电工基础－高级工(1).ppt

电工高级工培训,电工基础,2010-3,2,,课程概述,一门理论基础课要具备一定的数学基础知识在考核中占10左右的比重应用性不是做理论研究，要与实际相结合灵活性学会举一反三，一题多解简化性电路是抽象出来的具体模型，分析电路要抓主要特征,课程安排,直流电路,2010-3,4,第一单元直流电路,2010-3,5,电路中电位的概念及计算,,电位电路中某点至参考点的电压，通常设参考点的电位为零。,电位的概念,某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。,课题一简单直流电路的分析与计算,2010-3,6,电路中电位的概念及计算,,电位的计算步骤1．选择零电位点。2．确定绕行路径。要从这点出发，通过一定的路径绕到零电位点，该点的电位等于此路径上全部电压和电动势的代数和。3．计算回路中的电流，根据其方向确定电阻两端电压正负号。路径方向与电阻上电流方向一致时电压为正，反之为负；路径方向与电动势方向相反时电动势为正，反之为负。4．某点的电位即等于此路径上各段电压的代数和。,课题一简单直流电路的分析与计算,2010-3,7,例求a点为参考点时，各点的电位,解,练习1,课题一简单直流电路的分析与计算,2010-3,8,引申电压的计算,由电位求电压在任意选择参考点后，分别求出两点的电位，根据电压为两点间的电位差的关系，求出其两点间的电压。分段法把两点间的电压分成若干个小段进行计算，各小段电压的代数和即为所求电压。,,课题一简单直流电路的分析与计算,2010-3,9,直流电桥电路,组成1.四个桥臂电阻2.两条对角线,惠斯通电桥,课题一简单直流电路的分析与计算,2010-3,10,,电桥平衡若在桥支路AB中没有电流即IG0时，称为电桥平衡。,,直流电桥的平衡条件电桥对臂电阻的乘积相等R1R4R2R3,课题一简单直流电路的分析与计算,2010-3,11,例如下图所示，E13V，R110Ω，R23Ω，R320Ω，R46Ω，R510Ω，求各支路电流。,课题一简单直流电路的分析与计算,2010-3,12,特点流过检流计的电流为零，检流计两端的电压为零（即φAφB）电桥电路主要应用是测量电阻RxR4，且测量精度高。,,比例臂比较臂,电桥电路平衡时，可否化成简单电路进行分析计算,课题一简单直流电路的分析与计算,2010-3,13,复杂直流电路的计算,复杂直流电路的概念及基本物理量支路、节点、回路、网孔基尔霍夫定律（KVL、KCL）,课题二基尔霍夫定律,2010-3,14,节点电流定律在电路中的任一节点，流进节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和。KCL∑I入∑I出,课题二基尔霍夫定律,例,2010-3,15,回路电压定律在电路任何闭合回路中，各电阻上电压的代数和等于各个电动势的代数和。KVL∑IR∑E,课题二基尔霍夫定律,电压及电动势正负的判断绕行方向与电流方向一致时，则该电阻上的电压为正，方向相反时为负；绕行方向与电动势方向一致时，则该电动势为正，方向相反时为负。通过比较“绕行方向与电流方向；绕行方向与电动势方向”。,2010-3,16,支路电流法以支路电流为未知量、应用基尔霍夫定律（KCL、KVL）列方程组求解。,对上图电路支路数m3结点数n2,回路数3单孔回路（网孔）2,若用支路电流法求各支路电流应列出三个方程,课题三复杂直流电路的分析与计算,2010-3,17,1.确定支路数，并标出各支路电流的参考方向和回路绕行方向;2.应用基尔霍夫电流定律,列出节点电流方程.如果电路中有n个节点，只能列出n-1个独立的节点方程;3.假设回路绕行方向,应用基尔霍夫电压定律列出不足的方程式.电路中有多时网孔,就列出相应个电压方程式;4.解m个联立方程，求解各支路电流.,对结点a,例,I1I2–I30,对网孔1,对网孔2,I1R1I3R3E1,I2R2I3R3E2,支路电流法的解题步骤,课题三复杂直流电路的分析与计算,2010-3,18,例已知E112V，E26V，R1R21Ω，R34Ω，应用支路电流法求各支路电流。,课题三复杂直流电路的分析与计算,练习3,2010-3,19,课题三复杂直流电路的分析与计算,节点电压法以节点电压为未知量，先求出节点电压，再根据基尔霍夫定律或欧姆定律求出各支路电流。,一般形式,正负确定原则1分母各项的符号均为正。