电工基础知识(全面)知识讲解

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1、电工基础知识 中山市技师学院 电工基础知识 第一节直流电路第二节单相交流电路第三节三相交流电路第四节电磁感应第五节晶体管与晶闸管 一 电路 1 电路及其组成电路 电流流通的路径电路的组成 电源 开关 负载和导线 2 电路图用电气符号描述电路连接情况的图 称电路原理图 简称电路图 内电路外电路内电路外电路 实际电路 电路图 电路的三种不同状态 3 电路的功能进行能量的转换 传输和分配实现信息的传递和处理 电能的传输示意图 扩音机电路示意图 二 电流 1 电流的形成电荷的定向移动形成电流 2 电流的方向习惯上规定正电荷移动的方向为电流的方向 因此电流的方向实际上与电子 带负电荷 移动的方向相反 3

2、 电流的大小在单位时间内 通过导体横截面的电荷量越多 就表示流过该导体的电流越强 若在t时间内通过导体横截面的电荷量是Q 则电流I可用下式表示 3 电流的测量 1 对交 直流电流应分别使用交流电流表和直流电流表测量 2 电流表必串接到被测量的电路中 3 直流电流表表壳接线柱上标明的 记号 应和电路的极性相一致 不能接错 否则指针要反转 既影响正常测量 也容易损坏电流表 4 要合理选择电流表的量程 三 电压 电位和电动势 1 电位和电压的单位的单位都是伏特 简称伏 V 2 规定参考点的电位为零 高于参考点的电位为正电位 低于参考点的电位为负电位 电路中任意两点之间的电位差就等于这两点之间的电压

3、3 电动势电动势表示电源将正电荷从电源负极经电源内部移到正极的能力用 电动势的符号为E 单位为V 电动势的方向规定为在电源内部由负极指向正极 4 电压的测量 1 对交 直流电压应分别采用交流电压表和直流电压表测量 2 电压表必须并联在被测电路的两端 3 直流电压表表壳接线柱上标明的 记号 应和被测两点的电位相一致 即 端接高电位 端接低电位 不能接错 否则指针要反转 并会损坏电压表 4 合理选择电压表的量程 其方法和电流表相同 电阻 导体的电阻是导体本身的一种性质 定义为 导体对电流的阻碍作用称为电阻 它的大小决定于导体的材料 长度和横截面积 可按下式计算 式中 称为材料的电阻率 电阻率的大小

4、反映了物体的导电能力 电阻率小 容易导电的物体称为导体 电阻率大 不容易导电的物体称为绝缘体 导电能力介于导体和绝缘体之间的物体称为半导体 电阻与温度的关系 各种材料的电阻率都随温度而变化 利用某些材料对温度的敏感特性 可以制成热敏电阻 电阻值随温度升高而减小的热敏电阻称为负温度系数的热敏电阻 电阻值随温度升高而增大的热敏电阻称为正温度系数的热敏电阻 电阻器 电阻器是组成电路的最基本的元件之一 1 电阻器的主要指标 标称阻值 允许偏差 额定功率 2 电阻器的标志方法 直标法 色环法 用万用表测量电阻 测量时注意以下几点 1 准备测量电路中的电阻时应先切断电源 切不可带电测量 2 首先估计被测电

5、阻的大小 选择适当的倍率挡 然后调零 即将两支表笔相触 旋动调零电位器 使指针指在零位 3 测量时双手不可碰到电阻引脚及表笔金属部分 以免接入人体电阻 引起测量误差 4 测量电路中某一电阻时 应将电阻的一端断开 电压 电位和电动势小结 定义 电压Uab电场力将单位正电荷从a点移到b点所做的功 电位Ua电场力将单位正电荷从a点移到参考点所做的功 电动势E外力将单位正电荷从电源负极移到正极所做的功 方向 电位的正负只表明它比参考点电位高还是低 电压的方向规定为由高电位指向低电位 正极指向负极 电动势的方向规定为在电源内部由负极指向正极 单位 单位为伏特 V 都用电压表测量 联系 电路中任意两点之间

