电工基础基本概念.docx
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电工基础基本概念
电工基础基本概念
一、电阻电路
1、电路：
简单地说，电路就是电流流通的路径。
2、电路图：
用电路符号表示实际电路器件连接关系的图形，称为电路原理图，简称电路图。
3、电路的组成：
1、电源2、负载3、导线4、控制器件
4、正弦交流电路：
在交流电路中，如果电压与电源平率相同，并且都按正弦规律变化，这样的电路叫正弦交流电路，简称正弦电路。
5、电路元件符号：
元件名称符号元件名称符号
电池电容
固定电阻理想导体（R=0）
交叉不相连的导线
可变电阻
交叉相连的导线
电感开关
6、回路：
电路中的任意一个闭合路径称为回路。
7、支路：
电路中每一分支电路称为支路。
8、节点：
电路中三条或三条以上的支路相联接的点称为节点。
9、电流节点定律：
由于电流的连续性，电路中任何一节点均不可能堆积电荷。
因此在任一瞬间，流向某一节点电流之和应等于由该节点流出的电流之和。
即：
∑I=0（∑-代数和符号）I1+I2=I；I1+I2—I=0
10、回路电压定律：
如果从回路中任意一节点出发，以顺时针方向或逆时针方向沿回路循环一周，则在这个方向上电动势的代数和等于各电压降的代数和。
即：
∑E=∑（IR）
11、网孔：
内部不含有支路的回路叫网孔。
12、五分支电路：
只有一个回路，没有节点和支路的电路称为无分支电路。
13、外电路：
电源以外的负载、导线、开关等叫外电路；电源内部叫内电路。
14、电流：
导体中的自由电子在电场力的作用下，做有规则的定向运动，称为电流。
电流的大小（电流强度）用I表示即：
I=Q/t（I—电流强度A安培；Q—电荷量C库仑；t—时间S秒）1库仑=6.25×
15、直流电流：
大小和方向都不随时间而变化的电流称为直流电流。
16、交流电流：
大小和方向都随时间而变化的电流称为交流电流。
17、电压：
电源的正、负极之间的电场力将单位正电荷从电源的正极移到电源的负极所做的功称为电压，也称两点间的电位差或电压降。
18、电动势：
将单位正电荷从电源负极移到正极时所做的功，称电动势。
即：
E=A/Q（E—电势V；A—电源力所做的功J;Q—正电荷的电荷量C）
19、电阻：
在电场力的作用下，电流在导体中流动时，所受到的阻力，称为电阻。
用R或r表示1MΩ=1000000Ω1kΩ=1000Ω1Ω=1000mΩ=1000000µΩ
20、电阻的大小：
同一种材料对电流的阻力，主要决定于导体的长度和横截面积。
如横截面积相同时，则导体越长，电阻越大；如长度相同时，则截面积越大，电阻越小。
所以电阻与导线长度成正比，而与导线截面积成反比。
即：
R=ρL/S式中R—电阻Ω；L—导体长度m；S—截面积mm²；ρ—电阻率Ω.mm²/m
常用导电材料的电阻率和电阻温度系数
材料名称
电阻率ρ（20℃）
Ω.mm²/m
电阻温度系数α
[0—100℃]1/℃
材料名称
电阻率ρ（20℃）
Ω.mm²/m
电阻温度系数α
[0—100℃]1/℃
银
铜
铝
钨
铁
锡
钢
0.016
0.0175
0.026
0.049
0.1
0.114
0.13
0.004
0.004
0.004
0.004
0.0057
0.00438
0.006
铅
锰铜
康铜
铸铁
镍铬铁
铝铬铁
0.222
0.42
0.44
0.50
1.0
1.2
0.00387
0.000005
0.000005
0.001
0.00013
0.00008
21、外电路欧姆定律：
在一段电路中，流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，而与这段电路的电阻成反比。
即：
I=U/R或U=IRR=U/I
22、全欧姆定律：
