1、电工电子技术与技能电工电子技术与技能（非电类通用）（非电类通用）电工电子技术与技能（非电类通用）电工电子技术与技能（非电类通用）第9章 常用半导体器件*第8章 现代控制技术第5章 三相正弦交流电路第3章 电容和电感第1章 安全用电技术基础第10章 整流、滤波及稳压电源第7章 三相异步电动机的基本控制电路第6章 常用电器第4章 单相正弦交流电路第12章 数字电子技术基础第2章 直流电路第11章 放大电路与集成运算放大器第14章 数字电路的应用第13章 组合逻辑电路和时序逻辑电路第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础发电、输电和配电系统1.1安全用电常识1.2常用电工仪表1.4电工实训室基
2、础1.3第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.1 发电、输电和配电系统 发电厂按照所利用的能源种类可分为水力、火力、风力、核子能、太阳能、沼气等几种。现在世界各国建造得最多的，主要是水力发电厂和火力发电厂。我国主要利用火力发电。我国国家标准中规定输电线的额定电压为35 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV等。第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础 如下图所示的是一个发电、输电和配电系统的简图。电能通过输电线末端的发电厂变电所分配给各工业企业和城市。工业企业设有区域变电所和工厂变电所（小规模的企业往往只有一个变电所）。区域变电所将电能分配到各车间，再由
3、工厂变电所或配电箱（配电板）将电能分配给各用电设备。发电、输电和配电系统简图1.1 发电、输电和配电系统第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础低压配电线路的连接方式主要有放射式和树干式两种1.1 发电、输电和配电系统 1.2.1 触电的种类1.2安全用电常识第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础 1.电伤 电伤是在电流热效应、化学效应、机械效应以及电流本身作用下造成的人体外伤。 2.电击 电击时，电流流经人体内部，引起疼痛发麻，肌肉抽搐，严重的会引起强烈痉挛，心室颤动或呼吸停止，甚至因心脏、呼吸系统及神经系统的致命伤害而造成人员死亡。触电死亡事故绝大部分是电击造成的。第第1 1
4、章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.2安全用电常识 1.单相触电 单相触电是指人体的一部分接触带电体的同时，另一部分又与大地或零线相接，电流从带电体流经人体到大地形成回路。 1.2.2 常见的触电形式第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.2安全用电常识 2.两相触电 人体的不同部位同时接触两相电源带电体而引起的触电称为两相触电。想一想：为什么两相触电比单相触电危险？第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.2安全用电常识 3.跨步电压触电 跨步电压触电指人在接地点附近，由两脚之间的跨步电压引起的触电事故。第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.2安全用电常识
5、1.保护搭铁 1.2.3 触电预防及保护措施第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.2安全用电常识 2.保护接零 1.2.3 触电预防及保护措施第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.2安全用电常识 3.漏电保护开关 1.2.3 触电预防及保护措施第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.2安全用电常识 1.2.4 触电急救方法第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.2安全用电常识 1.2.4 触电急救方法 1.电气设备防雷 防护雷电的主要措施有：安装避雷针、避雷线、避雷网、避雷带。这些装置由接闪器、引下线和搭铁装置组成。 2.电气火灾预防 配置必要的消防
