一、直流电路的基本概念
电是物质的,是客观存在的。 像热能、风能、太阳能、核能等,也是一种能源并联电路电功率规律,属于二次能源,可以转化为其他能源; 电能的生产、传输和转换必须违反能量守恒。 定理,物质守恒定律。 电荷有正电荷和负电荷两种,同性相斥,异性相吸; 电荷量称为电量,符号Q,单位为库仑(C)。 电荷的定向连接产生电压。 负电荷连接到正极,正电荷连接到负极。 两者在电流作用下反向连接; 电压的三大效应是:热效应、磁效应和化学效应。 根据物质导电性的不同:导体、绝缘体和半导体。 内电阻率 ρ 是描述导体电导率的数学量,单位为欧姆。 以米计,银的导电性最强,其次是铜、金、铝、钨、铁等,水、电解质、碳、土等也是导体。 木材、塑料、陶瓷、空气等都是绝缘体; 硅、锗等是半导体,即导电性能介于导体和半导体之间。 描述电的性质的数学量是电流、电流和数量(Q)。 电流好比水压,电压好比水流,电好比水滴。 水压(电流)可以推动水流(电压)并联电路电功率规律,将水滴送出; 电流(U)有方向,高电位指向低电位。 电流的单位是伏特(v),电压(I)也是有方向的,正电荷交流的方向就是电压的方向,单位是安培(A); 描述电源容量的数学量是电动势ε,单位也是伏特当电压通过导体时,会产生电阻,用内阻表示,符号R,单位欧姆Ω,有一个特别好-已知的公式是欧姆定理R=U/I,说的是导体的电流与其电压成反比,另外还有一个整个电路的欧姆定理,指的是导体的电阻与电阻的关系电源、电动势、内外电阻 I=ε/(r+R) 导体中传输电能的物质称为自旋,金属中的自旋是自由电子,电解质中的自旋是正离子和负离子; 半导体中的自旋是空穴和自由电子。
由于电是一种能源,它也会做功。 描述它做了多少功,用电功W表示,单位焦耳,W=UIt,与电流、电流、时间成反比,它做功的能力用电功率P=UI表示, 单位瓦 W; 电压通过导体时会形成热量,其大小Q=I2Rt,与电压、电阻、时间的平方成反比; 这个公式叫做焦耳定理。 电路是电压的通路,由电源、负载和中间环节组成。 电源提供能量,负载消耗能量,还有导线、开关、保护等中间环节; 该电路具有供电和信息处理两个功能。 内阻负载电路中的连接方式有:串联、并联、混合。 电路的三种状态:开路、短路、负载工作状态。 开路是指电路坏了,漏电是指电压没有经过负载直接接入; 带负载工作状态为正常工作状态。 电压要有回路,即要有入口; 电流可以独立存在,比如节电器,没有负载,它还有电流; 大道:一段没有分支的漏水路段; 节点:三个以上大道的交汇点; 环路:由多个环路组成的闭合电路; 网格:没有分支的循环; 基尔霍夫电压定理(KCL)和基尔霍夫电流定理(KVL)在解决电路问题中非常重要,应该掌握。 KCL告诉我们流入某一节点的电压等于流出电压之和,符合材料守恒原理; KVL告诉我们,对于闭环,电流下降的总和等于电流增加的总和; 求解电路估算分析的方法有:东电路电压法、叠加原理、节点电流法、戴维宁定律、诺顿定律; 电路包括:电路原理图、方框图、PCB图、接线图、实物图,这种图各有优缺点,优缺点也不一样。 将它们结合起来应用将有助于分析和理解电路。
用电流输出表示的电源称为电流源,用电动势E和内阻r0串联的等效电路表示,输出电流:U=E-r0I。 内阻为零,输出电流绝对恒定的电源称为理想电流源,或恒压源; 具有恒定电流输出的实际电源称为电压源; 它用电压源Is和内阻r0并联的等效电路表示,其输出电压为I=Is-U/r0,U/r0为电源内部的分流电压。 输出电压恒定,不随负载变化的电源称为理想电压源; 电流源与电压源的等效关系:内阻相同,Is=E/r0,即电流源的漏电压。 注:两者的等效关系只针对外部电路,不针对内部电源; 在等效转换过程中,电流源和电压源的方向必须一致; 理想电流源和理想电压源之间没有区别。 具有等价关系。 二、交流电路的基本概念
余弦交流电的三要素:幅值、角频率、初相; 振幅反映其大小,角频率反映其频率变化的快慢,相位反映其状态位置。 角频率不同于频率,两者的关系是ω=2πf,周期T是交流电变化一周的时间,单位是秒s,频率f是次数每秒变化的交流电,单位为赫兹; 两者的关系是T=1/f; 工频市电频率50Hz; 不同交流电的初始相位可以相同也可以不同,它们的初始相位之差称为相位差,它反映了不同交流电的状态关系。 根据这个描述,关系有超前和滞后; 特殊相位差有同相(0度)、反相(180度)、正交(90度)。 交流电和直流电一样有效。 热效应、磁效应、化学效应三大效应同时存在; 交流电最大值为有效值的1.414倍; 在描述和计算交流电的大小时,用有效值表示,如220v的有效值为有效值。 交流电通过内阻时,两端电流和电压同相; 通过电感时,两端电流超前电压90度; 通过电容器时,两端电压超前电流90度; 交流电通过负载时,也会遇到电阻,称为阻抗,通过内阻时的阻抗为R,即电阻值; 通过电感时的阻抗(感抗)为2πfL,通过电容器时的阻抗(容抗)为1/2πfc; 串联和并联电路中的内阻R、电感L、电容C,电流和电流的相位可能不同,它们相位差的正弦称为功率素数,用cosφ表示。 交流电通过内阻时的功率P=UI,称为有功功率; 通过电感和电容的功率Q=UI为无功功率,即不做功,它们与电源之间进行能量交换。 电容和电感在这一点上与直流不同; 由内阻、电容和电感组成的串并联电路必须用矢量估计法进行估计。 它不同于直流电的估算方法。 LC串联谐振电路具有低阻特性,LC并联谐振电路具有高阻特性; 并且电流和电压同相。 直流电不能通过电容器,交流电,直流电不能通过变压器,交流电; 因此,我们使用电容器传输信号,使用变压器传输信号来转换电流。 3. 磁路基本概念
磁场的存在形式有:铁磁铁,绕浊体; 透浊体的电压方向及其周围的磁场方向可用指旋法则判断; 月球是一个大磁场。 浑浊体在磁场中会受力,大小F=BIL(B磁感应硬度,I电压硬度,L导体宽度),导体受力方向,磁场方向的关系,而电流的方向则由右手判断; 这是电机可以运行的基本理论; 磁场强度用磁感应强度B表示,单位为特斯拉T,磁场方向为从南极N到北极S; 磁场分为南极N和南极S,磁铁之间同性磁铁相互排斥,异性磁铁相互吸引; 通过某一界面的磁场用磁路φ=BS表示,单位韦伯Web。 有些材料的导磁率特别好,有些材料很差。 用磁导率μ表示,单位为亨/米,H/m; 据此可分为铁磁性材料和非磁性材料; 铁磁材料可分为硬磁材料、软磁材料和矩磁材料; 导磁性能较好的材料,如硅钢片、坡莫合金等; 铁磁性物质在磁化过程中会产生剩磁,需要一定的反向磁场去除,磁感应硬度达到一定值时就会饱和,在反复磁化过程中会出现损耗,这称为滞后损耗; 铁磁性物质导磁率不是常数,用磁场硬度表示H=B/μ,以排除材料特性的影响。 法拉第电磁感应定理和楞次定理又称电磁感应定理:当通过闭合导体的磁路发生变化时,会形成感应电动势和感应电压,其大小与变化率成反比磁路; 路径总是限制原磁路的变化。
