33电工基础知识

电工基础知识第一节直流电路及基本物理量一、直流电路•直流电路：电路中电流的大小、方向都不随时间变化的电路。•电路：由电源，负载，和中间环节构成。1）电源：电路中，供给电路能源的装置，例如蓄电池，发电机等。电源将非电能量转换为电能量。2）负载：电路中，使用电能的设备或元器件成为负载，也叫负荷。例如电灯，电炉等。负载将电能量转换为非电能量。3）中间环节：电路中，连接电源和负载的部分。例如导线开关等。导线：电源与负载之间的连接线。构成电流回路。开关：可以产生分合动作，开关的分合可以接通电路和断开电路。F负载电源导线VA开关导线I二、电流•导体：内部存在自由电荷的物体。例如：金属内部存在自由电子。导电液体内存在正负离子等。•绝缘体：内部不存在自由电荷的物体。•电流：自由电荷在电场力的作用，以一定方向移动，形成电流。1）直流电流：通过导体横截面的电流的方向，大小不随时间的变化而变化，称为恒定电流或直流电流，简称直流。2）电流强度:衡量电流大小强弱的物理量称为电流强度，简称电流。对于直流，I=Q/t；I:电流强度；Q:电量，单位为库仑；t:时间，单位为秒。电流强度单位为安培计为A。更大的单位为kA(1000)等，更小的单位为mA(1/1000)，uA(1/1000000)等。3）电流密度：流过导体单位截面积的电流。用j表示，单位为电流密度受导体材料的限制。2/mmA三、电阻与电导1）电阻金属导体内部的自由电子在电场力的作用下作定向运动，会与晶格中的离子发生碰撞，自由电子运动受到阻力，即导体对电流有一定的阻力。电阻：表征导体对电流的阻碍作用，用R表示，单位为欧姆（Ω），较大的单位为kΩ(1000),MΩ(1000000)。对于同一物质，其电阻为：R=ρL/S其中：R:电阻，单位：Ω；ρ：电阻率或电阻系数，单位：Ω•m；L：导体长度，单位：米；S：导体截面积，单位：平方毫米。可知，导体的电阻正比于长度，反比于截面积。不同的材料的电阻率是不同的。常用材料的电阻率由小到大排序为：金，银，铜，铝，铁。2）电导电导：表征导体的导电能力，是电阻的倒数，用G表示，单位为西门子（S）。例题1：一导线的电阻为100欧，求该导线的电导。解：G=1/R=1/100=0.01(欧)。例题：用20米长的铜线绕制一个2欧的电阻，已知铜线的电阻率为0.42欧•米，试计算所用铜线的横截面积。解：由R=ρL/S,S=ρL/R=0.42*20/2=4.2(平方毫米)。3）电阻与温度的关系导体的电阻随温度而变化，原因有两个。（1）温度升高自由电子与晶格碰撞增多，电阻增大。（2）温度升高导体内的自由电荷增多，电阻减小。电阻温度系数：当温度变化1℃时电阻的相对增量，用αr表示，单位为%/℃。设温度为T1时电阻为R1，当温度变化到T2时，电阻为R2,则：R2=R1(1+αr(T2-T1))。例题：铜线在20时电阻为150欧，当温度改变后测得电阻为210欧，这时的温度是多少？（已知铜的电阻温度系数αr=0。004/℃）解：因为R2=R1(1+αr(T2-T1))。则：T2=T1+(R2-R1)/(R1*αr)=20+（210-150）/（50*0.004）=120(欧)四、电动势与电压•电动势：表征电源内其他（非电）能量转换为电能时做功的能力。电动势的大小等于克服电场力把单位正电荷在电源内从负极移动到正极所作的功。电动势的方向为从电源负极指向正极。用E表示单位为伏特或伏。电动势的表达式：E=W/Q。