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电工基础知识(全面)直流电路直流电路一、电路一、电路1.1.电路及其组成电路及其组成电路：电流流通的路径电路：电流流通的路径电路的组成：电源、开关、负载和导线。电路的组成：电源、开关、负载和导线。2.2.电路图电路图 用电气符号描述电路连接情况的图，用电气符号描述电路连接情况的图，称电路原理图，简称称电路原理图，简称电路图电路图电路图电路图。内电路内电路内电路内电路 外电路外电路外电路外电路 内电路内电路内电路内电路 外电路外电路外电路外电路实际电路电路图电路的三种不同状态电路的三种不同状态 3.3.电路的功能电路的功能 进行能量的转换、传输和分配进行能量的转换、传输和分配 实现信息的传递和处理实现信息的传递和处理 电能的传输示意图电能的传输示意图 扩音机电路示意图扩音机电路示意图二、电流二、电流1 1电流的形成电流的形成 电荷的定向移动形成电荷的定向移动形成电流电流电流电流。2 2电流的方向电流的方向 习惯上规定习惯上规定正电荷正电荷正电荷正电荷移动的方向为电流的方向，因此移动的方向为电流的方向，因此电流的方向实际上与电子电流的方向实际上与电子(带负电荷带负电荷)移动的方向移动的方向相反相反相反相反。3 3电流的大小电流的大小 在单位时间内，通过导体横截面的电荷量越多，在单位时间内，通过导体横截面的电荷量越多，就表示流过该导体的电流越强。若在就表示流过该导体的电流越强。若在t t时间内通过导体时间内通过导体横截面的电荷量是横截面的电荷量是Q Q ，则电流则电流I I可用下式表示：可用下式表示：动画动画3 3电流的测量电流的测量 （1 1）对交、直流电流应分别使用交流电流表和直）对交、直流电流应分别使用交流电流表和直流电流表测量。流电流表测量。（2 2）电流表必串接到被测量的电路中。电流表必串接到被测量的电路中。（3 3）直流电流表表壳接线柱上标明的直流电流表表壳接线柱上标明的“+”+”、“”记号，应和电路的极性相一致，不能接错，否记号，应和电路的极性相一致，不能接错，否则指针要反转，既影响正常测量，也容易损坏电流则指针要反转，既影响正常测量，也容易损坏电流表。表。（4 4）要合理选择电流表的量程。）要合理选择电流表的量程。动画动画三、电压、电位和电动势三、电压、电位和电动势1 1电位和电位和电压的单位的单位都是伏特，简称伏电压的单位的单位都是伏特，简称伏(V)(V)。2 2 规定参考点的电位为零，高于参考点的电位为规定参考点的电位为零，高于参考点的电位为正电位，低于参考点的电位为负电位。正电位，低于参考点的电位为负电位。电路中电路中任意两点之间的电位差任意两点之间的电位差就等于这两点之间的电压。就等于这两点之间的电压。3 3电动势电动势电动势电动势电动势电动势表示表示电源将正电荷从电源负极电源将正电荷从电源负极经电源内部经电源内部经电源内部经电源内部移到正极移到正极的能力用，电动势的符号为的能力用，电动势的符号为E E，单位为，单位为V V。电动势的方向规定为电动势的方向规定为在电源内部由负极指在电源内部由负极指在电源内部由负极指在电源内部由负极指向正极向正极向正极向正极。动画动画4.4.电压的测量电压的测量 （1 1）对交、直流电压应分别采用交流电压表和）对交、直流电压应分别采用交流电压表和直流电压表测量。直流电压表测量。（2 2）电压表必须并联在被测电路的两端。）电压表必须并联在被测电路的两端。（3 3）直流电压表表壳接线柱上标明的）直流电压表表壳接线柱上标明的“+”“+”“”记号，应和被测两点的电位相一致，即记号，应和被测两点的电位相一致，即“+”+”端接高电位，端接高电位，“”端接低电位，不能接错，否端接低电位，不能接错，否则指针要反转，并会损坏电压表。则指针要反转，并会损坏电压表。动画动画 （4 4）合理选择电压表的量程，其方法和）合理选择电压表的量程，其方法和电流表相同。电流表相同。电阻 导体的电阻是导体本身的一种性质。定义为：导体的电阻是导体本身的一种性质。定义为：导体对电流的阻碍作用称为电阻。它的大小决定于导体对电流的阻碍作用称为电阻。它的大小决定于导体的材料、长度和横截面积，可按下式计算：导体的材料、长度和横截面积，可按下式计算：式中式中 称为材料的称为材料的电阻率电阻率电阻率电阻率，电阻率的大小反映，电阻率的大小反映了物体的导电能力。了物体的导电能力。