2023年中职电工基础概念全面汇总归纳.pdf

1 1.1 电路 1、电路 由电源、用电器和控制器（开关）用导线连接起来的网络 2、电路的三种状态 通路：也称闭路。电路正常运行 特征：有电流流过 断路：也称开路。电源和用电器断开连接，电路不能正常运行 特征：无电流流过 短路：也称捷路。电源或部分电路通过导线形成回路 特征：电流很大。（尽量避免）3、电路抽象（电路图）为了便于交流、传达、分析，把实物用电路符号组成的电路称为电路图，也称电路模型 电路符号：把电路各组成部分用特定的符成号来表示 电路图：用电路符号描述的电路 1.2 电流 1、电流 电荷的定向移动形成电流 2、产生电流的条件 自由电荷 电场力 3、电流强度 单位时间内从导体某截面所通过的电荷电量 公式：I=tq 单位：电流：A（安培）电荷量：C（库仑）时间：S（秒）1A=103mA=106uA 4、电流方向 规定正电荷移动的方向为电流方向 1.3 电阻 1、电阻 导体中的自由电子在运动中跟正离子频繁碰撞，这种碰撞阻碍了自由电子的定向移动，表示这种阻碍作用的物理量成为电阻 导体的电阻是由它本身的物理条件，即长度、横截面积、材料的性质和温度决 2 定的 公式：R=Sl 单位：电阻：(欧姆)电阻率：m（欧米）长度：m（米）面积：m2（平方米）1=10-3K=10-6M 2、电阻温度系数 公式：=)12(112ttRRR 单位：1/温度对导体电阻率的影响：一方面：温度升高时，分子平均热运动速度加快（分子的活动空间范围变大，受电子撞击的可能性增强），对正在定向移动的自由电子的阻碍作用增强，使得导体的电阻率升高；另一方面：温度升高时，外层电子能量也会增加，部分获得能量的电子会产生能级跃迁，变成自由电子，使导体内自由电子数量增加，导电性能增强，电阻率降低。正温度系数（PTC）绝大多数的物质，温度升高后电阻率会增大，称为正温度系数（PTC）。原因是以上论述的第一方面的影响大于第二方面的影响，导电性能减弱，电阻率升高。负温度系数（NTC）还有些物质（比如半导体材料和一些热敏材料），在温度升高时电阻率会减小，称为负温度系数（NTC）。原因是以上论述的第二方面的影响大于第一方面的影响，导电性能增强，电阻率降低。1.4 部分欧姆定律 1、部分欧姆定律 导体中的电流与它两端的电压成正比，与它的电阻成反比 公式：I=RU 或 U=RI 单位：电压：V（伏特）、A（安培）、（欧姆）2、电阻伏安特性曲线 线性电阻 电阻元件的伏安特性曲线是过原点的直线 非线性电阻 电阻元件的伏安特性曲线不是直线 注：通常所说的电阻都是指线性电阻 1.5 电能和电功率 1、电能 电做功的大小 公式：W=qU=UIt 3 单位：电能：J（焦）、电压：V（伏特）、电流：A（安培）、时间：s（秒）。另一种描述电能（电功）的单位“度”转换关系：1 度=1KW H=3.6106J 注：电流做功的过程实际上就是电能转化为其他形式的能的过程 2、电功率 用来描述用电器耗电的大小（一般描述用电器的耗电能力）公式:P=tW=ttUI=UI 单位：功率：W（瓦特）、电压：V（伏特）、A（安培）3、焦耳定律 规定 Q是电源对电阻供电所产生的热量 W是电源对电阻所提供的电能 根据能量守恒定律 Q=W 公式：Q=I2Rt W=I2Rt 单位：电能：J（焦）另外从 W=UIt和 I=RU W=I2Rt =UIt=RU2t 2.1 电动势 闭合电路的欧姆定律 1、电动势 电源内部非静电力将单位正电荷从电源负极移动到电源正极所做的功 注：电源电动势不随外电路的电阻而改变，但电源加在外电路两端的电压会随着外电路的电阻而改变 2、闭合电路欧姆定律 公式：E=RI+R0I 或 I=0RRE 单位：电动势：V（伏特）、电流：A（安培）、电阻：（欧姆）两种特殊情况 当外电路断开时，R变成无穷大，I 变为零，R0I 也变为零，U=E，这表明外电路断开时的端电压等于电源的电动势 当外电路短路时，R趋近于零，端电压 U也趋近于零，这时电流最大 公式：I=0RE 4 单位：电动势：V（伏特）、电流：A（安培）、电阻：（欧姆）3、电源向负载输出的最大功率 当 R=R0时电源向负载输出的功率最大 输出的最大功率为 公式：Pm=RE42=024RE 单位：功率：W（瓦特）注：当电源给定而负载可变，外电路的电阻等于电源的内阻时，电源的输出功率最大，这时称为负载与电源匹配 2.2 电阻的串联 1、串联电路的两个基本特点：电路中各处的电流相等 电路两端的总电压等于各部分电路两端的电压之和 