电工基础知识培训(常源)ppt

1、电工基础(jch)学习共七十三页前言电能与其它能源相比具有无可比拟的优越性1.便于转换：可从水、热、风、化学、光、原子能等转换而得。同时也能转换成机械能、热能、光能、声能等。2.便于输送和分配：用简单的输电设备方便地输送到远方。分配也很方便，接上电线就能带动无论功率小的电灯或者功率很大的电机。3.便于控制、测量、调整：可用自动监督防止事故；自动控制来操作(cozu)；自动调节达到稳定运行。也就能实现高度自动化。共七十三页2010年世界(shji)年发电量排名 名次 一 二 三 四 五 六 七 八 国家 美国 中国 日本 俄罗斯 加拿大 德国 法国 英国年发电（亿度） 43259 42065 1

2、1453 10368 6299 6210 5732 3812共七十三页2010年世界(shji)人均用电排名 名次 一 二 三 四 五 六 七 八 国家 美国 法国 日本 德国俄罗斯 英国 中国加拿大人均年 用电（度） 14000 9553 8000 7573 7301 6353 3000 2249人均月用电（民用） 1167（777） 796（525） 666（400） 631（378） 608（365） 529（318） 250（82） 187（124）共七十三页从1799年意大利物理学家伏打发明电池至今215年世界在电的应用上发生了巨大的变化，从上表可以看出，我国的人均民生用电量还很少，

3、人类走向自动化和计算机时代的步伐却越来越快。时代要求我们能够(nnggu)多掌握一些电的知识。电工基础是研究电和磁现象及其规律的基础理论课。一些基本的理论将会成为常识在日常生活中应用。因此是每个人必修的科目。共七十三页第一章 电的基本知识第一节 从物质结构谈到电 原子核（+）1.物质的构成：分子原子 电子（-）什么叫分子：具有(jyu)该物质一切化学特性的最小微粒。如水H2O; 氧气O2 什么叫原子：又称元素，是构成分子的最基本的单元。世界上所有物质都由92种元素及15种合成元素组成。共七十三页分子直径很小，由原子核和电子组成(z chn)，电子围绕原子核运动（象宇宙中情况一样）。如把原子核放

4、大到1cm，那么最近的电子距离原子核有50m。共七十三页 正常情况原子核带正电，电子带负电，二者电量相等抵消，对外部呈现电性。 电子按照每轨道(gudo)2n2个电子的规律排列，此时的原子最稳定。（n为第几轨道数，按此式最多容纳电子数，第1轨道为2个，2轨道为8个，3轨道为18个，4轨道为32个）共七十三页 最外层(wi cn)电子数越少（离原子核又最远）则越容易成为自由电子而脱离核心。 在外界条件下，失去电子的原子就带正电；得到电子带负电。此时就会呈现电的现象。 摩擦起电：最早发现的电现象 光电效应：硒光电池 热电效应：日光灯丝 化学效应：电镀共七十三页第二节 电路的物理量1.电路：电路由电

5、源、导线（连接部分） 、负载（用电器）三大部分构成。2.电流：电荷的定向移动称电流.电流强度(din li qin d)：单位时间内通过导体截面的电荷量 I=Q/t Q：电量（库伦）1库伦=6.25X1018个电子的量。I：每秒通过1库伦电量时电流为1安培。电流密度：J=I/S 每平方毫米流过的电流。 （单位面积电流量） 共七十三页当导体电流密度过高时便会发热。变压器导线用得粗细就是考虑电流密度要在合适范围，电热毯取电流密度20安/mm2 -30安/mm2使导线发热取暖。江苏省电力局制订的规程，铜芯熔芯熔丝列举如下直径mm 截面mm2 额定电流A 熔断电流A0.8 0.5 29 581.13

6、1 52 1041.37 1.5 63 125 一般家庭(jitng)电器线路安装电流密度取5A/mm2共七十三页电流的方向：规定正电荷移动的方向为电流的方向。实际上是电子移动引起的电流。但根据相对原理不影响以前的假设。好像把开着的汽车说成不动，周围(zhuwi)房子向反方向移动一样。+-+-共七十三页3.电阻：导体中其它不断运动的分子、原子等与定向移动的自由电子（电流）碰撞，因而减缓它的移动速度，这种阻碍电流的特性称电阻。电阻大小与材料的性质和几何(j h)尺寸有关 R=l/s 为电阻率 单位为mm2/m R的单位为 ；k; M 材料名称 铸铁 镍铬合金 80%：20% 铁铬铝22.3%：9

