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1、第一章电工基础知识 概述 第一节电的基本概念 第二节直流电路 第三节电与磁 第四节单相交流电路 第五节三相交流电路 概述 本章主要介绍电常用基本物理量 直流电路 交流电路 电磁感应等基本概念 定律 以及有关物理量间的相互关系 为识图 读图 分析电路 电路设计打基础 要求 了解电的各主要物理量及基本公式的含义 弄清有关公式物理量以及各符号的意义和单位 掌握各定律的内容及有关量间的关系 逐步学会分析电路的方法 充分重视理论结合实际 将学到的基础理论做为实际设计 安装 维修的理论依据 第一节电的基本概念 一 电路的组成及状态 二 电流 三 电阻 四 电压与电位 五 电动势 一 电路的组成及状态 一
2、电路的组成 下面我们先来看一下手电筒电路 一 电路的组成及状态 一 电路的组成 电路 电流经过的路径 组成 电源负载控制设备导线 电流必须在闭合回路中产生 所以一个完整的电路一定是回路 手电筒电路 一 电路的组成及状态 一 电路的组成 1 电源 将其他形式的能量转换成电能的装置 E 如 火力发电机 热能水力发电机 水能风力发电机 风能核动力发电机 核能蓄电池 化学能 转换为电能 电源可通过电网络输送 传递 分配 一 电路的组成及状态 一 电路的组成 2 负载 将电能转换成其他形式能量的器件或设备 各种电器 E 如 电灯 电能转换为光能 电炉 电动机 电能转换为热能 电能转换为机械能 一 电路的
3、组成及状态 一 电路的组成 3 控制设备 按人们的需求安全 有效的控制电能各物理量以及用电器的使用时间 E 如 控制电灯的开关 插销等 控制电动机的接触器 继电器 断路器等 一 电路的组成及状态 一 电路的组成 4 导线 输送分配电能的导体 常用铜 铝材料 E 它将电源电能输送致控制设备 再将受控制的电能输入用电器 最后再将其连接回电源而形成回路 一 电路的组成及状态 一 电路的组成 E 电路可分为外电路和内电路 外电路 电源 控制设备 负载 内电路 电源内部的通道 如蓄电池两极 发电机电枢线圈内通道 电路的分类 一 电路的组成及状态 一 电路的组成 电路原理图 电路图是最简单明了提供电路信息
4、的方法 电路图主要用来详细理解设备和其组成部分的工作原理 故称电路原理图 它为接线 测试 排故提供信息 电工作业人员实际操作时离不开电路图 识图 读图是作为一名电工的基本功 对各种不同电路的表达方式 电路图 一 电路的组成及状态 一 电路的组成 电路原理图 信息 电路中所用元件名称 数量及参数 E 电池组 套 HL 指示灯 12 0 1A 1只 R 电阻 60 1 1只 K1 K2 单极开关 只 由电气符号 采用GB4728 85标准 代号 连接线组合而成 一 电路的组成及状态 一 电路的组成 电路原理图 信息 导线连接方式 除元件外 每根实线都是所需连接的导线 由电气符号 采用GB4728
5、85标准 代号 连接线组合而成 一 电路的组成及状态 一 电路的组成 电路原理图 由电气符号 采用GB4728 85标准 代号 连接线组合而成 信息 工作原理 闭合 指示灯 在额定电压下发光 断开 闭合 指示灯 与电阻 串联 电阻 串联降压 指示灯 电压为 左右 较暗 一 电路的组成及状态 二 电路的状态 1 通路状态 通路就是电路中开关闭合 负载中有电流流过 在这种状态下 电源端电压与负载电流的关系可用电流的负特性确定 通路后负载有电流流过而做功 根据负载的大小 可分为满载 轻载 过载三种情况 一 电路的组成及状态 二 电路的状态 1 通路状态 满载 负载在额定功率下的工作状态叫做额定工作状