2、串联电路的三个重要性质：串联电路的总电阻 等于各串联电阻之和 串联电路的电压分配 串联电路中各个电阻两端的电压跟它的阻值成正比 串联电路的功率分配 串联电路中各个电阻消耗的功率跟它的阻值成正比 2.3 电阻的并联 1、并联电路的两个基本特点：电路中各支路电压相等 电路中的总电流等于各支路的电流之和 2、并联电路的三个重要性质：并联电路的总电阻 并联电路总电阻的倒数等于各个电阻倒数之和 并联电路的电流分配 并联电路中通过各个电阻的电流与它的阻值成反比 并联电路的功率分配 并联电路中各个电阻消耗的功率跟它的阻值成反比 2.4 电阻的混联 1、混联电路计算的一般步骤：1）对电路进行等效变换 5 2）计算各串联、并联电路的等效电阻，求总电阻 3）计算出总电流 4）利用串联分压和并联分流的方法计算各电阻中的电流和电压 2.5 电压表和电流表 1、电压表 在微安表或毫安表上串联一电阻 2、电流表 在微安表或毫安表上并联一电阻 2.6 电阻的测量 1、伏安法 根据欧姆定律进行测量 R=IU 电压表的特点：使用特点：并联在电阻两端 性能特点：电压表电阻值很大（内阻很高）电流表的特点：使用特点：电流表串联在电路当中。性能特点：电流表内阻很小，相当于一条导线。电流表外接法 特点：电流表所测的电流=被测电阻中的电流+电压表分流。当被测电阻较小时，宜采用该接法。因电压表内阻很大，电压表分流可忽略不计。电流表内接法 特点：电压表所测的电压=被测电阻两端电压+电流表降压。当被测电阻较大时，宜采用该接法，因电流表内阻很小，电流表降压可忽略不计。2、电桥法 根据电桥平衡时，两个支路串联电阻分压比相等的原理，计算出被测电阻的阻值。如下图所示，R1、R2和 R3阻值已知，R?为待测电阻。当电桥平衡时：Va=Vb U1=I1R1 U2=I1 R2 R2I1R1I1U2U1=R2R1 U3=I2R3 U?=I2 R?R?I2R3I2U?U3=R?R3 U2U1=U?U3 R2R1=R?R3 R?=R1R3R2 6 2.7 电路中个点电位的计算 一、基本概念 1、电位（两种情况）规定处为 0 电位。电场力将正电荷（q）从电场中某点（a 点）移动到处所做的功（Aa）除以该电荷带电量，称为该点电位。记作 Va。qAaVa 电场力将负电荷（q）从处移动到电场中某点（b 点）所做的功（Ab）除以该电荷带电量，称为该点电位。记作 Vb。qAbVb 注：电场中某点的电位值与电荷无关，属电场中该点的固有特性！2、电压 电场中将正电荷从 a 点移动到 b 点所做的功除以电荷电量，称 a 点到 b 点的电压。记作Uab。qAabUab 3、电压和电位差的关系 abbabaabVVUVVU,即abbaUU 二、电位的计算步骤 1、确定 0 电位点；2、假定电流方向；3、按照一定的绕行方向，确定电位升降。电位升记为“+”，电位降记为“-”。三、电位升降的确定方法 1、电阻 在电路中绕行计算电位升降的过程中，电阻上顺着电流方向为电位降，逆着电 流的方向为电位升。在电阻里的电流始终从高电位点流向低电位点。2、电源 在电路中绕行计算电位升降的过程中，电源上顺着电动势方向为电位升，逆着 电动势方向为电位降。电源内部电动势的方向始终从负极指向正极。7 3.1 基尔霍夫定律 1、简单直流电路 利用欧姆定律可以求解的电路 2、复杂直流电路 利用电阻的串联、并联和欧姆定律不能直接求解的直流电路 3、支路 由一个或几个元件串联构成的无分支电路 4、节点 三个或三个以上支路的汇合点 5、回路 电路中任意一条闭合的电路 6、网孔 不包含支路的回路 7、基尔霍夫电流定律（KCL定律）针对节点而言，描述节点电流规律的一种定律 算术表达：在电路中，流入节点的电流之和等于流出节点电流之和。代数表达：在电路中，流入流出某节点电流的代数和为零。约定：为计算方便，一般将流入节点电流记为正“+”，流出节点电流记为“-”。8、基尔霍夫电压定律（KVL定律）针对回路而言，描述回路电压规律的一种定律 算术表达：在电路中，对于某一回路，从某点出发绕行一圈电压升之和等于电压降之和。代数表达：在电路中，对于某一回路，从某点出发绕行一圈电压升降代数和等于零。约定：为计算方便，一般将电位升记为“+”，电位降记为“-”。3.2 支路电流法 1、支路电流法的内容 对于一个复杂电路，先假定各支路的电流方向、确定回路绕行方向，再根据基尔霍夫定律列出节点电流方程和回路电压方程，然后联立求解，称为支路电流法。8 具体步骤如下：1）对电路中需要求解的相关位置，给予假定的电流方向，电流方向的假定可随意。