电工基础培训课件201311112

电工进网作业电工基础培训

2014.08.06电工基础知识主要内容

电工基础是一门电工基础理论课，是学习专业课必备的理论知识，也是分析、判断电气设备原理，故障等工具。如：学习变压器、开关、继电保护等专业知识时都能用到电工基础理论去分析、计算。一、直流电路（电路的基本物理量如：电压、电流、功率）二、电与磁（磁场、电磁感应）三、交流电路（单相、三相交流电物理量之间的关系）电工基础部分第一节、直流电路一、电场、电位及电压1、电场实验：当两个带电物体互相靠近时，它们之间就有作用力，即同性带电物体相互排斥，异性带电物体相互吸引。说明：带电物体周围存在一种特殊物质，这种物质就是电场。2、电位当一个物体带有电荷时，这个物质就具有一定的电位能，简称电位。电场中A点电位等于单位正电荷在该点所具有的电位能，也是该点对参考点的电位差。用Va表示，单位伏特。电位是针对参考点而言，一般视大地为参考点。参考点的地位为零电位，即0伏。Vao=Va-Vo=Va3、电压电压的形成: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,称为该两点的电压。Uab=Va-Vb电位差是产生电流的原因，没有电位差，在直流电路中就不会有电流流过。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，参考点改变，电位改变，但电位差不变，即电压不变。电压的单位:是“伏特”,用字母“U”表示.常用单位有:千伏(kV)、伏(V)、毫伏(mV)1kV=1000V1V=1000mV二、电流与电流强度1.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。电流具备的条件:一是有电位差,二是电路一定要闭合。2、电流强度:电流的大小用电流强度来表示；用字母Ⅰ表示。单位：安培字母表示：A例如：电流5安培，可以表示为：电流5A。电流大小：在一定的时间内通过导体横截面的电荷量Q。Q单位库仑Ⅰ=Q/t（库仑/秒）1kA=1000A；1A=1000mA；1mA=1000uA3、电流的方向：规定为正电荷移动的方向为电流方向。4、电流密度是指电流Ⅰ在导体横截面S上均匀分布时，该电流与导体横截面的比值，用J表示。J=Ⅰ/S----单位A/mm

2导线允许通过的电流强度随着导线的截面不同而不同。例如：1平方毫米导线允许通过6安培电流，2.5平方毫米导线允许通过15安培电流。导线通过电流超过允许值导线会发热，加速老化。三、电源与电动势电源：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。如：蓄电池将化学能转换为电能电源电动势的大小：等于外力克服电场力把单位正电荷在电源内部从负极移到正极所做的功。电动势方向：（电源内部）从负电位到正电位；电压—是利用电场作用，使电荷在导体内移动形成电流。（外电路）电压的方向：从正电位到负电位；1、当两个异性带电物体互相靠近时，它们之间就会（）。A、互相吸引B、互相排斥C、无作用力D、不能确定2、一般规定参考点的电位为()V。A、-1B、0C、1D、2四、电阻与电导1、电阻的定义:自由电子在物体中移动受到其它电子的阻碍,对于这种阻碍能力就叫电阻。用字母“R”表示。电阻是反映导体对电流的阻碍作用大小的物理量。电阻大说明导体对电流的阻碍作用大。电阻的单位:是“欧姆”、“Ω”电阻的计算方式为:

其中L为导体长度,s为截面积,ρ为材料电阻率铜ρ=0.017铝ρ=0.0282、电阻的特性（1）电阻的大小与导线的长度成正比，和导线的截面积成反比，和导线的材料有关。（2）导线的电阻与温度有关，随温度的变化而变化。3.电导电阻的倒数称为电导。用“G”表示。G=1/R单位：1/Ω,称西门子特性：导体电阻越小，电导越大，表示导体的导电性能越好。五、欧姆定律欧姆定律：是反映电路中电压、电流、电阻三者关系的基本定律。1、部分电路欧姆定律:电路中通过电阻的电流，与电阻两端所加的电压成正比,与电阻成反比,称为部分欧姆定律.计算公式为:Ⅰ=U/R或U=ⅠR、R=U/Ⅰ不含电源的部分电路：2、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为电动势电工基础部分第一节、直流电路一、电压：用“U”表示，单位：“伏特”二、电流：用“Ⅰ”表示，单位：“安培”三、电阻：用“R”表示，单位：“欧姆”；电导四、欧姆定律：U=ⅠRⅠ=U/RR=U/Ⅰ五、全电路欧姆定律:

