电工基础知识课件

电工基础知识能源与节能管理基础

第五章电工基础知识第五章电工基础知识电力基础知识电机与拖动电气线路直流电路的知识电场、磁场的知识交流电路和电子技术基础知识电力系统与电力网的知识无功功率补偿的知识变压器的知识交直流电机的知识电气线路的相关知识照明及照明器具的知识经典、现代控制理论的知识控制理论的应用电磁学槪论自动控制理论

知识结构3电工基础知识一、知识结构电磁学槪论直流电路电场的基本物理量及定律磁场的基本物理量及定律单相交流电路三相交流电路电子技术基础电路的组成及连接形式电路的基本物理量电功和电功率、电流热效应电场的基本物理量电流连续性原理、库仑定律磁场的基本物理量安培定律、电磁感应定律交流电的基本物理量交流电路的功率三相交流电路的功率计算对称三相电源及其联接形式三相负载及其联接形式半导体的特性半导体二极管、三极管4电工基础知识（一）介质极化现象在外电场作用下，电介质显示电性的现象。（二）物质磁化现象在外磁场作用下，物质对外显现磁性的现象。（三）磁路定律

无分支闭合磁路的欧姆定律，

Rm=Em

。（四）电子技术基础

1.PN结的单向导电性二、了解内容5电工基础知识2.二极管

二极管的主要特性是单向导电性。可把交流电整流为直流电。

3.三极管：结构：三极管三个电极，三个区、两个PN结。功能：能起放大、振荡或开关等作用。三极管有PNP型和NPN型两种。二、了解内容6电工基础知识（一）直流电路的基本概念

1.电路电路就是电流通过的路径。它由电源、负载、连接导线和开关等组成。电路的状态：开路、短路、通路。

三、理解要点7电工基础知识2.电流、电压、电动势、电阻

(1)电流：电流的数值等于单位时间内通过导体截面的电荷量。计算公式，单位：安培（A）

(2)

电压：电场中两点之间的电位差。用U表示，单位：伏特(V)

(3)电动势：用E表示，单位：伏特(V)三、理解要点8电工基础知识(4)电阻：电流在导体中流动时受到的阻力。

一段金属导体的电阻大小与导体的材料、长度和横截面积有关。

3.电路的连接形式电路有串联、并联和混联三种连接形式。三、理解要点9电工基础知识（二）电场和磁场的基本概念

1.电场强度E

：描述电场强弱的物理量。

2.磁感应强度B：描述磁场强弱的物理量.3.自感：

4.互感：三、理解要点10电工基础知识5.磁滞和磁滞损耗磁滞：铁磁材料所具有的磁通密度B的变化滞后于磁场强度H变化的现象。磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场中时，材料被反复磁化，与此同时，磁畴相互间不停的摩擦，消耗能量，造成损耗，这种损耗称为磁滞损耗。三、理解要点11电工基础知识（三）电场和磁场的基本定律

1.电荷守恒和电流连续性原理电荷是守恒的，它既不能产生也不能消灭。

2.库仑力定律两个点电荷之间作用力的大小与两电荷量乘积成正比，与距离的平方成反比。

3.安培力定律有关两个电流回路之间磁场力的定律，安培力定律是研究磁场力的基础。三、理解要点12电工基础知识（一）欧姆定律欧姆定律是表示电压、电流和电阻三者关系的基本定律。

1.部分电路欧姆定律：

2.全电路欧姆定律：

四、掌握重点13电工基础知识

（二）电功和电功率

(1)电功：电流所做的功，对于纯电阻性负载，单位：焦耳(J)、千瓦时(kW.h)（度）。

(2)电功率：电流在单位时间内所作的功，

对于纯电阻性负载，单位：瓦（W）或(kW)四、掌握重点14电工基础知识

（三）电流的热效应电流通过导体时产生热的现象。焦耳定律，对于纯电阻性负载，产生的热量与电流做的功相等，单位：焦耳（J）。四、掌握重点15电工基础知识（四）电磁感应定律当穿过导体回路围成面积的磁链随时间变化时，导体回路中将产生感应电动势。四、掌握重点16电工基础知识（五）涡流、集肤效应

