电工基础知识课件

电工基础知识培训课件主要内容第一章电场第二章恒定电流第三章磁场第四章电磁感应第五章交变电流第六章三相交变电流第一章

电场电荷电荷守恒定律库伦定律电场电场强度

电场中的导体静电屏蔽1.1电荷电荷守恒定律用丝绸摩擦过的玻璃棒和毛皮摩擦过的橡胶棒都能吸引轻小物体，这是带电体的性质，用丝绸摩擦过的玻璃棒上带的电荷叫正电荷；把毛皮摩擦过的橡胶棒上带的电荷叫做负电荷，而且同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。

用摩擦的方法使物体带电叫摩擦起电，摩擦起电并不是创造了电，只是电荷发生了转移。失去电子带正电；得到电子带负电。

那么摩擦为什么回生电呢？由于不同物质的原子核对核外电子的束缚能力不同，当两个物体相互摩擦时，原子核对核外电子的束缚本领弱的物体，它的一些电子就会转移到另一个物体上，失去电子的物体带正电，得到电子的物体由于带有多余的电子而带负电。摩擦起电实质上并不是创造了电，只是电荷从一个物体转移到了另一个物体，使正负电荷分开，电荷的总量并没有改变。相互摩擦的两个物体，必然带上等量的异种电荷，带正电的物体缺少电子，带负电的物体有了等量的多余的电子。电荷的多少叫电量。，电荷的符号是“Q”，单位是库仑，简称库，用符号“C”表示。1.1电荷电荷守恒定律摩擦可以使物体带电，感应也可以使物体带电。一个带电的物体与不带电的导体相互靠近时由于电荷间的相互作用，会使导体内部的电荷重新分布，异种电荷被吸引到带电体附近，而同种电荷被排斥到远离带电体的导体另一端。静电感应是在外电场的作用下导体中电荷在导体中重新分布的现象。尖端放电是强电场作用下，物体尖锐部分发生的一种放电现象。属于一种电晕放电。物体曲率大处，电力线密集，电势梯度大，致使其附近部分气体被击穿而发生放电。1.2库伦定律电荷之间有相互作用，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，电荷中的作用力大小跟什么有关呢？如图所示，把一个带正电的物体放在A处，然后把一个挂在丝线上的带正电的小球先后挂在P1、P2、P3的位置在图上可以看出在P1时偏角最大，P2次之、P3最小，说明电荷之间的相互作用力随着距离的增大而减小，增大丝线下端带电小球的电荷量，在同一个位置，小球受到的电力也增大，所以电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大。真空中两个点电荷之间的相互作用力F的大小，跟它们的电荷量Q1、Q2的乘积成正比，与距离平方成反比。F=k*(q1*q2)/r^21.3电场电场强度

电场电荷之间的相互作用是通过电场发生的，只要有电荷存在，电荷周围就存在着电场，电场的基本性质是他对放入其中的电荷有力的作用，这种力叫做电场力。电场强度把一电荷量为q的正电荷放在电荷量为Q的正电荷产生的电场中，电荷q在电场中的不同点受到的电场力一般并不相同距离Q远的受到的电场力小，距离Q近的受到的电场力大，那么电场的强弱就可以用某一电荷在电场中受到的力的大小来表示及E=F/q电场的叠加如果有几个点电荷同时存在，他们的电场就相互叠加，形成合电场，这时某点的场强等于各个点电荷在该点产生的场强的矢量和.电场线是为了直观形象地描述电场分布，在电场中引入的一些假想的曲线。曲线上每一点的切线方向和该点电场强度的方向一致；曲线密集的地方场强强，稀疏的地方场强弱。1.3电场电场强度如图：在离点电荷越近的地方场强越大，电场线越密集，离电荷越远的地方场强越小，电场线越稀。从图中还可以看出电场线由正电荷出发止于负电荷。1.4电场中的导体静电平衡把一个不带电的金属导体（如下图）放到场强为E0的电场中，导体内部的自由电子受到电场力的作用，将向电场的反方向移动，这样由于自由电子重新分布后在导体左面带负电，右面带正电，导体两端出现的正、负电荷在导体内部形成反方向的电场E＇，它的电力线用虚线表示，这个电场与外加电场相叠加，使导体内部的场强减小，但是，只要导体内部的场强不等于零，自由电子就继续移动，两端的正负电荷就继续增加，导体内部电场就进一步消弱，直到导体内部各点场强都等于零为止。1.4电场中的导体

