1、電工基礎知識,1,目 錄,1、電流、電壓、電阻,2、電容、電感、電抗,3、常用公式,4、諧振電路,2,第1章 電流、電壓、電阻,3,高水位,水位差,水泵,水流,1.1 電流,4,5,1.1.1 串聯(lián)電路,6,1.1.2 并聯(lián)電路,7, 電動勢的單位： 伏 特 (V) 電動勢的實際方向：負極 正極,1.2 電 壓,8,電動勢的大小在數(shù)值上等于電源兩端的開路電壓.,理想電壓源: E=U,如何測出電動勢的大小?,非理想電壓源:EU,A,O,E=UAO,9,電動勢和電壓有些什么區(qū)別？,（1）它們描述的對象不同：電動勢是電源具有的，是描述電源將其他形式的能量轉化為電能本領的物理量，電壓是反映電場力做功本

2、領的物理量。,答 電動勢和電壓雖然具有相同的單位，但它們是本質(zhì)不同的兩個物理量。,（2）物理意義不同：電動勢在數(shù)值上等于將單位電量正電荷從電源負極移到正極的過程中，其他形式的能量轉化成的電能的多少；而電壓在數(shù)值上等于移動單位電量正電荷時電場力作的功，就是將電能轉化成的其他形式能量的多少。它們都反映了能量的轉化，但轉化的過程是不一樣的。,10,1.2.1 串聯(lián)電路,11,1.2.2 并聯(lián)電路,12,1.3 電 阻,1 兆歐 = 103 千歐 = 106 歐姆 1 M = 103 K = 106 ,對于一段材質(zhì)和粗細都均勻的導體來說，在一定溫度下：,13,1.3.1 串聯(lián)電路的總電阻與分電阻的關系

3、:,所以,且 U總=U1+U2,由歐姆定律可得:,=R1+R2,補充說明:(1)串聯(lián)電路的總電阻大于任何一個分電阻，原因是串聯(lián)后相當于增加了導體的長度。 (2)n個相同的電阻串聯(lián)后的總阻值為nR。,由此推出:串聯(lián)電路的總電阻等于各分電阻之和。 即:R總=R1+R2,14,1.3.2 并聯(lián)電路的總電阻與分電阻的關系:,由歐姆定律可得:,且 I總=I1+I2,所以,由此推出:并聯(lián)電路的總電阻的倒數(shù)等于各分電阻 的倒數(shù)之和。,15,1,因為,補充說明:（1）并聯(lián)電路的總電阻小于任何一個分電阻，原因 是并聯(lián)后相當于增加了導體的橫截面積。 （2）n個相同的電阻并聯(lián)后的總阻值為,16,第2章 電容、電感、

4、電抗,17,2.1 電容元件 (capacitor),線性電容元件：任何時刻，電容元件極板上的電荷q與電壓 u 成正比。,2、電路符號,1、電容器,18,與電容有關兩個變量: C, q 對于線性電容，有： q =Cu,3. 元件特性,，C 稱為電容器的電容,電容 C 的單位：F (法) (Farad，法拉) F= C/V = As/V = s/ ,常用F，nF，pF等表示。,19,4、伏安特性：線性電容的qu 特性是過原點的直線,C= q/u tg,5、電壓、電流關系： u, i 取關聯(lián)參考方向,表明電流正比于電壓的變化率。,電容有隔直作用,20,由,有,結論：,1、電容元件是一個動態(tài)元件；,

5、2、電容元件有“記憶”效應。,21,6、電容元件的功率和能量,在電壓、電流關聯(lián)參考方向下，電容元件吸收的功率為,則：電容在任何時刻 t 所儲存的電場能量Wc將 等于其所吸收的能量。,22,由此可以看出，電容是無源元件，它本身不消耗能量。,從t0到 t 電容儲能的變化量：,7 、小結：,23,2.2 電感元件,變量: 電流 i , 磁鏈,1 、線性定常電感元件,L 稱為自感系數(shù),L 的單位：亨（利） 符號：H (Henry）,由電磁感應定律和楞次定律:,i , 右螺旋 u , i 關聯(lián),i,+,u,24,3 、電壓、電流關系：,2 、韋安（ -i ）特性,25,4 、電感的儲能,26,(1) u

