电工基础知识大全(讲座培训ppt课件)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,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,水位差,(,水压,),水流 水泵,电位差（电压,),电流 电源,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,.,U,E,理想电压源,: E=U,如何测出电动势的大小,?,非理想电压源,:E,U,U,E,A,O,E=U,AO,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,= 10,3,千欧,= 10,6,欧姆,1 M = 10,3,K = 10,6,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:,R,1,R,2,U,1,U,2,U,总,R,总,U,总,所以,I,I,U,1,I,R,1,=,U,2,I,R,2,=,且,U,总,=U,1,+U,2,由欧姆定律可得,:,U,总,I,R,总,=,U,1,+U,2,=,I,=,U,1,I,+,U,2,I,=R,1,+R,2,补充说明,:(1),串联电路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,n,R,。,由此推出,:,串联电路的总电阻等于各分电阻之和。 即,:R,总,=R,1,+R,2,1.3.2 并联电路的总电阻与分电阻的关系:,R,1,R,2,U,I,总,I,1,I,2,R,总,U,I,总,由欧姆定律可得,:,U,R,1,I,1,=,U,R,2,I,2,=,且,I,总,=I,1,+I,2,U,R,总,I,总,=,所以,U,R,总,U,R,1,=,+,U,R,2,1,R,总,1,R,1,=,+,1,R,2,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,R,总,1,R,1,=,+,1,R,2,即,:,或：,R,1,R,2,R,1,+R,2,R,总,=,1,R,总,1,R,1,=,+,1,R,2,1,R,总,=,R,1,+R,2,R,1,R,2,R,1,R,2,R,1,+R,2,R,总,=,R,1,R,2,R,1,+R,2,R,总,=,1,R,总,R,1,=,R,1,R,2,R,1,+R,2,R,1,=,R,2,R,1,+R,2,因为,所以,R,总,R,1,同理,R,总,R,2,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,R,n,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。,2,、电路符号,1,、电容器,C,+ + + +, ,+,q,q,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。,C,i,u,+,+,4,、伏安特性,：,线性电容的,q,u,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,C,i,u,+,+,表明电流正比于电压的变化率。,q,u,O,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,到,t,从,t,-,时间内，电容元件吸收的电能为,dt,du,Cu,u,dt,du,C,ui,p,=,=,=,则：电容在任何时刻,t,所储存的电场能量,W,c,将,等于其所吸收的能量。,由此可以看出，电容是无源元件，它本身不消耗能量。,从,t,0,到,t,电容储能的变化量：,7,、小结：,(1),i,的大小与,u,的,变化率成正比,，与,u,的大小无关；,(3),电容元件是一种记忆元件；,(2),电容在直流电路中相当于开路，有,隔直作用,；,(4),当,u,，,i,为关联方向时，,i,=,C,d,u,/d,t,；,u,，,i,为,非,关联方向时，,i,=,C,d,u,/d,t,。,2.2,电感元件,L,i,+,u,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,：,L,i,+,u,动态元件,记忆元件,2,、韦安,（,-,i,）特性,i,0,4,、电感的储能,也是无损元件,L,是无源元件,(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,d,i,/ d,t,；,u,，,i,为,非,关联方向时，,u,=,L,d,i,/ d,t,。,5,、,小结,：,6.3,电容、电感元件的串联与并联,1.,电容的串联,u,1,u,C,2,C,1,u,2,+,+,+,-,-,i,等效电容,i,u,+,-,C,等效,u,1,u,C,2,C,1,u,2,+,+,+,-,-,i,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！,i,u,+,-,C,u,1,u,C,2,C,1,u,2,+,+,+,-,-,i,串联电容的分压,i,2,i,1,u,+,-,C,1,C,2,i,i,u,+,-,C,等效,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！,i,2,i,1,u,+,-,C,1,C,2,i,i,u,+,-,C,并联电容的分流,3.,电感的串联,u,1,u,L,2,L,1,u,2,+,+,+,-,-,i,i,u,+,-,L,等效,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！,u,1,u,L,2,L,1,u,2,+,+,+,-,-,i,i,u,+,-,L,等效,串联电感的分压,u,+,-,L,1,L,2,i,2,i,1,i,u,+,-,L,等效,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！,u,+,-,L,1,L,2,i,2,i,1,i,u,+,-,L,等效,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、部分电路欧姆定律,二,、全 电 路 欧 姆 定 律,E,r,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，称此电路处于谐振状态。