导航菜单

维修电工要学习的知识点,不要因为它拉开和工程师的差距

亚洲通anobet

1.1电路的基本概念

1.电路的组成

该电路以某种方式整体连接电气设备和部件,为电流循环提供通路。图2-1所示电路是一个手电筒电路,由三部分组成:电源,负载和中间链路(包括连接线和开关)。其中,干电池是电源,灯泡是负载,连接线和开关是中间链路。在电路中,随着电流的流动,执行不同形式的能量之间的转换。

a8421d702daa4660ad59f1c24590358a

电源:在电路中提供电能的设备和设备称为电源,是将非电能转换为电能的设备。如发电机,干电池等。

负载:在电路中使用电能的设备和组件称为负载,它们是将电能转换为非电能的设备。

中间链路是连接电源和负载以传输和控制电能的部分。

对于完整的电路,电源(或信号源),负载和中间链路是必不可少的三个基本组件。

a2afc039751f4b26bc4f49c3b39ad1d2

电路模型

在实际应用中,电路图通常用于表示电路。在电路图中,各种电气元件不需要绘制原始形状,而是由状态指定的图形符号表示。图2-2是图2-1所示手电筒的电路图。该理想元件组成的电路也称为实际电路的“电路模型”。我们在进行理论分析时参考的电路就是这个电路模型。

2.电路的作用

电路根据其功能可分为两类:一类是电源电路,主要起电能传输和转换的作用。因此,在传输和转换过程中,需要使能量损失最小化以提高效率。另一种类型是信号电路,其主要功能是传输和处理信号(例如语言,音乐,图像,温度等)。在这样的电路中,一般关注的是信号传输的质量,例如要求不是失真,准确,敏感,快速等。

1.1.2电路的基本物理量

1.当前

电流是由带电粒子(电荷)的定向运动形成的物理现象。根据电流强度测量电流的大小。电流强度是每单位时间通过导体横截面的电荷量。电流强度通常称为电流。

其幅度和方向不随时间变化的电流称为恒定电流,称为直流电流,其强度用符号I表示。如果电流的大小和方向随时间变化,则称为变化当前。将一个周期中的电流的平均值为零的波动电流称为交流电,例如正弦波电流,并且其强度由符号i表示。

对于直流电,每单位时间通过导体横截面的电荷量是恒定的,并且其电流强度

I=Q/T(1-1)

对于变化的电流,通过导体横截面的电荷量在一个时间间隔很小,瞬时电流强度

b8327bcfb31e403996fd7b1cb77bd24f

(1-2)

电流单位为安培,国际符号为A.相当于1库仑(C)的电荷通过1秒的横截面。它有时也以千安培(KA),毫安(mA)或微安(μA)使用。

习惯上,我们指定正电荷运动的方向是电流的方向。

电流的方向是客观的,但在电路分析中,有时某个电流的实际方向很难判断,甚至实际方向也在不断变化。为了解决这个问题,需要引入电流参考方向的概念。

5b4f07c06e74412b8f2c03b715031fc8

在电路中选择的任何方向称为电流的参考方向。它由电路图中的实线箭头表示,有时由双下标表示。例如,iAB,其参考方向是从A到B.

所选择的参考方向不一定是电流的实际方向。当电流的参考方向与实际方向一致时,电流为正(I> 0);当电流的参考方向与实际方向相反时,电流为负(I <0)。因此,在选定的电流参考方向上,可以根据电流的正负来确定电流的实际方向,如图2-3所示。

电流的参考方向是电路分析计算中的重要概念。谈论当前没有指明方向的方向是讨论一个不确定的事情。将来,在分析电路时,首先应该假设电流的参考方向,并且计算应该基于此。最后,电流的实际方向由答案的正面和负面确定。本书后面电路图上显示的当前方向都是参考方向。

2.电压和电位

在物理电磁学中已知电荷在电场中受到电场力,并且当电荷从电场中的点移动到另一点时,电场对电荷起作用。电场中的电荷具有潜在(潜在)能量。恒定电场中的每个点都具有一定的电位,从而引入重要的电压和电位物理量。

电场中两点A和B之间的电压(或电压降)UAB等于通过将单位正电荷从A点移动到B点所做的工作。其定义是

8b840943609946e799fffa3e3552a23d

在国际单位制中,能源的单位名称是焦炭(耳),符号为J,单位名称为库(lun),符号为C,电压单位名称为伏特(特殊),并且符号是V.将一个库(C)的电荷从一个点移动到另一个点,电场力完成的工作等于1焦耳(J),两点之间的电压等于1伏(V)。测量大电压有时使用千伏(KV,103V),有时以毫伏(mV,10-3),微伏(μV,10-6V)等测量小电压。