6、设施。 现场消防设施不能移作他用，周围不得堆放杂物和其他设备。 防火重点部位和场所应按有关规定装设火灾自动报警装置或固定灭火装置。 防火重点部位禁止吸烟，并应有明显标志。 工作间断或结束时，应清理和检查现场，消除火险隐患。 电力生产场所的所有电话机近旁应悬挂火警电话号码。第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.2安全用电常识 1.2.5 电气设备的防雷和防火 1.计划用电 计划用电的主要措施是实行电力由国家统一分配的政策，即按照市场需求发电，按照发电计划供电，按照分配指标用电，保证发电、供电、用电的平衡。第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.2安全用电常识 1.2.6 计
7、划用电与节约用电 1.节约用电 （1）降低电力输送环节的线路损耗。 （2）发挥用电设备的效能。 （3）提高线路和用电设备的功率因素。 （4）更新用电设备，选用节能型新产品。 （5）加强用电管理，注意照明用电的节约。第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.3电工实训室基础 1. 螺丝刀第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.3电工实训室基础 1. 螺丝刀第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.3电工实训室基础 2. 钳子1）钢丝钳第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.3电工实训室基础 2. 钳子2）尖嘴钳及偏口钳第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术
8、基础1.3电工实训室基础 2. 钳子3）剥线钳第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.3电工实训室基础 3.电工刀第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.3电工实训室基础 4.活络扳手及其他常用扳手1）活络扳手第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.3电工实训室基础 4.活络扳手及其他常用扳手2）其他常用扳手第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.3电工实训室基础 5.电烙铁第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.3电工实训室基础 5.电烙铁第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.4常用电工仪表 1.常用的电工仪表 电工仪表是实现电气
9、测量所需仪表的总称。利用电工仪表通过一定的方法获得被求电量实际数值的过程，就是电工测量。第第1 1章安全用电技术基础章安全用电技术基础1.4常用电工仪表 2.常用电工仪表的符号第第2 2章直流电路章直流电路电路和电路模型2.1电路的基本物理量2.2基尔霍夫定律2.4电阻元件和欧姆定律2.3将不同的电子电气器件或设备按一定的方式连接起来，形成的电流通路就是电路。电路由电源、负载和中间环节三部分组成。2.1电路和电路模型第第2 2章直流电路章直流电路简单照明电路一个电路因导线的不同连接，可处于3种不同的工作状态，这3种不同的工作状态分别是通路、断路和短路。2.1电路和电路模型第第2 2章直流电路章
10、直流电路2.2电路的基本物理量第第2 2章直流电路章直流电路 1.电流的基本概念 电荷的定向移动形成电流。电流的本质是电荷的移动。通常把衡量电流大小或强弱的物理量叫做电流。 电流的大小为单位时间内通过某一导体横截面的电荷量。用I表示电流，q表示电荷量，t表示时间，则计算电流的公式为qIt式中，q为时间t内通过导体横截面的电荷量。2.2.1 电流 电流的大小称为电流强度，单位为安培，用大写字母A表示。电流常用的单位还有微安、毫安等，它们之间的换算关系为2.2电路的基本物理量第第2 2章直流电路章直流电路 2.电流的参考方向 带电微粒的定向移动形成了电流，则电流是矢量（即有方向的量）。通常规定正电
11、荷运动的方向为电流的正方向，负电荷运动的方向为电流的负方向，由此可见，在金属导体内部，电流的方向和电子运动的方向相反，下图所示。电流的方向2.2.1 电流第第2 2章直流电路章直流电路2.2电路的基本物理量 为了方便电路的分析，往往在复杂电路中引入参考方向。其方法是：任意假设某一支路中的电流参考方向，把电流看做代数量，若计算结果为正，则表示电流的实际方向与假设的参考方向相同；若计算结果为负，则表示电流的实际方向与假设的参考方向相反。参考方向在图中用实线箭头标注，实际方向用虚线箭头标注，如下图所示。电流的实际方向与参考方向2.2.1 电流第第2 2章直流电路章直流电路2.2电路的基本物理量 1.
