电工学讲义

理论知识
培训
2014.9
涉及课程
电工学
电子学
计算机监控
励磁系统 直流系统
水轮机调节
水机保护
自动控制原理
电工学
电工学知识
一
直流电路
二
电与磁 交流电路 常用低压控制电器
典型电动机控制回路
三
四 五
一、直流电路
Ⅰ
电路中的物理量
Ⅱ
电阻与欧姆定律 电路连接 电能与电功率
Ⅲ
Ⅳ
Ⅰ、电路中的物理量
电路的主要物理量
3、有效值：在工程应用中常用有效值表示交 流电的大小。常用交流电压、电流的读数， 就是被测物理量的有效值。用大写字母表示。
周期、频率、角频率
i
t
0
T
1、周期T： 变化一周所需的时间。 2、频率f：每秒变化的次数。 单位：赫兹(Hz)。 3、角频率ω：每秒变化的弧度。
单位：秒（S）。
1 f T
1 XC 2π f C
，电容C 视为开路
XC
所以电容C具有隔直通交的作用
+
（四） RLC串联交流电路 i
+
R
_ +
uR
uL
已知：i I m sin t ， 求u ?
Ⅳ、电能与电功率
1、电能：设电路任意两点间的电压为 U ,流
入此 部分电路的电流为 I， 则在t时间内电流
所做的功被电阻吸收并全部转换为热能，此时
电阻元件消耗的电能W为：
a
I
U
b
R
W =UIt =I2Rt =U2t/R
电能W的单位是焦耳（J），在工作中， 电能的常用单位是千瓦时
2、电功率：单位时间内消耗的电能。P = W / t 设电路任意两点间的电压为 U ,流入此 部分电路的电 流为 I， 则这部分电路消耗的功率为: I a
电流 电压、电位 电动势
I
+
电 池
灯 泡
E _
R
U
电源
负载
（二）电位
1.电位的定义:当一物体带有电荷时，这物体就 具有一定的电位能，我们把这电位能叫做电位 。 电场中某点A的电位，等于单位正电荷在该点 所具有的电位能，用符号VA表示。 2.参考点的电位定义为零。
3.电位的大小有正有负。
4.电位与参考点的选择有关。
节点电位法列方程的规律
以A节点为例：
A
方程右边：与该节点相联 系的各有源支路中的电动 势与本支路电导乘积的代 数和：当电动势方向朝向 该节点时，符号为正，否 则为负。
I2
R1 + E1 -
R2 +
I3 R3
B
R4
-
I5 R5 E5
- E2 I4 C
+
1 1 E1 E2 1 1 VA V B R R R3 2 1 R3 R1 R2
直流电路：电流、电压、电动势的大小和方向都不
随 时间变化。 交流电路：电流、电压、电动势的大小和方向都随
时间作周期性变化。
I(U、E） i(u、e） i(u、e）
Im
0 直流电
t
0 正弦波
t
0 方波
t
（一）正弦交流电的基本特征
数学表达式： i I m sin t
Im
波形图：
1 1 1 1 R R1 R2 Rn
（三）电阻的混联
含有串联和并联两种连接的电路称为混联电路 。处理混联电路的方法是：先用串、并联电路 的等效方法逐次将电路化简，最后成为一个电 阻的电路。
例
1.已知： U=220V，电路 中电阻的单位 是欧姆，求电 路中的总电流 I。
I C 50 U
除上述因素外，还与温度有关。
电导
电阻的倒数称为电导。G = 1/ R
（二）部分电路欧姆定律
I U
R
U IR
注意：用欧姆定律列方程时，一定要在图中标
明正方向。
Ⅲ、电路连接
（一）电阻的串联
1.定义：两个或多个电阻首尾依次相联，并 且 流过同一电流，没有分支，我们称这些 电阻的连接方式为串联。
I R1 R2
Δt：是指时间的变化
感应电动势的方向用楞次定律确定。 楞次定律：回路中感应电动势要产生方向与之相同的感应电 流，这个感应电流所产生的磁通总是阻碍原磁通的变化。
注 意
a.这里是阻碍，不是阻止。 b.这里是阻碍原磁通的变化，而不是阻碍原磁 通。
磁场的性质
在均匀磁场中，载流直导 体所受的电磁力的大小为
N
j 90 I Ie jX I U C
u、i同频率
结论：
u 滞后i 90 °
U X C I (U m X C I m )
波形图: u i
u i
ωt
用相量图表示：
I
U
90
1 1 定义： X C ωC 2 π f C
则:
容抗（Ω ）
U I XC
直流： XC 交流：f
F S
左手定则确定：将左手伸直， 掌心迎着磁力线方向，四指指 向电流方向，则伸开的且与四 指垂直的拇指的指向就是电磁 力方向。
F=BIL
B为导体所在的均匀磁场 的磁密； I为导体流过的电流； L为导体长度。 均用国际单位。 电磁力的方向用左手定则判定
三、交流电路
（一）正弦交流电的基本特征 （二）单一参数正弦交流电路 （三）交流电路的功率 （四）功率因数的提高 （五）三相交流电路
电流与电压的变 化率成正比。