电阻率小、容易导电的物体称为电阻率小、容易导电的物体称为导体导体导体导体，电阻率，电阻率大，不容易导电的物体称为大，不容易导电的物体称为绝缘体绝缘体绝缘体绝缘体，导电能力介于，导电能力介于导体和绝缘体之间的物体称为导体和绝缘体之间的物体称为半导体半导体半导体半导体 。电阻与温度的关系 各种材料的电阻率都随温度而变化。各种材料的电阻率都随温度而变化。利用某些材料对温度的敏感特性，可以制成利用某些材料对温度的敏感特性，可以制成热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻。电阻值随温度升高而减小的热敏电阻称为负电阻值随温度升高而减小的热敏电阻称为负温度系数的热敏电阻；温度系数的热敏电阻；电阻值随温度升高而增大的热敏电阻称为正电阻值随温度升高而增大的热敏电阻称为正温度系数的热敏电阻。温度系数的热敏电阻。电阻器电阻器是组成电路的最基本的元件之一。1.电阻器的主要指标：标称阻值、允许偏差、额定功率。2.电阻器的标志方法：直标法、色环法。用万用表测量电阻 测量时注意以下几点：测量时注意以下几点：1.1.准备测量电路中的电阻时应先切断电源，准备测量电路中的电阻时应先切断电源，切不可带电测量。切不可带电测量。2.2.首先估计被测电阻的大小，选择适当的倍首先估计被测电阻的大小，选择适当的倍率挡，然后调零，即将两支表笔相触，旋动调率挡，然后调零，即将两支表笔相触，旋动调零电位器，使指针指在零位。零电位器，使指针指在零位。3.3.测量时双手不可碰到电阻引脚及表笔金属测量时双手不可碰到电阻引脚及表笔金属部分，以免接入人体电阻，引起测量误差。部分，以免接入人体电阻，引起测量误差。4 4测量电路中某一电阻时，应将电阻的一测量电路中某一电阻时，应将电阻的一端断开。端断开。电压、电位和电动势小结电压、电位和电动势小结 定义：定义：定义：定义：电压电压Uab Uab 电场力将单位正电荷从电场力将单位正电荷从a a点移到点移到b b点所做的功点所做的功 ；电位电位Ua Ua 电场力将单位正电荷从电场力将单位正电荷从a a点移到参考点所做的功；点移到参考点所做的功；电动势电动势E E 外力外力外力外力将将单位单位正电荷从电源负极移到正极正电荷从电源负极移到正极所做的功；所做的功；方向：方向：方向：方向：电位的正负只表明它比参考点电位高还是低；电位的正负只表明它比参考点电位高还是低；电压的方向规定为由高电位指向低电位（正极指向负极）；电压的方向规定为由高电位指向低电位（正极指向负极）；电动势的方向规定为在电源内部由负极指向正极；电动势的方向规定为在电源内部由负极指向正极；单位：单位：单位：单位：单位为伏特（单位为伏特（V V），都用电压表测量；），都用电压表测量；联系：联系：联系：联系：电路中电路中任意两点之间的电位之差就等于这两点之间的电压，任意两点之间的电位之差就等于这两点之间的电压，即即U Uabab=U Ua aU Ub b，故电压又称电位差，故电压又称电位差。电位具有相对性，电压具有绝对性；电位具有相对性，电压具有绝对性；电动势仅存在于电源内部；电动势仅存在于电源内部；电流、电阻小结电流、电阻小结定义：定义：定义：定义：电荷的定向移动形成电流电荷的定向移动形成电流 ；电阻是导体对电流的阻碍作用；电阻是导体对电流的阻碍作用；方向：方向：方向：方向：电流由电流由高电位流向低电位；高电位流向低电位；单位：单位：单位：单位：电流电流单位为安培（单位为安培（A A）；）；电阻电阻单位为欧姆（单位为欧姆（）存在：存在：存在：存在：导体两端有一定的电压，才能有持续不断的电流；导体两端有一定的电压，才能有持续不断的电流；电阻是导体的固有属性，是客观存在的，与导体有电阻是导体的固有属性，是客观存在的，与导体有没有电压无关，只与导体的材料性质、横截面积、没有电压无关，只与导体的材料性质、横截面积、度有关系，温度对导体的电阻也有一定的影响。度有关系，温度对导体的电阻也有一定的影响。部分电路欧姆定律部分电路欧姆定律只含有负载而不包含电源的一段电路称为只含有负载而不包含电源的一段电路称为部分电路部分电路部分电路部分电路。定律内容定律内容定律内容定律内容:导体中的电流，与导体两端的电压成导体中的电流，与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比正比，与导体的电阻成反比 公式：公式：公式：公式：全电路欧姆定律全电路欧姆定律全电路全电路全电路全电路是含有电源的闭合电路。电源内部是含有电源的闭合电路。电源内部的电路称为的电路称为内电路内电路内电路内电路。