电工基础知识讲义

电工基础知识-1-直流电路一、电路及基本物理量电路就是电流的通过途径。最基本的电路由电源、负载、连接导线和开关等组成。电路分为外电路和内电路。从电源一端经负载回到另一端的电路称为外电路。电源内部的通路称为内电路。电路的定义:就是电流通过的途径电路的组成:电路由电源、负载、导线、开关组成内电路:负载、导线、开关外电路:电源内部的一段电路负载:所有电器电源:能将其它形式的能量转换成电能的设备1、电流导体中的自由电子在电场力的作用下，做有规则的定向运动，就形成了电流。习惯上规定正电荷的移动的方向为电流的方向。每秒中内通过导体截面的电量多少，称为电流强度。用I表示，即：tQI式中：I—电流强度，简称电流，单位为安培，A；Q—电量，单位为库仑，C；t—时间，单位为秒，s。电流具备的条件:一是有电位差,二是电路一定要闭合.电流强度:电流的大小用电流强度来表示,基数值等于单位时间内其中Q为电荷量(库仑);t为时间(秒/s);I为电流强度电流强度的单位是“安”,用字母“A”表示.常用单位有:千安(KA)、安(A)、毫安(mA)、微安(uA)1KA=103A1A=103mA1mA=103uA直流电流(恒定电流)的大小和方向不随时间的变化而变化,用大写字母“I”表示,简称直流电.电击(触电)：是指电源通过人体内部,影响到心脏、肺部和神经系统的正常功能.电击可分为直接接触电击和间接接触电击.直接接触电击：是触及设备和线路正常运行时的带电体发生的电击(如误触接线端子发生的电击).间接接触电击：是触及正常状态下不带电而当设备或线路故障时意外带电的金属导体发生的电击(如触及漏电设备的外壳发生的电击).按照人体触及带电体的方式和电流流过人体的途径,电击又可分为：单线电击、两线电击、跨步电压电击三类.电伤(烧伤)：是通过人体的电流可导致人体皮肤、肌肉、或身体内部的器官烧伤.电伤可分为以下几种类型—电烧伤：是由电流的热效应造成的伤害,可分为电流灼伤和电烧伤.皮肤金属化：是在电弧高温的作用下,金属熔化、气化、金属微粒渗入皮肤,使皮肤粗糙而张紧的伤害.电工基础知识-2-电烙印：是人体与带电体接触的部位留下的永久性的斑痕.机械性损伤：是电流作用于人体时导致的机体组织断裂、骨折等伤害.电光眼：是发生弧光放电时,由红外线、可见光、紫外线对眼睛的伤害.火警与爆炸：电流在不正常或有故障的情况下产生高温,足以燃点附近的物件,导致有火警及爆炸意外.一般导致产生高温的原因包括—电力超出负荷;绝缘体损坏、短路;电器或电线保养不足;通风欠佳.预防触电的基本措施在低压设备上工作的基本措施将需停电设备的各方面电源彻底断开,包括中性线,并取下可熔保险器在刀闸或开关的操作把手上挂‘禁止合闸,有人工作’的标示牌;如需要可在刀闸或开关两侧装设接地线或现场派人看护.工作前必须用合格的验电笔对停电设备及周围设备验电.工作中要采用防止误触、误碰临近带电设备的措施和防止短路带电设备的措施.采取防止误入临近的带电间隔和误登临近带电杆、塔上的措施.禁止用喊话、约时等方式进行停送电.根据现场需要安排指挥和监护人.根据工作需要和现场情况采取其它的安全措施.使用触电危险性较大的电气设备(主要是指手持动工具、手提照明灯、各种移动式电气设备等)的安全要求：手持式电动工具必须完好,电源线不得任意加长;与电源连接应用插头连接,不得随意搭接;必须采用高灵敏的漏电保护器进行保护;严禁将I类工具的三芯电源线并为二芯使用.手提行灯必须采用安全电压并采用合格的灯具和电源线.使用潜水泵、水磨石机、电风扇等移动式电气设备时,必须检查其绝缘情况,使用中要防止电源线的绝缘好坏,要安装漏电保护,操作者应穿戴好防护用品.2.带电作业的基本措施;带电作业应则经验丰富的电工进行.至少两人以上同时工作,设有专责监护人进行监护.带电作业应使用合格的绝缘工具,工作时应站在干燥的绝缘物上进行.带电作业时应采取防止相间短路和三单相接地的绝缘措施.