第一章电工基础知识

第一章电工基础知识特种进网高试类电工基础•1.直流电路及其基本物理量•2.磁场及电磁感应•3.正弦交流电路•4.三相交流电路1.直流电路及其基本物理量•1.1直流电路•1.2电流和电压•1.3电阻电路•1.4电功率与电能直流电路：电流的大小和方向都不随时间变化的电路。外电路：电源正极流向负及，内电路反之1.1直流电路电路的定义：电流的通路称为电路电路的主要功能：1、进行能量的转换、传输和分配。2、实现信号的传递、存储和处理。电路的组成：电源、连接导线、开关和负载组成。1.2电流和电压电流：电荷有规则定向移动形成电流。电流的形成:导体中的自由电子在电场力的作用下作有规则的定向运动就形成电流.方向：规定正电荷运动的方向直流电流(稳恒电流)的大小和方向不随时间的变化而变化,用大写字母“I”表示电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量公式：I=Q/tI—电流，单位是安，用A表示,千进位，还有微安，毫安，千安（mA、A、KA）；Q—电荷量，单位库仑，用C表示，1库仑=6.2518个电子的电量；t—时间，单位是秒，用s表示。电压:物体带电后具有一定的电位,在电路中任意两点之间的电位差,用U表示电压的方向:一是高电位指向低电位;二是电位随参考点不同而改变.电动势：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.E=W/Q(该公式表明电源将其它形式的能转化成电能的能力)其中W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压、电动势的单位都是伏特（简称伏），用v表示,千进位，还有微伏，毫伏，千伏等（mv、v、Kv）1.3电阻电路电阻元件：一种消耗电能的元件。自由电子在物体中移动受到其它电子的阻碍,对于这种导电所表现的能力就叫电阻.电感元件：一种能够贮存磁场能量的元件。电容元件：一种能够贮存电场能量的元件。R—电阻，单位欧姆（简称欧），用Ω表示，电工材料包括导体、半导体、和绝缘材料。有良好导电性能的叫导体，几乎不导电的绝缘体，介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。金属导体的电阻R与长度L成正比，与截面积S成反比，且与电阻率p有关。公式：R=pL/S电阻率是指长1米，截面积为1mm2，在200C温度下的电阻值。铜ρ=0.017铝ρ=0.028•欧姆定律：电压、电流、电阻三者关系的基本定律.•部分电路欧姆定律:电阻中的电流与电压成正比，与电阻成反比。•公式：U=IRI=U/R•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电源内阻之和成反比,称全电路•欧姆定律.计算公式为•I=E/(R+r0)•其中R为外电阻,r0为内电阻,E为电动势电阻的串联电阻的串联：将电阻首尾依次相联，使电流只有一条通路的连接方式，叫做电阻的串联。串联电路的特点：1、串联电路中各流过的电流都相等I=I1=I22、电路两端总电压等于各电阻两端电压之和。3、串联电路的总电阻等于各串联电阻之和。4、各电阻值分配的电压与各电阻值成正比。电阻串联电路图例iR1+u－R2RnRi+u－+u1－+u2－+un－nRRRR21n个电阻串联可等效为一个电阻电阻的并联电阻的并联：两个或两个以上电阻连接在一起，各电阻承受同一电压，这种连接方式叫并联。电阻并联的特征：1、并联电路中各电阻两端的电压相等2、并联电路的总电流等于各电阻中的电流之和I=I1+I2+I33、并联电路中的总电阻的倒数，等于各电阻中的倒数之和1/R=1/R1+1/R2+1/R34、并联电路中，各支路分配的电流与各支路电阻值成反比I1=IR/R1I2=IR/R2电阻并联图例电阻的混联电阻的混联：在一个电路中，既有电阻的串联，又有电阻的并联，这种联接称方式称为电阻的混联。i1i2inR1i+u－R2RnRi+u－1.4电功率与电能电功率：单位时间内电流所作的功称为电功率。