电源内部的电阻称为。电源内部的电阻称为内电阻内电阻内电阻内电阻，简简称内阻。电源外部的电路称称内阻。电源外部的电路称外电路外电路外电路外电路，外电路中的电阻，外电路中的电阻称为称为外电阻外电阻外电阻外电阻。内电路内电路内电路内电路 外电路外电路外电路外电路 全电路欧姆定律又可表述为：E=U外+U内即：电源电动势E等于U外和U内之和。电阻的联接电阻的联接一、电阻的串联一、电阻的串联把多个元件逐个顺次连接起来，就组成了把多个元件逐个顺次连接起来，就组成了串联串联串联串联电路电路电路电路。电阻串联电路的特点电阻串联电路的特点（1）电路中流过每个电阻的电流都相等。（2）电路两端的总电压等于各电阻两端的分电压之和。（3）电路的等效电阻（即总电阻）等于各串联电阻之和，电阻串联电路的特点电阻串联电路的特点 若已知若已知R R1 1和和R R2 2两个电阻串联，电路总电压为两个电阻串联，电路总电压为U U,可得分压公式如下图所示可得分压公式如下图所示电阻串联电路的应用电阻串联电路的应用a.a.获得较大阻值的电阻获得较大阻值的电阻 b.b.限制和调节电路中电流限制和调节电路中电流 c.c.构成分压器构成分压器 d.d.扩大电压表量程扩大电压表量程 并联电路并联电路 把多个元件并列地连接起来，由同一电压供把多个元件并列地连接起来，由同一电压供电，就组成了电，就组成了并联电路并联电路并联电路并联电路。电阻并联电路的特点电阻并联电路的特点（1 1）电路中各电阻两端的电压相等，且等于电路）电路中各电阻两端的电压相等，且等于电路两端的电压。两端的电压。（2 2）电路的总电流等于流过各电阻的电流之和。）电路的总电流等于流过各电阻的电流之和。（3 3）电电路路的的等等效效电电阻阻（即即总总电电阻阻）的的倒倒数数等等于于各各并联电阻的倒数之和。并联电阻的倒数之和。若已知和两个电阻并联，并联电路的总电流若已知和两个电阻并联，并联电路的总电流为为I I，可得分流公式如下：，可得分流公式如下：电阻并联电路的特点电阻并联电路的特点 电阻并联电路的应用电阻并联电路的应用 （1 1）凡是额定工作电压相同的负载都采用并联）凡是额定工作电压相同的负载都采用并联的工作方式。这样每个负载都是一个可独立控的工作方式。这样每个负载都是一个可独立控制的回路，任一负载的正常启动或关断都不影制的回路，任一负载的正常启动或关断都不影响其他负载的使用。响其他负载的使用。（2 2）获得较小阻值的电阻。）获得较小阻值的电阻。（3 3）扩大电流表的量程。）扩大电流表的量程。基尔霍夫定律基尔霍夫定律电路的基本术语电路的基本术语电路中的每一个分支称支路支路。它由一个或几个相互串联的电路元件所构成。含有电源的支路称有源支路有源支路，不含电源的支路称无源无源支路支路。3条或3条以上支路所汇成的交点称节点节点。电路中任一闭合路径都称回路回路。一个回路可能只含一条支路，也可能包含几条支路。其中，最简单的回路又称独立回路独立回路或网孔网孔。一、基尔霍夫第一定律一、基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律又称节点电流定律节点电流定律。它指出：在任一瞬间，流进某一节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和，即I进=I出1.2 直流电路基本定理直流电路基本定理二、基尔霍夫第一定律二、基尔霍夫第一定律在在电电路路中中，汇汇聚聚于于某某节节点点的的所所有有支支路路电电流流的的代代数数和和等等于于零零。定定义义支支路路电电流流的的正正方方向向，例例如如：定定义义流流入入节节点点电电流流为为正正，流流出出为为负负。第第一一定定律律说说明明流流入入节节点点的的电电流流等等于于流流出出节节点点的的电电流流，其其实实质质上上是是电电荷不灭定律。荷不灭定律。在应用基尔霍夫第一定律求解未知电流时，在应用基尔霍夫第一定律求解未知电流时，可先任意假设支路电流的参考方向，列出节点电可先任意假设支路电流的参考方向，列出节点电流方程。流方程。通常可将通常可将流进节点的电流取正，流出节点的电流进节点的电流取正，流出节点的电流取负流取负，再根据计算值的正负来确定未知电流的，再根据计算值的正负来确定未知电流的实际方向。实际方向。有些支路的电流可能是负，这是由于所假设有些支路的电流可能是负，这是由于所假设的电流方向与实际方向相反。的电流方向与实际方向相反。例题例题例题例题 如如如如图，图，I I1 1=2A=2A，I I2 2=-3A=-3A，I I3 3 =-2A =-2A，试求，试求I I4 4。