2）选定节点，根据 KCL定律列 n-1（n 表示有 n 个节点）个节点电流方程式。3）选定不同的回路，根据 KVL定律列出 m-(n-1)个回路电压方程式。（注：其中 m表示有 m条支路）4）最后联立求解。3.3 叠加定理 1、叠加定理的内容 将复杂直流电路通过一定的方法变换为简单直流电路。具体步骤如下：1）有几个电源存在就分解出几个简单直流电路。2）只保留其中一个电源的电动势和内阻，其余电源仅保留其内阻。3）利用欧姆定律对简单直流电路进行求解，并标出电源电压极性和电流的方向。4）对各简单直流电路中相应元件的端电压和其中电流进行求和运算。电源等效变换的原则：1）电压源作短路处理，内阻保留。2）电流源作开路处理，内阻保留。注：1、叠加定理只对线性电路能够求解。2、叠加定理只能用来求电路中的电压或电流，而不能用于计算功率。3.4 戴维南定理 一、二端网络（抽象概念）1、网络：就是电路的统称 2、电路：电流的通路 3、二端网络：具有二个引出端的电路。4、输入电阻：将二端网络的电源作等效处理之后，在两个引出端等效的电阻。5、开路电压：有源二端网络在两个引出端对外开路时的端电压。二、戴维南定理 1、概念 任何线性的、复杂的有源二端网络，都可等效成一个实际电源，称为戴维南电源。该电源的电动势（戴维南电动势）和一个内阻（戴维南内阻）串联。2、等效电动势和内阻等效的方法 等效原则：1）电压源短路 2）电流源开路 3）电源内阻保留 3.5 两种电源模型 一、基本概念 9 1、模型：通过数学或物理的方法抽象或描述的符号。2、理想电压源：输出电压恒定，电流可变。3、理想电流源：输出电流恒定，电压可变。4、实际电压源：一个理想电压源和一个内阻串联。5、实际电流源：一个理想电流源和一个电阻并联。6、理想电压源的特性及标准符号 7、理想电流源的特性及标准符号 8、实际电压源的标准符号 9、实际电流源的标准符号 10、理想电压源和电流串、并联等效分析 二、电压源和电流源的等效变换 注意：理想的电压源和理想的电流源不可等效，只有实际的电压源和实际的电流源可以 等效。UsUsR0 Is Rs Is 10 电压源和电流源的等效变换的具体步骤 1）将实际电压源和实际电流源短路，短路电流相等。0RUsIs 2）将实际电压源和实际电流源开路，开路电压相等。sssRIU 4.1 电容器和电容 一、电容器 任何两个彼此绝缘而又互相靠近的导体都可以组成电容器。二、电容 1电容器两极所带的电荷量越多，产生的电压也越高，且对于一定的电容器，极板上所带电荷量与极板间电压的比值是常数，这一比值为电容器的电容。公式：UqC 单位：电容 C：F（法拉）、电荷量 q：C（库伦）、两极板间的电压 U：V（伏特）转换关系：1F=106 F=1012 pF 三、平行板电容器的电容 1平行板电容器的电容与介电常数成正比，与正对面积成正比，与极板的距离成反比。公式:dSC 单位：介电常数：F/m（法拉/米）、正对的面积 S：m2（平方米）、两极板间的距离 d：m（米）电介质的介电常数由介质的性质决定的。真空介电常数 mF/1086.8120 相对介电常数 0 4.2 电容器的连接 1、电容器的串联 1）电容器的串联：把几只电容器的极板首尾相接，连成一个无分支电路的连接方式。如图 11+q-q+U1-+q-q+U2-+q-q+U3-U 2）串联的性质 设各电容为 C1、C2、C3的电容器上的电压为 U1、U2、U3 11CqU；22CqU；33CqU 321321111CCCqUUUU 3211111CCCC 结论：（1）串联电容的总电荷量等于各电容带电量。321qqqq（2）串联电容的总电压等于各电容端电压之和。321UUUU（3）串联电容的总电容的倒数等于各电容的电容倒数之和。3211111CCCC 3）串联的作用：增大耐压，但电容减小。2、电容器的并联 1）电容器的并联：把几只电容器的正极连在一起，负极也连在一起，这就是电容器的并联。如图所示。C1C2C3U+q1-q1-q2-q3+q2+q3 2）电容器的性质 12 设每只电容器的电压都是 U，电容分别为 C1、C2、C3，所带电荷量分别为 q1、q2、q3。UCq11 UCq22 UCq33 UCCCq)(321 321qqqq 3）结论：（1）并联电容的总电荷量等于各电容带电量之和。321qqqq（2）并联电容的总电压等于各电容量两端电压。321UUUU（3）并联电容器的总电容等于各电容器的电容之和。321CCCC 4）并联的作用：耐压不变，但电容增大。