1.涡流涡流：导体在变化的磁场中，内部产生的呈旋涡状的电流。

用途：涡流炼钢；危害：变压器铁心发热。

2.集肤效应集肤效应：高频电流几乎只在导体表面附近一薄层内流动的现象。电视天线一般用铝（铜）管制作。三、掌握重点17电工基础知识（六）单相交流电路

1.交流电的定义大小和方向都随时间按照一定规律做周期性变化。

2.正弦交流电的表达式：

3.交流电的基本物理量

（1）瞬时值：交流电某一时刻的数值。

（2）最大值：瞬时值中的最大的数值。四、掌握重点18电工基础知识

（3）有效值：正弦交流电的有效值等于最大值的。

（4）周期：T，单位：秒（s）

（5）频率：f，单位：赫兹（Hz）。

（6）角频率：单位时间内变化的角度。周期与频率之间的关系：四、掌握重点19电工基础知识

（7）相位：表达式中的。（8）初相位：t=0时的相位，表达式中的。（9）相位差：两个同频率的正弦交流电的相位之差。交流电的相位关系：同相、超前、滞后、反相四、掌握重点20电工基础知识

4.单相正弦稳态电路的功率（1）瞬时功率（2）有功功率（也称平均功率）单位:(kW)实际消耗功率。

（3）无功功率（电源和电感、电容交换功率）单位:(kVAR)

（4）视在功率单位：(kVA)。四、掌握重点21电工基础知识（七）三相交流电路

1.三相交流电路由三个频率相同、振幅相同、相位彼此相差120

的正弦电动势作为供电电源的电路。

四、掌握重点22电工基础知识2.

对称三相电源的表达式：

三相电源的瞬时值之和为零。

3.

相序：三相电源中各相电源经过同一值（如最大值）的先后顺序。正序（顺序）：A—B—C—A；负序（逆序）：A—C—B—A。四、掌握重点23电工基础知识

4.三相电源的联接ABCA+–X+–+–BCYZB·UC·UA·UBA·UBC·UA·IB·IC·ICA·UABCA+–X+–+–BCYZB·UC·UA·UBA·UBC·UA·IB·IC·ICA·UABCA+–X+–+–BCYZB·UC·UA·UBA·UBC·UA·IB·IC·ICA·UA+–X+–+–BCYZB·UC·UA·UBA·UBC·UA·IB·IC·ICA·UY联接：线电压大小是相电压的倍；

联接：线电压与相电压大小相等。四、掌握重点24电工基础知识

无中线连接时，三相电源对负载的连接为三相三线制，有中线时为三相四线制。

5.三相负载及其联接三相负载也有星形和三角形两种联接方式。四、掌握重点25电工基础知识

(1)线电压、线电流、相电压、相电流概念

(2)Y连接时，线电流与相电流相等，线电压是相电压的倍。

(3)

形连接时，线电流是相电流的倍，线电压与相电压相等。四、掌握重点26电工基础知识

6.三相负载有功功率、无功功率和视在功率四、掌握重点27电工基础知识电力基础知识电力系统与电力网电力负荷供电系统供电质量用户供电电压与电源的选择无功功率补偿电力系统电力网电力系统的基本参量和结线图电力负荷基本概念电力负荷的分类供电线路符号TT、TN、IT方式供电系统供电质量具体指标电能质量的基本参量无功功率和提高功率因数意义线路电压损失电压的选择、电源的选择无功功率补偿及其方法并联电容器补偿无功功率一、知识结构28电工基础知识（一）电力系统的基本概念电力系统是由生产、变换、输送、分配、消费电能的设备和各种用电设备以及测量、保护、控制等智能装置组成的统一整体。（二）电力网的基本概念与基本参量

