电工基础知识培训(常源)ppt

电工基础学习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；自动调节达到稳定运行。也就能实现高度自动化。2010年世界年发电量排名名次

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）4325942065114531036862996210573238122010年世界人均用电排名名次

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）140009553800075737301635330002249人均月用电（民用）1167（777）796（525）666（400）631（378）608（365）529（318）250（82）187（124）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，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。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。分子直径很小，由原子核和电子组成，电子围绕原子核运动（象宇宙中情况一样）。如把原子核放大到1cm，那么最近的电子距离原子核有50m。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）最外层电子数越少（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。

①摩擦起电：最早发现的电现象②光电效应：硒光电池③热电效应：日光灯丝④化学效应：电镀第二节电路的物理量1.电路：电路由电源、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.①电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量I=Q/tQ：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。②电流密度：J=I/S每平方毫米流过的电流。

（单位面积电流量）

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AФ0.80.52958Ф1.13152104Ф1.371.563125一般家庭电器线路安装电流密度取≤5A/mm2③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，周围房子向反方向移动一样。+-++++---------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。①电阻大小与材料的性质和几何尺寸有关R=ρl/sρ为电阻率单位为Ωmm2/mR的单位为Ω

；kΩ;MΩ材料名称

铸铁

镍铬合金80%：20%铁铬铝22.3%：9.8%：0.035%碳石墨电阻率0.51.11.35-1.5520用途

外壳

电炉丝

电炉丝电刷及碳电阻②导体和绝缘体：A.电阻率在0.1~10-4Ωmm2/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0.1~102Ωmm2/m称半导体电阻随温度升高降低（负温度系数）C.电阻率在102~1014Ωmm2/m称绝缘体常用来隔开导电部分。一般规定电器绝缘电阻不得低于0.5MΩ;移动电器外壳绝缘电阻不得低于1MΩ；建筑验收绝缘电阻不得低于2.2MΩ.4.电压①电位Ф：水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220V6.3V点不同380V36V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160V29.7V

②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。与0电位在什么地方无关。③电动势E:电源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。练习一1.电的实质是什么？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？

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）①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/I220/0.4=550Ω②全电路的欧姆定律：包括内电路（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+IrA.当外电路开路时，电流等于0，E=U平时用表量电池电压，实际上就是测量开路时的电动势。B.当外电路短路时，R=0U=0I=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，一般用熔断器为多。例：电池电压3V,接上10Ω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=0.275×10+0.275r,r=(3-2.75)/0.275=0.91Ω

2.电阻的串、并联①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.总电压等于分电压之和U=U1+U2+U3C.等效总电阻等于分电阻之和R=R1+R2+R3D.各电阻上电压与该电阻值成正比U1=UR1/RU2=UR2/RU3=UR3/R例：2Ω，4Ω，8Ω电阻串联接在6V电源上，求各分压。解：U1=6×2/（2+4+8）=6/7=0.857V,U2=6×4/（2+4+8）=12/7=1.714V,U3=6×8/（2+4+8）=24/7=3.429V②并联：将几个电阻头头尾尾并结起来性质：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+R2I2=IR1/R1+R2E.并联回路某一支路接通断开对其它支路无影响。例：6Ω，4Ω电阻并联接在6V电源上，求各分支电流。解：I1=U/R1=6/6=1AI2=U/R2=6/4=1.5A③混联：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逐个进行计算。例：③混联：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逐个进行计算。例：④电压表、电流表的连接：电压表内阻很大，与所测电压二端并联连接；电流表内阻很小，串接在线路里。⑤桥路的概念：练习二1.人体最小电阻为800Ω，已知通过人体电流50mA时会有危险。试求安全工作电压。2.新电池E=1.5V,r=0.5Ω与一节E=1.2V,r=60Ω旧电串联后供电，负载分别为21Ω，74.5Ω,100Ω时电流各为多少？旧电在线路中各是提供能量还是消耗能量？3.求等效总电阻及2Ω中电流3.电功和电功率①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）②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/RP=I2R实用上还有用马力作单位的：1马力=736瓦1千瓦=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=0.12×4×30=16.4KWh(度）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=160000t=666.6秒=11.1分钟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/U电容电位：法拉F;常用10-6F,称微法μF或10-12F称微微法pF。人与地也构成100p~200p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。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。①.总电荷持平Q=Q1=Q2=Q3②.总电压等于各电容电压之和U=U1+U2+U3③.总容量倒数等于各电容倒数之和1/C=1/C1+1/C2+1/C3例：现有C1=2μF;C2=10μF,串联后求总电容解：1/C=1/2+1/10=6/10C=10/6=1.66μF

