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2020 2 19 1 第一章电工基础知识 2020 2 19 2 一 交直流电路基本知识1 电路的概念 电流能通过的路径称为电路 2 电路的形式 a进行能量的转换 传输和处理 b进行信息处理3 电路的三种状态 通路 断路和短路4 按电路中流过的电流的种类 电路可分为直流电路和交流电路 2020 2 19 3 二 电路的基本概念 1 电容 电阻和电感 1 电阻反映导体对电流起阻碍作用的物理量 符号 R单位 欧姆 或千欧 K 公式 R L S导体的电阻除与上述物理量相关外还与温度有关 2 电容用绝缘物隔开的两个导体的组合就构成一个电容 它具有存储电荷的性能 电容器存储电荷的能力用电容来表示 2020 2 19 4 公式1 C Q U 公式2 C s d单位 法拉 F 1 F 10 6F1pF 10 12F 3 电感导体中电流的变化 会在导体周围产生磁场 磁场的大小与流过导体的电流 导体的形状及周围的介质有关 我们把导体周围产生的磁场与导体中流过的电流之比叫电感 单位 H 亨利 2020 2 19 5 单位换算 1mH 10 3H1 H 10 6H 2 电流金属到体内会有大量的自由电荷 自由电子 在电场力的作用下 自由电子会作有规则的运动 这就是电流 用电流强度来衡量 表示字母A 公式 I Q t电流的方向规定为正电荷的移动方向 2020 2 19 6 为了研究问题方便 我们常以一个方向为参考方向 此方向可任意选定 比如 2020 2 19 7 3 电压 电位 电动势 1 电压电荷在电场力的作用下移动时 电场力对电荷作了功 我们把电场力所作的功与移动电荷的数值之比称作电压 用符号U表示 单位为伏 V 2 电位 用符号 表示 单位为伏 在电场中指定某一点为参考点 电场中任意一点与它之间的电压 成为此点的电位 2020 2 19 8 3 电动势 电动势与电压的定义相仿 但二者有本质的区别 电压是电场力做的功 电动势是非电场力做的功 在电场力的作用下 正电荷由电位高的地方向低的地方移动 而在电动势的作用下相反 电压的正方向是正极指向负极 高电位指向低电位 电压存在于电源外部 而电动势存在于电源内部 2020 2 19 9 二 电路的基本定律 1 欧姆定律 1 部分电路的欧姆定律U IR 2 全电路的欧姆定律 I R r 2020 2 19 10 2 基尔霍夫定律 基尔霍夫第一定律又称节点电流定律 内容 流入节点的电流之和恒等于流出节点的电流之和 I1 I3 I2 I4 I4 I3 I1 I2 2020 2 19 11 基尔霍夫第二定律 又称回路电压定律 其内容是 在任一闭合回路中 沿一定方向绕行一周 电动势的代数和恒等于电阻上电压降的代数和 即 E IR 注意 在列回路电压方程时 必须考虑电压的正负 确定步骤如下 1 假定各支路电流的方向 2 假定回路绕行方向 3 凡流过电阻的电流参考方向与绕行方向一致 则电阻上的压降为正 否则为负 4 凡电动势方向与绕行方向一致该电动势取正 反之取负 2020 2 19 12 例题 列出下图的回路方程为 E1 E2 I1R1 I2R2 I3R3 I4R4 也可列回路方程如下 E2 E1 I1R1 I2R2 I3R3 I4R4 0 2020 2 19 13 3 电路的连接关系及计算 电阻的串 并联电阻的混联电表的改装 2020 2 19 14 电路中各点的电位分析计算 电路中电位的计算实际上是电位差的计算 4 交流电1 基本概念 大小及方向均随时间变化的电流 电压 称作交流电 交流电压 电流大多是按一定规律变化的 这种交流电我们叫它周期性交流电 应用最广的是正弦交流电 2020 2 19 15 2 正弦交流电的三要素 代表交流电瞬间大小与方向的数值叫瞬时值 表达式是 u Umsin wt i Imsin wt 2020 2 19 16 表达式u Umsin