12、电压 电压是衡量电场力做功本领大小的物理量。在国际单位制中，电压的单位是伏特（V）。如果设正电荷由A点移到B点时电场力所做的功为W，电场力把单位正电荷由A点移到B点所做的功在数值上等于A、B两点间的电压。则A、B两点间的电压为ABWUq式中，UAB为A、B两点之间的电压（V）；W为电场力所做的功（J）；q为电量（C）。2.2.2 电压和电位第第2 2章直流电路章直流电路2.2电路的基本物理量 2.电压的参考方向 电压是矢量，需要指定参考方向。习惯上规定从高电位点指向低电位点为电压方向 参考方向在电路图中可用箭头表示，也可用极性“+”、“-”表示。2.2.2 电压和电位第第2 2章直流电路章直流
13、电路2.2电路的基本物理量 在对电路进行分析和计算时，电压和电流参考方向的假定原则上是任意的。但为了方便，元件上的电压和电流常取一致的参考方向，称为关联参考方向。2.2.2 电压和电位 如图2-6（a）所示，U与I参考方向一致，则其电压与电流的关系是U=IR；如图2-6（b）所示的U与I参考方向不一致，则电压与电流的关系是U=-IR。第第2 2章直流电路章直流电路2.2电路的基本物理量 3.电位 就如空中的每一层楼都有一定的高度一样，电路中的每一点也有一定的电位。 电位用大写字母V表示，并加注下标表示不同点的电位值。如V、V分别表示电路中A、B两点的电位值。2.2.2 电压和电位第第2 2章直
14、流电路章直流电路2.2电路的基本物理量 4.电压与电位间关系 任意两点间的电压等于两点之间的电位差。2.2.2 电压和电位 例2-1 某一电路如图2-7所示，各段电路的电流、电压的参考方向均已标注在图中。（1）指出哪一段电路的电流与电压是关联参考方向？哪一段是非关联参考方向？（2）已知I1=4 A，I2=-3 A，I3=7 A，U1=-20 V。指出各段电路电流的实际方向是什么？（3）由（2）中的已知条件判断，AB段电压的实际方向是什么？第第2 2章直流电路章直流电路2.2电路的基本物理量2.2.3 电动势 1.电动势的基本概念电源的电动势是衡量非静电力做功本领的物理量，由符号E表示，单位和电
15、压一样，也是伏特（V）。电动势的计算公式为第第2 2章直流电路章直流电路2.2电路的基本物理量2.2.3 电动势 2.电动势的参考方向 电动势的作用是把正电荷从低电位点移动到高电位点，是正电荷的电势能增加，所以规定电动势的实际方向是由低电位指向高电位，即从电源的负极指向电源的正极。 一般电动势的参考方向都取与实际方向相同的方向，即由电源的负极指向电源的正极。第第2 2章直流电路章直流电路2.2电路的基本物理量第第2 2章直流电路章直流电路2.2电路的基本物理量 1.电功 电功，简单地说就是电流所做的功，用符号W表示。在一段电路中，电流对导体所做的功与导体两端的电压U（V）和通过导体的电流I（A
16、）以及通电时间t（s）成正比，其计算公式为WUIt 电功的国际单位是焦耳（J）。在工程上，常用的电功单位为千瓦时（kWh），俗称度。2.2.4 电功和电功率第第2 2章直流电路章直流电路2.2电路的基本物理量 2.电功率 不同的用电器在相同时间内的用电量是不同的，即电流做功快慢是不一样的。电流做功快慢用电功率描述，其大小等于时间t内电流所做的功W，即 电功率的国际单位为瓦特，简称瓦（W），常用的电功率单位还有千瓦（kW）、毫瓦（mW）等。换算单位为WPUIt2.2.4 电功和电功率2.3电阻元件和欧姆定律第第2 2章直流电路章直流电路2.3.1 电阻元件 1.电阻的定义 电阻用符号R或r表示。
17、电阻的定义为：当导体两端加1 V电压，通过的电流是1 A时，导体的电阻就是1 。在国际单位制中，电阻的单位为欧姆（），常用的电阻单位还有千欧（k）、兆欧（M）等。 在电路中，导线常被看做电阻为零的理想导体。但在实际电路中，线路电阻的存在是不容忽视的。在温度不变时，导线的电阻与导线所用材料的电阻率、长度成正比，与导线的横截面积成反比，即lRS式中，l为导线的长度（m）；S为导体的横截面积；为导线材料的电阻率（m）。2.3电阻元件和欧姆定律第第2 2章直流电路章直流电路 2.电阻元件参数标注法 （1）直标法。2.3电阻元件和欧姆定律第第2 2章直流电路章直流电路 （2）文字符号法。 用数字和文字符
