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-【电工基础知识点笔记】-第一章电路的基本概念和基本定律第一节电路与电路模型一、电路的组成1 ：电路：是电流的通路，是由一些电气设备和元器件为完成特定功能按一定方式联接而成的。电源：电路中提供电能、电信号的设备。负载：使用电能的设备。2 ：原理电路图：为了画电路图时方便，人们用一些图形符号来代表各种电气设备和元器件，并将其连接。 二、电路模型1 ：电磁特性：电阻：是一个限流元件。电感：是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。电容：是一种容纳电荷的器件。2 ：理想元件：在一定的条件下突出其主要的电磁特性，忽略其次要特性的元件。 理想电路元件：经理想化后，成为只有某种单一电磁性能的元件，是实际元器件的近似。3 ：N 端元件：具有 N 个引出端钮的元件。4 ：电路模型：任何一个实际电路都可以用一些电路元件的组合来表示，从而得到的电路。三、电路、网络和系统1 ：电路：有理想元件组成的电路模型。 2 ：网络：较复杂的电路呈现的网状。3 ：系统：由若干个电路单元组成以实现某种功能的有机整体。4 ：信号：电路中反应信息特征的电流，电压。 5 ：激励：电路的输入信号。6 ：响应：电路的输出信号。第二节电路的基本物理量一、电流1 ：电流形成：电荷的定向移动。 2 ：电流定义：单位时间内通过导体横截面的电荷量。 3 ：电流方向：正电荷移动的方向。（国际规定）4 ：电流种类：直流电流：大小和方向都不随时间变化的电流。【用 I表示】周期电流：大小和方向均随时间周期变化的电流。交流电流：当周期电流在一个周期内的平均值为零的电流。【用 i表示】 5 ：电流公式：对于直流，若在时间t 内通过导体横截面的电荷量为Q ，则电流为对于交流，若在时间dt 内通过导体横截面的电荷量为dq ，则电流瞬间值为6 ：安培定义：1s 内通过导体横截面的电量为 1C 时，电流为 1A 。 7 ：参考方向：为了分析和计算电路的需要，可任选其中一个方向作为电流的参考方向，并用箭头标明。 【当电流实际方向与参考方向一致时，则电流为正值；反之亦然。】二电压1 ：电压定义：电路中ab 两点之间的电压表明单位正电荷由 a 点转移到b 点时所获得或失去的能量。是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。【电荷在电路中流动时，一定有能量交换发生。】2 ：电压公式：【如果正电荷由a 转移到b 时获得能量，则a 点为低电位端。反之亦然。】3 ：电压种类：直流电压：电压大小和极性都不随时间变化。【用 U 表示】交流电压：电压大小和极性均随时间周期性变化，且在一周期内平均值为零。【用 u 表示】4 ：伏特定义：当电场力将 1C 的电量从一点转移到另一点所做的功为 1J 时，两点间的电压为 1V 。5 ：电压方向：电压的实际方向为正极指向负极，即电压的正方向为电位降低的方向。 【Uab 表示由a 到 b 是电位降低的方向；Uab=-Uba】6 ：参考方向：电流参考方向与电压参考方向的选择本是相互独立的。为了方便起见，对同一段电路，电流参考方向由电压的“+ ”极端志向“-”极端。关联方向。7 ：电动势：在电源内部，电源力将单位正电荷由负极移动到正极所做的功。方向为负极指向正极。8 ：理想电源：电流流过电源内部没有能量损耗的电源。【理想电源的端电压用 Us 表示，数值= 电动势E】第三节 欧姆定律一电阻元件1 ：电阻元件定义：具有阻碍电流通过的作用。电流通过电阻时，必然转换能量。2 ：伏安特性：线性电阻：电压 U 与电流I 之间是线性关系的电阻。【真实情况不存在】非线性电阻：电压U 与电流I不成正比的电阻。二欧姆定律1 ：欧姆定律含义：电阻元件两端的电压与通过它的电流成正比。2 ：欧姆含义：当电阻元件两端的电压是 1V ，通过它的电流是 1A 时，该元件的电阻就是 1 。3 ：电导：电阻的倒数。