Ⅰ=E/（R+r0）六、电路的连接(串联、并联、混联)

例题：1、假如手电筒电珠发光时电阻是10欧，电池电压为3伏，计算通过电珠的电流多大？解：根据欧姆定律：Ⅰ=U/RⅠ=U/R=3/10=0.3(A)2、有一电源的电动势为3V，内阻R0为0.5欧，外接负载电阻R为9.5欧。请计算电路中电流以及外接负载电阻上的电压降。解:根据全电路欧姆定律Ⅰ=E/（R+R0）=3/（9.5+0.5）=0.3（A）外接电阻R上的电压降:U=Ⅰ×R=0.3×9.5=2.85(V)有一电源的电动势E为3V,内阻R0为0.4Ω，外电路电阻R为9.6Ω，则电源内部电压降U0和端电压U的值符合下列选项()。A、0.8V，2VB、0.1V，2.2VC、0.12V，2.88VD、0.15V，3.12V解：Ⅰ=E/（R+R0）=3/（9.6+0.4）=0.3（A）电源内部电压降U0=Ⅰ×R0=0.3×0.4=0.12（V）外接电阻R上的电压降:U=Ⅰ×R=0.3×9.6=2.88(V)六、电路的连接

电路中，电阻的连接有三种方式:串联、并联、混联

1.电阻串联电路电阻串联：将电阻首尾依次相连,但电流只有一条通路的连接方法。（1）电路串联的特点为电流与总电流相等即Ⅰ=Ⅰ1

=Ⅰ2=Ⅰ3…（2）总电压等于：各电阻上电压之和,即U=U1+U2+U3…（3）总电阻等于负载电阻之和即R=R1+R2+R3…2.电阻并联电路电阻的并联:将电路中若干个电阻并列连接起来的接法,称为电阻并联。（1）并联电路的特点:各电阻两端的电压均相等,即U1=U2=U3

（2）电路的总电流等于电路中各支路电流之总和,即Ⅰ=Ⅰ1+Ⅰ2+Ⅰ3（3）电路总电阻R的倒数等于各支路电阻倒数之和;注：两个相同阻值电阻并联总电阻：R=1/2R3.电阻混联电路定义:电路中即有电阻的串联又有电阻的并联称为混联电路。混联电路的计算:先求出各元件串联和并联的电阻值,再计算电路的总电阻值;由电路总电阻值和电路的端电压,根据欧姆定律计算出电路的总电流;根据元件串联的分压关系和元件并联的分流关系,逐步推算出各部分的电流和电压。例题：P7

七、电路与电路的三种状态电路的定义:就是电流通过的途径；电路的组成:电路由电源、负载、导线、开关组成；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。K图1－2图1－1对应的电路图电路的三种状态：通路、断路（开路）、短路：K图1－2图1－1对应的电路图八、电能与电功率1、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=UⅠt=Ⅰ2Rt=U2/RtP――电功率t――时间，h；W――电能，Wh（瓦·时）或kWh（千瓦·时）。（千瓦·小时，俗称度）2、电功率：电流在单位时间内所作的功叫电功率,用符号“P”表示.计算公式为：

P=UⅠP=Ⅰ2RP=U2/R电功率单位名称：“瓦”或“千瓦”,用符号“W”或“kW”表示;电功率为1kW的设备，用电1h消耗的电能为1kWh，俗称：1度电。第一节、直流电路一、电压：用“U”表示，单位：“伏特”二、电流：用“Ⅰ”表示，单位：“安培”Ⅰ=Q/t（安）（库仑/秒）电流密度：J=Ⅰ/S----单位A/mm

2三、电阻：用“R”表示，单位：“欧姆”

四、欧姆定律：U=ⅠRⅠ=U/RR=U/Ⅰ五、全电路欧姆定律:

Ⅰ=E/（R+r0）六、电路的连接(串联、并联、混联)七、电能：W=Pt=UⅠt=Ⅰ2Rt（千瓦时）八、电功率：P=UⅠP=Ⅰ2RP=U2/R（瓦）1、当两个异性带电物体互相靠近时，它们之间就会（）。A、互相吸引B、互相排斥C、无作用力D、不能确定2、在电路中，电阻的联接方法主要有()。A、串联和并联B、并联和混联C、串联和混联D、串联、并联和混联3、一般规定参考点的电位为()V。A、-1B、0C、1D、24、已知一灯泡的电压220V，功率为40W，它的电阻是（）Ω。A、620B、1210C、1600D、3200解：P=U2/RR=U2/P=220×220/40=1210Ω5、已知一部分电路的端电压为5V，电阻上消耗的功率为10W，则电阻的电流为（）A。A、1B、2C、5D、10解：P=UⅠⅠ=P/U=10/5=2A6、（）是衡量电源将其他能量转换为电能的本领大小的物理量。A、电流B、电压C、电动势D、电功率二、判断题：1、导体的电阻随温度变化而变化。（）2、电源是将其他形式的能量转换为电能的装置。（）3、交流电流的有效值和最大值之间的关系为：I=Im/√2。（）4、电流的方向规定为正电荷移动的方向。（）5、当电阻R两端的电压U一定时，电阻R消耗的电功率P与电阻R的大小成正比。（）P=U2/R6、电路的三种状态为通路、短路和断路。()

7、在电源内部，电动势和电流的方向相反。（）8、在电源内部，电动势和电流的方向相同。（）三、多选题1、以下有关电位差的说法正确的有（）。A、电路中任意两点间电位的差值称为电压(电位差)B、A、B两点的电压以UAB表示，UAB=UB-UAC、电位差是产生电流的原因D、常用的电位差单位：1kV=106mV2、以下有关电阻的说法正确的有（）。A、导体对电流的阻力小，表明它的导电能力强B、导体对电流的阻力大，表示它的导电能力强C、电阻用字母R表示，单位是欧姆D、电阻的表达式为：R=ρS/L一、磁的基本知识（一）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）。第二节电与磁（二）、磁力线磁场不仅有方向，而且还有强弱，一般用磁力线来描述，磁力线的方向：在磁铁外部由：N极指向S极在磁铁内部由：S极指向N极;同性磁极相互排斥，异性磁极相互吸引。磁极附近磁力线密，磁场强。磁材料:硬磁材料—永久磁铁;软磁材料—电机和电磁铁的铁芯.NNS（三）磁场的基本物理量（1）磁通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）。磁通量Φ与磁感应强度B的关系为选择题：磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，称为通过该面积的（C）。A、电磁力FB、电场强度EC、磁通量ΦD、磁场强度H（四）通电导体周围的磁场

通电的导体周围有磁场，这个磁场也可用磁力线来描述。当电流方向改变时，磁场的方向也改变。其关系可用右手螺旋定则来确定;将右手拇指伸直表示电流的方向，卷曲的四指所指的方向就是磁力线的方向。2、环形电流的磁场（1）现象：线圈里通入电流，该电流就在线圈周围产生磁场，电流越大，线圈匝数越多，磁场越强。用右手螺旋定则判定螺管线圈的磁场方向。（2）右手螺旋定则

使卷曲四指的方向与线圈中电流的方向相同，那么伸直的拇指即表示线圈内磁力线的方向，即N极方向。NS(三)导磁率不同材料其导磁性能不同，通常用“μ”来表示该材料的导磁性能。“μ”是个常数。铁、镍、钴的导磁率远大于1，作为变压器、发动机、电动机的铁芯。三、电磁感应1、导线切割磁力线产生感应电动势当导线和磁场发生相对运动时，若导线切割了磁力线，在导线中就将产生电动势，这叫做电磁感应现象。由电磁感应产生的电动势叫感应电动势，用e表示。由感应电动势产生的电流叫感应电流。e=BVLsinα