在一个闭合电路中，电流与电源的电势E成反比，与电路中电源的内阻r和外电阻R之和成反比。
即：
I=E/（R+r）
23、电阻的串联：
把两个或多个电阻一个接一个地顺序相联，中间没有分岔，每个电阻中通过同一个电流的联接方法，叫做串联。
串联电阻电路的特点：
①流经各串联电阻的电流相同；②端电压等于各串联电阻的电压之和；③电路中的总电阻等于各分电阻之和；④各电阻上电压降与各电阻成正比。
24、电阻的并联：
将两个或多各电阻的一端相互联接在一个点上，另一端也相互联接在另一结点上，使每个电阻都承受同一电压作用。
并联电阻电路的特点：
①各并联电阻两端电压相等；②总电流等于并联各电阻之和；③等效电导等于并联各电阻的电阻之和。
25、电阻的混联：
既有电阻的串联，又有电阻的并联的电路称为混联电路。
26、电功：
电流所做的功叫做电功。
电功与电压、电流成正比。
即：
A=Ftp=I²Tue=U²/Rt（A电功J；U电压；I电流；t通电时间s）1焦耳=1伏安秒=1瓦秒；1千瓦小时（kWh）=1度电=3.6×1000000焦耳
27、电功率：
单位时间内电流所做的功叫做电功率，简称功率。
即：
P=W/t（P电功率W；W电功J；t时间秒）或P=UI
28、负荷：
在电力系统中，负载消耗的功率，常称为负荷，负荷大是指负载消耗的电功率大。
29、电量：
负载所消耗的电能（即电流对负载所做的功）又常称为电量，电量大意味负载消耗的电能多。
30、额定值：
电气设备，为了安全、可靠、经济运行，对它的工作电压、电流、功率（或容量）都有一个规定的正常使用的数值，这个数值称为电气设备的额定值。
31、电阻伏安特性曲线：
①当温度不变时，随着直流电压大小的改变，通过电阻的电流大小与它的电压大小常正比（U=IR）；②改用正弦电源向电阻供电，在温度不变时，改变正弦电压的大小，电阻两端的电压大小与通过它的电流大小也成正比地变化（u=iR）。
32、线性电阻元件：
如果电阻元件的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，这种电阻元件称为线性电阻元件，线性电阻元件的电阻值不随它的电压和电流的变化而变化，线性电阻元件的电压和电流成正比。
33、线性电路：
线性电阻元件是线性元件，全部由线性元件构成的电路叫线性电路。
34、非线性电路：
电路中含有非线性元件（如二极管），这样的电路叫非线性电路。
35、同相：
初相相等的两个正弦量，它们的相位差为零，这样的两个正弦量叫做同相。
电阻的电压和电流同相。
36、等效电源定理：
任何一个由电源和电阻所组成的有两个引出端的复杂电路（称有源二端网络），就它的外部电路来说，总可以由一个等效电动势E和等效内阻R0相串联的简单电路来代替，其中E为两端断开时的开路电压，R0为将原来电路中所有电动势短接时，两引出端间的等效电阻。
（戴维南定理）
37、电路的三种状态比较：
主要特点
电路状态
电流I
端电压U
功率关系
有效工作状态
I=E/（R0+R）
U=E-IR0
P=P-ΔP或UI=EI-I²R0
开路
I=0
U=U0=E
P=OPE=0ΔP=0
短路
I=IS=E/R0
U=0
P=0PE=ΔP
注：
PE=EI，电源产生的功率；ΔP=I²R0，电源内阻损耗功率；P=UI，负载消耗功率
电阻串、并联电路的计算：
（以两电阻串、并联为例）
特征
电阻联接
电流关系
电压关系
等效电阻
主要公式
串联
I相等
U=U1+U2
R=R1+R2
分压公式
U1=R1/（R1+R2）U
U2=R2/（R1+R2）U
并联
I=I1+I2
U相等
1/R=（1/R1）+（1/R2）
或R=R1*R2/R1+R2
分流公式
I1=R2/（R1+R2）I
I2=R1/（R1+R2）I
节点电流和回路电压定律：
（两定律应用于任一瞬间，任何变化的电流和各种不同元件构成的电路。
）
名称
节点电流定律
回路电压定律
内容
