电工基础知识

电工基础知识授课：永安市技校陈昌初维修电工培训第一节直流电路第一章电工基础知识1、电路的组成及作用电路：电流所通过的路径。电路的作用是进行电能的传输和转换，或是实现信号的传递和处理。电路是由某些电气设备和元器件按一定方式连接组成。电路可分成电源、负载和中间环节三个部分电源是提供电能的设备，是电路工作的能源，电源的作用是将非电能转换成电能。负载是用电设备，是电路中的主要耗电器件。负载的作用是将电能转换成非电能。中间环节是指电源与负载之间的部分。一、电路的组成及各部分的作用电池灯泡EIRU+_电源2、电路的工作状态（1）开路状态（2）断路状态（3）短路状态忽略电路元器件的次要因素，将其理想化，并用规定的电气图形符号表示所组成的电路，称为电路二、电流1、电流的概念与分类带电粒子（电荷）的定向运动形成电流。电流的方向不变为直流I(DC)。方向和大小都变化为交流i(AC)。I＝Q/t（取决于在一定时间内，通过导体横截面的电荷量）I电流强度（A）Q电荷量（C）t时间（S）2、电流的单位安培（A）电流单位换算1A＝103mA1mA＝103μA，1kA＝103A3、电流的方向规定：正电荷运动的方向为电流的实际方向。假设的电流流向称为电流的参考方向。分析：当参考方向与实际方向相同时，则I0当参考方向与实际方向相反时，则I0，负值表示方向相反而不是负电流值）1、电动势的定义电动势是衡量电源力移动电荷做功能力的物理量电动势：电源力将单位正电荷从电源的负极移到正极所做的功。E=W电源力/Q三、电动势2、单位字母符号：E单位：V（伏）3、电动势的方向E的方向是从低电位（电源负极）指向高电位（电源正极）四、电压与电位1、电压（1）电压的电压是衡量电场力作功率领的大小在电场中，电场力F的将电荷Q由A点移动至B点.到做的功WAB与电荷的比值。UAB=WAB/Q电场力将单位正电荷从电场中的a点移到b点所做的功，称其为a、b两点间的电压。（2）电压的方向电压方向规定为由高电位指向低电位三种表示法：箭头表示双下标表示UAB习惯上把电位降低的方向作为电压的实际方向。（3）电压的单位伏特（V）1V＝103mV1mV＝103μV1kV＝103V2、电位电位：某点与参考点之间的电压：用U（或ψ）表示单位V把参考点的位称为零电位。即如A点参考点则ΨA＝0V）通常选大地为参考点，把大地的电位作为零电位点。任意两点间的电位差：UAB＝UA-UB或ΨAB＝ΨA-ΨB电压与电位的异同点：电位是某点对参考点的电压，电压是某两点间的电位差；电位是相对量，随参考点的改变而改变，而电压是绝对量，不随参考点的改变而改变。五、电阻器1、电阻器的概念电阻器反映导体对电流起阻碍作用的大小，简称电阻“R”符号表示。R＝L/SL：导体长度（m）S：横截面积（MM的平方）：导体的电阻率（·M）3、电阻器分类：固定电阻可变电阻碳膜电阻线绕金属膜电阻2、单位：为欧姆（）1KΩ=103Ω1MΩ=106Ω4、主要指标：标称阻值承受功率允许偏差5、标志方法：色环法色标符号方法：棕（偏差）金（倍乘）黄（第三位）紫（第二位）棕（第一位）黑0棕1红2橙3黄4绿5蓝6紫7灰8白9银10-2金10-11、部分电路欧姆定律部分电路欧姆定律：（不含电源电路）内容：流过导体的电流与这段导体两端电压成正比，与导体的电阻成反比I=U/R式中R为电阻，单位为欧姆Ω，电阻一定时，电压愈高电流愈大；电压一定，电阻愈大电流就愈小。六、欧姆定律2、全电路欧姆定律全电路欧姆定律（含源电路）内容：电路中电流与电源电动势成正比，与内外电阻之和成反比Ｉ＝Ｅ/（Ｒ+ｒ）公式变形：E=IR+Ir=I(R+r)=U=U0分析：由U=E-Ur=E-Ir可知：当电阻R为无穷大，I=0U=E（最高）当电阻R变小，I增大U减小当电阻R变大，I减小U增大七、电阻的连接1、电阻的串联两个或多个电阻头尾依次相连，称为电阻的串联。