18、号，或者两者的结合标注电阻器的阻值。不管是3位文字符号标注还是4位文字符号标注，最后一位表示的都是电阻值的倍率，其余的数字位表示电阻值的有效数字。2.3电阻元件和欧姆定律第第2 2章直流电路章直流电路 （3）色标法。 用电阻器上的4条或5条不同颜色的色环表示电阻值的标注方法。一般电阻器上多采用四色环标注法，其中3条表示电阻器的电阻值，一条表示误差2.3电阻元件和欧姆定律第第2 2章直流电路章直流电路 欧姆定律是电学中的一个基本定律，表述为：在同一电路中，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。其公式为UIR2.3.2 欧姆定律2.3电阻元件和欧姆定律第第2 2章直流电路章直流电
19、路 焦 耳 定 律 电流流过导体时会产生热量，称为电流热效应。英国物理学家焦耳通过大量的实验证明：电流流过导体时，导体产生的热量Q与电流强度I的平方、导体的电阻R及通电时间t成正比，这就是焦耳定律，其数学表达式为2.3电阻元件和欧姆定律第第2 2章直流电路章直流电路 1.串联电路 由两个或多个电阻一个接一个地连接，组成一个无分支电路，各电阻通过同一电流，这样的连接方式称为串联电路2.3.3 串联电路与并联电路2.3电阻元件和欧姆定律第第2 2章直流电路章直流电路 串联电路的特点如下： （1）等效电阻。 （2）分压关系。 （3）功率分配。 （4）电路中各处的电流I相等。 （5）串联的等效电阻R大
20、于电路中的任一电阻。2.3电阻元件和欧姆定律第第2 2章直流电路章直流电路 2.并联电路 由两个或多个电阻连接在两个公共点之间，组成一个分支电路，各电阻两端承受同一电压，这样的连接方式称为并联电路2.3.3 串联电路与并联电路2.3电阻元件和欧姆定律第第2 2章直流电路章直流电路 并联电路的特点如下： （1）等效电阻。 （2）分流关系。 （3）功率分配。 （4）并联电路中的总电流等于通过各电阻的电流之和。 （5）并联电阻两端的电压相等。 （6）并联的等效电阻R小于电路中的任一电阻。2.4基尔霍夫定律第第2 2章直流电路章直流电路2.4.1 几个基本概念1.支路由一个或一个以上的电路元件所组成的
21、中间无任何分岔的电路称为支路。如右图所示，AaB、AbB、AdcB都是支路，而Ad不是支路。支路AaB、AdcB中含有电源，称为含源支路；支路AbB中没有电源，称为无源支路。2.节点3条及3条以上支路的连接点称为节点。图中的A点和B点都是节点。如果电路中有n个节点，则该电路有n-1个是独立节点。3.回路电路中任一闭合路径称为回路。图中的AaBbA、AdcBaA、AdcBbA都是回路。只有一个回路的电路称为单回路电路。4.网孔在回路内部不含有任何支路的回路称为网孔。图中的AaBbA和AdcBbA都是网孔，而AdcBaA不是网孔。第第2 2章直流电路章直流电路2.4基尔霍夫定律 基尔霍夫电压定律简
22、称为KVL，是确定一个回路中各段电压之间关系的定律。 KVL的内容为：在任一回路中，从任一点以顺时针或逆时针方向沿回路绕行一周，则所有支路或元件电压的代数和恒等于零，即U=0 上式称为KVL方程。2.4.1 基尔霍夫电压定律如图2-13所示，可列出的KVL方程为Ubc + Uca + Uad + Udb=0以上回路是由电动势和电阻构成的，因此也可表示为Us+R1I1+R2I2+R3I3=0第第2 2章直流电路章直流电路2.4基尔霍夫定律 关于KVL方程的应用，要注意以下几点： (1)先设定回路的绕行方向。可选顺时针方向，也可选逆时针方向。 (2)确定各段电压的参考方向。电阻上电压的参考方向与所
23、取电流的参考方向一致，电源部分的电压方向由电源的正极指向负极。 (3)凡是参考方向与绕行方向一致的电压取正，反之取负。 (4)电阻上电压的大小等于该电阻阻值与流经该电阻的电流的乘积；电源部分的电压等于该电源的电动势。 (5)沿回路绕行一周，列出KVL方程。2.4.1 基尔霍夫电压定律第第2 2章直流电路章直流电路2.4基尔霍夫定律2.4.1 基尔霍夫电压定律如图2-14所示回路，列出KVL方程：Ur2+E2+Ur1E1+UR1=0。由Ur1=I1r1，Ur2=I3r2，UR1=I1r1可得I1r1+I1R1+I3R2=E1E2写成一般表达式，可表示为IR=E （2-22）式（2-22）是基尔霍
24、夫电压定律的另一种数学表达形式，它表明回路中电阻上电压降的代数和等于回路中电动势的代数和。第第2 2章直流电路章直流电路2.4基尔霍夫定律2.4.3 基尔霍夫电流定律 基尔霍夫电流定律简称为KCL，又称为节点电流定律，它反映了电路中与同一节点相连的各支路中电流之间的关系。其内容为：在任一时刻，对电路中任一节点分析，流入该节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和，即I入=I出 上式为节点电流方程，又称为KCL方程。 如果规定流入节点的电流为正值，流出节点的电流为负值，则KCL方程可表示为I=0即在任一时刻，通过电路中任一节点的电流代数和恒等于零，这是KCL方程的另一种表达形式。第第2 2章直流电
