1、i1.1 直流电路直流电路 一、直流电路的基本物理量及单位一、直流电路的基本物理量及单位例：一个白炽灯在有电流通过时，例：一个白炽灯在有电流通过时，R R L 消耗电消耗电能能( (电阻性电阻性) ) 储存能量储存能量( (电感性电感性) ) 忽略忽略 L L电源负载连接导线电路实体电路实体电路模型电路模型1.1 电路的组成与作用电路的组成与作用电源电源+负载负载+中间环节中间环节=电路电路。SER +R0开关1.1 电路模型电路模型激励激励:电源电源+ +信号源信号源的的U或或I，推动电路的工作。，推动电路的工作。激励激励响应响应响应响应:由由激励激励在电路中产生的在电路中产生的电压和电流电
2、压和电流称为称为。与与的关系。的关系。返回返回1.1 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向电压的实际方向为：电压的实际方向为：由由高高电位端电位端低低电位端；电位端；电流的实际方向为：电流的实际方向为：正电荷运动的方向或负电荷正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向；运动的反方向；电动势的实际方向为：电动势的实际方向为：由由低低电位端电位端高高电位端。电位端。参考方向：方便理论分析假设的方向1.1 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向电压、电流的参考方向：电压、电流的参考方向：电压、电流参考方向与实际方向电压、电流参考方向与实际方向相同为正，反之则相同为正，反之则为负。为负。R +R0IE
3、 例如：例如：图中图中 I = 3 A，电流的实，电流的实 际方际方向与参向与参 考方向相同考方向相同 ；反之，；反之， I = 3 A，电流的实际方与参考方向相反电流的实际方与参考方向相反 。 在电路图中所标电压、电流、电动在电路图中所标电压、电流、电动势的方向，一般均为参考方向。势的方向，一般均为参考方向。任意假定。任意假定。图图 (b) 中中 I = 2 A，R = 3 ， U = 3( 2 ) = 6 V欧姆定律：通过电阻的电流与电压成正比。欧姆定律：通过电阻的电流与电压成正比。表达式表达式 = RUIU 、I 参考方向相同参考方向相同U = RIU、 I 参考方向相反参考方向相反电流
4、的参考方向电流的参考方向与实际方向相反与实际方向相反图图 (a)或或图图 (b)RUI+IRU+图图 (c)RUI电压与电流参电压与电流参考方向相反考方向相反返回返回EI IU1. 电压与电流电压与电流R0RabcdR + R0I = EER0I电源的外特性曲线电源的外特性曲线R0 0 , 电感吸收功率；电感吸收功率； 当当 u、 i 实际方向相反时实际方向相反时( (i 减小减小) ) p 0 , 电容吸收功率；电容吸收功率； 当当 u、 i 实际方向相反时实际方向相反时( (u 减小减小) )p XC ， 为正，电感性；为正，电感性；XL XC ， 为负，电容性；为负，电容性；XL = X
5、C ， = 0， 电阻性。电阻性。 的大小和正负由的大小和正负由电路参数决定。电路参数决定。电压：电压： 为正为正时时电路电路中电压中电压电流相电流相量图量图I UURUL UCULUC阻抗阻抗三角形三角形XL XCR Z2. 功率功率1.2 R、L、C串联的交流电路串联的交流电路)2cos(cos tUIUIp TTttUIUITtpTP00d)2cos(cos1d1 cosUI RIUUIR costtIUuip sin)sin(mm 瞬时功率：瞬时功率： 平均功率：平均功率： cos2UIRIIUPR sin)()(2UIIXXIUUIUIUQCLCLCL 2IZUIS 无功功率：无功功
6、率： 视在功率：视在功率：电压与电流的有效值之积，电压与电流的有效值之积，单位单位 ( (V A) )或或( (kV A) )功率因数低引起的问题功率因数低引起的问题有功功率有功功率 P = UNIN cos 功率因数功率因数1. 设备容量不能充分利用设备容量不能充分利用2. 增加输电线路和发电机绕组的功率损耗增加输电线路和发电机绕组的功率损耗cos 越低，越低，I 越大，损耗越大。越大，损耗越大。1.2功率因数的提高功率因数的提高P = UI cos 电压与电流的相位电压与电流的相位差角差角( (功率因数角功率因数角) )UN、IN 不变，不变，cos 越低，越低，P 越小，越小，设备得不到