B.并联：电容器并联的意图是提高整体电容量，耐压不变

①.总电荷等于各电容电荷之和Q=Q1+Q2+Q3②.总电压与各分支电压持平U=U1=U2=U3③.总容量等于各电容之和C=C1+C2+C3例：线路需要耐压1000V,4μF电容，手头有4只500V,4μF电容，怎么联接才能满足要求？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。

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：τ（秒）=RC(欧姆·法拉）

练习三1.输出功率2W的扩音机，允许负载8Ω，现接上一只额定功率1W,8Ω的喇叭，会否把喇叭烧掉？为什么？2.规格为5.1K,1/4W;82Ω，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：（1000瓦×3600秒）/nt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：①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。②一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）。③二磁体之间，同极相斥，异极相吸。④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，这是二者的区别处）2.磁场和磁力线①磁体之间和铁之间存在力，这个力称之为磁场力。为了形象化，用磁力线来表示磁场的情况②磁场强弱用磁力线疏密表示③磁力线方向用小磁针N极所指的方向3.电流的磁效应①载流导线的磁效应右手大拇指-电流方向

四指磁场方向②通电线圈的磁效应右手大拇指

磁场方向

四指电流方向③电流越大，线圈匝数越多，磁场越强，与IW成正比。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。第二节磁场中的几个重要概念1.磁通（Ф）：通过的磁力线根数。Ф=BS单位：1韦伯=108麦克斯韦。相当于电流。2.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。用在磁介质的磁化问题中。H正比于电流。4.铁芯线圈的磁性能①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。②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；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。③磁滞廻线铁芯线圈中通一交流电，便会遵循该材料的磁化曲线变化。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。组成一条闭合的回线称磁滞廻线5.磁场对通电导体的作用（左手定则）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6.电磁感应（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电势和感应电流，而感应电流所产生的磁场总是力图抵消（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+GGNSSNNGNGSGNSSSN感应电流所产生的磁场总是力图抵消（或反抗）原来磁通的变化。8.自感、互感和涡流①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。②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。③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。减小涡流引起的发热。练习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）？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：①频率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②最大值（幅值）：曲线的上下最高处③相位角：曲线瞬间所处的位置（电角度）④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3.有效值：与它热效应相当的直流电的值最大值=√2有效值=1.4有效值

4.正弦交流电的表示法①、解析式表示法

——即用解析式表示正弦交流电

最大值初相角频率u=Um

sin（

t+0）=Um

sin=t+0②．波形图表示法

——用波形图表示正弦交流电u=Um

sin

t

uUm

/2

3/22

5/2

t

0=0u

=Um

sin

t

u

=Um

sin（

t+/2）u

=Um

sin（

t-/2）③．旋转矢量表示法

——用旋转矢量表示正弦交流电

或5.单相交流电路

①纯电阻电路相位相同，数值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

②纯电感电路电流相位滞后

电压相位90°。感抗:XL=2ЛFL

电流：IL=U/XL电压与电流关系uLiLiueLL

③纯电容电路电流相位超前

电压相位90°。感抗:Xc=1/2ЛFc

电流：Ic=U/Xc电压与电流关系uciciuC

④电阻电感串联电路

串联电路电流相同，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

⑤电阻电容串联电路

串联电路电流相同，以电流为参考，电容电压滞后电流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

⑥电阻、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。ucIURUIuUCURULULUL-UC

⑦电阻、电感、电容并联电路

并联电路电压相同，以电压为参考，电感电流、电容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无功功率Q电路与电源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。⑧功率因数SQP有功功率P在总功率S中的比例练习五1.10A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接在相对应的电路中，同样时间，