7、.8%：0.035% 碳 石墨 电阻率 0.5 1.1 1.35-1.55 20 用途 外壳 电炉丝 电炉丝电刷及碳电阻共七十三页导体和绝缘体：A.电阻率在 0.110-4 mm2/m称导体 多数是金属，也有液体，如水银。 电阻随温度升高增加（正温度系数）当温度到- 273.15时，电阻为0，称超导体。B.电阻率在 0.1102 mm2/m称半导体 电阻随温度升高降低（负温度系数）C.电阻率在 1021014 mm2/m称绝缘体 常用来隔开导电部分(b fen)。一般规定电器绝缘电阻不得低于0.5M;移动电器外壳绝缘电阻不得低于1M；建筑验收绝缘电阻不得低于2.2M.共七十三页4.电压电位：水

8、从高往低处流参考点是地平线。电也有电位高低之分，参考点是设定的0点。变压器铭牌 0上二边的参考(cnko) 220V 6.3V 点不同 380V 36V共七十三页如将上图的参考点移动到中间变成下图所示。大家可以举一反三。原则是参考点即0电位(din wi)的选择一定要有利于分析问题。变压器铭牌 -220V -6.3V 上参考点选 0在中间时 160V 29.7V 共七十三页电压U:也叫电位差，是任意二点电位的差。它是形成电流的原因。单位为V，KV,mV等。电压只跟二点的电位有关，与参考点0电位无关。上面的例子中共220V,380V,160V(左面）；6.3V,36V,29.7V（右面）六种电压

9、。与0电位在什么地方无关。电动势E:电源(dinyun)内部由于其它能量作用而将正电荷从负极移动到正极产生一定的电位差称电动势。共七十三页练习一1.电的实质是什么(shn me)？试画出铜29原子排列图。2.试用箭头标出负 载上的电流方向。3.若0电位分别移向a,b,c,则铭牌上数字应怎么写？4.一只线圈表明铜线直径0.16mm，2400匝，平均每匝长度38mm，求该线圈电阻是多少？ 共七十三页第三节 电路的基本定律1.欧姆定律（1827年由德国科学家欧姆发现）部分电路的欧姆定律： 在一段不包括电动势，仅有电阻的电路中，流过电阻的电流大小与加在电阻二端的电压成正比，而与该电阻的阻值(z zh)

10、成反比 I=U/R U=IR 电流流过电阻时产生的电压降落 R=U/I 用伏安法求电阻的方法。如灯泡的电阻不能用测量尺寸的方法而要用伏安法来测得。如：灯泡接在220V电源中，测得电流0.4A求电阻。解： R=U/I 220/0.4=550共七十三页全电路的欧姆定律：包括(boku)内电路（电源内部的电路）和外电路（负载电路）组成的电路 I=E/R+r 或 E=IR+Ir共七十三页A.当外电路开路时，电流等于0，E=U 平时(pngsh)用表量 电池电压，实际上就是测量开路时的电动势。B.当外电路短路时，R=0 U=0 I=E/r 电流很大， 造成烧毁电源的后果。因此必须加设保护装置，一般用熔断

11、器为多。例：电池电压3V,接上10电阻，电阻二端电压为2.75V。求电池内阻。解：E=3V,I=U/R=2.75/10=0.275A。 E=IR+Ir,3=0.27510+0.275r, r=(3-2.75)/0.275=0.91 共七十三页2.电阻的串、并联串联：将几个电阻依次串接，没有分叉支路性质：A.各电阻上电流相等 B.总电压等于(dngy)分电压之和 U=U1+U2+U3 C.等效总电阻等于分电阻之和 R=R1+R2+R3 D.各电阻上电压与该电阻值成正比 U1=UR1/R U2=UR2/R U3=UR3/R例：2，4，8电阻串联接在6V电源上，求各分压。解：U1=62/（2+4+8

12、）=6/7=0.857V, U2=64/（2+4+8） =12/7=1.714V, U3=68/（2+4+8）=24/7=3.429V共七十三页并联：将几个电阻头头尾(tu wi)尾并结起来性质：A.并联支路二端电压相等B.总电流等于分电流之和 I=I1+I2C.等效总电阻倒数等于分电阻倒数之和 1/R=1/R1+1/R2D.各电阻电流与该电阻成反比(下式只适合二电阻并联） I1=IR2/R1+R2 I2=IR1/R1+R2E.并联回路某一支路接通断开对其它支路无影响。例：6，4电阻并联接在6V电源上，求各分支电流。解：I1=U/R1=6/6=1A I2=U/R2=6/4=1.5A共七十三页混

