电工基础1教材

电工基础江苏省水利厅职业技能培训中心刘洁第一章直流电路第二章电磁与电磁感应第三章交流电路第一章、直流电路1、电路的基本概念2、欧姆定律3、电功率、电能及电流的热效应4、基尔霍夫定律5、电阻的串并联及简单直流电路计算第一节、电路的基本概念一、电路的组成电源：产生电能的设备。将非电能量转化为电能。如：干电池、蓄电池、发电机。负载：取用电能的设备。将电能转化为其他形式能量。如电灯泡、电烙铁、电动机。导线：传输、分配、电能的设备，将电源和负载连接起来构成一个通路。控制设备：执行电路的操作任务。二、电流1、基本概念电流：电荷有规则的定向移动，就形成电流。电路中产生电流的条件：（1）有电源供电（2）电路必须是闭合回路2、电流的大小I—电流强度（电流），单位安培，简称安，符号At—时间，单位秒，符号sq—电荷量，单位库仑，符号c3、电流的单位千安（kA）、安（A）、毫安（mA）、微安（µA）4、电流的种类（1）恒定电流（直流）：大小和方向不变即=常数例：手电筒、蓄电池（2）交变电流（交流）：大小和方向随时间变化而变化即

≠常数，i是时间的函数。

式中

dt—极短的时间

dq—微小电荷量

一般工业生产和日常生活所用均为交流电5、电流的方向（实际方向）：正电荷运动的方向或负电荷运动的相反方向（1）电流的正方向（参考方向）：任意假设的电流方向。（2）电流的正负值：正方向选定之后，电流的值才有正负之分。三、电位、电压、电动势1、电位的概念2、参考点所选定的零电位之点如选大地、金属底板、机壳、公共线、公共点等。注意：如电路中的参考点改变，则电路中各点的电位随之改变，但是任意两点之间的电位差则不变。3、电压（电位差）电路中两点之间的电位差（1）电压的大小

UAB=VA-VBVA、VB——A点、B点的电位UAB——AB两点之间的电压式中，W——电场力移动电荷所做的功

q——电荷所带的电量（2）电压的方向（实际方向）高电位端指向低电位端即为电位降低方向

UAB=VA-VBUAB=-UBA（3）电压的单位千伏（kV）、伏（V）、毫伏（mV）、微伏（µV）4、电动势电动势：电源内部其它能量的作用（电池是化学作用、发电机是电磁感应作用）把正电荷从负端推至正端，在电源两极间产生的电位差。这种非电场力（电源力）将正电荷从低电位移动到高电位所做的功与电量的比值称为电源电动势。电动势用”E”表示，单位：伏特（V）电动势方向：在电源内部指向电位升的方向，即从电源负极指向正极。四、电阻元件1、导体的电阻2、导体电阻的计算3、电阻的单位1、导体的电阻导体对电流的阻力，用R或r表示。电阻的图形：

2、导体电阻的计算公式：R—导体的电阻，单位为欧姆，简称欧（Ω）L—导体的长度，单位为米（m）S—导体的横截面积，单位为

—导体的电阻系数，也称电阻率（长度为1m，截面积为1平方毫米的均匀导体在20℃时所具有的电阻值）例：某村有一条长度为10公里的电力排灌线路，采用截面积为25平方毫米的铝绞线。求铝导线在20℃时的电阻值。解：3、电阻的单位电阻的单位：欧姆，简称欧，符号Ω

或，千欧（kΩ）兆欧（MΩ）五、导体、半导体、绝缘体1、导体：电阻小，容易传递电流的物体。良导体：银、铜、铝导体：含杂质的水、人体、钢筋混凝土、电杆、砖土墙壁、大地等。2、绝缘体：电阻很大，不导电的物体。如：陶瓷、橡胶、塑料、玻璃、油漆、云母、棉纱、纸、干燥的木材和空气等。3、半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物体。如：硅、锗、硒、氧化铜、硫化镉等。第二节欧姆定律一、无源支路电路的欧姆定律二、有源支路电路的欧姆定律无源支路：在固定电阻中，电压与电流的关系说明：当电阻R一定时，通过电阻的电流与电阻两端的电压称正比。通过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，而与电路中的电阻成反比。公式：式中，I—电路中电流