实际电源端电压：U=E-IRo当I=0时，U=E。称为开路电压。当Ro=0时，U=E。当R=0;I=E/Ro。称为短路电流。E++-E电源符号五、欧姆定律1)部分电路欧姆定律I=U/R即，流过电阻的电流与电阻上的电压成正比，与电阻成反比。2）全电路欧姆定律I=E/R总。R=R负载+R导线+R0+U-IR六、电功率和电能1）电功率电功率：表示单位时间内电能的变化，用P表示，单位为瓦特记为W。较大的单位为kW(1000W),MW(1000kW).较小的单位为mW(1/1000W),uW(1/1000mW)。直流电路中一段电路的电功率P=UI；其中U为该段电路的电压，I为该段电路的电流。2）电能电能：产生或消耗的电能量。用W表示,在直流电路中W=Pt=UIt。若P的单位为瓦,t的单位为秒，则W的单位为焦耳（J)。常用的电能单位为千瓦时（kWh）,俗称1度。1度=1kW•h=3.6*1000000(J)。又有：P=W/t1马力=0.735kW。例题：某电路，电阻R=5欧，电流I=10A，求10s后电阻消耗的电功率和电能。解：P=UI=R*I*I=500(W)；W=Pt=500*10=5000(J)。例题：一台电视机每天收看4小时，他的功率是500W，电费为0.6元/度。问这台电视机每月（30天）电费是多少？解：每月用电小时数t=4•30=120(h)。每月消耗电能W=Pt=(500/1000)*120=60(kW•h)。每月电费：0.6•60=36(元)。七、电阻的串联、并联和混联1、电阻的串联串联电阻R=R1+R2+R3因为U=U1+U2+U3=IR1+IR2+IR3=I(R1+R2+R3)又因为U=IR所以R=R=R1+R2+R3上式两边同乘以I*I,可以得到P=P1+P2+P3即串联电阻的功率等于各电阻功率之和。I2、电阻的并联并联电阻1/R=1/R1+1/R2+1/R3即：G=G1+G2+G3G=1/R;G1=1/R1;G2=1/R2;G3=1/R3。因为I=I1+I2+I3=U*G1+U*G2+U*G3=U（G1+G2+G3）而I=GU。所以G=G1+G2+G3即：1/R=1/R1+1/R2+1/R33、电阻的混联R串=R1+R2；R并=R3+R4；R=R串+R并一般方法，对既有串联又有并联的电路，先将各部分电路进行串联、并联化简。化简后若还有串联并联电路，再进行串联、并联化简。直至不能再化简为止。第二节磁场及电磁感应一、磁场•磁场是一种物质形态，储藏有一定的能量，对磁体或载流体有一定的作用力。1、磁力线磁力线是描述磁场结构的一组曲线。磁力线上某点的切线方向就是该点磁场的方向。磁力线在某区域的密度与该区域的磁场强弱成正比。磁力线是闭合曲线。2、右手螺旋定则右手螺旋定则用来确定磁场方向与产生该磁场的电流方向的相互关系的。长直导体电流磁场，右手握住导线，拇指指向电流方向，其余四指的绕向即为磁场方向。螺线管电流磁场，右手握住螺线管，其余四指的绕向电流方向，拇指指向即为磁场方向。3、磁感应强度与磁通量磁感应强度：描述磁场的强度与方向的物理量。用B表示，单位为特斯拉，记为T。磁感应强度是矢量。磁通量：磁感应强度与垂直于磁场方向的面积的乘积，称为该面积的磁通量，用Φ表示Φ=BS磁通的单位为韦伯（Wb）。二、磁导率与磁场强度1、磁导率磁导率：表征磁介质磁性能的物理量。绝对磁导率用μ表示，单位为（H/m）。相对磁导率μr是相对于真空中的磁导率(μo)的比值。μr=μ/μo。μo=4π*10-7H/m。