6、的大小與 i 的變化率成正比，與 i 的大小無關；,(3) 電感元件是一種記憶元件；,(2)電感在直流電路中相當于短路；,(4) 當 u，i 為關聯(lián)方向時，u=L di / dt； u，i 為非關聯(lián)方向時，u= L di / dt 。,5 、小結：,27,6.3 電容、電感元件的串聯(lián)與并聯(lián),1.電容的串聯(lián),等效電容,28,電容串聯(lián)求等效電容與電導串聯(lián)求等效電導類似！與電阻并聯(lián)求等效電阻公式類似！,29,串聯(lián)電容的分壓,30,2.電容的并聯(lián),等效電容,電容并聯(lián)求等效電容與電導并聯(lián)求等效電導類似！與電阻串聯(lián)求等效電阻類似！,31,并聯(lián)電容的分流,32,3. 電感的串聯(lián),等效電感,電感串聯(lián)求等效電感

7、與電阻串聯(lián)求等效電阻類似！,33,串聯(lián)電感的分壓,34,4.電感的并聯(lián),等效電感,電感并聯(lián)求等效電感與電阻并聯(lián)求等效電阻類似！,35,并聯(lián)電感的分流,36,注意,以上雖然是關于兩個電容或兩個電感的串聯(lián)和并聯(lián)等效，但其結論可以推廣到 n 個電容或 n 個電感的串聯(lián)和并聯(lián)等效中。,37,1.3 歐姆定律,U-(V ) R-() I-(A ),一、部分電路歐姆定律,38,二、全 電 路 歐 姆 定 律,I,R,39,第3章 電學公式,40,41,42,第4章 諧振電路,43,概述：諧振是正弦電路中可能發(fā)生的一種特殊現(xiàn)象。由于回路在諧振狀態(tài)下呈現(xiàn)某些特征，因此在工程中特別是電子技術中有著廣泛的應用，但

8、在電力系統(tǒng)中卻常要加以防止。,44,教學內(nèi)容 諧振的概念，串聯(lián)與并聯(lián)諧振的條件、特征等。 教學要求 1.深刻理解諧振的概念。 2.熟練掌握串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振的條件與特征。 教學重點和難點 重點： RLC串聯(lián)諧振的條件與特點。 難點： 并聯(lián)諧振電路的應用。,45,4.1 串聯(lián)諧振電路,一、諧振現(xiàn)象,諧振概念：含有電感和電容的電路，如果無功功率得到完全補償，使電路的功率因數(shù)等于1，即：u、 i 同相，稱此電路處于諧振狀態(tài)。,此時阻抗角,46,二、串聯(lián)電路的諧振條件,因為,若電路諧振,串聯(lián)電路諧振條件：感抗=容抗,47,諧振角頻率 和諧振頻率,諧振條件,諧振角頻率,諧振頻率,48,三種調(diào)諧方法：,（

9、2）調(diào)容調(diào)諧：,（3）調(diào)感調(diào)諧：,49,例6-1 某個收音機串聯(lián)諧振電路中，C=150pF， L=250H，求該電路發(fā)生諧振的頻率。,因為,所以,有,50,例6-2 RLC串聯(lián)電路中，已知 L=500H， R=10， f=1000kHz，C在12290pF間可調(diào)，求C調(diào)到何值 時電路發(fā)生諧振。,因為,有,51,三、串聯(lián)諧振電路的基本特征,2.電路的電抗為零，感抗與容抗相等并等于電路的特性阻抗,1.電路阻抗最小,且為純電阻,3.當電源電壓一定時， 諧振電流最大,52,4.當品質(zhì)因數(shù),此時,5.無功功率為零，電源供給的能量全部消耗在電阻上。,電感電壓和電容電壓 遠遠超過電源電壓,一般情況下:Q 1

10、,53,定義 品質(zhì)因數(shù),定義 特性阻抗,Q物理意義,54,例6-3 圖示RLC串聯(lián)電路，已知R =9.4 ，L =30H ， C =211pF，電源電壓U =0.1mV。求電路發(fā)生諧振時的諧振頻率f0 ，回路的特性阻抗 和品質(zhì)因數(shù)Q及電容上的電壓UC0 。,電路的諧振頻率,回路的特性阻抗,電路的品質(zhì)因數(shù),電容電壓,UC0=QU=400.1 mV =4 mV,55,4.2 并聯(lián)諧振電路,一、諧振條件,諧振條件,56,諧振角頻率,諧振頻率,57,二、并聯(lián)諧振電路的基本特征,1.諧振時，回路 與 同相。,電感線圈與電容并聯(lián)，諧振時， ILIC I0,58,2.諧振時，回路導納最小且為純電導,在R 0

