89电工基础知识

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电工基础知识(课题一)适用于农网配电营业工(初级)短期培训第1页共43页课题一电工基础知识一、学习内容:第一节电的基本知识――――――――――――――――――2第二节直流电路――――――――――――――――――――7第三节电磁感应――――――――――――――――――――11第四节单相交流电路――――――――――――――――――17第五节三相交流电路――――――――――――――――――33二、学习目标:1、了解物体带电、导体、绝缘体、电路的概念。2、了解电场、电阻、电流、电压、电动势、电功率、电能的概念和计量单位。3、会用欧姆定律计算简单的串联、并联电路。4、了解磁通、磁通密度、电磁感应、电感、自感的概念,知道有关计量单位。5、会正确使用右手定则、电动机左手定则、发电机右手定则。6、熟悉交流电的周期、频率、角频率、瞬时值、最大值、有效值、相位、初相位、相位差等。7、会使用表达式、相量图正确表示交流电。8、熟悉电阻、电感、电容元件在交流电流中的特点。9、会计算常见的简单单相交流电路。10、理解三相交流电的概念。11、熟悉三相交流电路的连接方式。12、会计算简单的对称三相交流电路。电工基础知识(课题一)适用于农网配电营业工(初级)短期培训第2页共43页三、学习重点1、单相交流电路的计算。2、三相交流电路的计算。四、学习难点1、电磁感应2、电阻、电感、电容在交流电路中的特点。3、相量图表示交流电。五、测试方法通过学员做判断题、选择题、计算题,检测学员是否达到学习目标。六、时间安排序号项目内容课时备注1电的基本知识22直流电路23电磁感应24单相交流电路25三相交流电路26测试2电工基础知识(课题一)适用于农网配电营业工(初级)短期培训第3页共43页第一节电的基本知识(复习)一、物体的带电与电场提问:举例说明物体带电的现象(化纤衣物摩擦生电、雷电等),物体为什么会带电?1、物质的结构电的形成与物质的微观结构有关,物质的结构为:在正常情况下,原子中正负电荷相等,整个原子不显电性。中性的原子失去电子,就带正电,成为正离子;获得电子,就带负电,成为负离子。2、物体的带电演示:摩擦生电,使用塑料棒在头发上摩擦,吸引小纸屑。当一个物体失去或获得电子时,正负电荷就不相等,物体就会带电。物体所带电荷有正电荷和负电荷两种,失去电子的物体,就带正电;得到电子的物体就带负电。3、电场电场存在于带电体周围,它是电荷之间相互作用的媒质。电场最基本的特性是电场能对位于该电场中的电荷产生作用力。电场作用在电荷上的力叫电场力。电场力的大小与电场的强度有关。物质分子核外电子(负电)原子质子(正电)原子核中子电工基础知识(课题一)适用于农网配电营业工(初级)短期培训第4页共43页电场的强弱与带电体所带的电荷量多少有关。电场中某点电场强度E的大小等于单位电荷在电场这一点所受到的力的大小,即QFE(N/C)式中Q――正试验电荷的电荷量,C(库仑);F――Q电荷在电场内某点所受的电场力,N(牛顿)。电场中某点电场强度的方向也叫电场的方向,就是正电荷在这一点所受电场力的方向。物体所带正电与带负电产生的电场方向相反,同性电荷相斥,异性电荷相吸。二、导体和绝缘体提问:请举例说明常见的有哪些材料是导体?哪些材料是绝缘体?1、导体导电能力很强的物体称为导体。导体内部拥有大量的自由电子或离子。在电场力的作用下,自由电子(或离子)能作有规则的定向运动。2、绝缘体几乎不能导电的物体称为绝缘体。其原子核对其外层电子的束缚力很强,自由电子极少。三、电路及电路图1、电路的组成及作用:电路就是电流流过的路径,一个完整的电路都是由电源、负载(用电设备)、联接导线以及控制电器等四个基本部分组成,如图1-1所示。电源:就是产生电能的设备,它的作用是将其它形式的能量转换成电能,并向用电设备供给能量。负载:就是用电设备。它的作用是将电能转换为其它形式的能量。