25、路章直流电路2.4基尔霍夫定律 在应用基尔霍夫电流定律时，需要说明以下几点： （1）KCL方程具有普遍意义，它通常用于电路中的节点，也可以推广应用于电路中的任一个封闭面或闭合回路，当该封闭面或闭合回路与电路的其余部分相连接时，则流入封闭面或闭合回路的电流等于流出封闭面或闭合回路的电流。若两个电路之间只有一根导线相连，则这根导线中的电流必定为零。 （2）列KCL方程前，首先要设每一条支路电流的参考方向，然后再根据参考方向是流入或流出列出KCL方程。当求出的某支路电流为正值时，说明电流的实际方向与参考方向相同；为负值时，则说明电流的实际方向与参考方向相反。 （3）KCL对电路中的每个节点都适用。如
26、果电路中有n个节点，即可得到n个KCL方程，但其中只有n-1个KCL方程是独立的。2.4.3 基尔霍夫电流定律第第3 3章电容和电感章电容和电感电容器3.1磁场的基本知识3.2电感及电感器3.4电流的磁效应3.3变压器*3.5 3.1.1电容器及其参数 1.常见电容器 电容器是从实际电容器抽象出来的电路模型。电容器加上电压后，两块极板上将出现等量异号电荷，并在两极板间形成电场，储存电量。当忽略电容器的漏电阻和电感时，可将其抽象为只具有储存电场能量性质的电容元件。电容器的结构如下图所示，d为平板电容器两极板间的距离，S为平板电容器的极板面积。3.1电容器第第3 3章电容和电感章电容和电感 电容是
27、表述电容器容量大小的物理量。极板电容器结构 常见的电容器有陶瓷电容器、云母电容器、涤纶电容器、铝电解电容器、可变电容器和贴片电容器等，其外形如下图所示。 第第3 3章电容和电感章电容和电感常见电容器外形 3.1.1电容器及其参数3.1电容器 2.电容器的参数 电容器的主要参数有额定电压、标称容量和允许偏差等。 （1）额定电压。电容器的额定电压也称为耐压，是指在规定的温度范围内，可以连续加在电容器上而不会损坏电容器的最大直流电压值或者交流电压的有效值。在电容器的外壳上通常标注该电容器的额定电压，电容器使用时承受的实际电压不要超过其额定电压。 （2）标称容量和允许偏差。电容器的标称容量和允许偏差通
28、常也标注在电容器的外壳上，标称容量为电容器上标注的电容量的值，允许偏差是指国家规定的电容器的误差范围。第第3 3章电容和电感章电容和电感 3.1.1电容器及其参数3.1电容器 3.电容器的标注 （1）直标法。直标法是将电容器的主要参数（标称电容量、额定电压及允许偏差）直接标注在电容器上。标称电容量的单位有微法（F）、皮法（pF）。普通电容的允许偏差有5%、10%、20%等，精密电容器的允许偏差有2%、1%等。额定电压有16 V、25 V、32 V、50 V等。 （2）文字符号法。符号法是采用数字或字母与数字混合的方法来标注电容器的主要参数。数字标注法一般是用3位数字表示电容器的容量，其中前两位
29、数字为有效值数字，第三位数字为倍乘数（即表示有效值后有多少个0）。字母与数字混合标注法是用24位数字表示有效值，用p、n、m、等字母表示有效数后面的量级。 （3）色标法。色标法是用在电容器上标注色环或色点的方法来表示电容量及允许偏差。其颜色和识别方法与电阻器色标法相同。第第3 3章电容和电感章电容和电感 3.1.1电容器及其参数3.1电容器4.电容第第3 3章电容和电感章电容和电感 对任意一个电容器而言，电容器极板上储存的电量q与外加电压u成正比，比值是一个常数。但是不同的电容器，这一比值不同。因此，常用这一比值来表征电容器存储电荷的本领，该比值称为电容器的电容，其公式表示为C=q/U式中，C
30、称为电容，是表征电容元件特性的参数。 在国际单位制中，电容的单位为法拉（F）。当将电容器充上1 V的电压时，极板上若储存了1 C的电量，则该电容器的电容就是1 F。工程上常采用微法（F）或皮法（pF)。想一想：一个电容器的电容值为40 F，在其两端加上8 V的电压，则电容器充电完毕后，两极板上的电荷量为多少？ 3.1.1电容器及其参数3.1电容器 3.1.2 电容器的充放电第第3 3章电容和电感章电容和电感 1.电容器的充电 使电容器带电（储存电荷和电能）的过程称为充电。3.1电容器 2.电容器的放电 使充电后的电容器失去电荷（释放电荷和电能）的过程称为放电。 3.1.2 电容器的充放电第第3
