电工理论基础知识-理论篇.ppt

主讲人 电工基础知识 内容复习 1 摇表使用的注意事项 2 电气五防 3 安全工作的组织措施和技术措施 4 倒闸操作的含义 5 隔离刀闸的操作注意事项 6 触电急救 一 物体带电和电场 在正常情况下 原子中正负电荷相等 整个原子不显电性 中性的原子失去电子 就带正电 成为正离子 获得电子 就带负电 成为负离子 1 物质结构 2 物体带电摩擦起电现象当一个物体失去或获得电子时 正负电荷就不相等 物体就会带电 物体所带电荷有正电荷和负电荷两种 失去电子的物体 就带正电 得到电子的物体就带负电 一 物体带电和电场 电场存在于带电体周围 它是电荷之间相互作用的媒质 电场最基本的特性是电场能对位于该电场中的电荷产生作用力 电场作用在电荷上的力叫电场力 电场力的大小与电场的强度有关 电场的强弱与带电体所带的电荷量多少有关 电场中某点电场强度E的大小等于单位电荷在电场这一点所受到的力的大小E F Q N C 式中Q 正试验电荷的电荷量 C 库仑 F Q电荷在电场内某点所受的电场力 N 牛顿 电场中某点电场强度的方向也叫电场的方向 就是正电荷在这一点所受电场力的方向 物体所带正电与带负电产生的电场方向相反 同性电荷相斥 异性电荷相吸 3 电场 二 导体和绝缘体 导体 导电能力很强的物体称为导体 导体内部拥有大量的自由电子或离子 在电场力的作用下 自由电子 或离子 能作有规则的定向运动 主要是金属性导体 半导体 导电性能介于导体和绝缘体之间的材料 超导体 一般材料在温度接近绝对零度的时候 物体分子热运动消失 材料的电阻趋近于零 成为超导体 绝缘体 几乎不能导电的物体称为绝缘体 其原子核对其外层电子的束缚力很强 自由电子极少 三 电路和电路图 电路图 用规定的图形符号 文字符号表示的电路 支路 一段没有分支的电路 结点 凡是三条或三条以上支路相汇合的点 回路 自电路中某一点出发 经过一周又回到该点的任意闭合路径 电路就是电流流过的路径 一个完整的电路都是由电源 负载 用电设备 联接导线以及控制电器等四个基本部分组成 电源 就是产生电能的设备 它的作用是将其它形式的能量转换成电能 并向用电设备供给能量 负载 就是用电设备 它的作用是将电能转换为其它形式的能量 联接导线 它把电源和负载连接成一个闭合通路 起着传输和分配电能的作用 控制电器 其作用是执行控制任务和保护电器设备 四 电流和电阻 2 电阻电流通过导电体时所受到的阻力称为电阻 金属导体的电阻与它的几何尺寸 材料有关 可用下式表示 式中R 导体的电阻 欧姆 L 导体的长度 m 米 S 导体的截面积 mm2 平方毫米 导体的电阻率 指在一定的温度下 长为1米 截面积为1平方毫米的导体所具有的电阻 mm2 m 电阻的电位还有兆欧 M 千欧 k 毫欧 m 微欧 四 电压 电位 电动势 1 电位在电场力作用下 单位正电荷由电场中某一点移到参考点 参考点的电位规定为零 所做的功叫做该点的电位 2 电压电场力把单位正电荷由高电位点移到低电位点所做的功叫做这两点间的电压 用U表示 当电荷量为Q 所做的功为W时 则电压为 公式中W 正电荷Q由高电位点移到低电位点时所做的功 J 焦耳 Q 正电荷量 C 电压的电位为伏特 V 还有千伏 kV 毫伏 mV 微伏 A 电压的正方向规定为由高电位点指向低电位点 即电位降的方向 四 电流和电阻 1 电流导体中的自由电子 在电场力的作用下作有规则的定向运动就形成了电流 