4.3 电容器的充电和放电 1、电容器的充电 开关 S 合向 1，电容器充电。1）现象：（1）白炽灯开始较亮，逐步变暗。（2）A1的读数由大变小。（3）V 的读数变大。（4）最后A1指向 0，V 的大小等于 E。2）解释：电源正极向极板供给正电荷，电源负极向极板供给负电荷。电荷在电路中形成定向移动，产生电流，两极板间有电压。S 刚合上时，电源与电容器之间存在较大的电压，使大量电荷从电源移向电容器极板，13 产生较大电流，随着电荷的增加，电压减小，电流减小。当电容器两端电压等于电源电压时，电荷停止定向移动，电流为 0，灯不亮。2、电容器的放电 S 合向 2，电容器放电。1）现象：（1）白炽灯开始较亮，逐渐变暗，直至熄灭。（2）A2开始较大，逐渐变小，电流方向与刚才充电方向相反，直至指示为 0。（3）开始V 指示为E，逐渐下降，直至为 0。2）解释：放电过程中，由于电容器两极板间的电压使回路中有电流产生。开始这个电压较大，因此电流较大，随着电容极板上的正、负电荷的中和，极板间的电压逐渐减小，电流也减小，最后放电结束，极板间不存在电压，电流为零。3）结论：当电容器极板上所储存的电荷发生变化时，电路中就有电流流过；若电容器极板上所储存的电荷量恒定不变时，则电路中就没有电流流过。电路中的电流为 公式：tqitucC 3、电容器的质量判别 1）用 R 100 或 R 1k 挡。2）将万用表分别与电容器两端接触，指针发生偏转并回到接近起始的地方，说明电容器的质量很好。3）若指针偏转后回不到起始位置的地方，而停在标度盘的某处说明电容器的漏电很大，这时指针所指出的电阻数值即表示该电容器的漏电阻值。4）若指针偏转到零位置之后不再回去，则说明电容器内部已经短路；如果指针根本不 偏转，则说明电容器内部可能断路，或电容量很小。4、电容器中的电场能量 1）充电时，qUc电压与电荷量成正比：q=CUC 2）电源输入电荷量为 q 时所做的总功，也就是存储于电容器中的总能量。公式：22121CCCCUqUW 单位：电容器的电容 C：F（法拉）14 电容器两端的电压 UC：V（伏特）电容器所带的电荷量 Q：C（库仑）电容器储存的电场能量 W：J（焦耳）3）结论：电容器中存储的电场能量与电容器的电容成正比，与电容器两极板之间的电压平方成正比。4）电容器是一种储能元件，当电容器两端电压增加时，电容器便从电源吸收能量储存在它两极板的电场中，当电容器两端电压降低时，它便把储存的电场能量释放出来。电容器本身只与电源进行能量交换，不消耗能量。5.1 电流的磁效应 一、基本概念 1、磁现象：对铁、钴、镍等物质具有吸引力的现象，称磁现象。2、磁体：产生磁现象的物体，称为磁体。3、磁场：在磁体周围对铁、钴、镍等物质产生吸引力的一种特殊物质，称为磁场。4、天然磁体：就是天然具有磁性的物质，如地球和天然磁石等。5、磁场的方向：在磁场中任一点，小磁针静止，N极所指的方向为该点的磁场方向。6、磁感线：在磁场中画出一些曲线，在曲线上每一点的切线方向都与该点的磁场方向相同。7、人工磁体：电流产生磁场。1）通电直导体产生的磁场 直线电流所产生的磁场方向可以用安培定则（也称为右手螺旋法则）来判定：用右手握住导线，让伸直的大拇指向电流方向，那么弯曲的四指所指向的就是磁场环绕的方向。2）环形电流的磁场 环形电流所产生的磁场方向也用安培定则来判定：让弯曲的四指向环形电流的方向，那么伸直的大拇指所指向的就是环形导线中心轴线上磁场的方向。3）通电螺线管的磁场 通电螺线管的磁场方向也用安培定则来判定：用右手握住通电螺线管，让弯曲的四指指向电流方向，那么大拇指所指方向就是螺线管内部磁场的方向，也就是说，大拇指指向通电螺线管的 N极。5.2 磁场的主要物理量 1、磁感应强度 利用通电直导体在磁场中受力大小来描述磁场强弱的物理量。公式：l IFB（条件：导线垂直于磁场方向）B可用高斯计测量，用磁感线的疏密可形象表示磁感应强度的大小。单位：力 F：N（牛顿）、电流 I：A（安培）、长度 l：m（米）、磁感应强度 B：T（特斯拉）B是矢量，方向：该点的磁场方向。2、匀强磁场 15 在磁场的某一区域，若磁感应强度的大小和方向都相同，这个区域叫匀强磁场。3、磁通 设在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，磁场的磁感应强度为 B，平面的面积为S，定义磁感应强度 B与面积 S 的乘积，称为穿过这个面的磁通量（简称磁通）。