徐樹(shù)英《電工學(xué)》海南大學(xué)教學(xué)課件

徐樹(shù)英《電工學(xué)》教學(xué)課件本課件適用于海南大學(xué)電工學(xué)課程，旨在幫助學(xué)生深入理解電工學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，并掌握相關(guān)技能。課程簡(jiǎn)介教材本課程主要采用徐樹(shù)英教授編著的《電工學(xué)》教材，該教材內(nèi)容全面，講解清晰，實(shí)例豐富，適合高校電氣工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)。實(shí)踐教學(xué)課程注重理論聯(lián)系實(shí)際，將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。課程目標(biāo)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將掌握電工學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，為后續(xù)學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)課程打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。教學(xué)目標(biāo)掌握基本概念學(xué)生將學(xué)習(xí)電工學(xué)的基本概念，如電壓、電流、電阻、電容、電感等。培養(yǎng)實(shí)踐能力學(xué)生將通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作和項(xiàng)目實(shí)踐，提升分析、設(shè)計(jì)和解決電工問(wèn)題的能力。提升專業(yè)素養(yǎng)學(xué)生將學(xué)習(xí)電工學(xué)在現(xiàn)代社會(huì)中的應(yīng)用，了解相關(guān)職業(yè)發(fā)展路徑?；靖拍?電荷物質(zhì)的構(gòu)成粒子，擁有正負(fù)兩種屬性，靜止時(shí)可產(chǎn)生電場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)可產(chǎn)生磁場(chǎng)。2電流電荷定向移動(dòng)形成電流，電流強(qiáng)度是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體截面的電荷量，單位是安培(A)。3電壓使自由電荷定向移動(dòng)形成電流的因素，電壓是單位電荷在電場(chǎng)中移動(dòng)所做的功，單位是伏特(V)。4電阻導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用，電阻值的大小與導(dǎo)體的材料、長(zhǎng)度、橫截面積有關(guān)，單位是歐姆(Ω)。電路基本定律1基爾霍夫電流定律(KCL)任何節(jié)點(diǎn)的電流總和為零。表示電流流入節(jié)點(diǎn)的總量等于流出節(jié)點(diǎn)的總量。2基爾霍夫電壓定律(KVL)任何閉合回路中，所有電壓降的代數(shù)和等于零。表示所有電壓源的代數(shù)和等于所有元件上的電壓降。3歐姆定律導(dǎo)體中的電流與其兩端的電壓成正比，與導(dǎo)體的電阻成反比。公式：I=U/R。電阻的特性歐姆定律電阻是導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的體現(xiàn)。歐姆定律是描述電阻與電流和電壓之間關(guān)系的重要定律，即電流與電壓成正比，與電阻成反比。溫度影響電阻的大小會(huì)受溫度影響。對(duì)于金屬導(dǎo)體，溫度升高，電阻會(huì)增大；對(duì)于半導(dǎo)體，溫度升高，電阻會(huì)減小。材料特性不同材料具有不同的電阻率，影響著材料的導(dǎo)電性能。例如，銅的電阻率低，是良好的導(dǎo)體；而橡膠的電阻率高，是良好的絕緣體。幾何形狀電阻還受導(dǎo)體長(zhǎng)度、橫截面積的影響。長(zhǎng)度越長(zhǎng)，電阻越大；橫截面積越大，電阻越小。電容的特性電容的基本概念電容是一種儲(chǔ)能元件，它能夠儲(chǔ)存電荷。電容由兩塊金屬板組成，中間隔著絕緣介質(zhì)。當(dāng)電容兩端施加電壓時(shí)，電荷會(huì)積累在金屬板上，從而形成電場(chǎng)。電容的特性電容的大小由其形狀、尺寸和介質(zhì)的介電常數(shù)決定。電容的單位是法拉（F），它代表了電容儲(chǔ)存電荷的能力。電容的應(yīng)用電容在電子電路中有著廣泛的應(yīng)用，例如，濾波器、耦合器、定時(shí)器和儲(chǔ)能器等。電感的特性電感的基本概念電感是電路中的一種元件，它能夠儲(chǔ)存能量，并以磁場(chǎng)的形式存儲(chǔ)。當(dāng)電流通過(guò)電感時(shí)，會(huì)在電感周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的大小與電流成正比，也與電感的電感量成正比。電感的主要特性電感的主要特性包括電感量、電感系數(shù)和電感阻抗。電感量是指電感儲(chǔ)存能量的能力，通常用亨利(H)表示。電感系數(shù)是指電感線圈的形狀和大小對(duì)電感量的影響程度。電感的應(yīng)用電感在電子電路中應(yīng)用廣泛，例如，在濾波電路中，電感可以濾除交流信號(hào)，并允許直流信號(hào)通過(guò)。在開(kāi)關(guān)電源中，電感可以用來(lái)儲(chǔ)存能量，并提供穩(wěn)定的輸出電壓。電路分析方法1節(jié)點(diǎn)分析法基于基爾霍夫電流定律2網(wǎng)孔分析法基于基爾霍夫電壓定律3疊加定理線性電路的多個(gè)電源獨(dú)立作用4替代定理將復(fù)雜電路等效為簡(jiǎn)單的電路電路分析方法是研究電路的基本方法，通過(guò)分析電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，可以預(yù)測(cè)和控制電路的行為。這些方法可以幫助我們理解電路的運(yùn)作機(jī)制，并應(yīng)用于設(shè)計(jì)和調(diào)試電子設(shè)備。串聯(lián)電路分析1串聯(lián)電路定義串聯(lián)電路中，電流只有一條路徑可以流動(dòng)2電壓規(guī)律總電壓等于各元件電壓之和3電流規(guī)律所有元件電流相等4電阻規(guī)律總電阻等于各元件電阻之和串聯(lián)電路分析方法是學(xué)習(xí)電工學(xué)的基礎(chǔ)，它是理解更復(fù)雜電路的關(guān)鍵。