U—电阻两端电压

R—电阻1、已知：电压、电阻，求电流2、已知：电流、电阻，求电压3、已知：电压、电流，求电阻例：一只电炉接在220V电压线路上，电流为

4A，求电炉的电阻R。解：有欧姆定律得出电炉的电阻为：例：已知一只白炽灯的电阻为100Ω，它接在

220V线路上，求通过白炽灯的电流I。解：由欧姆定律得出通过白炽灯的电流为：有源支路电路中电流与电源电动势成正比，与全部电阻之和成反比。公式：因为U=IR，代入上式得，U=E-IR0式中，E—电源电动势

I—电路中电流

R—负载电阻

U—电源端电压

IR0—电源的内阻压降例：已知某直流发电机的端电压为110V，内阻为0.2欧，外电路负载为5欧，求这台发电机的电动势。解：第三节、电功率、电能

及电流热效应一、电功率电流在单位时间内所做的电功叫电动率，简称功率，用符号P表示。单位：瓦特，简称“瓦”，用符号“W”表示。例：有一只在U=220V电压下使用的电烙铁，测量出电流为I=1.364A，问该烙铁的电功率为多少?解：P=UI=220×1.364=300W

即该电烙铁的电功率为300W。二、电能及计算电功由消耗电能得到，因而电能的消耗可用电流所做的功来度量。电能的计算为电功率和时间的乘积，即

W=Pt

单位：焦耳（J）

例：一只40W的灯泡，平均每天使用3h，问一个月（以30天计）要用多少度电？解：P=40W=0.04kW,t=30×3=90h

一个月消耗的电能为：

W=Pt=0.04×90=3.6kW·h

即每月用电3.6度。三、电流的热效应电流通过金属导体时，金属内部自由电子在定向移动过程中不断的与原子发生碰撞而发热，即电流的热效应。（一）焦耳定律

由欧姆定律，例：有一只电炉，使用电压为220V，通电电流为5A，问它消耗了多少电能？产生了多少热量？解：消耗的电能为

W=Pt=IUt=5×220×2=2200kW·h

产生的热量为

Q=IUt=5×220×（2×3600）=7920000J（二）载流导体的允许温升和额定电流温升：电气设备的温度与环境温度之差允许温升：电气设备的允许温度与环境温度之差额定温度：电气设备在一定的散热条件下的“允许温升”电气设备在通过额定电流之下不会因温度过高而损坏第四节基尔霍夫定律支路：一段没有分支的电路，支路中的电流大小相等，流向一致。节点：凡是有三条或三条以上的支路相汇合的点。回路：由一条或多条支路组成的闭合回路。一、基尔霍夫第一定律

（节点电流定律）

表达式：节点上电流的代数和恒为零。流进节点的电流为正，流出电流的电流为负二、基尔霍夫第二定律

（回路电压定律）表达式：在复杂电路的任何一个闭合回路中，电势的代数和等于各个电阻上电压降的代数和。基尔霍夫第二定律计算的步骤：（1）选择正确的正方向（2）确定回路的绕行方向（3）电势与绕行方向一致取正，反之取负。当电流方向与绕行方向一致时，电压降取正，反之取负。例：如图所示电桥电路，已知I1=0.15A，I2=0.1A，R1=10Ω，R2=20Ω，求Uab。解：第五节电阻的串联、并联和混联一、电阻的串联二、电阻的并联三、电阻的混联一、电阻的串联串联：在电路中，将若干个电阻首尾依次连接起来，就叫电阻的串联。串联电路特点：（1）串联电路中的电流处处相等，即流过R1、R2、R3中的电流都相等，且等于电路的电流，表达式为：I=I1=I2=I3（2）串联电路中总电压等于各部分电压之和，即：U=U1+U2+U3（3）若干个电阻串联，可用一个等效电阻来代替，等效电阻等于各串联电阻之和，即：

R=R1+R2+R3，如果有n个相同电阻R串联，则总电阻为：R总=nR（4）分压公式：各电阻上电压与各电阻成正比。即：电阻串联的应用较多，例如两只相同的110V的灯泡可以串联起来接在220V的电源上使用，当负载的额定电压低于电源电压时，可以串联一个电阻，降低一部分电压，以满足负载接入电源使用的需要。另外在电工测量中还广泛使用串联的方法来扩大电表的电压量程。例：有一盏弧光灯，额定电压U1=40V，正常工作时的电流I=5A，应该怎样把它连入U=220V的照明电路中？解：直接把弧光灯连入照明电路是不行的，因为照明电路的电压比弧光灯额定电压高。根据串联电路的总电压等于各个部分电压之和的原理，因此，可以在弧光灯上串联一个适当的电阻R2，分掉多余的电压。要分掉的电压U2=U-U1=180V，R2与弧光灯的电阻串联，弧光灯正常工作时，R2通过的电流也是5A。所以，二、电阻的并联并联：在电路中，若将几个电阻的首端和尾端分别连接在两个节点之间，则这种连接方法叫电阻的并联。同一电路上的各个用电器通常都是采用并联接法。