处于静电平衡的导体中（包括表面）没有电荷的定向移动。1.5静电屏蔽静电屏蔽达到静电平衡的导体，内部没有电荷，内部电场强度处处为零。由此可推知，处于静电平衡状态的导体，电荷只分布在导体的外表面上。如果这个导体是中空的，当它达到静电平衡时，内部也将没有电场。这样，导体的外壳就会对它的内部起到“保护”作用，使它的内部不受外部电场的影响，这种现象称为静电屏蔽。第二章

恒定电流电流的形成电阻欧姆定理电阻的串并联电功电功率热功率2.1电流的形成形成电流的条件正常情况下导体的自由电荷就像气体中的分子一样，不停的做不规则运动，在一段时间内通过载面的自由电荷都相等，所以没有电流，如果把导体两端分别接到电源的两级上，导体中就有了电流，因为电源的正极电势高，负极电势低，电源的两级有电势差，也就是电压，当导体与电源的两级接通时，导体的两端也有了电压，导体中就有了电场，导体中的电荷在电场力的作用下定向移动，就形成了电流。电源的作用是保持导体两端的电压，使电路中有持续电流。国际单位制中1kA=1000A1A=1000mA1mA=1000μA2.2电阻在同一电路中，通过导体的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻阻值成反比，这就是欧姆定律，基本公式是I=U/R。欧姆定律由乔治·西蒙·欧姆提出，为了纪念他对电磁学的贡献，物理学界将电阻的单位命名为欧姆，以符号Ω表示。在公式中常用“R”表示。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体，电阻一般不同，电阻元件的电阻值大小一般与温度，材料，长度，还有横截面积有关，决定式：（ρ表示电阻的电阻率，是由其本身性质决定，L表示电阻的长度，S表示电阻的横截面积）。国际单位制中1KΩ=1000Ω1MΩ=1000KΩ2.3欧姆定理一、欧姆定理在一段电路中，流过电阻R的电流I与电阻两端的电压U成正比，而与这段电路的电阻R成反比。RUI电阻的倒数称为电导，用G表示，欧姆定律还可以表示为：2.4电阻的串并联一、电阻的串联所有电阻流过的电流相等；串联电路的总电压等于各串联电阻的电压之和；2.4电阻的串并联二、电阻的并联所有电阻承受的电压相等；并联电路的总电流等于各并联电阻的电流之和；2.5电功电功率电能可以转化成多种其他形式的能量。电能转化成多种其他形式能的过程也可以说是电流做功的过程，有多少电能发生了转化就说电流做了多少功，即电功是多少。电流做功的多少跟电流的大小、电压的高低、通电时间长短都有关系。加在用电器上的电压越高、通过的电流越大、通电时间越长，电流做功越多。研究表明，当电路两端电压为U，电路中的电流为I，通电时间为t时，电功W（或者说消耗的电能）电流在单位时间内做的功叫做电功率。是用来表示消耗电能的快慢的物理量，用P表示，它的单位是瓦特（Watt），简称瓦，电功率P=W/T=UIT/T=UI（也称为有功功率）2.6热功率热功率是指在一段电路上因发热而损耗的功率，其大小决定于通过这段导体中电流强度的平方和导体电阻R的乘积。Q=I²R由此可以看出电阻越大电流越大热功率越大。第三章

磁场磁场磁现象的电本质铁磁的性质磁场的几个物理量铁磁物质的磁化电流的磁场安培定则磁场对通电导体的作用3.1磁场磁现象的电本质

磁场两个电荷之间相互作用力是通过电场发生的，同样磁极之间的相互作用力是通过磁场发生的那么磁场的方向是如何规定的？图上可以看出磁铁的外部磁感线是从磁铁的北极出来进入磁铁的南极。3.2铁磁的性质磁铁就是具有磁性的磁体。能够长期保持磁性的磁体叫永久磁铁。能够被磁铁吸引的物质称为铁磁物质。磁铁之所以能吸引铁磁物质，是由于磁铁的周围存在着具有磁力作用的磁场。磁场和电场一样，具有力和能的特性，因此，磁场也是一种特殊的物质。两块磁铁通过磁场相互作用，同性相斥，异性相吸。例如：指南针就是一个磁铁，其指南的一极称为南极（S），指北的一极称为北极（N）。这是因为地球本身就是一个巨大的磁铁，地球的磁北极在地理南极附近，地球的磁南极在地理北极附近。3.2铁磁的性质为了直观地描述磁场，可以像电力线描述电场一样，用磁力线来描述磁场。磁力线的特点：1、磁铁的外部，磁力线从N极到S极，磁铁的内部，磁力线从S极到N极，从而构成一条闭合曲线；2、磁场的强弱由磁力线的疏密来表示；3、磁力线不能相互交叉；4、空间某点磁场的方向就是磁力线上该点的切线方向。3.3磁场的几个物理量1、磁感应强度：表示磁场内各点的磁场强弱和方向的物理量。用符号B表示。磁感应强度是有方向的向量，其方向就是该点的磁场方向。磁感应强度的单位为特斯拉（简称特），用T表示。磁感应强度是一个矢量（即有大小和方向的量），它与产生该磁场的电流方向之间关系满足右手螺旋定则。2、磁通：在均匀磁场中，磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，称为通过该面积的磁通量，用符合Ø表示。它是磁场中一个面上磁场情况的物理量。磁通不是向量，而是标量。磁通的单位是韦伯（简称韦），用Wb表示。由Ø=BS可知，磁感应强度为B=Ø/S所以在数值上，磁感应强度B可以看成是与磁场方向相垂直的单位面积所通过的磁通量，故磁感应强度B可认为是该面积中的磁通密度。3.3磁场的几个物理量3、导磁系数：又称为磁导率，表示物质导磁性能的物理量。所谓导磁性能好，指的是这类物质在外磁场的作用下能产生很大的附加磁场。磁导率可分为绝对磁导率和相对磁导率。绝对磁导率用符合u表示，简称磁导率，真空中的磁导率用符合u。表示；相对磁导率用符合ur表示。导磁系数的单位为亨/米（H/m）。亨（H）是电感单位。铁磁材料的相对导磁系数很高，且不是一个常数，而是随磁化程度变化的。4、磁场强度：表示磁场内各点磁场强弱和方向的辅助物理量。磁场中某点的磁感应强度与磁导率的比值，就是该点磁场强度，用符号H表示。磁场强度只与电流的大小和导体的几何形状以及位置有关，而与物质的导磁性能无关。磁场强度的单位是安培/米（A/m）。3.4铁磁物质的磁化磁铁并不是磁场的唯一来源，1820年丹麦物理学家奥斯特做过一个实验，把一条导线平行的放在磁针的上方，给导线通电，磁针就发生了偏转，说明电流也能产生磁场。那么磁铁的磁场和电流的磁场是否相同呢？导体中的电流是由大量的自由电子的定向移动而形成，而电流的周围又有磁场通电导线的周围存在磁场，是由于电荷运动的结果软铁棒被磁铁磁化后能吸引大头针未被磁化前，内部分子电流取向杂乱无章，磁场相互抵消，结果对外界不显磁性。在外界磁铁的磁化下，内部各分子电流取向一致，形成磁极。