流入任一节点电流的代数和等于0
沿任一闭合回路电压降的代数和等于0
表达式
∑I=0或∑I入=∑I出
∑U=0或∑E=∑U
列方程式的步骤
1、选定电流的正方向
2、选定节点
3、流入节点电流为正、流出为负
1、选定回路
2、选定回路绕行方向
3、电压、电动势正方向与绕行方向相同为正，反之为负
推广
任意假定的封闭面
任意开口电路
二、电与磁的基本知识
1、磁体：
物质能吸引铁、钴、镍的性质称为磁性；具有磁性的物质称为磁体。
2、磁极：
磁体上磁性最强的两端叫磁极；指南的磁极叫南极（S），指北的磁极叫北极（N）。
3、磁力：
磁极间的相互作用叫磁力（同性磁极相斥，异磁极性相吸）。
4、磁力线：
形象化地反映磁场分布情况的线条。
主要特征：
①磁力线的方向在磁铁外部是从北极N到南极S，而在磁铁内部则是由南极到北极；②磁力线是不会相互交叉的封闭曲线；③磁力线线条密处表示该处磁场强；相反线条疏处表示磁场弱。
5、磁导系数：
表示物质导磁性能的物理量叫导磁系数，又叫磁导率（用µ表示）。
相对磁导系数定义:
µr=µ/µ0µ-某物质的磁导系数H/m（亨/米），µ0-真空磁导系数，µr物质的相对磁导系数。
6、磁化：
铁磁物质在外磁场的作用下，对外显示很强的磁性的过程叫磁化。
7、磁通：
通过与磁场方向垂直的某截面的磁力线总数称为该截面的磁通（Ф）。
截面积一定，磁通越大，磁力线越密，磁场也越强。
1韦伯=1000000马克斯韦即1Wb=1000000MX
8、磁通密度：
通过磁场方向垂直的单位面积的磁力线数称为磁通密度，又叫磁感应强度（B）。
即：
B=Ф/SФ磁通Wb；S垂直磁场截面积m²；B磁通密度单位T（特斯拉，简称特）1T=1Wb/m²1韦伯/米²=10000高斯或1Wb/m²=10000GS
9、磁动势：
磁场可由线圈中通过电流产生，线圈的匝数N愈多，通过的电流I越大，则产生的磁场就越强，穿过线圈截面的磁通也越密，显然通电线圈激起磁场的强弱与线圈电流和线圈匝数的乘积（IN）成正比，这个乘积就称为磁动势（或磁势）。
用F表示，单位为安匝。
10、电流的磁效应：
通电导线的周围能产生磁场，磁场的强度和方向决定于电流的大小和方向，称为电流的磁效应。
（可用右手螺旋定则判断）
11、电磁力：
通电导体周围存在磁场，把它放进另一个磁场中去时，通电导体受到力的作用，这个力称电磁力。
12、平行通电导线间的相互作用：
当两根平行导线中通过的电流方向相同时，则两根平行导线会相互吸引；当两根平行导线中通过的电流方向相反时，两根导线相互推斥。
13、磁路：
磁力线通过的路径称为磁路。
14、电磁感应：
变化的磁场在导体中产生电动势的现象叫电磁感应。
在电磁感应中所产生的电动势和电流，分别叫感应电动势（e）和感应电流。
特点：
①穿过闭合回路的磁通发生变化时，回路中就会产生感应电动势和感应电流；②磁通变化速度越快，产生的感应电动势就越大，闭合回路中的感应电流越大；③当磁通增加或者减少而产生的感应电动势或感应电流的方向相反。
感应电动势的大小：
e=Bιυ式中B—均匀磁场的磁通密度T；ι—直导体的有效长度m；υ导体与磁场的相对速度m/s；e—感应电动势v。
线圈的感应电动势：
e=N*△Ф/△t式中△Ф—磁通变化量wb；△t—时间变化量S；N—匝数；e—感应电动势v。
15、自感现象：
感应电动势是由于线圈本身所通过电流的变化而产生的，故称做自感应电动势，这种现象称为自感现象。
自感电动势的大小：
E=-L*△I/△t式中△I/△t—电流的变化率单位A/S；L—自感系数单位亨利H表示
自感系数：
L=NФ/I式中NФ=Ψ—磁链单位WbI—电流强度
16、互感现象：
由于变化的电流所产生的变化磁场也可以穿过附近线圈，在附近线圈中产生的感应电动势称为互感电动势，这种现象称为互感应现象或互感。
17、涡流：
