高压培训班电工基础知识

　　高压培训班电工基础知识_化学_自然科学_专业资料。电工基础知识 12454 0000000 温馨提示 1、讲座时请将手机设臵静音； 2、勿喧哗走动以免影响他

　　电工基础知识 12454 0000000 温馨提示 1、讲座时请将手机设臵静音； 2、勿喧哗走动以免影响他人； 3、遵守时间，勿迟到和早退； 4、如有问题请在讲座后交流； 5、如有其它事情或需要帮助， 请与主办工作人员联络！ 电工基础知识 ? 1.1直流电路 ? 1.2电感元件与电容元件 ? 1.3正弦交流电的基本概念 ? 1.4三相交流电路 1.1直流电路 1.电路 电路的组成：电路是电流的流通路径, 它是由一些电气 设备和元器件按一定方式连接而成的。 任何一个电路都有四部分组成即：电源、负荷、连接导 线和开关（控制器件）组成。电源内部的一段称为内电路， 其他称为外电路。 电源：是把其它形式的能转化为电能的装臵。如干电池蓄 电池等。 负荷：将电能转换为其他形式的能量。 导线：连接电源与负荷的导体，为电流提供通路并传输电 能。 1.1直流电路 控制器件：在电路中起接通，断开，保护，测量等作用。 电路的作用：它的一种作用是实现电能的传输和转换。另一种 作用是实现信号的处理。电路中提供电能或信号的器件, 称 为电源。电路中吸收电能或输出信号的器件, 称为负载。在 电源和负载之间引导和控制电流的导线和开关等是传输控制 器件。 1.1直流电路 电路的分类:直流电路和交流电路。 直流电路：电压电流的大小和方向不随时间变化 交流电路：电压电流的大小和方向随时间而变化。 在交流电路中，如果电压和电流与电源的频率相同， 并且都按正弦规律变化，这样的电路叫做正弦交流 电路。 在电路中我们只研究四种元件：电源元件、电阻元件、 电感元件、电容元件。 为了分析方便电路元件用国家统一规定的图形符号来表 示叫电路符号。其中各部分的理想化模型的电路符号如图所 示： 电阻： 电容： 电感： i + + L uL eL - 1.1直流电路 定义：用电路符号表示实际电路器件连接关系的图形。 电路的工作状态：电路有三种工作状态如下图所示： S S S US R R0 R0 US R R0 US R (a) 有载状态 (b) 短路状态 (c) 开路状态 1.1直流电路 （a)电源与负载构成闭合回路，电源处于有载工作状态，电 路中有电流流过。 (b)当a、b两点间用导线被短路。a、b间导 线称为短路线，短路线中的电流叫短路电流。 注:短路可分为有用短路和故障短路，故障短路往往会造成电 路中电流过大，使电路无法正常工作，严重的会产生事故。 (c)开关S断开或电路中某处断开，切断的电路中没有电流流过， 此时的电路称为开路。开路又叫断路，断开的两点间的电压 称为开路电压。 注：开路也分为正常开路和故障开路。如不需要电路工作时， 把电源开关打开为正常开路；而灯丝烧断，导线断裂产生的 开路为故障开路，它使电路不能正常工作。 1.1直流电路 2.基本物理量? 电流 1.电流的形成:金属导体内的自由电子或电解液内的正负离子，受电场 力的作用下，有规则的定向移动形成电流。电流形成的条件：①要 有自由电荷；②必须使导体两端保持一定的电压差在电路中能量的 传输靠的就是电流。 2.电流是一个矢量既有大小又有方向 方向：正电荷运动的方向 大小：用电流强度来表示，电流强度是指单位时间内通过导体横 截面的电荷量。 q 对直流：i ? i—电流强度（安培）； t q—电量（库仑）； ?q t—时间（秒） 对交流：i ? ?t 1.1直流电路 电流的大小和方向都不随时间变化时, 称为直流电流, 简称直流。 直流电流常用英文大写字母I表示。 电流的大小和方向随着时间按周期性变化的电流, 称为交流电流,简 称交流。常用英文小写字母i表示。 3.电流的单位：是安［培］, 符号为A。常用的有千安（kA）, 毫安（mA）, 微安（μA）等。 4.电流的参考方向：在分析与计算电路时, 常可任意规定某一方向作为电 流的参考方向或正方向。 1A ? 10 mA ? 10 ?A 3 6 1.1直流电路 1）用实线）双下标表示，如iAB，其参考方向是由A指向B。 