通過(guò)學(xué)習(xí)串聯(lián)電路的特性，可以更深入地理解電壓、電流和電阻之間的關(guān)系，為后續(xù)學(xué)習(xí)并聯(lián)電路、電路平衡分析以及三相電路打下基礎(chǔ)。并聯(lián)電路分析基本概念并聯(lián)電路中，各元件兩端電壓相等，電流則按電流分配規(guī)律分配。電流計(jì)算并聯(lián)電路總電流等于各支路電流之和，即I總=I1+I2+...+In。電壓計(jì)算并聯(lián)電路中，各支路電壓等于電源電壓，即U1=U2=...=Un=U電源。阻抗計(jì)算并聯(lián)電路總阻抗的倒數(shù)等于各支路阻抗倒數(shù)之和，即1/Z總=1/Z1+1/Z2+...+1/Zn。功率計(jì)算并聯(lián)電路總功率等于各支路功率之和，即P總=P1+P2+...+Pn。電路平衡分析1對(duì)稱三相負(fù)載三相負(fù)載對(duì)稱，各相電流相等，且相位差為120度。2線電流與相電流線電流等于相電流的根號(hào)3倍，相位超前相電流30度。3中性線電流中性線電流為三相電流的矢量和，理想情況下，中性線電流為零。4平衡分析通過(guò)分析線電流和相電流的關(guān)系，判斷電路是否平衡。電路平衡分析是三相電路分析的重要組成部分，它可以幫助我們了解三相負(fù)載的工作狀態(tài)，并進(jìn)行故障診斷和安全評(píng)估。三相電路三相電源提供更穩(wěn)定的電力供應(yīng)，減少電壓波動(dòng)和功率損耗。電機(jī)效率更高三相電機(jī)比單相電機(jī)具有更高的功率密度，運(yùn)行效率更高。更復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)三相電路分析需要考慮相位關(guān)系和電壓平衡，難度更高。變壓器原理及應(yīng)用1變壓器的工作原理變壓器利用電磁感應(yīng)原理，改變交流電壓的幅值，實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和利用。2變壓器的類型變壓器有多種類型，例如電力變壓器、電子變壓器、音頻變壓器等，用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。3變壓器的應(yīng)用變壓器廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、電子設(shè)備、通信設(shè)備等領(lǐng)域，在現(xiàn)代社會(huì)中發(fā)揮著重要作用。直流發(fā)電機(jī)原理電磁感應(yīng)直流發(fā)電機(jī)利用電磁感應(yīng)原理，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線時(shí)，會(huì)在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。換向器換向器是直流發(fā)電機(jī)的重要組成部分。它將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為直流電，使電流方向始終保持一致。磁場(chǎng)直流發(fā)電機(jī)需要產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)是由勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的，可以是自勵(lì)式或他勵(lì)式。結(jié)構(gòu)直流發(fā)電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、換向器、電刷等部件組成。交流發(fā)電機(jī)原理磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)交流發(fā)電機(jī)利用電磁感應(yīng)原理，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割線圈產(chǎn)生電流。線圈感應(yīng)定子線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流隨磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)而變化，形成交流電。結(jié)構(gòu)組成交流發(fā)電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、勵(lì)磁系統(tǒng)等組成。電動(dòng)機(jī)的工作原理電磁感應(yīng)原理電動(dòng)機(jī)利用電磁感應(yīng)原理，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。磁場(chǎng)相互作用電流通過(guò)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，與定子磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)力矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)機(jī)械設(shè)備工作。電機(jī)控制技術(shù)電機(jī)控制系統(tǒng)電機(jī)控制系統(tǒng)由控制器、驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)組成，控制電機(jī)速度、扭矩和位置?？删幊踢壿嬁刂破鱌LC用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制邏輯，通過(guò)編程來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)行模式。伺服電機(jī)應(yīng)用伺服電機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，例如機(jī)器人、機(jī)床和自動(dòng)化生產(chǎn)線。電力電子器件晶體管晶體管是電流控制電流器件，用于放大信號(hào)或開(kāi)關(guān)控制電流。二極管二極管是單向?qū)щ娫?，用于整流、濾波、保護(hù)等?？煽毓杩煽毓枋强煽亻_(kāi)關(guān)器件，用于功率控制、逆變等。集成電路集成電路將多個(gè)電子元件集成在一個(gè)芯片上，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。電力電子電路應(yīng)用電源電力電子技術(shù)可以用于制造高效率、可靠和緊湊的電源。直流電源、交流電源以及便攜式電子設(shè)備電源。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電力電子電路可以控制電機(jī)速度、扭矩和方向。