新編電氣工程師手冊范本

1、第一篇電氣工程基礎(chǔ)篇28 / 28第一篇電氣工程基礎(chǔ)篇0第一章電氣工程基礎(chǔ)理論第一節(jié)電路與其基本定律一電路的涵（一電路的物理量電電這!電流當(dāng)我們合上電源開關(guān)的時候，燈就會發(fā)光，爐就會發(fā)熱，動機就會轉(zhuǎn)動，是因為在電路但中有電流通過的緣故。電流雖然用肉眼看不見，是可以通過它的各種表現(xiàn)而被人們所覺察。（有若那么什么叫做電流呢？電流是電荷帶電粒子）規(guī)則的定向運動而形成的。如圖!#!所示，將電源燈從就開關(guān)閉合，泡就會發(fā)光，燈泡閃光的一瞬間開始，發(fā)生了電荷向一定方向的移動。電量為!庫時的電流為!安。電流的單位也可用千安,+）安-+）安!+）納安.+）示，們之間的換算圖!#!簡單電路電表簡用“（!）流的大小

2、和單位：征電流強弱的物理量叫做電流強度，稱電流，字母!”或”表示。電即流在數(shù)值上等于單位時間通過某一導(dǎo)體橫截面的電荷量，$%&%(即則簡常如果電流不隨時間而變化，%&%($常數(shù)，這種電流稱為恒定電流，稱直流，用大寫字母!表示。即!$#$%（中電用簡式中#是在時間%通過導(dǎo)體橫截面&的電荷量。在國際單位制)*），流的單位名稱是安培，稱安，符號+表示。并規(guī)定每秒鐘通過導(dǎo)線截面的毫微（、（、（或（表它關(guān)系是：!,+$!/+!-+$!/#0+/新編電氣工程師手冊!#!$%&!(#!$%&!電實導(dǎo)而（)）流的方向：際上，體中的電流是由負(fù)電荷在導(dǎo)體中流動形成的，我們習(xí)慣上規(guī)定正電荷運動（。的方向或負(fù)電荷運動

3、的相反方向作為電流的方向?qū)嶋H方向）往在電流的實際方向是一定的但在實際電路中，流的實際方向，往難以確定。為此，分析與計算電路時?？扇我膺x定某一方向作為電流的正方向或稱為參考方向。所選電流的正方向并不一定與電流的實際（反（。方向一致。當(dāng)電流的實際方向與其正方向一致時則電流為正值圖!%)*）之電流為負(fù)值圖!%)+）因此，在正方向選定之后電流之值才有正負(fù)之分顯然在未標(biāo)定正方向的情況下電流的正或負(fù)是毫無意義的。圖!%)電流的方向?qū)ФC上所述，體中的電流不僅具有大小，且具有方向性。大小和簡如方向都不隨時間而變化的電流為恒定直流，稱直流，圖!大%&*所示。方向始終不變，小隨時間而變化的電流稱為脈動直流電如流

4、，圖!通%&+所示。大小和方向均隨時間變化的電流稱為交流電流，常其大小和方向且簡周期性變化，平均值為零的交流電，稱交流。工業(yè)上普遍應(yīng)用的交流電!*+#若!*!+分別表示*點、點電位且*點電位高于+點稱如流是按正弦函數(shù)規(guī)律變化的，為正弦交流電流，圖!%&,所示。是圖!%&-所表示的電流，非正弦交流電流。（與).電壓電位差）電位電路中負(fù)載與電源接通后就會有電流通是過。電燈發(fā)光，因為電源正負(fù)極之間存在電壓。電壓是電場中兩點間是是如在單電的電位差，變量電場力做功本領(lǐng)的物理量，產(chǎn)生電流的能力，圖!%/所示，導(dǎo)體部，位正電荷自*點移動到+點，場力所作的功+定義為*、兩點間的電壓。用!*+表示。即*+#單（

5、；式中*+電場力所做的功，位為焦0）單（。#被移動正電荷的電量，位為庫1）電壓有時也叫電位差。電位是電場中某點與零電位之間的電位差，通但（。其數(shù)值與零電位點的選擇有關(guān)。供電線路中，常選擇的電位為零電位；在電路常以電源的負(fù)極作為參考點零電位）（+則，若電位）用電位來表示*、兩點間的電壓，習(xí)!*+#!*%!+在電路中，慣上將正電荷受電場力方向即電位定降方向，為電壓方向。當(dāng)正電荷順電場方向由*點移向!電即+點，場力作正功，*+2$，*點電位高于+點反電位，之相反。圖!%&電流的種類就電產(chǎn)電流總是從高電位向低電位流動，像水從高處流向低處一樣，位差愈大即電壓愈高，生的電流就愈大。伏，字母&表示。電壓的單