解：解：解：解：由基尔霍夫第一定律可知由基尔霍夫第一定律可知I I1 1I I2 2 +I I3 3 I I4 4 =0 =0 代入已知值代入已知值 2 2（3 3）+（2 2）I I4 4 =0 =0 可得可得 I I4 4=3 A=3 A 式中括号外正负号是由基尔霍夫第一定律根据电流式中括号外正负号是由基尔霍夫第一定律根据电流的参考方向确定的的参考方向确定的，括号内数字前的负号则是表示实际电，括号内数字前的负号则是表示实际电流方向和参考方向相反。流方向和参考方向相反。二、基尔霍夫第二定律二、基尔霍夫第二定律 基尔霍夫第二定律又称基尔霍夫第二定律又称回路电压定律回路电压定律回路电压定律回路电压定律。它指出：。它指出：在任一闭合回路中，各段电路电压降的代数和恒等在任一闭合回路中，各段电路电压降的代数和恒等于零。于零。用公式表示为用公式表示为 U U=0=0 凡电流的参考方向与回路循环方向一致者，该凡电流的参考方向与回路循环方向一致者，该电流在电阻上所产生的电压降取电流在电阻上所产生的电压降取正正，反之取，反之取负负。电。电动势也作为电压来处理，即从电源的正极到负极电动势也作为电压来处理，即从电源的正极到负极电压取正，反之取负。压取正，反之取负。1.2 直流电路基本定理直流电路基本定理三、基尔霍夫第二定律三、基尔霍夫第二定律三、基尔霍夫第二定律三、基尔霍夫第二定律在在闭闭合合回回路路中中，所所有有电电势势的的代代数数和和等等于于回回路路中中所所有有电电压压降降的的代代数数和和。定定义义回回路路电电流流的的正正方方向向，例例如如：定定义义顺顺时时针针方方向向为为正正，逆逆时时针方向为负。针方向为负。电功和电功率电功和电功率一、电功一、电功 电流所做的功，简称电功电功（即电能），用字母W表示。W=U I t 式中W、U、I、t的单位分别用焦耳（J）、伏特（V）、安培（A）、秒（s）。电能的另一个常用单位是千瓦时千瓦时（kWh）,即通常所说的1度电度电，它和焦耳的换算关系为 1 kWh=3.6106 J 二、电功率二、电功率电流在电流在单位时间单位时间单位时间单位时间内所作的功称为内所作的功称为电功率电功率电功率电功率，用，用字母字母P P表示，单位为瓦特（表示，单位为瓦特（WW）。）。对于纯电阻电路，上式还可以写为对于纯电阻电路，上式还可以写为三、电流的热效应三、电流的热效应电流通过导体时使导体发热的现象叫电流电流的热效应的热效应。电流流过导体时所产生的热量Q可用下式计算：（焦耳-楞次定律）Q=I2Rt Q的单位是焦耳（J），这种热也称焦耳热。四、负载的额定值四、负载的额定值 电气设备安全工作时所允许的最大电流、最大电压和最大功率分别称为它们的额定电流额定电流、额额定电压定电压和额定功率额定功率。电气设备在额定功率下的工作状态称为额定额定工作状态工作状态，也称满载满载；低于额定功率的工作状态称为轻载轻载；高于额定功率的工作状态称为过载过载或超载超载。由于过载很容易烧坏用电器，所以一般不允许出现过载。单相交流电路单相交流电路一、什么是交流电一、什么是交流电 交流电与直流电的根本区别是：直流电的方交流电与直流电的根本区别是：直流电的方向不随时间的变化而变化，向不随时间的变化而变化，交流电的方向则随时交流电的方向则随时间的变化而变化间的变化而变化。稳恒直流电稳恒直流电 家庭使用的电视机家庭使用的电视机 显像管的偏转显像管的偏转 计算机中的计算机中的 正弦交流电正弦交流电 电流电流 方波信号方波信号 稳恒直流电稳恒直流电稳恒直流电稳恒直流电 ：电压的大小和方向：电压的大小和方向都不随时间而变化都不随时间而变化 正弦交流电正弦交流电正弦交流电正弦交流电 ：电压的大小和方向：电压的大小和方向按正弦规律变化按正弦规律变化 非正弦交流电非正弦交流电非正弦交流电非正弦交流电 ：一系列正弦交流：一系列正弦交流电叠加合成的结果电叠加合成的结果 二、交流电的产生二、交流电的产生正弦交流电的产生设备正弦交流电的产生设备 交流电可以由交流发电机提供，也可由交流电可以由交流发电机提供，也可由振荡器产生。交流发电机主要是提供电能，振荡器产生。交流发电机主要是提供电能，振荡器主要是产生各种交流信号。振荡器主要是产生各种交流信号。