电工基础知识(精简版).pdf
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1、) ) 一 . 电工基础知识 1. 直流电路 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 基本物理量 1.2.1 电流 1.2.1.1 电流的形成 : 导体中的自由电子在电场力的作用下作有规则的定 向运动就形成电流. 1.2.1.2 电流具备的条件 : 一是有电位差 ,二是电路一定要闭合. 1.2.1.3 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 通过导体截面的电荷量,计算公式为 t Q I 其中 Q
2、为电荷量 (库仑); t 为时间 (秒/s); I 为电流强度 1.2.1.4 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 = 10 3A 1A = 10 3 mA 1mA = 10 3uA 1.2.1.5 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 . 1.2.2 电压 1.2.2.1 电压的形成 : 物体带电后具有一定的电位,在电路中任意两点之间的 电位差 ,称为该两点的电压. 1.2.2.2 电压的方向 : 一是高电位指向低电位; 二是电位随参考点
3、不同而改 变. 1.2.2.3 电压的单位是“ 伏特 ”,用字母“ U” 表示.常用单位有 : 千伏(KV) 、 伏(V)、毫伏 (mV) 、微伏 (uV) 1KV = 10 3 V 1V = 10 3 mV 1mV = 10 3 uV 1.2.3 电阻 1.2.4.1 电阻的定义 : 自由电子在物体中移动受到其它电子的阻碍,对于这种 导电所表现的能力就叫电阻. 1.2.4.2 电阻的单位是“ 欧姆 ”,用字母“R”表示. 1.2.4.3 电阻的计算方式为: s l R 其中 l 为导体长度 ,s 为截面积 , 为材料电阻率 铜 =0.017 铝 =0.028 欧姆定律 1.3.1 欧姆定律是
4、表示电压、电流、电阻三者关系的基本定律. 1.3.2 部分电路欧姆定律: 电路中通过电阻的电流,与电阻两端所加的电压 成正比 ,与电阻成反比 ,称为部分欧姆定律.计算公式为 R U I I U RU = IR 1.3.3 全电路欧姆定律 : 在闭合电路中 (包括电源 ),电路中的电流与电源的 电动势成正比 ,与电路中负载电阻及电源内阻之和成反比,称全电路 欧姆定律 .计算公式为 0 rR E I 其中 R 为外电阻 ,r0为内电阻 ,E 为电动势 ) ) 电路的连接 (串连、并连、混连) 1.4.1 串联电路 1.4.1.1 电阻串联将电阻首尾依次相连,但电流只有一条通路的连接方法. 1.4.
5、1.2 电路串联的特点为电流与总电流相等,即 I = I1 = I2 = I3 总电压等于各电阻上电压之和,即 U = U1 + U2 + U3 总电阻等于负载电阻之和,即 R = R 1 + R2 + R3 各电阻上电压降之比等于其电阻比,即 2 1 2 1 R R U U , 3 1 3 1 R R U U , 1.4.1.3 电源串联 : 将前一个电源的负极和后一个电源的正极依次连接 起来. 特点 : 可以获得较大的电压与电源.计算公式为 E = E1 + E2 + E3+ En r0 = r01 + r02 + r03+ r0n n n rrrr EEEE I 0030201 321
6、. . 1.4.2 并联电路 1.4.2.1 电阻的并联 : 将电路中若干个电阻并列连接起来的接法,称为电 阻并联 . 1.4.2.2 并联电路的特点 : 各电阻两端的电压均相等,即 U1 = U2 = U3= = Un; 电路的总电流等于电路中各支路电流之总和,即 I = I1 + I2 + I3+ + In; 电路总电阻R 的倒数等于各支路电阻倒数之和,即 n RRRRR 1 . 1111 321 .并联负载愈多 ,总电阻愈小 ,供应电 流愈大 ,负荷愈重 . 1.4.2.3 通过各支路的电流与各自电阻成反比,即 2 1 2 1 R R I I 1.4.2.4 电源的并联: 把所有电源的正
