电工基础知识课件

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,2019/8/6,#,电工基础知识,一、电工作业和电工作业人员,电工作业指从事电气装置的安装、运行、检修、试验等工作的作业,电工作业包括低压运行维修、高压运行维修及行业专业性电工作业。,关于高压与低压的划分存在着不同的说法 。,电业安全规程,和,电工作业人员安全考核标准,按照设备对地电压，,250,V,（工频,50Hz,）及以下者划定为低压。,将,250V,以上者划定为高压。,低压电器基本标准,等国家标准将,1200V,及以下的电器列为低压电器。,民用建筑电气设计规范,等更多标准将,1000V,以下划为低压配电范围。,1000V,一下常见的只有配电电压,0.23/0.4kV,（相应的用电电压,220/380V,）的系统。其对地电压一般不超过,250V,。因此，标准的不协调尚不致对高、低压电工作业造成误解。,电工作业人员指直接从事电工作业的人员。电工作业人员必须年满,18,岁，必须具备初中以上文化程度，不得有妨碍从事电工作业的病症和生理缺陷。从技术上考虑，电工作业人员必须具备必要的电气专业知识和电气安全技术知识；按其职务和工作性质，应熟悉有关安全规程；应学会必要的操作技能和触电急救方法。,电工人员必须经过安全技术培训，并经过考试合格后方可从事电工作业。新参加电气工作的人员、实习人员和临时参加劳动的人员，必须经过安全知识教育后，方可参加制定的工作，但不得单独工作。对外单位派来支援的电气工作人员，工作前应介绍现场电气设备接线情况和有关安全措施。,电工人员必须经过安全技术培训，并经过考试合格后方可从事电工作业。新参加电气工作的人员、实习人员和临时参加劳动的人员，必须经过安全知识教育后，方可参加制定的工作，但不得单独工作。对外单位派来支援的电气工作人员，工作前应介绍现场电气设备接线情况和有关安全措施。,电工是特殊工种、又是危险工种。首先，其作业过程和工作质量不但关联着自身的安全，而且关联着他人和周围设备设施的安全；其次，专业电工工作点分散、工作性质不专一，不便于跟班检查和追踪检查。因此，专业电工必须掌握必要的电气安全技能，必须具备良好的电气安全知识。,二、电工作业人员的安全职责,专业电工应当了解生产与安全的辩证统一，把生产和安全看作是一整体，充分理解,“,生产必须安全，安全促进生产,”,的基本原则，不断提高安全意识。,就岗位安全职责而言，专业电工应做到以下几点：,就岗位安全职责而言，专业电工应做到以下几点：,（,1,）严格执行各项安全标准、法规、制度和规程。包括各种电气标准、电气安装规范和验收规范、电气运行管理规程、电气安全操作规程及其他有关规定,。,（,2,）遵守劳动纪律，终于职责，做好本职工作，认真执行电工岗位安全责任制。,（,3,）正确使用各种工具和劳动保护用品，安全地完成各项生产任务。,（,4,）努力学习安全规程、电气专业技术和电气安全技术；参加各项有关的安全活动；宣传电气安全；参加安全检查，并提出意见和建议等。,专业电工应树立良好的职业道德。除前面提到的忠于职责、遵守纪律、努力学习外、还应注意互相配合，共同完成生产任务。应特别注意杜绝以 电谋私、制造电气故障等违法行为。 培训和考核是提高专业安全技术水平，使之获得独立操作能力的基本途径。通过培训和考核，最大限度地提高专业电工的技术水平和安全意识,自从,19,世纪以电力发明及其广泛应用为标志的第二次科技革命以来，人类生活进入了电气时代。,小至生活照明，大到现代化大工业生产,电能在现代工业、农业、科学技术以及国民经济等各个领域有着广泛的应用。,电能的广泛应用与其特点息息相关,。,直流电路,电工基础知识,电能的应用：,电能应用在工业、农业及国民经济各部门，在日常生活中也是不可缺少的。,电能的优越性 ：,（,1,）便于转换,（,2,）便于传输（,3,）便于控制,不足之处 ： 难于储存,电路：,由电源、负载、连接导线、控制和保护装置四部分,组成。,一、电路,电路：,电流所通过的路径。是由某些电气设备和元器件按一定方式连接组成。,在日常生活中，我们会广泛接触到各种电路。手电筒就是一中非常简单的电路。,2,电路的基本组成,电路的基本组成包括以下四个部分：,(,1,),电源,(,供能元件,),：,为电路提供电能的设备和器件,(,如电池、发电机等,),。,是电路工作的能源，电源的作用是将非电能转换成电能。,图,1-20,模拟手电筒电路,图,1-20,模拟手电筒电路,(,2,),负载,(,耗能元件,):,使用,(,消耗,),电能的设备和器件,(,如灯泡等用电器,),。,是电路中的主要耗电器件。负载的作用是将电能转换成非电能。,控制电路工作状态的器件或设备,(,如开关等,),。,将电器设备和元器件按一定方式连接起来,(,如各种铜、铝电缆线等,),。,(,4,),控制器件：,(3),连接导线：,、电路模型和电路元件,电源,负,载,实体电路,中间环节,与实体电路相对应、由理想元件构成的,电路图,，称,为实体电路的,电路模型,。,电路模型,负载,电源,开关,连接导线,S,R,L,+,U,I,U,S,+,_,R,0,白炽灯的电路模型可表示为：,实际电路器件品种繁多，其电磁特性多元而复杂，采取模型化处理可获得有意义的分析效果,i,R,R,L,消耗电,能,的,电特性可用,电阻元件,表征,产生,磁场,的电特性可用,电感元件,表征,由于白炽灯中耗能的因素大大于产生磁场的因素，因此,L,可以忽略。