公式：BS（条件：B S；匀强磁场）单位：韦伯（Wb）公式：SB B可看作单位面积的磁通，叫磁通密度。4、磁导率 1）表示媒介质导磁性能的物理量。真空中磁导率：公式：mH 70104 相对磁导率：某种物质的实测磁导率（绝对磁导率）与真空中磁导率的比值。公式：0 2）1顺磁性物质；1铁磁性物质。前面两种为非铁磁性物质 1，铁磁性物质不是常数。5、磁场强度 H 1）表示磁场的性质，与磁场内介质无关。公式：BH 或0HB 一个 N匝线圈绕在一个闭合的磁回路上通电流 I，如果磁回路的平均长度为 L，则磁回路中的磁场强度为：公式：lINH 磁场强度是矢量，方向和磁感应强度的方向一致。单位：磁场强度 H：Am（安米）5.3 磁场对通电导线的作用力 16 一、磁场对通电导线的作用力 1力的大小 当电流方向与磁场方向垂直时:BIlF（适用于：一小段通电导线；匀强磁场）若电流方向与磁场方向平行:0F 若电流方向与磁场方向间有一夹角，则 sinBIlF 讨论：2,BIlF 最大；0，0F最小。单位：力 F:N（牛顿）、长度 L：m（米）、磁感应强度 B：T（特斯拉）。2力的方向 用左手定则判定：伸出左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直穿入手心，并使四指指向电流方向，大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中受力的方向。二、电流表的工作原理（磁电式）1匀强磁场对通电线圈的作用力 2磁场使线圈偏转的力矩 公式：IKIdBldIBldBIlFdM11sinsinsin 上式说明，线圈的偏转力矩和线圈中的电流大小成正比。弹簧产生的力矩 公式：22KM 上式说明，弹簧的力矩和线圈旋转的角度成正比。两力矩平衡（21MM）时，线圈就停在某一偏转角上，指针指到刻度盘的某一刻度，刻度是均匀的。这时说明线圈（指针）偏转的角度和线圈中的电流成正比。因此，用指针偏转的位置可以表示线圈中电流的大小。17 3优点 刻度均匀，准确度高，灵敏度高。缺点：价格贵，对过载很敏感。5.4 铁磁性物质的磁化 一、铁磁性物质的磁化 本来不具磁性的物质，由于受磁场的作用而具有磁性的现象称为磁化。只有铁磁性物质 才能被磁化，而非铁磁性物质是不能被磁化的。铁磁性物质能够被磁化的内因：因为铁磁性物质是由许多称为磁畴的磁性小区域所组成的，每一个磁畴相当于一个小磁铁，在没有外磁场作用时，磁畴排列杂乱无章，磁性互相抵消，对外不显磁性。但在外磁场的作用下，磁畴就会沿着磁场的方向做取向排列，形成附加磁场，从而使磁场显著增强。有些铁磁性物质在去掉外磁场以后，磁畴的一部分或大部分仍然保持取向一致，对外仍显示磁性，这就成了永久磁铁。二、磁化曲线 铁磁性物质的 B随 H而变化的曲线称为磁化曲线，又称为 B-H曲线。三、磁滞回线 1、剩磁：当 H减至零时，B值不等于零，而是保留一定值称为剩磁。2、退磁曲线：为了消除剩磁，必须外加反向的磁场，随着反方向磁场的增强，铁磁性物质逐渐退磁，当反向磁场增大到一定的值时，B值变为零，剩磁完全消失，这一段曲线称为退磁曲线。3、矫顽磁力：剩磁完全消失时的 H值是克服剩磁所加点的磁场强度，称为矫顽磁力。4、磁滞回线：B的变化总是落后于 H的变化，这种现象称为磁滞现象。经过多次循环，可以得到一个封闭的对称于原点的闭合曲线，称为磁滞回线。四、铁磁性物质的分类 1、软磁性物质：软磁性物质的磁滞回线窄而陡，回线所包围的面积比较小。因而在交变磁场中的磁滞损耗小，比较容易磁化，但撤去外磁场，磁性基本消失，即剩磁和矫顽磁力都较小。2、硬磁性物质：硬磁性物质的磁滞回线宽而平，回线所包围的面积比较大，因而在交变磁场中的磁滞损耗大，必须用较强的外加磁场才能使它磁化，但磁化以后撤去外磁场，仍能保留较大的剩磁，而且不易去磁，即矫顽磁力也较大。3、矩磁性物质：矩磁性物质具有矩形磁滞回线的铁磁性物质。它的特点是当很小的外磁场作用时，就能使它磁化并达到饱和，去掉外磁场时，磁感应强度仍然保持与饱和时一样。4、压磁性物质：这类材料的特点是在外加磁场作用下会发生机械形变，故又称磁致伸缩材料，它的功能是作磁声或磁力能量的转换。5.5 磁路的基本概念 1、磁路 磁通经过的闭合路径。2、主磁通 18 磁通沿铁芯、衔铁和工作气隙构成回路，这部分磁通称为主磁通。3、漏磁通 有一部分磁通没有经过工作气隙和衔铁，而经空气自成回路，这部分磁通称为漏磁通。4、磁动势 通过线圈的电流和线圈匝数的乘积，称为磁动势（也称磁通势）公式：NIEm 5、磁阻 磁通通过磁路时所受到的阻碍作用，称为磁阻。