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电与电路基本知识

作者:小编    发布时间:2023-09-22 04:08:14    浏览量:

  电是物质内所含粒子(质子、电子)运动时的一种能量表现形式,实质上是一种能量,常称作电能。

  电子是最早发现的基本粒子,带负电,电量为1.602×10⁻¹⁹库仑,是电量的最小单元,质量为9.1×10⁻³¹kg,常用符号e表示。

  带电的基本粒子称为电荷。带正电的粒子叫正电荷,符号为(“+”);带负电的粒子叫负电荷,符号为(“﹣”)。同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。

  单位时间内通过导体任一横截面的电量叫电流。符号I,单位安(A)。电荷在电场力的作用下定向移动形成电流。正电荷定向移动的方向规定为电流方向。

  电位又叫电势,是指单位电荷在静电场中某一点所具有的电势能。符号φ,单位伏(V)。它的大小和电势参考点选择有关。参考点的电位为零,通常把大地作为参考点。

  电路中任意两点之间的电位差称为电压。符号U,单位伏(V)。电压大小与电位参考点的选择无关。

  即电子运动的趋势,能够克服导体电阻对电流的阻力,使电荷在闭合的导体回路中流动的一种作用。符号E,单位伏V。大小等于非静电力把单位正电荷从电源负极经电源内部移到电源正极所做的功。方向规定为从电源负极经电源内部指向电源正极,与电源端电压的方向相反。

  导体阻碍电流通过的能力叫电阻。符号R,单位欧(Ω)。电阻和温度及导体的材质有关,同一导体的电阻大小与导体的长度成正比,与导体的截面积大小成反比。

  是指给定电压下自由电荷的储存量,符号C,单位法(F)。大小等于极板上储存电量与极板间电压之比。

  当电流通过线圈后,在线圈中形成感应磁场,感应磁场又会产生感应电流来通过线圈中的电流。这种电流与线圈的相互作用关系称为电抗,也叫电感,符号L,单位亨利(H)。

  将电能转换成其他形式能量的过程中,电流所做的功叫电功。符号W,单位焦耳J。生活中常用度kwh做单位。电功大小与电压、电流、通电时间成正比,等于三者的乘积。

  电流在单位时间内做的功叫做电功率。符号P,单位瓦W。是表示电流做功快慢的物理量,大小等于导体两端电压与通过导体电流的乘积。

  直流电路根据其结构不同,可分为简单电路和复杂电路。一般认为不能用电阻串、并联关系简化为无分支电路的就是复杂电路,否则就是简单电路。

  全电路欧姆定律的内容是:全电路中的电流强度与电源的电动势成正比,与整个电路的电阻(内电路和外电路)成反比。 I=E/(R+r)

电与电路基本知识(图1)

  基尔霍夫定律是复杂电路分析计算的基本定律。下图所示是一个比较复杂的直流电路,虽然它的结构看起来简单,元件数很少,但由于R₁、R₂、R₃之间既不是串联关系,也不是并联关系,无法用串、并联进行简化。

  对于复杂直流电路,直接用欧姆定律求解是不可能的,复杂电路的计算需用基尔霍夫定律。

  支路电流法是求解复杂电路最基本的方法。解题思路是:以各支路电流为未知量,根据基尔霍夫定律,列出节点电流方程、回路电压方程,解方程组得到各支路电流。一般步骤如下:

  比较复杂的电路称为网络,若电路具有两个输出端,则称为二端网络。网络内有电源的称为有源二端网。如下图:

电与电路基本知识(图2)

  有源二端网络相当于一个电源,可以简化为一个具有电动势E₀和电阻Rⅰ的等效电源。如下图所示:

电与电路基本知识(图3)

  戴维南定理指出:任何一个线性有源二端网络对外电路来说,都可以用一个具有电动势E₀和内电阻Ri的等效电源等值替代。电动势E₀的值就等于有源二端网络两点间的开路电压,内阻Ri的值就等于网络内所有电源均不起作用时无源二端网络的等效电阻。

电与电路基本知识(图4)

  (4)画出等效电源,接入待求支路,根据全电路欧姆定律,求出该支路的电流。

  (3)将有源二端网络化为无源二端网络时,网络内的电动势短路,但内阻不能短路;