采取防止误触、误碰周围低压带电体的措施.工作时先分清火线、零线,选好工作位置.断开线时,先断开火线,后断开地线;搭接导线时,顺序相反.人体不得同时接触两根线头.3、电压、电位电位在数值上等于单位正电荷沿任意路径从该点移至无限远处的过程中电场力所做的功。其单位为伏特，简称伏（V）。电压就是电场中两点之间的电位差。其表达式为：QAU式中：A—电场力所做的功，单位为焦耳，J；电工基础知识-3-Q—电荷量，单位为库仑，C；U—两点之间的电位差，即电压，单位为伏特，V。4、电动势电动势的定义:一个电源能够使电流持续不断沿电路流动,就是因为它能使电路两端维持一定的电位差.这种电路两端产生和维持电位差的能力就叫电源电动势.在电场中将单位正电荷由低电位移向高电位时外力所做的功称为电动势，其表达式为：QAE式中：A—外力所做的功，J；Q—电荷量，C；E—电动势，V。(该公式表明电源将其它形式的能转化成电能的能力)其中A为外力所作的功,Q为电荷量,E为电动势.)电动势的方向规定为由负极指向正极，由低电位指向高电位，且仅存于电源内部。5、电阻电流在导体中流动时所受到的阻力，称为电阻。用R或r示。单位为欧姆或兆欧。导体电阻的大小与导体的长度L成正比，与导体的截面积成反比，并与其材料的电阻率成正比，即SLR式中：—导体的电阻率，Ω·m；L—导体长度，m；S—导体截面积，m2；R—导体的电阻，Ω。6、感抗容抗阻抗当交流电通过电感线圈时，线圈会产生感应电动势阻止电流变化，有阻碍电流流过的作用，称感抗。它等于电感L与频率f乘积的2π倍。即：XL=WL=2πfL。感抗在数值上就是电感线圈上电压和电流的有效数值之比。即：XL=UL/IL。感抗的单位是欧姆。当交流电通过电容时，与感抗类似，也有阻止交流电通过的作用，称容抗。它等于电容C乘以频率的2π倍的倒数。即：Xc=1/2πfc=1/WC。容抗在数值上就是电容上电压和电流的有效值之比。即：Xc=Uc/Ic。容抗的单位是欧姆。当交流电通过具有电阻(R)、电感（L）、电容（C）的电路时，所受到的阻碍称为电工基础知识-4-阻抗（Z）。它的数值等于：Z2=R2+(XL－Xc)2。阻抗在数值上就等于具有R、L、C元件的交流电路中，总电压U与通过该电路总电流I的有效值之比。即：Z=U/I1.接地将电气设备的某一部分（通常是电源中性点、金属外壳、金属基座和构架等）与大地土壤间进行良好的电气连接称接地。2.保护接地将设备的金属外壳、基座和构架等与大地土壤间进行良好的电气连接。3.保护接零将设备的金属外壳、基座和构架等与电源中性线进行金属连接。4.工作接地保证电气设备能正常工作以及防止因设备故障而引起高电压而设置的接地，如变压器和三相五柱电压互感器的中性点接地，两线一地系统的一相接地。5.重复接地将中性线的一处或多处通过接地装置与大地作再次连接。二、欧姆定律1、部分电路欧姆定律不含电源的电路称为无源电路。在电阻R两端加上电压U时，电阻中就有电流I流过，三者之间关系为：RUI欧姆定律公式成立的条件是电压和电流的标定方向一致，否则公式中就应出现负号。2、全电路欧姆定律含有电源的闭合电路称为全电路，如图2-1所示。图中虚线框内代表一个电源。电源除了具有电动势E外，一般都是有电阻的，这个电阻称为内电阻，用r0表示。当开关S闭合时，负载R中有电流流过。电动势E、内电阻r0、负载电阻R和电流I之间的联系用公式表示即为：0rREISIURr0图2-1全电路E电工基础知识-5-全电路欧姆定律还可以写为：00UUIrIRE式中IRU称为电源的端电压；00IrU称为电源的内压降。三、电功和电功率电流所做的功，叫电功；用符号A表示。电功的数学式为：tRURtIIUtA22式中：U—导体两端的电压，V；I—电路电流，A；R—导体的电阻，Ω；t—通电时间，s。电功的大小与电路中的电流、电压及通电时间成正比，电功的单位为焦耳，另一个单位是千瓦·时（kWh）。