UR R 我们在实际工作中常用欧姆定律进行简单计算,如:一晶体管我们在实际工作中常用欧姆定律进行简单计算,如:一晶体管放
17、大电路中,我们需测量其中某一个三极管的基极、集电集、发射放大电路中,我们需测量其中某一个三极管的基极、集电集、发射极电流,利用欧姆定律和万用表,可在不改动线路的情况下,测量极电流,利用欧姆定律和万用表,可在不改动线路的情况下,测量并计算出各极电流。并计算出各极电流。:先用万用表测出先用万用表测出Rb、Rc、Re上降压,再上降压,再利用支路欧姆定律求得:利用支路欧姆定律求得:bceUcUbUeb bb bb bR RU UI Ic cc cc cR RU UI Ie ee ee eR RU UI I再如:再如:某设备中,直流某设备中,直流24伏电源需用发光二极管做电源指示,发光二伏电源需用发光二
18、极管做电源指示,发光二极管的发光参数:电压极管的发光参数:电压3V,电流,电流10mA。应串多少欧姆的电阻。应串多少欧姆的电阻R才能才能使发光二极管正常工作。使发光二极管正常工作。已知:已知:UR+UV=24V 那么那么UR=24-UV=24-3=21V IR=IV=10mA:+-DC24VRV应选电阻值:应选电阻值:由已知电流、电压,根据欧姆由已知电流、电压,根据欧姆定律算出电阻。定律算出电阻。2 21 10 00 00 0.0 01 12 21 1I IU UR RR RR R 应串接应串接2100电阻器对电阻器对指示支路进行降压、限流。指示支路进行降压、限流。前面讲过,如直流电路的极性不
19、知,计算前可对电流、电压方前面讲过,如直流电路的极性不知,计算前可对电流、电压方向假设标定,在电流、电压方向一致的基础上任意假定,看计算结向假设标定,在电流、电压方向一致的基础上任意假定,看计算结果,确定实际方向,正值,假定与实际相同;负值,则假定与实际果,确定实际方向,正值,假定与实际相同;负值,则假定与实际相反。相反。全电路是指有源的闭合回路,电源内部都存在内阻全电路是指有源的闭合回路,电源内部都存在内阻ro。两公式比较,全电路欧姆定律与部公支路欧姆定律所明显不同两公式比较,全电路欧姆定律与部公支路欧姆定律所明显不同的是,由于电路中含源,所以将电压的是,由于电路中含源,所以将电压U换为电动
20、势换为电动势E,并且全电路欧,并且全电路欧姆定律还要考虑电源内阻姆定律还要考虑电源内阻ro的存在。的存在。R RU UI I o or rR RE EI IroRI:通过该闭合回路的电流与回路的电动势成正比,与回路中全部通过该闭合回路的电流与回路的电动势成正比,与回路中全部电阻成反比。(这里的全部电阻,除要考虑电源内阻外,实际工作电阻成反比。(这里的全部电阻,除要考虑电源内阻外,实际工作计算有时还需要考虑线路电阻)。计算有时还需要考虑线路电阻)。它们的关系式:它们的关系式:r ro oR Rr rR RE EI II:回路电流(:回路电流(A)E:电源电动势(:电源电动势(V)R:负载电阻(:
21、负载电阻()ro:电源内阻(:电源内阻()Rr:线路电阻(:线路电阻()roRIRr例:已知:例:已知:E=110V,ro=0.2,Rr=0.4,R=9求:求:工作正常时的电流工作正常时的电流I I;负载两端短路时的电流负载两端短路时的电流I I;电源两端短路时电源两端短路时I I”。解:利用全电路欧姆定律可得解:利用全电路欧姆定律可得roRRrRrG1 11 1A A9 90 0.4 42 20 0.2 21 11 10 0R R2 2R Rr rE EI Ir ro o 正常工作时正常工作时 例:已知:例:已知:E=110V,ro=0.2,Rr=0.4,R=9求:求:工作正常时的电流工作正
22、常时的电流I I;负载两端短路时的电流负载两端短路时的电流I I;电源两端短路时电源两端短路时I I”。解:利用全电路欧姆定律可得解:利用全电路欧姆定律可得roRRrRrG 负载两端短路时负载两端短路时 1 11 10 0A A0 0.4 42 20 0.2 21 11 10 02 2R Rr rE EI Ir ro o 如无保护措施,发电机与线路均会短路时烧毁。如无保护措施,发电机与线路均会短路时烧毁。例:已知:例:已知:E=110V,ro=0.2,Rr=0.4,R=9求:求:工作正常时的电流工作正常时的电流I I;负载两端短路时的电流负载两端短路时的电流I I;电源两端短路时电源两端短路时
23、I I”。解:利用全电路欧姆定律可得解:利用全电路欧姆定律可得roRRrRrG 电源两端短路时电源两端短路时 如无有效保护措施,发电机将迅烧毁。如无有效保护措施,发电机将迅烧毁。5 55 50 0A A0 0.2 21 11 10 0r rE EI Io o 有时在实际计算时,还会碰到一段含源支路电路。通过一段含有时在实际计算时,还会碰到一段含源支路电路。通过一段含源支路的电流,不仅与支路电阻源支路的电流,不仅与支路电阻R R和端电压和端电压U U有关,还与支路电动势有关,还与支路电动势有关。有关。它们之间的关系式,根据电流、电压、电动势的方向来确定不同它们之间的关系式,根据电流、电压、电动势
24、的方向来确定不同的表达式:的表达式:E E、U U、I I三者方向一致三者方向一致 E E、与、与U U、I I方向相反方向相反 U U与与I I、E E三方向相反三方向相反 E E、U U方向与方向与I I方向相反方向相反 R RU UE EI IR RU UE EI IR RU UE EI IR RU UE EI I以上可看出以上可看出U、E这两个物理量,若与电流方向一致取这两个物理量,若与电流方向一致取“正正”,若,若与电流方向相反取与电流方向相反取“负负”。电路中,二个以上电阻(可视为阻性负载)首尾依次连接成串,电路中,二个以上电阻(可视为阻性负载)首尾依次连接成串,这种连接方式叫串联
25、。以这种方式组成的电路称为这种连接方式叫串联。以这种方式组成的电路称为,它没,它没有分支,只有一条电路通道。有分支,只有一条电路通道。1、串联电路中流过每个电阻、串联电路中流过每个电阻的电流都相等。的电流都相等。I=I1=I2=I3因为在电压因为在电压U的作用下,每个电阻都有电流流过,由于串联电路的作用下,每个电阻都有电流流过,由于串联电路无分支路,只有一条电流通路,且电流有不可蓄存特性(无分支路,只有一条电流通路,且电流有不可蓄存特性(I入入=I出出),所以流过每个电阻上的电流都等于流入或流出电流。),所以流过每个电阻上的电流都等于流入或流出电流。在实际工作中,我们利用这一特点对线路、设备限
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