【用 G 表示，单位S（西门子）】三开路与短路1 ：开路：二端元件，通过它的电流恒等于零。2 ：短路：二端元件，两端电压恒等于零。【无特别说明，导线可看作是电阻不存在】3 ：等效：只要伏安特性完全相同，则元件（电路、网络）等效。第四章正弦交流电路的基本概念和基本定律第一节正弦量一概念综述1 ：交流电：一般指大小和方向随时间作周期性变化的电压或电流。它的最基本的形式是正弦电流。 正弦交流电路：指电压和电流均按正弦规律变化的电路。【世界各国的电力系统，都采用正弦交流电压】2 ：交流电方向：当 i>0 （正半周）时，电流的实际方向与参考方向相同；反之亦然。 3 ：正弦量：正弦电压、电流等物理量的统称。正弦量的特征：表现为变化的快慢（频率or 周期）、取值的范围（振幅或有效值）和起始值（ 相位或初相）三个方面。【括号内的物理量统称为其三要素】二频率与周期1 ：周期：正弦量完成一个循环所需要的时间。【用“T”表示，单位：秒（s）】2 ：频率：每秒内经历的循环数。【用“f”表示，单位：赫兹（Hz ）】【我国基本采用 50Hz 作为电力标准频率，工程上称之为“工频”】角频率：频率的 2 倍。【用“ ”表示，单位：弧度每秒（rad/s）】三幅值与有效值1 ：瞬时值：正弦量在任意瞬间的值。【用小写字母表示：u,i】2 ：幅值：正弦量瞬时值中最大的值。【用附有下标 m 的大写字母表示：、】 【由于i，所以幅值确定了正弦量i变化的范围。】3 ：有效值在相同的电阻上分别通以直流电流和交流电流，经过一个交流周期的时间，如果它们在电阻上所消耗的电能相等的话，则把该直流电流（电压）的大小作为交流电流（电压）的有效值。【用大写字母表示】【交流电做功的效应往往不用幅值而是用有效值来计量的。】【周期电流的有效值，即瞬时值的瓶放在一个周期内平均后的平方根，故有效值又称方均根值】【工程上常说交流电压 220V 等和电器设备铭牌上所示值均为有效值；交流电表的刻度也是由有效值确定】【计算电路中各元件耐压值和绝缘的可靠性时，需用幅值】个人想法：其实有效值就是为了方便计算而取得交流电的“平均值”！四相位与初相1 ：正弦量表达式：2 ：相位角：角度（ +），简称相位。反映了正弦量变化的进程，对每一给定的时刻，都有相应的相位。初相为，电流的起始值。【单位：弧度（rad）】【初相范围：（-，+ ）】【初相的正负又其零点与计时起点在横轴上的相对位置而定】3 ：相位差：两个同频率正弦量的相位角之差。【用表示】【对于两个同频率正弦量来说，相位差等于初相之差，为定值、与计时起点的选择无关。】【从波形上看，即为相邻两个零点（峰值）之间所间隔的相位角】【由左图可知，u 先于i到达零（峰）点即称：相位上u 比 i超前角=i 比 u 滞后角】【左图中，和具有相同的初相，故相位差 =0 即称： 和同向或两者变化步调一致。】【左图中，和的相位差，即称：和反向或两者的变化过程完全相反。】第二节正弦量的相量表示法一复数概论1 ：复数：为复数的代数形式【j=；虚数单位】复平面：每个复数在复平面上都有一点 A （ ， ）与之对应； 或用复平面上的矢量表示。【其长度a 称之为复数A 的模；它与实轴正向之间的夹角 称之为幅角】为复数的极坐标形式2 ：坐标系转换公式：3 ：复数运算：即：复数相乘，其模相乘，幅角相加即：复数相除，其模相除，幅角相减二相量1 ：相量：用复数的模代表正弦量的振幅或有效值，用幅角代表正弦量的初相所得到的表示正限量的复数。【为了与一般的复数相区别，常在表示相量的大写字母上打“ ”】2 ：相量图：把几个同频率正弦量的相量展现在同一复平面上，因而得到的图形。【图中，电流相量分别与、 垂直，因此正弦电流分别与、 相位正交。】【图中，电流相量与共线反向，因此正弦电流 与反相。】【注意：文字符号的大小要分清，瞬时值和相量不要混淆。虽然其都代表同一物理量，并有一定的对应关系，但“对应”并不是“相等”。】第三节电阻元件及其交流电路一电压与电流的相量关系1 ：元件特性综述：每个元件的电压和电流关系应从两方面反映 两者有效值之比： 两者的相位之差： 【还应主意频率对其的影响。】