電工技術(shù)基礎與技能 第4版 課件（姚錦衛(wèi)）第3、4章 電容和電感、單相正弦交流電路

第3章電容和電感——電工技術(shù)基礎與技能——01認識電容應用背景手機充電器里面的電容器，你認識嗎？安規(guī)電容快充里面的電容電容器的外形超級電容器

可調(diào)電容電容器結(jié)構(gòu)、定義電容器結(jié)構(gòu)、符號鋁電解電容器結(jié)構(gòu)電容器結(jié)構(gòu)、定義電容量任一極板上所儲存的電荷量Q與兩極板間電壓U的比值，稱為電容量，簡稱電容。表達式為：對于平行板電容器來說，電容量與極板S及電介質(zhì)的介電常數(shù)ε成正比，與兩極板的距離成反比，表達式為：

02電容器的連接電容器串聯(lián)可以提高耐壓

特點電容器串聯(lián)

特點電容器并聯(lián)電路中，各個電容所承受的電壓相等，總電容增大。等效電容的耐壓值為電路中耐壓最小的電容耐壓值。電容器并聯(lián)電容器并聯(lián)可以增加容量03電容器的參數(shù)表示【標稱容量】電容器上所標明的電容量的值叫做標稱容量。【耐壓值】耐壓值是指電容器能長時間穩(wěn)定工作，并且保證電介質(zhì)性能良好的直流電壓的數(shù)值。它是電容器能承受的最高電壓，使用時實際電壓不能超過耐壓值?！驹试S偏差】實際電容量與標稱容量之間允許的偏差。電容器的允許偏差有多種標注方式。電容器的參數(shù)固定電容器的參數(shù)表示方法主要有：直標法、字母數(shù)字混標法、數(shù)字表示法、色標法等。1）直標法2）字母數(shù)字混標法表示方法標稱電容量表示方法標稱電容量P1或P100.1PF10n10nF1P01PF3n33300PF1P21.2PFμ33或R330.33μF1m1mF5μ95.9μF直標法是在電容器上直接標注出標稱容量、耐壓等，如10μF/16V，2200μF/50V。電容器的參數(shù)表示不帶小數(shù)點又無單位的為pF（三位數(shù)字的除外），如“12”為12pF，“5100”為5100pF。帶小數(shù)點但無單位的為μF，如“0.047”（或047）為0.047μF，“0.01”為0.01μF。三位數(shù)字的表示法。三位數(shù)字的前兩位數(shù)字為標稱容量的有效數(shù)字，第三位數(shù)字表示有效數(shù)字后面零的個數(shù)（或×10n），它們的單位是pF。3）數(shù)字表示法4）色標法電容色環(huán)的顏色代表的數(shù)字同色環(huán)電阻中顏色含義一樣。色環(huán)讀取時要由頂部向引腳方向讀。第一、二色環(huán)表示電容容量的有效數(shù)字，第三環(huán)表示有效數(shù)字后零的個數(shù)，容量單位為PF。04電容器充放電電路安裝電容器充放電電路分析使電容器兩極板帶上等量異性電荷的過程叫做電容器的充電。使電容器兩極板所帶正負電荷中和的過程叫做電容器的放電。

電路連接用面包板搭接電路05磁的基本知識1.物體有吸引鐵、鈷、鎳一類物質(zhì)的性質(zhì)稱為磁性。具有磁性的物體稱為磁體。磁體可分為天然磁體和人造磁體。2.磁體上磁性最強的兩端稱為磁極。任何磁體，無論多小都有兩個磁極，即磁極總是成對出現(xiàn)并且強度相等，不存在獨立的磁極。磁的基本知識3.在磁力作用的空間有一種特殊的物質(zhì)叫磁場。磁極之間的作用力是通過磁極周圍的磁場傳遞的。常用磁力線方向來表示磁場方向。4.磁力線特性1）磁力線是用來說明磁場分布的假想曲線，磁場的強弱可用磁力線的疏密來表示，在磁鐵外部磁極附近磁場最強，因而磁力線最密，磁鐵中間磁場較弱，因而磁力線較稀疏。2）在磁鐵外部磁力線從N極到S極，在磁鐵內(nèi)部磁力線從S極到N極。3）磁力線都是連續(xù)的，是無頭無尾的有向閉合曲線，磁力線不相交。磁力線特性06電流的磁效應通電長直導線的磁場方向安培定則一用右手握住導線，使與四指垂直的拇指指向電流方向，彎曲四指所指的方向就是該長直導線四周的磁力線方向，即磁場方向。安培定則一通電導線磁場方向判斷通電導體周圍存在著磁場，這種現(xiàn)象叫電流的磁效應。安培定則二用右手握住螺線管，使彎曲四指指向電流方向，與四指垂直的拇指所指方向就是該螺線管的磁力線方向，即磁場方向。安培定則二通電螺線管磁場方向判斷通電螺線管的磁場方向07磁的基本定律左手定則1.磁場對通電長直導線的作用左手定則左手平伸，大拇指與其余四指垂直，手心朝向N極，四指指向電流方向，則拇指的方向就是導體受力方向。左手定則一判斷受力方向適用于：電流方向與磁場方向垂直右手定則右手定則伸開右手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi);讓磁感線從手心進入，拇指指向?qū)Ь€運動方向，這時四指所指的方向就是感應電流的方向。右手定則一判斷感應電流方向右手定則利用右手定則可判定電流和磁力線的方向。08磁的基本物理量磁場基本物理量用來表示某點磁場強弱的量稱為磁感應強度，用字母B表示。各點的磁感應強度大小相等、方向相同的磁場為勻強磁場。