与导体的电阻相似，磁路中磁阻的大小与磁路的长度 L 成正比，与磁路的横截面积 S成反比，并与组成磁路的材料的性质有关：公式：SlRm 单位：磁阻 Rm：1/H、磁导率：H/m、长度 L：m、截面积 S：m2 6、磁路的欧姆定律 公式：mmRESlINSlINSHBS 6.1 电磁感应现象 1、实验一 闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动 现象：有电流产生 2、实验二 磁铁插入线圈中做切割磁感线运动 现象：有电流产生 3、实验三 在线圈中套一通电线圈改变通电电流 现象：有电流产生 结论：以上实验表明在导体和磁场发生相对运动的情况下和穿过闭合电路的磁通发生变化的情况下，闭合电路中就有电流产生。称此现象为电磁感应现象，产生的电流称为感应电流。6.2 感应电流的方向 1、右手定则（适用于导体切割磁力线）19 伸开右手，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直进入手心，大拇指指向导体运动方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。2、楞次定律（适用于所有电磁感应现象）感应电流的方向，总是要使感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通变化，这就是楞次定律。楞次定律判定感应电流方向的具体步骤：首先要明确原来磁场的方向，以及穿过闭合电路的磁通是增加还是减小。然后根据楞次定律确定感应电流的磁场方向，即穿过线圈的磁通增加时，感应电流的磁场方向跟原来磁场的方向相反，阻碍磁通的增加；穿过线圈的磁通减少时，感应电流的磁场方向跟原来磁场的方向相同，阻碍磁通的减少。最后利用安培定则来确定感应电流的方向。6.3 电磁感应定律 1、感应电动势 在电磁感应现象中产生的电动势称为感应电动势。2、切割磁感线时的感应电动势 公式：sinBlE 3、磁通变化时的感应电动势（电磁感应定律）公式：tE 线圈中感应电动势的大小与穿过线圈的磁通的变化率成正比，这个规律称为法拉第电磁感应定律。如有 N匝线圈：公式：ttNE 式中 N表示磁通与线圈匝数的乘积，称为磁链。用表示。“-”号的意思是：感应电流产生的磁场总是反抗原磁通的变化。6.4 自感现象 1、自感现象 当线圈中的电流发生变化时，线圈本身就产生感应电动势，这个电动势总是阻碍线圈中原电流的变化。这种由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，称为自感现象，简称自感。2、自感电动势 在自感现象中产生的感应电动势，称为自感电动势。3、自感系数 线圈中的自感磁链与线圈中通过的电流成正比。不同的线圈即使通过相同的电流，也会产生不同的自感磁链。为了表明各个线圈产生自感磁链的能力，将线圈的自感磁链与电流的 20 比值称为线圈（或回路）的自感系数（或称为自感量），简称自感。公式：lSNlSNIINREININILmmLL2 单位：电感 L:H（亨）4、自感电动势 公式：ILLItELL;tILtLILItELLL1221 5、磁场能量 公式：221LIWL 单位：磁场能量 WL:J（焦耳）、电感 L:H（亨利）、电流 I：A（安培）6.5 互感现象 1、互感现象 当一个线圈中通过的电流变化时，在另一个线圈中将产生感应电动势，这种现象称为互感现象。当第一个线圈通过电流i1时：111 i111iLL、自感电动势:ttILEL1111 2、互感电动势 在第一个线圈中通 i1 在 L2 中产生的磁通用21表示，称为 L1 对 L2 的互感磁通。为了计算 L2 中的感应电动势（互感电动势），需要知道 L2 中的磁链，也就是互感磁链21221N。互感电动势：ttNEM212122 在第一个线圈中通 i2 在 L1 中产生的磁通用12表示，称为 L2 对 L1 的互感磁通。为了计算 L1 中的感应电动势（互感电动势），需要知道 L1 中的磁链，也就是互感磁链12112N。互感电动势：ttNEM121211 3、互感系数 21 第一个线圈 L1对 L2的互感系数，用 M21来表示。公式：12121iM 第二个线圈 L2对 L1的互感系数，用 M12来表示。公式：21212iM 理论和实验都可证明：同一磁回路的两个线圈 L1和 L2的互感系数相等,用 M来表示。