电工、电力系统基础知识.ppt
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1、第一节 电路基础知识,第二章 电工基础知识,一.电流和电路,1、电流与电荷(1)定义:电荷的定向运动(2)大小:用电流强度来表示,电流强度是指单位时间内通过导体横截面的电荷量。电流强度习惯又常被简称为电流。用下面的公式表示:I=Q/t 1kA=1000A 1A=1000mA 1mA=1000A,(1)、电路就是为电流流通提供的路径。(2)、组成:导线、电源、负载(负荷)及控制器(开关),电源,开关,导线,负载,将其它形式的能转化为电能装置,将电能转化为其它形式能的装置,控制器是控制用电设备,使其达到预期工作状态的电器,由导体材料制成,在电路中将电源、负载及控制器联接起来,3.电路模型(直流电)
2、,(1)电源:提供电能。(2)负载:用电设备(3)中间环节:连接电源和负载,(3)、电路通常有三种状态:通路、开路和短路。,通路:电路中的开关闭合,负载中有电流通过,这种状态工一般称为正常工作状态。,开路:也称为断路,是指电路中某处断开或电路中开关打开,负载(电路)中无电流通过。,短路:电源两端的导线由于某种事故,而直接相连,使负载中无电流通过。短路时,电源向导线提供的电流比正常时高十至几百倍,因而不允许短路。,二.电场、电场强度,1.定义:电场是电荷周围客观存在的一种特殊物质,2.电场的基本性质:对放入电场的电荷有力的作用,这种力叫做电场力.,电场是一种不是由分子和原子组成的看不见、摸不着的
3、但又客观存在的特殊物质。,密度很小10-23 kg/m3,电场以光速传播,不能被加速,不能选择做参考系,F/q能反映单位电荷受到的电场力的性质电场的强弱,在电场中不同的点,比值F/q一般是不同的。,在电场中的同一点,比值F/q是恒定的,与q无关。,实验表明:,?怎样描述不同位置电场的强弱?,须找一个与检验电荷无关而由电场决定的物理量!,二.电场、电场强度E,1.定义:放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值,叫做该点的电场强度。,3.单位:牛/库(N/C)伏/米(v/m),2.物理意义:电场强度(简称场强)是描写电场强弱的物理量。,(适用于任何电场),注意:,(1)电场中某一点的
4、电场强度的大小和方向由电场本身决定,与放入的电荷无关。,2.电场强度是矢量,物理学中规定:电场中某点的场强度方向跟正电荷在该点所受的电场力方向相同。,+Q,-q,A,FA,EA,根据规定:负电荷在电场中某点受到的电场力的方向跟该点的场强方向相反。,+Q,+q,A,FA,EA,三、电位、电压、电动势,1、电位:电路中某一点的电位,是指电场力将单位正电荷从该点移动到参考点所做的功。,水,水流,水在水管里形成水流,光有水是不够的,还需要有水位差,a,0v,b,Uab=12v,-6v,+6v,Uab=12v,+12v,a,b,0v,+6v,2、电压(电位差):电场力把单位正电荷由高电位点移到低电位点所
5、做的功,电路中任意两点间的电位差。,定义:,电源力把单位正电荷从“-”极板经电源内部移到“+”极板所做的功。,单位:,3、电动势,V(伏特)、kV(千伏)、mV(毫伏),实际方向:,由低电位端指向高电位端,电动势的方向用+,-号表示,,也可用箭头表示。,U=E,1、我们把容易让电流通过的物体叫导体如(钥匙、硬币和回形针等)。2、不容易让电流通过的物体叫绝缘体如(玻璃、塑料和陶瓷等)。3、电阻,四、导体、绝缘体与导体电阻,实验证明,金属导体的电阻与其长度成正比,与其截面积成反比,并与材料、温度等有关。20C时导体电阻为:电阻率(m/m)1 k=1000 1 M=1000K,电阻用 R 表示 单位
6、是 欧姆用字母 表示 1=1V/1A,1.部分电路欧姆定律 U=RI 或 I=U/R=GU 其中G=1/R,电阻R的倒数G叫做电导,其国际单位制为西门子(S)。,五、欧姆定律,2、全电路欧姆定律,含有电源的闭合回路称为全电路 闭合电路的电流I与电源电动势E成正比,与内、外电阻之和成反比,这一规律称为全电路的欧姆定律。即,全电路欧姆定律,六、电功率、电能和电流的热效应,1.电功率 P=UI(W)1MW=1000KW 1KW=1000W2.电能 W=P t=UIt(J)1度=1千瓦小时=3600000焦耳 3.电流的热效应 Q=I2Rt(J)1焦耳=0.24卡,补充 基尔霍夫定律,基尔霍夫第一定律
7、也称节点电流定律。第一定律理论内容是:任何时刻流入电路中某节点的电流总和必等于从该节点流出的电流总和 基尔霍夫第二定律也称回路电压定律。第二定律理论内容是:在电路的任何一闭合回路中总电位升必等于总电位降,电路特点:,(一)、电阻串联,(1)各电阻顺序连接,流过同一电流(KCL);,(2)总电压等于各串联电阻的电压之和(KVL)。,七、电路连接,2.电阻串联等效电阻Req,令,Req=(R1+R2+Rn)=Rk,3.串联电阻上电压的分配,例:两个电阻分压,如下图,R1,R2,(二)、电阻并联,1.电路特点:,(1)各电阻两端分别接在一起,两端为同一电压(KVL);,(2)总电流等于流过各并联电阻