并联电路的特点：（1）在并联电路中，各用电器（电阻）两端的电压都等于外加电源电压，即：U=U1=U2=U3

（2）并联电路的总电流等于各分路电流之和，即：I=I1+I2+I3（3）在几个电阻并联时，可以用一个等效电阻来代替。根据以上两个特点可得如下关系式：因此，（4）分流公式：各支路的电流与各自的电阻成反比。式中，称为分流系数。说明：在并联电路中，总电阻的倒数等于各电阻的倒数之和。如果R1=R2=R3，则总电阻为R=R1，说明并联的电阻越多，总电阻就越小，电源供给的电流就越大。

三、电阻的混联混联：电路中既有电阻的串联，又有电阻的并联。混联电路的分析计算步骤：1、应用电阻串联和并联公式，将电路简化成只有一个电阻的等效电路。2、应用欧姆定律求出总电流I。3、应用分流公式求出各分支路的电流。例：如图所示，已知R1=4Ω，R2=6Ω，R3=3.6Ω，R4=4Ω，R5=0.6Ω，R6=1Ω，E=4V，求各支路电流。（1）R1、R2并联的等效电阻为：此电阻再与R3串联得：

R13又与R4并联得：总回路的等效电阻为：(2)求总电流I，即R5、R6中的电流(3)求通过R3、R4中的电流I3、I4

再由I3求出通过R1、R2的电流I1、I2第二章：电磁与电磁感应第一节、磁的基本概念第二节、电流的磁效应第三节、铁磁材料的磁化第四节、电磁感应第五节、自感与互感第一节、磁的基本概念一、磁的基本概念

磁场：具有磁力存在的空间。

磁极：磁铁对含铁物质吸引力最大的两端。

磁力线：形象的反映磁场分布情况的线条。磁力线具有以下特性：每一条磁力线都是无始无终的封闭曲线。磁力线的方向在磁铁外部从北极指向南极，在磁铁内部则由南极指向北极。由于磁场中每一点的磁场方向唯一确定，所以任何两条磁力线不会相交。二、磁场的几个基本物理量1、磁通量（磁感应通量）Φ

穿过某一横截面的磁力线的数目。

单位：Wb(韦伯)，Mx（麦克斯韦）2、磁感应强度B

均匀磁场中垂直于磁场方向的单位面积中磁通量。描述磁场的强度和方向的物理量。

单位：，高斯3、磁势F

线圈的匝数N与通过线圈的电流I的乘积NIF=NI

单位：安匝4、导磁系数μ

表示物质的导磁性能。单位亨/米（H/m）真空中的磁导率是一个常数，

相对磁导次数

：其他介质与μo的比值铁磁性材料µ很大，广泛用于变压器和电动机中5、磁场强度HH=B/µ

磁场强度只与通入线圈的电流大小、线圈的匝数和形状有关，而与介质的性质（导磁系数）无关。第二节、电流的磁效应定义：通电导体周围产生磁场的现象。一、通电直导体周围的磁场

右手螺旋定律二、通电线圈的磁场

右手螺旋定则第三节、铁磁物质的磁化一、铁磁物质的磁化铁磁物质：比真空导磁系数大得多的物质。铁磁物质“磁化”：铁磁物质呈现磁性的现象。磁畴：存在于天然铁磁物质中的体积非常小的自然磁化区域。二、铁磁物质的磁化曲线磁化曲线：磁感应强度B和磁场强度H之间的关系曲线。称B—H磁化曲线。磁滞回线：铁磁物质被反复磁化得到的闭合曲线。铁磁物质的分类（1）软磁性材料：硅钢片、铸钢、铸铁（2）硬磁性材料：碳钢、钨钢（3）矩磁材料：锰镁、锂镁矩磁铁氧体第四节、电磁感应一、定义：

当导体的周围磁场发生变化时，导体上将感应出电动势，这种现象称为电磁感应。感应电动势、感应电流：有电磁感应产生的电动势和电流。产生的条件：切割磁力线、闭合回路

二、感应电动势方向1、直导体：右手定则2、线圈：楞次定律楞次定律：在闭合路径内产生的感应电动势总是企图沿着感应电动势的方向产生一个感应电流，该电流产生的通过回路面积的磁通总是阻碍原来磁通的变化。楞次定律实质：感应电流产生的新磁通阻碍原磁通的增大或减少，而不是阻碍原磁通的存在。三、感应电动势的大小线圈线圈中的感应电动势的大小等于线圈磁链变化率的负值直导体中感应电动势的大小