31、 3章电容和电感章电容和电感 3.电容器质量的判别 一般电容器的常见故障主要是短路、断路、容量减退、漏电4种。通常利用电容器的充放电特性来判别电容器的质量，使用的是万用表R100或R1 k挡。 （1）如果电容器的质量良好，漏电很小，则万用表的指针偏转后能够很快回到起始位置；若电容器漏电很大，则指针不能回到起始位置，这时所指出的电阻值即为该电容器的漏电阻。 （2）将电容器放电，由指针的偏转判断电容器的容量。如果表针不摆动，说明电容器已经失去容量或者电容器内部已经断路。 （3）如果指针偏转到0 之后不再回去，说明电容器内部已经短路。3.1电容器 3.2磁场的基本知识第第3 3章电容和电感章电容和电
32、感 1.磁场定义及其性质 磁场是电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的。 磁场是由运动电荷或变化电场产生的。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括来说，磁场的基本特征是能对其中的运动电荷施加作用力。规定小磁针的北极在磁场中某点所受磁场力的方向为该磁场的方向。3.2.1 磁场 3.2磁场的基本知识第第3 3章电容和电感章电容和电感 2.磁力线 磁场虽然存在，却是看不见的。为了便于理解，英国物理学家法拉第认为由许多磁力线所构成的连续场就叫做磁场。磁力线是为形象描述磁场的强弱和方向而引入的假想线，如右图所示。磁力线 磁力线具
33、有以下几个特点： （1）磁场内部的磁力线为一组封闭的曲线。 （2）磁力线绝不相交，在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极。 （3）磁力线上任何一点的切线方向即为该点磁场的方向。 （4）磁力线越密磁场越强，磁力线越疏磁场越弱。磁力线均匀分布而又相互平行的区域称为均匀磁场，反之称为非均匀磁场。磁体两极的磁场最强。 （5）磁力线有排他性，故同性相斥；磁力线具有弹性，可自由缩短，故异性相吸。3.2.1 磁场3.2磁场的基本知识第第3 3章电容和电感章电容和电感3.2.1 磁场 3.磁场基本物理量 1）磁感应强度 磁感应强度是表示磁场中某点的磁场强弱和方向的物理量，用符号B表示。 它表征了磁
34、场强弱和方向的物理特性，故把该比值定义为磁感应强度。定义式为 式中，F为垂直于磁场方向放置的通电导体受到的作用力（N）；I为导体中的电流（A）；L为导体在磁场中的有效长度（m）；B为磁感应强度（T）。 磁感应强度的方向就是该点的磁场方向，即该点磁力线的切线方向。3.2磁场的基本知识第第3 3章电容和电感章电容和电感 把磁感应强度B（如果不是均匀磁场，则取其平均值）与垂直于磁场方向的面积S的乘积，称为穿过该面积的磁通量（简称磁通），用表示。其大小可以用通过该面积的磁力线条数的多少形象地表征。 在均匀磁场中，若B和S的夹角为，则磁通量的计算式为sinBS 2）磁通量 磁通量的国际单位是韦伯（Wb）
35、，1 Wb=1 Tm 。23.2.1 磁场3.2磁场的基本知识第第3 3章电容和电感章电容和电感 3）磁导率 磁导率（绝对磁导率）是表征媒介质导磁能力大小的物理量，用符号来表示，其单位是亨/米（H/m）。真空中的磁导率0=410-7 H/m。磁导率大的媒介质导磁能力强，磁导率小的媒介质导磁能力弱。在实际应用中，一般不直接给出媒介质的磁导率，而是给出其与真空磁导率的比值，称为相对磁导率，常用符号r表示，即0r3.2.1 磁场 物质一般根据相对磁导率的大小可分为以下三类：（1）顺磁物质：r略大于1，如空气、锡、铝等。（2）反磁物质：r略小于1，如铜、银等。（3）铁磁物质：r远远大于1，如铁、镍、钴
36、。3.2磁场的基本知识第第3 3章电容和电感章电容和电感4）磁场强度 在任何磁介质中，磁场中某点的磁感应强度与媒介质磁导率的比值，称为该点的磁场强度，用H表示，即BH 磁场强度是一个矢量，其方向与该点的磁感应强度方向相同，其国际单位为安/米（A/m）。磁场强度与磁感应强度的名称很相似，切忌混淆。磁场强度是为计算方便而引入的物理量。想一想：电磁起重机能够吸引重量较大的钢铁，而小磁铁只能吸引几颗铁钉，为什么？3.2.1 磁场 3.2.2 铁磁材料的分类及其性质第第3 3章电容和电感章电容和电感1.铁磁材料的分类1）硬磁材料2）软磁材料3）矩磁材料3.2磁场的基本知识2.铁磁材料的性质1）高导磁性2
37、）磁饱和性3）磁滞性3.2.3磁路第第3 3章电容和电感章电容和电感常见的磁路类型 1.磁路的定义 磁力线集中通过的闭合路径称为磁路。与用电动势、电流、电阻描述电路相似，在磁路中，分别用磁动势、磁通量、磁阻来描述磁路。下图所示为常见的几种磁路类型。3.2磁场的基本知识第第3 3章电容和电感章电容和电感1）磁动势磁动势的计算公式为F=IN式中，I表示通过线圈的电流（A）；N表示线圈的匝数；F为磁动势（A）。 2）磁阻 各种材料对磁通都有阻碍作用，磁通和电流一样，有走阻碍作用小的路径的倾向。磁通通过磁路时所受的阻碍作用称为磁阻，用符号Rm表示。磁阻Rm的计算公式为式中，l为磁力线所经过物体的长度（