参考方向与实际方向的关系规定： 若一致，则电流值为正，即 I 0 若相反，则电流值为负，即I 0 即可以在选定的电流的参考方向下，据电流的正负来确定出某一时刻 电流的实际方向。 1.1直流电路 5.电流的连续性原理 在电路中从一个地方流入多少电流，必同 时从这个地方流出多少电流。 根据这一原理我们可以得出，同一个支路 电流处处相等。无分支电路的电流处处相等。 1.1直流电路 电压及其参考方向 1.电压的定义：电路中A、 B两点间的电压是单位正电荷在电场力的作用 下由A点移动到B点所减少的电能, 即 u AB W AB ? q 式中, q为由A点移动到B点的电荷量, WAB为移动过程中电荷所作的功。 2.电压的实际方向：是使正电荷电能减少的方向。 3.电压单位：国际单位是伏［特］, 符号为V。常用的有千伏（kV）、 毫伏（mV）、微伏（μV）等。 1KV＝1000V 1V=1000mV 1V=1000000μV 1.1直流电路 1.3 电功率和电能 一、电能 定义：电流在电路中做的功。用字母W表示，单位：kwh（度）。 二、电功率 定义：单位时间内电流所做的功叫电功率, 简称功率。用字母P表示， 单位：国际单位是W（瓦特），常用单位还有kw,Mw等 U P ? UI ? I R ? R 2 2 1.1直流电路 1.4 电阻元件和欧姆定律 一：电阻与电导 电阻的定义：导体对通过它的电流的阻碍作用成为电阻（原因）通常用字母R 表示电阻。单位：国际单位是Ω，还有常用的单位是kΩ,和MΩ。银0.016、铜 0.017、铝0.029。公式： R ? ? l s 电导的定义：就是电阻的倒数，是用来衡量材料导电能力的参数。导体的电阻 越大，导电越小。单位是西门子，用S表示。公式：G=1/R 二、欧姆定律 1、定义：流过电阻的电流与加在电阻两端的电压成正比，与电阻值成反比。 即 R=U/I I=U/R U=IR 1.1直流电路 2、伏安特性曲线:元件的电流与电压的关系曲线叫做元件的伏安特性曲线。线性 电阻元件的伏安特性为通过坐标原点的直线, 在电流和电压的关联参考方向下, 线性电阻元件的伏安特性如下图所示, u O i 线性电阻的伏安特性曲线 W灯泡一个, 其灯丝电阻是多少？每天用5h, R=U/I I=P/U 一个月（按30天计算）消耗的电能是多少度？? 灯泡灯丝电阻为 U U U 2 220 2 R? ? ? ? ? 484 ? P I P 100 U 一个月消耗的电能为 W ? PT ? 100 ? 10 ?3 ? 5 ? 30 ? 15kW ? h ? 51度 电阻的串联与并联 1.电阻的串联 凡是将电阻首尾依次相连，使电流只有一条通路的接法 叫做电阻的串联。它具有以下特点 ①串联电路中各电阻流过的电流相等，即I=I1=I2=I3。 ②总电压等于各电阻上电压降之和，即U=U1+U2+U3。 ③总电阻R为各个负载电阻之和，即R=R1+R2+R3。 ④各电阻上电压降之比等于其电阻比，即U1/U2=R1/R2、 U1/U3=R1/R3。 电阻的串联与并联 1.电阻的并联 将电路中若干个电阻并排相连接，叫做电阻的并联。 它具有以下特点 ①电路的总电流等于电路中各支路电流之和，即 I=I1+I2+I3，分流作用。 ②各电阻两端的电压相等，即U=U1=U2=U3。 ③电路总电阻R的倒数等于各个支路电阻倒数之和，即 1/R=1/R1+1/R2，R=R1R2/(R1+R2)电阻越并联越小。 ④通过各支路的电流与各自电阻成反比，即I1/I2=R2/R1、 I1/I3=R3/R1。 课 间 休 息 1.2电感元件与电容元件 ? 1 电容元件? ? 2 电感元件? ? 3 有功 无功 视在功率 功率因数 1.2电感元件与电容元件 1.电容元件? 电容元件的基本概念 电容是将两块金属板用绝缘材料隔开的电路元件, 通常用 C表示，它与极板面积（正比）和极板间的距离（反比）有关， 它的图形符号如图所示。 Q C? U i ＋ ＋q －q C u － 线性电容元件的图形符号 1.2电感元件与电容元件 电容的电容量单位为法［拉］, 符号为F。常采用微法（μF）和皮法 （pF）作为其单位。 1?F ? 10 F ?6 1 pF ? 