电工基础(第一)

电工基础知识1电工基础1.0基本概念1.1直流电路1.2电流和电压1.3电阻电路1.4电功率与电能1.5电磁基本知识1.6单相交流电路1.7三相交流电路2基本概念1、什么是电――电是物质的一种属性。经典原子学说认为：任何物质都由分子所组成，而分子又由一定数量的原子所组成。原子有一个原子核，在原子核的周围又有一些电子按一定轨道围绕原子核高速旋转，原子核带正电荷，电子带负电荷。一般情况下，原子核所带的正电荷和它周围电子所带的负电荷数值上是相等的。所以对外不显电性，但如果由于某种原因使物体得到或失去电子，这一物体将对外显示电的性质，得到电子的物体显示负电性，失去电子的物体则显示正电性。3基本概念电有哪些性质――在物质的原子结构中，原子核周围的电子分数层轨道绕行，在最外层轨道绕行的电子，由于距原子核较远，所以受原子核的束缚较小，因而最不稳定。当外界因素（例如：光电效应、热电效应、机械摩擦等）对其产生影响时，这些外层电子由于获得了一定的能量，很容易摆脱原子核的束缚，脱离原有轨道而成为自由电子。失去电子的原子，由于原子核所带正电荷多于电子所带的负电荷而呈现正电，反之获得电子的原子则带负电。试验证明：电荷之间存在电的相互作用，同性电荷互相排斥，异性电荷互相吸引。4

电路最基本物理量：电流、电压和功率。一、直流电路电路的定义：电流的通路称为电路电路的主要功能：1、进行能量的转换、传输和分配。2、实现信号的传递、存储和处理。电路的组成：电源、连接导线、控制装置和负载组成。5电路的组成电路是由电源、负载、连接导线和辅助设备组成的，电源供给电能。如发电机、蓄电池等；而负载是把电能转换为其它形式的能量（如电动机）；导线则将电源与负载连接起来组成电路，把电能输送给负载；辅助设备是用来控制电路的电气设备（如开关、接线端子等）。电路在电力系统中主要用于传输转换电能，在电信系统中主要用来传递信息。6二、电流与电压电流：电荷有规则定向移动形成电流。电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量。公式：I=Q/t

I—电流，单位是安培，用A表示,千进位，还有微安，毫安，千安（mA、A、KA）；Q—电荷量，单位库仑，用C表示，1库仑=6.2518个电子的电量；t—时间，单位是秒，用s表示。7电压：两物体或两点间的电位差叫电压。

电位：某一点到参考点的电压。电动势：电源内部产生的推动电流的力量。电压、电位、都用U表示，电动势用e表示。电压、电动势的单位都是伏特（简称伏），用v表示,千进位，还有微伏，毫伏，千伏等（mv、v、Kv）

8三、电阻电路电阻元件：一种消耗电能的元件。电感元件：一种能够贮存磁场能量的元件。电容元件：一种能够贮存电场能量的元件。

9欧姆定律：部分电路欧姆定律：当导体两端的电压一定时，流过导体的电流与电阻成反比。电阻中的电流与电压成正比，与电阻成反比。数学表达式为：I＝U/R。

U=IR全电路欧姆定律：闭合回路中的电流与电源的电动势成正比，与电路中的内电阻和外电阻之和成反比。数学表达式为：I＝E/（R+r）。R—电阻，单位欧姆（简称欧），用Ω表示，

10电工材料电工材料包括导体、半导体、和绝缘材料。有良好导电性能的叫导体，几乎不导电的绝缘体，介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。金属导体的电阻R与长度L成正比，与截面积S成反比，且与电阻率p有关。

公式：R=pL/S电阻率是指长1米，截面积为1mm2

，在200C温度下的电阻值。11绝缘体几乎不能导电的物质（如橡胶、塑料、云母、变压器油及空气等）称为绝缘体。我们所说的绝缘体不导电是有条件，绝缘体的导电与否，同加在绝缘体上的电压高低有关。当电压高到一定程度，电场力超过了原子核对外围电子的束缚力时，外围电子就变成了自由电子，绝缘体就发生了原变而成了导体，这种情况称为“绝缘击穿”。12半导体导电能力介于导体和绝缘体之间的物质（如硅、锗、硒等）称为半导体。13为什么一般绝缘材料的绝缘电阻随着温度的升高而减小，而金属导体的电阻却随着温度的升高而增加：

一般绝缘材料可以认为是一个电阻系数很大的导体，其导电性质主要是离子性的，而金属导体的导电性质是自由电子性的。离子性导体的特点是：其导电电流是由离子的定向移动产生的。而离子是从绝缘体的结晶晶格中分离出来的，常温下所分离出来的离子是很少的，故其导电性很差，即绝缘电阻很大。当温度升高时，绝缘体中的分子热振动增强，脱离晶格结构的离子数目也随之增加，所以导电能力增强，绝缘电阻就降低了。

而在电子性导电的金属导体中，其所具有的自由电子数量是固定不变的，而且不受温度的影响。当温度升高时，材料中的原子、分子活动性增强，自由电子移动时与分子碰撞的可能性增加，因此所受的阻力增大了，所以金属导体当温度升高时电阻增加。

14根据以上导电原理，我们的电气设备，避如电动机在高温下运行是很不利的。由于电动机的线圈是一种电磁线，外层的绝缘漆是一种绝缘体，在高温情况下，其绝缘性能急剧下降，很容易造成线圈绝缘击穿现象；而电机在高温情况下，根据Q＝I2Rt的理论，电机在相同运行电流的情况下，线圈发出的热量也很快增大，这样电机在高温情况下，一方面电机线圈发热在增加，另一方面线圈的绝缘又在急剧下降，二者条件共同作用，电机就会很快烧毁，所以我们一定不能使电机在高温环境下运行。