6、态或满载 轻载 负载低于额定功率的工作状态叫做轻载 过载 负载高于额定功率的工作状态叫做过载或超载 轻载不利于充分发挥负载的效率 过载容易使负载过线路烧毁 满载为理想工作状态 一 电路的组成及状态 二 电路的状态 2 断路或开路状态 断路一般为故障 开路为工作需要 电路状态一样 电源两端或电路某处断开 电路中没有电流通过 对于电源来说 这种状态叫空载 一 电路的组成及状态 二 电路的状态 2 断路或开路状态 开路的特点 电路中电流为零 电源端电压U等于电源电动势E 电路某处断开 一 电路的组成及状态 二 电路的状态 3 短路状态 如果外电路被阻值近似为零的导体接通 这时电源就处于短路状态 一
7、电路的组成及状态 二 电路的状态 3 短路状态 在这种状态下 短路电流ID E RO非常大 由于电流未经负载直接流回电源 电源内阻RO极小 强大的短路电路极有可能烧毁电源和线路 造成重大事故 所以要严格防止 避免发生短路 外电路被阻值近似为零的导体接通 一 电路的组成及状态 二 电路的状态 3 短路状态 防止短路最常用的方法是在电路上安装熔断器 不论高压 低压 强电 弱电 线路都要设可靠的短路保护 熔断器 一 电路的组成及状态 二 电路的状态 电路的外特性 二 电流 一 电流的形成 电流 电荷有规则的定向运动形成电流 用I i表示 了解电流的实质 就要从物质内部结构进行分折 任何物质都是由分子
8、组成 分子是由原子组成 而原子又是由带正电原子核和带负电的电子组成 在常态下 原子核所带的正电荷数等于电子所带的负电荷数 物质呈中性 在金属导体中存在较多脱离原子核吸引力的自由电子 它们相互碰撞 处于无定向无规则运动 所以也不显电性 二 电流 一 电流的形成 例如 13号元素铝的原子结构 电子分层排列 2 8 3 二 电流 一 电流的形成 电流 电荷有规则的定向运动形成电流 当人们给一定外加条件时 如导体两端加一个电场 即按上电源 则导体内自由电子受到电场力的作用 正电场吸引电子 负电场排拆电子 所以导体内自由电子就向着正电场方向移动 电场力 带电导体的周围存在着电场 电场对处在场内的电荷有力
9、的作用 二 电流 一 电流的形成 在金属导体中 电子在外电场的作用下有规则的运动形成电流 二 电流 一 电流的形成 电流强度 电流的大小取决于在一定时间内通过导体横截面的电荷量的多少 在单位时间内通过导体横截面的电荷量越多 表示通过该导体的电流越强 反之较弱 所以电流大小用电流强度来衡量 为方便起见 人们把电流强度简称电流 电流强度 1秒钟内通过导体横截面的电荷量 I 电流强度 安培 Q 电量 库仑 t 时间 秒 二 电流 一 电流的形成 电流密度 在实际工作中 经常需要选择导体 线 的粗细即截面积 这就需要用到电流密度这一概念 当电流在导体的横截面上均匀分布时 该电流与导体横截面的比值 就称
10、为电流密度 电流密度用字母J表示 即 J 电流密度 A mm2 I 电流 A S 横截面 mm2 二 电流 一 电流的形成 电流密度 如 横截面2 5mm2的BVR塑料多股线的电流密度可选为7A mm2 一般情况下 2 5mm2BVR最大可通过17 5A电流 可配用3 8kW的单相用电设备 电流密度与导体横截面不呈线性关系 因为导体的截面积选用必须考虑诸多综合因素 如环境 敷设方式 敷设长度 耐热 散热要重点考虑 一般电流密度选择 负载电流越大 电流密度相对越小 二 电流 一 电流的形成 电流密度 又如 现需要安装一路供电线路 此线路计算总负荷电流为125A 选配电缆前应先根据实际情况确定电流
11、密度 通常100A以上电路选用电缆的电流密度 每平方毫米不大于2A 即J 2A mm2 那么 总之 导体安全载流量选择正确与否 直接关系到电路的安全 质量及成体 不可忽视 可选择70mm2的电缆线 二 电流 二 电流的方向 电流的方向 正电荷移动的方向为电流方向 二 电流 二 电流的方向 不同的导电物质中 形成电流的运动电荷 可以是正电荷 也可以是负电荷 甚至两者都有 为统一起见 规定 正电荷定向移动的方向为电流方向 按照这个规定 在电源外部 电流的方向是从电源的正极流向负极 在金属导体中 电子运动的方向与电流方向相反 二 电流 二 电流的方向 电流方向的表示 可用箭头表示 I1I2I 或用下