10 ?12 F 1.2电感元件与电容元件 2 直流电路中的电容 电容的隔直作用 在电容上加直流电源，过一定时间后用示 波器测量电容器两端的电气量，发现只有电压 的波形，无电流波形。说明在直流电路中，如 果有电容，电路相当与断路。 1.2电感元件与电容元件 3 正弦电路中的电容 ? 当把正弦交流电源加在电容上时，示波器上出现电压的波形，同时 也出现电流波形，这说明电容对正弦交流的限制作用比直流电的限制 作用差的多。在正弦电路中通常把这中限制作用称为容抗。 1 1 XC ? ? ?C 2? fC ? , f : 分别为角频率，频率。 C：电容器的电容。 X C : 容抗 1.2电感元件与电容元件 4 电容元件的储能 在电压和电流关联的参考方向下, 电容元件吸收的功率为 Q ? UI 电容元件吸收的电能为下式；式中Wc电容器中储存的电场能，单位焦 耳；C电容器的容量，单位法；Uc电容器的端电压，单位伏。? Wc ? 1 1 CUc 2 (t ) ? CUc 2 (t 0 ) 2 2 P? Wc t 电容器的串联与并联 1.电容器的并联 将电路中若干个电容器并排相连接，叫做电阻的并联。 它具有以下特点 ①电路的总电流等于电路中各支路电流之和，即I=I1+I2+I3。 ②各电容器两端的电压相等，即U=U1=U2=U3。 ③电路的等效电容（总电容）等于各个支路之和，即 Q=Q1+Q2,Q1=C1U,Q2=C2U。 ④并联电容器的总电容量是各个参加并联电容器的电容量之和， 即C=Q/U=(Q1+Q2)/U。C=C1+C2电容器越并联越大 电容器的串联与并联 2.电容器的串联 凡是将电容器首尾依次相连的接法叫做电容器的串联。 它具有以下特点 ①串联电容器各极上的电量相等，即Q=Q1=Q2=Q3。 ②总电压等于各电容器上电压之和，即U=U1+U2+U3。 ③串联电容器组总电容（等效电容）的计算，总电容量的倒数 等于各个电容器的倒数之和。即1/C=（1/C1)+(1/C2)， C=C1C2/(C1+C2)。 ④电容器上的分压与电容量成反比，电容器的电容量小的分得 电压比电容量大的要高。即V1/V2=C2/C1 1.2电感元件与电容元件 电感元件? 1 基本概念 1.磁性：磁铁具有吸铁的性质。N极（北）和S极（南）， 已吸同斥。 2.右手定则：通电导体（或线圈）周围存在着磁场（磁力 线），即电流产生磁场（电能生磁），称为电流的磁 效应。其方向用右手来判断。 1.2电感元件与电容元件 3.磁通：表示穿过某一截面(S)的磁力线数量(磁感应强度B) 的物理量。单位为韦伯，Wb。Φ=BS 4.磁阻：磁路对磁通的阻力称为磁阻。 5.磁感应强度：指穿过垂直于磁力线方向单位面积上磁力线 的数量。用B表示。式中B磁感应强度,单位特斯拉(T)，还 有用高斯（Gs），1Gs等于10的负4次方T；F电磁力，单位 牛顿（N）；I电流，单位安（A）；L导体的有效长度，单 位米（m）。 1.2电感元件与电容元件 ?L ,? L A i ＋ u － B i 线圈的磁通和磁链 i ＋ L u － 线.自感：流过线圈（或回路）本身的电流变化而引起在线圈（或 回路）内部产生电磁感应的现象。 7.磁链：穿过线圈的磁通于线.互感：变压器，互感器等都是利用互感想象作成的。 9.涡流：铁心内部形成的环流。 10.电感：电流产生的自感磁链与电流之比用L表示。电感的单位 为亨［利］，符号为H;1H=1Wb／A。通常还用毫亨（mH）和微 亨（μH）作为其单位,它们与亨的换算关系为? 1mH ? 10 ?3 H , 1?H ? 10 ?6 H 1.2电感元件与电容元件 2 直流电路中的电感 当在电感上加直流电源时，用示波器发现 只有电流波形，没有电压波形。说明在直流电 路中电感想当与短路。 U Um X L ? ? L ? 2? fL ? ? I Im U m :电压最大指。U:电压有效值。 Im：电流最大值。I：电流有效值。 1.2电感元件与电容元件 3 电感元件的储能 在电压和电流关联参考方向下, 电感元件吸收的功率为 p ? ui 从t0到t时间内, 电感元件吸收的电能为 1 2 1 2 ? L ? Li (t ) ? Li (t 0 ) 2 2 课 间 休 息 1.3正弦交流电的基本概念 随时间呈正弦规律变化的量。 