2分子各项凡电动势的方向指向A节点时取正号，反之取负号。节点电压法解题步骤1选定参考点和节点电压的方向。2求出节点电压。3根据含源支路欧姆定律求出各支路电流。,2010-3,20,课题三复杂直流电路的分析与计算,叠加定理在线性电路中，任一支路的电流或电压等于各个电源单独作用时，在此支路中所产生的电流或电压的代数和。,线性电路电路的参数不随外加电压及通过其中的电流而变化，即电压和电流成正比的电路，叫做线性电路。,叠加定理只能计算电路中的电压或电流，而不能计算功率。,练习4,2010-3,21,二端网络的概念二端网络任何具有两个出线端的部分电路。无源二端网络二端网络中没有电源。有源二端网络二端网络中含有电源。,课题三复杂直流电路的分析与计算,2010-3,22,电压源（戴维南定理）,,,,无源二端网络可化简为一个电阻,有源二端网络可化简为一个电源,课题三复杂直流电路的分析与计算,2010-3,23,课题三复杂直流电路的分析与计算,,任何一个有源二端线性网络都可以用一个电动势为E的理想电压源和内阻R0串联的电源来等效代替。,,等效电源,戴维南定理,2010-3,24,课题三复杂直流电路的分析与计算,等效电源的内阻R0等于有源二端网络中所有电源均除去（理想电压源短路，理想电流源开路）后所得到的无源二端网络a、b两端之间的等效电阻。,等效电源的电动势E就是有源二端网络的开路电压U0，即将负载断开后a、b两端之间的电压。,2010-3,25,课题三复杂直流电路的分析与计算,求解步骤1把电路分成待求支路和含源二端网络两部分。2断开待求支路，求出含源二端网络开路电压U0，即为等效电源的电动势E。3将网络内各电源置零即将电压源短路，电流源开路，仅保留电源内阻，求出网络两端的输入电阻Rr，即为等效电源的内阻R0。4画出含源二端网络的等效电路，然后接入待求支路，则待求支路的电流为,,电磁知识,2010-3,27,第二单元电磁知识,2010-3,28,第二单元电磁知识,掌握电磁的基本知识，会应用电磁感应定律进行同名端的判断；掌握磁路欧姆定律的内容及应用。,2010-3,29,课题一同名端的判断,电与磁彼此相互联系又相互作用复习电磁的基本概念磁性、磁体、磁极、磁力、磁化、磁场、磁力线,2010-3,30,课题一同名端的判断,,磁力线的特点1规定在磁体外部，磁力线由N极指向S极；在磁体内部由S极指向N极。2磁力线为闭合曲线。3任何两条磁力线不会相交。4在曲线上任一点的切线方向就是小磁针在磁力作用下N极指向即磁场方向。5磁力线疏密程度表示了磁场的强弱，磁力线越密，磁场越强，反之越弱。,2010-3,31,课题一同名端的判断,基本判断方法电磁导体或线圈通过电流可以产生磁场。用安培定则判断。,直导体,螺线管导体,2010-3,32,课题一同名端的判断,练习,通电导体在磁场中受电磁力的作用，其运动方向的判断可用左手定则判断。电磁感应导体切割磁力线运动在导体产生感应电动势的现象，其方向可用右手定则、楞次定律判定。,2010-3,33,课题一同名端的判断,左右手定则应用,2010-3,34,课题一同名端的判断,左右手定则的区分,先电后力用左手；先力后电用右手。,2010-3,35,XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX,,....................,,,,,,判断感生电流I方向,判断感生电流I方向,导体在磁场中运动，其感应电流方向如图所示，判断速度V方向,导体在磁场中运动产生感应电流，判断磁场B方向,2010-3,36,,,,,V,V,V,V,楞次定律,课题一同名端的判断,2010-3,37,课题一同名端的判断,,楞次定律,,内容感应电流产生的磁通总是要阻碍原有磁通量的变化。即当线圈中的磁通量增加时，感应电流就要产生与它方向相反的磁通去阻碍它的增加；当线圈中磁通减少时，感生电流就要产生和它方向相同的磁通去阻碍它的减少。,2010-3,38,课题一同名端的判断,,,,楞次定律的应用-判断方法先确定穿过线圈的原磁场方向；判断穿过线圈的磁通量的增大还是减少；由楞次定律确定感应电流的磁场方向；由安培定则确定感应电流或感应电势的方向。必须把线圈或导线看做电源端,2010-3,39,课题一同名端的判断,,,自感电动势的判断,,,自感由于流过线圈本身的电流发生变化而引起回路中产生感生电动势的现象。,电感线圈L具备隔交流、通直流的特点，储存磁场能。不允许短路。,2010-3,40,课题一同名端的判断,互感一个线圈的电流发生变化在另一个线圈中产生感生电动势的现象。互感电动势由互感现象产生的感应电动势叫互感电动势。,式中，M为互感系数，单位H。电流变化率。负号为其方向的反映，其方向可用楞次定律来判断。,,2010-3,41,课题一同名端的判断,,例判断检流计指针偏转方向,将线圈看做电源端，流入的为负极，流出的为正极端。检流计偏转方向的判断用电流去敲打检流计的根部来判断检流计指针偏转的方向。,2010-3,42,课题一同名端的判断,互感线圈的同名端,两线圈的同名端是这样规定的当两线圈的电流由同名端通入线圈时，所产生的互感磁通与自感磁通是相互增强的。,2010-3,43,课题一同名端的判断,在实际应用中，一般不画出磁耦合线圈的实际绕向，而只用电感符号画出，用符号“*”表示出它们的同名端，同名端的符号也可用“”表示。,,,2010-3,44,课题一同名端的判断,,,例判断R上的电流方向,练习8,↑,2010-3,45,课题二磁路及磁路欧姆定律的应用,磁场的基本物理量,磁感应强度,磁感应强度B表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。,磁感应强度B的大小,均匀磁场各点磁感应强度大小相等，方向相同的磁场。,,,磁感应强度B的单位特斯拉T，,2010-3,46,课题二磁路及磁路欧姆定律的应用,磁感应强度,磁感应强度B的方向与电流的方向之间符合右手螺旋定则。如图所示，左手定则判断载流导体的受力方向。,2010-3,47,课题二磁路及磁路欧姆定律的应用,磁通,磁通穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数。,说明如果不是均匀磁场，则取B的平均值。,在均匀磁场中BS或B/S,,,2010-3,48,课题二磁路及磁路欧姆定律的应用,磁通是标量。但当磁感应线通过给定曲面时，存在着两种可能的穿透方向，即从曲面的一侧穿入，另一侧穿出，或反之。因此要规定参考方向。,磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。,磁通的单位韦伯Wb在工程上有时也用麦克斯韦Mx,2010-3,49,课题二磁路及磁路欧姆定律的应用,磁场强度,磁场强度H介质中某点的磁感应强度B与介质磁导率之比。,磁场强度H的单位安培/米（A/m,2010-3,50,课题二磁路及磁路欧姆定律的应用,真空的磁导率为常数，用0表示，有,磁导率,磁导率表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁能力。,相对磁导率r任一种物质的磁导率和真空的磁导率0的比值。,磁导率的单位亨/米（H/m）,2010-3,51,课题二磁路及磁路欧姆定律的应用,按物质的磁性来分，磁介质大体上可分为顺磁质、抗磁质、铁磁质三类。,,,,物质的磁化,2010-3,52,课题二磁路及磁路欧姆定律的应用,在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。,直流电机的磁路,交流接触器的磁路,磁路的概念,2010-3,53,课题二磁路及磁路欧姆定律的应用,磁路按照其结构的不同，可分为分支磁路和无分支磁路;分支磁路又可分为对称分支磁路和不对称分支磁路。,2010-3,54,课题二磁路及磁路欧姆定律的应用,磁路的欧姆定律,设励磁线圈匝数为N，线圈中电流为I，铁心截面积为S，且处处相同，平均长度为l即中心线长度.,2010-3,55,课题二磁路及磁路欧姆定律的应用,磁路的欧姆定律,其磁场强度为,推导,,因为,,称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用，单位为,称为磁通势，由其产生磁通；单位为安,,2010-3,56,课题二磁路及磁路欧姆定律的应用,,,,2010-3,57,课题二磁路及磁路欧姆定律的应用,磁路与电路的比较,2010-3,58,课题二磁路及磁路欧姆定律的应用,磁路分析的特点,1在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不开磁场的概念。