13、联：既有串联又有并联的电阻回路 先化简，然后用串并联各相应的特性分别(fnbi)逐个进行计算。例：共七十三页混联：既有串联(chunlin)又有并联的电阻回路 先化简，然后用串并联各相应的特性分别逐个进行计算。例：共七十三页电压表、 电流表的连接：电压(diny)表内阻很大，与所测电压(diny)二端并联连接；电流表内阻很小，串接在线路里。桥路的概念：共七十三页 练习二1.人体最小电阻为800，已知通过(tnggu)人体电流50mA时会有危险。试求安全工作电压。2.新电池E=1.5V,r=0.5与一节E=1.2V,r=60旧电串联后供电，负载分别为21，74.5,100时电流各为多少？旧电在线

14、路中各是提供能量还是消耗能量？3.求等效总电阻及2中电流共七十三页3.电功和电功率电功：电能传递转换使电灯亮，电炉热，电机转都说明电能作了功。用W(A)来表示。W=UIt 实用单位:度（千瓦时）功率：单位时间做功多少叫功率。用P表示。 P=W/t=UIt/t=UI 单位：瓦 根据欧姆定律还可以化成：P=U2/R P=I2R 实用上还有用马力作单位的：1马力=736瓦 1千瓦(qinw)=1.36匹马力 例：一台冰箱功率120W，每天开动4小时，一月需要用电多少？解：W=0.12430=16.4KWh(度）共七十三页4.电流的热效应电流I通过电阻R在t时间里产生的热量为Q=0.24I2RT卡卡的

15、意义是：1克水温度变化1所需要放出1卡热量。由于导线都有电阻，也就是说通电后都会发热，温度的升高又会使绝缘老化变质。因此(ync)热效应限制了电气设备的最大功率。用减小热效应和改善冷却条件来增加功率例：电炉功率1000W，把水1公斤从室温20度烧开，设热量利用率为50%，需要多少时间？解：水烧开需要热量Q=1000克（100 -20 ）=80000卡，由于利用率只有50%，需要电炉发出2倍热量160000卡才能烧开水。0.24Pt=160000 t=666.6秒=11.1分钟共七十三页5.电容器什么叫电容：被电解质隔开的二个导体的组合叫电容定义：二极板上的电压为1V时能容纳电量库伦值。 C=Q

16、/U 电容电位：法拉F;常用10-6F,称微法(wi f)F或10-12F称微微法pF。人与地也构成100p200p的电容，常用电容有下面几种。 固定电容 电解电容 可变电容 半可变电容 电容器的指标：电容量、耐压。都标在外壳上。共七十三页电容器的联接A.串联：电容器串联的意图是提高整体耐压，但总容量减小。.总电荷持平Q=Q1=Q2=Q3.总电压等于各电容电压之和U=U1+U2+U3.总容量倒数(do sh)等于各电容倒数(do sh)之和1/C=1/C1+1/C2+1/C3例：现有C1=2F;C2=10F,串联后求总电容解：1/C=1/2+1/10 =6/10 C=10/6=1.66 F 共

17、七十三页B.并联：电容器并联的意图是提高整体电容量，耐压不变 .总电荷等于各电容电荷之和Q=Q1+Q2+Q3.总电压与各分支电压持平U=U1=U2=U3.总容量等于各电容之和C=C1+C2+C3例：线路需要耐压1000V,4F电容，手头有4只500V,4 F电容，怎么(zn me)联接才能满足要求？解：用2只串联满足电压要求后，再与另二只串联的电容并联，满足容量的要求。 共七十三页电容的充放电特性1.充电特性： 当直流电源对电容刚接通时，电流最大，随时间慢慢减小到0。 而电容二端的电压却由0慢慢升到电源电压。2.放电特性： 充好电的电容脱离电源，接入负载时，开始由于电容上电压比较高，此时电流最

18、大，慢慢减小到0。 电容二端电压也由最高慢慢降低到0。3.时间常数：（秒）=RC(欧姆(u m)法拉） 共七十三页练习三1.输出功率2W的扩音机，允许(ynx)负载8，现接上一只额定功率1W, 8的喇叭，会否把喇叭烧掉？为什么？2.规格为5.1K,1/4W; 82，1W的二只电阻使用时允许最大电流和电压各为多少？3.100W220V灯泡和15W220V灯泡串流接入220电源，求各灯泡工作时的电流和电压。4.电度表表明铝盘每度转n圈，现在当用电器接入电路时，每转1圈用了t秒。求该用电器的功率是多少瓦？1KWh=1度=1000瓦3600秒；每圈的瓦秒数为（1000瓦3600秒）/n；用了t秒则为：