,理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性惟一、精确，可定量分析和计算。,白炽灯电路,R,C,+,U,S,电阻元件,只具耗能的电特性,电容元件,只具有储存电能的电特性,理想电压源,输出电压恒定，输出电流由它和负载共同决定,理想电流源,输出电流恒定，两端电压由它和负载共同决定,L,电感元件,只具有储存磁能的电特性,I,S,理想电路元件分有无源和有源两大类,无源二端元件,有源二端元件,电路可以实现电能的传输、分配和转换。,电力系统中：,电子技术中：,电路可以实现电信号的传递、存储和处理。,电路的功能,、导体、绝缘体和半导体,原子核,原子核中有质子和中子，其中质子带正电，中子不带电。,绕原子核高速旋转的电子带负电。,自然界物质的电结构：,电子,正电荷,负电荷,=,原子结构中,：,原子核,导体的外层电子数很少且距离原子核较远，因此受原子核的束缚力很弱，极易挣脱原子核的束缚游离到空间成为自由电子，即导体的特点就是内部具有大量的自由电子。,原子核,半导体的外层电子数一般为,4,个，其导电性界于导体和绝缘体之间。,原子核,绝缘体外层电子数通常为,8,个，且距离原子核较近，因此受到原子核很强的束缚力而无法挣脱，我们把外层电子数为,8,个称为稳定结构，这种结构中不存在自由电子，因此不导电。,、电路的工作状态,（,1,）开（断）路状态,（,2,）额定工作状态,（,3,）短路状态,忽略电路元器件的次要因素，将其理想化，并用规定的电气图形符号表示所组成的电路，称为电路,电路的工作状态,电路有三种工作状态：,开路,、,短路,、,额定工作,状态,。,1,、开路,9/16/2024,23,U,OC,I,R,O,+,-,Us,开路时,I,=0,，内阻,R,o,上电压降为零。,开路电压,U,OC,= Us,2,、短路,9/16/2024,24,U,S,-,+,b,I,SC,R,O,a,U,ab,=0V,短路电流,I,SC,=U,S,/ R,O,失去电子或得到电子的微粒称为正电荷或负电荷。带有电荷的物体称为带电体。电荷的多少用电量表示。其单位为,C,（库或库仑）。库是很大的单位，常用的电量单位是,C,（微库或微库仑）,1C=10,6,C,。在电荷的周围存在着电场。引进电场中的电荷将受到力的作用，这个叫做电场力。,电荷和电场,电荷间相互作用：,同性相斥，异性相吸。,电场强度和电位是表征电场中各点性质的两个基本物理量。电场中某点的电场强度即单位正电荷在该点所受到的电场力。电场强度的单位是,v/m,（伏,/,米）。如用,E,表示电场强度，,则,: E=F/Q,式中,E,电场强度，,v/m;,F,电场力，,Q,电量，,C,。,电场中某点的电位是指在电场中将单位正电荷从该点移至电位叁考点时电场力所做的功。电位的常用单位是伏（,V,），千伏（,KV,）等。,电场中某两点之间的电位差称为这两点之间的电压或电压降。,电压的符号是,U,、,u,，其单位与电位差的单位相同。,1KV=1000V,在由两个电极构成的均匀电场中，电极间电场强度（,E,）与电极间电压（,U,）的关系,式中,d,电极间的距离，,m.,显然，可以将电场强度理解为单位距离上的电压。电压越高，可能产生的电场强度也越高。,E=U/d,不论所使用的是何种绝缘材料，其上电场强度达到某一限度时，其绝缘性能都将遇到破坏。这电场强度称作该绝缘材料的击穿电场强度，简称击穿强度。,当空气中电场强度超过,2530kv/cm,时，即可能发生击穿放电。,二、电流,1,、电流的概念与分类,带电粒子（电荷）的定向运动形成电流。,电流的方向不变为直流,I(DC),。,方向和大小都变化为交流,i(AC),。,I,Q/t,（取决于在一定时间内，通过导体横截面的电荷量）,I,电流强度（,A,）,Q,电荷量（,C,）,t,时间（,S,）,2,、电流的单位,安培（,A,）,常用的电流单位还有毫安 （,mA,）,、微安（,A,）,、千安 （,kA,）,等,电流单位换算,1A,10,3,mA 1mA,10,3,A,，,1 kA,10,3,A,3,、电流的方向,规定：正电荷运动的方向为电流的实际方向。,假设的电流流向称为电流的参考方向。,注意,:,电流的计算结果为,“,+” ,电流真实方向与参考方向,一致,；,“, ”,电流真实方向与参考方向,相反,。,电流强度是一个标量，电流方向只表明电荷的定向运动方向。,分析：,当参考方向与实际方向相同时，则,I0,当参考方向与实际方向相反时，则,I,bo,，,+,+,F,F,a,b,o,L,ao,L,bo,L,ab,+,-,电场方向,参考点,那么,a,点电位就比,b,点电位高。,这里,o,点为参考点,，参考点可任意选择，不同的参考点，相对各点电位也不同,。由此看出，电场中某点电位与参考点有密切关系，通常选择参考点以方便计算为原则。,参考点可视为零电位，低于参考点为负电位，高于参考点为正电位，等于参考点为同电位。,+,+,F,F,a,b,o,L,ao,L,bo,L,ab,+,-,电场方向,参考点,电位：,某点与参考点之间的电压：用,U,（或,）表示 单位,V,把参考点的位称为零电位。即如,A,点参考点则,A,0V,）,通常选大地为参考点，把大地的电位作为零电位点。