6、位也可用千伏&）伏(&）微伏!&）示，們第一篇電氣工程基礎(chǔ)篇/在電簡電壓通常用!表示，國際單位制中，壓的基本單位名稱是伏特，稱毫用（、（和（表它之間的換算關(guān)系是：!&)!*&!(&)!*+&!&)!*+圖!#$%兩點間的電壓(&設(shè)+,電動勢在電路中，源是維持流過持續(xù)的電流，法不斷地向電路補充負(fù)這能量的裝置。電源的正、極之間存在電位差，是因為電源產(chǎn)生電源力克服蓄發(fā)（移（。（，移（所電場力所做功的緣故。不同的電源產(chǎn)生電源力的方向不同。例如：電瓶靠部的電極與電解液之間的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電源力；電機靠磁場中電磁感應(yīng)的作用產(chǎn)生電源力。它們分別依靠化學(xué)能和機械能將正電荷從低電位負(fù)極）到高電位正極）我們用電動勢

7、這個物理量衡量電源力對電荷做功的能力。在電源部，源力把單位正電荷從電源負(fù)極低電位）到正極高電位）做的功叫做電源的電動勢，單（。用符號表示，位為伏&）即)#$單（；式中#電源力做的功，位為焦-）單（。$被移動電量，位為庫.）電都簡（。在國際單位制中，動勢和電壓的單位名稱一樣，采用伏特，稱伏&）電源電壓與電源電動勢在概它念上不能混淆。電壓指兩個電極之間的電位差，表示電能輸出做功的能電它力；動勢是指電源部建立電位差的本領(lǐng)，表明電源依靠化學(xué)能或機械能產(chǎn)生電壓的能力。%電也是（經(jīng)（所將（移（所如圖!/所示，源電壓!$%，就是$、兩點間的電壓，單位正電荷從$點高電位）導(dǎo)線和負(fù)載移到%點低電位）失去的電能。

8、電源電動勢是在電源部電源力克服電場力，單位正電荷從%點低電位）到$點高電位）得到的電能。將因電即即通常習(xí)慣上，正電荷所受電源力的方向定為電動勢正方向，此，動勢的正方向是從電源負(fù)極到正極的方向，電位升的方向；壓的正方向是正極到負(fù)極的方向，電位降的方向。因此，動勢的正方向與如電壓的正方向相反，圖!/所示。圖在電路中，動勢的符號如圖!0所示。圖!0$為電池的表示符號，!0%為直流發(fā)電機的表示符號。電動勢和電壓的方向如圖所示。圖!/電源電動勢和電源電電直圖!0電動勢的符號（$）池（%）流發(fā)電機壓（二電路的基本參數(shù)是電是電也電電阻、感和電容是電路的三個基本參數(shù)。在電路中，阻元件發(fā)熱而消耗能量，耗能元件；

9、感元件要產(chǎn)生磁場而儲存磁場能量，儲能元件；容元件要產(chǎn)生電場而儲存電場能量，是儲能元件。下面分別介紹電路中電阻、感、容的三個基本參數(shù)。表!,電阻電阻具有阻礙電流流動的本性，征導(dǎo)體對電流呈現(xiàn)阻礙作用的電路參數(shù)叫做電阻，符號%表示。電源部的電阻稱為阻，源以外導(dǎo)線與負(fù)載的電阻稱為外電阻。在國際單位制中，阻的單位!導(dǎo)體的電阻率，位為歐米!&）。.新編電氣工程師手冊簡用（、或（表名稱是歐姆，稱歐，希臘字母!表示。也可以用千歐!）兆歐!）示。它們之間的關(guān)系是#!$#%!#!$#%!在電（#）一定的溫度下，阻與導(dǎo)體的尺寸與材料有關(guān)。金還實驗證明，屬導(dǎo)體電阻!的大小與導(dǎo)體的長度成正比，導(dǎo)體的截面積成反比，與材料