正弦交流电的产生过程正弦交流电的产生过程动画动画三、正弦交流电的周期、频率和角频率三、正弦交流电的周期、频率和角频率周期周期T T ：交流电每重复变化一次所需的时间，交流电每重复变化一次所需的时间，用用符号符号T T表示，单位是表示，单位是s s 频率频率f f ：交流电在交流电在1 1秒内重复变化的次数，用符秒内重复变化的次数，用符 号号f f表示，单位是表示，单位是HzHz角频率角频率 ：正弦交流电：正弦交流电1 1秒内变化的电角度，用符秒内变化的电角度，用符 号号 表示，单位是表示，单位是rad/srad/s四、正弦交流电的最大值、有效值和平均值四、正弦交流电的最大值、有效值和平均值最大值最大值 ：正弦交流电在一个周期所能达到的最大：正弦交流电在一个周期所能达到的最大瞬时值，又称峰值、幅值。瞬时值，又称峰值、幅值。最大值用大写字母加下标最大值用大写字母加下标mm表示，如表示，如E Emm、U Umm、I Imm。有效值有效值 ：加在同样阻值的电阻上，在相同的时间：加在同样阻值的电阻上，在相同的时间内产生与交流电作用下相等的热量的直流电的内产生与交流电作用下相等的热量的直流电的大小。大小。有效值用大写字母表示，如有效值用大写字母表示，如E E、U U、I I。正弦交流电的有效值和最大值之间有如下关系为：正弦交流电的有效值和最大值之间有如下关系为：有效值有效值 =最大值最大值0.7070.707最大值最大值 平均值：由于正弦量取一个周平均值：由于正弦量取一个周期时平均值为零，所以取半个周期时平均值为零，所以取半个周期的平均值为正弦量的期的平均值为正弦量的平均值。平均值。正弦电动势、电压和电流的平正弦电动势、电压和电流的平均值分别用符号均值分别用符号E Ep p、U Up p、I Ip p表示。表示。平均值与最大值之间的关系是：平均值与最大值之间的关系是：有效值与平均值之间的关系是：有效值与平均值之间的关系是：五、正弦交流电的相位与相位差五、正弦交流电的相位与相位差1.相位 在式 中，表示在任意时刻线圈平面与中性面所成的角度，这个角度称为相位角相位角，也称相位相位或相角相角 ，它反映了交流电变化进程。其中，为正弦量t=0时的相位，称为初相位初相位，也称初相角初相角或初相初相。2.相位差 两个同频率交流电的相位之差称为相位差，用符号表示，即两个同频率交流电的相位差就等于它们的初相之差。e1超前e2e1与e2同相e1与e2反相e1与e2正交正弦交流电的最大值反映了正弦量的变化范围，角频率反映了正弦量的变化快慢，初相位反映了正弦量的起始状态。最大值、角频率和初相位称为正弦交流正弦交流电的三要素电的三要素。正弦交流电的相量图表示法正弦交流电的相量图表示法正弦交流电的相量图表示法正弦交流电的相量图表示法为了与一般的空间矢量相区别，把表示正弦交流为了与一般的空间矢量相区别，把表示正弦交流电的这一矢量称为电的这一矢量称为相量相量相量相量。正弦交流电的相量用正弦交流电的相量用 表示。但实表示。但实际应用更多的是际应用更多的是有效值相量有效值相量有效值相量有效值相量，即将有向线段即将有向线段OAOA的长度定为正的长度定为正 弦量的有效值，相应符号则改为弦量的有效值，相应符号则改为 。应用相量图时注意以下几点：1.同一相量图中，各正弦交流电的频率应相同。2.同一相量图中，相同单位的相量应按相同比例画出。3.一般取直角坐标轴的水平正方向为参考方向，逆时针转动的角度为正，反之为负。有时为了方便起见，也可在几个相量中任选其一作为参考相量，并省略直角坐标轴。4.用相量表示正弦交流电后，它们的加、减运算可按平行四边形法则进行。一个正弦量的一个正弦量的相量图、波形图、解析式相量图、波形图、解析式是是正弦量的几种不同的表示方法，它们有一一对应正弦量的几种不同的表示方法，它们有一一对应的关系，但在数学上并不相等，如果写成的关系，但在数学上并不相等，如果写成 则是错误的。则是错误的。纯电阻电路纯电阻电路纯电阻电路纯电阻电路交流电路中如果只考虑电阻的作用，这种电路称为纯电阻电路纯电阻电路。白炽灯、卤钨灯、电暖器、工业电阻炉等都可近似地看成是纯电阻电路。在这些电路中，当外电压一定时，影响电流大小的主要因素是电阻R。一、电流与电压的相位关系一、电流与电压的相位关系设加在电阻两端的电压为设加在电阻两端的电压为实验证明，在任一瞬间通过电阻的电流实验证明，在任一瞬间通过电阻的电流i i仍可仍可用欧姆定律计算，即用欧姆定律计算，即 上式表明，在正弦电压的作用下，电阻中通过的电流也是一个同频率的正弦交流电流，且与加在电阻两端的电压同相位。二、电流与电压的数量关系二、电流与电压的数量关系由上式可知，通过电阻的最大电流由上式可知，通过电阻的最大电流把上式两边同除以把上式两边同除以 ，则得，则得这说明，在纯电阻电路中，电流与电压的瞬时这说明，在纯电阻电路中，电流与电压的瞬时值、最大值、有效值都符合欧姆定律。