7、充分利用设备得不到充分利用。 2222cos1)(UPrrIP I IC I1 U 1 C = U 2P(tan 1 tan )iiCLuR +i1C电路功率因数低的原因电路功率因数低的原因感性负载的存在感性负载的存在提高提高功率因数的方法功率因数的方法 sinsin11IIIC sin)cos(sin)cos(11UPUP )tan(tan1 UPUCXUICC )tan(tan1 UPCU由相量图可得由相量图可得又因又因所以所以由此得由此得1.2 三相电路三相电路1.2 三相电压三相电压三相电压：三相电压：:三相发电机产生的频率相同、幅值相等、三相发电机产生的频率相同、幅值相等、相位互差相
8、位互差 120 的的三相对称正弦电压三相对称正弦电压tUu sinmA )120sin(mB tUu )120sin()240sin(mmC tUtUu 也可用相量表示也可用相量表示 0AUU 120BUU 120CUUUmUmuAuBuC tO2 1.2 三相电压三相电压对称三相电压的波形图对称三相电压的波形图对称三相电压相量图对称三相电压相量图120UAUCUB120120相序：相序：交流电压出现正交流电压出现正幅幅值的顺序。正相序：值的顺序。正相序：A B C ;负相序：负相序：C B A。1.2 三相电压三相电压BAABuuu CBBCuuu ACCAuuu +uCA +uAN中点中点
9、或零点或零点ABCN +uAB+ uBCuB +uC +火线火线中性线中性线线电压：线电压：火线间的电压。火线间的电压。 相电压：相电压：负载端的负载端的电电压压; 线、相电压之间的关系线、相电压之间的关系1.2 三相电压三相电压BAABuuu CBBCuuu ACCAuuu BAABUUU CBBCUUU ACCAUUU p3UUl +uCA +uANABCN +uAB+ uBCuB +uC +线、相电压之间的关系线、相电压之间的关系线、相电压间相量关系式线、相电压间相量关系式相量图相量图UAUCUBBCUABUCAU30o30o30o三相三相负载负载对称对称( (三个相的三个相的复复阻抗相
10、等阻抗相等) )不对称不对称( (由多个单相负载组成由多个单相负载组成) )三相电源供电负载三相电源供电负载1.2 三相电路中负载的连接方式三相电路中负载的连接方式三三相相四四线线制制三角三角形联形联接接星形联结星形联结NABCZ3Z2Z1M3 1.2 三相电路中负载的联接方式三相电路中负载的联接方式1. 1. 星形联结星形联结 +uANuB +uC +iAN AZBZCZ 0AAUU 120CCUU 120BBUUiBiCiN设设 为参考正弦量为参考正弦量AU则有则有 每相负载中的电流每相负载中的电流的有效值为的有效值为AAAZUI BBBZUI CCCZUI AAAarctanRX BBB
11、arctanRX CCCarctanRX 各相负载的电压与电流的相位差为各相负载的电压与电流的相位差为 中性线中的电流为中性线中的电流为CBANIIII 1. 星形联结星形联结 +uAuB +uC +iAN AZBZCZiBiCiN负载不对称电压、电流相量图负载不对称电压、电流相量图 图中，图中，负载对称负载对称，ABCNUAUCUBIAIBICINZZZZ CBAZZZZ CBA CBAZUIIIIppCBA RXarctanCBA 或或电压对称，负载电流也对称，电压对称，负载电流也对称，中线电流为零中线电流为零，0CBAN IIII1.2 三相电路中负载的连接方式三相电路中负载的连接方式1
12、. 星形联结星形联结 +uANuB +uC +iAN iBiCiN 负载对称负载对称中线电流为中线电流为零，可去掉中线，三相三线制电路。零，可去掉中线，三相三线制电路。ZZZ对称负载电压电流相量图对称负载电压电流相量图UAUCUBICIAIB +uANuB +uC +iAN iBiCiN 例例 1 图中电源电压对称，图中电源电压对称，UP = 220 V；负载为；负载为 电灯组，电灯组，在额定电压下其电阻分别为在额定电压下其电阻分别为 RA= 5 ，RB= 10 ， RC = 20 。电灯额定电压电灯额定电压UN = 220 V。求负载相电压、相电流及中线电流。求负载相电压、相电流及中线电流。