由于铁芯是导电材料，所以在感应电动势的作用下，线圈铁芯中会产生感应电流，这个感应电流围绕着磁力线是自成闭合回路的漩涡状环流，铁芯产生的这种感应电流称为涡流。
18、电感器：
在电流产生磁场的效果方面，线圈比直导线效果好，线圈通常称作电感器。
19、电感元件简称电感，其电阻为零。
电感元件自感系数：
Ψ=Li式中i—线圈的电流；Ψ—线圈的磁链Wb；L—自感系数H
20、磁链：
线圈每匝回路的磁通之和为磁链，用Ψ表示。
21、电感元件的磁场能量：
WL=1/2*LiL²式中L—线圈的电感H；iL—线圈的电流；
WL—线圈的磁场能量J
22、直流电路中的电感元件：
由于电感元件的电阻是零，所以在直流电路中，电感元件相当于短路。
23、正弦电路中的电感元件：
①感抗与频率（或角频率）成正比。
XL=ωL=2πƒL式中ω、f—分别表示角频率1/S和频率HZ;L—电感元件的电感H；XL—感抗Ω。
②电感元件（线圈）两端电压大小与电流的变化率成正比。
uL=L（△iL/△t）
式中△i—电感的电流变化量A；△t—时间的变化量S；uL—电感的电压V。
③保持正弦电流的频率不变，则感抗不变；使正弦电压的大小加倍，必然是电感的电流大小也加倍。
④电感的电压对电流的相位差φ=90°—0°=90°，即电感的电压超前它的电流90°。
⑤在正弦电路中，电感元件的电压和电流是同频正弦量，电感的感抗为：
XL=ωL=2πfL=UL/IL=ULm/ILm式中UL或ULm—电压的有效值或最大值V；IL或ILm—电流的有效值或最大值A。
⑥电感电流变化一个周期，电感和电源进行两次能量交换。
电感是储能元件，正弦电路中用无功功率QL表示，即QL=ULIL=XLI²L=U²L/XL式中QL—电感的无功功率，简称感性无功（var）
⑦电感和电容元件的性质：
1、电感是储存磁场能量的元件，而电容是储存电场的能量元件；2、就同一正弦电流而言，电感电压超前电流90°，而电容电压滞后电流90°，因此电感电压和电容电压相反。
由于两者储存的能量不同，电感和电容的储能和释能过程完全相反，互相能够起到补充作用。
24、电容：
将两块金属板用绝缘材料隔开，这种电路器件叫电容器，简称电容。
绝缘材料叫绝缘介质，简称介质。
两块金属板叫电容的极板，极板上电极与外电路相连接。
25、充电：
电容两极板电荷增加的过程叫电容的充电。
26、电容的隔直作用：
电容能限制直流电流通过，对直流电流电容相当于开路，称为电容的隔直作用。
27、电容元件的电容量：
C=Q/U式中Q—电容器所带的电量C；U—电容器的电压V；C—电容器的电容量，简称电容F（法拉，简称法）。
常用单位还有µF（微法）和PF（皮法或微微法）1F=1000000µF1PF
28、线性电容：
若电容器两端的电压增加1倍，电容器上储存的电量也增加1倍，即电容器储存的电荷与它的电压成正比，Q=CU。
这样的电容叫线性电容。
29、电容的放电：
电容两极板的电荷逐渐减少的过程叫电容的放电。
在电容放电过程中，电容的电压减小，放电电流方向与电容电压方向相反。
电容储存的能量叫电场能量，即：
Wc=（1/2）Cuc²式中C—电容F；uc—电容的电压值V；Wc—电容电场能量J。
30、容抗：
在正弦电路中，电容对正弦电流的限制作用叫容抗，容抗用Xc表示。
31、正弦电路中的电容元件：
①容抗与频率（或交频率）成反比，即Xc=1/ωC=1/2πƒC式中ω、ƒ—分别为角频1/s、频率Hz；C—电容F；Xc—容抗Ω。
②电容电流的大小与电压的变化率成正比，即ic=C（△uc/△t）式中△uc—电容的电压变化量V；△t—时间变化量S；ic—电容电流A。
③保持正弦电压的频率不变，则容抗不变。
欲使正弦电流的大小加倍，必然要电容的电压大小也加倍，即I=U/Xc或Xc=U/I=Um/Im式中U、Um—电压有效值或最大值V；I或Im—电流有效值或最大值A。
④电容电压对电流的相位差φ=90°—0°=-90°，即电压滞后电流90°。