联接导线:它把电源和负载连接成一个闭合通路,起着传输和分配电能的作用。控制电器:其作用是执行控制任务和保护电器设备。电工基础知识(课题一)适用于农网配电营业工(初级)短期培训第5页共43页2、电路图用规定的图形符号、文字符号表示的电路。支路:一段没有分支的电路。结点:凡是三条或三条以上支路相汇合的点。回路:自电路中某一点出发,经过一周又回到该点的任意闭合路径。四、电流和电阻1、电流导体中的自由电子,在电场力的作用下作有规则的定向运动就形成了电流。单位时间内通过导体某一截面的电荷量称为电流强度(简称电流),用符合I表示,计算式为tQI式中Q――通过导线某一截面的电荷量,C;t――通过电荷量Q所用的时间,s(秒)。电流的单位是安培(A),1A=1C/1s。还有毫安(mA)或微安(μA)。电流的方向规定为正电荷运动的方向。开关电源灯泡导线图1-1电路的基本组成部分K图1-2图1-1对应的电路图K图1-3电路图电工基础知识(课题一)适用于农网配电营业工(初级)短期培训第6页共43页举例说明:闭合回路是形成电流的必要条件。2、电阻电流通过导电体时所受到的阻力称为电阻。金属导体的电阻与它的几何尺寸、材料有关,可用下式表示SLR式中R――导体的电阻,Ω(欧姆);L――导体的长度,m(米);S――导体的截面积,mm2(平方毫米);ρ――导体的电阻率,指在一定的温度下,长为1米,截面积为1平方毫米的导体所具有的电阻,Ω•mm2/m。电阻的电位还有兆欧(MΩ)、千欧(kΩ)、毫欧(mΩ)、微欧(μΩ)。常用导电材料的电阻率,见表1。表1常用导电材料的电阻率材料名称银铜铝低碳钢铅铸铁电阻率(20℃)0.01650.01750.02830.130.200.50例1-1:求1km长,截面为25mm2的铝导线在20℃时的电阻。解:)(132.12510000283.0SLR五、电压、电位、电动势1、电位在电场力作用下,单位正电荷由电场中某一点移到参考点(参考点的电位规定为零)所做的功叫做该点的单位,用表示。电场中某两点之间的电位差等于这两点间的电压。电工基础知识(课题一)适用于农网配电营业工(初级)短期培训第7页共43页比喻:用水位说明电位、参考点。2、电压电场力把单位正电荷由高电位点移到低电位点所做的功叫做这两点间的电压,用U表示。当电荷量为Q,所做的功为W时,则电压为QWU式中W――正电荷Q由高电位点移到低电位点时所做的功,J(焦耳);Q――正电荷量,C。电压的电位为伏特(V),还有千伏(kV)、毫伏(mV)、微伏(μA)。电压的正方向规定为由高电位点指向低电位点,即电位降的方向。3、电动势电源将电位正电荷由负极移到正极所做的功叫做电动势,用E表示。QWE式中W――正电荷Q由负极移到正极时所做的功,J(焦耳);Q――正电荷量,C;E――电动势,V。电动势的方向由负极指向正极,即电位升的方向。电工基础知识(课题一)适用于农网配电营业工(初级)短期培训第8页共43页第二节直流电路一、欧姆定律1、电路图的几种表示方法,如图2-1所示。2、欧姆定律欧姆定律是反映电压、电流、电阻三者之间关系的基本定律。在电阻一定的电路中,通过电阻的电流与施加于电阻上的电压成正比。也可以说成电路中的电流与电压成正比,而与电阻成反比。其数学表达式为RUI式中I――电流,A;U――电压,V;R――电阻,Ω上述公式也可以写成:IRUIUR例2-1有一电热器的电阻为44欧姆,使用时的电流是5安,试求电压的供电电压。解:U=IR=5×44=220(V)ABRUIEABRUIRUBA图2-1电路图的几种表示方法电工基础知识(课题一)适用于农网配电营业工(初级)短期培训第9页共43页例2-2已知一电阻两端所加电压为220V,测得电路中的电流为0.5A,求该电阻为多少欧姆?解:)(4405.0220IUR二、串、并联电路1、串联电路将几个电阻的首尾依次连接起来,中间没有分支,各电阻流过同一电流,这些电阻的连接叫做串联,如图2-2所示。