1.磁感應強度2.磁通磁感應強度B和與其垂直的某一截面積S的乘積，稱為穿過該截面的磁通量，簡稱磁通。勻強磁場3.磁導率磁導率是一個用來表示介質(zhì)對磁場影響的物理量,單位是亨／米(H／m)。由實驗測得，真空中的磁導率是一個常數(shù)，用μ0表示。其他介質(zhì)的磁導率可采用與真空的磁導率μ0的比值來表示，稱為相對磁導率，用μr表示。μr越大，介質(zhì)的導磁性越好?！卷槾盼镔|(zhì)】相對磁導率略大于1。如空氣、鋁、鉻、鉑等?！痉创盼镔|(zhì)】相對磁導率略小于1。如氫、銅等?！捐F磁物質(zhì)】相對磁導率遠大于1，可達幾百甚至數(shù)萬以上，且不是一個常數(shù)。如鐵、鈷、鎳、硅鋼、坡莫合金、鐵氧體等。順磁物質(zhì)與反磁物質(zhì)置于磁場中，由于μr≈1，所以對磁場的影響不大，一般被稱為非鐵磁性材料。磁性物質(zhì)分類09電感器電感器空心電感線圈鐵心電感線圈實際電感線圈外形符號主要參數(shù)【電感量】

電感量表示了電感器的電感大小，它與線圈的匝數(shù)、有無磁芯等有關(guān)。影響電感量的主要因素為：匝數(shù)、

橫截面積、有無鐵心主要參數(shù)【額定電流】

是指電感器在正常工作時所允許通過的最大電流。【品質(zhì)因數(shù)】

又稱為Ｑ值。表示線圈的品質(zhì)，Ｑ值越高，說明電感器的功率損耗越小，效率越高?！驹试S偏差】表示電感量的偏差大小，通常有三個等級Ⅰ級（±5℅）、Ⅱ級（±10℅）、Ⅲ級（±20℅）。電感器檢測直觀檢測

主要是查看引腳是否斷開、磁芯是否松動、線圈是否發(fā)霉等。萬用表檢測

主要是檢測線圈是否開路。通常情況下線圈的直流電阻只有幾歐姆甚至更小。對于線圈匝數(shù)較多，線徑較細的電感器，其電阻值會達到幾十歐或幾百歐。若測得電阻很大，則表示線圈已經(jīng)開路。10自感及互感自感及應用線圈中通過電流時，就會產(chǎn)生磁通，線圈產(chǎn)生的總磁通稱磁鏈。電流的大小發(fā)生變化，穿過線圈的磁鏈也會相應發(fā)生變化。由于線圈本身電流的變化而在線圈自身引起電磁感應的現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象，簡稱自感。在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應電動勢，稱為自感電動勢。電感式鎮(zhèn)流器自耦變壓器自感應用在有導線、線圈的設備中，只要有電流變化就有自感現(xiàn)象存在。自感大小

將線圈的自感磁鏈與電流的比值叫做線圈（或回路）的自感系數(shù)，又稱電感。表達式為：自感表明了一個線圈通入單位電流時產(chǎn)生自感磁鏈的大小，即儲存磁場能量的能力。電感（L）的單位為亨（H），還有毫亨（mH）和微亨（μH），它們的換算關(guān)系為:1H=103mH；1mH=103μH電感單位當自感L和線圈內(nèi)介質(zhì)的磁導率μ為常數(shù)時，根據(jù)法拉第電磁感應定律，自感電動勢的大小與電感L和電流變化率的乘積成正比。表達式為：自感電動勢大小性質(zhì)電感器有阻礙電流變化的特性。電感是一個儲能元件，它能將電能轉(zhuǎn)換為磁能儲存起來?；ジ屑皯卯攦蓚€線圈相互靠近時，當一個線圈內(nèi)電流發(fā)生變化時，會在另一個線圈上產(chǎn)生感應電動勢，這種現(xiàn)象叫做互感現(xiàn)象，簡稱互感。由互感產(chǎn)生的電動勢叫做互感電動勢。干式變壓器鉗形電流表在電力系統(tǒng)和電子線路中廣泛應用的變壓器、互感器、鉗形電流表等都是根據(jù)互感原理制成的?；ジ械膽猛思皯没ジ芯€圈兩端的極性判斷是互感線圈連接的前提和條件。當兩個線圈通入電流，所產(chǎn)生的磁通方向相同時，兩個線圈的電流流入端稱為同名端（又稱同極性端），反之為異名端。電路圖中常用黑點符號“·”標記。例1：電路如圖所示，試判斷同名端。a圖中：2、4、5為同名端，1、3、6也為同名端。b圖中：1、4為同名端，2、3也為同名端。解：第4章單相正弦交流電路——電工技術(shù)基礎與技能——01認識單相正弦交流電常見交流電波形交流電是指大小和方向都隨時間變化的電流、電壓和電動勢，常用AC（AlfernatingCurrrent）來表示。隨時間按正弦規(guī)律變化的交流電，稱為正弦交流電，不按正弦規(guī)律變化的交流電稱為非正弦交流電。正弦交流電的表示方法正弦交流電的解析式正弦交流電的表示方法