电阻串联的特点：（1）电流相等I＝I1=I2=……＝In；（2）总电压等于各个电压之和U=U1+U2=IR1+IR2；（3）R=R1+R2---+Rn；总电阻等于各个电阻之和，（4）串联电阻有分压作用。分压式：U1=R1U/R1+R2；U2=R2U/R1+R2。2、电阻并联两个或两个以上电阻接在电路中相同的两点之间，并承受相同的电压。电阻并联的特点：（1）电压相同，U=U1=U2--=Un；（2）总电流等于各个电流之和，I=I1+I2---+In；（3）总电阻的倒数等于各个电阻倒数之和。1/R=1/R1+1/R2---+1/Rn，若只有两个电阻并联即R=R1并R2=R1R2/R1+R2；（4）电阻并联具有分流作用，分流式：I1=R2I/R1+R2I2=R1I/R1+R2八、电功与电功率1、电功电能转化为其他形式能的过程称为电流做功，简称为电功用字母W表示。W=UIT式中：W电功J；U电压V；I电流A；t时间SW=I2Rt=U2t/R实际中：电功的单位常用千瓦·小时（KW·h），俗称“度”常生活电能的计算：3.6×106J=1KW.h=1度有一个电饭锅，额定功率为750W，每天使用2小时；一台25吋电视机，功率为150W，每天使用4小时；一台电冰箱，输入功率为120W，电冰箱的压缩机每天工作8小时。计算每月（30天）耗电多少度？解：（0.75kW×2h＋0.15kW×4h＋0.12kW×8h）×30天＝（1.5度＋0.6度＋0.96度）×30＝91.8度答:每月耗电91.8度【例】3、电流的热效应电流通过导体时，使导体发热的现象叫电流的热效应。焦耳――楞定律Q=I2Rt=U2t/R=UIt单位：Q-J,I-A,R-Ω,t-S。九、电容器2、电功率电流在单位时间内能做的功叫电功率，简称功率用字母P表示，单位：瓦特（W）,mW，KW；P=W/t=IU=I2R=U2/R式中：P电功率W；U电压V；I电流A；C电极极板介质电容器是用来储存电荷的装置，它由两块金属极板中间夹有绝缘材料构成，简称电容。1、电容器的概念电容量：C=Q/U式中：C电容F；Q电极上带的电荷C；U两极板间的电压V；电容是表示电容器存储电荷能力的物理量，是固有参数。有：C=εS/d式中：S平行板电容器的面积，m2；d极板间的距离m；ε介质的介电常数F/m；电容的单位是：法拉（F）其换算关系为：1F=106F1μF=1012pF按结构分：固定电容器、可变电容器半可变电容器按介质分：空气电容器、纸介电容器、云母电容器、电解电容器（有正负极）2、电容器的种类3、电容器的主要参数标称电容耐压值允许误差4、电容器的串联与并联特点：①、Q1=Q2=Q3=…=Qn②、U=U1+U2+U3+…+Un③、1/C=1/C1+1/C2+1/C3+…+/CnC=C1C2/C1+C2（两个电容串联）C=C0/n（容量相等的电容并联）两个或两个以上的电容器依次相连，只有一条通路的联结方式（中间无分支的连接方式）（1）电容器的串联特点：①、U=U1=U2=U3=…=Un②、Q=Q1+Q2+Q3+…+Qn③、C=C1+C2+C3+…+Cn两个或两个以上的电容器的一端连在电路中的一点，另一端也同时连在另一点，使各电容器承受相同电压。（2）电容器的并联第三节正弦交流电路一、正弦交流电的基本概念ti如果在电路中电动势的大小与方向均随时间按正弦规律变化，由此产生的电流、电压大小和方向也是正弦的，这样的电路称为正弦交流电路。交流电是指大小和方向随时间作周期性变化的电动势（电压或电流）。1、正弦交流电的定义3、正弦交流电的三要素2、正弦交流电的产生FFNSIIe=Emsinωt在两磁极中间，放一个线圈，让线圈以的速度顺时针旋转，根据右手定则可知，线圈中产生感应电流。合理设计磁极形状，使磁通按正弦规律分布，线圈两端便可得到单相交流电动势。titmI最大值角频率（弧度/秒）初相位三要素:最大值电量名称必须大写,下标加m。