正弦交流电： 由正弦交流电组成的电路。 正弦交流电路： i + _u R 正弦交流电的优越性： 便于传输；易于变换 便于运算； 有利于电器设备的运行； . . . . . 一、正弦交流电压、电流、电动势 1、用波形表示 i i + _ ?t R 正半周 2、用三角函数表示 u ? Umsin(ωt ? ?u ) i ? I msin(ωt ? ?i ) e ? Emsin(ωt ? ?e ) I 其中： m、Um、Em称为最大值（峰值、幅值） ?u , ?i , ?e 称为初相位角 ? 称为角频率 ? _ u i ? + _ _u + _u 负半周 R 称为正弦交流 电的三要素 二、频率、周期、角频率（反映正弦量变化快慢的要素） 周期T：变化一周所需的时间（s） 1 频率f：正弦量每秒钟变化的次数 f ? （Hz） T 角频率：每秒钟转过的弧度 2π ω? ? 2πf （rad/s） T i O T ? 2? ?t * 电网频率：我国 50 Hz ，美国 、日本 60 Hz * 高频炉频率：200 ~ 300 kHZ * 中频炉频率：500 ~ 8000 Hz * 无线GMHz 三、交流电幅值、瞬时值与有效值 1、最大值：用Im、Um、Em表示 2、瞬时值：对应某一时刻的值 用u、i、e表示 3、有效值： 反映正弦量做功效果的物理量 用U、I、E表示 若正弦交流电流i通过一个电阻R,在一个周期内产生 的热量与某一直流电流I在相同时间内产生的热量相等 的话，则I定义为i的有效值。 RT R ?0 i交流 dt ? I直流 T 2 2 则有 I ? 有效值必 ? 须大写 1 T ? T T 0 i 2dt 1 T ? 0 2 I msin 2 ω t dt ? Im 2 同理： U ? Um 2 E? Em 2 注意： 交流电压、电流表测量数据为有效值 交流设备名牌标注的电压、电流均为有效值 四、交流电的相位角、初相位角与相位差 i i ? Imsin(?t ? ?0 ) ?0 O ? t ? ?0 ωt 1、相位角： t ? ?0 表示曲线时刻的相位角。 ? 表示坐标0点与正弦量0点之间的夹角 两同频率的正弦量之间的初相位之差。 3、相位差? ： u 例1： ? Umsin(ωt ? ?1 ) 则：? i ? I msin(ωt ? ?2 ) ? ?1 ? ?2 u i u i 若 ? ? ?1 ? ?2 ? 0 电压超前电流? 若 ? ? ?1 ? ?2 0 电压滞后电流? 若 ? ? ?1 ? ?2 = 0 电压与电流同相 ? O ωt ? ? ?1 ? ?2 ? 0 电流超前电压 ? u i i O u ? ? ?1 ? ?2 ? ?90 ? 电流超前电压90 ? u i i ωt O 90° u ? 电压与电流同相 u i u i O ωt ? ? ?1 ? ?2 ? 0 ? ? ?1 ? ?2 ? 180? 电压与电流反相 u i u i O ωt ωt 注意: ① 两同频率的正弦量之间的相位差为常数， 与计时的选择起点无关。 i i 1 i2 ?t ? ② O 不同频率的正弦量比较无意义。 课 间 休 息 1.4三相交流电路 1. 三相交流电的产生 三相交流发电机和单相交流发电机一样，是根据电磁感应定理制成的。转子 是磁极，定子上是三个相互独立且完全一样的绕组，每个独立的绕组称为 一相，三相绕组的空间位臵都分别相隔120度。 当转子在原动机的带动下一恒定角速度旋转时，在三个绕组中分别产生按正 弦规律变化的感应电动势，他们的最大值和频率都相等。只是相位互差120 度。这种电动势称为对称电动势。三相电动势之和等于零。 uU ? U pm sin ?t uV ? U Pm sin(?t ? 120?) uW ? U pm sin(?t ? 120?) 1.4三相交流电路 相序 三相电动势达到最大值的顺序称为相序，一般规定U-V-W为 正序。分别用黄（U）,绿（V）, 红（W）表示。 1.4三相交流电路 三相电源的星形Ｙ）连接 － uU ＋ U N － uV ＋ V － uW ＋ W N 图 5.4 三相电源的星形连接 1.4三相交流电路 星型连接是将三相绕组的一端（尾端） 连接成一点，另一端（首端）引出导线接到 负荷上。 