它们之间的关系是1千瓦·时=3.6兆焦=3.6×106焦耳（1kWh=3.6MJ=3.6×106J）。单位时间内电流所做的功，叫做电功率。用符号P表示，即RURIUItAP22式中：U—导体两端的电压，V；I—电路电流，A；R—导体的电阻，Ω；t—作功的时间，s；A—电功，J。电功率的单位是瓦，功率较大时，电功率的单位是千瓦kW、兆瓦MW。（1MW=103kW=106W）当电流通过电阻时，要消耗能量而产生热量，这种现象称为电流的热效应。根据能量守恒定律，电路中消耗的功率将全部转换成热功率，即：PR=0.24I2R（卡/秒）。式中0.24为电、热功率的转换系数（热功当量），即每瓦电功率为0.24卡/秒的热功率。我们常用的电炉、白炽灯、电烙铁、电烘箱等都是利用电流的热效应而制成的电器。四、电源外部特性与电路的三种状态1、电源的外部特征：在电动势不变的情况下，电源的端电压与电路中的电流大小及电源的内电阻大小有关。一般情况下，电流越大，电源的端电压就越低。2、电源的三种状态：当电路接通，负载中有电流流过时，电路处于导通状态；电工基础知识-6-若外电路与电阻值近似为零的导体接通时，电路处于短路状态；若电路中有断开处，电路中没有电流流过时，电路处于开路状态。电路处于开路状态时，电源的端电压与电动势相等。五、电阻的串、并联及混联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。电阻串联电路具有以下特点：①、串联电路中电流处处相等，即321IIII；②、串联电路中总电阻等于各分电阻的和，即321RRRR；③、串联电路中总电压等于各分电压的和，即321UUUU；④、各电阻上的电压降之比等于其电阻比，即2121RRUU；2、电阻的并联将电阻两端分别连接在一起的方式，叫电阻的并联。电阻并联电路具有以下特点：①、并联电路中各电阻两端的电压等于电源电压，即321UUUU；②、并联电路中总电流等于各分电流的和，即321IIII；③、并联电路等效电阻的倒数等于各并联支路电阻的倒数之和，即3211111RRRR；④、各并联电阻中的电流及电阻所消耗的功率均与各电阻的阻值成反比，即1221RRII；3、电阻的混联电路中既有电阻的串联又有电阻的并联，则称混联电路。六、基尔霍夫定律基尔霍夫定律包括第一定律和第二定律。它们是分析计算复杂电路不可缺少的基本定律。1、基尔霍夫第一定律（节点电流定律）对任一节点来说，流入（或流出）该节点电流的代数和等于零。其数学表达式：0I或出进II。电流正负的规定：一般取流入节点的电流为正，流出节点的电流为负。电工基础知识-7-2、基尔霍夫第二定律（回路电压定律）在电路的任何闭合回路中，沿一定方向绕行一周，各段电压的代数和为零，即：0U或IRE。在应用回路电压定律时，往往把电动势写在等式左边，把电压写在等式右边。对于第二个表达式中各电动势和电压的正负确定方法如下：①、首先选定各支路电流的方向。②、任意选定沿回路的绕行方向（顺时针或逆时针）。③、若流过电阻的电流方向与绕行方向一致，则该电阻上的压降为正，反之取负。④、若电动势的方向与绕行方向一致，则该电动势取正，反之取负。磁与电磁的基本知识一、电流的磁场通电导体的周围有磁场存在。导体中通过电流时产生的磁场方向可用安培定则（又称右手螺旋定则）来判断。当通电导体为直导体时，右手握直导体，拇指的方向为电流方向，弯曲四指的指向即为磁场方向。当通电导体为螺旋管时，右手握螺旋管，弯曲四指表示电流方向，拇指所指的方向即为磁场方向。二、磁场对电流的作用1、磁场对通电直导体的作用处在磁场中的直导体流过电流时，导体会发生运动，表明通电导体受到一个电磁力的作用。这个电磁力的大小与通电导体电流的大小成正比，与导体在磁场中的有效长度以及导体所处位置的磁感应强度成正比。写成数学表达式即为：sinBILF（N）通电导体在磁场中的受到的电磁力方向，可用左手定则判定：平伸左手，使大拇指与其余四指垂直，让磁力线垂直穿过手心，四指指向电流方