化工过程与电工技术基础知识

化工过程与电工技术基础知识一、电路基础知识（一）电流和电路1、电荷与电流失去电子或得到电子的微粒称为正电荷或负电荷。带有电荷的物体称为带电体。电荷的多少用电量表示。其单位为C（库或库仑）。库是很大的单位，常用的电量是μC（微库或微库仑），1C=10⁶μC。电流是带电微粒的定向移动。通常以正电荷移动的方向作为电流的正方向。大小和方向不随时间变化的电流称为直流电流；大小和方向随时间作周期性变化的电流称为交流电流。电流的符号是I，电流的单位是A（安）、mA（毫安），1A=1000mA。2、电流单位时间内通过导体横截面的电荷量叫做电流，用符号I表示。如果在t秒钟内通过导体横截面的电量是Q，则：I=Q\t。电流的单位是安培（A），计算微小电流时以毫安（mA）或微安（μA）为单位，它们的关系是：1A=10³mA1mA=10³μA电流很大时，以千安（kA）为单位，1kA=10³A。3、电路在电的实际应用中，从最简单的手电简的工作到复杂的电子计算机的运算，都是由电路来完成的。（1）电路的组成及电路元件的作用电路就是电流所流经的路径，它由电路元件组成。当合上电动机的刀闸开关时，电动机立即就转动起来，这是因为电动机通过导线经开关与电源接成了电流的通路，并将电能转换成为机械能。电动机、电源等叫做电路元件，电路元件大体可分为四类。（二）电场、电场强度1、电场电场存在于带电体周围，能对位于该电场中的电荷产生作用力：电场力。电场力的大小与电场的强弱有关，这又与带电体所带的电荷量多少有关。2、电场强度电场强度是衡量电场强弱的一个物理量，既有大小又有方向。电场中任意一点的电场强度，在数值上等于放在该点的单位正电荷所受电场力的大小，其方向是正电荷受力的方向。（三）电位、电压、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（电位为零）所做的功叫该点的电位。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这两点间的电压。电压也是指电场中某两点之间的电位差。3、电动势要使电流持续不断沿电路流动，就需要一个电源，把正电荷从低电位移向高电位，这种使电路两端产生并维持一定电位差的能力，叫做电动势，单位是伏特（V）。（四）导体、绝缘体与导体电阻1、导体能够传导电流的物体为导体。常用的导体是金属，如银、铜、铝等。金属中存在着大量的自由电子。当导体与电源接成闭合回路时，这些自由电子就会在电场力的作用下朝一定方向运动形成电流。2、绝缘体能够可靠地隔绝电流的物体叫做绝缘体。如橡胶、塑料、陶瓷、变压器油、空气等都是很好的绝缘体。导体和绝缘体并没有绝对的界限，在一般状态下是很好的绝缘体，当条件改变时也可能变为导体。例如干燥的木头是很好的绝缘体，但把木头弄湿后，它就变得容易导电了。3、电阻在导体两端加上电压，导体中就会产生电流。从物体的微观结构来说，电子的运动必然要和导体中的分子或原子发生碰撞，使电子在导体中的运动受到一定阻力，导体对于电流的阻碍作用，称为电阻。不同材料的导体，对电流的阻碍作用也是不尽相同的。有的导体电阻很小，则表示它的导电能力好；有的导体电阻很大，则表示它的导电能力差。电阻用R表示，单位是欧姆，其符号为“Ω”。常用的单位还有千欧（kΩ）和兆欧（MΩ）。在实验中发现各种材料的电阻率会随温度而变化。一般金属的电阻率随温度的于高而增大，人们常利用金属的这种性质制作电阻温度计。但有些合金，例如康铜和锰铜的电阻率随温度变化特别小，用这些合金制作的导体，其电阻受温度影响也特别小，所以常用来作标准电阻。（五）欧姆定律在电路中，电压可理解为产生电流的能力。欧姆定律是表示电路中电压、电流和电阻这3个基本物理量之间关系的定律。该定律指出，在图2-46所示的局部电路中，流过电阻R的电流I与加在电阻两端的电压U成正比，而与电阻成反比。