11、 L條件下，,3.并聯(lián)諧振時，電路的特性阻抗與串諧一樣,4.當品質(zhì)因數(shù),此時,R 0 L與Q 1同含義,電感電流和電容電流 遠遠超過總電流,回路阻抗最大,59,5.若電源為電流源,注意：由,和,推出,60,例6-4 線圈與電容器并聯(lián)電路，已知線圈的電阻R =10，電感L=0.127mH，電容C =200pF，諧振時總電流I0=0.2mA。求：（1）電路的諧振頻率f0和諧振阻抗Z0，（2）電感支路和電容支路的電流IL0 、IC0。,諧振回路的品質(zhì)因數(shù),因Q 1，有,電路的諧振阻抗,=Q 2R =80210=64000 = 64 k,電感支路和電容支路的電流IL0 、IC0,IL0 IC0= Q

12、I0=800.2mA=16mA,61,例6-5 收音機的中頻放大耦合電路是一個線圈與電容器并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率為465 kHz ,電容C =200 pF，回路的品質(zhì)因數(shù)Q =100。求線圈的電感L和電阻R 。,因為Q 1，所以電路的諧振頻率,因此回路諧振時的電感和電阻分別為,H =0.57810-3 H,=17 ,62,1.在含有電抗元件的電路中，當端口電壓與電流同相時，電路發(fā)生諧振。,小結,63,3.并聯(lián)諧振電路,品質(zhì)因數(shù),特性阻抗,（電流諧振）,諧振條件,諧振頻率,電感線圈并聯(lián)電容且滿足R0L時：,64,4.3 諧振電路的頻率特性,頻率特性是指電路中的電壓、電流、阻抗或?qū)Ъ{及阻抗角或?qū)?/p>

13、納角等各量隨頻率變化的關系。,一、串聯(lián)諧振電路的頻率特性,65, X隨 變化情況 當 0時，X 為正值，電路呈感性。, Z隨 變化情況 Z 隨 的變化呈凹形， 并在 =0 時有最小值。,66,1.幅頻特性和相頻特性 幅頻特性和相頻特性，分別表示幅度隨的變化關系和相位隨的變化關系。,阻抗的模Z 隨的變化關系,阻抗角隨的變化關系,67,選擇性：突顯0附近的電流,當偏離0時，電流下降，而且偏離0越遠，電流下降程度越大。,當 = 0時 ，電流最大,68,2. 選擇性與通頻帶,整理后得,結論：選擇性與品質(zhì)因數(shù)Q有關，品質(zhì)因數(shù)Q越大，曲線越尖銳，選擇性越好。,通用電流諧振曲線,69,通頻帶, f1為下邊界

14、頻率, f2為上邊界頻率,B =f2 - f1 =,結論： 通頻帶B與品質(zhì)因數(shù)Q成反比。 Q值越高， B越窄；反之，Q值越低， B越寬。,70,例 6-6 串聯(lián)諧振回路的諧振頻率f0 =7105Hz，回路中的電阻R=10，要求回路的通頻帶B=104Hz，試求回路的品質(zhì)因數(shù)，電感和電容。,回路的品質(zhì)因數(shù),因為,所以,71,二、并聯(lián)諧振電路的頻率特性,電流源作用下的并聯(lián)諧振電路,若Q 1（或R 0 L）,電壓幅頻特性和相頻特性,通用電壓諧振曲線圖,72,例6-7 一個電感線圈的電阻R=10，與電容器構 成并聯(lián)諧振電路，電路的品質(zhì)因數(shù)Q=100，如再 并聯(lián)一只R=100k的電阻，電路的品質(zhì)因數(shù) 降低

15、到多少？,因為,所以 感抗、容抗,0 L=QR=10010=1000,并聯(lián) 后，電導,=210-5S,品質(zhì)因數(shù)降低為,73,3.5諧振電路的應用,一、諧振在電子技術中的應用,串聯(lián)諧振的應用,例：,收音機的調(diào)諧回路,74,75,在電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)中能量的轉化與傳遞所產(chǎn)生的電網(wǎng)電壓升高，稱內(nèi)過電壓。內(nèi)過電壓對供電系統(tǒng)的危害是很大的，常見的內(nèi)過電壓有：切空載變壓器的過電壓；切、合空載線路的過電壓；電弧接地過電壓；鐵磁諧振過電壓等。其中，鐵磁諧振過電壓事故最頻繁的發(fā)生在3330千伏電網(wǎng)中，嚴重威脅電網(wǎng)的安全運行。因此電力系統(tǒng)必須對諧振過電壓加以防護。,二、電力系統(tǒng)對諧振的防護,76,1.諧振電路的頻率特性,頻率特性是指電路中的電壓、電流、阻抗或?qū)Ъ{及阻抗角或?qū)Ъ{角等各量隨頻率變化的