,任意两点间的电位差：,UAB,UA-UB,或,AB,A-B,电压与电位的异同点：,电位是某点对参考点的电压，电压是某两点间的电位差；,电位是相对量，随参考点的改变而改变，而电压是绝对 量，不随参考点的改变而改变。,电压,电压是衡量电场力做功本领大小的物理量，在电场中两点间电位差称为电压。,（,1,）电压是衡量电场力作功率领的大小,在电场中，电场力,F,的将电荷,Q,由,A,点移动至,B,点,.,到做的功,W,AB,与电荷的比值。,U,AB,=W,AB,/Q,电场力将单位正电荷从电场中的,a,点移到,b,点所做的功，称其为,a,、,b,两点间的电压。,a,b,o,R,1,R,2,ab,ao,bo,导体两端具有电位差时，电子才有规则的定向运动而形成电流。可见，,导体内产生电流的条件是导体两端必须有电位差（电压）。,电压单位与电位相同。,（,2,）电压的方向,电压和电流一样，不但有大小，而且有方向。,电压方向,规定为由高电位指向低电位,三种表示法：箭头表示 双下标表示 ：,U,AB,习惯上把电位降低的方向作为电压的实际方向。,（,3,）电压的单位,伏特（,V,）,1V,10,3,mV,1mV,10,3,V 1kV,10,3,V,五、 电阻器,1,、电阻器的,概念,电阻是反映物体对电流起阻碍作用大小的一个物理量。,电阻这一物理量可衡量物体的导电能力，物体电阻小导电能力就强，反之就弱。,在实际工作中，我们不但用电阻去衡量物体的导电能力，我们还将具有一定阻值物质制作成实体元件，称为电阻器。,电阻器反映导体对电流起阻碍作用的大小，简称电阻 “,R,（,r,）,”,符号表示。,R,L/S,L,：导体长度（,m,）,S,：横截面积（,MM,的平方）,：导体的电阻率（,M,）,电阻产品实物图,物体的电阻是客观存在的，不随电压的高低而变化。,电阻率,：是与物体材料性质有关的物理量，称为电阻系数或电阻率。它是指长度,1,米，横截面,1,平方毫米的某种材料的物体在,2,时的电阻值。单位：,m,。,表,1-1,常用金属材料的电阻率及电阻温度系数,材料名称,2,时的电阻,率,/,m,电阻温度系数,/,-1,银,1.610,-8,0.00361,铜,1.7210,-8,0.0041,金,2.210,-8,0.00365,铝,2.910,-8,0.00423,钼,4.7710,-8,0.00478,钨,5.310,-8,0.005,铁,9.7810,-8,0.00625,康铜（铜,54%,，镍,46%,）,5010,-8,0.00004,电阻元件,主要参数,：电阻值、功率、允许偏差等。,电阻器的作用,：在直流电路中，常用于分压、分流、阻抗匹配等；交流电路中，电阻器常用于限流。,电阻元件符号,：,电阻：,可变电阻：,电位器：,2,、单位：,为欧姆（,）,1K=10,3, 1M=10,6,3,、电阻器分类,：,固定电阻 可变电阻,碳膜电阻 线绕 金属膜电阻,由电阻的伏安特性曲线可得，任一瞬时，电阻元件上电压和电流的关系为,即时对应,关系，即：,因此，电阻元件称为即时元件。即时元件上的电压、电流关系遵循欧姆定律。电阻元件通过电流就要发热，消耗的能量为：,线性电阻元件伏安特性,0,u,i,4,、主要指标：,标称阻值,承受功率,允许偏差,5,、标志方法,：色环法,色标符号,方法,：,棕（偏差）,金（倍乘）,黄（第三位）,紫（第二位）,棕（第一位）,黑,0,棕,1,红,2,橙,3,黄,4,绿,5,蓝,6,紫,7,灰,8,白,9,银,10,-2,金,10,-1,1,、部分电路欧姆定律,部分电路欧姆定律：（不含电源电路）,内容：流过导体的电流与这段导体两端电压成正比，与导体的电阻成反比,I=U/R,式中,R,为电阻，单位为欧姆,，,电阻一定时，电压愈高电流愈大；,电压一定，电阻愈大电流就愈小。,六、 欧姆定律,2,、全电路欧姆定律,全电路欧姆定律（含源电路）,内容：电路中电流与电源电动势成正比，与内外电阻之和成反比,/,（,+,）,公式变形：,E=IR+Ir=I(R+r)=U=U0,分析：由,U=E-Ur=E-Ir,可知：,当电阻,R,为无穷大，,I=0 U=E,（最高）,当电阻,R,变小，,I,增大,U,减小,当电阻,R,变大，,I,减小,U,增大,七、 电路的连接,1,、电路的串联,串联电路是把几个电路或其他电路元件的收尾端顺次连接起来，使电流只有一条通路的电路。在串联电路中，电路的总电压等于各元件上的电压降之和。即,U=U,1,+U,2,R=R,1,+ R,2,U,1,/U,2,=R,1,/R,2,电路串联的特点：,（,1,）,电流相等,I,I1=I2=,In,；,（,2,）,总电压等于各个电压之和,U=U1+U2=IR1+IR2,；,（,3,）,R=R1+R2-+Rn,；,总电阻等于各个电阻之和，,（,4,）,串联电阻有分压作用。,分压式：,U1=R1U/R1+R2,；,U2=R2U/R1+R2,。,2,、电,路,并联,并联电路是把电阻或其它元件的首端和尾端、尾端和首端相,互连接起来，使电流同时有几条通路的电路。在并联电路中，,各元件两端的电压为同一电压。电路的总电流等于各支路,电路电流的之和。即,I=I,1,+I,2,R=R,1,R,2,/R,1,+R,2,I,1,/I,2,=R,2,/R,1,电,路,并联的特点：,（,1,）,电压相同，,U=U1=U2-=Un,；,（,2,）,总电流等于各个电流之和，,I=I1+I2-+In,；,（,3,）,总电阻的倒数等于各个电阻倒数之和。