电工基础知识电路图

—-—-【电工基础知识点笔记】

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第一章电路的基本概念和基本定律

第一节电路与电路模型

一、电路的组成

1：电路：是电流的通路,是由一些电气设备和元器件为完成特定功能按一定方式联接而成的。

电源:电路中提供电能、电信号的设备。

负载：使用电能的设备。

2：原理电路图：为了画电路图时方便，人们用一些图形符号来代表各种电气设备和元器件，并将其连接。

二、电路模型

1：电磁特性：电阻：是一个限流元件.

电感：是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。

电容：是一种容纳电荷的器件.

2：理想元件：在一定的条件下突出其主要的电磁特性，忽略其次要特性的元件。

理想电路元件：经理想化后，成为只有某种单一电磁性能的元件，是实际元器件的近似。

3：N端元件：具有N个引出端钮的元件。

4：电路模型:任何一个实际电路都可以用一些电路元件的组合来表示，从而得到的电路。

三、电路、网络和系统

1：电路：有理想元件组成的电路模型。

2：网络:较复杂的电路呈现的网状.

3:系统：由若干个电路单元组成以实现某种功能的有机整体.

4：信号:电路中反应信息特征的电流，电压。

5：激励：电路的输入信号.

6：响应：电路的输出信号。

第二节电路的基本物理量

一、电流

1:电流形成：电荷的定向移动.

2:电流定义：单位时间内通过导体横截面的电荷量。

3：电流方向：正电荷移动的方向.(国际规定）

4：电流种类：直流电流：大小和方向都不随时间变化的电流。【用I表示】

周期电流：大小和方向均随时间周期变化的电流。

交流电流：当周期电流在一个周期内的平均值为零的电流。【用i表示】

5：电流公式：对于直流，若在时间t内通过导体横截面的电荷量为Q,则电流为

对于交流,若在时间dt内通过导体横截面的电荷量为dq，则电流瞬间值为

6：安培定义：1s内通过导体横截面的电量为1C时,电流为1A。

7：参考方向：为了分析和计算电路的需要，可任选其中一个方向作为电流的参考方向，并用箭头标明。

【当电流实际方向与参考方向一致时,则电流为正值；反之亦然.】

二．电压

1：电压定义:电路中ab两点之间的电压表明单位正电荷由a点转移到b点时所获得或失去的能量。

是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。

【电荷在电路中流动时，一定有能量交换发生。】

2:电压公式:

【如果正电荷由a转移到b时获得能量,则a点为低电位端。反之亦然.】

3:电压种类：直流电压：电压大小和极性都不随时间变化。【用U表示】

交流电压：电压大小和极性均随时间周期性变化，且在一周期内平均值为零。【用u表示】

4：伏特定义：当电场力将1C的电量从一点转移到另一点所做的功为1J时，两点间的电压为1V。

5:电压方向：电压的实际方向为正极指向负极，即电压的正方向为电位降低的方向。

【Uab表示由a到b是电位降低的方向；Uab=—Uba】

6：参考方向：电流参考方向与电压参考方向的选择本是相互独立的。

为了方便起见,对同一段电路，电流参考方向由电压的“+”极端志向“—”极端。——关联方向。

7:电动势：在电源内部，电源力将单位正电荷由负极移动到正极所做的功。

方向为负极指向正极.

8：理想电源：电流流过电源内部没有能量损耗的电源.【理想电源的端电压用Us表示,数值=电动势E】

第三节欧姆定律

一．电阻元件

1：电阻元件定义：具有阻碍电流通过的作用.电流通过电阻时，必然转换能量.

2：伏安特性：线性电阻：电压U与电流I之间是线性关系的电阻。【真实情况不存在】

非线性电阻:电压U与电流I不成正比的电阻。

二．欧姆定律

1：欧姆定律含义：电阻元件两端的电压与通过它的电流成正比。

2：欧姆含义：当电阻元件两端的电压是1V，通过它的电流是1A时，该元件的电阻就是1Ω。

3：电导：电阻的倒数.【用G表示,单位S(西门子）】

三．开路与短路

1:开路：二端元件，通过它的电流恒等于零。

2:短路:二端元件，两端电压恒等于零。【无特别说明，导线可看作是电阻不存在】

3：等效：只要伏安特性完全相同,则元件（电路、网络)等效。

第四章正弦交流电路的基本概念和基本定律

第一节正弦量

一．概念综述

1：交流电：一般指大小和方向随时间作周期性变化的电压或电流。它的最基本的形式是正弦电流.