7、极连接起来作为电源的正极,把所 有电源的负极连接起来作为电源的负极,然后接到电路中, 称为 电源并联 1.4.2.5 并联电源的条件:一是电源的电势相等;二是每个电源的内电阻 相同 1.4.2.6 并联电源的特点:能获得较大的电流,即外电路的电流等于流过 各电源的电流之和 短路 定义: 电源通向负载的两根导线,不以过负载而相互直接接通.该现象称 之为短路 . 短路分析 : 电阻 (R) 变小,电流 (I)加大 ,用公式表示为 0 rR E I 短路的危害 : 温度升高 ,烧毁设备 ,发生火灾 ;产生很大的动力 ,烧毁电源 , 电网破裂 . 保护措施 : 安装自动开关 ;安装熔断器 . 2. 交
8、流电路 ; ) ) 单相交流电路 定义: 所谓交流电即指其电动势、电压及电流的大小和方向都随时间按 一定规律作周期性的变化,又叫正磁交流电 . 单相交流电的产生: 线圈在磁场中运动旋转,旋转方向切割磁力线,产生 感应电动势 . 单相交流发电机 : 只有一个线圈在磁场中运动旋转,电路里只能产生一 个交变电动势 ,叫单相交流发电机.由单相交流发电机发出的电简称为单相交 流电. 交流电与直流电的比较: 输送方便、使用安全,价格便宜。 交流电的基本物理量 瞬时值与最大值 电动势、电流、电压每瞬时的值称为瞬时值.符号分别是 : 电动势“E”, 电压 “U ”,电流 “I ”. 瞬时值中最大值 ,叫做交流
9、电动最大值.也叫振幅 .符号分别是 : Em, Im, Um. 周期、频率和角频率 周期: 交流电每交变一次(或一周 )所需时间 .用符号“T”表示 ;单位为“ 秒”, 用字母“s”表示; T = 0.02s I 0 t T = 0.02s(China 中国) 频率: 交流电每秒交变的次数或周期叫做频率.用符号“f ”表示 ,单位是 Hz. 50Hz(China 中国) 角频率 : 单位时间内的变化角度,用“ rad/s ” (每秒的角度 )表示,单位 为 ”. 三相交流电路 三相交流电的定义:在磁场里有三个互成角度的线圈同时转动,电路里 就产生三个交变电动势这样的发电机叫三相交流发电机,发出
10、的电叫三相 交流电每一单相称为一相 三相交流电的特点 转速相同,电动势相同; 线圈形状、匝数均相同,电动势的最大值(有效值)相等; 三个电动势之间互存相位差;eA、eB、eC为三相对称电动势.计算公式为 : eA = EmSinnt eB = EmSin(wt-120 0) eC = EmSin(wt-240 0) 电源的连接 (在实际连接中 ) 星形连接 相电压:每个线圈两端的电压相电 压为 220V UA线电压:两条相线之间的电压线电 压为 380V 相电压与线电压的关系如下: UBU 线 = U3相;相= 220V ; U 线 = 380V UC 相电流:流过每一相线圈的电流 用相表示
11、(三相四线输出)线电流:流过端成的电流用线表 示 相电流等于线电流 三角形连接 A B 线 = I3相;线= 相 C ) ) (三线三相输出 ) 示例:有一三相发电机,其每相电动势为127V ,分别求出三相绕组作星形 连接和三角形连接时的线电压和相电压 解:作星形连接时,UY相 = 127V, U Y线 = Y U3相 = 127V x 3 作三角形连接时,U = 127V 三相电路的功率计算 单相有功功率: P = IU ( 纯电阻电路 ) 功率因数:衡量电器设备效率高低的一个系数用Cos ? 表示. 对于纯电阻电路,Cos? = 1 对于非纯电阻电路,Cos? 1 单相有功功率的计算公式为
12、(将公式一般化 ) P = IUCos ? 三相有功功率:不论“ Y” 或接法 ,总的功率等于各相功率之和 三相总功率计算公式为P = IAUACos? + IBUBCos ? + ICUCCos = 3 对于“ Y” 接法, 因 U 线 = 相 U3线 =相,则 P =3 x 相x 33 3 x U线 = 3线线Cos? 对于“ ” 接法,因因线= I3线 =相,则 P =3 x 线x 33 3 x I线 = 3线线Cos? 示例一:某单相电焊机,用钳表测出电流为7.5A,用万能表测出 电压为 380V, 设有功系数为0.5,求有功功率 . 解:根据公式P = IUCos ?,已知 = 7.
