电工基础理论知识.pdf

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1、 电工基础理论知识 LELE was finally revised on the morning of December 16,2020 一.电工基础知识 1.直流电路 电路 电路的定义:就是电流通过的 电路的组成:电路由、负载、组成 内电路:负载、导线、开关 外电路:电源内部的一段电路 负载:所有电器 电源:能将其它的转换成电能的设备 基本物理量 1.2.1 电流 电流的形成:导体中的自由电子在电场力的作用下作有的定 向运动就形成电流.电流具备的条件:一是有电位差,二是电路一定要闭合.电流强度:电流的大小用电流强度来表示,值等于单位时间内 通过导体截面的,计算公式为 其中 Q 为电荷量(库

2、仑);t 为时间(秒/s);I 为电流强度 电流强度的单位是“安”,用字母“A”表示.常用单位有:千安(KA)、安(A)、毫安(mA)、微安(uA)1KA=103A 1A=103mA 1mA=103uA 直流电流()的大小和不随时间的变化而变化,用大写字母“I”表示,简称直流电.电压 电压的形成:物体带电后具有一定的电位,在电路中任意的 电位差,称为该两点的电压.电压的方向:一是高电位指向低电位;二是电位随参考点不同而改 变.电压的单位是“伏特”,用字母“U”表示.常用单位有:千伏(KV)、伏(V)、毫伏(mV)、微伏(uV)1KV=103V 1V=103 mV 1mV=103 uV 电动势

3、电动势的定义:一个电源能够使电流持续不断沿电路流动,就是因为 它能使电路两端维持一定的 电位差.这种电路两端产生和维持电位差的能力就叫电源电动势.电动势的单位是“伏”,用字母“E”表示.计算公式为 (该表明电源将其它形式的能转化成电能的能力)其中 A 为外力 所作的功,Q 为电荷量,E 为电动势.电源内电动势的方向:由低电位移向高电位 电阻 电阻的定义:自由电子在物体中移动受到其它的阻碍,对于这种 导电所表现的能力就叫电阻.电阻的单位是“欧姆”,用字母“R”表示.电阻的计算方式为:其中 l 为导体长度,s 为截面积,为材料电阻率 铜=铝=欧姆定律 欧姆定律是表示电压、电流、电阻的基本定律.部分

4、电路欧姆定律:电路中通过电阻的电流，与电阻两端所加的电压 成正比,与电阻,称为部分欧姆定律.计算公式为 U=IR 全电路欧姆定律:在闭合电路中(包括电源),电路中的电流与电源的电动势成正比,与电路中负载电阻及之和成反比,称全电路欧姆定律.计算公式为 其中 R 为,r0 为,E 为电动势 电路的连接(串连、并连、混连)串联电路 电阻串联将电阻首尾依次相连,但电流只有一条的连接方法.电路串联的为电流与总电流相等,即 I=I1=I2=I3 总电压等于各电阻上电压之和,即 U=U1+U2+U3 总电阻等于负载电阻之和,即 R=R1+R2+R3 各电阻上电压降之比等于其电阻比,即,电源串联:将前一个电源

5、的负极和后一个电源的正极依次连接起来.特点:可以获得较大的电压与电源.计算公式为 E=E1+E2+E3+En r0=r01+r02+r03+r0n 并联电路 电阻的并联:将电路中若干个电阻并列连接起来的接法,称为电阻并联.并联电路的特点:各电阻两端的电压均相等,即 U1=U2=U3=Un;电路的总电流等于电路中各支路电流之总和,即 I=I1+I2+I3+In;电路总电阻 R 的倒数等于各支路电阻倒数之和,即.并联负载愈多,总电阻愈小,供应电流愈大,负荷愈重.通过各支路的电流与各自电阻成反比,即 电源的并联:把所有电源的正极连接起来作为电源的正极，把所有电源的负极连接起来作为电源的负极，然后接到

6、电路中，称为电源并联.并联电源的条件:一是电源的电势相等;二是每个电源的内电阻相同.并联电源的特点:能获得较大的电流，即外电路的电流等于流过各电源的电流之和.混联电路 定义:电路中即有的串联又有元件的并联称为混联电路 混联电路的计算:先求出各元件串联和并联的电阻值,再计算电路的点电阻值;由电路总电阻值和电路的,根据欧姆定律计算出电路的总电流;根据元件串联的分压关系和元件并联的分流关系,逐步推算出各部分的电流和电压.电功和电功率 电功 电流所作的功叫做电功,用符号“A”表示.电功的大小与电路中的电流、电压及通电时间成正比,计算公式为 A=UIT=I2RT 电功及电能量的单位名称是焦耳,用符号“J