3.5电流的磁场通电导体的周围空间也存在磁场，这叫做电流的磁效应。磁铁的磁场也是由磁铁内部的分子电流产生的，而分子电流是由绕原子核旋转的电子和电子本身的自转所形成的。电流产生的磁场方向与电流的方向有关，二者之间的关系可以用右手螺旋定则确定。3.6安培定则

安培定则，也叫右手螺旋定则，是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则。通电直导线中的安培定则（安培定则一）：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向；通电螺线管中的安培定则（安培定则二）：用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。3.7磁场对通电导体的作用在磁场中，通电导体将承受一个电磁力的作用，电磁力的方向与电流的方向和磁场的方向有关。三者的关系可以用左手定则来确定，即伸开左手，让磁力线从手心穿过，四指指向电流的方向，这时，拇指所指的方向就是电磁力的方向。左手定则又叫做电动机定则。第四章

电磁感应电磁感应现象感应电动势涡流现象自感现象互感现象4.1电磁感应现象

电磁感应现象闭合电路中的一部分导体做切割磁感线运动，电路中产生感应电流。如图将磁铁插入螺线管中货从螺线管中取出电流的指针表就发生偏转，只要穿过闭合电路中的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生，这种利用磁场产生的电流现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。在物理学中磁场的强弱使用磁感强度来表示，磁感强度等于穿过单位面积的磁通量B=Φ/S4.2感应电动势我们知道，要使闭合电路中有电流，这个电路路中必须有电源，因为电流是由电源的电动势引起的。在电磁感应现象里，既然闭合电路里有感应电流，那么这个电路中也必定有电动势，在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。感生电动势的大小跟穿过闭合电路的磁通量改变的快慢有关系，式中n为线圈匝数4.3涡流现象在一根导体外面绕上线圈，并让线圈通入交变电流，那么线圈就产生交变磁场。由于线圈中间的导体在圆周方向是可以等效成一圈圈的闭合电路，闭合电路中的磁通量在不断发生改变，所以在导体的圆周方向会产生感应电动势和感应电流，电流的方向沿导体的圆周方向转圈，就像一圈圈的漩涡，所以这种在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象。4.4自感现象一、自感由于线圈本身电流的变化而引起感应电动势的现象叫做自感现象。由自感现象而产生的感应电动势叫做自感电动势。在线性电路中，线圈的自感磁链和电流成正比，线圈的自感磁链与电流的比值叫做自感系数，简称自感，也叫电感，用L表示。L的数值与线圈的匝数、形状和大小有关。4.5互感现象二、互感由于一个线圈电流的变化，使另一个线圈产生感应电动势的现象叫做互感现象。由互感现象而产生的感应电动势叫做互感电动势。在线性电路中，线圈2的互感磁链和线圈1中的电流成正比，它们的比值叫做互感系数，简称互感，用M表示。M的数值除了与线圈的匝数、形状、大小和介质种类有关以外，还和线圈的相对位置有关。第五章