E=BVL第五节、自感与互感一、自感自感磁通ΦL：穿过线圈的磁通是由于流过线圈的电流产生。自感磁链φL：自感磁通与线圈匝数的乘积。电感L：自感磁链与其电流之比。电感单位：亨（H）、毫亨（mH）、微亨（μH）当流过线圈的电流发生变化，自感磁链也发生变化，从而在线圈中产生感应电动势。这个电动势是由于流经线圈的电流变化而产生的，叫做自感电动势当L为常数时，自感电动势的大小不但与通过线圈的电流变化率成正比，还与L成正比，负号说明自感电动势方向总是阻碍电流变化。二、互感第三章、交流电路第一节、交流电的概念第二节、交流电的产生及表达式第三节、交流电路概述第四节、三相交流电第五节、三相负载的联接方法第一节、交流电的概念交流电流：大小和方向随时间作周期性变化的电流脉动电流：大小随时间作周期性变化，方向不变的电流正弦交流电流：大小和方向随时间按正弦规律作周期性变化的电流

第二节、交流电的产生及表达式一、瞬时值表达式：二、正弦交流电三要素（一）周期和频率1、周期：交流电变化一个循环所需要的时间，用T表示，单位秒（s）2、频率：每秒钟内交流电变化的循环数，用f表示，单位赫兹（Hz）3、周期和频率互成倒数关系4、我国规定标准频率为50Hz，周期为0.02s5、角频率（二）最大值、有效值、平均值1、最大值：变化一个循环中，出现的最大的瞬时值，或称“振幅值”。用“Im”、“Um”、“Em”表示。2、有效值：在发热做功方面与交流电流等效的直流电流。用“I”、“U”、“E”表示。3、最大值与有效值关系：（三）初相角和相位差1、初相角：正弦量由电波的起始点至计算时间的起点所变化的电角。用φ表示。2、相位差：两个同频率的正弦量相位角之差。

它们间的相位差为：两个同频率的正弦量，若第一个比第二个早到达零（或最大值），我们说第一个正弦量在相位上“超前”于第二个正弦量，或者说第二个正弦量在相位上“滞后”于第一个正弦量。若两个正弦量初相角相等，即同时到达零（或最大值），则称这两个正弦量“同相”。频率、振幅值和初相角这三个量为正弦量的“三要素”，分别表示正弦量变化的快慢、大小以及起始状态。三、正弦交流电表达式正弦交流电的表示法，有正弦曲线法、瞬时值解析法和旋转矢量法。（1）正弦曲线法（波形图）（2）解析法（数学表达式）（3）旋转矢量法所谓旋转矢量法，就是通过直角坐标的原点0作一向量Em，使其长度按选定的比例尺等于正弦电势（电流或电压）的最大值Em，并使它与横轴正方向之间的夹角为正弦电势的初相位φ，并规定向量Em从时间t=0开始，以正弦电势的角频率ω绕原点0作逆时针方向旋转，那么经过时间t秒后，向量与横轴夹角将是ωt+φ，向量在纵轴上的投影就表示正弦电势e对应于时间t的瞬时值。一般只用起始位置（t=0）的向量来表示一个正弦交流电。第三节、交流电路概述一、纯电阻交流电路：电路中R起主要作用。

u=Umsinωti=u/R=ImsinωtIm=Um/RP=UIP—有功功率单位：瓦或千瓦因电压和电流同相，所以瞬时功率P=UI在一个周期内都是正值，即电阻总是发热消耗功率的。二、纯电感电路：假设电阻为零，只考虑电感作用。i=Imsinωtu=Umsin（ωt

