初级电工培训基础知识资料

电工基础知识

第一章 直流电路1.1 1.2. 1.3 1.4 1.5 电路及电路模型 电流、电位、电压等参数及相互关系 电路元件 电路定律及电路基本分析方法 电路中的电位及其计算方法

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1.1电路及电路模型1、导体、绝缘体和半导体自然界物质的电结构：原子结构中：正电荷原子核 原子核中有质子和中 子，其中质子带正电， 中子不带电。 绕原子核高速旋转 的电子带负电。

=

负电荷

电子

原子核

原子核

原子核

导体的外层电子数很少且距 离原子核较远，因此受原子核 的束缚力很弱，极易挣脱原子 核的束缚游离到空间成为自由 电子，即导体的特点就是内部 具有大量的自由电子。

半导体的外层电 子数一般为4个，其 导电性界于导体和绝 缘体之间。

绝缘体外层电子数通常为8个， 且距离原子核较近，因此受到原 子核很强的束缚力而无法挣脱， 我们把外层电子数为8个称为稳 定结构，这种结构中不存在自由 电子，因此不导电。

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电路的组成与功能电路 ——由实际元器件构成的电流的通路。

电路的组成包括：电源、负载、中间环节电路中提供电能的装置。如发电机、蓄电 电源： 池等。

在电路中接收电能的设备。如电动机、电 电路组成 负载： 灯等。电源和负载之间不可缺少的连接、控 制和保护部件，如连接导线、开关设 中间环节： 备、测量设备以及各种继电保护设备 等。

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3、电路模型和电路元件中间环节开关 负 载 R0 S I

电 源连接导线

+RL U

+ _电源US

–

负 载

实体电路

电路模型

与实体电路相对应、由理想元件构成的电路图，称 为实体电路的电路模型。

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实际电路器件品种繁多，其电磁特性多元而复杂，采取 模型化处理可获得有意义的分析效果

白炽灯电路消耗电能的电 特性可用电阻 元件表征

R L

由于白炽灯中耗能 的因素大大于产生 磁场的因素，因此 L 可以忽略。 白炽灯的电 路模型可表 示为：

i

产生磁场的电 特性可用电感 元件表征

R

理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其 电特性惟一、精确，可定量分析和计算。

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理想电路元件分有无源和有源两大类无源二端元件 有源二端元件+ IS US

R

L

C

–

电阻元件 只具耗能 的电特性

电感元件 只具有储 存磁能的 电特性

电容元件 只具有储 存电能的 电特性

理想电压源 输出电压恒 定，输出电 流由它和负 载共同决定

理想电流源 输出电流恒 定，两端电 压由它和负 载共同决定

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必须指出，电路在进行上述模型化处理时是有条件的。 前提是：实际电路中各部分的基本电磁现象可以分别研 究，并且相应的电磁过程都集中在电路元件内部进行， 这种电路称为集总参数元件的

电路。

集总参数元件的特征1. 在元件中所发生的电磁过程都集中在元件内部进行， 其次要因素可以忽略的理想化电路元件。如前面提到的 无源电路元件R,只具有耗能的电特性；L只具有储存磁 场能量的电特性；C只具有储存电场能量的电特性。 2.对于集总参数元件，任何时刻，从元件一端流入的电 流，恒等于从元件另一端流出的电流，并且元件两端的 电压值是完全确定的。

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电路的功能电力系统中：电路可以实现电能的 传输、分配和转换。

电子技术中：电路可以实现电信号的 传递、存储和处理。

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1.2. 电流、电位、电压等参数及相 (1)电流 互关系电荷有规则的定向移动形成电流。计量电流大小的物 理量称为电流强度，简称电流。定义式为： dQ …… (1-1) i= dt 若电流的大小、方向均不随时间变化，则表达式为： Q …… (1-2) I= t 电流的国际单位制是安培【A】,较小的单位还有毫安 【mA】和微安【μA】等，它们之间的换算关系为：1A=103mA=106μA=109nA

在电工技术的问题分析中，仅仅指出电流的大小是不够 的，通常规定以正电荷移动的方向为电流的参考正方向。

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i 参考方向

i

参考方向

实际方向

实际方向

(a )

(b )

a

b

a

b

ia b

ib a

(c )

(d )

电流的参考方向

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(2.1)电位某一点的电位是指电场力将单位正电荷Q从电场中的某一点移到参考点所 做的功(W)。电位用字母V表示

V=W/Q

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(2.2)电压高中物理学中对电压的定义：电场力把单位正电荷从电 场中的一点移到另一点所做的功。表达式为：u ab dw ab dq

直流情况下 U

ab

W ab Q

注意：物理量用小字表示变量，用大写表示恒量。 从工程应用的角度来讲，电路中的电压是产生电流的根 本原因；在数值上，电压等于电路中两点电位的差值。 电压的国际单位制是伏特【V】,常用的单位还有毫伏 【mV】和千伏【KV】等，它们之间的换算关系为： 1V=103mV=10-3KV 电工技术的问题分析中，通常规定电压的参考正方向由 高电位指向低电位，因此电压又称作电压降。

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电阻

理论及时间都证明，导体对电流的通过有一定的阻 碍作用，称为电阻，用字母R表示

R

R=。。。

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为什么要在电 路图中预选标出 参考方向？

在电路图上预先标出电压、电流的参考 方向，目的是为解题时列写方程式提供依 据。因为，只有参考方向标定的情况下， 方程式各电量前的正、负号才能确定。US I

+ –R

I

R0设参考方向下US=100V,I=-5A,则说 明电源电压的实际方向与参考方向一致； 电流为负值说明其实际方向与图中所标示的参考方向相反。 参考方向一经设定，在分析和计算过程中不得随意改动

。 方程式各量前面的正、负号均应依据参考方向写出，而电量 的真实方向是以计算结果和参考方向二者共同确定的。

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电能、电功率和效率(1)电能电能的转换是在电流作功的过程中进行的。因此，电 流作功所消耗电能的多少可以用电功来量度。电功：

W UIt式中单位：U【V】;I【A】;t【s】时，电功W为焦耳【J】

日常生产和生活中，电能(或电功)也常用 度作为量纲：1度=1KW h=1KV A h1000W的电炉加热1小时；1度电的概念 100W的电灯照明10小时； 40W的电灯照明25小时。

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(2)电功率电工技术中，单位时间内电流所作的功称为电功率。 电功率用“P ”表示：P W t UIt t UI

国际单位制：U 【V】,I【A】,电功率P用瓦特【W】电功率是用来表示电流做功快慢的物理量。 用电器正常工作时的电压叫额定电压，在额定电压下的 电功率叫做额定功率。

实际加在用电器两端的电压叫实际电压，在实际电压下 的电功率叫实际功率。 只有在实际电压恰好与额定电压相等时，实际功率才等 于额定功率。