2 U ωC sin( ω t 90)

2 I sin( t 90 )

令：U=IXC ，其中：XC=1/ C 称容抗。单位：欧姆（Ω）
i
+
u _ C
u 2U sin t
i 2 I sin(t 90 )
用相量表示：
j 0 U Ue
2.串联电路的特点：
串联电路电流相等 I = I1 = I2 = ··
U
串联电路总电压
U =U1 + U2+· ·
串联电路的等效电阻R =R1 + R2+··
（二）电阻的并联
1.定义：两个或多个电阻首尾分别相联， 各电阻承受同一电压，我们称这些电阻的 连接方式为并联。
I I1 R1 I2
U
R2
2.并联电路的特点 （1）并联电路电压相等 U =U1 = U2 = ·· （2）并联电路总电流 （3）并联电路等效电阻 I = I1 + I2 + ··
N
e
A
X
S
E=BLV
B为导体所在的磁场的磁密； L为导体的长度； V为导体的运动速度。
N
V S
（2）感应电动势的方向 用右手定则判断
E V
右手定则的内容：将右手伸
直、使掌心迎着磁力线方向
B E
、大拇指指向导体运动方向
，与大拇指互相垂直的四指
V
B
指向感应电势的方向。
e t
ΔΦ: 是指磁通的变化
（五）电源与电动势
1.电源：是将其他能量转换为电能的装置。
2.电动势的定义：在外力的作用下，把单位 正电荷从电源的负极移到正极所作的功称为 该电源的电势。用E表示。 3.电势的方向：规定在电源内由负极指向 正极。 4.电压与电动势是一对大小相等、方向相 反的物理量。
Ⅱ、电阻与欧姆定律
（一）电阻与电导 电阻的定义:当电子在导体中运动时,势必 要与分子发生碰撞,这将阻碍电子的运动, 形成对电流的阻力,称为电阻。 导体电阻与哪些因素有关 R= L/ S（ 有磁场存在。
磁场的基本物理量
1、磁通量Φ：垂直穿过截面S的磁力线总数，简 称磁通。单位：韦伯 2、磁感应强度B（磁通密度）：与磁场方向相垂直
的单位面积上通过的磁通（磁力线）
B S
B 的单位：特斯拉（Tesla）
1 Tesla = 104 Gs（高斯）

单位：韦伯
3、磁导率μ：表征各种材料导磁能力的物理量
u iR
设： u 2U sint
u U 则： i 2 sin t 2 I sin t R R
+ u _
i
R
波形图表示：
i
u ωt
u、i同频率
用相量图表示：
u、i同相位
I
U
(二）电感电路
电流、电压的关系
设： i 2 I sin t
则
di uL dt
+
i
L
u
_
di uL dt
中电压、电流有效值之间的关系，且只对正弦量有效。
UL I X L
对直流电，电感相当于短路。
R
+ _ 直流
U
+ _
R
ω =0时
L
u
XL = 0
(三)电容电路
电流与电压的关系
设：
u 2 U sin ω t
dt
du i C dt
i
+
u _ C
则：i C du
2 UC ω cos ω t
以A节点为例： 方程左边：未知节点的电位 乘上聚集在该节点上所有 支路电导的总和（称自电 导）减去相邻节点的电位 乘以与未知节点共有支路 上的电导（称互电导）。
A
I2 R1 + E1 -
R2 +
I3 R3
B
R4 +
I5
R5 E5
- E2 I4 C
1 1 E1 E2 1 1 VA V B R R R R R R 2 3 1 2 1 3