正弦交流电路：指电压和电流均按正弦规律变化的电路。【世界各国的电力系统,都采用正弦交流电压】

2：交流电方向：当i>0（正半周)时,电流的实际方向与

参考方向相同；反之亦然。

3：正弦量:正弦电压、电流等物理量的统称。

正弦量的特征：表现为变化的快慢（频率or周期）、取

值的范围（振幅或有效值）和起始值（

相位或初相)三个方面。

【括号内的物理量统称为其三要素】

二．频率与周期

1：周期：正弦量完成一个循环所需要的时间。【用“T”表示，单位：秒(s）】

2：频率：每秒内经历的循环数.【用“f”表示，单位：赫兹（Hz）】

【我国基本采用50Hz作为电力标准频率，工程上称之为“工频"】

角频率：频率的2π倍.【用“”表示,单位：弧度每秒（rad/s）】

三．幅值与有效值

1：瞬时值：正弦量在任意瞬间的值。【用小写字母表示：u，i】

2：幅值：正弦量瞬时值中最大的值。【用附有下标m的大写字母表示:、】

【由于《i《，所以幅值确定了正弦量i变化的范围。】

3：有效值-—在相同的电阻上分别通以直流电流和交流电流，经过一个交流周期的时间,如果它们在电阻上所消

耗的电能相等的话，则把该直流电流（电压)的大小作为交流电流(电压）的有效值。【用大写字母表示】

【交流电做功的效应往往不用幅值而是用有效值来计量的。】

→→→→→

【周期电流的有效值,即瞬时值的瓶放在一个周期内平均后的平方根，故有效值又称方均根值】

【工程上常说交流电压220V等和电器设备铭牌上所示值均为有效值;交流电表的刻度也是由有效值确定】

【计算电路中各元件耐压值和绝缘的可靠性时,需用幅值】

｛个人想法：其实有效值就是为了方便计算而取得交流电的“平均值”!｝

四．相位与初相

1：正弦量表达式：

2：相位角：角度(+），简称相位。反映了正弦量变化的进程，对每一给定的时刻,都有相应的相位。

初相为，电流的起始值.【单位：弧度（rad）】【初相范围:（—π，+π）】

【初相的正负又其零点与计时起点在横轴上的相对位置而定】

3：相位差：两个同频率正弦量的相位角之差。【用表示】

【对于两个同频率正弦量来说，相位差等于初相之差，为定值、与计时起点的选择无关。】

【从波形上看,即为相邻两个零点（峰值)之间所

间隔的相位角】

【由左图可知，u先于i到达零(峰）点

即称：相位上u比i超前角=i比u滞后角】

【左图中,和具有相同的初相,故相位差=0

即称：和同向或两者变化步调一致。】

【左图中，和的相位差，

即称：和反向或两者的变化过程完全相反.】

第二节正弦量的相量表示法

一．复数概论

1:复数:←为复数的代数形式

【j=;虚数单位】

复平面：每个复数在复平面上都有一点A(，)与之对应；

或用复平面上的矢量表示。

【其长度a称之为复数A的模；它与实轴正向之间的夹角称之为幅角】

←为复数的极坐标形式

2:坐标系转换公式：

3：复数运算：

即：复数相乘,其模相乘,幅角相加

即：复数相除，其模相除,幅角相减

二．相量

1：相量:用复数的模代表正弦量的振幅或有效值，用幅角代表正弦量的初相所得到的表示正限量的复数.

【为了与一般的复数相区别，常在表示相量的大写字母上打“”】

2：相量图：把几个同频率正弦量的相量展现在同一复平面上，因而得到的图形。

【图中，电流相量分别与、垂直，因此正弦电流

分别与、相位正交。】

【图中，电流相量与共线反向，因此正弦电流与

反相.】

【注意：文字符号的大小要分清,瞬时值和相量不要混淆.

虽然其都代表同一物理量,并有一定的对应关系,但“对应”并不是“相等”。】

第三节电阻元件及其交流电路

一．电压与电流的相量关系

1：元件特性综述：每个元件的电压和电流关系应从两方面反映

①两者有效值之比：

②两者的相位之差：

【还应主意频率对其的影响。】

2:电压与电流的关系式：

(图中取）

【由上可知：

①电压与电流是两个同频率正弦量.