13、RARBRCABC 解解 负载不对称负载不对称有中性线时有中性线时( (其上电压其上电压若忽略不计若忽略不计) )，负载的负载的相电压与电相电压与电 源源 的相电的相电压相等。压相等。A04450220AAA RUIA1202210120220BBB RUIA1201120120220CCC RUICBANIIII A191 .29 + + +iAN iBiC 例例 2 在上例中，在上例中，( (1) )A 相短路时，相短路时，( (2) ) A 相短路而中相短路而中线又断开时线又断开时，试求各相负载的电压。，试求各相负载的电压。RARBRCABCAu Bu Cu N 因有中线因有中线 B、C
14、两相未受影响，其上电压仍为两相未受影响，其上电压仍为 220 V。 解解 ( (1) )此时此时 A 相短路电流很大相短路电流很大将将A 相中熔断器熔断，相中熔断器熔断， ( (2) )此时负载中点即为此时负载中点即为 A，因此，因此，负载各相电压为负载各相电压为0A UV 380B UV 380C U0A UBABUU CACUU 在此情况下，在此情况下，B、C 两相都超过了负载两相都超过了负载 的额定电压的额定电压 220 V，这是这是的。的。1.2三相电路中负载的连接方式三相电路中负载的连接方式2. 三角形联结三角形联结iCABCiBiAiABiBCiCA +uAB + uBC +uCA
15、ABZBCZCAZ( (2) )负载线、相电流之间的关系负载线、相电流之间的关系线、相电压对应相等线、相电压对应相等( (1) )负载线、相电压之间的关系负载线、相电压之间的关系各相负载相电流有效值分别为各相负载相电流有效值分别为ABABABZUI BCBCBCZUI CACACAZUI ABABABarctanRX BCBCBCarctanRX CACACAarctanRX 各相负载的电压与电流相位差分别为各相负载的电压与电流相位差分别为pCABCABUUUUUl 2. 三角形联结三角形联结iCABCiBiAiABiBCiCA +uAB + uBC +uCAABZBCZCAZ( (2) )
16、负载线、相电流之间的关系负载线、相电流之间的关系若负载对称，即若负载对称，即ZZZZ CABCAB CABCABZUIIIIppCABCAB RXarctanCABCAB 和和 则负载相电流也是对称的，即则负载相电流也是对称的，即IAIBICICAIABIBC相位上，线电流相位上，线电流滞滞后后相电流相电流 30 。 p3 IIl UABUCAUBC1313磁场基本物理量磁场基本物理量l磁的概念：磁的概念： 概念：概念： 电生磁，磁生电。电生磁，磁生电。 物理量：物理量： 磁感应强度（磁密）、磁场强磁感应强度（磁密）、磁场强度、磁导率。度、磁导率。磁路的含义磁路的含义磁路的两层意思：磁路的两层
17、意思： 一、磁的通路一、磁的通路 二、二、 “路路”与与“场场”的区别。的区别。 “场场” 对电研究时各点的对电研究时各点的“场场”是变化的。为是变化的。为了简析，以了简析，以“路路”分析。分析。 磁路的物理量磁路的物理量 磁感应强度磁感应强度物体在磁场中受到磁力强度。物体在磁场中受到磁力强度。 B=/S 磁场强度磁场强度电生磁时的大小。电生磁时的大小。 H=I/l l 磁导率磁导率材料导磁能力。材料导磁能力。 B=H注意：单位注意：单位。 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律l 磁势磁势 = 电流电流 匝数，匝数， 单位：安培单位：安培匝（安匝，安）匝（安匝，安）l 磁阻磁阻=l/(S)。 单位：单
18、位：1/H 磁路欧姆定律：磁路欧姆定律： =F/Rm 1313铁磁材料及铁损铁磁材料及铁损l铁磁材料铁磁材料：铁、钴、镍及合金铁、钴、镍及合金。l性能性能：高磁导率、饱和、磁滞高磁导率、饱和、磁滞。l铁损铁损：铁心损耗铁心损耗l高磁导率的目的：高磁导率的目的： 一、相同磁场产生的磁密大。一、相同磁场产生的磁密大。 二、铁心工作，要求磁导率高，铁心的截面积小。二、铁心工作，要求磁导率高，铁心的截面积小。体积小、重量轻。体积小、重量轻。高磁导率高磁导率l原因：原因： 磁通太多，材料阻碍增大。磁通太多，材料阻碍增大。 铁磁材料对磁通的阻力较小。铁磁材料对磁通的阻力较小。 磁通太多时，阻力增大。磁通太