全电路欧姆定律表明，在闭合电路中，电流与电源电动势成正比，与电路中电源内阻和负载电阻之和成反比。（六）电功、电功率与热效应1、电功将电能转换成其他形式的能时，电流都要做功，电流所做的功叫电功。根据公式I=Q\t及U=A\Q合和欧姆定律可得电功A的数学式。2、电功率单位时间内电流所做的功叫电功率，用字母P表示。3、电流的热效应电流通过导体时所产生的热量和电流值的平方、导体本身的电阻值以及电流通过的时间成正比。用公式表达就是Q=I²Rt。这个关系式又叫楞次—焦耳定律，热量Q的单位是J。为了避免设备过度发热，根据绝缘材料的允许温度，对于各种导线规定了不同截面下的最大允许电流值，又称安全电流。（七）串联与并联电路1、串联电路在电路中，两个或两个以上的电阻按顺序联成一串，使电流只有一条通路，这种联接方式叫电阻的串联，如图2-48（a）所示。2、并联电路在电路中两个或两个以上的电阻一端连在一起，另一端也连在一起，使每一电阻两端都承受同一电压的作用，这种联接方式叫并联，如图2-49（a）所示。二、交流电和三相交流电路（一）交流电所谓交流电是指大小和方向都随时间作周期性变化的电动势（电压或电流）。也就是说交流电是交变电动势、交变电压和交变电流的总称。交流电又可分为正弦交流电和非正弦交流电两类。正弦交流电的电流（或电压、电动势）随时间按正弦规律变化，如图2-50所示。非正弦交流电的电流（或电压、电动势）随着时间不按正弦规律变化。交流电的用途极为广泛，在现代工农业生产中几乎所有电能都是以交流形式产生出来的。即使电机车运输、电镀、电讯等行业所需要的直流电也可经过整流获得。这不仅因为交流电机比直流电机简单、成本低、工作可靠，更主要的是可用变压器来改变交流电的大小，便于远距离输电和向用户提供各种不同等级的电压。本节只讨论正弦交流电。（二）正弦交流电的几个基本物理量在讨论交流电路以前，应了解正弦交流电的几个基本物理量。正弦交流电的变化规律可用数学公式表示。上述数学表达式还可用正弦曲线（如图2-51所示）来表示为正弦交流电动势的波形图。1、瞬时值和最大值由于正弦交流电的电流（或电压、电动势）是随时间按正弦规律不断变化的，所以每一时刻的值都是不同的，把每一时刻的值叫做交流电的瞬时值。正弦电流、电压及电动势的瞬时值分别用i、u和e表示。瞬时值中的最大值，叫做交流电的最大值（或峰值、振幅），用Im、Um及E表示。2、频率、角频率和周期频率是指在1秒钟内交流电变化的次数，用f表示。其单位为赫兹（简称赫），用Hz表示。常用的单位还有千赫（kHz）、兆赫（MHz）。正弦交流电表达式中的w表示正弦交流电变化的快慢，称为角频率。因正弦交流电完成一次循环而相应的角度变化为2π弧度，如每秒完成f次循环，则相应的角度变化为2π弧度。即ω=2π。周期是指交流电变化一次所需要的时间，用T表示。单位是秒，用s表示。周期与频率是互为倒数的，即f=1\F。目前，我国的供电系统采用的交流电的频率为50Hz，周期为0.02s。3、相位和相位差在正弦交流电的数学表达式中，（wt+φ）称为相位或相位角。因为它随时间而变化，所以在变化过程中能反映出正弦量的瞬时值的大小。t=0时的相位角称为初相位角或初相位，它确定正弦量的初始值。当φ=0时表达式i=Imsin（wt+φ）可变为i=Isinwt，称它为正弦参考量。相位差是指两个相同频率的正弦交流电的相位或初相位之差。它表示两个正弦量各自达到其最大值（或零值）时的时间差。若两个同频率的正弦交流电压u₁和u₂二者同时到达零值或最大值，则二者为同相位，相位差为零。（三）三相交流电路三相交流电，即电路中的电源同时有三个交变电动势，这三个电动势的最大值相等、频率相同、相位互差120°，也称为对称三相电动势。三相电源的三个绕组及三相负载，其常用的连接方式有两种：星形（Y）连接和三角形（△）连接。（四）三相功率电能使灯泡发光、电炉发热、电动机带动机器，这些都是电能做功的表现。