,谐振,串联谐振：,L,与,C,串联时,u,、,i,同相,并联谐振：,L,与,C,并联时,u,、,i,同相,此时,阻抗角,u,R,L,C,i,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：,（,1,）调频调谐：,（,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=250,H,，求该电路发生谐振的频率。,解,:,因为,所以,有,例,6-2,RLC,串联电路中，已知,L=,500,H,，,R=,10,，,f,=1000kHz,，,C,在,12290pF,间可调，求,C,调到何值,时,电路发生谐振。,解,:,因为,有,答：,当,C,调到,50.7pF,时电路发生谐振。,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，,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,电压谐振,定义,品质因数,讨论,定义,特性阻抗,谐振时的感抗、容抗,Q,物理意义,在谐振状态下,若,R,X,L,、,R,X,C,，,Q,则体现了,U,C,或,U,L,比,U,高出的倍数。,例,6-3,图示,RLC,串联电路，已知,R,=9.4,，,L,=30,H,，,C,=211pF,，电源电压,U,=0.1mV,。求电路发生谐振时的谐振频率,f,0,，回路的特性阻抗,和品质因数,Q,及电容上的电压,U,C0,。,电路的谐振频率,解,:,回路的特性阻抗,电路的品质因数,电容电压,U,C0,=,QU,=400.1 mV =4 mV,4.2,并联谐振电路,i,C,i,RL,+,u,S,-,i,C,R,L,一、谐振条件,虚部,=0,，,则 、 同相,谐振条件,谐振角频率,谐振频率,R,很小,R,很小,如果,，,0,实数电路可能谐振,，,0,虚数电路不可能谐振,二、并联谐振电路的基本特征,i,C,i,RL,+,u,-,i,C,R,L,1.,谐振时，回路 与,同相,。,当,R,0,L,I,C,=,U,0,C,而总电流,与电压同相位,当,R,I,0,，,电感线圈与电容并联，谐振时，,I,L,I,C,I,0,线圈电阻很小,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,电流谐振,回路,阻抗最大,5.,若电源为电流源,注意：由,和,推出,i,C,i,RL,+,u,-,i,C,R,L,+,u,-,i,L,C,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,I,0,=0.2mA,。求：（,1,）电路的谐振频率,f,0,和谐振阻抗,Z,0,，（,2,）电感支路和电容支路的电流,I,L0,、,I,C0,。,谐振回路的品质因数,解,:,因,Q,1,，有,电路的谐振阻抗,=,Q,2,R,=80,2,10=64000,=,64 k,电感支路和电容支路的电流,I,L0,、,I,C0,I,L0,I,C0,=,Q I,0,=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,解,:,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,2.,串联谐振电路,品质因数,特性阻抗,（电压谐振）,串谐特征,谐振条件,谐振频率,阻抗最小,Z,0,=,Z,min,=,R,； 电流最大,I,0,=,I,max,；,电压,U,L0,=,U,C0,=,QU,，,U,=,U,R,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,R,0,L,时：,并谐特征,阻抗最大,Z,0,=,Z,max,=,；,对电流源电压最大,U,0,=,U,max,； 电流,I,L0,=,I,C0,=,QI,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,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,L,X,Z,Y,Z,Y,X,R,0,R-L-C,串联电路的,X-,和,Z,-,曲线,X,随 变化情况,当,0,时，,X,为正值，电路呈感性。,L,X,Z,Y,Z,Y,X,R,0,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,。,0,0,0,0,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,0,0,I,0,电流的谐振曲线,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,1,Q,=1,Q,=10,Q,=100,/,0,I,/I,0,1,A,1,A,2,0.707,f,1,f,0,f,2,f,0,I,/I,0,B,1,是回路电流,I,的频率范围。,通频带,通频带,f,1,为下边界频率,f,2,为上边界频率,B,=,f,2,-,f,1,=,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,f,0,=710,5,Hz,，回路中的电阻,R,=10,，要求回路的通频带,B=10,4,Hz,，试求回路的品质因数，电感和电容。,解,:,回路的品质因数,因为,所以,电容,F =,325,pF,H =159H,电感,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,）,+,u,-,i,S,C,R,L,电压幅频特性和相频特性,1,Q,1,Q,2,/,0,U,/,U,0,Q,1,Q,2,1,Q,1,Q,2,0,Q,1,Q,2,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,=100,k,的,电阻，电路的品质因数,降低到多少？,因为,解,:,所以 感抗、容抗,0,L=,QR,=10010,=,1000,并联 后，电导,=,2,10,-,5,S,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,C,L,R,电视机,电视机的中频抑制回路,U,C,U,S,C,N,L,x,高频信号发生器,Q,表的原理电路,2.,并联谐振的应用,接收机,C,L,滤除干扰频率,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,=,f,2,-,f,1,=,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,