6、的电位之差就等于这两点之间的电压 即Uab Ua Ub 故电压又称电位差 电位具有相对性 电压具有绝对性 电动势仅存在于电源内部 电流 电阻小结 定义 电荷的定向移动形成电流 电阻是导体对电流的阻碍作用 方向 电流由高电位流向低电位 单位 电流单位为安培 A 电阻单位为欧姆 存在 导体两端有一定的电压 才能有持续不断的电流 电阻是导体的固有属性 是客观存在的 与导体有没有电压无关 只与导体的材料性质 横截面积 度有关系 温度对导体的电阻也有一定的影响 部分电路欧姆定律 只含有负载而不包含电源的一段电路称为部分电路 定律内容 导体中的电流 与导体两端的电压成正比 与导体的电阻成反比公式 全电路欧

7、姆定律 全电路是含有电源的闭合电路 电源内部的电路称为内电路 电源内部的电阻称为内电阻 简称内阻 电源外部的电路称外电路 外电路中的电阻称为外电阻 内电路外电路 全电路欧姆定律又可表述为 E U外 U内即 电源电动势E等于U外和U内之和 电阻的联接 一 电阻的串联 把多个元件逐个顺次连接起来 就组成了串联电路 电阻串联电路的特点 1 电路中流过每个电阻的电流都相等 2 电路两端的总电压等于各电阻两端的分电压之和 3 电路的等效电阻 即总电阻 等于各串联电阻之和 电阻串联电路的特点 若已知R1和R2两个电阻串联 电路总电压为U 可得分压公式如下图所示 电阻串联电路的应用 并联电路 把多个元件并列

8、地连接起来 由同一电压供电 就组成了并联电路 电阻并联电路的特点 1 电路中各电阻两端的电压相等 且等于电路两端的电压 2 电路的总电流等于流过各电阻的电流之和 3 电路的等效电阻 即总电阻 的倒数等于各并联电阻的倒数之和 若已知和两个电阻并联 并联电路的总电流为I 可得分流公式如下 电阻并联电路的特点 电阻并联电路的应用 1 凡是额定工作电压相同的负载都采用并联的工作方式 这样每个负载都是一个可独立控制的回路 任一负载的正常启动或关断都不影响其他负载的使用 2 获得较小阻值的电阻 3 扩大电流表的量程 基尔霍夫定律 电路的基本术语 电路中的每一个分支称支路 它由一个或几个相互串联的电路元件所

9、构成 含有电源的支路称有源支路 不含电源的支路称无源支路 3条或3条以上支路所汇成的交点称节点 电路中任一闭合路径都称回路 一个回路可能只含一条支路 也可能包含几条支路 其中 最简单的回路又称独立回路或网孔 一 基尔霍夫第一定律 基尔霍夫第一定律又称节点电流定律 它指出 在任一瞬间 流进某一节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和 即 I进 I出 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 在应用基尔霍夫第一定律求

10、解未知电流时 可先任意假设支路电流的参考方向 列出节点电流方程 通常可将流进节点的电流取正 流出节点的电流取负 再根据计算值的正负来确定未知电流的实际方向 有些支路的电流可能是负 这是由于所假设的电流方向与实际方向相反 例题如图 I1 2A I2 3A I3 2A 试求I4 解 由基尔霍夫第一定律可知I1 I2 I3 I4 0代入已知值2 3 2 I4 0可得I4 3A式中括号外正负号是由基尔霍夫第一定律根据电流的参考方向确定的 括号内数字前的负号则是表示实际电流方向和参考方向相反 二 基尔霍夫第二定律 基尔霍夫第二定律又称回路电压定律 它指出 在任一闭合回路中 各段电路电压降的代数和恒等于零

11、 用公式表示为 U 0凡电流的参考方向与回路循环方向一致者 该电流在电阻上所产生的电压降取正 反之取负 电动势也作为电压来处理 即从电源的正极到负极电压取正 反之取负 1 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 电功和电功率 一 电功 电流所做的功 简称电功 即电能 用字母W表示 W UIt式中W U I t的单位分别用焦耳 J 伏特 V 安培 A 秒 s 电能的另一个常用单位是千瓦时 kW h 即通常所说的1度电 它和焦耳的换算关系为1kW h 3 6 106J 二 电