单位时间内通过导体某一截面的电荷量称为电流强度 简称电流 用符合I表示 计算式为 式中Q 通过导线某一截面的电荷量 C t 通过电荷量Q所用的时间 s 秒 电流的单位是安培 A 1A 1C 1s 还有毫安 mA 或微安 A 电流的方向规定为正电荷运动的方向 举例说明 闭合回路是形成电流的必要条件 四 电压 电位 电动势 3 电动势电源将电位正电荷由负极移到正极所做的功叫做电动势 用E表示 式中W 正电荷Q由负极移到正极时所做的功 J 焦耳 Q 正电荷量 C E 电动势 V 电动势的方向由负极指向正极 即电位升的方向 五 欧姆定律 欧姆定律是反映电压 电流 电阻三者之间关系的基本定律 在电阻一定的电路中 通过电阻的电流与施加于电阻上的电压成正比 也可以说成电路中的电流与电压成正比 而与电阻成反比 其数学表达式为 式中I 电流 A U 电压 V R 电阻 五 串 并 混联电路 将几个电阻的首尾依次连接起来 中间没有分支 各电阻流过同一电流 这些电阻的连接叫做串联 1 流过各电阻的电流相同 2 电路总电压等于各电阻上的电压降之和 即U U1 U2 3 电路总电阻 等效电阻 等于各电阻阻值之和 即R R1 R2 4 各电阻上的电压与该电阻的阻值成正比 5 电路中消耗的功率等于各电阻上消耗的功率之和 即P P1 P2 6 各电阻上消耗的功率与该电阻的阻值成正比 五 串 并 混联电路 将几个电阻的头和尾分别接在一起 使之在电路中承受同一电压 这些电阻的连接叫做并联 并联电路的特点 1 电路中各电阻上所承受的电压相同 2 电路中的总电流等于各电阻中电流之和 即I I1 I2 3 电路中的总电阻 等效电阻 的倒数等于各电阻的倒数之和 即 六 电功率和电能 1 电功率单位时间内产生或消耗的电能 叫做电功率 简称功率 它表明了电能与非电能相互转换速率的大小 负荷接受的电功率等于负荷两端的电压与通过负荷的电流的乘积 常用P表示 P UI式中P 电功率 W 瓦特 U 负荷端电压 V I 负荷电流 A 同理 电源产生的电功率等于电动势与电流的乘积 3 电的热效应电流通过电阻时要发热 其发热量同电流的平方 回路中的电阻及通过电流的时间成正比电流通过电阻时要发热 其发热量同电流的平方 回路中的电阻及通过电流的时间成正比 即 Q I2Rt J 0 24I2Rt cal 上式表明了电能转换为热能的关系 称为焦耳 楞次定律 2 电能电流在一段时间内所做的功叫做电能 电能的大小不仅与电功率的大小有关 还与作功的时间长短有关 其表达式为 W Pt式中P 电功率 t 时间 h W 电能 Wh 瓦 时 或kWh 千瓦 时 七 电磁感应 1 磁场在磁体周围空间存在一种特殊物质 它对载流导体或运动的电荷都有力的作用 这一特殊物质叫 且还有强弱 一般用磁力线来描述 磁力线的方向由N极指向S极 磁力线上某点的切线方向就是该点的磁场方向 2 磁通和磁通密度垂直通过某一截面的磁力线叫做磁通量 简称磁通 用 表示 其单位是Wb 韦伯 磁通量可以反映磁场的强弱 但不能表示磁场的方向 垂直穿过单位截面的磁通量叫做磁通密度 也叫磁感应强度 用B表示 其单位是T 特斯拉 磁通 与磁感应强度B的关系为 式中 穿过截面S的磁通 Wb S 与磁场垂直的面积 m2 B 磁通密度 T 七 电磁感应 通电的导体周围有磁场 这个磁场也可用磁力线来描述 当电流方向改变时 磁场的方向也改变 1 通电直导线 2 通电螺旋管 