串联电路的特点:(1)流过各电阻的电流相同;(2)电路总电压等于各电阻上的电压降之和,即U=U1+U2;(3)电路总电阻(等效电阻)等于各电阻阻值之和,即R=R1+R2;(4)各电阻上的电压与该电阻的阻值成正比;(5)电路中消耗的功率等于各电阻上消耗的功率之和,即P=P1+P2;(6)各电阻上消耗的功率与该电阻的阻值成正比。2、并联电路将几个电阻的头和尾分别接在一起,使之在电路中承受同一电压,这些电阻的连接叫做并联,如图2-3所示。UIRUIR1R2(a)(b)图2-2串联电路图(a)电路图;(b)用等效电阻代替串联电阻U1U1电工基础知识(课题一)适用于农网配电营业工(初级)短期培训第10页共43页并联电路的特点:(1)电路中各电阻上所承受的电压相同;(2)电路中的总电流等于各电阻中电流之和,即I=I1+I2;(3)电路中的总电阻(等效电阻)的倒数等于各电阻的倒数之和,即21111RRR3、混联电路电路中既有相互串联的电阻,又有相互并联的电阻,叫做混联电路。分析混联电路时,应先合并串联或并联部分,逐步对电路进行等值简化,求出总的等效电阻,然后根据欧姆定律,由总电阻、总电压(或总电流),求出电路中的总电流(或总电压),最后再逐步推算各部分的电压和电流。三、电功率和电能1、电功率单位时间内产生或消耗的电能,叫做电功率(简称功率)。它表明了电能与非电能相互转换速率的大小。负荷接受的电功率等于负荷两端的电压与通过负荷的电流的乘积,常用P表示。P=UIUIR1R2I1I2UIR图2-3并联电路图(a)电路图;(b)用等效电阻代替并联电阻(a)(b)电工基础知识(课题一)适用于农网配电营业工(初级)短期培训第11页共43页式中P――电功率,W(瓦特);U――负荷端电压,V;I――负荷电流,A。同理,电源产生的电功率等于电动势与电流的乘积。2、电能电流在一段时间内所做的功叫做电能。电能的大小不仅与电功率的大小有关,还与作功的时间长短有关。其表达式为W=Pt式中P――电功率t――时间,h;W――电能,Wh(瓦·时)或kWh(千瓦·时)。例2-3已知一个额定电压为220V的灯泡接在220V电源上,通过灯泡的电流为0.454A,问5h内该灯泡所消耗的电能为多少?解:灯泡的功率P=UI=220×0.454≈100(W)=0.1(kW)5h内灯泡消耗的电能W=Pt=0.1×5=0.5(kWh)3、电的热效应电流通过电阻时要发热,其发热量同电流的平方、回路中的电阻及通过电流的时间成正比,即Q=I2Rt(J)=0.24I2Rt(cal)上式表明了电能转换为热能的关系,称为焦耳-楞次定律。1J(焦耳)等于0.24cal(卡)。电工基础知识(课题一)适用于农网配电营业工(初级)短期培训第12页共43页第三节电磁感应(复习)准备指南针2支、条形磁铁2支、U形磁通、电池、通电直导体,演示磁现象。一、磁提问:生产、日常生活中,有哪些物体周围具有磁场?如地球、指南针等。1、磁场在磁体周围空间存在一种特殊物质,它对载流导体或运动的电荷都有力的作用,这一特殊物质叫做磁场。磁体具有极性,其两端极性强的区域称为磁极,一端为北极(N极),一端为南极(S极)。同性磁极相互排斥,异性磁极相互吸引。磁场不仅有方向,而且还有强弱,一般用磁力线来描述,磁力线的方向由N极指向S极,磁力线上某点的切线方向就是该点的磁场方向。2、磁通和磁通密度垂直通过某一截面的磁力线叫做磁通量(简称磁通),用Φ表示,其单位是Wb(韦伯)。磁通量可以反映磁场的强弱,但不能表示磁场的方向。垂直穿过单位截面的磁通量叫做磁通密度(也叫磁感应强度),用B表示,其单位是T(特斯拉)。磁通Φ与磁感应强度B的关系为SBBS或式中Φ――穿过截面S的磁通,Wb;S――与磁场垂直的面积,m2;B――磁通密度,T。电工基础知识(课题一)适用于农网配电营业工(初级)短期培训第13页共43页3、通电导体周围的磁场准备:通电导体、指南针、通电螺管线圈,演示通电直导线、通电螺管线圈内的磁场。通电的导体周围有磁场,这个磁场也可用磁力线来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