电工基础知识修正版.docx
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电工基础知识修正版
一.电工基础知识
1.电路
1.1电路和电路的组成
电路的定义：
就是电流通过的途径。
电路的组成：
电路由电源、负载、导线、开关组成。
内电路：
负载、导线、开关。
外电路：
电源内部的一段电路。
电源：
能将其它形式的能量转换成电能的设备。
负载：
将电能转换成其他形式能量的装置。
导线：
连接电源和负载的原件。
开关：
控制电路接通和断开的装置。
1.2电路的工作状态
通路：
电源与负载接成的回路。
断路：
电源与负载未接成闭合电路。
短路：
电源未经负载而直接由导线（导体）构成通路。
2.电流
2.1电流的形成
电流：
电荷的定向运动。
电流的形成：
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形成的。
电流具备的条件：
一是有电位差,二是电路一定要闭合。
2.2电流的方向
电流的方向：
以正电荷移动的方向为电流的方向；在金属导体中，电流方向与电子流方向相反。
2.3电流的大小
电流的大小：
电流的大小取决于在一定时间内通过截面的电荷量多少，通常规定用单位时间（1s）内通过导体截面的电流来表示电流的大小。
若在t秒内通过导体截面的电量是q，则电流
电流单位：
名称是安培，简称“安”，用字母“A”表示。
电量单位：
名称是库仑，建成“库”，用字母“C”表示。
1A电流在1s内输运的电量，即1C=1A·s
常用单位有：
千安（KA）、安（A）、毫安（mA）、微安（uA）
1KA=103A1A=103mA1mA=103uA
电流瞬间强度：
在△t时间内，若通过导体横截面的电量是△，则瞬间电流强度i为：
2.4电流密度
电流密度：
当电流在导体的横截面上均匀分布时，该电流与导体截面积的比值。
电流的密度J可以用
式中电流的单位为A、面积的单位mm²时，电流密度的单位为A/mm²。
2.5电流的分类
恒定电流：
简称直流（简写作DC），定义为大小和方向都不随时间变化的电流。
交变电流：
简称交流（简写作AC），定义为大小和方向都随时间变化的电流。
3.电压与电位
3.1电压
电场力：
电场对放入其中的电荷有力的作用，这种力就叫做电场力。
电场力所做的功是与电荷量成正比。
电压：
电场力把单位正电荷从电场中一点移动到另一点所做的功。
电压的方向：
习惯规定电场力移动正电荷做功的方向为电压的实际方向，电压的实际方向也就是电位降的方向，即高电位指向低电位的方向，所以电压又称为电压降。
电压的单位是“伏特”，用字母“U”表示.常用单位有：
千伏（KV）、
伏（V）、毫伏（mV）、微伏（uV）
1KV=103V1V=103mV1mV=103uV
3.2电位
电位概念：
如果在电路中任选一点为参考点，那么电路中某点的电位就是该点到参考点之间的电压。
电位定义：
电场力将单位正电荷从该点移动到参考点所做的功。
电位的符合用∮表示。
以o为参考点，则a点的电位为
3.3电压与电位的关系
电位差：
电路中任意两点间的电压就等于两点间的电位之差，所以电压又称电位差。
参考点的改变，各点的电位也随着改变，各点的电位与参考点的选择有关。
但不管参考点如何变化，两点间的电压是不改变的。
4.电动势
4.1电源力
电源力：
在电源内部，由于其他形式能量的作用，产生一种对电荷的作用力，叫做电源力。
4.2电动势
电动势的定义：
在电源内部，电源力将单位正电荷从电源负极b移到正极a所做的功。
用符号E表示，即：
电动势的单位：
单位时“伏”，字母“V”。
电动势的方向：
由电源负极指向正极。
4.3电动势与端电压的关系
端电压：
电源两端的电位差，称为电源的端电压，有时也称为电源电压。