38、m）；S为磁力线所经过物体的横截面积；为材料的磁导率（H/m）。mlRS3.2.3磁路3.2磁场的基本知识第第3 3章电容和电感章电容和电感1）磁动势磁动势的计算公式为F=IN式中，I表示通过线圈的电流（A）；N表示线圈的匝数；F为磁动势（A）。 2）磁阻 各种材料对磁通都有阻碍作用，磁通和电流一样，有走阻碍作用小的路径的倾向。磁通通过磁路时所受的阻碍作用称为磁阻，用符号Rm表示。磁阻Rm的计算公式为式中，l为磁力线所经过物体的长度（m）；S为磁力线所经过物体的横截面积；为材料的磁导率（H/m）。mlRS3.2.3磁路3.3磁场的基本知识第第3 3章电容和电感章电容和电感 2.磁路欧姆定律 在
39、磁路中，磁通与产生磁通的磁源（磁动势）成正比，与磁路的磁阻成反比，这就是磁路欧姆定律，即 应当指出，运用磁路欧姆定律进行实际计算比较困难，一般只用它进行定性分析。mFR 3.2磁场的基本知识3.2.3磁路 3.3.1电流的磁场3.3电流的磁效应第第3 3章电容和电感章电容和电感 磁场总是伴随电流而存在的，人们把电流产生磁场的现象称为电流的磁效应。 1820年，丹麦物理学家奥斯特做实验时发现，当一根导线通上电流时，会使导线附近的磁针产生偏转，如图3-8所示，当电流由左边流向右边，磁针由水平方向变为垂直方向。 奥斯特实验说明电流的周围是存在磁场的。 3.3.1电流的磁场3.3电流的磁效应第第3 3
40、章电容和电感章电容和电感 安培定则： 用右手握住通电直导体，大拇指表示导体中的电流方向，其余四指弯曲的方向则代表所产生的磁力线方向。 根据安培定则可知，通电直导体产生的磁力线是以导体为圆心的同心圆，如图3-9所示。 3.3.1电流的磁场3.3电流的磁效应第第3 3章电容和电感章电容和电感 通电直导体产生的磁力线示意图把导体绕成螺旋状并通入电流，也能产生磁场。 磁场方向也可以用右手定则（安培定则）确定，具体为：用右手握住线圈，用弯曲四指指向电流方向，则拇指所指的方向就是磁体N极的方向，如图3-10所示。 3.3.2磁场对电流的作用3.3电流的磁效应第第3 3章电容和电感章电容和电感 实验表明：在
41、两平行导线中通以电流，则平行导线之间会产生作用力。 通有电流的导线将和邻近磁场的磁力线发生作用力，其大小为 F=BIlsin 式中，F为作用力（N）；B为磁感应强度（T）；I为导线上的电流（A）；l为导线长度（m）；为电流方向与磁力线方向的夹角。 3.3.2磁场对电流的作用3.3电流的磁效应第第3 3章电容和电感章电容和电感 1.磁场对通电直导体的作用 如图3-11所示，在蹄形磁体的两极中悬挂一根直导体，直导体与磁力线垂直。当导体中没有电流流过时，导体静止不动；当导体中有电流流过时，导体就会向磁体内部移动，若改变电流流向，导体向相反方向移动。 3.3.2磁场对电流的作用3.3电流的磁效应第第3
42、 3章电容和电感章电容和电感 2.磁场对通电线圈的作用 如图3-12所示，在磁感应强度为B的均匀磁场中放一矩形通电线圈abcd。已知ad=bc=l1 ，ab=dc=l2 ，当线圈平面与磁力线平行时，线圈不受力；当线圈平面与磁力线垂直时，线圈受到力的作用，可得 F1=F2=BIl1。 使线圈转动的转矩为 即 M=BIS 当线圈平面与磁力线的夹角为时，则线圈转矩为 M=BIScos 3.3.3电磁感应3.3电流的磁效应第第3 3章电容和电感章电容和电感 1.磁场中运动导体的电磁感应 人们把变动磁场在导体中引起电动势的现象称为电磁感应，也称动磁生电，由电磁感应引起的电动势称为感应电动势；由感应电动势
43、引起的电流称为感应电流。 设磁感应强度为B（T），当长度为l（m）的导体以大小为v（m/s）的线速度切割磁力线时，导体中产生的感应电动势E（V）的大小为 E=Blvsin 3.3.3电磁感应3.3电流的磁效应第第3 3章电容和电感章电容和电感 2.右手定则 导体中产生的感应电动势方向可用右手定则判断。如图3-14所示，平伸右手，使拇指与其余四指垂直，让掌心正对磁场N极，以拇指指向表示导体的运动方向，则其余四指的指向就是感应电动势的方向。 3.4.1常见的电感器3.4电感及电感器第第3 3章电容和电感章电容和电感 电感器一般是指由导线绕制而成的线圈，如收音机中的高频扼流圈，荧光灯中的镇流器等。常