公式：MiMiM2121212121 单位：亨利（H）2）说明：M 只与两个回路的结构、相互位置及媒质磁导率有关，与回路中的电流无关。只有当媒介质为铁磁性材料时，互感系数才与电流有关。3）M与 L的关系 设 K1为 i1 在 L2 中产生的互感磁通与其在自身 L1中的自感磁通的比值。称为耦合系数（交链系数）。2112111121112111122111211NLMNNiLNMiNNNNK 同样 K2为 i2 在 L1 中产生的互感磁通与其在自身 L2中的自感磁通的比值。称为耦合系 数（交链系数）。1221222212221222211222122NLMNNiLNMiNNNNK 取 K1和 K2几何平均值，用 K来表示，称为 L1和 L2间的偶和系数。2121212221121LLMLLMNLMNNLMNKKK 21LLKM K称两线圈的耦合系数，其取值范围：0K1 K较大时，称紧耦合。K较小时，称松耦合。4、互感线圈的同名端 利用自感电动势和互感电动势的极性来判断。即自感电动势和互感电动势极性相同的端子为同名端，极性不同的端子为异名端。22 6.6 涡流和磁屏蔽 1、涡流 把块状金属放在交变磁场中，金属块内将产生环形的感应电流，这种电流称为涡流。2、涡流损失 涡流会使铁芯发热（因为铁芯有电阻），白白浪费了一部分电能；同时也使铁芯温度升高，引起材料绝缘性能下降，甚至破坏绝缘造成事故。3、磁屏蔽 有些仪器中的变压器或其他线圈产生的漏磁通，会影响某些器件的正常工作，如破坏示波管或显示管中电子的聚焦。为此，必须将这些器件屏蔽起来，使其免受外界磁场的影响。用导磁率很高的磁性材料将这种具有漏磁通的设备封闭起来，使得漏磁通只能存在于这种磁性材料形成的闭合磁路中，不再出现磁通泄露；也可将易受电磁辐射的设备用导磁率很高的磁性材料封闭起来，同样可以避免外来漏磁通的影响。这种措施称为磁屏蔽。6.7 变压器 一、变压器 1、变压器的基本结构 变压器由铁芯和线圈两部分组成 铁芯：是变压器磁路的通道，为了减小涡流和磁滞损耗，铁芯用磁导率较高而且相互绝缘的硅钢片叠装而成。线圈:是变压器的电路部分，工作时和电源相连的线圈称为一次绕组（原线圈、初级绕组），而与负载相连的线圈称为二次绕组（副线圈、次级线圈）。2、变压器的工作原理 变压器是按电磁感应原理工作的。变压器的一次绕组接在交流电源上时，在一次绕组中就有交变电流流过,交变电流将在铁芯中产生交变磁通，这个变化的磁通经过闭合磁路同时穿过一次绕组和二次绕组，因此，在变压器一次绕组中产生自感电动势的同时，在二次绕组中也产生了互感电动势，这时，如果在二次绕组上接上负载，电能将通过负载转换成其他形式的能。3、变压器的作用（理想变压器）1）变换交流电压：变压器一次绕组、二次绕组两端的电压与绕组的匝数成正比。互感的两线圈,在理想情况下,它的耦合系数为 1 即 公式:1k,1,12212211211kk,121kkk,11111212211121,NN 即111221NN 因为0 i,所以0,01121,tNtN111221,1122NENE,KNNEE2121 23 式中，K称为变压比。在实际情况下，2211,EUEU，11EU线圈内阻降压，因为线圈的内阻通常很小，所以KNNEEUUEUEU2121212211,。2）变换交流电流：变压器一次绕组、二次绕组中的电流与绕组的匝数成反比。根据能量守恒定律可知：tPtP21 公式：121221221121,NNUUIIIUIUPP 所以电流比等于变压比的倒数KNNUUII1121221 一般变压器的高压绕组匝数多而通过的电流较小，可用较细的导线绕制；低压绕组匝数少而通过的电流较大，应当用较粗的导线绕制。3）变换交流阻抗：变压器一次绕组、二次绕组中的阻抗等于电压和匝数的平方比。公式：由21PP 得222121LLXUXU 即22122121212221)()(,NNUUXXXXUULLLL 因此，在负载和信号源之间接一变压器可使两者阻抗达到匹配，从而使负载获得最大功率。4、功率和效率 1）功率 一次侧输入功率 公式：1111cosIUP 二次侧输出功率 公式：2222cosIUP 损耗功率 公式：CuFePPPPP21 式中，FeP和CuP分别称为铁损耗和铜损耗。2）效率：变压器的输出功率和输入功率的百分比，即 公式：10012PP 5、常用变压器 1）自耦变压器：一次绕组、二次绕组有一部分是共同的，这样的变压器称为自耦变压器，如图所示。