,1/R=1/R1+1/R2-+1/Rn,，,若只有两个电阻并联即,R=R1,并,R2=R1R2/R1+R2,；,（,4,）,电阻并联具有分流作用，,分流式：,I1=R2I/R1+R2 I2=R1I/R1+R2,八、 电功与电功率,1,、电功,电能转化为其他形式能的过程称为电流做功，简称为电功 用字母,W,表示。,W=UIT,式中：,W,电功,J,；,U,电压,V,；,I,电流,A,；,t,时间,S,W=I,2,Rt=U,2,t/R,实际中：电功的单位常用千瓦,小时（,KW,h,），俗称“度”,常生活电能的计算：,3.6,10,6,J=1KW.h=1,度,电能的单位是,J,（焦或焦耳）。电能表示电气设备在一般时间内所转换的能量，即,W=Pt,式中,W,电能，,J;,P,功率，,W,；,t,持续时间，,s,。,实用中常用,Kw.h,作为电能的单位，,1KW.h=3.6,X10,6,J.,【,例,】,有一个电饭锅，额定功率为,750W,，每天使用,2,小时；一台,25,吋,电视机，功率为,150W,，每天使用,4,小时；一台电冰箱，输入功,率为,120W,，电冰箱的压缩机每天工作,8,小时。计算每月（,30,天）,耗电多少度？,解：,（,0.75kW2 h,0.15kW4h,0.12kW8h,）,30,天,（,1.5,度,0.6,度 ,0.96,度）,30,91.8,度,答,:,每月耗电,91.8,度,3,、电流的热效应,电流通过导体时，使导体发热的现象叫电流的热效应。,焦耳,楞定律,Q=I,2,Rt=U,2,t,/R=Uit,单位：,Q-J, I-A, R-, t-S,。,九、 电容器,2,、电功率,电功率用以表示电气设备作功的能力，即电气设备单位时间内所做的功。功率的符号是,P,单位是（,W,）（瓦）、,kW,（千瓦），,1kW=1000W.,电功率与电压和电流的乘积成正比。在直流电路中，功率可以表示为：,P=UI=I,2,R=U,2,/R,（瓦）,，,P=W/t=IU=I,2,R=U,2,/R,式中：,P,电功率,W,；,U,电压,V,；,I,电流,A,；,C,电极,极板,介质,电容器是用来储存电荷的装置，它由两块金属极板中间夹有,绝缘材料构成，简称电容。,1,、电容器的概念,线性电容元件库伏特性,0,q,u,对线性电容元件而言，任一瞬时，其电压、电流的关系也是微分,(,或积分,),的,动态,关系，即：,电容元件的工作方式就是充放电。,C,电容产品实物图,电容元件图符号,因此，只有电容元件的极间电压,发生变化,时，电容支路才有电流通过。电容元件也是动态元件，其储存的电场能量为：,电容量：,C=Q/U,式中：,C,电容,F,；,Q,电极上带的电荷,C,；,U,两极板间的电压,V,；,电容是表示电容器存储电荷能力的物理量，是固有参数。有：,C=S/d,式中：,S,平行板电容器的面积，,m,2,；,d,极板间的距离,m,；,介质的介电常数,F/m,；,电容的单位是：法拉（,F,） 其换算关系为：,1F=10,6,F,1F=10,12,pF,按结构分：固定电容器、可变电容器 半可变电容器,按介质分：空气电容器、纸介电容器、云母电容器、,电解电容器（有正负极）,2,、电容器的种类,3,、电容器的主要参数,标称电容,耐压值,允许误差,4,、电容器的串联与并联,特点,：,、,Q1=Q2=Q3=Qn,、,U=U1+U2+U3+Un,、,1/C=1/C1+1/C2+1/C3+/Cn,C=C1C2/C1+C2,（两个电容串联）,C=C0/n,（容量相等的电容并联）,两个或两个以上的电容器依次相连，只有一条通路的联结,方式（中间无分支的连接方式）,（,1,）电容器的串联,特点,：、,U=U1=U2=U3=Un,、,Q=Q1+Q2+Q3+Qn,、,C=C1+C2+C3+Cn,两个或两个以上的电容器的一端连在电路中的一点，另一端,也同时连在另一点，使各电容器承受相同电压。,（,2,）电容器的并联,2.,电感元件,L,线性电感元件韦安特性,0,i,对线性电感元件而言，任一瞬时，其电压和电流的关系为微分,(,或积分,),的,动态,关系，即：,显然，只有电感元件上的电流,电感产品实物图,电感元件图符号,发生变化,时，电感两端才有电压。因此，我们把电感元件称为动态元件。动态元件可以储能，储存的磁能为：,4.,电源元件,任何电源都可以用两种电源模型来表示，输出电压比较稳定的，如发电机、干电池、蓄电池等通常用电压源模型,(,理想电压源和一个电阻元件相串联的形式,),表示；,柴油机组,汽油机组,蓄电池,各种形式的电源设备图,输出电流较稳定的：如光电池或晶体管的输出端等通常用电流源模型,(,理想电流源和一个内阻相并联的形式,),表示。,U,S,+,_,R,0,I,S,R,0,半导体,半导体器件是电子技术的重要组成部分。半导体是指导电能力介于导体和绝缘体之间的材料。硅、锗、硒及大多数金属化物和硫化物属于半导体材料。其中，硅和锗是用得最多的半导体材料。,硅单晶中的共价健结构,Si,Si,Si,Si,1,、,本征半导体,完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。,价电子,共价健,晶体中原子的排列方式,共价键中的两个电子，称为,价电子,。,这一现象称为本征激发。