电工基础知识课件精.ppt

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1、电工基础知识课件电工基础知识课件第1页，本讲稿共33页一、电工基础基本知识1、什么叫电路？电路就是电流流过的路径。它是由电源、负载（用电设备）、连接导线以及控制电器等组成。电源：生产电的设备，它的作用是将其它形式的能量（如化学能、热能、机械能、原子能等）转变成电能，并将用电设备供给能量，负载：是各种用电设备。它的作用是将电能转变为其它形式的能量连接导线：它将电源和负载连成一个闭合的通路，起着传输和分配电能的作用。控制电器：其作用是执行控制任务和保护电器设备。2、什么叫电流？什么叫电流强度？通常把电荷的有规律的运动称为电流，电流强度是表示电流大小的一个物理量，指单位时间穿过导体截面积得电荷，以字

2、母I表示，单位为安培（A）简称安，习惯上往往把电流强度简称电流，电流强度的单位可用kA（千安）、A（安）、mA（毫安）、A（微安）表示，它们之间的换算关系：1kA=1000A1A=1000mA1mA=1000A 第2页，本讲稿共33页 3、电位和电压电位：电场中某点的电位，在数值上等于单位正电荷沿任意路径从该点移至无限远处 电场力所做的功。其单位为V（伏特），简称伏。电位用表示，如：a点电位，在电场中电位等于零的点叫做参考点，凡电位高于零电位的点，电位为正，凡电位 低于零电位的点，其电位为负。通常以大地作为参考点，又称零电位点。电压：电场中任意两点间的电压，等于这两点电位差，因此，电压也称电位

3、差。电压的单位可用kV（千伏）、V（伏）、mV（毫伏）、V（微伏）表示，它们之间 的换算关系是 1kV=1000V1V=1000mV1mV=1000V电场中各点的电位，随着参考点的改变而不同，但是无论参考点如何改变，任 意两点间的电位差是不变的。电压的正方向是从高电位点指向低电位电。电阻：在电场力的作用下，电流在导体中流动时，所受到阻力，称为电阻，用“R”或“r”表示。电阻常用的单位为：M（兆欧）、k（千欧）、欧），它们之间的换算关系：1M=1000000=1k=1000=1=1000m=1000000 当导体两端的电压是1V，导体中的电流是1A时，这段导体的电阻为1。即即1=1V/1A第3页

4、，本讲稿共33页简单直流电流 1 1欧姆定律欧姆定律1.1.简单简单直流直流电电路的意路的意义义简单简单直流直流电电路是指能用欧姆定律做路是指能用欧姆定律做电电阻串、并、混阻串、并、混联联求解的求解的电电路。路。二、外二、外电电路欧姆定律路欧姆定律外外电电路欧姆定律指出：在一段路欧姆定律指出：在一段电电路中，流路中，流过电过电阻阻R R的的电电流流I I与与电电阻两端的阻两端的电压电压U U成正比，而与成正比，而与这这段段电电路的路的电电阻成反比。用公式表示是阻成反比。用公式表示是 式中 U电压（V）；I电流（A）；R电阻（）。三、全电路欧姆定律全电路欧姆定律是用来说明在一个闭合电路中，电势、

5、电压、电流、电阻之间基本关系的定律。即，在一个闭合电路中，电流与电源的电势E成正比，与电路中电源的内阻r和外电阻R之和成反比。用公式表示为 （1-3-2）式中 E电路中电源电势（V）伏特 I电流（A）安培 R外电阻，即负载电阻()欧姆 r电源内阻（）第4页，本讲稿共33页四、四、功和功率功和功率在一段在一段时间时间内，内，电电源力（源力（电场电场力）所做的功称力）所做的功称为电为电功或功或电电能，能，电电能用符号能用符号A A表示。表示。其其单单位是焦耳（位是焦耳（J J）。通常）。通常电电能也以能也以电电量的形式表量的形式表现现，以千瓦小，以千瓦小时时（kWkW h h）为单为单位，称位，称

6、为为度。二者之度。二者之间间的的换换算关系算关系为为：1kW 1kW h=3.610h=3.6106 6J J单单位位时间时间内内电电源力所做的功称源力所做的功称为电为电功率。功率。电电功率用符号功率用符号P P表示，常用的表示，常用的单单位位为为kWkW（千瓦）、（千瓦）、W W（瓦）（瓦）等，即等，即 1 1（kWkW）=1000W 1(W)=1000mW=1000W 1(W)=1000mW电电功率的功率的计计算公式算公式为为 式中式中 P P电电功率（功率（kWkW）千瓦）千瓦 t t时间时间（h h）小）小时时 A A电电能（能（kWhkWh）千瓦）千瓦 时时 马力 五、短路和断路如果

7、电源通向负载的两根导线不经过负载而相互直接接通，就发生了电源被短路的情况。这时电路中的电流可能增大到远远超过导线所允许的电流限度。断路，一般是指电路中某一部分断开，例如导线、电气设备的线圈等断线，使电流不能导通的现象。第5页，本讲稿共33页短路会造成电气设备的过热，甚至烧毁电气设备、引起火灾。同时，短路电流还会产短路会造成电气设备的过热，甚至烧毁电气设备、引起火灾。同时，短路电流还会产生很大的电动力，造成电气设备损坏，严重的短路事故甚至还会破坏系统稳定，所以对生很大的电动力，造成电气设备损坏，严重的短路事故甚至还会破坏系统稳定，所以对运行中的电气设备必须采取一定的保护措施，例如安装自动开关、熔

8、断器等，当发生短运行中的电气设备必须采取一定的保护措施，例如安装自动开关、熔断器等，当发生短路故障时，这些装置可将短路点及时切除，以防止短路中造成电气设备的损坏路故障时，这些装置可将短路点及时切除，以防止短路中造成电气设备的损坏六、电阻串并联电路1、串联电路图1-3-1所示的为两个电阻R1、R2的串联电路，其特点是：（1）两个电阻R1、R2首尾相接，没有分支。（2）电路总电压等于R1、R2上的分电压U1、U2之和。3）所有电阻流过相同的电流。串联电路的总电阻等于参与串联的所有电阻之和，即 对于n个电阻的串联电路的总电阻等于 第6页，本讲稿共33页电阻的并联并联电路的特点是：（电阻的并联并联电路

9、的特点是：（1 1）所有参加并联电阻的首端并接在一起，端并接在一起，所有电）所有参加并联电阻的首端并接在一起，端并接在一起，所有电阻受相同电压作用，如图阻受相同电压作用，如图1-3-21-3-2所示所示2）并联电路电流I等于各个并联电阻的电流I1、I2、In之和。如果用图1-3-2（b）来等效图1-3-2（a），就是用R来代替R1、R2的作用。对图1-3-2（a）的总电流，应等于所有电阻的各个分电流之和，即 第7页，本讲稿共33页 例1-3-1已知在图1-3-3中，U=220V，各电阻的阻值标注在图中，求电路的总电流。解：计算A、B两点间的电阻为 计算C、B两点间的电阻为 电路的总电流为 例1

10、-3-2在图1-3-4中，R1=900，R2=300，R3=300，R4=150，R5=600，求开关S打开和闭合时的等效电阻Rab。解：当开关S打开时 当开关S闭合时例1-3-3一个电路如图1-3-5所示，求它的等效电阻Rab。：从图中可以看到其中一个点桥存在，由于电桥的对角电阻乘积相等，所以这个电桥是平衡的，Rab等效电阻为第8页，本讲稿共33页八、八、电电容的串容的串联计联计算公式算公式（1 1）电电容的并容的并联计联计算公式。算公式。电电容的并容的并联联公式如同公式如同电电阻的串阻的串联计联计算公式一算公式一样样，如若有，如若有N N个个电电容并容并联联，则总电则总电容容为为因为电容并

11、联相当于电容器的极板扩大一样。（2）电容的串联计算公式。电容的串联公式如同电阻的并联计算公式一样，如若有n个电容并联，则总电容得倒数为对于两个电容则有因为电容串联是把电荷量按电容器的容量分布在各个极板上，相当电容器的极板缩小一样。1.1.例例题题 例例1-3-41-3-4图图1-3-71-3-7中，中，电电容器容器。求各电容器电压。第9页，本讲稿共33页解：因为 则 例1-3-5在图1-3-8中，求开关S断开与 闭合时，A、B两点等效电容。解：开关断开时 开关闭合时 第10页，本讲稿共33页七、复杂电路计算七、复杂电路计算一：基尔霍夫第一定律（又称基尔霍夫电流定律）一：基尔霍夫第一定律（又称基