B—磁感应强度；V—导线切割速度；L—导线长度；sinα—夹角选择题：通过电磁感应现象可以知道，当导体的切割速度和磁场的磁感应强度一定时，导线的切割长度越短，则导体中的感应电动势(A)。A、越小B、不变C、越大D、不确定（一）法拉第电磁感应定律电磁感应是发动机、变压器的工作原理。（二）、线圈中的感应电动势方向判定（楞次定律）实验：1个螺管线圈、条形磁铁、双向检流计，演示线圈中的感应电动势、感应电流。当与线圈回路交链的磁通发生变化时，线圈回路会产生感应电动势及感应电流。线圈中感应电动势的方向有这样的规律：感应电动势的方向总是阻碍原有磁通的变化。也就是说，当磁通增加时，感应电流产生的磁通与原磁通方向相反；当磁通减少时，感应电流产生的磁通与原磁通方向相同。这就是判断感应电动势方向的楞次定律。四、磁场对通电导体的作用通电导体在磁场中，将受到力的作用，磁场越强，受力越大，导体通过的电流越大，所受的力越大。F=BⅠLsina式中：B—磁场中的磁感应强度（wb/m2）Ⅰ--导体中的电流（A）L—导体在磁场中的有效长度（m）a—导体与磁力线的夹角；F—导体受到的磁力（N）；作用力的方向（电动机左手定则）通电导体在磁场中受力的方向，与导体中的电流方向及磁场方向的关系可用电动机左手定则来确定；平伸左手，四指并拢并与大拇指垂直，使磁力线垂直通过掌心，四指指向导体中电流的方向，则大拇指所指的方向就是通电导线所受电磁力的方向。电动机就是根据这一原理制成的，故又称为“电动机左手定则”。左手定则：图3－6电动机左手定则五、自感与互感现象（一）自感现象自感:由于线圈(或回路)本身电流的变化而引起线圈(回路)内产生电磁感应的现象,叫自感现象.由自感现象而产生的感应电动势叫做自感电动势.互感:在同一导体内设有两组线圈,电流通过一组线圈时,线圈内产生磁通并穿越线圈,而另一组则能产生感应电动势.这种现象叫做互感.（二）互感现象互感:在同一导体内设有两组线圈,电流通过一组线圈时,线圈内产生磁通并穿越线圈,而另一组则能产生感应电动势。这种现象叫做互感。1、通过电磁感应现象可以知道，当导体的切割速度和磁场的磁感应强度一定时，导线的切割长度越短，则导体中的感应电动势(A)。A、越小B、不变C、越大D、不确定2、判定通电直导线周围磁场的方向，通常采用(C)进行判定。A、左手螺旋定则B、安培环路定理C、右手螺旋定则D、楞次定律3、规定在磁体外部，磁力线的方向是（B）。A、由S极到达N极B、由N极到达S极C、由N极出发到无穷远处D、由S极出发到无穷远处4、电压互感器是利用电磁感应原理工作的，类似一台升压变压器。（×）5、磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，称为通过该面积的（C）。A、电磁力FB、电场强度EC、磁通量ΦD、磁场强度H6、电压互感器是利用电磁感应原理工作的，类似一台升压变压器。（×）第三节交流电路一、单相交流电路（一）概述

定义:所谓交流电即指其电动势、电压及电流的大小和方向都随时间按一定规律作周期性的变化,又叫正弦交流电。交流电与直流电的比较:输送方便、使用安全，价格便宜。1、描述交流电的基本物理量

（1）瞬时值:电流、电压每瞬时的值，称为瞬时值.用¡，u（2）最大值：瞬时值中最大值，叫做交流电的最大值.也叫振幅.符号分别是:Ⅰm,Um。

Um3）有效值：Ⅰ、U从热效应的角度来描述。将直流电与交流电分别通过同一等值电阻，如果在相同时间内，二者在电阻上产生的热量相等，则此直流电的数值被称为交流电的有效值。用英文大写字母表示：如Ⅰ、U、E；用表计测量出来的值一般为有效值。4）平均值：交流电正半周内，其瞬时值的平均数。用Ⅰp、Up、Ep表示。四个物理量的关系：Ⅰ=1/Ⅰm=0.707ⅠmⅠp=0.637Ⅰm4）周期、频率和角频率：周期:交流电每变化一次(或一周)所需时间.用符号“T”表示;单位为“秒”,用字母“s”表示;T=0.02s

频率:交流电每秒交变的次数或周期叫做频率.用符号“f”表示,单位是Hz。叫“赫兹”关系：T=1/ff=1/T

我国交流电的频率为：50HzT=1/50=0.02S角频率:单位时间内的变化角度，用“rad/s”(每秒的角度)表示，单位为”ω”.ω=2πf相位、初相位、相位差相位：相位是随时间变化的，它决定了正弦电动势瞬时值的大小和方向。初相位：t＝0时的相位角，叫初相位角或初相位。在波形图上，初相位是正弦曲线正向过零点与坐标原点之间的角度。相位差：在任一瞬时，两个同频率正弦交流电的相位之差叫相位差．用相位差来表示两个同频率交流电在时间上的相互顺序。2、正弦交流电的初相角、相位、相位差正弦交流电压表达式：u=Umsin（ωt+φ