應(yīng)用于電動(dòng)汽車、工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)器人等領(lǐng)域。電力系統(tǒng)基礎(chǔ)11.電源系統(tǒng)電力系統(tǒng)是一個(gè)由發(fā)電廠、輸電線路、變電站、配電線路和用戶組成，用于生產(chǎn)、輸送、分配和利用電能的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。22.電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電力系統(tǒng)通常包含發(fā)電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)、變電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)，每個(gè)部分都有特定的功能和作用。33.電力系統(tǒng)運(yùn)行電力系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，以確保電能的穩(wěn)定供應(yīng)和安全運(yùn)行。44.電力系統(tǒng)安全電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要，需要采取各種措施來(lái)防止事故發(fā)生，并保障人身安全。配電系統(tǒng)配電系統(tǒng)概述配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)將電力從變電站輸送到最終用戶。它主要由配電線路、變壓器、開(kāi)關(guān)設(shè)備、保護(hù)裝置等組成。配電系統(tǒng)功能配電系統(tǒng)的主要功能是將電力安全可靠地分配給用戶，并滿足用戶的用電需求。配電系統(tǒng)還承擔(dān)著對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行控制和管理的職責(zé)。輸電系統(tǒng)1電能傳輸從發(fā)電廠到用戶之間的電能傳輸過(guò)程，涉及電壓等級(jí)轉(zhuǎn)換、線路損耗控制等。2輸電線路包括高壓架空線路、地下電纜等，根據(jù)距離和電壓等級(jí)選擇合適的線路類型。3輸電網(wǎng)由多個(gè)發(fā)電廠、變電站和輸電線路構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)電能的穩(wěn)定供應(yīng)和調(diào)度。4智能電網(wǎng)利用信息技術(shù)和通信技術(shù)提高輸電效率，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。電能質(zhì)量電壓波動(dòng)電壓波動(dòng)會(huì)影響電氣設(shè)備的性能，甚至導(dǎo)致設(shè)備損壞。諧波污染諧波會(huì)造成電能損耗，并影響電氣設(shè)備的壽命。功率因數(shù)功率因數(shù)低會(huì)造成電能損耗，并影響電網(wǎng)的效率。瞬態(tài)現(xiàn)象瞬態(tài)現(xiàn)象會(huì)造成電氣設(shè)備的損壞，并影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。電能計(jì)量技術(shù)電能表電能表用于測(cè)量和記錄用電量，常見(jiàn)的類型包括機(jī)械式電能表和電子式電能表。智能電網(wǎng)智能電網(wǎng)利用先進(jìn)的計(jì)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，提高能源效率。自動(dòng)化計(jì)量自動(dòng)化計(jì)量系統(tǒng)可以自動(dòng)采集和處理電能數(shù)據(jù)，提高計(jì)量精度和效率。遠(yuǎn)程計(jì)量遠(yuǎn)程計(jì)量系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程讀取電能數(shù)據(jù)，方便用戶查詢用電信息，并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。安全用電安全用電常識(shí)了解基本的安全用電常識(shí)，如正確使用電器、避免觸電危險(xiǎn)等。火災(zāi)預(yù)防學(xué)習(xí)預(yù)防電氣火災(zāi)的方法，包括定期檢查線路、正確使用電器等。應(yīng)急處理掌握觸電事故的應(yīng)急處理措施，如及時(shí)切斷電源、進(jìn)行人工呼吸等。環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展能源效率節(jié)約能源，減少浪費(fèi)，提高能源利用效率，降低環(huán)境影響。例如，使用節(jié)能燈泡，優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)，提高電機(jī)效率?？稍偕茉撮_(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等可再生能源，減少對(duì)化石燃料的依賴。例如，建設(shè)太陽(yáng)能發(fā)電站，開(kāi)發(fā)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，利用水力發(fā)電。環(huán)境保護(hù)減少污染排放，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，維護(hù)生物多樣性，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。例如，減少?gòu)U氣排放，減少水污染，保護(hù)森林和濕地。電工學(xué)新技術(shù)11.智能電網(wǎng)智能電網(wǎng)是通過(guò)信息通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化，提高效率和可靠性。22.電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于電源、電機(jī)控制和電力系統(tǒng)等領(lǐng)域，提高能源效率和可靠性。33.可再生能源技術(shù)可再生能源技術(shù)，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能，是未來(lái)電力系統(tǒng)的重要組成部分，推動(dòng)能源可持續(xù)發(fā)展。44.電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)電