  按正弦规律变化的交流电称为正弦交流电。正弦交流电任一时刻的值称为正弦交流电的瞬时值,分别用小写字母i、u 、e表示电流、电压、电动势。2)正弦交流电的三要素

  最大值指正弦交流电在一个周期内出现的最大瞬时值的绝对值,分别用Ⅰm、Um、Em表示电流、电压、电动势。

  频率是指交流电在1秒中内变化的次数,用f表示,单位为赫兹(Hz),简称赫。

  正弦交流电在1秒内所变化的电角度称为角频率,用ω表示,单位为弧度/秒(rad/s)。

  交流电每变化一次,所经历的时间为周期,用T表示,单位为秒(S)。交流电每变化一次,电角度变化2π弧度,所以有ω=2πf=2π/T。

  发电机的转子线)时与磁中性面夹角为 α,发电机运行时线圈平面与磁中性面的夹角连续变化。设发电机旋转角速度为ω,则在任一时刻t,线圈与磁中性面的夹角为(ωt+α),所以t时刻线圈中的感应电动势为 e=EmSin(ωt+α) 式中(ωt+α)称交流电的相位角。t=0时的相位角叫初相角。e的初相角是α。亿博体育官网入口app

  一个交流电流i和一个直流电流I分别流过完全相同的电阻R,如果在交流电一周期内它们在各自电阻上所产生的热量相等,则交流电流i的有效值就等于直流电流I的大小。正弦交流电有效值与最大值的关系为:I=1/√2Im U=1/√2Um

  在直角坐标系中,用横坐标表示时间或电角度,纵坐标表示交流电的瞬时值,根据解析式做出的曲线称为交流电的波形图,如下图:

电与电路基本知识(图5)

电与电路基本知识(图6)

  三个频率相同,最大值相等,相位互差120°的正弦交流电动势称为对称三相电源 。2)对称三相负载

  三相电源中各相电动势(或电压、电流)到达零值(或最大值)的顺序叫做相序。相序有正序、负序和零序三种。

  两个或两个以上的电阻按顺序一个接一个连成一串,使电流只有一条通路的连接方式,称为电阻的串联。

  (3)串联电路的等效电阻等于各串联电阻阻值之和;(4)串联电路中各个电阻阻值相等时,等效电阻为单个电阻的n倍;(5)串联电路中各电阻上的电压分配与其阻值成正比,即Ui=Ri/R*U,此式称为分压公式,Ri/R称为分压比;

  (6)串联电路的总功率等于各串联电阻所消耗的功率之和;(7)串联电路中各电阻所消耗的功率与其阻值成正比。

  两个或两个以上的电阻一端连在一起,另一端也连在一起,使每一电阻两端都承受相同的电压,电阻的这种连接方式叫做并联。

  (5)并联电路中任一支路的电流与该支路的电阻值成反比,即Ii=R/Ri*l,此式称为分流公式,R/Ri称为分流比;

  (6)并联电路的总功率等于各并联电路所消耗的功率之和;(7)并联电路中各电阻所消耗的功率与其阻值成反比。

  (1)把串联的电阻和并联的电阻分别用等效电阻代替,逐步简化电路,最终求出电路中的等效电阻。

  (3)根据电阻串联的分压关系和电阻并联的分流关系,求出各电阻上的电压、电流及功率。

  导线的电阻和理想电流表的电阻可忽略不计,可以认为导线和电流表联接的两点是等电位点。对等电位点标出相应的符号,如a点的等电位点用a′标示。(2)画出串、并联关系清晰的等效电路图

  由等电位点先确定电阻的连接关系,再画出电路图。先画电阻最少的支路,再画次少的支路,从电路的一端画到另一端。

  电阻、电感与电容是交流电的三个基本参数。当这些参数是不随电压、电流的大小和时间而改变的常量时,这一电路为线)在交流电路中,凡由电阻作为负载,如白炽灯、电炉、电烙铁等组成的电路都叫纯电阻电路。

  2)纯电阻电路的电压和电流相位相同,电压、电流和电阻之间的关系符合欧姆定律。

  3)交流电通过电阻时,总是从电源吸收电能转换成热能,电阻从电源吸收的能量用来做功而消耗掉。交流电通过电阻电路时的平均功率又称有功功率。P=UI=I²R=U²/R

  1)在纯电感电路中,由于交流电的大小和方向在不断地变化,因此在电感线圈中会产生自感电动势阻碍电流的变化,这种由电感对交流电产生的阻碍作用叫做感抗。用XL表示,单位为Ω,感抗的大小与通过它的电流频率成正比。XL=ωL=2πfL。在直流路中,由于电流不变化,所以感抗为零,相当于短路。

  2)交流纯电感电路中,电压瞬时值超前电流瞬时值90°,电压、电流和感抗之间的关系符合欧姆定律。

  3)电感线圈中不消耗有功功率,电源与电感线圈之间不断进行能量交换,这部分功率称为无功功率,亿博体育官网入口app单位是var。3、纯电容电路

  1)Xc=1/ωC=1/2πfC,Xc叫容抗,单位为Ω,在直流情况下f=0 ,Xc为无穷大,说明电容有隔直流通交流,阻低频通高频的特性。

  2)交流纯电容电路中,电流瞬时值超前电压瞬时值90°,电压、电流和容抗之间的关系符合欧姆定律。3)纯电容电路中不消耗有功功率,电源与电容之间不断进行能量交换,这部分功率为无功功率,单位是var。