,温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多,。,本征半导体的导电机理,价电子,价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为,自由电子,（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为,空穴,（带正电）。,空穴,Si,Si,Si,Si,自由电子,2,、本征半导体的导电机理,自由电子和,空穴都称为载流子。,自由电子和,空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态 平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。,当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流,(1),自由电子作定向运动,电子电流,(2),价电子递补空穴,空穴电流,本征半导体的导电机理,注意,：,(1),本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；,(2),温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。,所以，温度对半导体器件性能影响很大。,二、半导体二极管,1,、 基本结构,(a),点接触型,(b),面接触型,结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。,(c),平面型,用于集成电路制作工艺中。,PN,结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。,结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。,图,1,12,半导体二极管的结构和符号,阴极引线,阳极引线,二氧化硅保护层,P,型硅,N,型硅,(,c,),平面型,金属触丝,阳极引线,N,型锗片,阴极引线,外壳,(,a,),点接触型,铝合金小球,N,型硅,阳极引线,PN,结,金锑合金,底座,阴极引线,(,b,),面接触型,二极管的结构示意图,阴（负）极,阳（,正,）极,(,d,),符号,D,（,v,）,2,、 伏安特性,硅管,0.5V,锗管0,.1V,。,反向击穿,电压,U,(BR),导通压降,外加电压大于死区电压二极管才能导通。,外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。,正向特性,反向特性,特点：非线性,硅,0.60.8V,锗0.2,0.3V,U,I,死区电压,反向电流,在一定电压,范围内保持,常数。,3,、 主要参数,二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。,2.,反向工作峰值电压,U,RWM,是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压,U,BR,的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏,。,3.,反向峰值电流,I,RM,指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，,I,RM,受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍,。,二极管,的单向导电性,2.,二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正 ）时， 二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。,3.,外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。,4.,二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。,1.,二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负 ）时， 二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。,极性判断,负极极性标示色环,负极极性标示色环,二极管短脚负极，长脚正极,负极引脚,负极极性标示色环,负极极性标示色环,稳压二极管,整流二极管,发光二极管,变容二极管,用万用表检测二极管的正、反向电阻值，判别其质量的好坏。,（,3,）万用表判别 使用万用表,R100,或,R1K,挡；红黑表笔同时接二极管的两条引线，测出一组值；对调表笔重新测量，得出一组值；比较两组值，值小的那次测量中，黑表笔二极管接正极，红笔表接二极管负极。