7、”表示;也称千瓦/时,用符号“KWH”表示.1KWH=电功率 电流在单位时间内所作的功叫电功率,用符号“P”表示.计算公式为 名称为“瓦”或“千瓦”,用符号“W”或“KW”表示;也可称“马力.1 马力=736W 1KW=马力 电流的热效应、短路 电流的热效应 定义:电流通过导体时,由于自由电子的碰撞,电能不断的转变为热能.这种电流通过导体时会发生热的现象,称为电流的热效应.电与热的转化关系其计算公式为 其中 Q 为导体产生的热量,W 为消耗的电能.短路 定义:电源通向负载的两根导线,不以而相互直接接通.该现象称之为短路.短路分析:电阻(R)变小,电流(I)加大,用公式表示为 短路的危害:温度升

8、高,烧毁设备,发生火灾;产生很大的,烧毁电源,破裂.保护措施:安装自动开关;安装.2.交流电路;单相交流电路 定义:所谓交流电即指其电动势、电压及电流的大小和方向都随时间按一定作周期性的变化,又叫正磁交流电.单相交流电的产生:线圈在磁场中运动旋转,旋转方向,产生.单相交流发电机:只有一个线圈在磁场中运动旋转,电路里只能产生一个交变电动势,叫单相交流发电机.由单相交流发电机发出的电简称为单相交流电.交流电与直流电的比较:输送方便、使用安全，价格便宜。交流电的基本物理量 瞬时值与最大值 电动势、电流、电压每瞬时的值称为瞬时值.符号分别是:电动势“E”,电压“U”,电流“I”.瞬时值中最大值,叫做交

9、流电动最大值.也叫振幅.符号分别是:Em,Im,Um.周期、频率和角频率 周期:交流电每交变一次(或一周)所需时间.用符号“T”表示;单位为“秒”,用字母“s”表示;T=I 0 t T=(China 中国)频率:交流电每秒交变的次数或周期叫做频率.用符号“f”表示,单位是 Hz.50Hz(China 中国)角频率:单位时间内的变化，用“rad/s”(每秒的角度)表示，单位为”.相位、相位差 相位:两个正弦电动势的最大值是不是在同一时间出现就叫相位,也可称相角.初相位:不同的相位对应不同的瞬时值，也叫.相位差:在任一瞬时，两个同频率的相位之差叫相位差.有效值:正弦交流电的大小和方向随时在变.用与

10、热效应相等的直流电流值来表示的大小.这个值就叫做交流电的有效值.电路:负载的电路，其电感和电容略去不计称为.:由电感组成的电路称为纯电感电路.纯电容电路:将电容器接在上组成的电路并略去电路中的一切电阻和电感.这种电路称为纯电容电路.三相交流电路 三相交流电的定义:在磁场里有三个互成角度的线圈同时转动，电路里就产生三个交变电动势.这样的叫三相交流发电机，发出的电叫三相交流电.每一单相称为.三相交流电的特点 转速相同，电动势相同;线圈形状、均相同，电动势的最大值(有效值)相等;三个电动势之间互存相位差;eA、eB、eC 为三相对称电动势.计算公式为:eA=EmSinnt eB=EmSin(wt-1

11、200)eC=EmSin(wt-2400)电源的连接(在连接中)星形连接 Y A A 相电压:每个线圈两端的电压.相电 压为 220V UA 0 线电压:两条之间的电压.线电 压为 380V B 相电压与线电压的关系如下:C UB B U 线=相;U 相=220V;U 线=380V UC C 相电流:流过每一相线圈的电流.用 I 相表示(三相四线输出)线电流:流过端成的电流.用 I 线表 示.相电流等于线电流.三角形连接 A B I 线=相;U 线=U 相 C (三线三相输出)示例:有一三相发电机，其每相电动势为 127V，分别求出三相绕组作星形连接和三角形连接时的线电压和相电压 解:作星形连

12、接时，UY 相=127V,UY 线=相=127V x 作三角形连接时，U=127V 的功率计算 单相有功功率:P=IU(纯电阻电路)功率因数:衡量高低的一个.用 Cos 表示.对于纯电阻电路，Cos=1 对于非纯电阻电路，Cos 1 单相有功功率的计算公式为(将公式一般化)P=IUCos 三相有功功率:不论“Y”或接法,总的功率等于各相功率之和 三相总功率计算公式为 P=IAUACos+IBUBCos+ICUCCos=3 对于“Y”接法,因 U 线=I 线=I 相，则 P=3 x I 相 x=I 线 U 线 Cos 对于“”接法，因因 I 线=U 线=U 相，则 P=3 x U线 x=I 线