12、标表示 IaoIboIoc 在分析和计算电路时 常常要求出电流方向 尤其是较复杂电路 某段电路中实际电流方向难以确定 在这种情况下 要设定参考方向 参考方向任意任意设定 当计算结果大于零时 即为正值 假设参考方向与实际电流方向相同 如果计算结果小于零时 即为负值 那么假设参考方向与实际电流方向相反 二 电流 二 电流的方向 电流方向的表示 例 如图所示电路 求出Iao的大小和方向 解 先设定Iao的方向 如图所示 根据基尔霍夫节点电流定律 Iao Ibo Ioc Iao Ioc Ibo将已知数代入Iao 3 4 1A得数为负值 实际电流方向为Ioa 二 电流 三 电流的单位 电流的国际单位为安
13、培 简称为安 用A表示 常用的电流单位 千安 kA 毫安 mA 微安 A kA A mA A依次为千进位 即 1kA 103A 106mA 109 A 二 电流 四 电流的种类 电流的种类即电流的性质 通常分直流电 交流电两种 二 电流 四 电流的种类 1 直流电 其大小和方向均不随时间变化而变化 直流电可由蓄电池 直流发电机或整流电路获得 直流电可分理想直流电和脉动直流电 用直角坐标系图形表示法可以看出 理想直流电 无论t在什么时间段 电流i大小幅度不变 方向不变 始终在正半周 二 电流 四 电流的种类 1 直流电 其大小和方向均不随时间变化而变化 直流电可由蓄电池 直流发电机或整流电路获得
14、 直流电可分理想直流电和脉动直流电 用直角坐标系图形表示法可以看出 脉动直流电 虽方向不变 始终在正半周 但大小幅度随t的变化而不断变化 有一定的交变成分 二 电流 四 电流的种类 1 直流电 应注意 直流电在接通和断开的瞬间都有个交变 即电流变化 过程 脉动直流电是通过整流后的直流电 整流获得理想直流电的步骤 二 电流 四 电流的种类 2 交流电 其大小和方向都随时间的变化而变化 电力系统供给工矿企业的动力电都为交流电 工矿企业 日常生活所用的交流电是按正弦规律变化的正弦交流电 正弦交流电在直角坐标系中的波形图 可以看出 电流i的大小 幅度随着t的变化而不断的变化 方向也随t的变化在正负半周
15、有规律的变化 三 电阻 电阻是反映物体对电流起阻碍作用大小的一个物理量 电阻这一物理量可衡量物体的导电能力 物体电阻小导电能力就强 反之就弱 电阻用字母R r表示 电阻的单位 欧姆 简称欧 用字母 表示 物体的电阻是客观存在的 不随电压的高低而变化 三 电阻 实验证明 物体的电阻跟物体长度成正比 跟物体截面积成反比 并与物体的材料 电阻率 和温度有关 可用以下公式表达 R 电阻 电阻率 m L 长度 S 截面积 m2 电阻率 是与物体材料性质有关的物理量 称为电阻系数或电阻率 它是指长度1米 横截面1平方毫米的某种材料的物体在2 时的电阻值 单位 m 不同的材料其电阻率也不同 下表列出几种常用
16、金属的电阻率 三 电阻 表1 1常用金属材料的电阻率及电阻温度系数 三 电阻 温度系数 表中温度系数 说明电阻率与温度有关 实验证明 物体的温度变化 电阻也随之变化 一般导体温度升高后 导体的电阻值随之增大 相对导电能力下降 注 导体碳相反 我们把温度升高1 时 电阻所产生的变动值与原电阻值的比值 称为电阻温度系数 用 表示 单位1 t1 变化前温度t2 变化后温度R1 t1时电阻值R2 t2时电阻值 一般金属材料电阻温度系数很小 但温度很高时 电阻变化显著 不可忽视 三 电阻 在实际工作中 我们不但用电阻去衡量物体的导电能力 我们还将具有一定阻值物质制作成实体元件 称为电阻器 电阻元件主要参数 电阻值 功率 允许偏差等 电阻器的作用 在直流电路中 常用于分压 分流 阻抗匹配等 交流电路中 电阻器常用于限流 电阻元件符号 电阻 可变电阻 电位器 四 电压与电位 一 电位 人们测量山峰的高度 常用海拔多少米 也就是以海平面为基准测出各山峰的相对高度 海平面海拔为零 零海拔为各山峰高度的参考点 2800米 山高 海拔2800米 参考点 海平面 四 电压与电位 一 电位 电位也一样 也必须要