8、的电流之和(KCL)。,I=I1+I2+Ik+In,4.功率关系,p1=G1u2,p2=G2u2,pn=Gnu2,p1:p2:pn=G1:G2:Gn,(三)、电阻的串并联,计算举例:,1.磁铁具有吸铁的性质,称为磁性。2.任一磁体总有两个磁极:北极N和南极S。同性磁极相斥,异性磁极相吸。3.磁铁能吸铁的空间称为磁场。常用磁力线来描绘磁场的分布。4.将不带磁性的物质使其具有磁性的过程叫磁化。5、电磁感应就是电产生磁、磁产生电的现象。,第二节 电磁感应和磁路,一、电磁感应,(一)电流的磁场,磁场是一种看不见、没有不可进入性的空间。磁感应强度表征磁场强度及其方向的物理量。符号为B,单位为T特斯拉或G
9、高斯。磁感应强度与磁场前进方向上某一面积的乘积叫做磁通。符号为,单位为Wb或Mx,通电导体在其周围的空间也产生磁场,即电流的磁效应。磁场方向判定如下:,法拉第电磁感应定律:线圈中感应电动势的大小与通过同一线圈的磁通变化率成正比,这一规律称为法拉第电磁感应定律。法拉第电磁感应定律指出,感应电动势的大小决定于线圈的匝数和磁通量变化的快慢,而与磁通量本身的大小无关。楞次定律:当通过线圈的磁通发生变化时,感应电流产生的磁场总是阻碍原磁场的变化,当线圈磁通增加时,感应电流就要产生与它相反的磁通去阻碍它的增加;当线圈中的磁通减少时,感应电流就要产生与它方向相同的磁通去阻碍它的减少。,1.自感现象,(1)由
10、于线圈本身电流发生变化而产生电磁感应的现叫自感现象,简称自感。(2)在自感现象中产生的感应电动势,叫自感电动势。(3)线圈的电感是由线圈本身的特性所决定的,它与线圈的尺寸、匝数和媒介质的磁导率有关。,2.互感现象,(1)由于一个线圈的电流变化,导致另一个线圈产生感应电动势的现象,称为互感现象。(2)互感M取决于两个耦合线圈的几何尺寸、匝数、相对位置和媒介质。,3.涡流,(1)涡流是感应电流的一种,带有铁芯的线圈相当于原线圈,铁芯相当于副线圈。2)涡流会使铁芯发热,增加电能的损耗,叫做涡流损失。交流电器的铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠成,就是为了减少涡流损失。,当线圈中通有交流电时,它所产生的磁通也
11、是交变的。因此,不仅要在线圈中产生感应电动势,而且在铁心内也要产生感应电动势和感应电流。这种感应电流称为涡流,它在垂直于磁通方向的平面内环流着。,二、磁路,绝大部分磁通将通过铁心形成闭合路径磁路。图示为交流接触器的磁路,磁通经过铁心和空气隙而闭合。,式中:F=IN 称为磁动势,此为产生磁通的激励;,Rm 为磁阻,是磁路对磁通具有阻碍作用的物理量;l 为磁路的平均长度;S 为磁路的截面积。,上式与电路中的欧姆定律在形式上相似,与磁路对照如下:,磁路,电路,磁动势 F,磁通,磁感应强度B,磁阻 R=l/S,电动势 E,电流 I,电流密度 J,电阻 R=l/S,第三节 单相交流电路,一、正弦交流电的
12、产生二、交流电的基本物理量三、交流电的表示方法四、单相交流电路,一、交流电,正弦交流电的产生如下图所示:当转子按逆时针方向作匀速圆周运动时,在线圈的两端将产生感应电动势。从图中可以看出感应电动势的大小和方向都随时间作周期性的变化。通常交流发电机是磁极在转动(称转子)而线圈是固定不动的(称定子)。,第三节 单相交流和三相交流电路,正弦量:,正弦电压、电流等物理量统称为正弦量。,规定电流参考方向如图,正半周:电流实际方向与参考方向相同,负半周:电流实际方向与参考方向相反,+,振幅,角频率,初相角,正弦量的三要素,大小有变化!,方向有变化!,步长,速度,起始点,跑步【类比】,二、正弦交流电的基本物理
13、量,频率与周期,描述正弦量变化快慢的参数:,周期(T):变化一个循环所需要 的时间,单位(s)。,频率(f):单位时间内的周期数 单位(Hz)。,角频率():每秒钟变化的弧度数,单位(rad/s)。,三者间的关系示为:,f=1/T,我国和大多数国家采用50Hz作为电力工业标准频率(简称工频),少数国家采用60Hz。,瞬时值:正弦量任意瞬间的值 称为瞬时值,用小字母表示:i、u、e,振幅:正弦量在一个周期内的最大值,用带有下标m的大写字母表示:Im、Um、Em,有效值:一个交流电流的做功能力相当于某一数值的直流电流的做功能力,这个直流电流的数值就叫该交流电流的有效值。用大写字母表示:I、U、E,
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