13、U 线 Cos 示例一:某单相，用测出电流为,用万能表测出电压为 380V,设有功系数为,求有功功率.解:根据公式 P=IUCos，已知 I=，U=380V,Cos=则 P=IUCos=x 380 x =1425W 示例二:某单相电焊机,额定耗电量为,为 380V,Cos 为,求额定电流.解:根据公式 P=IUCos，则 I=3.电磁和电磁感应;磁的 任一磁铁均有两个磁极,即 N 极(北极)和 S 极(南极).同性磁极相斥,异性磁极相吸.磁场:受到磁性影响的,显示出穿越区域的电荷或置于该区域中的磁极会受到力的作用;也可称磁铁能吸铁的,称为磁场.磁材料:硬磁材料-永久磁铁;软磁材料-和的.电流的

14、磁效应 定义:载流导体周围存在着磁场,即电流产生磁场(电能生磁)称电流的磁效应.磁效应的作用:能够容易的控制磁场的产生和消失,电动机和测量磁电式的工作原理就是磁效应的作用.通电导线(或线圈)周围磁场(磁力线)的方向判别,可用右手定则来判断:通电直导线磁场方向的判断方法:用右手握住导线,大拇指指向电流方向,则其余四指所指的方向就是磁场的方向.线圈磁场方向的判断方法:将右手大拇指伸直,其余四指沿着电流方向围绕线圈,则大拇指所指的方向就是磁场方向.通电导线在磁场中受力的方向,用电动机左手定则确定:伸出左手使掌心迎着磁力线,即磁力线透直穿过掌心,伸直的四指与导线中的电流方向一致,则与四指成直角的大拇指

15、所指方向就是导线受力的方向.电磁感应 感应电动势的产生:当导体与之间有相对切割运动时,这个导体就有电动势产生.磁场的磁通变化时,回路中就有电势产生,以上现象称为.由电磁感应现象产生的电动势叫感应电动势.由感应电动势产生的电流叫感应电流.自感:由于线圈(或回路)本身电流的变化而引起线圈(回路)内产生电磁感应的现象,叫.由自感现象而产生的感应电动势叫做.互感:在同一导体内设有两组线圈,电流通过一组线圈时,线圈内产生 磁通并穿越线圈,而另一组则能产生感应电动势.这种现象叫做互感 二 常用电工仪表和测试的认识及应用 1.电工仪表的基本原理 磁电式仪表用符号 表示.其工作原理为:可动线圈通电时，线圈和永

16、久磁铁的磁场磁场相互作用的结果产生电磁力，从而形成转动力矩，使指针偏转.电磁式仪表用符号 表示,分为吸引型和排斥型两种.吸引型电磁式仪表工作原理:线圈通电后,铁片被磁化,无论在那种情况下都能使时方向转动.排斥型电磁式仪表工作原理:线圈通电后,动定铁片被磁化,动定铁片的同极相对,互相排斥,使动铁片转动.电动式仪表用符号 表示.其工作原理为:固定线圈产生磁场,可动线圈有电流通过时受到安培力作用,使指针顺时针转动.2.常用的 电工测量:电流、电压、电阻、电功率、电能、频率、功率等.电流表和电压表 电流测量 电流测量的条件:电流表须与被测电路串联;电流流量不超过量程.电流测量的方法:a 图 电流表直接

17、接入式 UE 负载 适用:交直流小电流测量 A b 图 直流电流表与分流器接入 UE A R 不 适用:扩大仪表量程 RfL 的确定:1.测出 R 表;2.定出量程 例:假定 A 表的量程为 A1(1A,1m)解:因 U 表=RfL,则 A1 x R 表=(A2 A1)x RfL 1 x =(10 1)x RfL 即 RfL=m c 图 交流电流表通过接入 R 适用:交流大电流测量 A 的选用:1)选用穿互感器的匝数必须满足电流,小于允许电流;2)购买配套仪表:例如选用 1 匝 150/5,则选用 150/5 仪表 电压测量 电压测量条件:电压表必须与被测电流并联,电压值不得超出量程.电压测量

18、方法:a 图 直接接入法 R 适用:交直流测量 V b 图 通过附加电阻加入 R 适用:扩大仪表量程,一般不超过 2000V V c 图 通过电流互感器接入 V 适用:交流高电压测量 R 电功率测量 功率表的选用:功率表大都采用电动式.因为要反映电压、电流,要使实际电压小于电压线圈耐压,实际电流小于电流线圈额定电流.接线守则:符号*,端接电源.电流端钮与电路串联,电压端钮与电路并联.接线图:I2*A B I1*A1 a R R 负载 单相功率及三相功率测量接线:a 图*W A*测量出 ZA 的功率 R ZA B ZC ZB C*W1 测出三相的 ZA、ZB、ZC 总功率 b 图*P 总=P1+P2 适用于三相三线制 ZA UAC R UAC*W2 ZB ZC UBC c 图*W1 A*W2 ZA 三相总功率:B R*W3 ZB P 总=P1+P2+P3 C*ZC 适用于三相三线、R R 三相四线制 Nv