②电压、电流的有效值（振幅）之间的关系仍然符合欧姆定律。

③在关联参考方向下，电压与电流同相位.】

3:电压相量与电流相量之间的关系式：

二．平均功率

1:瞬时功率：在任一瞬间,电压与电流的瞬时值的乘积。【用小写字母p表示】

2:瞬时功率相关性质：在电阻元件的交流电路中,u和i同相，其同时为正(负），步调一致

故瞬时功率是非负值。即

【瞬时功率为正,说明电阻元件总是接受能量而转换为热能。为不可逆的能量转换过程】

3:平均功率:功率在一个周期内的平均值。【用大写字母P表示】【又称有功功率】

【U和I是有效值，由于有效值是用直流值定义的。故其形式上与直流电路公式一样.】

【通常各交流电器上所标的功率，均为平均功率】

第四节电感元件及其交流电路

一．电感元件

1：电感:变化着的磁场,在线圈中将产生感应电压的感应现象。【储存磁场能量】

【单位为：亨利（亨)，用“H"表示】

2：电感元件的感应电压：【储能元件】

【任一时刻，电感元件的电压并不取决于这一时刻电流的大小，而是与这一时刻电流的变化率成正比】

【电感元件虽然有电流,如果电流不变（直流）,其电压为零，此时,电感元件相当于短路】

【其电压与电流的实际方向一致时，表面迪电感是从外部接受能量，并将能量储存起来;反之亦然】

3：电感元件的磁场储能：

【只要电感有电流，便会有磁场储能.与达到i的过程以及电压大小无关】

【L一定时，电流越大，磁场越强，储能越多】

二．电压与电流的相量关系

1：电压与电流的关系式:

【由上可知：

①电压与电流是两个同频率的正弦量

②电压与电流有效值(振幅)之比为

③在关联参考方向下，电压在相位上超前电流】

2：感抗：具有对交流电流进行阻碍作用的物理性质.【单位为“”】

【当电感一定时，频率越高,感抗越大.故电感线圈对高频电流的阻碍作用很大。反之亦然.】

3：电压相量与电流相量之间的关系式:

三．无功功率

1:瞬时功率：

【在第一个1/4周期内，电流由零上升至峰值,这是磁场建立的过程，在此期间，u、i实际方向相同，

瞬时功率为正，表明外电路向电感输送能量，并转化为磁能储存于线圈磁场内。第二个1/4周期则

反之.第三、第四同之，但电流和磁场方向相反。这是一种可逆的能量互换过程.】

【由于磁场能量与电流平方成正比，故磁场储能与电流和磁场方向无关。】

2：平均功率:

【电感元件中没有能量消耗，只有电感与外电路之间的能量转换。】

3：无功功率：等于电感瞬时功率的振幅.【单位为“无功伏安”，简称乏（var）】

【反映了电感与外电路之间能量转换的规模】

第五节电容元件及其交流电路

一．电容元件

1：电容：衡量电容元件储集电荷能力的物理量。【用字母C表示】【单位为法拉（法），用“F"表示】

【若电容C是常量，则电容器为线性电容元件】

2：电容元件的电流：【储能元件】

←关联参考方向下，否则要加“-"

【任一时刻，电容元件的电流并不取决于这一时刻电压的大小，而是与这一时刻电压的变化率成正比】

【电容元件虽有电压，如果大小不变(直流）,则电流为0，这时，电容元件相当于开路】

【其电流与电压的实际方向一致时,表明电容元件从外部接受能量，并转化为电场能量储存；反之亦然】

3：电容元件的电场储能:

【只要电容有电压，电容元件便有储能，与到达u的过程以及电流大小无关】

【一个充过电的电容元件脱离电源后仍能在较长时间里保持储能。】

二．电压与电流的相量关系

1：电压与电流的关系式：

【由上可知：

①电压与电流是两个同频率的正弦量

②电压与电流的有效值（振幅)之比为

③在关联参考方向下,电压滞后电流】

2：容抗：具有阻碍电流通过的物理性质。【单位为“”】

【电容具有高频短路，直流开路的作用（理由略）】

【感抗与容抗统称为电抗，其元件统称为电抗元件】

3：电压相量与电流相量之间的关系式：

三．无功功率

1:瞬时功率:

2：平均功率:

【电容元件中没有能量消耗,只有电容与外电路之间的能量转换】

3:无功功率:

{电容的无功功率章节内容分析，参照电感的无功功率章节。｝