12、尔霍夫电流定律）1 1、电路的节点的定义复杂电路是不能用串、并、混联简化的电路。在电路中三条及以上电路汇聚的、电路的节点的定义复杂电路是不能用串、并、混联简化的电路。在电路中三条及以上电路汇聚的一点，叫做节点。一点，叫做节点。2 2、支路的定义在电路中两个节点之间的电路元件叫做支路。即支路可以是有源元件，也可以是无源无件。、支路的定义在电路中两个节点之间的电路元件叫做支路。即支路可以是有源元件，也可以是无源无件。3 3、回路的定义由数条支路所构成的闭合电路，叫做回路。基尔霍夫第一定律的内容、回路的定义由数条支路所构成的闭合电路，叫做回路。基尔霍夫第一定律的内容基尔霍夫第一定律的内容是：在网络中

13、，汇聚于电路节点所有电流的代数和等于零。例如，对于图基尔霍夫第一定律的内容是：在网络中，汇聚于电路节点所有电流的代数和等于零。例如，对于图1-1-91-1-9的的节点节点A A有有 或者写成 基尔霍夫第一定律也称为节点电流定律。节点电流的方向如果假定流入为正，则流出为负，或者相反。第一定律说明流入节点的电流等于流出节点的电流，它实质上是电荷不灭定律，即在节点处电荷既不能消失，也不能再生，更不能储存，流出的电荷等于流入的电荷。二：基尔霍夫第二定律（又称基尔霍夫电压定律）二：基尔霍夫第二定律（又称基尔霍夫电压定律）基尔霍夫第二定律的内容是：在闭合回路中，所有电势的代数和等于回路中所有电阻压降的代数

14、和。现利用图1-1-10来证明这个结论。今假设点a(图1-3-10)为参考点，即，则b点的电位 则 b点的电位 c点的电位 d点的电位 e点的电位 f点的电位 第11页，本讲稿共33页将上述所有方程式左边的相加，右边的也相加，将所有电位都消去，再将剩余部分经过移项后，得 (1-3-10)公式（1-3-10）就是第二定律的内容，式中符号的选取应遵循下述原则：凡与循行方向致的电势、电流取正号，相反的取负号。所谓循行方向就是沿回路求出各点电位时的绕行方向，这个绕行方向也是任意选取的。三、支路电流法在图1-3-11所示的电路中，电势、电阻已标在图中，求电阻R1、R2、R3中的电流。方法如下：第一步，先

15、假定三个支路中电流的方向，如I1、I2、I3图所示。第二步，列写节点方程式。对节点a:(1-3-11)对节点b有：(1-3-12)方程式（1-3-11）、式（1-3-12）只是符号相反，因此，两个方程只有一个是独立的，即可用方程（1-3-11）改变符号的办法推导出方程式（1-1-19）来。图1-3-11中有两个节点，可列写一个独立方程式。一般说来，如果有n个节点，则可列写n-1个独立方程式。第三步，列写回路电压方程式。第12页，本讲稿共33页在在电电路路中中要要求求出出的的有有三三个个电电流流：I I1 1、I I2 2、I I3 3，因因此此需需要要三三个个独独立立方方程程式式联联立立求求解

16、解。而而由由基基尔尔霍霍夫夫第第一一定定律律已已列列一一个个独独立立方方程程式式（1-3-111-3-11），其其余余两两个个独独立立方方程程可可由由基基尔尔霍霍夫夫第第二二定定律律来来补补写写。一般来讲，如果求电流数为一般来讲，如果求电流数为m m个，则由基尔霍夫第二定律所补写的回路方程数为个，则由基尔霍夫第二定律所补写的回路方程数为P=m-n+1P=m-n+1个。个。在在列列写写回回路路方方程程时时，应应选选定定循循行行回回路路的的方方向向，在在图图1-3-111-3-11中中，特特行行方方向向用用罗罗马马数数字字和和标标出，按此循行方向列写方程好下：回路出，按此循行方向列写方程好下：回路