wt 的描述 上式中 u表示电压的瞬时值 Um表示电压的最大值 w表示角频率 表示初相位 Um Im w三个量表示正弦交流电的三要素 我们把1秒钟内交流电重复变化的次数称为频率 用字母f表示 单位赫兹 Hz T 1 fw 2 T 2 f 2020 2 19 17 对于直流电f 0 wt 称为相位 T 0时的相位叫初相位 3 正弦交流电的几个参数的计算有效值 平均值 最大值有效值的定义 a 有效值与最大值的关系 I Im 1 414U Um 1 414b 平均值不常用 其定义为 半个周期内交流电的平均值 经计算有 Ip 2Im Up 2Um 2020 2 19 18 4 三相交流电的概述 三个频率相同 最大值相同 相位上依次差120 的交流电 我们称之为三相交流电 三相发电机可产生三相交流电 2020 2 19 19 三 半导体管电路常识 1 半导体二极管 三极管型号 主要参数及特点1 型号含义2 半导体二极管的主要参数及特点A最大正向电流B反向击穿电压C最高反向击穿电压D反向电流E正向压降 2020 2 19 20 二极管的图形符号 半导体三极管的主要参数及特点图形符号 2020 2 19 21 三极管的直流参数 共发射极放大倍数 集电极 基极反向截止电流 集电极 发射极反向截止电流 三极管的交流参数共发射极交流放大倍数 共基极交流放大倍数 2020 2 19 22 半导体三极管的主要特点 三极管有三种工作状态 即放大状态 截止状态 饱和状态 三极管的两大应用场合 放大电路和开关电路 使三极管处于放大状态的原则是 发射结 e b 之间加正向电压 集电结 c b 之间加反向电压 2020 2 19 23 半导体管的整流电路 将交流电变为直流电的过程称为整流 实现整流过程的电路叫整流电路 整流电路的形式有 单相半波 单相桥式 三相半波和三相桥式 1 单相半波整流电路Ud 0 45U 2020 2 19 24 2 单相桥式Ud 0 9U 2020 2 19 25 3 三相桥式 波形图略 2020 2 19 26 习题 1 一个220伏 800瓦的电炉 接入220伏的电源使用一小时 问 1 通过电炉丝的电流是多少 2 电炉丝的电阻值是多少 3 电炉丝释放的热量是多少 4 电炉消耗了多少电能 2020 2 19 27 2 有电路如下 已知I 1 2A 电源内阻为2欧 求电源电动势 2020 2 19 28 3 如下图 已知R1 4欧 R2 8欧 电压U不变 当K断开时 安培表的读数为2安 当K闭合时 安培表的读数为3安 问R3的阻值是多少 2020 2 19 29 4 如下图 C1 40微法 C2 C3 20微法 它们的耐压值均为300伏 求等效电容及最大安全电压 2020 2 19 30 5 如下图 已知U 10伏 计算电容器两端的电压是多少 极板上的电荷量是多少 2020 2 19 31 6 在电压是u 311sin 314t 6 V的电源上 接有一只100欧的电阻 求电阻电流的瞬时值表达式 7 若上述的电阻换成一个4毫亨的电感 结果会怎样 提示 XL WL 纯电感电压超前电流90 2020 2 19 32 8 在电压是u 311sin 314t 4 V的电源上 接有一只电容器 其容量C 20微法 求 1 电容电流Ic 2 电容器的无功功率Qc 提示 Xc 1 wcIc U XcQc U U Xc 2020 2 19 33 9 一对称三相感性负载 接于线电压为220 或380 伏的三相电源上 线电流为5A 负载的功率因数为0 8 求有功功率 无功功率及视在功率 P 1 732U线I线COS sin Q 1 732U线I线Sin 2020 2 19 34 10 下面的电路中 如果交流电源电压的有效值不变 仅仅是其频率降低 三个灯泡的明暗变化将是怎样的 2020 2 19 35 11 仪表改装 某表头的量程Ig 100微安 内阻Rg 1000欧 如要改装成量程为3伏 30伏 