值、最大值、有效值都符合欧姆定律。纯电感电路纯电感电路一、电感对交流电的阻碍作用一、电感对交流电的阻碍作用先接通先接通6V6V直流电源，可以看到直流电源，可以看到HL1HL1和和HL2HL2亮度亮度相同。相同。再改接再改接6V6V交流电源，发现灯泡交流电源，发现灯泡HL2HL2明显变暗，明显变暗，这表明电感线圈对直流电和交流电的阻碍作用这表明电感线圈对直流电和交流电的阻碍作用是不同的。是不同的。对于直流电，起阻碍作用的只是线圈的电阻；对于交流电，除了线圈的电阻外电感也起阻碍作用。电感对交流电的阻碍作用称为感抗感抗，用XL表示。感抗的单位也是。感抗的大小与哪些因素有关呢？（1）线圈的自感系数越大，感抗就越大。（2）交流电的频率越高，线圈的感抗也越大。感抗的计算式为 XL=2fL=L电感对交流电的阻碍作用，可以简单概括为：通直流通直流，阻交流阻交流，通低频通低频，阻高频阻高频。因此电感也被称为低通元件低通元件。二、电流与电压的关系二、电流与电压的关系由电阻很小的电感线圈组成的交流电路，可以由电阻很小的电感线圈组成的交流电路，可以近似地看作是纯电感电路。近似地看作是纯电感电路。纯电感电路欧姆定律的表达式：感抗只是电压与电流最大值或有效值的比值，而不是电压与电流瞬时值的比值，即 ，这是因为u和i的相位不同。设电流设电流i i为参考为参考正弦量，正弦量，电压电压u u的瞬时值表达式为的瞬时值表达式为 电压比电流超前电压比电流超前电压比电流超前电压比电流超前90909090，即电流比电压滞后，即电流比电压滞后，即电流比电压滞后，即电流比电压滞后90909090。纯电容电路纯电容电路一、电容对交流电的阻碍作用一、电容对交流电的阻碍作用 交流电能交流电能“通过通过”电容器，同时电容器对交流电容器，同时电容器对交流电有阻碍作用。电容对交流电的阻碍作用称为电有阻碍作用。电容对交流电的阻碍作用称为容容容容抗抗抗抗，用，用X XC C表示，容抗的单位也是表示，容抗的单位也是。容抗的大小与哪些因素有关呢？容抗的大小与哪些因素有关呢？（1）电容器的电容量越大，容抗越小。（2）交流电的频率越高，电容器的容抗越小。容抗的计算式为 电容的容抗与频率的关系可以简单概括为：隔直流隔直流，通交流通交流，阻低频阻低频，通高频通高频。因此电容也被称为高通元件高通元件。二、电流与电压的关系二、电流与电压的关系 把电容器接到交流电源上，如果电容器的电阻把电容器接到交流电源上，如果电容器的电阻和分布电感可以忽略不计，可以把这种电路近似地和分布电感可以忽略不计，可以把这种电路近似地看成是纯电容电路。看成是纯电容电路。纯电容电路欧姆定律的表达式为：纯电容电路欧姆定律的表达式为：设设电压电压u uc c为参考正弦量，电流为参考正弦量，电流i i的的瞬时值表达瞬时值表达式为式为纯电容电路中，电压比电流滞后电压比电流滞后9090，即，即电流比电压超前电流比电压超前9090。三相交流电路三相交流电路三相交流电的优点三相交流电的优点 三相发电机比体积相同的单相发电机输出的三相发电机比体积相同的单相发电机输出的功率大。功率大。三相发电机的结构不比单相发电机复杂多少，三相发电机的结构不比单相发电机复杂多少，而使用、维护都比较方便，运转时比单相发电而使用、维护都比较方便，运转时比单相发电机的振动要小。机的振动要小。在同样条件下输送同样大的功率时，特别是在同样条件下输送同样大的功率时，特别是在远距离输电时，三相输电比单相输电节约材在远距离输电时，三相输电比单相输电节约材料。料。一、三相交流电动势的产生一、三相交流电动势的产生 三相交流电动势由三相交流发电机产生。三相交流电动势由三相交流发电机产生。定子定子转子转子转子是电磁铁，其磁极表面的磁场按正弦规律分布 三相绕组始端分别用U1，V1，W1表示，末端用U2，V2，W2表示，分别称为U相，V相，W相。发电机的三根引出线及配电站的三根电源线分别以黄（U）、绿（V）、红（W）三种颜色作为标志。三个绕组在空间位置上彼此相隔120。动画动画视频视频 当转子在原动机带动下以角速度作逆时针匀速转动时，三相定子绕组依次切割磁感线，产生三个对称的正弦交流电动势 eU=Emsin（t+0）VeV=Emsin（t120）VeW=Emsin（t+120）V 电流从始端流出时为正，反之为 负。末端指向始端 三个交流电动势到达最大值（或零）的先后次序称为相序相序。