10、的導(dǎo)電能力有關(guān)。即!$!#單（；式中導(dǎo)體的長度，位為米&）單；（#導(dǎo)體的截面積，位為平方米&）單（為截（；電（在實際應(yīng)用時，了方便，面#的單位常用平方毫米&）阻率的單位便是歐平方毫米每米!。應(yīng)&(&）計算時，注意單位的換算。是用電阻!的倒數(shù)稱為電導(dǎo)，表征元件導(dǎo)電能力的電路參數(shù)，符號$表示。其國際單位名稱是西門子，$#用簡稱西，符號)表示。即$#!用單（。（電阻率的倒數(shù)叫電導(dǎo)率，符號表示，位是西門子每米)(&）實際常用西門子米每平方毫米)表&(&）示。即$#!有不同的材料，不同的電阻率。表#*#列出了常用電工材料在溫度%+時的電阻率。表#*#常用電工材料的電阻率和電阻溫度系數(shù)用途材料名稱#電阻率

11、%+平均電阻溫度系數(shù)$（!&(%,#%+（#(+）導(dǎo)電材料電阻材料碳銀銅鋁低碳鋼錳銅康銅鎳鉻鐵鋁鉻鐵鉑&）#%-%-%#./%-%#0/%-%12%-#2%-3%-33#-%*%-%/%-%2.%-%3%-%3%-%.%-%/%-%/%-%#2%-%1%-%214#-%-#%.注%表中給出的是近似值。這些數(shù)值隨著材料純度和成分的不同而有所變化。&表中碳的電阻溫度系數(shù)前有負(fù)號，示碳的電阻值隨著溫度的升高而降低。溫還金（）度對電阻的影響。實踐證明，屬導(dǎo)體的電阻除了決定于材料的性質(zhì)和導(dǎo)體的幾何尺寸外，受溫度的影響。對一般金屬來說，度在%,#%+圍電阻隨著溫度的增高而增大，碳和一些純凈的我半導(dǎo)體材料則

12、電阻隨著溫度的增高而變得愈小。為了計算導(dǎo)體在不同溫度下的電阻值，們把導(dǎo)體溫度每升高第一篇電氣工程基礎(chǔ)篇*電用導(dǎo)!時，阻值增大的百分?jǐn)?shù)叫做電阻的溫度系數(shù)，符號!表示。在#$!#之間，體電阻所增加的相對基數(shù)值，本上與溫度上升的值成正比。即!%&!（%（；(!）式中!起始溫度!時的導(dǎo)體電阻）（；!%溫度增加到%時導(dǎo)體電阻）（。!電阻溫度系數(shù)!)）它（時電甚這有些金屬或合金，們處于接近絕對零度(%*+），阻值會突然下降，至變?yōu)榱悖N現(xiàn)象叫做超利正原導(dǎo)電性。具有這種性質(zhì)的物體稱為超導(dǎo)體。目前，用低溫超導(dǎo)體材料制成的元件，在廣泛應(yīng)用于電子計算技術(shù)、子能技術(shù)等方面。電電（+）阻的種類：阻分為線性電阻和非線性

13、電阻兩種。電阻值!只與導(dǎo)體本身的材料和幾何尺寸有而關(guān)，不隨電壓或電流的變化而變化，阻值是一個常量。具有這種特性的電阻元件稱為線性電阻。它的即如稱因圖電壓和電流之間的關(guān)系，伏安特性是一直線，圖!(*,所示。電阻值!隨電壓或電流的變化而變化的電阻元件，非線性電阻。它的伏安特性是一曲線，!(*-是二極管的伏安特性。它與直線相差很大，二除此，極管是一種非線性電阻元件。我們提到的電阻，了特別說明者外均為線性電阻。圖!(*電阻的伏安特性曲線線非（,）性電阻（-）線性電阻二極管）在如在%.電感我們知道，靜止電荷的周圍存在著電場，果電荷運動就形成了電流，電流的周圍就會產(chǎn)只它載導(dǎo)也“生磁場。電和磁是不可分割的統(tǒng)

14、一體，要有電流存在，的周圍就有磁場。磁場對電流有作用力，流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力的作用，體在磁場中的運動或變動的磁場能夠產(chǎn)生電動勢和電流，就是動磁生電”。很繼變電都目前，多設(shè)備如發(fā)電機、動機、電器、壓器、工測量儀表等等，是根據(jù)電磁作用原理而制作的。二我電流就有磁現(xiàn)象，磁現(xiàn)象說明有電流存在，者既互相聯(lián)系又互相作用。為了講明電感參數(shù)，們首先介紹電磁感應(yīng)現(xiàn)象和感應(yīng)電動勢的大小和方向。電叫（!）磁感應(yīng)。變動的磁場能夠在導(dǎo)體中引起電動勢的現(xiàn)象，做電磁感應(yīng)。由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電動勢叫做感應(yīng)電動勢。由感應(yīng)電動勢所引起的電流叫做感應(yīng)電流。只才而實驗證明，有在導(dǎo)體作切割磁力線運動時，會產(chǎn)生電磁感應(yīng)，當(dāng)導(dǎo)體在磁場中