44、见的电感器的外形如下图所示。常见电感器外形 3.4.2电感3.4电感及电感器第第3 3章电容和电感章电容和电感电感器上的磁通量与电流成正比，即Li式中，L称为电感，是表征电感元件的特征参数；为磁通量(Wb)。 在国际单位制中，电感的单位为亨利（H），当线圈中电流变化率为1 A/s，产生1 V的感应电动势时，则该电感线圈的电感为1 H。电感器也是储能元件。 *3.4.3 自感现象3.4电感及电感器第第3 3章电容和电感章电容和电感 当线圈中的电流发生变化时，线圈周围的磁场随之变化，穿过该线圈自身的磁通量也随之变化，从而在该线圈自身产生感应电动势的现象，称为自感现象，这样产生的感应电动势，称为自感
45、电动势，通常用eL来表示。 由毕奥萨伐尔定律可知，空间任意一点的磁感应强度B的大小都和回路中的电流强度i成正比。因此穿过该回路所包围面积内的磁通量m也和i成正比，L称为回路的自感系数，简称自感。即 L=mi 由于一个线圈中的电流发生变化而使其他线圈产生感应电动势的现象称为互感现象。这个感应电动势称为互感电动势，用em表示。 互感电动势的方向也可用楞次定律判定，具体方法如下： （1）根据线圈中电流的方向，确定线圈中互感磁通的方向。 （2）根据线圈1中电流变化的趋势，确定通过线圈2中互感磁通的变化趋势。 （3）根据楞次定律判定线圈2中感应磁通的方向。 （4）根据右手螺旋定则判定互感电流的方向。第第
46、3 3章电容和电感章电容和电感互感现象3.4电感及电感器 *3.4.4 互感现象 *3.4.5磁屏蔽第第3 3章电容和电感章电容和电感 磁屏蔽就是利用屏蔽材料阻隔或衰减被屏蔽区域与外界电磁能量传播的手段。 磁屏蔽材料分类： 高导磁材料、中导磁材料和高饱和磁材料。 铁磁性材料和金属良导体是常用的屏蔽材料，原理是利用铁磁性材料的磁导率比空气的磁导率大几千倍，铁壁的磁阻比空气磁阻小很多，外磁场的磁通沿磁阻小的铁壁流通，而进入屏蔽罩内的磁通很少而达到屏蔽目的的。3.4电感及电感器 3.5.1变压器的用途*3.5变压器第第3 3章电容和电感章电容和电感升高电压降低电压其他用途升压变压器：升高电压、减小电
47、流，以降低输电过程中的功率损耗和减少输电线路有色金属的消耗。降压变压器：在用户端用变压器来降低电压，以保护用电过程的安全。变换电流、变换阻抗和传递信息，如电子线路中的输出变压器、耦合变压器等。 3.5.2变压器的种类第第3 3章电容和电感章电容和电感心式变压器和壳式变压器等。按铁心结构形式分双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器等。按线圈绕组形式分铜绕组变压器和铝绕组变压器等。一般情况下，应优先采用铝绕组变压器，以节约铜。按绕组材料分单相变压器、三相变压器和多相变压器等。按相数分空气自冷式（干式）变压器、油浸自冷式变压器和油浸风冷式变压器等。按冷却方式分电力变压器、专用变压器、调
48、压变压器、测量变压器、试验变压器和安全变压器等。按用途分*3.5变压器 3.5.3变压器的结构第第3 3章电容和电感章电容和电感 各种变压器主体都各种变压器主体都是由绕组和铁心两大部是由绕组和铁心两大部分组成的。分组成的。 1.绕组 绕组是变压器的电路部分，用导线绕制而成。右图所示为单相变压器的基本结构示意图。左右两套绕组分别套在口字形铁心的两个芯柱上。每套绕组又分为高压绕组和低压绕组，高压绕组1在外层，低压绕组2在里层。这样安排的好处是能够降低对绕组和铁心之间的绝缘要求。两个高压绕组和两个低压绕组根据需要可以分别串联或并联使用，方便灵活。单相变压器的基本结构1高压绕组；2低压绕组*3.5变压
49、器 3.5.3变压器的结构第第3 3章电容和电感章电容和电感 下图所示为三相变压器的基本结构示意图，A、B、C三相的高压绕组和低压绕组分别套在日字形铁心的3个芯柱A、B、C上。3个高压绕组和3个低压绕组根据需要可以分别连接成星形或三角形。单相变压器的基本结构1高压绕组；2低压绕组*3.5变压器 3.5.3变压器的结构第第3 3章电容和电感章电容和电感 2.铁心 铁心是变压器的磁路部分，为提高磁路的导磁能力，铁心采用磁性材料硅钢片叠成。这样，当绕组通入电流时，就能在铁心中产生足够强的磁场，磁力线穿过高压绕组也穿过低压绕组，以磁耦合的形式把高压绕组和低压绕组联系起来。采用优质的磁性材料能显著改善电
50、气设备的性能，减小设备的尺寸和质量。下图所示为两种常用的小型变压器的外形，它们的铁心都是由导磁性能良好的磁性材料制成的。变压器的外形结构*3.5变压器 3.5.4变压器的工作原理第第3 3章电容和电感章电容和电感 下图所示是一台单相变压器的原理图。闭合铁心是变压器的磁路部分，缠绕在铁心上的绕组是变压器的电路部分。接交流电源的绕组AX为一次绕组，接负载的绕组ax为二次绕组。两个绕组的匝数分别为N1和N2。单项变压器的原理图*3.5变压器 3.5.4变压器的工作原理第第3 3章电容和电感章电容和电感 设变压器一次绕组的匝数为N1，二次绕组的匝数为N2，穿过它们的磁通分别为1和2，则一次绕组和二次绕