,（,4,）二极管的性能检测,单向导电性能的检测,检测工具：万用表,检测标准：检波二极管或小功率整流管 采用,R100,挡，其值为几百欧（锗）,几千欧（硅）大功率整流二极管 采用,R1,挡，其值为十几或几十欧,检测反向电阻的标准：除大功率硅整流二极管，一般采用,R1K,挡，其值为几百千欧或,二极管极性的判别,五、 半导体三极管,1,、 基本结构,N,N,P,基极,发射极,集电极,NPN,型,B,E,C,PNP,型,P,P,N,基极,发射极,集电极,符号：,B,E,C,I,B,I,E,I,C,B,E,C,I,B,I,E,I,C,NPN,型三极管,PNP,型三极管,发射区：掺,杂浓度最高,基区：最薄，,掺杂浓度最低,发射结,B,E,C,N,N,P,基极,发射极,集电极,结构特点：,集电区：,面积最大,晶体三极管,塑封小功率管,金封小功率管,片状三极管,塑封大功率管,金封大功率管,半导体三极管的主要特点：,三极管有三种工作状态：即,放大状态、截止状态、饱和状态。,三极管的两大应用场合：放大电路和开关电路。,使三极管处于,放大,状态的,原则,是：发射结（,e、b）,之间加正向电压，集电结（,c、b）,之间加反向电压。,2024/9/16,82,2,三极管极性的判别,用万用表的,R10k,档，一般正常的三极管有图的检测结果。,（,1,）确定基极和管型,由图可知，与基极有关的测量中有两次是阻值很小的，所以,在随意的测量中，阻值很小的那一次中的两个引脚必有一个是基,极，此时，记下这两个引脚，然后假定其中一个是基极，保持接,此引脚的表笔不变，用另一只表笔接触余下的第三只引脚，如果,仍是阻值很小，则假定正确。否则假定不正确，基极是另外一只,引脚。再根据两次阻值很小时，表笔和引脚的连接关系即可判断,出管型，即黑表笔接,P,，红表笔接,N,时，阻值很小。如黑表笔接触,其中一个引脚不动，红表笔分别接触另外两只引脚时，所测得的,阻值均是很小，则是一“,P”,两“,N”,，,NPN,型。,三极管的万用表检测,（,2,）确定发射极和集电极,基极确定后，测另两只引脚对基极的反向电阻，即将红、黑表笔对调，阻值在十几,k,到几百,k,之间时即是发射极，剩余一只引脚为集电极。或者在基极和管型确定后，直接测除基极外另两只引脚的正反向电阻，当阻值在十几,k,到几百,k,之间时，黑表笔接的是的是,NPN,管的发射极，红表笔接,PNP,管的发射极，余下的一只引脚即为集电极。,可按以下规律记忆：,在用万用表,R10k,档测三极管,c,、,e,间电阻时，如果阻值不是“”（十几,k,到几百,k,之间），则万用表的“红进黑出”（电流由红表笔流入，黑表笔流出）方向与三极管表示发射极电流的箭头方向相反。,四、,晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种,大功,率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域,扩展到强电领域。,晶闸管,也像半导体二极管那样具有,单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、,调压及开关等方面。,优点：,体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、 容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。,(a),外形,K,G,A,(b),符号,G,控制极,三,个,PN,结,P1,P2,N1,N2,四 层 半 导 体,K,阴极,阳极,A,晶闸管是具有三个,PN,结的四层结构,其外形、结构及符号如图。,1,、 基本结构,半导体管的整流电路,将交流电变为直流电的过程称为整流。,实现整流过程的电路叫整流电路。,整流电路的形式有：单相半波、单相桥式,、,三相半波和三相桥式。,1）单相半波整流电路,U,d=0.45,U,2024/9/16,89,v,负极,正极,U,d,u,R,d,2),单相桥式,Ud=0.9 U,2024/9/16,90,u,U,d,R,d,wt,u,3),三相桥式,2024/9/16,91,U,d,R,d,U,V,w,波形图略,生产和生活中使用的交流电绝大部分是正弦交流电。其特点是电流、电压的大小和方向都随着时间按正弦函数的规律变化。,第三节 正弦交流电路,一、 正弦交流电的基本概念,t,i,交流电是指大小和方向随时间作周期性变化的电动势（电压或电流）。,1,、,正弦交流电的定义,如果在电路中电动势的大小与方向均随时间按正弦规律变化，由此产生的电流、电压大小和方向也是正弦的，这样的电路称为正弦交流电路。,2,、正弦交流电的产生,F,F,N,S,I,I,e=E,m,sint,在两磁极中间，放一个线圈，,让线圈,以,的速度顺时针旋转，根据右手,定则可知，线圈中产生感应电流。,合理设计磁极形状，使磁通按正弦,规律分布，线圈两端便可得到,单相,交流电动势。,3,、正弦交流电的三要素,i,最大值,角频率（弧度,/,秒）,初相位,三要素,:,交流电每一循坏所用的时间叫周期；每秒钟交变的周期数叫做频率；用字母,f,表示，单位：,Hz,；,每秒钟交变的弧度数叫做角频率。,周期和频率互为倒数。（,t+,）,叫做相位，,t=0,时的相位,叫做初相位。,因为最大值、角频率和初相位 确定了正弦量的所有特征。所以称之为正弦交流电的三要素。通常用有效值来表征交流电的大小。有效值是与该交流电做功能力相同的直流电的有效值。最大值为有效值的 倍。,和,最大值,电量名称必须大写,下标加,m,。