1.电力网络

2.描述一个电力系统的基本参量总装机容量、年发电量、最大负荷、额定频率和最高电压等级。二、了解内容29电工基础知识（三）电力负荷的分类电力负荷的七种分类方法：

1.按用电的部门属性来划分（工业用电、农业用电等）；

2.按负荷的大小划分（最大负荷、最小负荷、平均负荷）；

3.按使用电力目的划分（动力、照明等）；

4.按用电用户的重要性划分（Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类负荷）；

二、了解内容30电工基础知识5.按年最大负荷预测的时间长短划分；

6.按电能的生产和销售过程划分（发电负荷、供电负荷、用电负荷）；

7.按国民经济行业用电划分。二、了解内容31电工基础知识（四）供电系统

基本供电系统分为三相三线制(380V)和三相四线制(380/220V)。国际电工委员会(IEC）分为：

1.TT系统：(保护接地)。

2.TN系统：(保护接零)。

TN系统中，又划分为TN-C系统和TN-S系统。

(1)TN-C系统：工作零线兼做保护零线(PEN)

(2)TN-S系统：工作零线与保护线分开。

二、了解内容32电工基础知识二、了解内容33电工基础知识二、了解内容34电工基础知识二、了解内容35电工基础知识二、了解内容36电工基础知识二、了解内容37电工基础知识(3)TN-C-S系统：

3.IT系统：(保护接地)。（五）用户供电电压的选择一般用户的供电电压为6～10kV，大中型工业企业的供电电压可为35kV。用户供电系统的高压配电电压一般采用6～10kV。低压配电电压我国是380/220V。二、了解内容38电工基础知识（一）电能质量的基本参量（六个指标）

1.电压偏差：

2.电压波动：

3.电压闪变：

4.电压正弦波畸变率：

5.负序电压系数

6.频率偏差：三、理解要点39电工基础知识（一）电力负荷的基本概念

1.设备安装容量设备安装容量PN（亦称设备功率）是指连续工作的用电设备铭牌上的标称功率PE。

2.负荷与负荷曲线电力负荷是指单台用电设备或一组用电设备从电源取用的电功率，包括有功功率、无功功率和视在功率。所谓负荷曲线就是指在某一段时间内用电设备有功、无功负荷随时间变化的图形。四、掌握重点40电工基础知识3.平均负荷、最大负荷、有效负荷与计算负荷（1）平均负荷Pav。平均负荷是指电力负荷在一段时间内的平均值。（2）最大负荷Pmax。年最大负荷是指全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时的平均负荷，因此，年最大负荷也称为半小时最大负荷P30。（3）有效负荷Pe。有效负荷是指由典型工作班负荷曲线确定的的平均负荷。四、掌握重点41电工基础知识

（4）计算负荷Pc。在用户供电系统设计中，必须首先确定计算负荷。计算负荷是该用户典型负荷曲线上的半小时（30分钟）最大平均负荷。

4.负荷系数负荷系数是指平均负荷与最大负荷之比，它反映了负荷的平稳程度。负荷系数常分为有功负荷系数a和无功负荷系数

。

四、掌握重点42电工基础知识5.年最大负荷利用小时数年最大负荷利用小时数Tmax是这样一个假想时间：电力负荷按照最大负荷Pmax持续运行Tmax时间所消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能Wa，因此年最大负荷利用小时数为：

四、掌握重点43电工基础知识（二）供电质量的具体指标供电质量包括电能质量和供电可靠性两部分。六个指标：

1.电网频率：电力系统正常偏差

2.电压偏差规定：35kV及以上，正负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%；

20kV及以下，正负偏差的绝对值之和为额定电压的7%；四、掌握重点44电工基础知识220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%，-10%。

3.三相电压不平衡：电力系统公共连接点正常电压不平衡度为2%，短时不能超4%。

4.公用电网谐波

5.电压波动和闪变

6.可靠性：（四个主要指标）

(1)供电可靠率；(2)用户平均停电时间；(3)用户平均停电次数；(4)用户平均故障停电次数。四、掌握重点45电工基础知识（三）提高功率因数的意义（四个方面）

1.在一定的有功功率下，可以减小供电线路和变压器的容量，减少供电投资。

2.可以提高供电设备利用率。

3.当输出的有功功率相同时，可以减小线路电流，减小线路损耗。

4.变压器容量一定时，可以增大输出的有功功率，减小输出的无功功率。高压供电系统功率因数应达到0.90以上，其它用户功率因数应在0.85以上。四、掌握重点46电工基础知识（四）无功功率补偿原理把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率进行补偿。四、掌握重点47电工基础知识（五）无功功率补偿的方法