每相电动势的正方向是从线圈的 ，即正序：UVWU负序：负序：UWVU二、三相四线制二、三相四线制 三相四线制是把发电机三个线圈的末端连接在一起，成为一个公共端点（称中中性点性点）从中性点引出的输电线称为从中性点引出的输电线称为中性线中性线，简，简称称中线中线中线中线；接地的中性线称为接地的中性线称为零线零线零线零线。零线或中线所用。零线或中线所用导线一般用黄绿相间色表示。导线一般用黄绿相间色表示。从三个线圈始端引出的输电线称为从三个线圈始端引出的输电线称为端线端线或或相线相线，俗称，俗称火线火线。有时为了简便，常不画发电机的线圈连有时为了简便，常不画发电机的线圈连接方式，只画四根输电线表示相序接方式，只画四根输电线表示相序。端线与端线之间的电压，称端线与端线之间的电压，称线电压线电压，分别，分别 用用UUV、UVW、UWV表示。表示。端线与中线之间的电压，称端线与中线之间的电压，称相电压相电压，分别，分别 用用UU、UV、UW表示。表示。线电压与相电压之间的关系为线电压与相电压之间的关系为 利用几何知识可以得到：利用几何知识可以得到：即：即：线电压总是超前于对应的相电压线电压总是超前于对应的相电压线电压总是超前于对应的相电压线电压总是超前于对应的相电压30303030。三个相电压只有在对称时其和为零，而线电压无论三个相电压只有在对称时其和为零，而线电压无论对称与否其和均为零，即：对称与否其和均为零，即：四、三相五线制供电四、三相五线制供电目前，许多新建的民用建筑在配电布线时，目前，许多新建的民用建筑在配电布线时，已采用三相五线制，设有专门的保护零线。已采用三相五线制，设有专门的保护零线。三相负载的连接方式三相负载的连接方式各相负载相同的三相负载称为对称三相对称三相负载负载，如三相电动机、大功率三相电路。各相负载不同的三相负载称为不对称三不对称三相负载相负载，如三相照明电路中的负载。一、三相负载的星形连接一、三相负载的星形连接三相负载分别接在三相电源的一根相线和中线三相负载分别接在三相电源的一根相线和中线之间的接法称为三相负载的之间的接法称为三相负载的星形连接星形连接星形连接星形连接（常用（常用“Y”Y”标记）。标记）。负载两端的电压称为负载的相电压。在忽略输电线上的电压降时，负载的相电压就等于电源的相电压，电源的线电压为负载相电压的 倍，即 U线=U相Y 流过每相负载的电流称为相电流相电流。流过每根相线的电流称为线电流线电流。线电流和相电流的大小关系为：I线Y=I相Y=对于感性负载来说，各相电流滞后对应电压的角度，可按下式计算：负载星形连接时，中线电流为各相电流的相量和。在三相对称电路中，由于各相负载对称，所以流过三相电流也对称，其相量和为零，即三相对称负载星形连接时中线电流为零，因此取消中线也不会影响三相负载的正常工作，三相四线制实际变成了三相三线制。二、三相负载的三角形连接二、三相负载的三角形连接 把三相负载分别接在三相电源每两根相线之把三相负载分别接在三相电源每两根相线之间的接法称为三角形连接（常用间的接法称为三角形连接（常用“”标记）标记）在三角形连接中，负载的相电压和电源的线电压大小相等，即U相=U线。三相对称负载做三角形连接时的相电压是作星形连接时的相电压的 倍。三相负载接到电源中，是作三角形还是星形连接，要根据负载的额定电压而定。线电流和相电流的关系为I线=I相三、三相负载的功率三、三相负载的功率 在三相交流电源中，三相负载消耗的总功率为在三相交流电源中，三相负载消耗的总功率为各相负载消耗的功率之和，即各相负载消耗的功率之和，即 上式中，上式中，U UU U、U UV V、U UWW为各相负载的相电压，为各相负载的相电压，I IU U、I IV V、I IWW为各相负载的相电流，为各相负载的相电流，、为各相负载的功率因数。为各相负载的功率因数。在对称三相电路中，在对称三相电路中，P P=3=3U U相相I I相相cos cos 相相 =3=3P P相相 当对称负载作星形连接时，有功功率为当对称负载作星形连接时，有功功率为当对称负载作三角形连接时，有功功率为当对称负载作三角形连接时，有功功率为即三相对称负载不论是连成星形还是连成三即三相对称负载不论是连成星形还是连成三角形，其总有功功率均为角形，其总有功功率均为 仍是负载相电压与相电流之间的相位差，而不是线电压与线电流间的相位差 提高功率因数的意义和方法提高功率因数的意义和方法 企业所用交流设备多数为感性负载。在感性电路中，感性负载的功率因数 也就是说，电路中还有一部分能量并没有消耗在负载上，而是与电源之间反复进行交换，这就是无功功率，它占用了电源的部分容量。