19、 （1000瓦3600秒）/nt共七十三页第二章 磁的基本知识第一节 磁的基本特性1.永磁体的磁现象 能够长期保留磁性的物质叫永磁体特性：能吸铁，不同部位有不同的吸力，末端吸力最大这二端称磁极。一个能自由转动的磁体一端总指向地球北方称北极（N极），另一称南极（S极）。二磁体之间，同极相斥，异极相吸。任何磁体都有二个磁极，互相依存，不能绝对分开及抵消。（与正负电荷能独立存在(cnzi)，这是二者的区别处）共七十三页2.磁场和磁力线磁体之间和铁之间存在力，这个力称之为磁场力。为了(wi le)形象化，用磁力线来表示磁场的情况磁场强弱用磁力线疏密表示磁力线方向用小磁针N极所指的方向共七十三页3.电流

20、的磁效应载流导线的磁效应右手(yushu)大拇指- 电流方向 四指 磁场方向通电线圈的磁效应右手大拇指 磁场方向 四指 电流方向电流越大，线圈匝数越多，磁场越强，与IW成正比。共七十三页4.二种磁现象的统一 法国物理学家安培提出：磁起源于电，一切物质的分子中都存在一种环形电流称为分子电流分子电流相当于一个微小的磁体，每一个分子电流都有二个磁极。 通常情况下，由于分子的杂乱无章，使物体整体不显磁性；在外加(wiji)条件下，分子电流排列趋向整齐，就会有磁性，这个过程叫磁化。共七十三页第二节 磁场中的几个重要概念1.磁通（）：通过的磁力线根数。 =BS单位：1韦伯=108麦克斯韦 。相当于电流。2

21、.磁感应强度(B) ：吸力大小的量。单位：高斯相当于电流密度，单位面积磁力线根数。一定的材料只能选一定的B，否则材料就会浪费或者发热。3.磁场强度（H)：单位正点磁荷在磁场中所受的力。单位：奥斯特。用在磁介质的磁化(chu)问题中。H正比于电流。共七十三页4.铁芯线圈的磁性能顺、逆磁材料能增加线圈磁性能的材料称顺磁性材料。如铁。反之称逆磁性材料。如铝、铜。铁芯线圈的磁化曲线在线圈中增加H(可用增加电流代替）则吸力B会如图所示：0-1平缓；1-2直线(zhxin)；2-3平缓；3以上不升。称饱和。是铁芯内磁畴在电流作用下发生偏转的缘故。共七十三页磁滞廻线铁芯线圈中通一交流电，便会遵循该材料的磁化

22、曲线变化。把电流（Hc)撤离，吸力不到0（Br);再加反向电流(-Hc),吸力才到0.同样在反向时也如此。组成(z chn)一条闭合的回线称磁滞廻线共七十三页5.磁场对通电导体的作用（左手定则(dn z)）通电导体在磁场中会受力的作用，方向由左手定则确定：手心正对N极四指电流方向大拇指力方向共七十三页6.电磁感应(dinc-gnyng)（右手定则）导体在磁场中作切割运动会发电，方向由右手定则确定：手心正对N极四指电流方向大拇指运动方向共七十三页7.电磁感应定律（楞次定律）穿过线圈的磁通量发生变化时，就会在线圈中产生感应(gnyng)电势和感应(gnyng)电流，而感应(gnyng)电流所产生的

23、磁场总是力图抵消（或反抗）原来磁通的变化。用右手确定方向：四指弯曲线圈电流方向大拇指磁场方向NS+G共七十三页GNSSNNGNGSGNSSSN感应电流所产生的磁场总是(zn sh)力图抵消（或反抗）原来磁通的变化。共七十三页8.自感(z n)、互感和涡流自感：线圈中电流变化而使其磁通变化，磁通变化有在线圈内产生感应电势，产生的电势称自感电势。互感：一只线圈电流变化时，通过磁场铰链会在另一只线圈中产生电动势。这个现象称互感。共七十三页涡流：线圈由于交变电流产生的交变磁场，使线圈内的导体上产生了感生电流。这个电流就是涡流。变压器采用薄铁片叠装芯片阻断涡流的方法。减小涡流引起(ynq)的发热。共七十