300伏的多量程电压表 计算下图中三个电阻的阻值 2020 2 19 36 解答 R1 U1 Ig Rg 3 100 0 001 1 29千欧R2 U2 U1 Ig 30 3 100 0 001 270千欧R3 U3 U2 Ig 300 30 100 0 001 2700千欧 2 7兆欧 2020 2 19 37 12 练习 某一表头的量程Ig 100微安 内阻Rg 1000欧 如要改装成量程为1毫安 10毫安 100毫安的毫安表 计算三个阻值 2020 2 19 38 解答 R总 Ig Rg I3 Ig 111 11欧R1 Ig R总 Rg I1 1 11欧R2 Ig R总 Rg I2 R1 10欧R3 R总 R1 R2 100欧 I1 Ig Ig Rg R2 R3 R1 2020 2 19 39 13 一个R L C串联电路接在u 311sin 314t 4 的电源上 已知R 12欧 L 51毫亨 C 455微法 求 1 电路电流iXL WLXC 1 jWC W 314rad s 2 电压UR UL UC 3 电路的有功功率 无功功率及视在功率 2020 2 19 40 14 电机的励磁绕组与一量程为300伏的伏特计并联 流过线圈的电流为1安 伏特表的内阻为100欧 伏 如断开开关K 伏特表会怎样 开关断开瞬间 IL 0 1A 由换路定律 开关断开后的瞬间 电流IL 0 IL 0 1A 此电流流经伏特表形成回路 伏特表的端压为UV IL 0 RV 1 300 100 30000V 2020 2 19 41 15 基尔霍夫定律练习下图有几个节点 回路 支路 2020 2 19 42 列出KVL KCL方程 回路电流法 步骤 1 假设电流 回路方向2 列方程 1 R1 R3 I11 I22R3 E1 E3 2 R2 R3 I22 I11R3 E3 E2 I11 I22 2020 2 19 43 支路电流法 I1 I2 I3R1I1 R3I3 E3 E1 0 R2I2 R3I3 E3 E2 0 2020 2 19 44 16 练习要求列出方程并算出A B两点之间的电压值 2020 2 19 45 四 专题 三个三角形 2020 2 19 46 练习题 有一个R L串联电路 已知R 3欧 XL 4欧 电阻的端压为10伏 求 1 电路的总阻抗 2 功率因数 3 R L电路两端的电压值 4 视在功率S 2020 2 19 47 第二章电工专业知识 一 电工识图1 电气图的分类及制图的一般规则 1 系统图及框图 2 电路图 3 接线图和接线表2 常用的电器图形符号参阅GB47283 电路图接线图的表达方式 1 电路图的表达方式 2020 2 19 48 2 接线图的表达方式 几个例子 2020 2 19 49 2020 2 19 50 二 电工材料基本知识 常见的电工材料有导电材料 绝缘材料 磁性材料以及各种线 管等 1 常用的电工材料 1 导电材料主要有铜 铝 铁等 2 绝缘材料又称电介质 这类材料有极高的电阻率 在电压的作用下 几乎无电流通过 2020 2 19 51 常见的有3大类 1 气体绝缘材料 2 液体绝缘材料 3 固体绝缘材料绝缘材料的型号规格一般由4位数字组成 第1 2位表示材料的大小号 第3 4位表示材料的耐热等级 按最高允许工作温度分为7个等级 2020 2 19 52 3 磁性材料这类材料的特点是具有高的导磁系数 一般用于制造电气设备的铁心 常见的有硅钢 铁氧体 坡莫合金 铸铁等 磁性材料是磁的良导体 用于构成磁的通路 4 电碳材料是一种特殊的导电材料 用于制造电机的电刷 连接旋转的转子与外部电源 特点是具有良好的导电性和电接触性能 一般以石墨为主制成 2020 2 19 53 2 铜 铝导线的特点及使用 导线是传输电能 传递信息的电工线材 1 一般由线芯 绝缘层 保护层三部分组成 2 电工用的导线分成两大类 电磁线和电力线 电磁线用于制作各种线圈 如漆包线 丝包线等 3 