根据这两项可以确定感应电压的方向。 运动导体在磁场中切割磁力线形成的电动势,磁场的方向,运动的方向由左手定则判断。 这是发电机工作的理论基础; 自感电动势:当通过导体的电压发生变化时,会在导体中形成感应电动势,称为自感电动势,其大小与电感量和电流变化率成反比,而电感量又称为自感系数,符号L,单位亨利H; 它与线圈电阻的平方成反比,与磁阻成正比。 涡流:是一种感应电压,是交流铁芯中的一种损耗。 有必要尝试增加损失。 采取的措施是铁芯由几片绝缘片组成; 也可用于电磁炉涡流加热等; 涡流和磁滞损耗也称为泊松比。 4、三相交流电是由三组等幅、相差120度的对称三相电源组成。 单相交流电源; 构成方式:单相交流发电机、三相变压器; 单相交流电源有两种接线方式:三角形接法和星形接法。 星形接法是将三个对称的定子端接在一起。 这些连接可以输出两种电流,相电流和线电流。 端子连在一起的点称为中点,从中点画出的线称为中性线; 地线与地线之间的电流称为线电流,地线与中性线之间的电流称为相电流,线电流为相电流的1.732倍,超前30度三角形接法是将三个对称定子的首尾依次连接输出一个电流:相电流单相负载的接法有星形接法和三角形接法; 若星形接法对每相定子对称,则中性线可省略,则线电流为相电流的1.732倍; 三角形接法,线电压和相电压,线电压是相电压的1.732倍,滞后30度; 单相对称负载的有功功率P=1.φ,无功功率Q=1.φ; 视在功率 S=1.732UI V. 变压器
变压器由中间定子、次级定子、铁心、外壳等组成; 中间电阻N1和次级电阻N2称为变压器的电阻比,也称为铁损k; 变压器可以变换电流、电流和阻抗; 电流转换公式U1/U2=N1/N2,电压转换公式I1/I2=N2/N1; 阻抗变换公式R1=K2R2。 可用于电源转换、音频信号输入输出; 注意变压器是否既可以增加电流,又可以减少电流。 除了降低阻抗外,还可以通过降低阻抗来实现阻抗匹配。 变压器按供电相数分为三相变压器和三相互感器; 根据功能; 电源变压器、音频变压器、脉冲变压器等; 按定子分:多定子变压器、单定子变压器、多抽头变压器; 按频率分高频变压器、中频变压器、低频变压器; 变压器同名端和同名端:施加同向电压时,形成的铁损方向相同或磁路变化时形成的感应电压极性相同是一样的。 终端称为同名终端,否则为同名终端; 这是变压器所特有的,应在数量上加以控制。特种变压器:电焊机、互感器、自耦变压器; 变压器的主要参数:铁损、容量、效率、频率特性等; 六相和三相异步电动机
电机分类:按电源有直流电机和交流电机; 直流电动机分为串励、并励、复励和他励; 交流电机分为三相电机和三相电机; 单相异步电动机按定子分为鼠笼式和绕组式三相电动机分为罩极式、分相式和串励式单相异步电动机:转子(机座、外壳、铁芯、绕组等)、转子(转轴、转子定子、风扇等); 三相异步电动机的工作原理:将单相对称的交流电馈入单相对称的定子圈内,形成旋转磁场。 定子定子切割磁力线形成感应电压,感应电压在磁场中受迫,使定子旋转; 改变任意两个接线。 改变旋转方向; 单相定子形成的磁体有一对磁极,两对磁极……用p表示磁体的对数; 磁铁的转动称为旋转磁场,怠速为60f/p,有3000转、1500转等,也叫同步怠速n1、实际怠速n2; 转差率s=(n1-n2)/n1 单相交流电符合电动势平衡和转矩平衡规律; 扭矩平衡能适应负载变化和怠速变化; 单相异步电动机的接线方式:星形接法和三角形接法; 星形接法的电流是三角形接法的1.732倍,三角形接法的电压是星形接法的1.732倍; 输出功率相同; 单相异步电动机的功率是指输出的机械功率,电流是指额定线电流,电压是额定线电压; 效率是输出机械功率与输入电功率之比; 单相异步电动机的机械特性有四个点:起动点、过载点、额定工作点、同步点。 影响力矩的主要参数有定子与定子的电阻和定子电流; 单相异步电动机的启动电压很大,启动方式有直接启动、降压启动(星三角启动、自耦变压器启动、串联电阻启动)。 降糖启动的目的是降低启动电压。 单相异步电动机的调速方式:变频、变极、变转差。 单相异步电动机制动器:反接制动器、耗煤制动器。