交变电流交变电流的产生和变化规律正弦交流电的有效值与最大值正弦交流电有功、无功和视在功率交流电的周期和频率变压器原理互感器5.1交变电流的产生和变化规律如图，矩形线圈abcd在匀强磁场中匀速转动，可以看到电流表指针随着线圈的转动而摆动，并且线圈每转一周，指针左右摆动一次，这表明转动的线圈里产生了大小和方向都随时间做周期性变化的交流。线圈abcd在磁场中转动时，它的ab边和cd边切割磁感线，在线圈中产生感应电动势，在电路中就产生感应电流。5.1交变电流的产生和变化规律5.2正弦交流电的有效值与最大值e=Emsinωt（ω是角速度）Em是最大值，e是瞬时值我们通常所说的电压电流其实是指它的有效值，有效值是根据电流热效应来规定的，让交流和恒定电流通过相同的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一恒定电流的数值叫做这一交变电流的有效值，例如某一交变电流通过一段电阻丝，在一段时间内产生的热量为Q，如果改用5A的恒定电流通过这段电阻丝，在相同的时间内产生的热量也为Q那么这一交变电流的有效值就是5A，试验证明正弦交流电的有效值和最大值之间有如下关系：5.3正弦交流电有功、无功和视在功率1、有功功率（平均功率）正弦交流电在一个周期内的平均功率为：有功功率就是瞬时功率的平均值，也就是瞬时功率公式的第一部分，其中，cosφ称为RLC电路的功率因数。5.3正弦交流电有功、无功和视在功率2、无功功率有功功率反映的是电路消耗的功率，而无功功率反映的是电路储能元件的能量交换情况，它等于能量变换的最大功率，计算可得：3、视在功率交流电路中总电压与总电流有效值的乘积叫做视在功率，即视在功率、有功功率和无功功率构成一个直角三角形，我们称为功率三角形，因此5.4交流电的周期和频率周期和频率在上图中线圈匀速转动一周，电流按正弦规律变化一周，我们把这种交变电流完成一次周期性变化的时间叫做交变电流的周期，通常用T表示，单位是秒，交变电流在1秒内完成周期性变化的次数叫做交变电流的频率，通常用f表示，单位是赫兹，根据定义T=1/f我们电网的频率是50Hz就是说1秒钟转了50圈。5.5变压器原理

如图：变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，一个线圈跟电源连接，叫原线圈（也叫初级线圈）一个线圈跟负载连接，叫副线圈（也叫次级线圈）。两个线圈都是用绝缘导线绕制而成，铁芯是涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。在原线圈上加交变电流U1原线圈中就有交变电流，他在铁芯中产生交变磁通量，这个交变磁通量即穿过原线圈，也穿过副线圈，在原副线圈中都要都要引起感应电动势，如果副线圈是闭合的，在副线圈中就产生感应电流，他也在铁芯中产生交变磁通量，这个交变磁通量也穿过原线圈和副线圈，在原副线圈中同样要引起感应电动势这种在原副线圈中由于交变电流而发生的相互感应现象叫互感现象。5.5变压器原理原线圈和副线圈中的电流共同产生的磁通量绝大部分通过铁芯，只有小部分漏到铁芯之外，在通常计算中可以忽略不计，认为穿过两个线圈的磁铁量相同，那么在两个线圈每一匝产生的感应电动势就相等，那么就有匝数比等于电压比U1/U2=N1/N2变压器工作的时候输入的功率一部分从副线圈输出，另一部分消耗在发热上，但是消耗的功率一般不超过百分之几所以可以认为变压器输入输出的功率基本相等我们知道功率P=UI那么原线圈U1I1=副线圈U2I2由于U1/U2=N1/N2所以原副线圈的电流比等于他们匝数的反比即Ⅰ1/Ⅰ2=N2/N15.6互感器互感器也是一种变压器，交流电压表和电流表都有一定的量度范围，不能直接测量高电压和大电流，用变压器把高电压变成低电压，或者大电流变成小电流的这种变压器就叫做互感器。互感器分为电压互感器和电流互感器。为什么电流互感器二次侧不能开路？为什么电压互感器二次侧不能短路？第六章