如：Um、Im用小写字母表示交流瞬时值，如u、i有效值电量必须大写，如：U、I有效值概念交流电流i通过电阻R在一个周期T内产生的热量与一直流电流I通过同一电阻在同一时间T内产生的热量相等，则称I的数值为i的有效值（1）瞬时值、最大值、有效值在工程应用中常用有效值表示幅度。常用交流电表指示的电压、电流读数，就是被测物理量的有效值。标准电压220V，也是指供电电压的有效值。2_mII问题与讨论电器~220V最高耐压=300V若购得一台耐压为300V的电器，是否可用于220V的线路上?该用电器最高耐压低于电源电压的最大值，所以不能用。有效值U=220V最大值Um=220V=311V2电源电压已知我国的交流电f＝50Hz,试求T和ω。【例3.1】（2）周期、频率、角频率①周期T：变化一周所需的时间单位：秒，毫秒。③角频率ω：每秒变化的弧度单位：弧度/秒。②频率f：每秒变化的次数单位：赫兹，千赫兹。itTf=1/Tω=2∏/T=2∏ft=0时的相位，称为初相位或初相角（φ）。（ωt+φ）正弦波的相位角或相位两个同频率正弦量间的初相之差称相位差（φ2-φ1）（2）相位、初相位、相位差e=Emsin（ωt+φ）同相位1i12t2i落后于2i1i2it12i相位领先1i12t超前于2i1i相位落后21i相量波形图it（3）正弦波的表示方法瞬时值表达式必须小写u=Umsinωt二、单相正弦交流电路1.纯电阻电路交流负载中只有电阻的交流电路。如电炉、白炽灯等。uiRωtuiUI（1）电压与电流的关系设：uR=URmsinωt则有：i=uR/R=(URm/R)sinωt=Imsinωt在纯电阻电路中，电流i和电压uR是同频率、同相位的正弦量。电压与电流最大值的关系：Im=URm/R电压与电流有效值的关系：I=UR/R或UR=IR（2）电路的功率瞬时功率：瞬时电压与电流的乘积。有功功率：瞬时功率的平均值。P=URI=I2R=UR2/R2.纯电感电路交流负载中只有电感的交流电路。（1）电压与电流的关系iut90iuLUI电感线圈中产生自感电动势，阻碍电流的变化，故电流的变化总是滞后电压的变化。设：i=Imsinωt则通过分析有：uL=ImωLsin(ωt+90o)=Umsin(ωt+90o)那么：①电感两端的电压超前电流90O；②电感对电流的阻碍作用用感抗来反映；XL=ωL=2∏fL电压与电流的关系：I=UL/XL（2）电路的功率和能量转换电感线圈不消耗有功功率；无功功率：瞬时功率的最大值；QL单位：乏尔QL=ULI=I2XL=U2/XL3.纯电容电路（1）电压与电流的关系交流负载中只有电容的交流电路。iut90ICUUUuiC电容器不断充电和放电，形成电流。设：uC=UCmsinωt则通过分析有：i=ωCUCmsin(ωt+90o)=Imsin(ωt+90o)那么：①电容两端的电压滞后电流90O；②电容器对电流的阻碍作用用容抗来反映；XC=1/ωC=1/2∏fC电压与电流的关系：I=UC/XC（2）电路的功率和能量转换电容不消耗有功功率；无功功率用QC表示单位：乏尔QC=UCI=I2XC=U2/XC三、三相交流电路三相交流电的优点：输电时节省电线；三相发电机体积小，质量轻，成本低；三相异步电动机结构简单，性能可靠；1、三相对称电动势的产生•••U1U2V2W1V1W2SN定子中放三个线圈：U1U2V1V2W1W2首端末端三线圈空间位置相差120o转子装有磁极并以的速度旋转。三个线圈中便产生三个单相电动势。转子定子UEVEWEEmVeUeWe0°120°240°360°t120°120°120°注意：三相对称正弦电动势频率相同，振福相等，相位相差120o。eU=EmsinωteV=Emsin(ωt-120o)eW=Emsin(ωt+120o)2、三相电源的星形联结三相四线制供电火线（相线）:UVW中线（零线）：NCe（中线）（火线）（火线）（火线）WeVeU2V2W1V1W2NUeU1（1）星形联结的方法（2）三相四线制的线电压与相电压相电压：火线对零线间