24 自耦变压器中，一次绕组、二次绕组的电压和电流的关系仍为 公式：KNNUU2121 KNNII11221 但因为电流1I和2I的相位差接近 180，所以在共用线圈 bc 内的电流等于2I和1I之差，即 公式：)11(212KIIIIcb 2）多绕组变压器：变压器的二次侧有两个以上绕组或一次、二次侧都有两个以上绕组，这样的变压器称为多绕组变压器，如图所示。多绕组变压器中，一次绕组和各二次绕组的电压关系仍为 公式：2121NNUU 3131NNUU 多绕组变压器的一次电流可由功率关系计算 公式：321PPP 1111cosUPI 3）互感器：根据用途不同，互感器可分为电压互感器（如图 1）和电流互感器（如图 2）两种。电压互感器使用时，将匝数多的一次绕组跨接在需要测量的供电线路上，而匝数少的二次绕组则与电压表相连，从而达到将高电压变换为低电压，然后进行测量的目的。电压互感器在使用时还必须注意，二次绕组不能短路，同时铁芯和二次绕组一段必须接地。电流互感器使用时，将匝数少的一次绕组与待测电流的负载串联，而匝数多的二次绕组与电流表相连，从而达到将大电流变换成小电流，然后进行测量的目的。电流互感器在使用时还必须注意，二次绕组不能开路，同时铁芯和二次绕组一端必须接地。二、变压器的使用 1、额定值 变压器的运行情况分空载和有载运行，制造工厂所指定的满负荷运行情况称为额定运行，额定运行的条件称为变压器的额定值。额定容量指二次侧的最大视在功率。额定一次电压指接到一次绕组电压的规定值；额定二次电压是指变压器空载时，一次侧 25 加上额定电压后，二次侧两端的输出电压值。额定电流指规定的满载电流值。变压器的额定值，决定于变压器的结构和所用的材料，使用时不能超过其额定值。2、磁化电流 变压器一次侧接上额定电压，二次侧开路时的一次电流称为磁化电流。它的数值一般为一次额定电流的 3%8%，如果磁化电流大于此值，表明一次绕组匝数绕少了（电感不够），或者是铁芯结合处距离太大，或者是铁芯磁导率太小。若发现磁化电流太大，变压器不能使用。3、外特性 外特性指变压器的一次电压和负载功率因数一定时，二次电压随二次电流变化的关系。当负载为电阻性和电感性时，随着负载电流的增大（负载增大），变压器二次电压逐渐下降。在相同的负载电流下，二次电压下降的程度取决于负载功率因数的大小，负载功率因数越低，电压下降就越大。7.1 正弦交流电的产生 一、基本概念 1、交流电：大小和方向随时间而变化的电流、电压或电动势。2、正弦交流电：按照正弦规律变化的电流、电压或电动势。3、正弦交流电的特征：交流电在一周期内平均值为零，正负半周围起的面积等于负半周围起来的面积。4、非正弦交流电：不按照正弦规律变化的电流、电压或电动势。5、中性面：与磁力线（磁感线）垂直的平面。6、初相角：0t时的相位，称为初相位，简称初相。7、相位角：线圈平面和中性面的夹角。（t）8、角速度：线圈旋转的角速度（每秒钟转过的弧度）。（f2）9、周期：线圈旋转一周的电气角度所用的时间。（fT1）10、频率 f：每秒钟线圈旋转的圈数（2f）。11、波长：波峰到波峰之间的距离。（光是一种电磁波，即光速度等于电磁波的传播速度smfTc/1038）12、线速度：物体上任意一点对定轴作圆周运动时的速度称为线速度。（frdrttr221）13、角度：把一个圆周分成 360 份，每份叫 1（1对应01731.0rad180rad）。14、弧度：把一个圆周叫做 2弧度（rad）。（1rad 对应296.57180）15、弧长l：弧线的长度（rl（注：用弧度表示）。26 注：360或 2弧度等于一周 二、交流电的产生 某一线圈宽度为d,在均匀的磁场B中沿着中性面处开始逆时针匀速转动,角速度为,线圈的长度为l,则经过时间t之后,线圈转过的角度为t,划过的弧长为tr,那么线圈的线速度drttrv21,整个线圈中的感应电动势:tBldtdBltBlvesin2sin21sin2 令mEBld，则tEemsin 式中：e 电动势的瞬时值 mE 电动势的最大值 由上式可知：在匀强磁场中匀速转动的线圈里产生的感应电动势是按正弦规律变化的。1）当线圈平面转到与磁感线平行的位置时，由于2/t，1sint，因此该时的感应电动势最大Blve2；当线圈平面转到与磁感线垂直时，此时感应电动势最小，0e。若线圈和电阻组成闭合电路，则电路中就有感应电流。tItREReimmsinsin 式中：R整个闭合电路的电阻 mI 电流的最大值，RBlvIm2 i 电流强度的瞬时值 电压的瞬时值 tUtRIiRummsinsin 式中：R某段导线的电阻 mU 电压的最大值 由上式可知：感应电动势、感应电流、外电路中一段导