⑤在正弦电路中，电容元件的电压和电流是同频正弦量，电容的容抗为：
Xc=1/ωC=1/2πƒC=U/I=Um/Im
⑥电容电压变化一个周期，电容与电源进行两次能量交换。
电容与电源之间进行能量交换的规模，用无功功率Qc表示，即Qc=UcIc=XcIc²=Uc²/Xc式中Uc—电容电压的有效值V；Ic—电容电流的有效值A；Xc—容抗；Qc—电容的无功功率单位乏var。
1Mvar（兆乏）=1000kvar=1000000var
32、电容的漏电流：
电容在高压作用下，介质中总会出现微小的电流，称为电容的漏电流，从而造成能量损耗（叫介质损耗）。
33、对称三相电动势：
三个正弦电动势，它们的最大值（或有效值）相等，角频率相同，依次相差的相位差也相同，称为对称三相电动势。
34、相电压：
三相电动势使绕组两端具有的电压，叫三相电源的相电压，也就是火线与中性线间的电压。
35、线电压：
绕组任意两端之间的电压叫线电压，也就是两根火线之间的电压，叫线电压。
36、相序：
三相电动势达到零值或最大值的次序叫做相序；三相电动势的相序是A—B—C，称为正序，任意两相对调称为负序。
37、火线：
电源端的引出线叫端线，俗称火线；星形连接的三相四线制电路中，中性点的引出线叫中线；若中线接地，中线就叫地线。
38、相电流：
流经每相电源或每相负载的电流叫相电流。
39、线电流：
流经端线的电路叫线电流。
40、中线电流：
流经中线的电流叫中线电流。
41、中点电压：
星形电路中从负载中性点到电源中性点的电压叫中点电压，
用u0′0表示。
42、对称三相负载：
在三相电路中，如果三相负载的参数都相等（如三个绕组的电阻相等，电感也相等），这样的负载叫对称三相负载
43、对称三相电路：
由对称三相负载和对称三相电源组成的电路叫对称三相电路
44、反电动势：
通电导体在磁场中运动，导体切割磁力线要产生感应电动势，感应电动势的方向与外施电源产生的电流方向相反，这个感应电动势叫反电动势。
三、电动机及电路图简介
1、三相异步电动机：
电动机转子中的感应电流是由于转子导体与磁场有相对运动产生的。
如果转子的转速n2与旋转磁场的转速n1大小相等，那么，磁场与转子导体之间就没有相对运动，导体不能切割磁力线，转子线圈中也就不会产生感应电流。
没有电流，转子导体在磁场中就不会受到电磁力矩的作用而使转子转动。
所以，异步电动机的转速n2比n1小，n2与n1不同步，这就是异步的由来。
2、二次回路简介：
一次回路是指连接发电机、变压器、断路器、隔离开关直至用电设备的电气主接线，又称主回路；二次回路是指对一次回路及其设备进行测量、监视、操作和保护的电路。
二次回路中的测量仪表、监视装置、信号装置、控制装置、联锁装置、继电器的保护和自动装置统称二次设备。
3、二次回路接线图简介：
二次回路的接线图分为原理图、展开图和安装图。
原理图用于表示二次回路和二次设备的基本组成和连接关系。
展开图是将二次回路的接线进行展开和分类（例如分为控制回路、信号回路、测量回路等），并分别独立绘制成图。
安装图供施工安装使用，一般包括盘面、盘后和端子接线三部分。
4、如何阅图：
阅读图应先读主回路，根据控制要求弄清其中的元件设置；后读控制回路，按从左往右看，从上往下看的顺序，了解动作程序、控制方式、各动作环节间的相互关系。
四、单相交流电路
1、交流电：
直流电波形为一条直线，说明它的大小和方向都不随时间变化而变化，而交流电的波形为正弦规律变化，说明它的大小和方向都随时间变化而变化，而且是按正弦规律而变化，故称正弦交流电，简称交流电。
2、正弦交流电动势：
一个随着时间按正弦规律做周期性变化的电动势叫做正弦交流电动势。
3、正弦交流电的特点：
①变化的瞬时性：
它在任何一瞬间的数值，称为交流电的瞬时值，电压、电流、电动势常用u、i、e表示
②变化的规律性：
正弦交流电（电压、电流、电动势）都是按正弦函数规律变化的，用正弦波形来表示。