电场中的一个点,称为参考点,表示为P,此时的电位设为零。电场中从A点到参考点P的电压定义为A点的电位,表示为φA,即

φA=UAP

可选点可用作电路中的参考点,例如,将“接地”作为参考点。两点之间的电压不随参考点而变化。使用表示两点A和B之间电压的电位,有

UBA=φB-φA(1-4)

显然有

UBA=φB-φA=-UAB(1-5)

也就是说,在两个相反方向(从A到B和从B到A)获得的电压符号在两个点之间是相反的。

两点之间的电压的实际方向是从高电位点到低电位点。要描述此电压,必须首先确定参考方向。它通常用于三种表示形式,如图2-4所示。

99bf47df345a438980a399593301bdcf

(1)在A点标记“A”,在B点标记“ - ”,或在B点标记“+”,在A点标记“ - ”;

(2)用箭头指向A到B,或箭头指向A;

(3)用双下标表示,如UAB表示电压指向A到B.

电压参考方向的选择是任意的。在图2-4中,如果A点的电位高于B点的电位,即φA> 0。 φB,沿参考方向的电压是正值,U> 1。 0,即电压的实际方向与参考方向相同;另一方面,如果A点的电位低于B点的电位,即φA&lt; φB,沿参考方向的电压是负值,并且U <0。 0,即电压的实际方向与参考方向相反。因此,当涉及到电压时,必须首先指示其参考方向。

3.在电动势电路中,正电荷在电场力的作用下从高电位移动到低电位以形成电流。为了保持电流,还必须具有非电力(例如化学力,电磁力等)以通过电源将正电荷从低电位转移到高电位,这是作用电源。在电源内部,非电场力克服了电场力来做功。电源的功率由电动势测量。

电源的电动势的值等于通过将单元正电荷从负电极通过电源移动到正电源而完成的工作。

电动势用E表示,其单位与电压相同,也是伏特(V)。电动势的实际方向由指向高电位端的低电位端限定。

电压源两端A和B之间的电动势与电路中的电压之间的关系如下:

da543f6d936747188f809d887b494015

(1-6)

也就是说,从B点到A点的电动势等于从A到B的电压降。

负载消耗的电能是电流通过电器的工作WL。

86c6b02c1cd5446dba2a4d1c0cca035d

(1-8)

其中P负载功率(W);

t持续时间(S)。

它通常在实践中使用(千瓦时)作为测量电能的单位。那是

2a16962c115e462ab338bf4fcfbf801e

(1-9)

电功率是电气设备执行工作的能力,即电能随时间的变化率。电力也称为电力,单位为W或KW。对于电源,每单位时间产生的电能是电源的电功率,表示为

56eead016ad946b1bdb5f443553a2931

根据电源和负载之间的连接方式和工作要求,电路具有不同的状态,如开路(开路),短路和路径。

1.打开道路(开路)

2,短路

3.途径

1.打开道路(开路)

e0dcc0ef45614f2e870792faacac8826

当开关S打开时,电源未连接到外部电路,如图2-5所示。此时,电源的输出电流为零,这称为电路处于打开状态。当电路打开时,电源开关可能不会关闭,或者可能是由于接触不良,断线或保险丝熔断造成的。前者称为正常开路,后者是通往事故的开放道路。

当电路开路时,它相当于连接到无限负载电阻的电源,因此输出电流I=0,输出功率P=0。此时,电源处于空载状态,其输出电压称为开路电压,其等于电源的电动势。

可以看出,开路的特征可以用下面的公式表示:

c0a33f30a8c548978b5cee73510e9864

(1-11)

2.短路当电源两端的两根导线由于某种意外而直接连接时,如图2-6所示,这称为短路。由于短路电阻为零并且电源的内阻小,所以短路电流Is非常大;电能完全消耗在内阻上;外部电压为零。

def4689aabce4a5b9ce1b2a03d8730f1

可以看出,短路的特性可以用下式表示:

21928ceaeede4b22bacc22f708e9edc9

(1-12)