1.利用过激磁的同步电动机；

2.利用调相机做无功功率电源；

3.异步电动机同步化运行；

4.电力电容器作为补偿装置。电力电容器作为补偿装置是广泛采用的补偿方法。（六）电力电容器的补偿方法

1.串联补偿是把电容器直接串联到高压输电线路上，应用于高压远距离输电线路上，用电单位很少采用。四、掌握重点48电工基础知识

2.并联补偿是把电容器直接与被补偿设备并接到同一电路上，用电企业一般采用这种补偿方法。（七）并联电容器补偿无功功率

1.并联电容器的作用（1）补偿无功功率，提高功率因数；

（2）提高设备出力；（3）降低功率损耗和电能损失；

（4）改善电压质量。四、掌握重点49电工基础知识2.补偿容量功率因数由cos

提高到cos′需并联的电容器为：四、掌握重点50电工基础知识（八）并联电容器的补偿方式

1.并联电容器与电力网的联接在三相供电系统中：单相电容器的额定电压与电力网的额定电压相同时，应采用三角形接法；三相电容器只要其额定电压等于或高于电网的额定电压可直接接入。

2.并联电容器的补偿形式个别补偿、分散补偿和集中补偿三种形式。四、掌握重点51电工基础知识

(1)个别补偿个别补偿是指对单台用电设备所需无功功率就近补偿的办法。

(2)

分散补偿

分散补偿是指将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路的出线上。

(3)

集中补偿集中补偿是指把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上。四、掌握重点52电工基础知识一、知识结构直流电动机工作原理直流电动机的机械特性直流电动机的调速异步电动机的起动和调速工作原理和电路分析异步电动机的机械特性变压器异步电动机直流电动机同步电动机和控制电机电机与拖动变压器原理，三种变换变压器损耗与效率特殊变压器53电工基础知识（一）特殊变压器

1.自耦变压器二、了解内容54电工基础知识

2.电流互感器二、了解内容55电工基础知识3.电压互感器二、了解内容56电工基础知识（二）三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的每相电路图如下图所示。二、了解内容57电工基础知识（三）三相异步电动机的额定转矩、最大转矩和起动转矩（1）额定转矩

PN(kW),nN

(r/min),TN(N.m)牛米（2）最大转矩（3）起动转矩此时s＝1。二、了解内容58电工基础知识（四）同步电动机和控制电机同步电动机特点：电源频率一定时，转速是恒定的；转子的转速与负载大小无关。控制电机的种类很多，常用的有伺服电动机、测速发电机、步进电机。二、了解内容59电工基础知识（一）直流电动机的工作原理

结构：定子（磁极）和转子（电枢）构成。原理：左手定则原理。

三、理解要点60电工基础知识

（1）电枢感应电动势公式E=KE

n。（2）电枢回路电压平衡式、等效电路图三、理解要点61电工基础知识

（3）电磁转矩

T=KT

Ia

KT

常数；

磁通量

；

Ia

电枢电流。

（4）转矩平衡关系在电机运行时，T=T2+T0

。

（二）异步电动机的工作原理（1）旋转磁场（2）旋转磁场的旋转方向：与相序有关。（3）旋转磁场的极对数p：与三相绕组的结构有关，也就是所说的电动机的极对数。三、理解要点62电工基础知识（4）旋转磁场的转速：

又叫做同步转速。（5）三相异步电动机的转动原理定子绕组通入三相对称交流电时产生旋转磁场；磁通切割转子导条，导条中就感应出电动势。

在电动势作用下，闭合的导条中就有电流。三、理解要点63电工基础知识

电流与旋转磁场相互作用，而使转子导条受到电磁力F，产生电磁转矩，转子就转动起来。

（6）转差率：同步转速和电动机转速之差与同步转速之比称为转差率，通常额定转差率约为1%～9%。三、理解要点64电工基础知识（一）变压器的工作原理变压器由闭合铁心和高低压绕组等几个主要部分组成。四、掌握重点65电工基础知识