如：,U,m,、,I,m,用小写字母表示交流瞬时值，如,u,、,i,有效值电量必须大写，如：,U,、,I,有效值概念,交流电流,i,通过电阻,R,在一个周期,T,内产生的热量与一直流电流,I,通过同一电阻在同一时间,T,内产生的热量相等，则称,I,的数值为,i,的有效值,（,1,）瞬时值、最大值、有效值,在工程应用中常用,有效值,表示幅度。,常用交流电表指示的电压、电流读数，就是被测物理量的有效值。标准电压,220,V,，,也是指供电电压的有效值。,问题与讨论,电器, 220V,最高耐压,=300V,若购得一台耐压为,300V,的电器，是否可用于,220V,的线路上,?,该用电器最高耐压低于电源电压的最大值,，所以,不能用,。,有效值,U,= 220V,最大值,U,m,= 220V = 311V,电源电压,已知我国的交流电,f,50 Hz,试求,T,和,。,【,例,3.1,】,（,2,）周期、频率、角频率,周期,T,： 变化一周所需的时间,单位：秒，毫秒。,角频率,： 每秒变化的弧度,单位：弧度,/,秒。,频率,f,： 每秒变化的次数,单位：赫兹，千赫兹,。,i,T,f=1/T =2/T=2f,t,= 0,时的相位，称为,初相位或初相角（,）,。,（,t+,）,正弦波的相位角或相位,两个,同频率,正弦量间的初相之差称相位差（,2-1,）,（,2,）相位、初相位、相位差,e=E,m,sin,（,t+,）,同,相,位,落后于,相,位,领,先,超前于,相,位,落,后,相量,波形图,i,（,3,）正弦波的表示方法,瞬时值表达式,必须,小写,u=U,m,sint,二、 单相正弦交流电路,1.,纯电阻电路,交流负载中只有电阻的交流电路。如电炉、白炽灯等。,u,i,R,t,u,i,U,I,（,1,）电压与电流的关系,设：,u,R,=U,Rm,sin,t,则有：,i=u,R,/R=(U,Rm,/R)sin,t=I,m,sint,在纯电阻电路中，电流,i,和电压,uR,是同频率、同相位的正弦量。,电压与电流最大值的关系：,I,m,=U,Rm,/R,电压与电流有效值的关系：,I=U,R,/R,或,U,R,=IR,（,2,）电路的功率,瞬时功率：瞬时电压与电流的乘积。,有功功率：瞬时功率的平均值。,P=U,R,I=I,2,R=U,R,2,/R,2.,纯电感电路,交流负载中只有电感的交流电路。,（,1,）电压与电流的关系,i,u,i,u,L,U,I,电感线圈中产生自感电动势，阻碍电流的变化，故电流的,变化总是滞后电压的变化。,设：,i=I,m,sin,t,则通过分析有：,u,L,=I,m,Lsin(t+90,o,)=U,m,sin(t+90,o,),那么：电感两端的电压超前电流,90,O,；,电感对电流的阻碍作用用感抗来反映；,X,L,=L=2fL,电压与电流的关系：,I=U,L,/X,L,（,2,）电路的功率和能量转换,电感线圈不消耗有功功率；,无功功率：瞬时功率的最大值；,Q,L,单位：乏尔,Q,L,=U,L,I=I,2,X,L,=U,2,/X,L,3.,纯电容电路,（,1,）电压与电流的关系,交流负载中只有电容的交流电路。,i,u,u,i,C,电容器不断充电和放电，形成电流。,设：,u,C,=U,Cm,sin,t,则通过分析有：,i=CU,Cm,sin(t+90,o,)=I,m,sin(t+90,o,),那么：电容两端的电压滞后电流,90,O,；,电容器对电流的阻碍作用用容抗来反映；,X,C,=1/C=1/2fC,电压与电流的关系：,I=U,C,/X,C,（,2,）电路的功率和能量转换,电容不消耗有功功率；无功功率用,Q,C,表示,单位：乏尔,Q,C,=U,C,I=I,2,X,C,=U,2,/X,C,三、 三相交流电路,三相交流电的优点：,输电时节省电线；三相发电机体积小，质量轻，成本低；三相异步电动机结构简单，性能可靠；,1,、三相对称电动势的产生,U1,U2,V2,W1,V1,W2,S,N,定子中放三个线圈：,U1,U2,V1,V2,W1,W2,首端,末端,三线圈空间位置相差,120,o,转子装有磁极并以,的,速度旋转。三个线圈中便,产生三个单相电动势。,转子,定子,E,m,0,120,240,360,t,120,120,120,注意：,三相对称正弦电动势频率相同，振福相等，,相位相差,120,o,。,e,U,=Emsint,e,V,=Emsin(t-120,o,),e,W,=Emsin(t+120,o,),2,、三相电源的星形联结,三相四线,制供电,火线（相线）,:,U,V,W,中线（零线）：,N,（中线）,（火线）,（火线）,（火线）,U2,V2,W1,V1,W2,N,U1,（,1,）星形联结的方法,（,2,）三相四线制的线电压与相电压,相电压：,火线对零线间的电压。,如：,U,U,、,U,V,、,U,W,120,120,120,U,W,V,N,线电压：,火线间的电压。,注意规定的,正方向,W,U,V,N,30,（,2,）线电压与相电压的关系,线电压为相电压的 倍，同时线电压的相位超前相电压,30,O,U,线,= U,相,鼠笼式,绕线式,他励、异励、串励、复励,电动机的分类,异步机,同步机,交流电动机,电动机,直流电动机,第五节：常用三相异步电动机,三相,单相,电动机有直流电动机和交流电动机两大类，直流电动机不及交流电动机结构简单、制造容易、维护方便、运行可靠。,常用的交流电动机有三相异步电动机（或称感应电动机）和同步电动机。