③变化的周期性：
当转子旋转一周360°时，产生一周期的正弦波形，转子连续旋转，则正弦波形作周而复始的周期性变化。
4、正弦交流电的三要素：
①最大值（幅值）：
在正弦交流电的瞬时值中最大的值，就叫做正弦交流电的最大值或幅值，电压、电流、电动势最大值分别用Um、Im、Em表示。
②周期、频率、角频率：
正弦交流电完成一正一负变化称一个循环所需要的时间叫周期，用T表示，单位秒S；频率是在每一秒钟内，正弦交流电变化的周期数，用f表示，单位是T/S或Hz，周期和频率互为倒数关系（T=1/f或f=1/T），正弦交流电的标准频率为50Hz，它的周期为T=1/f=1/50=0.02s；正弦交变量每秒钟变化的角度称电角频率，简称角频率，用ω表示，单位是rad/s或度/秒，频率为f的交变量，它的角频率为ω=2πf，ωt是正弦交变量经过t秒转过的角度。
频率为50Hz，周期为0.02s时的角频率为ω=2πf=2×3.14×50=314rad/s
③初相位：
电角度（ωt+φ）表示正弦交变量变化进程的一个量称相位角或相位，而t=0时的相位角φA或φB则称为初相角或初相位。
电压、电流、电动势数学表达式：
u=Umsin（ωt+φu）；i=Imsin（ωt+φi）；e=Emsin（ωt+φe），初相位为0的正弦交流电作为参考正弦量，如电压u=Umsinωt，电流i=Imsinωt，电动势e=Emsinωt。
正弦交流电的三要素两正弦电动势的波形图的初相位
5、相位差：
相位差就是两个同频率正弦交流电的相位之差。
如上图eA、eB的相位差为φ=（ωt+φA）-（ωt+φB）=φA-φB
相位差的大小与时间t和角频率ω无关，它仅仅决定于两个正弦量的初相位，也就是t=0时的相位。
如图eB、eA它们之间的相位差为90°，eB总是先到达最大值Em，eB超前eA90°或eA滞后eB90°。
6、有效值：
交流电的有效值就是从发热观点表示交流电大小的物理量：
若某交流电流i通过某一电阻R，经过一定的时间t所产生的热量等于某一直流电流I通过相同电阻，在同一时间t所产生的热量，则该直流电流I的数值就是该交流电流i的有效值。
简言之，交流电的有效值就是与它的热效应相等的直流值。
7、交流电的有效值与最大值的关系：
正弦交流电的最大值等于有效值
倍即1.414倍；或者反过来说，正弦交流电的有效值等于最大值1/
即0.707倍。
即I=Im/
=0.707Im或Im=
I=1.414I
U=Um/
=0.707Um或Um=
U=1.414U
E=Em/
=0.707Em或Em=
E=1.414E
8、三角函数：
直角形每两边的比是它的锐角的函数。
例如，对于角A定义：
a/c为∠A的正弦，记作sinA.b/c为∠A的余弦，记作cosA。
a/b为∠A的正切，记作tgA。
b/a为∠A的余切，记作ctgA。
c/b为∠A的正割，记作secA。
c/a为∠A的余割，记作cscA。
这六个函数总称为三角函数。
9、正弦交流电的表示
①瞬时值表达式：
用正弦函数来表示正弦交流电随时间作正弦规律变化的。
即sinφ=y/r或y=rsinφ
②正弦波形图：
③相量表示法：
设有一正弦交变电压u=Umsin（ωt+φ），它的波形如右图所示，左边为在直角坐标上，有一旋转的有向线段0A，0A的长度代表正弦量的最大值Um，它的起始位置即t=0时位置与横轴X正方向的夹角为正弦电压的初相位φ，0A以角频率ω作逆时针方向旋转。
因此，我们说0A有向线段具有正弦交变量的三要素即最大值、频率、初相位，所以0A可以用来表示正玄量，称正弦量的相量表示。
有向线段旋转一周，正弦电压的波形也完成一个周期的变化。
10、相量表示应注意以下几点：
①相量尽表示正弦量，而不是等于正弦量，
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