（1）电压变换一次、二次侧电压变关系为

（2）电流变换一次、二次绕组的电流关系为（3）阻抗变换阻抗变换关系为四、掌握重点66电工基础知识（二）变压器的额定值

1.额定电压U1N、U2N

变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值。三相时U1N、U2N是一次、二次侧的线电压。

2.额定电流I1N、I2N

变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。三相时额定电流是一次、二次侧的线电流。四、掌握重点67电工基础知识

3.额定容量SN

（kVA）传送功率的最大能力。单相变压器：三相变压器：四、掌握重点68电工基础知识（三）变压器的损耗与效率变压器的功率损耗包括铁芯中的铁损耗

PFe和绕组上的铜损耗

PCu两部分。铁耗与原边绕组所施加的电压有关，通常称为不变损耗；铜耗为原边、副边绕组电阻上所消耗的功率，故称之为可变损耗。效率：四、掌握重点69电工基础知识（四）直流电动机的机械特性及调速

1.直流电动机的机械特性电动机的转速n与转矩T之间关系的n=f（T）曲线，称为机械特性曲线。

四、掌握重点70电工基础知识2.直流电动机调速由直流电动机转速公式直流电机的调速方法有三种：（1）改变磁通调速保持电枢电压U不变，改变励磁电流If

(调)以改变磁通

。机械特性曲线如右图。通常只是减小磁通，将转速往上调。四、掌握重点71电工基础知识

（2）改变电压调速（

和Ra一定）由转速公式可知，调电压U时，n0变化，但斜率不变，所以调速特性是一组平行曲线。由于磁通不变，如在一定的额定电流下调速，则电动机的输出转矩也是一定的（恒转矩调速）。四、掌握重点72电工基础知识

（3）电枢回路串电阻调速串入电阻时电机的机械特性曲线如图所示。

电枢回路串电阻调速需在电枢中串入专用电阻，电阻增大则转速下降，因此n只能下调。四、掌握重点73电工基础知识（五）三相异步电动机转矩与机械特性

1.转矩公式四、掌握重点74电工基础知识

2.机械特性曲线机械特性曲线是指转矩与转差率的关系曲线T=f(s)，或转速与转矩的关系曲线

T=f(s)曲线n＝f(T)曲线四、掌握重点75电工基础知识（六）三相异步电动机的起动

1.起动性能起动时：n=0，s=1。特点：一般中小型笼型电机起动电流为额定电流的5～7倍；电动机的起动转矩为额定转矩的1.0～2.2倍。后果：频繁起动时造成热量积累，使电机过热。四、掌握重点76电工基础知识

2.起动方法异步电动机有直接起动(10kW以下)、降压起动、转子电路串电阻起动。（1）异步电动机的降压起动方法①Y－

换接起动：起动时把定子每相绕组上的电压降到正常工作电压的，起动电流和起动转矩减小为直接起动时的1/3。适合于空载或轻载起动，额定接法为接法的电动机。四、掌握重点77电工基础知识

星三角降压起动接线示意图

Y型起动

运行四、掌握重点78电工基础知识

②自耦变压器降压起动：概念：原理：直接起动时的起动电流Ist与自耦降压起动时的线路电流之比，直接起动转矩与自耦降压起动转矩之比为。K为自耦变压器的变比。自耦降压起动适合于容量较大且正常运行时联成Y形，不能采用Y－

起动的笼型异步电动机。四、掌握重点79电工基础知识自耦变压器降压起动控制电路四、掌握重点80电工基础知识

（2）转子串电阻起动方法绕线型电机，在转子电路中接入适当的起动电阻，既可以减小起动电流，又可以增大起动转矩。四、掌握重点81电工基础知识

（七）三相异步电动机的调速根据转速公式，改变电动机的转速有三种方法。

（1）变频调速改变电动机电源频率来改变电动机的转速，称为变频调速。变频调速要使用变频器，它主要由整流器和逆变器两大部分组成。四、掌握重点82电工基础知识

变频调速要使用变频调速装置（变频器），它主要由整流器和逆变器两大部分组成。整流器先将频率f为50Hz的三相交流电变换为直流电，再由逆变器变换为频率f1可调、电压U1也可调的三相交流电，供给三相笼型电动机。四、掌握重点83电工基础知识