,2在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路时一般都要考虑漏磁通。,3磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由于不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能直接用来计算，只能用于定性分析。,4在电路中，当E0时，I0；但在磁路中，由于有剩磁，当F0时，不为零。,练习9,交流电路,2010-3,60,第三单元交流电路,2010-3,61,第三单元交流电路,掌握交流电的四种表示方法，重点掌握符号法的应用；了解串、并联谐振的特点及应用；了解电路的过渡过程。,2010-3,62,三种纯电路,,2010-3,63,RLC串联电路,,当,时，,,,与,同相，,呈电阻性，发生谐振。,2010-3,64,,提高功率因数的方法对于感性负载采用并联补偿法提高功率因数,2010-3,65,课题一RC电路的过渡过程,暂态过程,,暂态过程有时也称为“过渡过程”。所谓暂态过程，就是由一种稳定状态如飞机起飞前的静止状态变化到另一种稳定状态如飞机起飞后的飞行状态必须经过的变化过程。这一变化过程发生的时间一般都是很短暂的，常称为“暂态”，但有时会产生很大的影响。,2010-3,66,课题一RC电路的过渡过程,RC串联电路接通直流电源,,当S置于“a”时，电源就要向电容器充电,经过电阻的充电电流为,2010-3,67,课题一RC电路的过渡过程,t0时，电容两端电压为0，则,随着充电的进行，电容器极板上的电荷逐渐增多，其两端电压逐渐升高，充电电流随之减小，电压也增加的越来越慢。,最后当电容器两端电压上升到等于电源电压E时，充电电流下降到零，暂态过程结束，电路处在稳定状态。,2010-3,68,课题一RC电路的过渡过程,RC串联电路接通直流电源时，充电电压,与充电电流,随时间变化的曲线,,2010-3,69,课题一RC电路的过渡过程,RC串联电路的短接,放电开始的瞬间，,具有最大值且等于放电前的电压E，,此时放电电流最大，其值为,随着放电的继续，电容器上的电荷不断中和，电压,逐渐下降，放电电流也随之减小。放电完毕，电压,和电流,均为零，这时电路进入稳定状态。,2010-3,70,课题一RC电路的过渡过程,RC串联电路被短接时，放电电压,与放电电流,随时间变化的曲线,2010-3,71,课题一RC电路的过渡过程,时间常数,R与C的乘积叫RC电路的时间常数，用,表示,,为RC电路的时间常数，s。,,越大，充电越慢，放电也越慢，即暂态过程就越长。,越小，暂态过程就越短。,2010-3,72,课题一RC电路的过渡过程,在实际应用中，当暂态过程经过5时间后，,可认为暂态过程基本结束，已进入稳定状态了。,电容器充电电压及充电电流随时间常数变化的情况,2010-3,73,课题二RL电路的过渡过程,RL电路接通直流电源,2010-3,74,课题二RL电路的过渡过程,当开关S合上瞬间，电路接通直流电源，流过电路的电流由无到有，线圈中L中的磁通也随之变化，因而电感线圈中要产生自感电压以阻碍电流的变化，使电路中的电流不能突然上升，而是由零缓慢增大。故在t0时，i00。电阻因没有电流通过，其电压uR0iR0，此时电感上的电压“uL0U，这就是RL电路的初始状态。随着时间变化电流逐渐上升，电阻两端电压uR也随着上升，自感电压uL就下降。当电流继续上升，达到稳定状态时，即，这时电阻两端的电压等于电源电压，自感电压uL＝0。,,2010-3,75,课题二RL电路的过渡过程,,电阻上的电压和电感上的电压的变化规律,,时间常数,当R一定时，L越大，暂态过程就越长。,2010-3,76,课题二RL电路的过渡过程,1RL电路刚接通直流电源t0时，通过电路的电流为零，i00，电感两端的电压为电源电压，uL0E。2RL电路接通直流电源后，通过电感的电流按指数规律上升到稳定值，而电感两端的电压则按指数规律下降到零，并且电感两端电压最大时，电流却最小为零；而电感电压为零时，电流却最大。3电感只在电流有变化时才起作用。电感线圈两端的电压在电路进入直流稳态后，对决定电路的电流不起作用，此时通过线圈的电流由线圈的电阻决定。,结论,2010-3,77,课题二RL电路的过渡过程,RL电路的短接,2010-3,78,课题二RL电路的过渡过程,通有电流的RL电路与电源断开,2010-3,79,谢谢,