三相交变电流概述三相正弦交流电的表示方法三相交流电路的星形连接三相交流电路的三角形连接三相交流电路的功率功率因素6.1概述一、三相交流电路的定义将三个频率和最大值相同，相位互差120º的正弦电动势（或电压），按照一定的方式连接起来构成三相交流电源，再与一定的三相输电线路和三相负载连接，就构成三相交流电路。三相交流电路与单相交流电路相比，具有一下优点：1、在相同尺寸下，三相发电机的输出功率比单相发电机要大；2、在相同电压下，输送功率和距离一定时，采用三相输电比单相输电节省导线材料等，比较经济；3、三相电动机比单相电动机结构简单，性能好，成本低，运行可靠，维护和使用较方便。6.1概述二、基本概念火线：由每相绕组或负载始端引出的导线叫做端线，也叫火线；零线：在星形连接中从中点引出的导线叫做中性线，也叫零线；相电压：每相绕组或负载始端和末端之间的电压叫做相电压；线电压：三相绕组或负载端线与端线之间的电压叫做线电压；相电流：流过每相绕组或负载的电流叫做相电流；线电流：流过端线（或火线）的电流叫做线电流；零线电流：流过中性线（或零线）的电流叫做零线电流。6.2三相正弦交流电的表示方法三相交变电流的产生像下图那样，只有一个线圈在磁场里转动，电路里只产生一个交变电动势，这样的发动机叫做单相交流发动机，它发出的电流叫做单相交流电流，如果在磁场里有三个互成角度的线圈同时转动，电路里就产生三个交变电动势，这样的发动机叫做三相交流发动机，它发出的电流叫做三相交变电流。6.2三相正弦交流电的表示方法三个线圈中的电动势虽然最大值和周期都相同，但是它们不能同时为零或者同时达到最大值，由于三个线圈的平面依次相差120度角，它们到达零值（即通过中性面）和最大值的时间，依次落后3分之1周期。6.3三相交流电路的星形连接将三相绕组或负载的末端连接在一起，成为一个公共点，始端分别用导线引出，这种连接方式叫做星形连接。因此，当三相绕组或负载接成星形时，线电压有效值等于相电压有效值的倍，各线电压在相位上超前相应的相电压30°；同时，各线电流在大小和相位上等于相应的相电流，即6.4三相交流电路的三角形连接将三相绕组或负载的始端和末端依次连接，构成一个闭合三角形回路，然后从三个连接点分别引出导线，这种连接方式叫做三角形连接。因此，当三相绕组或负载接成三角形时，线电流有效值等于相电流有效值的倍，各线电流在相位上滞后相应的相电流30°；同时，各线电压在大小和相位上等于相应的相电压，即6.5三相交流电路的功率一、有功功率无论三相对称电路中的电源和负载是接成星形还是三角形，其总的有功功率的计算公式是相同的。二、无功功率三、视在功率6.6功率因素二、功率关系在功率三角形中，有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数

cosφ=P/S功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。练习1、在磁场中，通电导体将承受一个＿＿＿＿＿＿力的作用，它的方向与电流的方向和磁场的方向有关。三者的关系可以用＿＿＿＿＿＿来确定，即伸开＿＿＿＿＿＿手，让磁力线从手心穿过，＿＿＿＿＿＿＿指向电流的方向，这时，＿＿＿＿＿＿所指的方向就是它的方向。答案：电磁，左手定则，左，四指，拇指练习2、直导体作切割磁力线运动，导体内的电荷受电磁力的作用而分离，从而产生＿＿＿＿＿＿。它的方向可由＿＿＿＿＿＿确定。即伸出＿＿＿＿＿＿手，让磁力线垂直穿过手心，则＿＿＿＿＿＿所指的方向就是感应电动势的方向，＿＿＿＿＿＿指向导体运动方向。答案：感应电动势，右手定则，右，四指，拇指练习3、大小和方向都随时间作周期变化的电流，叫做周期电流；在一个周期内，平均值等于＿＿＿＿＿＿的周期电流，叫做交变电流，也称交流；按正弦规律变化的交流，叫做＿＿＿＿＿＿。答案：零，正弦交流练习4、有效值的定义：在阻值相同的两个电阻元件中，分别通入直流电流I和交流电流i，如果在相同的时间里，这两个电流所产生的＿＿＿＿＿＿相同，则＿＿＿＿＿＿电流的有效值就等于＿＿＿＿＿＿电流的大小。答案：热量，交流，直流练习6、功率因数是用电设备的一个重要技术