15、平行磁力線左右移是動時，不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的。感?。?）應(yīng)電動勢的大小和方向。下面分兩種情況分別討論如何確定感應(yīng)電動勢的大小和方向。#直導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢。當(dāng)導(dǎo)體對磁場作相對運動而切割磁力線時，體中感應(yīng)電動勢的大小，導(dǎo)決于磁感強度、體長度和切割速度。當(dāng)與沿所實驗表明，直導(dǎo)體在均勻磁場中，著與磁力線垂直的方向運動時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小#，導(dǎo)磁導(dǎo)線的有效長度$、線的運動速度%、感應(yīng)強度&成正比。即0新編電氣工程師手冊!#$單$（，也，以式中磁感應(yīng)強度，位名稱是特斯拉）就是韋伯#米（%&#$）前也常用電磁制單位高斯表（()）示。它們的關(guān)系是!*!（%&#$）*+,（()）#導(dǎo)線的有效長度；（）$

16、導(dǎo)線在垂直于磁力線向上運動的速度。（#)）磁感應(yīng)強度的大小!%&#或!（；（；（；單。（式中%載流導(dǎo)線受到的電磁力-）#與磁場方向垂直的導(dǎo)線長度）&導(dǎo)線中流過的電流.）!磁通，位是韋%&）既而磁感應(yīng)強度和磁通!，有聯(lián)系又有區(qū)別。是描述磁場各點性質(zhì)的物理量，磁通!是用來描述磁場某一個面上磁場狀況的物理量。如大感應(yīng)電動勢的方向按發(fā)電機右手定則確定，圖*/0所示。即把右手伸開，心迎著磁力線，拇指指其向?qū)w運動的方向，余四指所指的方向就是感應(yīng)電動勢的方向。感應(yīng)電流的方向與感應(yīng)電動勢的方向一致。圖*/0發(fā)電機右手定則感其必須指出，應(yīng)電流只有在閉合回路中才能產(chǎn)生，大還只其這小除了與感應(yīng)電動勢的大小有關(guān)外，

17、與電路中電阻的大小有關(guān)。而導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢則不論電路是否閉合，要切割磁力線就會產(chǎn)生，大小與回路中的電阻無關(guān)。當(dāng)導(dǎo)體在磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢時，體便成了電源。若把它的兩端和外電路接通形成閉合回路時，就能輸出一定的電能。借助于磁場把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，就是發(fā)電機如的基本原理，圖*/1所示。!線圈中的感應(yīng)電動勢。當(dāng)線圈回路中的磁通發(fā)生變回取化時，路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小，決于磁通變化的（和速度即磁通變化率）線圈的匝數(shù)。圖*/1發(fā)電機繞組中的感應(yīng)電動勢線實驗表明，圈中的感應(yīng)電動勢的大小與磁通變化率成正比，線圈的匝數(shù)成正比。即!(2!2)第一篇電氣工程基礎(chǔ)篇0可感總感線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的方向，以根據(jù)

18、楞次定律應(yīng)用線圈的右手螺旋定則來確定。楞次定律指出：應(yīng)電動勢的方向，是企圖阻止回路中磁通的變化。也就是當(dāng)磁通要增加時，應(yīng)電當(dāng)感回新的磁通反抗它的增加；磁通要減少時，應(yīng)電流要產(chǎn)生新的磁通去反抗它的減少。右手螺旋定則指出，路大四圖中磁通變化時，拇指指向磁通變化的反方向，指則指感應(yīng)電動勢的方向。如圖!#所示，中!圖圖為原磁通!為感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的磁通，!#$為!增加時，!#%為!減小時。（，當(dāng)圖!#應(yīng)用楞次定律來確定感應(yīng)電動勢方向習(xí)慣上規(guī)定感應(yīng)電動勢的正方向與磁通的正方向之間符號右手螺旋定則圖!）磁通!增大時，即反即為負(fù)值，&!&#(#時，)#；之為正值，&!&#)#時，(感#。因此，應(yīng)電動勢的公式可