正弦交流電的波形圖正弦交流電的三要素最大值和有效值的關(guān)系周期和頻率的關(guān)系角頻率、周期和頻率的關(guān)系最大值（或有效值）、周期（或頻率、角頻率）和初相位。a)超前、滯后b)同相c)反相d)正交只有同頻率的正弦交流電才可以比較相位關(guān)系。

習慣上規(guī)定相位差用絕對值用小于的角來表示。正弦交流電的相位關(guān)系旋轉(zhuǎn)矢量表示法旋轉(zhuǎn)矢量表示法

只有同頻率正弦量的矢量才能畫在同一個矢量圖中。

旋轉(zhuǎn)矢量的加、減運算可以按平行四邊形法則進行。例題例

已知正弦交流電試求：（1）最大值和有效值；

（2）角頻率、頻率、周期；（3）相位和初相位；

（4）t=0s和t=0.01s時的電壓瞬時值。同頻率正弦交流電相加的矢量運算同頻率的正弦交流量相加，其和仍為同頻率正弦交流量。它們的運算可以按平行四邊形法則進行。步驟為：（1）作基準線x軸（基準線通常省略不畫），確定比例單位；（2）作出正弦交流電相對應的旋轉(zhuǎn)矢量；（3）根據(jù)矢量的平行四邊形法則作圖；（4）根據(jù)得到的和矢量的長度及和矢量與x軸的夾角就是所得正弦量的最大值（或有效值）和初相角φ0；寫出表達式。正弦交流電矢量運算02單一元件正弦交流電路輸入端用低頻信號發(fā)生器加0.5Hz正弦交流電，觀察電壓表和電流表指針擺動情況。電壓表和電流表指針擺動步調(diào)一致。實驗探究純電阻電路實驗探究輸入端用低頻信號發(fā)生器加50Hz正弦交流電，記錄電壓表和電流表的讀數(shù)。電阻的電壓和電流有效值符合歐姆定律。純電阻電路波形圖相量圖純電感電路交流電路中純電感兩端電壓超前電流90°。電感對電流的阻礙作用叫感抗，用XL表示，單位為歐姆。感抗的大小為XL＝ωL＝2πfL

純電感電路實驗探究輸入端用低頻信號發(fā)生器加0.5Hz正弦交流電，觀察電壓表和電流表指針擺動情況。輸入端用低頻信號發(fā)生器加1Hz正弦交流電，改變電壓值，記錄幾組電壓表和電流表的讀數(shù)。電壓表和電流表指針擺動步調(diào)不一致。電壓有效值和電流有效值成正比。純電容電路實驗探究輸入端用低頻信號發(fā)生器加0.5Hz正弦交流電，觀察電壓表和電流表指針擺動情況。輸入端用低頻信號發(fā)生器加1Hz正弦交流電，改變電壓值，記錄幾組電壓表和電流表的讀數(shù)。電壓表和電流表指針擺動步調(diào)不一致。電壓有效值和電流有效值成正比。純電容電路結(jié)論波形圖相量圖純電容電路交流電路中純電容兩端電壓滯后電流90°。電容對電流的阻礙作用叫做容抗，用XC表示，單位為歐姆。容抗的大小為純電容電路單一元件交流電路功率功率類型純電阻電路純電感電路純電容電路有功功率無功功率視在功率03串聯(lián)電路RL串聯(lián)電路電壓關(guān)系RL串聯(lián)電路電壓三角形RL串聯(lián)電路RL串聯(lián)電路阻抗和功率RL串聯(lián)電路阻抗三角形RL串聯(lián)電路功率三角形RC串聯(lián)電路電壓關(guān)系RC串聯(lián)電路電壓三角形RC串聯(lián)電路RC串聯(lián)電路阻抗和功率RC串聯(lián)電路阻抗三角形RC串聯(lián)電路功率三角形RLC串聯(lián)電路電壓關(guān)系RLC串聯(lián)電路XC>XLXC<XLXC=XL

RLC串聯(lián)電路阻抗和功率阻抗RLC串聯(lián)電路功率三角形功率串聯(lián)電路功率類型阻抗三角形電壓三角形功率三角形RL串聯(lián)電路RC串聯(lián)電路RLC串聯(lián)電路04電能測量與節(jié)能電能的計算電能做功所消耗電能的多少可以用電功來度量。電功的計算公式為：例1：電烤箱的額定電壓220V，額定功率為1000W，把它接到220V的工頻交流電源上工作。求電烤箱的電阻值和電流。如果連續(xù)使用0.5h，它所消耗的電能是多少？節(jié)能