七 电磁感应 电场力和电磁感应 平伸左手 四指并拢并与大拇指垂直 使磁力线垂直通过掌心 四指指向导体中电流的方向 则大拇指所指的方向就是通电导线所受电磁力的方向电动机就是根据这一原理制成的 故又称为 电动机左手定则 电动机左手定则 平伸右手 四指并拢并与大拇指垂直 使磁力线垂直穿过掌心 大拇指指向导线运动的方向 则四指的指向就是感应电动势的方向 发电机就是依据这一原理制成的 故这个判断方法又称为 发电机右手定则 发电机右手定则 七 电磁感应 感应电动势的大小同磁场强弱 导体运动的速度 导体在磁场中的长度有关 当导体沿着与磁力线垂直方向运动时 所产生的感应电动势为 式中e 导体中的感应电动势 V L 导体在磁场中的有效长度 m V 导体的运动速度 m s B 磁通密度 T 当与线圈回路交链的磁通发生变化时 线圈回路会产生感应电动势及感应电流 线圈中感应电动势的方向有这样的规律 由它所产生的感应电流总是反抗原有磁通的变化 也就是说 当磁通增加时 感应电流产生的磁通与原磁通方向相反 当磁通减少时 感应电流产生的磁通与原磁通方向相同 这就是判断感应电动势方向的楞次定律 应电动势的大小与线圈中磁通的变化率成正比 即 式中e 感应电动势 V N 线圈匝数 磁通变化量 Wb t 磁通变化 所需时间 s 八 正弦交流电产生 正弦量随时间按正弦规律变化 对应各个时刻的数值称为瞬时值 瞬时值是用正弦解析式表示的 即 瞬时值是变量 注意要用小写英文字母表示 瞬时值对应的表达式应是三角函数解析式 1 瞬时值 2 最大值 正弦量振荡的最高点称为最大值 用Um 或Im 表示 八 正弦交流电三要素 正弦量变化一个循环所需要的时间称周期 用T表示 T 0 5s 正弦量一秒钟内经历的循环数称为频率 用f表示 正弦量一秒钟内经历的弧度数称为角频率 用 表示 三者是从不同的角度反映的同一个问题 正弦量随时间变化的快慢程度 1秒钟 f 2Hz 单位是赫兹 单位是秒 4 rad s 单位是每秒弧度 八 正弦交流电三要素 显然 相位反映了正弦量随时间变化的整个进程 初相确定了正弦量计时始的位置 初相规定不得超过 180 相位 初相 相位是随时间变化的电角度 是时间t的函数 初相是对应t 0时的确切电角度 正弦量与纵轴相交处若在正半周 初相为正 正弦量与纵轴相交处若在负半周 初相为负 八 正弦交流电三要素 电流超前电压 电压与电流同相 电流超前电压 电压与电流反相 八 正弦交流电三要素 九 正弦交流电表示 三角函数法 曲线法 旋转矢量法 解析法 波形图 相量法 用复数的方法表示正弦量 九 正弦交流电表示 十 电路简单计算 1 电阻 2 电感 3 电容 4 等效电路 5 有功功率 6 无功功率 7 视在功率 8 功率因数 9 效率 电阻串联 并联计算交流电通过电阻电流电压相量关系 电感大小交流电通过电阻电流电压相量关系 电容量计算 线路中同时存在电阻电容电感元件是的计算等值换算谐振 有功的含义公式计算 无功的含义公式计算跟无用功的区别 视在功率容量 含义公式存在的意义如何提高 与功率因数的区别如何提高 十 电路简单计算 2 电感 1 电阻 电阻串联 并联计算交流电通过电阻电流电压相量关系 在电感交流电路中 电压和电流的有效值或最大值之比叫做电感电抗 简称感抗 用XL表示 任何两块靠近的金属导体 又称极板 中间用不导电的绝缘介质隔开 就形成了电容器 3 电容 Q 极板上的带电量 C U 两个极板