（2）变极调速根据转速公式改变电动机定子磁场的磁极对数，可改变电动机的转速。由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合。四、掌握重点84电工基础知识

（3）变转差率调速调压调速、转子回路串电阻调速都属于变转差率调速。在绕线型电动机的转子电路中接入一个调速电阻，改变电阻的大小，就可得到平滑调速。增大调速电阻时，转差率上升，转速下降。这种调速方法的优点是设备简单、投资少，但能量损耗较大，广泛应用于起重设备中。四、掌握重点85电工基础知识一、知识结构电气线路作用和分类名称及使用范围电力电缆的优点种类及结构特点电力电缆电气线路架空线路架空线路的构成常用电气设备常见故障室内线路室内线路的定义敷设方式与要求照明术语照明发光方法照明及照明器具86电工基础知识（一）电气线路的作用与分类其作用是输送和分配电能。可分为输电线路和配电线路。（二）架空线路

1.架空电气线路构成主要由杆塔、绝缘子、导线、横担、金具、接地装置及基础等构成。

2.架空线路常用电气设备跌落式熔断器、刀闸、避雷器等。二、了解内容87电工基础知识

关于避雷器要求

（1）在正常工作电压的情况下，等于开路。（2）在出现异常的情况下，等于短路。

3.架空线路常见故障

（1）设备机械故障（2）设备电气性故障电气性常见故障有单相接地、两相短路、三相短路、缺相等。（三）电力电缆

1.电力电缆的优点二、了解内容88电工基础知识

（1）供电可靠；（2）不占地面和空间；（3）有利于人身安全；（4）节约材料，市容整齐美观，交通方便；（5）运行维护简单，节省线路维护费用。

2.电力电缆的种类及结构特点（1）种类电力电缆根据电压、用途、绝缘材料、线芯数和结构特点有五种分类。二、了解内容89电工基础知识

（2）结构特点电力电缆的基本结构由线芯（导体）、绝缘层、屏蔽层和保护层四部分组成。

3.电力电缆的名称及使用范围电力电缆共有四种，敷设在室内、隧道内、管道中，有的能敷设在地下；有的能承受机械外力作用，有的则不能。（四）室内线路

1.室内线路在室内对各种电器装置供电和控制的电气线路。二、了解内容90电工基础知识2.敷设方式和要求敷设方式分为瓷瓶、瓷珠、瓷夹板、木槽板、钢管、塑料板、铝片卡和塑料护套线等；对布线的要求就是安全适用、经济美观和便于检修。（五）照明及照明器具

1.照明电气照明利用各种电气光源照亮工作和生活场所或个别物体的措施。

照明方式可分为：一般照明、分区一般照明、局部照明和混合照明。二、了解内容91电工基础知识2.发光方法分为电阻发光、电弧发光、气体发光和荧光粉发光四类。电阻发光的光源如白炽灯、碘钨灯；电弧发光，如碳精灯；气体发光如钠灯；荧光粉发光的如荧光灯。

3.照明术语常用照明术语见教材第211页表5.4-2二、了解内容92电工基础知识表5.4-2常用照明术语

名称符号单位单位说明光通量

流明Lm发光体每秒钟所发出的光量之总和,即发光量.光强I坎德拉cd发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量.照度E勒克斯Lm/m2发光体照射在被照物体单位面积上的光通量亮度Lcd/m2发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量.二、了解内容93电工基础知识一、知识结构自动控制理论控制理论的应用经典控制理论系统的频域分析自动控制的概念控制系统的数学模型线性系统的时域分析现代控制理论系统的能控性与能观性方程的线性变化系统的状态空间描述94电工基础知识（一）自动控制的基本概念

1.自动控制自动控制指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置，使被控对象工作状态的物理量，也就是系统的被控量，自动按指定规律变化。

2.负反馈控制负反馈控制是将系统的输出信号引回输入端，与给定量相比较，利用所得的偏差信号产生控制作用调节被控对象，达