19、寫成*&!&#對于$匝*$&!&#*&#即式中磁鏈*$!，與線圈各匝相鏈的磁通總和。自因（+）感應(yīng)和電感。線圈有電流就產(chǎn)生磁場。當(dāng)電流變化時，圈中的磁通也跟著變化，此線圈叫便產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。這種由于線圈自身電流變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象，做自感應(yīng)。由此產(chǎn)生的用所感應(yīng)電動勢叫做自感電動勢，符號,表示。自感電動勢是感應(yīng)電動勢的一種，以自感電動勢的大小和方向可以用電磁感應(yīng)定律來確定。叫簡簡也用電圖!的正方向與的正方向之間符合右螺旋定則體現(xiàn)線圈自身產(chǎn)生自感電動勢能力的物理量，做自感量，稱自感，叫電感，符號%表示。在國際單位制中，感的基本單位名稱是亨利，稱亨，-表示。還常用毫亨.-）微亨!-）示。它們之

20、間的關(guān)系是或用（、（表!.-*!#+-!-*!#/-當(dāng)（和實驗證明，線圈中沒有鐵磁材料時，圈的磁鏈或磁通）電流成正比。即*$!*%&!&0新編電氣工程師手冊或!#稱。（式中!比例常數(shù)，為線圈的電感自感）其線電線圈的匝數(shù)#愈多，電感愈大；圈中單位電流產(chǎn)生的磁通量愈大，感也愈大?？梢?，感!在數(shù)值上等于單位電流所產(chǎn)生的磁通鏈，以電感!是表示電感線圈產(chǎn)生磁通鏈能力的物理量。將磁鏈!則代入式中，得$!#%$!稱為自感電動勢。即自感電動勢的大小和線圈中電流的變化率成正比。其方向總是阻礙線圈電流的自變化。因而，感電動勢實際上總是力圖維持線圈的電流不變。（尺有。一一個線圈電感的大小決定于線圈的結(jié)構(gòu)。如匝數(shù)、寸

21、、無鐵芯、芯的形狀和磁性質(zhì)等）譬如，個鐵芯線圈的電感比空心線圈的電感大得多。所以常常把導(dǎo)體繞成的線圈叫做電感線圈。密&若，長，匝介!，則實驗證明，繞的長線圈，截面為（$%）度為（$）數(shù)為，質(zhì)的磁導(dǎo)率為（()$）其電感*為：*!+!%&在移隔旁,-電容電容器是一種能夠儲存電荷的元件，電子電路中利用電容器來實現(xiàn)濾波、相、直、路、在以選頻等作用；電力系統(tǒng)中利用電容器來改善系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少電能的損失和提高電氣設(shè)備的利用率。就可“紙云油塑兩塊用絕緣體隔開但又互相接近的金屬導(dǎo)體，構(gòu)成了一個電容器。組成電容器的金屬板叫做極板。兩極板間絕緣材料叫做絕緣介質(zhì)，采用空氣、母、料等材料。電容器在電路中的符號用”

22、表示。把于在如圖&%所示，電容器的兩個極板分別接到電壓為的直流電源上，是，電源電壓就形因負(fù)叫“電叫“的作用下，會有電荷流向電容器，成電流。由于電容器極板間是絕緣的，荷通不過，此電荷會聚積在電容器的極板上。正電荷聚積在與電源正極相連的極板上；電荷聚積在與電源負(fù)極相連的極板上。兩個極板上的電荷聚積過程，做電容器的充電”過程。相反，容器極板上電荷的釋放過程，做電容器的放電”過程。負(fù)在用而電圖&%電容器與直流電源接通由于電容器兩個極板上聚積了正、電荷，電容器極板間便產(chǎn)生了電位差，(表示。電源電壓和電容電壓)對電荷來說作用是相反的。電源電壓是促使電荷向極板上聚積，電容電壓)則阻止電荷的聚積。極板上聚積的

23、電荷越多，)越大，路中流過電流越小。當(dāng)電容器電壓等于電源電壓時，路中電再沒有電荷的移動，流就為零，源電壓對電容器的充電就停止。這時電容器的極板上聚積著一定的電荷。電即即實驗證明，容器所充的電量，電容器極板上所儲集的電量*與其極板上電壓成正比，*!)或)!*采用微法!.）皮法/.）它們之間關(guān)系是：稱簡用式中)為比例常數(shù)，為電容器的電容量，稱電容。它的國際單位名稱是法拉，符號.表示。工程上多（或（。!$%&第一篇電氣工程基礎(chǔ)篇!#!$%&!#!平電容器電容!的大小與電容器本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)。實驗證明，行板電容器的電容!和極板的面積和還有成正比，極板之間距離#成反比，與極板間的絕緣材料（()）關(guān)。即#!#!當(dāng)將電容器接于交流電源時，容器便開始周期性充電和放電。當(dāng)極板上的電量$或電壓%發(fā)生變在化時，電路中就要產(chǎn)生電流。即#&#*$*%!*電否可見，容電路中電流與電壓的變化率成正比。上