15短路、断路正常情况下的各种电路，其电流的途径是由电源的一端经负载电阻流回电源的另一端而成闭合回路。如果由于某种原因促使负载电阻等于零，即电源两端直接短接，从而导致电路中的电流以剧增，这种现象叫做短路。如照明电路的火线与零线可视为电源的两端，正常情况下，电源两端接有灯泡（电阻）和其它负载，若由于某种原因使火线与零线直接短接，则负载电阻等于零，电路中的电流将剧增，这就是一种短路现象。所谓断路，就是在闭合回路中发生断线，使电流不能导通的现象。16四、电功率与电能电功率：单位时间内电流所作的功称为电功率。P=UI=I2RP—电功率单位瓦特（简称瓦),用w表示,常用千瓦、兆瓦表示（w、Kw、Mw）电能（电功）：电流在一段时间t内，电路消耗的电功率P称为该电路的电能。A=Pt=UIt=I2RtA（原为P）—电能，单位焦耳，用J表示，（电压1V、电流1A，1秒时间内所作的功是1焦耳，1J=1AV=1WS）实际应用中，常用千瓦/小时（KW/h）为单位。1度电=1KW/h17三相负载功率、电流计算一变压器型号为S10-1000/10,额定容量1000KVA，请计算高低压侧额定电流？Q=1.732IUS9-1000/10 1000KVA 10/0.4KV 54.99/1443A一台电机型号为Y355S-4其额定功率为315KW，功率因数0.85，计算额定电流？18

五、电磁基本知识磁体—人们把具有吸引铁、镍、钴等磁物质的性质称为磁性。磁体—具有磁性的物体叫作磁体。磁极—磁铁具有N极S极，同性磁极呼吸排斥，异性慈极互相吸引。磁场—磁体周围存在的磁力作用的空间称为磁场，磁场是用磁力线进行形象描述，用磁力线的疏密程度描绘磁场的强弱,磁力线向外由N极出发，经外空间进入S极，内部由S至N，闭合不断，且不相交，两磁极同时存在不可分割。19电流与磁场

电流周围存在着磁场，产生磁场的根本原因是电流，磁场总是伴随着电流而存在，而电流则永远被磁场所包围。

通电导线（或线圈）周围磁场和（磁力线）的关系，常用右手螺旋定则来判断。

单导线通电时磁场的方向判断，用右手握紧导线，大拇指伸直，指向电流的方向，四指弯曲所指的方向就是磁场的方向。20什么叫磁场和磁力线？在磁铁周围的空间存在一种特殊的物质，它能表现一种力的作用，这一特殊物质叫做磁场。如果在条形磁铁上放一块纸板，在其上面撒一些铁屑，则铁屑就会有规则地排列成一定规则的线条，这些线条就称为磁力线。21螺旋定则

线圈通电时磁场的方向判断，伸开右手，大拇指伸直，其余四指沿着电流方向围绕线圈，大拇指所指就是磁场方向。22什么叫磁场和磁力线？在磁铁周围的空间存在一种特殊的物质，它能表现一种力的作用，这一特殊物质叫做磁场。如果在条形磁铁上放一块纸板，在其上面撒一些铁屑，则铁屑就会有规则地排列成一定规则的线条，这些线条就称为磁力线。如何判断载流导体在磁场中的受力方向？载流导体在磁场中的受力方向可用左手定则来判断。伸开左手手掌，使使拇指与其它四指相垂直，让磁力线垂直穿过手心，四指伸直指向电流方向，则拇指指向便是导体的受力方向。14、如何确定感应电动势的方向？直导体在磁场中做切割磁力线运动时，在导体中会产生感应电动势，感应电动势的方向用右手定则来判断，右手定则是：伸开右手手掌，使拇指与其它四指垂直，让磁力线垂直穿过手心，若拇指指向导体运动方向，那么四指的指向就是感应电动势的方向。23六、单相交流电路交流电—电压、电流、电动势等的大小和方向均按正弦波形状周期性变化的叫做交流电。24交流电的物理量1、瞬时值—交流电的每一瞬间的变化值用小写来表示：电动势e、电压u、电流i。2、最大值—交流电的最大值是瞬时值中最大者，用Em、Um、Im表示。3、有效值—交流电与直流电分别通过相同的电阻时，在一周期内使其发热量相等，这个直流电流的值就叫做交流电的有效值，用E、U、I表示。4、周期—交流电交换一次所需要的时间用T表示。5、频率—1秒钟之内交变的次数用f表示。周期和频率互为倒数：f=1/T，T=1/f，Tf=1我的交流电的频率f=50HzT=1/50=0.02秒25七、三相交流电路1、三相交流电路—由三相交流电源和三相负载组成的电路叫三相交流电路。262、三相电动势的相序—依次为U-V-W称为正序。在发电厂及变电站中，对相序要求十分严格，必须保持一致，U相涂以黄色，V相涂以绿色，W相涂以红色。3、三相电动机的反转—欲使电动机反转，以要将任意两根电源线对调即可。4、电力系统中的发电机都是三相交流发电机—它在经济上技术上具有明显优越性，故广泛使用。5、三相电源的星形（Y形）连接：将三个产生三相电源的一端作为公共端，再由另一端引出线与负载相连，称为星形接法或Y接法，有中线的叫三相四线制，没中线的叫三相三线制（图如下页）