17、 (1-3-13)(1-3-13)回路回路 第四步，联立方程求解。将方程（1-3-11）代入式（1-3-13）和式（1-3-14），代入具体数字后，得 解得 I1=1A,I2=5.75A,I3=I1+I2=1+5.75=6.75A(1-3-14)例1-4-1 利用支路电流法求解图1-1-12个支路的电流，。列写回路方程式列写回路方程式:节点方程为节点方程为 I I2 2-I-I3 3-I-I1 1=0=0回路方程为回路方程为 E E2 2-E-E1 1=R=R1 1I I1 1-R-R3 3I I3 3 E E3 3-E-E2 2=R=R2 2I I2 2+R+R3 3I I3 3代入具体数值

18、后，联立方程求解得 四、四、四、戴维南定理四、戴维南定理戴维南定理又称等效发电机原理，内容如下：戴维南定理又称等效发电机原理，内容如下：等效等效发电发电机原理是复机原理是复杂电杂电路的重要解法之一。路的重要解法之一。这这种方法原理种方法原理简单简单，但用起来比，但用起来比较较灵活，特灵活，特 第13页，本讲稿共33页别是在众多支路中，只要求解出一条支电流时，多用这种方法来解决问题。别是在众多支路中，只要求解出一条支电流时，多用这种方法来解决问题。图图1-4-11-4-1是是一一个个含含有有三三个个支支路路的的电电路路，R R1 1=4=4，R R2 2=4=4，R R3 3=3=3，E E1

19、1=6V=6V，E E2 2=14V=14V，今今只只要要求求求求出出R R3 3中的电流，采用等效发电机原理来求解这个电流的作法如下：中的电流，采用等效发电机原理来求解这个电流的作法如下：要要求求电电流流的的支支路路R R3 3从从网网络络中中开开断断，如如图图1-4-11-4-1（b b）所所示示。将将网网络络的的其其余余部部分分看看作作一一个个实实际际发发电电机机，如如虚虚框框所示。这个实际发电机当所示。这个实际发电机当R R3 3开断时，它处在空载状态，产生的空载电压为开断时，它处在空载状态，产生的空载电压为U U0 0；实际发电机应具有内阻，这个内阻r应该是虚框中电势E1，E2不存在

20、时见图1-4-1（c），虚框的等效电阻这样，便把图1-4-1（a）的复杂电路化成图1-4-1（c）的简单电路。利用全电路欧姆定律可得R3中的电流求U0没有成规的方法，必须将要求电流的支路以整个网络开断后，审查网络情况来求U0。但是在大多数情况下，当要求电流的支路从整个网络开断后，剩余的网络将是一个简单电路，利用这个简单电路设法求出U0和r。但是求U0时，必须是将要求电流的支路从整个网络开断后，求虚框内部观察的等效电阻。对于本例而言，R3从网络中开端后，E1、E2、R1、R2构成一个简单回路，该回路中的电流、电压为 第14页，本讲稿共33页例例1-4-21-4-2在在图图1-1-141-1-14

21、中中，已已知知 利利用用等等效效发发电电机机原理，求流过原理，求流过R R3 3上的电流。上的电流。解：开口电压如图解：开口电压如图1-1-141-1-14（b b）和入端电阻如图）和入端电阻如图1-1-14(c)1-1-14(c)、(d)(d)所示所示E2=10V R1=R2=10 R3=25 R4=R5=20 E1=20V E3=80V 第15页，本讲稿共33页第16页，本讲稿共33页第17页，本讲稿共33页第18页，本讲稿共33页第19页，本讲稿共33页第20页，本讲稿共33页第21页，本讲稿共33页第22页，本讲稿共33页第23页，本讲稿共33页第24页，本讲稿共33页）、第25页，本讲稿共33页第26页，本讲稿共33页第27页，本讲稿共33页第28页，本讲稿共33页第29页，本讲稿共33页第30页，本讲稿共33页第31页，本讲稿共33页第32页，本讲稿共33页第33页，本讲稿共33页