,异步电动机结构简单，维护容易，运行可靠，价格便宜，具有较好的稳态和动态特性，因此，他是工业中使用得最为广泛的一种电动机。同步电机既可作发电机使用，也可作电动机使用。,一,.,交流电动机,Y,系列三相异步电机,三相永磁同步电机,1.,三相异步电动机的基本结构,按结构分类,：,笼式异步电动机：结构简单，坚固，成本低。 绕线式异步电动机：通过外串电阻改善电机的起动，调速等性能。,异步电动机主要有以下几部分组成,:,1,）定子,定子由铁心、绕组与机座三部分组成。定子铁心是电动机磁路的一部分，它是由,0.5mm,的硅钢片叠压而成，片与片之间是绝缘的，以减少涡流损耗，定子铁心的硅钢片的内圆冲有定子槽，如图所示，槽中安放绕组，硅钢片铁心在叠压后称为一个整体，固定于机座上。定子绕组是电动机的电路部分，由许多线圈连接而成，每个线圈有两个有效边，分别放在两个槽里。三相对称绕组可连接成星型或三角形。,2,）转子,转子有铁心与绕组组成。异步电动机的转子绕组有鼠笼式、线绕式。,机座主要用于固定与支撑定子铁心。中小型异步电动机一般采用铸铁机座。根据不同的冷却方式采用不同的机座形式,转子有铁心与绕组组成。转子铁心压装在转轴上，由硅钢片叠压而成，转子硅钢片冲片如图所示，转子铁心也是电动机磁路的一部分，转子铁心、气隙与定子铁心构成电动机的完整磁路。异步电动机转子绕组多采用鼠笼式，它是在转子铁心槽里插入铜条，再将全部铜条两端焊在两个铜端环上而组成，小型鼠笼式转子绕组多用铝离心浇注而成。这不仅是以铝代铜，而且制造也快。,异步电动机的转子绕组除了鼠笼式外还有线绕式，线绕式转子绕组与定子绕组一样，由线圈组成绕组放入转子铁心槽里，转子绕组一般是连接成星型的三相绕组，转子绕组组成的磁极数与定子相同，绕线式转子通过轴上的滑环和电刷在转子回路中接入外加电阻，用以改善启动性能与调节转速。,2.,三相异步电动机的工作原理,V2,V1,W2,U2,U1,W1,转子,定子,定子绕组,（三相）,机 座,转子：,在旋转磁场作用下，产生感应,电动势或电流。,三相定子绕组：,通入三相交流电产生旋转磁场。,1,、旋转磁场的产生,电磁基本定律,左手定则：,通电导体在磁场中受到力的作用，其受力方向可以用左手法则判定。,(,伸开左手,让拇指与其余四指垂直并同在一个平面内,让磁力线穿过手心,四指指向电流方向,拇指所指的方向就是通电导体所受到的电磁力的方向。）,右手定则：,导体在磁场中做切割磁力线德运动，则在导体的两端将产生感应电动势，其方向可用右手法则判定。（伸开右手,让拇指与其余四指垂直并同在一个平面内,让磁力线穿过手心,拇指所指的方向为导体运动方向，四指所指的方向为电流方向。）,异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极,U1,V2,W1,V1,W2,(,),电流入,U2,(),电流出,A,X,B,Y,C,Z,合成磁场方向：向下,U1,U2,V2,W1,V1,W2,t=0,o,时,X,B,Z,A,Y,C,A,X,Y,C,B,Z,A,X,Y,C,B,Z,同理分析，可得,其它电流角度下,的磁场方向,：,t=60,o,时,t=120,o,时,t=180,o,时,改变电机的旋转方向：换接其中两相。,旋转方向,：取决于三相电流的相序。,旋转磁场的转速,大小,一个电流周期，旋转磁场在空间转过,360,电流频率为,f Hz,，则磁场,1/f,秒旋转,1,圈，每秒旋转,f,圈。每分钟旋转：,n,1,称为,同步转速,n1=60f,若为,P,对磁极,n1=60f/P,三相异步电动机的转动原理,对称三相正弦交流电通入对称三相定子绕组，便形成旋转磁场，旋转磁场切割转子导体，便产生感应电动势和感应电流。载流导体在磁场中受到力的作用，并形成转矩，转子便沿着旋转磁场的转向逐步转动起来。,U1,V2,W1,V1,W2,U2,F,F,电动机转速和旋转磁场同步转速的关系,电动机转速（额定转速）,:,电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，,但,异步,电动机,无转子电动势（转子导体不切割磁力线）,无转距,无转子电流,转子与旋转磁场间没有相对运动,提示,：,如果,转差率：旋转磁场的同步转速,n1,与转子转速（电动机转速）,n,之差，转差与同步转速,n1,的比值。,用,S,表示：,S=n1-n/n1100%,三、三相异步电动机的铭牌,1.,型号,Y 315,6,磁极数,(,极对数,p,=3),同步转速,1000,转,/,分,2.,额定功率：,额定功率指电机在额定运行时轴上输出的,功率,（,P2,），不等于从电源吸收的功率（,P1,）。,6.,额定转速,:,电机轴上的转速（,n),。,如：,n,=1440,转,/,分,3,.,额定频率,50HZ,4.,额定电压：,定子绕组在,指定接法,下应加的,线电压,.,说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的,5,。,线,电,压,A,Z,B,Y,X,C,线,电,压,A,B,C,X,Y,Z,例：,380/220 Y/,是指：线电压为,380V,时采用,Y,接法；,当线电压为,220V,时采用接法。,5.,额定电流：,定子绕组在,指定接法,下的,线电流。,7.,接法 ：,Y/,接法,Y,接法,：,A,B,C,Z,X,Y,