尾端连成的公共点叫电源的中性点，用 N表示，从中性点引出的导线叫中线，当中 线直接接地时中线也叫零线或者地线。 有中线的三相供电方式称为三相四线制， 常用于低压配电系统，不引出中线的三相供 电方式叫三相三线制，常用于高压输电系统。 这种连接方式可以取得两种电压：相电 压和线电压，它们之间的关系为：线三相交流电路 三相电源的三角形（△）连接 ＋ . UW － ＋ － . UU － ＋ . UV V . . U VW ＝ U V U . . U WU ＝ U W . . U UV ＝ U U W (a) (b) 三相电源的三角形连接线电压等于相电压 U UV ? U U ,U VW ? U V ,U WU ? U W ? ? ? ? ? ? 1.4三相交流电路 三角形连接：将三相绕组的尾端连接成三 角形，再从首端引出导线接至负荷。这种供电 方式只能采用三相三线制, 这种方式也可以取 得相电压和线电压，它们关系是：线电压等于 相电压。 1.4三相交流电路 2 负荷的连接 2.1 负荷连接原则 1.单相负荷： 根据设备的额定电压等于电源电压 的原则确定是接入线电压还是相电压。 单相负荷应尽量均匀分配在三相电源上。 2.三相负荷： 当负荷额定电压等于电源的相电压 时，负荷应接成星型，反之接成三角形。 1.4三相交流电路 2.2 负载的星形（Y）连接 1． 三相四线制电路? . UU － . UV N － . UW － ＋ W ＋ V . IW ZW . IN ＋ U . IV N′ ZV . IV . IU ZU . UW ? ? . UV . IW ? . IU . UU (a) (b) 三相四线制电路及电压、电流相量图 1.4三相交流电路 2． 三相三线制电路 － . UU ＋ A . UV N － . UW － ＋ C ＋ B . IW ZW . IV N′ ZV . IU ZU 负载为Y形连接的三相三线 负载的三角形（△）连接? . IU U . U UV . U WU V . IV . . U VW IW . IUV ZUV ZWU . IWU . . U WU I WU . IV . IVW . －IWU . IW . . U IUV UV . IU . IVW ZVW . U VW W (a) (b) 1.4三相交流电路 三相电路的功率： 三相电路的有功功率、 无功功率、 视在功率和功率因数 1． 三相负载的有功功率 即 P ? P ? P ? P ? UU IU cos?U ? UV IV cos?V ? UW IW cos?W U V W 若三相负载是对称的 UU IU cos?U ? UV IV cos?W ? U P I P cos? P 1.4三相交流电路 三相总有功功率则为 P ? PU ? PV ? PW ? 3U P I P cos? P 当负载为星形连接时 Ul UP ? , I P ? Il 3 P ? 3U l I l cos? P 当负载为三角形连接时 U P ? Ul Il , IP ? 3 P ? 3U l I l cos? P 1.4三相交流电路 ２． 三相负载的无功功率 Q ? QU ? QV ? QW ? UU IU sin ?U ? UV IV sin ?V ? UW IW sin ?W 2 2 2 Q ? QU ? QV ? QW ? IU X U ? IV X V ? IW X W QP ? U P I P sin ? P ? 无论负载接成星形还是三角形, 三相总无功功率均为 Q ? QU ? QV ? QW ? 3U l I l sin ? p 1.4三相交流电路 ３． 三相负载的视在功率? 三相负载的视在功率定为 S ? P2 ? Q2 若负载对称, 则 S ? ( 3U l I l cos? P ) ? ( 3U l I l cos? P ) ? 3U l I l 2 2 1.4三相交流电路 ４． 三相负载的功率因数? 三相负载的功率因数为 P P COS? ? ? ? S UI 若负载对称, 则 P P ?Q 2 2 cos? P ? 3U l I l cos? P 3U l I l 谢谢大家！ 手机: Emaih: