电工基础知识大全.ppt

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1、电工基础知识,目 录,1、电流、电压、电阻,2、电容、电感、电抗,3、常用公式,4、谐振电路,第1章 电流、电压、电阻,高水位,水位差,水泵,水流,1.1 电流,1.1.1 串联电路,1.1.2 并联电路,电动势的单位：伏 特(V)电动势的实际方向：负极 正极,1.2 电 压,电动势的大小在数值上等于电源两端的开路电压.,理想电压源:E=U,如何测出电动势的大小?,非理想电压源:EU,A,O,E=UAO,电动势和电压有些什么区别？,（1）它们描述的对象不同：电动势是电源具有的，是描述电源将其他形式的能量转化为电能本领的物理量，电压是反映电场力做功本领的物理量。,答 电动势和电压虽然具有相同的单

2、位，但它们是本质不同的两个物理量。,（2）物理意义不同：电动势在数值上等于将单位电量正电荷从电源负极移到正极的过程中，其他形式的能量转化成的电能的多少；而电压在数值上等于移动单位电量正电荷时电场力作的功，就是将电能转化成的其他形式能量的多少。它们都反映了能量的转化，但转化的过程是不一样的。,1.2.1 串联电路,1.2.2 并联电路,1.3 电 阻,1 兆欧=103 千欧=106 欧姆 1 M=103 K=106,对于一段材质和粗细都均匀的导体来说，在一定温度下：,1.3.1 串联电路的总电阻与分电阻的关系:,所以,且 U总=U1+U2,由欧姆定律可得:,=R1+R2,补充说明:(1)串联电路

3、的总电阻大于任何一个分电阻，原因是串联后相当于增加了导体的长度。(2)n个相同的电阻串联后的总阻值为nR。,由此推出:串联电路的总电阻等于各分电阻之和。即:R总=R1+R2,1.3.2 并联电路的总电阻与分电阻的关系:,由欧姆定律可得:,且 I总=I1+I2,所以,由此推出:并联电路的总电阻的倒数等于各分电阻 的倒数之和。,1,因为,补充说明:（1）并联电路的总电阻小于任何一个分电阻，原因 是并联后相当于增加了导体的横截面积。（2）n个相同的电阻并联后的总阻值为,第2章 电容、电感、电抗,2.1 电容元件(capacitor),线性电容元件：任何时刻，电容元件极板上的电荷q与电压 u 成正比。

4、,2、电路符号,1、电容器,与电容有关两个变量:C,q对于线性电容，有：q=Cu,3.元件特性,，C 称为电容器的电容,电容 C 的单位：F(法)(Farad，法拉)F=C/V=As/V=s/,常用F，nF，pF等表示。,4、伏安特性：线性电容的qu 特性是过原点的直线,C=q/u tg,5、电压、电流关系：u,i 取关联参考方向,表明电流正比于电压的变化率。,电容有隔直作用,由,有,结论：,1、电容元件是一个动态元件；,2、电容元件有“记忆”效应。,6、电容元件的功率和能量,在电压、电流关联参考方向下，电容元件吸收的功率为,则：电容在任何时刻 t 所储存的电场能量Wc将 等于其所吸收的能量。

5、,由此可以看出，电容是无源元件，它本身不消耗能量。,从t0到 t 电容储能的变化量：,7、小结：,2.2 电感元件,变量:电流 i,磁链,1、线性定常电感元件,L 称为自感系数,L 的单位：亨（利）符号：H(Henry）,由电磁感应定律和楞次定律:,i,右螺旋u,i 关联,i,+,u,3、电压、电流关系：,2、韦安（-i）特性,4、电感的储能,(1)u的大小与 i 的变化率成正比，与 i 的大小无关；,(3)电感元件是一种记忆元件；,(2)电感在直流电路中相当于短路；,(4)当 u，i 为关联方向时，u=L di/dt；u，i 为非关联方向时，u=L di/dt。,5、小结：,6.3 电容、电

6、感元件的串联与并联,1.电容的串联,等效电容,电容串联求等效电容与电导串联求等效电导类似！与电阻并联求等效电阻公式类似！,串联电容的分压,2.电容的并联,等效电容,电容并联求等效电容与电导并联求等效电导类似！与电阻串联求等效电阻类似！,并联电容的分流,3.电感的串联,等效电感,电感串联求等效电感与电阻串联求等效电阻类似！,串联电感的分压,4.电感的并联,等效电感,电感并联求等效电感与电阻并联求等效电阻类似！,并联电感的分流,注意,以上虽然是关于两个电容或两个电感的串联和并联等效，但其结论可以推广到 n 个电容或 n 个电感的串联和并联等效中。,1.3 欧姆定律,U-(V)R-()I-(A),一

7、、部分电路欧姆定律,二、全 电 路 欧 姆 定 律,I,R,第3章 电学公式,第4章 谐振电路,概述：谐振是正弦电路中可能发生的一种特殊现象。由于回路在谐振状态下呈现某些特征，因此在工程中特别是电子技术中有着广泛的应用，但在电力系统中却常要加以防止。,教学内容 谐振的概念，串联与并联谐振的条件、特征等。教学要求 1.深刻理解谐振的概念。2.熟练掌握串联谐振与并联谐振的条件与特征。教学重点和难点 重点：RLC串联谐振的条件与特点。难点：并联谐振电路的应用。,4.1 串联谐振电路,一、谐振现象,谐振概念：含有电感和电容的电路，如果无功功率得到完全补偿，使电路的功率因数等于1，即：u、i 同相，称此

8、电路处于谐振状态。,此时阻抗角,二、串联电路的谐振条件,因为,若电路谐振,串联电路谐振条件：感抗=容抗,谐振角频率 和谐振频率,谐振条件,谐振角频率,谐振频率,三种调谐方法：,（2）调容调谐：,（3）调感调谐：,例6-1 某个收音机串联谐振电路中，C=150pF，L=250H，求该电路发生谐振的频率。,因为,所以,有,例6-2 RLC串联电路中，已知 L=500H，R=10，f=1000kHz，C在12290pF间可调，求C调到何值时电路发生谐振。,因为,有,三、串联谐振电路的基本特征,2.电路的电抗为零，感抗与容抗相等并等于电路的特性阻抗,1.电路阻抗最小,且为纯电阻,3.当电源电压一定时，

9、谐振电流最大,4.当品质因数,此时,5.无功功率为零，电源供给的能量全部消耗在电阻上。,电感电压和电容电压远远超过电源电压,一般情况下:Q 1,定义 品质因数,定义 特性阻抗,Q物理意义,例6-3 图示RLC串联电路，已知R=9.4，L=30H，C=211pF，电源电压U=0.1mV。求电路发生谐振时的谐振频率f0，回路的特性阻抗 和品质因数Q及电容上的电压UC0。,电路的谐振频率,回路的特性阻抗,电路的品质因数,电容电压,UC0=QU=400.1 mV=4 mV,4.2 并联谐振电路,一、谐振条件,谐振条件,谐振角频率,谐振频率,二、并联谐振电路的基本特征,1.谐振时，回路 与 同相。,电感

10、线圈与电容并联，谐振时，ILIC I0,2.谐振时，回路导纳最小且为纯电导,在R 0 L条件下，,3.并联谐振时，电路的特性阻抗与串谐一样,4.当品质因数,此时,R 0 L与Q 1同含义,电感电流和电容电流远远超过总电流,回路阻抗最大,5.若电源为电流源,注意：由,和,推出,例6-4 线圈与电容器并联电路，已知线圈的电阻R=10，电感L=0.127mH，电容C=200pF，谐振时总电流I0=0.2mA。求：（1）电路的谐振频率f0和谐振阻抗Z0，（2）电感支路和电容支路的电流IL0、IC0。,谐振回路的品质因数,因Q 1，有,电路的谐振阻抗,=Q 2R=80210=64000=64 k,电感支

11、路和电容支路的电流IL0、IC0,IL0 IC0=Q I0=800.2mA=16mA,例6-5 收音机的中频放大耦合电路是一个线圈与电容器并联谐振回路，其谐振频率为465 kHz,电容C=200 pF，回路的品质因数Q=100。求线圈的电感L和电阻R。,因为Q 1，所以电路的谐振频率,因此回路谐振时的电感和电阻分别为,H=0.57810-3 H,=17,1.在含有电抗元件的电路中，当端口电压与电流同相时，电路发生谐振。,小结,3.并联谐振电路,品质因数,特性阻抗,（电流谐振）,谐振条件,谐振频率,电感线圈并联电容且满足R0L时：,4.3 谐振电路的频率特性,频率特性是指电路中的电压、电流、阻抗

12、或导纳及阻抗角或导纳角等各量随频率变化的关系。,一、串联谐振电路的频率特性,X随 变化情况当 0时，X 为正值，电路呈感性。,Z随 变化情况Z 随 的变化呈凹形，并在=0 时有最小值。,1.幅频特性和相频特性 幅频特性和相频特性，分别表示幅度随的变化关系和相位随的变化关系。,阻抗的模Z 随的变化关系,阻抗角随的变化关系,选择性：突显0附近的电流,当偏离0时，电流下降，而且偏离0越远，电流下降程度越大。,当=0时，电流最大,2.选择性与通频带,整理后得,结论：选择性与品质因数Q有关，品质因数Q越大，曲线越尖锐，选择性越好。,通用电流谐振曲线,通频带,f1为下边界频率,f2为上边界频率,B=f2-

13、f1=,结论：通频带B与品质因数Q成反比。Q值越高，B越窄；反之，Q值越低，B越宽。,例 6-6 串联谐振回路的谐振频率f0=7105Hz，回路中的电阻R=10，要求回路的通频带B=104Hz，试求回路的品质因数，电感和电容。,回路的品质因数,因为,所以,二、并联谐振电路的频率特性,电流源作用下的并联谐振电路,若Q 1（或R 0 L）,电压幅频特性和相频特性,通用电压谐振曲线图,例6-7 一个电感线圈的电阻R=10，与电容器构成并联谐振电路，电路的品质因数Q=100，如再并联一只R=100k的电阻，电路的品质因数降低到多少？,因为,所以 感抗、容抗,0 L=QR=10010=1000,并联 后

14、，电导,=210-5S,品质因数降低为,3.5谐振电路的应用,一、谐振在电子技术中的应用,串联谐振的应用,例：,收音机的调谐回路,在电力系统中，电网中能量的转化与传递所产生的电网电压升高，称内过电压。内过电压对供电系统的危害是很大的，常见的内过电压有：切空载变压器的过电压；切、合空载线路的过电压；电弧接地过电压；铁磁谐振过电压等。其中，铁磁谐振过电压事故最频繁的发生在3330千伏电网中，严重威胁电网的安全运行。因此电力系统必须对谐振过电压加以防护。,二、电力系统对谐振的防护,1.谐振电路的频率特性,频率特性是指电路中的电压、电流、阻抗或导纳及阻抗角或导纳角等各量随频率变化的关系。,幅频特性表示幅度随的变化关系。,相频特性表示相位随的变化关系。,电流与频率的关系曲线，叫电流谐振曲线。,电压与频率的关系曲线，叫电压谐振曲线。,谐振曲线可以反映电路的选择性。,小结,谐振电路对不同频率的信号具有选择性，电路的品质因数Q对这种选择性有较大影响。品质因数Q越大，曲线越尖锐，选择性越好。,选择性,通频带,B=f2-f1=,通频带B与品质因数Q成反比。Q值越高，B越窄；反之，Q值越低，B越宽。,2.谐振电路的应用,