19、多时，阻力增大。l理解：理解： 例：例：1、空气瓶充气。、空气瓶充气。 2、车过桥的情况一样。、车过桥的情况一样。磁饱和磁饱和l原因： 有剩磁存在。有剩磁存在。l现象： 磁化过程磁化过程 01 2 3 4 5 6 1l磁滞回线： 回线（闭合曲线）：回线（闭合曲线）：1 2 3 4 5 6 1 磁场强度最大值不同就有不同的回线。磁场强度最大值不同就有不同的回线。磁滞磁滞l曲线：曲线： B-HB-H曲线。曲线。磁化曲线磁化曲线l分法分法：磁性能分类。磁性能分类。 . 软磁材料；软磁材料；.硬磁材料；硬磁材料；.矩磁材料。矩磁材料。l特点特点： 磁滞回线面积（形状）不同。磁滞回线面积（形状）不同。
20、软磁材料软磁材料 硬磁材料硬磁材料 矩磁材料矩磁材料铁磁材料的类型铁磁材料的类型n软磁材料软磁材料： 制造电机、变压器的铁心。制造电机、变压器的铁心。n硬磁材料硬磁材料： 制造永久磁铁。制造永久磁铁。n矩磁材料矩磁材料： 制造计算机的存储器。制造计算机的存储器。铁磁材料的用途铁磁材料的用途l包含：包含：涡流、磁滞涡流、磁滞损耗。损耗。 变为热量。变为热量。 l涡流：涡流： 铁心形成漩涡电流，发铁心形成漩涡电流，发热。热。l磁滞：磁滞： 克服剩磁，发热。克服剩磁，发热。铁芯损耗铁芯损耗.组成：组成： 铁心、线圈、铁心、线圈、衔铁、复位弹簧。衔铁、复位弹簧。.原理：原理： 线圈通电线圈通电产生磁势
21、产生磁势铁心和衔铁产生吸力铁心和衔铁产生吸力克服弹克服弹簧力吸合簧力吸合其它机构动作。其它机构动作。 线圈断电线圈断电剩磁磁通剩磁磁通吸力很小吸力很小弹簧力使衔铁释放弹簧力使衔铁释放机构复位。机构复位。 1313电磁铁电磁铁电磁铁的特点电磁铁的特点直流电磁铁的特点直流电磁铁的特点： .稳定工作时，无涡流损耗稳定工作时，无涡流损耗+磁滞损耗；磁滞损耗； .用整块软钢制成；用整块软钢制成； .恒磁势型电磁铁。恒磁势型电磁铁。交流电磁铁的特点交流电磁铁的特点： .铁心用硅钢制成，减少铁损；铁心用硅钢制成，减少铁损； . 电势电势E： = 4.44fNm . 恒磁通型电磁铁。恒磁通型电磁铁。14半导体
22、的导电特性半导体的导电特性1、定义：、定义：纯净的、具有晶体结构。纯净的、具有晶体结构。 1. 本征半导体本征半导体 自由电子自由电子空穴空穴共价键共价键SiSiSiSi本征半导体中本征半导体中自由自由电子和空穴的电子和空穴的形成形成 2、分类：、分类：硅：硅：四价四价锗锗：四价四价价电子价电子成为成为自由电子自由电子,留下一个留下一个空穴空穴。自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断复合。自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断复合。3、半导体电流的形成：、半导体电流的形成：(1)电子电流电子电流(2)空穴电流空穴电流4、导电介质：、导电介质：1、自由电子、自由电子2、空穴、空穴空穴移动方向空穴
23、移动方向 电子移动方向电子移动方向 SiSiSiSiSiSiSi2. N 型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体1. N 型半导体型半导体（1）、形成：）、形成：掺入五价磷，四个用于组成共价键，多余的一个成为自由电子。掺入五价磷，四个用于组成共价键，多余的一个成为自由电子。 （2）、区别本征半导体：）、区别本征半导体：自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子SiSiSiSiSiSiSiP多余价电子多余价电子2. P 型半导体型半导体 （1）、形成：）、形成： 掺入三价硼，缺少一个电子产生一掺入三价硼，缺少一个电子产生一个空位个空位（2）、区别：）、区别：多子为空穴，少子为多子为空穴，少子为自由电子自由电子。SiSiSiSiSiSiSiB空位空位B空穴空穴价电子填补空位价电子填补空位