一、提高功率因数的意义一、提高功率因数的意义1.1.充分利用电源设备的容量充分利用电源设备的容量 如果一个电源的额定电压为UN，额定电流为IN，那么它的额定容量即额定视在功率SN=UNIN 设电源容量为SN=40kVA，则 带40W（=0.4）的荧光灯，可带400盏；带40W（=1）的白炽灯，可带1000盏。2.2.减小供电线路的功率损耗减小供电线路的功率损耗 在电源电压一定的情况下，对于相同功率在电源电压一定的情况下，对于相同功率的负载，功率因数越低，电流越大，供电线路的负载，功率因数越低，电流越大，供电线路上电压降和功率损耗也越大。上电压降和功率损耗也越大。如果供电线路上的电压降过大，就会造成如果供电线路上的电压降过大，就会造成电网末端的用电设备长期处于低压运行状态，电网末端的用电设备长期处于低压运行状态，影响其正常工作。为了减少电能损耗，改善供影响其正常工作。为了减少电能损耗，改善供电质量，就必须提高功率因数。电质量，就必须提高功率因数。二、提高功率因数的方法二、提高功率因数的方法1.1.提高自然功率因数提高自然功率因数用电设备本身的功率因数又称用电设备本身的功率因数又称自然功率因数自然功率因数。合理选用电动机，使电动机的容量与被拖动的合理选用电动机，使电动机的容量与被拖动的机械负载配套，避免机械负载配套，避免“大马拖小车大马拖小车”的现象。的现象。应尽量不要让电动机空转；对于负载有变化且应尽量不要让电动机空转；对于负载有变化且经常处于轻载运行状态的电动机，在运行过程经常处于轻载运行状态的电动机，在运行过程中，采用中，采用Y Y接线的自动转换，使电路的功接线的自动转换，使电路的功率因数提高。率因数提高。2.2.并接电容器补偿并接电容器补偿 电容器与感性负载并联 如果电容器的额定电如果电容器的额定电压与电网电压相同，应采压与电网电压相同，应采用三角形接法。用三角形接法。功率因数一般补偿到功率因数一般补偿到0.90.9以上即可，如果用过大以上即可，如果用过大的电容器，造成的电容器，造成“过补偿过补偿”，反而会致使电路成为，反而会致使电路成为容性，降低功率因数。容性，降低功率因数。电磁感应一、磁体及其性质一、磁体及其性质 某些物体能够吸引铁、镍、钴等物质的性质某些物体能够吸引铁、镍、钴等物质的性质称为称为磁性磁性磁性磁性。具有磁性的物体称为。具有磁性的物体称为磁体磁体磁体磁体。磁体分。磁体分天天天天然磁体然磁体然磁体然磁体和和人造磁体人造磁体人造磁体人造磁体两大类。两大类。磁体两端磁性最强的部分称磁体两端磁性最强的部分称磁极磁极磁极磁极。可以在水。可以在水平面内自由转动的磁针，静止后总是一个磁极指平面内自由转动的磁针，静止后总是一个磁极指南，另一个指北。指北的磁极称北极（南，另一个指北。指北的磁极称北极（NN）；指）；指南的磁极称南极（南的磁极称南极（S S）。）。任何磁体都具有两 个磁极，而且无论把 磁体怎样分割总保持 有两个异性磁极。与电荷间的相互作用力相似，当两个磁极靠近时，它们之间也会产生相互作用的力：同名磁极相互排斥同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸异名磁极相互吸引引。二、磁场与磁感线二、磁场与磁感线1 1 磁场磁场在磁体周围的空间中存在着一种特殊的物在磁体周围的空间中存在着一种特殊的物质质磁场磁场磁场磁场。磁极之间的作用力通过磁场进行传递。磁极之间的作用力通过磁场进行传递。动画动画2 2 磁感线磁感线磁场的分布常用磁感线来描述。磁场的分布常用磁感线来描述。视频视频三、电流的磁场三、电流的磁场 不仅磁铁能产生磁场，电不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场，这种现象称流也能产生磁场，这种现象称为电流的为电流的磁效应磁效应磁效应磁效应。动画动画一、电磁感应现象一、电磁感应现象电流能产生磁场，那么磁场能否产生电流呢？电流能产生磁场，那么磁场能否产生电流呢？将一条形磁铁放置在线圈中，当其静止时，检流计的指针不偏转，但将它迅速地插入或拔出时，检流计的指针都会发生偏转，说明线圈中有电流。这种利用磁场产生电流的现象称为电电磁感应磁感应现象，产生的电流称为感应电流感应电流，产生感应电流的电动势称为感应电动势感应电动势。二、楞次定律二、楞次定律 以上实验表明：在线圈回路中产生感应电动以上实验表明：在线圈回路中产生感应电动势和感应电流的原因是由于磁铁的插入和拔出导势和感应电流的