  电阻上电压U=IR,U与I同相。电感上电压U=IXL,U超前电流90°。

  XL=Xc时,电路呈纯阻性,电压与电流同相位。XL>Xc时,电路呈感性,电压超前电流。

  电流在单位时间内所做的功叫做电功率。它是表示电流做功快慢的物理量,用P表示,它的单位是瓦特(Watt),简称瓦,符号是W。电功率等于导体两端电压与通过导体电流的乘积。

  在交流电路中,消耗在电阻元件上、不可逆转换的那部分功率(如转变为热能、光能或机械能)称为有功功率,简称“有功”,用“P”表示,单位是瓦(W)或千瓦(KW)。它是交流电在一个周期内瞬时功率的平均值,故又称平均功率。大小等于电阻元件两端电压有效值与通过电阻元件中电流有效值的乘积。

  在交流电路中,电感性或电容性的元件,通电后便会建立起电感线圈的磁场或电容器极板间的电场。在交流电每个周期内的上半部分(瞬时功率为正值)时间内,它们将会从电源吸收能量以建立磁场或电场,而下半部分(瞬时功率为负值)的时间内,其建立的磁场或电场能量又返回电源。即电源的能量与磁场能量或电场能量进行着可逆的能量转换,并不消耗功率。将电感或电容元件与交流电源往复交换的功率称为无功功率,简称“无功”,用“Q”表示。单位是乏(Var)或千乏(KVar)。

  交流电源所能提供的总功率,称为视在功率,在数值上是交流电路中电压与电流的乘积。视在功率用S表示。单位为伏安(VA)或千伏安(KVA)。它通常用来表示交流电源设备(如变压器)的容量大小。它包括有功功率和无功功率。

  在交流电路中,电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数,用符号cosΦ表示,在数值上,功率因数是有功功率和视在功率的比值,即cosΦ=P/S。有功功率和视在功率的比叫功率因数。它是衡量电气设备效率高低的一个系数。2)电气设备功率因数低的原因

  功率因数低的原因是常用电气设备是电感性的负载,除白炽灯、电阻、电热器等功率因数接近于1外,其他如交流电动机、变压器,电抗器、架空线路及电气仪表的功率因数都小于1。生产中最常见的交流异步电动机在空载时的功率因数只有0.2~0.3,轻载时约为0.5左右,额定负载时约为0.7~0.9。其它设备如工频炉、电焊变压器以及日光灯等,负载的功率因数也都较低。这样供电设备的容量不能得到充分利用,例如容量为1000kVA的变压器,如果cosΦ =1,即能送出1000kW的有功功率;而在cosΦ =0.7时,则只能送出700kW的有功功率。

  (1)可以提高发电机、变压器等用电设备有功功率的输出,从而提高设备利用率,降低成本。

  (1)提高自然功率因数,包括合理选择电气设备,避免变压器轻载运行,合理安排工艺流程。

  (2)通过人工补偿提高功率因数,最常用的是并联补偿电容器。(3)条件允许时,尽量采用同步电动机和同步调相机。

电与电路基本知识(图7)

  3 两个阻值相同的电阻,并联后阻值为5欧姆,如果把这两个电阻串联,总电阻是20欧姆。5 欧姆定律表明,通过某电阻的电流与加在这个电阻两端的电压成正比,与这个电阻的阻值成反比。12 ...

  (2)并联电路的总电流等于各分电流之和;当将日光灯开关合上后,灯管两端与起辉器相连,电压为220V,这个电压不能使管内气体导通,这时起...

  如图9-1-6所示,当R,L,C串联电路中接入许多不同频率的电压信号时,今如调节电路的固有谐振频率 ω(在此是调节电容C),就能使我们所需要的频率信号(例如ω)与电路达到谐振,即使ω=ω,从而电路中...

  3.有一个10欧的电阻,正常工作时的电压为U,现将它接入电压为1.5U电源上,为使它正常工作,应串联一个 欧的电阻。2.如图所示,电源电压保持不变,滑片P在变阻器中点和b端时,R1消耗的电功...

  A. 固定电阻 B. 可变电阻 C. 线性电阻 D. 非线.阻值随外加电压或电流的大小而改变的电阻叫( D )。A. 固定电阻 B. 可变电阻 C. 线性电阻 D. 非线. 两...

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