+90°）

I=U/ωL=U/XLXL==2πfL式中XL叫做感抗，它表示交流电通过电感时，在电感中产生的自感电势对电流的阻碍作用，它的单位和电阻的单位相同。有功功率P=0，表示交流通过电感时，电感是不消耗电能的，电感只是不停地和电源进行周期性的能量交换。无功功率用“QL”表示，单位是“伏特乘安培”，为了区别于有功功率，我们不叫它“瓦特”，而称之为“乏”（var）。三、纯电容电路：电路中电容起主要作用，其他参数可忽略。i=Imsinωtu=Umsin（ωt-90°）用“XC”来表示，并称XC为容抗，反映的是电容对交流电通过时的阻碍作用。容抗的单位同电阻。有功功率P=0,无功功率用“QC”表示，其单位是“乏”（var）。四、电阻、电感和电容串、并联电路1、串联电路由于三者是串联的，通过它们的电流相同（以电流作为参考矢量），产生的压降分别为UR、UL、UC,根据压降和电流的相位关系知，总的压降U为三者的矢量和，即总电压为式中Z为串联电路的等效阻抗，简称阻抗，单位为“欧姆”。它的大小与电阻、感抗和容抗的大小有以下关系：当XL>XC时，整个电路呈现感性；当XL<XC时，整个电路呈现容性；当XL=XC时，整个电路呈现电阻性。其中，第三种情况是一种特殊情况，此时电路将产生串联谐振，也叫电压谐振。发生串联谐振是，Z=R，电路具有最小的阻抗，因此在外加电压不变的情况下，电路中的电流达到最大值，即。发生串联谐振的条件：XL=XC，即由此可得：

f0称为谐振频率，只要电源频率与电路参数（L、C）之间满足上述关系，就要发生串联谐振。2、功率和功率因数电阻、电感、电容串联电路中只有电阻消耗功率，有功功率为P=URI，电感、电容只和电源间进行能量交换。根据数学推导，有功功率P=URI=UIcosφ,它等于这个电路中电压、电流的有效值和cosφ的乘积。对一个确定的电路来说，cosφ是一个常数，称做“功率因数”，φ角称做“功率因数角”。将电压和电流的乘积称为“视在功率”，用S表示，即

S=UI为了区别于有功功率，它的单位称做“伏安”（VA）或“千伏安”（kVA）

2、并联电路在感性负载与电容器并联的电路中，最有实际意义的是电阻与电感串联后与电容器并联的电路。因为作为负载的电器设备大多数是由线圈绕制而成，它既有电阻又有电感，并且在电力系统中，常用并联电容器的办法来提高系统的功率因数。在日常生活和生产实践中，绝大部分的电路是呈感性的，为了提高功率因数，常用的办法是人为地加入电容性负载，利用电容负载的超前电流来补偿感性电流，以达到提高功率因数目的。提高功率因数需并电容器的电容值C的计算公式为：提高功率因数的意义：（1）充分利用电源设备的容量

Se=UeIeP=UeIecosφ

（2）降低输电线路的电压降和功率损失

P=UIcosφ△U=IZ△P=I2R

第四节、三相交流电一、三相正弦交流电的产生相序：三相电动势依次达到最大值的先后次序。正序（顺序）：三相电动势的最大值按A→B→C→A的次序出现。负序（逆序）：三相电动势的最大值按A→C→B→A的次序出现。二、三相电源绕组的联接1、接法三相发电机绕组的星形联结：把三相绕组的末端联结在一起，成为一个公共点O，三个始端分别引出三根导线，这种联结法称为星形接法。2、名词解释火线：由始端A、B、C引出的三根导线叫火线，也称端线。中性点：由末端X、Y、Z联结在一起的公共点O叫中性点，也叫中点或零点，它通常是接地的。中线：由中性点O引出的一根导线叫做中线，也称零线。当中性点接地时，中线也称作地线。相电压：每根火线与中线之间的电压，也就是每相的始端与末端之间的电压叫相电压。线电压：两根火线之间的电压，也就是每一相的始端与另一相的始端之间的电压叫线电压。3、线电压与相电压的关系写成一般式为：即发电机绕组作星形联结时，线电压的有效值等于相电压的有效值的倍在三相制的低压供电系统中，最常用的电压是相电压220V，线电压380V.如不特别声明，一般所说的电压都是指的线电压。例如说某电网电压是35kV，就是指线电压是350kV.三、三相变压器绕组的三角形联结

三相变压器的三角形接法，其原理与三相发电机绕组作三角形联结是一样的。1、接法把三相变压器一相绕组的末端和相邻的始端依次相联，如图所示，x接b、y接c、z接a，形成一个三角形回路，再从三个始端a、b、c引出三根导线，这种联结法叫三角形接法。2、线电压与相电压的关系

写成一般式：注意：变压器绕组作三角形联结时不可接反，如将一相接反，回路中的合成电势就不再为零，而是相电势的两倍，会产生非常大的环流烧坏变压器。为此，三相变压器绕组作三角形联结时，先不要把三角形回路闭合，留下一个开口，在开口处接上一只电压表，测量回路电