电力线用于做各种电路连接 分为绝缘线和裸导线两大类 4 电缆 指在一个绝缘护套内按一定的形状有单根 多根互相绝缘的导线 2020 2 19 54 三 电工测量仪表的基本知识 按用途电工测量仪表可分为 电流表 电压表 钳形表 兆欧表 万用表 电能便哦等等 按工作原理分有 磁电系 电动系 电磁系和感应系等 按使用方式分有 安装式和便携式 常用安装式仪表的的型号规定如下 其中 1 仪表形状的第一位代号2 仪表形状的第二位代号3 系列号4 设计代号5 用途号 2020 2 19 55 四 变压器 异步电动机的基础知识 异步电动机和变压器是工业应用的主要电气设备 电动机装机总容量大约占工业用电量的40 左右 变压器更是电力输送必不可少的设备 其装机总容量数倍于工业用电总量 1 变压器的种类与用途 1 电力变压器供输配电系统中升压或降压用 2 特殊用途变压器如电弧炉变压器 电焊变压器及整流变压器 3 仪用互感器供测量和继电保护用 4 试验变压器 2020 2 19 56 5 控制变压器 用于自动控制系统中的小功率变压器 2 变压器的结构与工作原理 1 变压器的结构变压器一般由下列主要部分组成 铁芯 线圈 绕组 油箱及附件 铁芯和绕组构成变压器的主体 2 变压器的工作原理a 空载运行 指的是变压器接交流电源 次级开路的运行方式 2020 2 19 57 b 感应电动势E 4 44fN m v 其中 f指的是电源的频率N指的是绕组的匝数 m指的是主磁通 相对于漏磁通 由于初次级绕组频率一致 主磁通相同 故而初次级绕组产生的感应电动势分别为 E1 4 44fN1 m v E20 4 44fN2 m v 所以 如忽略初次级绕组的损耗 E1 U1E20 U02 2020 2 19 58 两式相比得 U1 U02 N1 N2 3 电流电压互感器的特点 由于电力系统是高电压 大电流 普通的电压表和电流表无法测量 人们利用变压器原理把大电压大电流变成为小电压和小电流 以利于测量 这种供测量用的变压器就是互感器 分为电压互感器和电流互感器 2020 2 19 59 1 电压互感器的特点 1 初级绕组线圈的匝数多 线径小 次级线圈的匝数少 相当于降压变压器 次级电压均为100伏 2 为减少测量误差其铁芯采用硅钢片叠装而成 工作时空载电流小 3 使用时次级绕组不许短路 否则在次级线圈中会产生很大的电流 烧坏仪表 4 互感器的铁芯与次级的一端应牢固接地 防止一 二次线圈绝缘损坏时 二次测出现高压 2020 2 19 60 2 电流互感器的特点 1 初级绕组线圈的匝数少 线径大 次级线圈的匝数多 次级额定电流一般为5安 2 为使测量准确 电流互感器的铁芯用硅钢片制成 3 使用时次级绕组不许开路 否则铁芯会过热 且次级会产生高压 4 互感器的铁芯与次级的一端应牢固接地 防止一 二次线圈绝缘损坏时 二次测出现高压 2020 2 19 61 4 异步电动机 电动机有交直流之分 异步电动机属于交流电机的一种 另一种交流电机是同步电机 1 异步电动机的分类及用途异步电机可分为感应式和换向器式两种 感应式异步电机的特点及用途 2 异步电动机的结构及工作原理1 结构上分为定子和转子两部分 定子包括机座 定子铁芯和定子绕组 2020 2 19 62 转子由转子铁芯和转子绕组组成 转子绕组又分为笼型式和绕线式两种 2 异步电动机的工作原理旋转磁场的建立 异步 的由来 转子速度与同步转速之差 n1 n 称为转差速度 转差速度与同步转速之比 n1 n n称为转差率 s n1 同步转速n 电机转速 2020 2 19 63 3 异步电动机的额定参数 1 型号 2 额定功率表示电机额定工作状态下运行时 轴上允许输出的机械功率 2020 2 19 64 4 接法指电动机定子绕组的连接方式 有星型和三角形两种 4 异步电动机的保护5 异步电动机的起制动控制 3 额定电压指定子绕组规定使用的线电压 额定电压等级有220伏 380伏 3000伏和6000伏