P=UI=I2RP—电功率单位瓦特（简称瓦),用w表示,常用千瓦、兆瓦表示（w、Kw、Mw）电能（电功）：电流在一段时间t内，电路消耗的电功率P称为该电路的电能。W=Pt=UIt=I2RtW—电能，单位焦耳，用J表示，（电压1V、电流1A，1秒时间内所作的功是1焦耳，1J=1AVS=1WS）实际应用中，常用千瓦/小时（KWh）为单位。1度电=1KWh1马力=736W1KW=1.36马力2.磁场及电磁感应•2.1磁的基本知识•2.2磁场的基本物理量•2.3磁路欧姆定律•2.4电磁感应•2.5自感和互感2.1磁的基本知识•一、磁体与磁感线•某些物体具有吸引铁、镍、钴等物质的性质叫做磁性。具有磁性的物体叫做磁体。常见的人造磁体形式•磁感应线:在磁场中画一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都与该点的磁场方向相同，这些曲线称为磁感应线。•1.磁场的强弱可用磁感应线的疏密表示，磁感应线密的地方磁场强；疏的地方磁场弱。•2.在磁铁外部，磁感应线从N极到S极；在磁铁内部，磁感应线从S极到N极。磁感应线是闭合曲线。•3.磁感应线不相交。磁感应线•二、电流的磁效应奥斯特：通电导体的周围存在磁场，这种现象叫电流的磁效应。磁场方向决定于电流方向，可以用右手螺旋定则来判断。1、直线电流产生的磁场方法：用右手握住载流直导体，拇指伸直并指向电流方向，则弯曲的四指的指向伸直的拇指所指的方向就是磁感应线方向。图3通电长直导线的磁场方向2、通电螺线管的磁场方向•螺线管通电后，磁场方向仍可用右手螺旋定则来判定：用右手握住螺线管，四指指向电流的方向，拇指所指的就是螺线管内部的磁感线方向。图4通电螺线管的磁场方向2.1磁场的基本物理量1、磁感应强度在磁场中垂直于此磁场方向的通电导线，所受到的电磁力F跟电流强度I和导线长度L的乘积IL的比值，叫做通电导线所在处的磁感应强度，用B表示。磁感应强度是矢量：B的方向与磁场方向相同，即与小磁针N极受力方向相同。B=F/IL单位：特斯拉（T）匀强磁场中各点的磁感应强度大小和方向均相同。电磁力F的方向，用左手定则来判定。•2、磁通•在磁感应强度为B的匀强磁场中取一个与磁场方向垂直，面积为S的平面，则B与S的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量，简称磁通。•=BS磁通的国际单位是韦伯(Wb)。由磁通的定义式，可得B=/S即磁感应强度B可看作是通过单位面积的磁通，因此磁感应强度B也常叫做磁通密度，并用Wb/m2作单位。3、磁导率μ•若在磁场中放置某种物体（例如将软铁插入线圈），磁场的强弱会受到影响。放置不同的物质，对磁场强弱的影响不同。放置物质处的磁感应强度B将发生变化，磁介质对磁场的影响程度取决于它本身的导磁性能。•物质导磁性能的强弱用磁导率来表示。的单位是：•亨利/米(H/m)。不同的物质磁导率不同。在相同的条件下，值越大，磁感应强度B越大，磁场越强；值越小，磁感应强度B越小，磁场越弱。•真空中的磁导率是一个常数，用0表示•0=4107H/m为便于对各种物质的导磁性能进行比较，以真空磁导率0为基准，将其他物质的磁导率与0比较，其比值叫相对磁导率，用r表示，即0r•根据相对磁导率r的大小，可将物质分为三类：•(1)顺磁物质：r略大于1，如空气、氧、锡、铝、铅等物质都是顺磁性物质。在磁场中放置顺磁性物质，磁感应强度B略有增加。(2)抗磁物质：r略小于1，如氢、铜、石墨、银、锌等物质都是反磁性物质，又叫做抗磁性物质。在磁场中放置反磁性物质，磁感应强度B略有减小。(3)铁磁物质：r1，且不是常数，如铁、钢、铸铁、镍、钴等物质都是铁磁性物质。在磁场中放入铁磁性物质，可使磁感应强度B增加几千甚至几万倍。•4.磁场强度磁场中某点的磁场强度等于该点磁感应强度与介质磁导率的比值，用字母H表示。H=B/磁场强度H也是矢量，其方向与磁感应强度B同向，国际单位是：安培/米(A/m)。必须注意：磁场中各点的磁场强度H的大小只与产生磁场的电流I的大小和导体的形状有关，与磁介质的性质无关。