空气的磁导率μ=μo。2、磁场强度磁场强度：磁场中某点磁感应强度与磁导率的比值。用符号H表示。H=B/μ单位为安培/米（A/m）。三、磁场对载流导体的作用与左手定则磁场对载流导体的作用：体现为当载流导体置于磁场中时，导体将受到磁场的力的作用。这种作用力叫做电磁力。实验证明电磁力的大小与磁感应强度，导体中的电流，导体的长度成正比。F=BIL.其中：F(N)电磁力；B(T)磁感应强度；I(A)电流；L(m)长度；左手定则：平伸左手，拇指与其余四指垂直，磁力线穿过掌心，四指指向电流方向，此时，拇指方向即为电磁力方向。四、磁路及磁路欧姆定律•磁路是磁通Φ的闭合路径，在电工设备中通常用磁导率非常高的的铁磁材料作为磁路。设有N匝线圈通过电流I，通过铁心的磁通为Φ=NI/(L/(μS))其中：N:绕组匝数；I绕组电流；L：磁路长度；S:铁心截面积；μ：磁路材料的磁导率。令Rm=L/μS；F=NI。则：Φ=F/Rm。F:称为磁通势；Rm：称为磁阻。上式成为磁路欧姆定律。五、电磁感应•电磁感应：由导体切割磁力线而在导体中产生感应电流(电动势)的现象。e=BLv其中，e(V)电压；B(T)磁感应强度；L(m)导体长度；v(m/s)导体运动速度。•感应电动势方向的右手定则磁力线穿过右手心，拇指指向导体运动方向，其余四指所指即为感应电动势方向。•单匝线圈的感应电动势当穿过单匝线圈的磁通量Φ发生变化时，线圈上将产生感应电动势，其大小等于穿过线圈的磁通Φ对时间的变化率。六、自感与互感1、自感现象当流过线圈的电流变化时，该电流产生的磁通也发生相应的变化，由电磁感应原理，线圈中将产生感应电动势（自感电动势），这种现象即为自感现象。自感系数（简称自感）：L=ΦN/i;即自感为磁链与电流之比，自感的单位为亨记为（H）。2、互感现象若有两个及以上的线圈，当某个线圈中的电流产生的磁通穿过（耦合）另外的线圈，该电流发生变化，被穿过（耦合）的线圈中的磁通也发生变化，由电磁感应原理，被穿过（耦合）的线圈中将会产生感应电动势。这种一个线圈的电流变化，在另一个线圈产生的感应电动势的现象称为互感现象。第三节正弦交流电路一、交流电路的基本概念及参数交流电：电动势，电压，电流的大小方向随时间变化的。周期性交流电：以上变化是周期变化的。正弦交流电：以上变化是按正弦规律变化的。1、正弦交流的数值（1）瞬时值e=Emsin(ωt+φe)（2）最大值即振幅，峰值等用Em，Um，Im表示。（3）有效值交流电与直流电的等效热效应值，用E,U,I表示最大值与有效值的关系为：Um=U等。22、频率和角频率周期：正弦交流电循环一次所经历的时间。用T表示，单位为秒（s）。频率：正弦交流电单位时间内完成循环的次数。用f表示，单位为赫兹（Hz）。频率与周期的关系：f=1/T,T=1/f角频率：正弦交流电单位时间内正弦量循环的弧度数（电角度）。用表示，单位为弧度/秒（rad/s）。与频率的关系为：ω=2πf。3、正弦交流量的相位，初相位与相位差相位：(ωt+φe)初相位：φe若有两个同频正弦量u=Umsin(ωt+φu)及i=Imsin(ωt+φi)相位差：φ=(ωt+φu)-(ωt+φi)=φu-φi。即两个同频正弦量的相位差等于其初相之差。4、正弦量的相量表示u=Umsin(ωt+φu)≒Ù=U∠φuφu+1+jÙÙm二、单相交流电路第四节三相交流电路一、对称三相电路二、三相电源的供电方式三、三相负载的接线方式四、三相负载功率计算五、三相不对称电路