12、功率 电流在单位时间内所作的功称为电功率 用字母P表示 单位为瓦特 W 对于纯电阻电路 上式还可以写为 三 电流的热效应 电流通过导体时使导体发热的现象叫电流的热效应 电流流过导体时所产生的热量Q可用下式计算 焦耳 楞次定律 Q I2RtQ的单位是焦耳 J 这种热也称焦耳热 四 负载的额定值 电气设备安全工作时所允许的最大电流 最大电压和最大功率分别称为它们的额定电流 额定电压和额定功率 电气设备在额定功率下的工作状态称为额定工作状态 也称满载 低于额定功率的工作状态称为轻载 高于额定功率的工作状态称为过载或超载 由于过载很容易烧坏用电器 所以一般不允许出现过载 单相交流电路 一 什么是交流电

13、 交流电与直流电的根本区别是 直流电的方向不随时间的变化而变化 交流电的方向则随时间的变化而变化 稳恒直流电家庭使用的电视机显像管的偏转计算机中的正弦交流电电流方波信号 稳恒直流电 电压的大小和方向都不随时间而变化正弦交流电 电压的大小和方向按正弦规律变化非正弦交流电 一系列正弦交流电叠加合成的结果 二 交流电的产生 正弦交流电的产生设备交流电可以由交流发电机提供 也可由振荡器产生 交流发电机主要是提供电能 振荡器主要是产生各种交流信号 正弦交流电的产生过程 三 正弦交流电的周期 频率和角频率 周期T 交流电每重复变化一次所需的时间 用符号T表示 单位是s频率f 交流电在1秒内重复变化的次数

14、用符号f表示 单位是Hz角频率 正弦交流电1秒内变化的电角度 用符号 表示 单位是rad s 四 正弦交流电的最大值 有效值和平均值 最大值 正弦交流电在一个周期所能达到的最大瞬时值 又称峰值 幅值 最大值用大写字母加下标m表示 如Em Um Im 有效值 加在同样阻值的电阻上 在相同的时间内产生与交流电作用下相等的热量的直流电的大小 有效值用大写字母表示 如E U I 正弦交流电的有效值和最大值之间有如下关系为 有效值 最大值 0 707 最大值 平均值 由于正弦量取一个周期时平均值为零 所以取半个周期的平均值为正弦量的平均值 正弦电动势 电压和电流的平均值分别用符号Ep Up Ip表示 平

15、均值与最大值之间的关系是 有效值与平均值之间的关系是 五 正弦交流电的相位与相位差 1 相位在式中 表示在任意时刻线圈平面与中性面所成的角度 这个角度称为相位角 也称相位或相角 它反映了交流电变化进程 其中 为正弦量t 0时的相位 称为初相位 也称初相角或初相 2 相位差两个同频率交流电的相位之差称为相位差 用符号 表示 即两个同频率交流电的相位差就等于它们的初相之差 e1超前e2 e1与e2同相 e1与e2反相 e1与e2正交 正弦交流电的最大值反映了正弦量的变化范围 角频率反映了正弦量的变化快慢 初相位反映了正弦量的起始状态 最大值 角频率和初相位称为正弦交流电的三要素 正弦交流电的相量图

16、表示法 正弦交流电的相量图表示法为了与一般的空间矢量相区别 把表示正弦交流电的这一矢量称为相量 正弦交流电的相量用表示 但实际应用更多的是有效值相量 即将有向线段OA的长度定为正弦量的有效值 相应符号则改为 应用相量图时注意以下几点 1 同一相量图中 各正弦交流电的频率应相同 2 同一相量图中 相同单位的相量应按相同比例画出 3 一般取直角坐标轴的水平正方向为参考方向 逆时针转动的角度为正 反之为负 有时为了方便起见 也可在几个相量中任选其一作为参考相量 并省略直角坐标轴 4 用相量表示正弦交流电后 它们的加 减运算可按平行四边形法则进行 一个正弦量的相量图 波形图 解析式是正弦量的几种不同的表示方法 它们有一一对应的关系 但在数学上并不相等 如果写成则是错误的 纯电阻电路 纯电阻电路交流电路中如果只考虑电阻的作用 这种电路称为纯电阻电路 白炽灯 卤钨灯 电暖器 工业电阻炉等都可近似地看成是纯电阻电路 在这些电路中 当外电压一定时 影响电流大小的主要因素是电阻R 一 电流与电压的相位关系 设加在电阻两端的电压为实验证明 在任一瞬间通过电阻的电流i仍可用欧姆定律计算 即 上式表明 在正弦