2.3磁路欧姆定律•一、磁路•磁通所经过的路径叫做磁路。•为了使磁通集中在一定的路径上来获得较强的磁场，常常把铁磁材料制成一定形状的铁心，构成各种电气设备所需的磁路。•二、磁路的欧姆定律•如果磁路的平均长度为L，横截面积为S，通电线圈的匝数为N，磁路的平均长度为L，线圈中的电流为I，螺线管内的磁场可看作匀强磁场时，磁路内部磁通为•=BS=HS=(NI/L)S=NI/(L/S)一般将上式写成欧姆定律得形式，即磁路欧姆定律F=NI为磁通势mmRF电路磁路电流I磁通电阻磁阻电阻率磁导率电动势E磁动势Fｍ＝IN电路欧姆定律I=E/R磁路欧姆定律=Fｍ/RｍSLRmSLR2.4电磁感应在磁可否生电这个问题上，英国物理学家法拉第坚信，电与磁决不孤立，有着密切的联系。为此，他做了许多实验，把导线放在各种磁场中想得到电流需要一定的条件，他以坚韧不拔的意志历时10年，终于找到了这个条件，从而开辟了物理学又一崭新天地。•实验步骤:•1、导线AB在磁场中做切割磁感线的运动。•2、导线AB沿着平行磁感线的方向运动。图4-14电磁感应实验•像这样利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象，用电磁感应的方法产生的电流，叫感应电流。•闭合回路中的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动时，回路中有感应电流。•E=BLV•B-磁感应强度•L-导体有效长度•V-导体运动速度•E-感应电动势•当闭合回路中的导线作切割磁感线运动时，所产生的感应电流方向可用右手定则来判断。伸开右手，使拇指与四指垂直，并都跟手掌在一个平面内，让磁感线穿入手心，拇指指向导体运动方向，四指所指的即为感应电流的方向。2.5自感与互感1．自感现象当导体中的电流发生变化时，导体本身就产生感应电动势，这个电动势总是阻碍导体中原来电流的变化。这种由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫做自感现象。•自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动势。•在载流线圈中，载流线圈激发的磁场与其电流I成正比，通过线圈的磁通匝链数Ψ（当线圈为多匝时，通过各匝线圈的磁通量之和称为磁通匝链数Ψ，若通过每匝线圈的磁通量Φ都相同，则Ψ＝NΦ，N为线圈匝数）也与I成正比，即Ψ＝LI=NΦ•L=NΦ/I•L-电感H•2．互感现象由于一线圈电流变化引起另一个线圈产生感应电动势的现象，称为互感现象。产生的感应电动势叫互感电动势。3正弦交流电•3.1交流电基本感念•3.2单相交流电路•3.3三相交流电路设正弦交流电流：角频率：决定正弦量变化快慢振幅：决定正弦量的大小振幅、角频率、初相角成为正弦量的三要素初相角：决定正弦量起始位置msiniItIm2TitO正弦量的三要素：正弦交流电的基本参数3.1正弦交流电的基本概念21fTe0π2πtT一．周期和频率：1.周期（T）：正弦交流电从零→最大→零→负最大→零；这样循环变化一周所需的时间叫周期.周期表明交流电变化的快慢,我国交流电的周期为:T=0.02秒变化一周所需要的时间称之为周期2.频率（F）：1).定义:正弦交流电在1秒钟内完成周期变化的次数叫频率。式中:T－周期（S秒）F－频率（Hz赫芝）单位:1千赫芝=1000赫芝FT1TF12).周期与频率的关系T我国交流电频率每秒变化50次e0π2πtω单位:（弧度/秒）∵f=50HZ∴秒弧度/3145014.3222fTф）（）L（直径周长RL222RRRL弧度又fffT2121223.角频率ω（电角速度）fT22r2:周长注2/2Rr弧度f2角频率二．瞬时值、最大值、有效值1.瞬时值1).定义:交流电的大小随时间变化而变化,即某一瞬间的值.2).表示符号:用小写出e、u、i表示.tEemsintUumsintIimsin3).瞬时值的数学表达式－解析式：A.电动势B.电压C.电流式中：Em、Um、Im－最大值(ω=90°）ω－角