2 ：电压与电流的关系式：（图中取）【由上可知：电压与电流是两个同频率正弦量。电压、电流的有效值（振幅）之间的关系仍然符合欧姆定律。在关联参考方向下，电压与电流同相位。】3 ：电压相量与电流相量之间的关系式：二平均功率1 ：瞬时功率：在任一瞬间，电压与电流的瞬时值的乘积。【用小写字母 p 表示】 2 ：瞬时功率相关性质：在电阻元件的交流电路中，u 和 i同相，其同时为正（负），步调一致故瞬时功率是非负值。即【瞬时功率为正，说明电阻元件总是接受能量而转换为热能。为不可逆的能量转换过程】3 ：平均功率：功率在一个周期内的平均值。【用大写字母 P 表示】【又称有功功率】【U 和 I是有效值，由于有效值是用直流值定义的。故其形式上与直流电路公式一样。】【通常各交流电器上所标的功率，均为平均功率】一电感元件第四节电感元件及其交流电路1 ：电感：变化着的磁场，在线圈中将产生感应电压的感应现象。【储存磁场能量】 【单位为：亨利（亨），用“H ”表示】2 ：电感元件的感应电压：【储能元件】【任一时刻，电感元件的电压并不取决于这一时刻电流的大小，而是与这一时刻电流的变化率成正比】【电感元件虽然有电流，如果电流不变（直流），其电压为零，此时，电感元件相当于短路】【其电压与电流的实际方向一致时，表面迪电感是从外部接受能量，并将能量储存起来；反之亦然】3 ：电感元件的磁场储能：【只要电感有电流，便会有磁场储能。与达到i的过程以及电压大小无关】【L 一定时，电流越大，磁场越强，储能越多】二电压与电流的相量关系1 ：电压与电流的关系式：【由上可知：电压与电流是两个同频率的正弦量电压与电流有效值（振幅）之比为在关联参考方向下，电压在相位上超前电流 】2 ：感抗：具有对交流电流进行阻碍作用的物理性质。【单位为“ ”】【当电感一定时，频率越高，感抗越大。故电感线圈对高频电流的阻碍作用很大。反之亦然。】3 ：电压相量与电流相量之间的关系式： 三无功功率1 ：瞬时功率：【在第一个 1/4 周期内，电流由零上升至峰值，这是磁场建立的过程，在此期间，u 、i实际方向相同， 瞬时功率为正，表明外电路向电感输送能量，并转化为磁能储存于线圈磁场内。第二个1/4 周期则反之。第三、第四同之，但电流和磁场方向相反。这是一种可逆的能量互换过程。】【由于磁场能量与电流平方成正比，故磁场储能与电流和磁场方向无关。】2 ：平均功率：【电感元件中没有能量消耗，只有电感与外电路之间的能量转换。】3 ：无功功率：等于电感瞬时功率的振幅。【单位为“无功伏安”，简称乏（var）】【反映了电感与外电路之间能量转换的规模】第五节电容元件及其交流电路一电容元件1 ：电容：衡量电容元件储集电荷能力的物理量。【用字母 C 表示】【单位为法拉（法），用“F”表示】 【若电容C 是常量，则电容器为线性电容元件】2 ：电容元件的电流：【储能元件】关联参考方向下，否则要加“-”【任一时刻，电容元件的电流并不取决于这一时刻电压的大小，而是与这一时刻电压的变化率成正比】【电容元件虽有电压，如果大小不变（直流），则电流为 0，这时，电容元件相当于开路】【其电流与电压的实际方向一致时，表明电容元件从外部接受能量，并转化为电场能量储存；反之亦然】3 ：电容元件的电场储能：【只要电容有电压，电容元件便有储能，与到达u 的过程以及电流大小无关】【一个充过电的电容元件脱离电源后仍能在较长时间里保持储能。】二电压与电流的相量关系1 ：电压与电流的关系式：【由上可知：电压与电流是两个同频率的正弦量电压与电流的有效值（振幅）之比为在关联参考方向下，电压滞后电流 】2 ：容抗：具有阻碍电流通过的物理性质。【单位为“ ”】【电容具有高频短路，直流开路的作用（理由略）】【感抗与容抗统称为电抗，其元件统称为电抗元件】3 ：电压相量与电流相量之间的关系式：三无功功率1 ：瞬时功率：2 ：平均功率：【电容元件中没有能量消耗，只有电容与外电路之间的能量转换】3 ：无功功率：电容的无功功率章节内容分析，参照电感的无功功率章节。