在该公式中,Pe电源(W)的内部电阻和P电源(W)提供的电力消耗的功率。

电源短路是危险的。常见的保护措施是在电源后面安装一个保险丝,即图2-6中的FU。如果发生短路,大电流会立即熔断保险丝,快速切断故障电路,并保护电气设备。

3.途径

1ccb1159658a48de97c63391dad44746

关闭图2-7中的开关,使电源和负载闭合,电路处于路径状态,电路中有电流,并有能量转换。

在电路路径中,电源电动势等于负载端电压和电源的内阻降之和。由于内部电阻具有电压降,所以电流更大,并且负载端子电压更低。同时,电源产生的功率等于负载消耗的功率和电源内阻的功率损耗之和,并且符合能量守恒定律。

欧姆定律

欧姆定律是一种表达电路中三个物理量的电压,电流和电阻之间关系的定律。它表明导体中的电流I与施加在导体上的电压U成正比,与导体上的电阻R成反比,可用下式表示:

dd61d7fee9c7420b9e5425f1358939ca

(1-13)

其中R该电路段的电阻(Ω)。

上述公式是通过实验获得的,并且遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻。在国际单位系统中,电阻单位是欧姆(Ω),称为欧洲。这意味着当电路两端的电压为1伏且电流为1安培时,电路的电阻为1欧姆。

基尔霍夫定律是该电路的基本定律之一,其中包括第一和第二定律,分别称为

1.基尔霍夫现行法律(KCL)

该定律也称为节点电流定律。它表明,在电路中的任何节点,流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和。所谓的节点是三个或更多个分支的收敛点,用数学表达式表示为

d0da268ac9294835975a02ce270e1ff7

(1-14)

如果流入节点的电流被定义为正,则流出节点的电流为负。然后基尔霍夫的现行法则表示为

c02cf561a0b8413fb6377dbfd2892881

(1-15)

上面的等式表明,在:电路的任何节点上,电流的代数和总是等于零。基尔霍夫现行定律反映了电流的连续性,这表明在任一节点,电荷既不会产生也不会消失,也不会累积。

0a6a509b2d6c496dbadacf5d79168dfa

该定律不仅适用于电路中的实际节点,也适用于电路中的任何闭合面。也就是说,通过电路中任何假想闭合面的分支电流的代数和等于零。这个假想的闭合面称为广义节点。

必须指出的是,基尔霍夫的现行定律反映了电路中任何节点处的分支电流必须遵守的约束,而不管每个分支上的哪个分量。

2.基尔霍夫电压定律(KVL)

该定律反映了任何电路上分支电压之间的关系。它指出,在任何时刻,作用在电路中任何电路上的分支电压的代数和等于零。

所谓的循环是由几个分支组成的闭合路径。以数学形式表示为

5c55ce400e3e435ba769ba4e5e7c03de

(1-16)

当法则应用于电路的回路时,必须首先假定每个分支电压的参考方向,并且必须指定回路的环路方向(顺时针或逆时针)。当分支电压与环路方向一致时,使用“+”符号。相反,请使用“ - ”符号。

图2-9是电路的一部分。让我们来看看其中一个循环,ABCFA。在如图所示的每个分支电压的参考方向和环路方向上,有

8c548de5449c4872b3d2ebcb589d3e58

df647f7f72204d46b745dae2460bfb48

上述公式表明,基尔霍夫电压定律本质上是节能的体现。对于电阻电路,电阻上的电压和电流关系被替换以获得基尔霍夫电压定律的另一种表达式。

98bd42a351e34bd2aea1efc9d6fb059b

上述等式表明,在任何闭环中,电阻器的每个段上的电压降代数等于各个源的电动势的代数和。

写这个等式时,写下等号侧环路中的所有功率电动势,并在等号另一侧的所有电阻上写下电压降。至于电动势和电阻两端的电压降的正负号,它由环路的旁路方向决定。当电动势的参考方向与回路的回路方向一致时,取正号;否则,采取负号。

51bcf2b6102343b685cc024909799646

基尔霍夫的电压定律不仅可以应用于闭环,还可以应用于任何未闭合的电路,但开口处的电压包含在等式中。现在以图2-10为例,根据

916aa24815b64b65b908ba247dae5b55

得到了

5947ffa492f94997b973ebafd8319196

在应用程序中

1f32b6d0b65540748a38518dcc37707e

当电源结束时,使用电压代替电动势。电压的大小等于电动势E,并且方向从正极指向负极。

类似地,基尔霍夫电压定律反映了电路中任何电路上的每个分支电压必须遵守的限制,无论构成环路的每个支路上的组件是什么。