24、三页练习(linx)四1.二根完全相同的长方体铁条，已知其中一根带磁，能否不用任何其他物品，区分哪根有磁，哪根无磁。2.汽车速度表原理如图，请分析动作过程。3.靠近的2根铜排，在短路电流瞬间受力的情况如何（设电流为反向）？共七十三页第三章 交流电第一节 单相交流电1.定义：大小和方向随时间作周期性变化的电。分正弦交流电和非正弦交流电。我们常用的是正弦交流电。2.正弦交流电的三要素：频率(pnl)f:单位时间里完成的周期数。f=1/T 周期T:大小方向周而复始重复变化的时间T=1/f例：我国电网频率为50Hz,求周期 T=1/f=0.02秒共七十三页最大值（幅值）：曲线(qxin)的上下最高处相

25、位角：曲线瞬间所处的位置（电角度）相位差：二根曲线到达0或者最大值的先后，先到称超前，后到称滞后。图中i超前u曲线90电角度共七十三页3.有效值：与它热效应相当(xingdng)的直流电的值 最大值=2有效值=1.4有效值 共七十三页 4.正弦(zhngxin)交流电的表示法、解析式表示法 即用解析式表示(biosh)正弦交流电 最大值初相角频率u = Um sin（ t + 0）= Um sin= t + 0共七十三页波形图表示法 用波形图表示(biosh)正弦交流电u = Um sin t uUm /2 3/2 2 5/2 t 0=0u = Um sin t u = Um sin（ t +

26、/2）u = Um sin（ t -/2）共七十三页旋转矢量表示法 用旋转矢量表示(biosh)正弦交流电 或共七十三页5.单相交流电路 纯电阻(dinz)电路相位相同，数值(shz)同直流电路那样用欧姆定律计算RiRuR即电阻端电压与其电流成正比。电压与电流关系uRiR共七十三页 纯电感(din n)电路电流相位滞后 电压(diny)相位90 。感抗 : XL=2FL 电流：IL=U/XL电压与电流关系uLiLiueLL共七十三页 纯电容(dinrng)电路电流(dinli)相位超前 电压相位90 。感抗 : Xc=1/2Fc 电流：Ic=U/Xc电压与电流关系uciciuC共七十三页 电阻

27、电感(din n)串联电路 串联(chunlin)电路电流相同，以电流为参考，用平行四边形法画出总电压与电流的相位角。各个量也能用三角计算数值。uLIIURULURU共七十三页 电阻电容(dinrng)串联电路 串联电路电流相同，以电流为参考，电容电压(diny)滞后电流90,用平行四边形法画出总电压与电流的相位角。各个量也能用三角计算数值。ucIURUIuUCUR共七十三页 电阻(dinz)、电感、电容串联电路 串联电路电流相同，以电流为参考，电感电压、电容电压抵消后的差与电阻(dinz)电压,用平行四边形法画出总电压与电流的相位角。当UL=UC时，电路谐振，电阻电流最大。ucIURUIuU

28、CURULULUL-UC共七十三页 电阻、电感、电容并联(bnglin)电路 并联电路电压相同，以电压为参考，电感电流、电容(dinrng)电流抵消后的差与电阻电流,用平行四边形法画出总电流与电压的相位角。当IL=IC时，电路谐振。电流在内部流转，总电流就最小。ILUIRIICIC-ILRLCuIICIL共七十三页无功功率(w n n l)Q电路与电源(dinyun)之间进行能量交换的规模用无功功率Q表示。Q=QL-QC单位：乏(Var)视在功率SS=UI单位：伏安（VA）电路端电压有效值与其所通过电流有效值的乘积称为视在功率，用S表示。功率因数S QP有功功率P在总功率S中的比例共七十三页练

29、习五1.10A直流电和最大值12A的正弦交流电通过同样电阻，哪个发热量大？2.有一台5KW单相电机,接在220V电源上，已知功率因数0.8，求电流及总功率（即视在功率）。3.二根电热管分别为220V1000W和380V800W接在相对应的电路(dinl)中，同样时间，那根电热管热？共七十三页第二节 三相(sn xin)交流电 1.三相制的优点： 三相发电机比单相发电机经济输出功率大。 三相制输电线用铜量比三个单相节省1/4。 三相感应电机结构(jigu)简单，价格便宜，性能好。共七十三页2.三相(sn xin)交流电的特征 对称(duchn)三相电动势的瞬时值之和为 0三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。最大值相等频率相同相位互差120称为对称三相电动势共七十三页3.三相(sn xin)交流电的联接Y形联接：三个尾端联接一点，称星点、中点、0点。引出线称中线、0线、地线；相头引出的线称火线、相线、路线；相与(xingy)相间电压称线电压；相与0线之间电压称相电压。XYZNBCAeA+eC+eB+共七十三页相与相间(xingjin)电