）

u—交流电的瞬时值Um--交流电的最大值ωt--交流电的角频率Φ--交流电的初相角（ωt+φ）--交流电的相位差3、正弦交流电的三要素：最大值、角频率、初相角

3.纯电阻电路：在交流电路中只有电阻的的电路，其电感和电容略去不计，称为纯电阻电路。用R表示。关系：Ⅰ=U/R功率：P=UⅠ(有功功率)负载上电压、电流相位相同。（同相位）ⅠU4.纯电感电路：

由电感组成的电路称为纯电感电路．感抗:用XL=WL=2x3.14x50xL=314L就是电感对交流电流的阻碍作用。在直流电路中XL=0电流：ⅠL=U2/XL功率：QL=ⅠL2XL=UL2/XL（无功功率）有功功率：P=0无功功率：能够在磁场中储存，在电源与负载之间进行往复交换而不消耗的能量叫无功。单位：用“乏”表示。“var”;线圈在一个周期内完成“吞进”功率和“吐出”功率，所以平均功率为零。所以平均功率不能反应线圈能交换的功率，所以用瞬时功率的最大值来表示线圈的无功功率。电压与电流相位关系：电流滞后与电压90°.UⅠL3.纯电容电路：

将电容器接在交流电源上组成的电路并略去电路中的一切电阻和电感．这种电路称为纯电容电路．在直流电路中Xc=∞，相当于开路容抗：Xc=1/2πfC电流：Ⅰc=Uc2/Xc功率：Qc=Ⅰc2Xc=Uc2/Xc（无功功率）有功功率：P=0纯电容在一个周期内完成“吞进”功率和“吐出”功率，所以平均功率为零。所以平均功率不能反应电容能交换的功率，所以用瞬时功率的最大值来表示电容的无功功率。电压与电流关系：电流超前与电压90°.UⅠc4.电阻、电感、电容的串联电路在实际的交流电路中，电阻、电感、电容都实际存在，发电机、电动机、变压器、整流器都有线圈，有线圈就有电感，导线之间、导体与设备外壳之间都存在电容，所以它们都影响电路的电压、电流的大小和相位关系。（1）阻抗关系（电阻）：Z=√R2+（XL-Xc）2（2）串联电路的三种情况：当XL﹥Xc，电路呈感抗性质；当XL﹤Xc，电路呈容抗性质；当XL=Xc，电路呈纯电阻性质；RXL-XcZ阻抗三角形3.电阻、电感、电容的串联电路中功率有三种：有功功率P、无功功率Q、视在功率S

单相电路有功功率：P=ＩUCOSø单相电路无功功率：Q=ＩUsinø单相电路视在功率：S=U

Ｉ它们之间的关系：SPQ功率三角形（六）功率因数的提高电力系统中，大多数负载是电动机，电动机相当于电阻与电感的串联电路，为降低输电线路电能的的损耗，在电阻、电感电路上，并联电容，与电感上的功率进行交换，减少视在功率，提高功率因数。Cosφ=P/S第三节交流电路一、单相交流电路1.交流电的基本物理量：瞬时值、最大值、有效值、平均值Ⅰ=1/Ⅰm=0.707ⅠmⅠp=0.637Ⅰm2.周期T、频率f和角频率ω：T=1/fω=2πf3、正弦交流电的初相角、相位、相位差4、纯电阻、纯电感、纯电容电路，电阻、感抗XL、容抗Xc、阻抗Z=√R2+（XL-Xc）25、有功功率P、无功功率Q、视在功率S

二、三相交流电路（一）、三相正弦交流电动势的产生三相交流发电机由定子和转子构成，在定子中嵌入了三个空间上相差120°绕组，每个绕组为一相，合称三相绕组。转子为一对磁极，以匀速（角速度）旋转，在定子的线圈中就产生感应电动势。三相交流电动势，称为A、B、C三相，它们频率相同，相位互差120°.表达式：eu=Emsinwtev=Emsin（wt-120°）ew=Emsin（wt+120°）相序：三相电动势到达最大值的先后次序称为相序。U-V-W-U，常用黄、绿、红表示U、V、W三相，即A、B、C三相。（二）三相电源绕组的连接有两种：星形连接“Ｙ”三角形连接“Δ”星形连接“Ｙ”，中性点接地为三相四线制；

相电压：每个线圈两端的电压．相对地之间的电压