13、5A ,U = 380V, Cos?= 0.5 则 P = IUCos ? = 7.5 x 380 x 0.5 = 1425W 示例二:某单相电焊机,额定耗电量为2.5KW, 额定电压为380V, Cos ? 为 0.6, 求额定电流 . 解:根据公式P = IUCos ?, 则= 6.0380 2500 11.0A 3. 电磁和电流的磁效应 ; 磁的基本知识 任一磁铁均有两个磁极,即 N 极(北极 )和 S 极(南极 ).同性磁极相斥 ,异性 磁极相吸 . 磁场: 受到磁性影响的区域,显示出穿越区域的电荷或置于该区域中的 磁极会受到机械力的作用;也可称磁铁能吸铁的空间,称为磁场 . 磁材料
14、: 硬磁材料 永久磁铁 ;软磁材料 电机和电磁铁的铁芯. 电流的磁效应 定义: 载流导体周围存在着磁场,即电流产生磁场(电能生磁 )称电流的磁 效应. 磁效应的作用 : 能够容易的控制磁场的产生和消失,电动机和测量磁电 式仪表的工作原理就是磁效应的作用. 通电导线 (或线圈 )周围磁场 (磁力线 )的方向判别 ,可用右手定则来判断: ) ) 通电直导线磁场方向的判断方法: 用右手握住导线 ,大拇指指向电流方 向,则其余四指所指的方向就是磁场的方向. 线圈磁场方向的判断方法: 将右手大拇指伸直,其余四指沿着电流方向 围绕线圈 ,则大拇指所指的方向就是磁场方向. 通电导线在磁场中受力的方向,用电动
15、机左手定则确定: 伸出左手使掌 心迎着磁力线 ,即磁力线透直穿过掌心,伸直的四指与导线中的电流方向一致, 则与四指成直角的大拇指所指方向就是导线受力的方向. 二 常用电工仪表和测试的认识及应用 常用测量仪表的使用 (万能表、钳形表、兆欧表) 万用表的使用 万用表的外形及结构:万用表由表头、测量线路、转换开关、面板及表 壳组成 . 万用表常用符号说明: V:直流电压 (DCV) :电阻 ,欧姆 V:交流电压 (ACV) K:1000 ? 、? :直流电流 :无穷大 万用表的技术数据 各数据说明 A:1.5 直流准确度 ;B:2.5 交流准确度 ;C: 2KV 表示 2KV 耐压试验 ;D: 45
16、-1000Hz 交流频率的范围;E: 直 20000 /V 交 5000 /V 表示灵敏度 . 万用表的使用 使用前的准备工作: 检查表笔的安装 ,红笔装+ 字孔 ,黑笔装 - 字孔;如果有较大的电流、电 压的测量时接成孔,一般黑笔不动 ,红笔装入对角接线孔; 机械调零旋钮 ,测量前调零作用 ; 电调零 ,测电阻时调零用.如果不能调零 ,就表示万用表内电池即将耗尽, 应将电池更换 ; 电阻的测量 ,选量程X1、X10、X100 、X1K、X10K 、X100K; 短接两表笔调零 ; 把表笔接于两测电阻两端; 读数:电阻值二刻度数值X 倍率; 测量电流、电压 根据被测对象 ,将转换开关旋至所需位
17、置; 电压测量用并联接入方式,电流测量用串联接入方式; 测直流时红笔接+ ,黑笔接 - ; 读数:实际数值二刻度数值X 刻度数值最大值 量程 .例如量程为 500V, 刻 度数值为 200V, 则实际数值 =200 X 250 500 .=400V 注意事项 万用表用完后应将转换开关打在交流电压档或将其打在标有 OFF” 的 位置上 ,以免下次用时将表针打坏或将表烧坏. 万用表的电池应根据使用频率的多少及时检查,以免没电后电液流出出 腐蚀电极或元件 ,导致万用表损坏.应将电池取出保管. 钳形表的使用 钳形表的构造:可看成电流互感器与电流表合二为一的仪表. 测量方法:选用适当的量程,把导线放入钳
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