①器件两端电压差；②器件某端相对地的电压。
在电源中，电动势的方向与电压的方向是相反的，在不接负载的情况下（开路），电源电动势与电源端电压在数值上是相等的。
区别：
电动势是描述电源力（非电场力）做功的物理量，而电压则是描述电场力做功的物理量。
电动势仅存在于电源内部，而电压不仅存在电源两端，而且也存在于电源外部。
5.电阻与电导
5.1电阻
电阻的定义：
反映导体对电流起阻碍作用大小的一个物理量。
（导体对电荷的定向运动的阻碍作用）
电阻的单位：
用字母“R”表示，单位名称是“欧姆”，简称“欧”，用符号Ω表示。
5.2电阻定律
导体的电阻跟导体的长度成正比，跟导体的横截面积成反比，并与导体的材料性质有关。
对于长度为l，截面积为S的导体，其电阻可用
表示。
电阻率：
上式中的ρ是与导体材料性质有关的物理量，成为电阻率或者电阻系数，通常是指在20℃时，长1m而横截面积为1mm²的某种材料的电阻值。
单位名称是欧·米，用符号Ω·m表示。
5.3电阻与温度的关系
导体的温度变化，它的电阻也随着改变，一般的导体材料，温度升高后，导体的电阻增加（碳和半导体等材料相反）。
温度系数：
温度升高1℃时，电阻所产生的变动值与原电阻的比值。
用字母a表示，单位时1/℃，公式为：
5.4电导
电导：
电阻的倒数。
用符号G表示，即
电导物理意义：
表示导电性能的好坏。
电导的单位：
名称是西门子，简称西，用符号S表示。
6.欧姆定律
欧姆定律：
是表示电压、电流、电阻三者关系的基本定律。
部分电路欧姆定律：
电路中通过电阻的电流，与电阻两端所加的电压
成正比，与电阻成反比，称为部分欧姆定律。
计算公式为
U=IR
全电路欧姆定律：
在闭合电路中（包括电源），电路中的电流强度与电源的电动势成正比，与电路中负载电阻及电源内阻之和成反比，称全电路欧姆定律。
计算公式为
其中R为外电阻，r为内电阻，E为电动势。
电源外特性：
电压随负载电流的变化关系，成为电源的外特性。
电源端电压随着电流的大小而变化，当电路接小电阻时，电流增大，端电压下降；当电阻接大电阻时，电流减小，端电压上升。
7.电阻的链接（串联、并联、混连）
7.1串联电路
电阻串：
联将电阻首尾依次相连,但电流只有一条通路的连接方法。
电路串联的特点：
电流与总电流相等，即I=I1=I2=I3……
总电压等于各电阻上电压之和，即U=U1+U2+U3……
总电阻等于负载电阻之和，即R=R1+R2+R3…
各电阻上电压降之比等于其电阻比，
即
……简化为
在计算中，常遇到两个或三个电阻串联，到给定总电压时，他们的分压公式分别是：
，
，
，
电源串联：
将前一个电源的负极和后一个电源的正极依次连接起来。
特点：
可以获得较大的电压与电源。
计算公式为：
E=E1+E2+E3+…+En
r0=r01+r02+r03+…+r0n
7.2并联电路
电阻的并联：
将电路中若干个电阻并列连接起来的接法，称为电阻并联。
并联电路的特点：
各电阻两端的电压均相等，即U1=U2=U3=…=Un
电路的总电流等于电路中各支路电流之总和，即I=I1+I2+I3+…+In
电路总电阻R的倒数等于各支路电阻倒数之和，即
两个电阻并联还可写成
并联负载愈多，总电阻愈小，供应电流愈大，负荷愈重。
通过各支路的电流与各自电阻成反比,即
简化为
在并联电路计算中，最常用的是两条支路的分流公式：
，
电源的并联：
把所有电源的正极连接起来作为电源的正极，把所有电源的负极连接起来作为电源的负极，然后接到电路中，称为电源并联。
并联电源的条件：
一是电源的电势相等；二是每个电源的内电阻相同。
并联电源的特点：
能获得较大的电流，即外电路的电流等于流过各电源的电流之和。
7.3混联电路
定义：
电路中即有元件的串联又有元件的并联称为混联电路。
混联电路的计算:
先求出各元件串联和并联的电阻值,再计算电路的点电阻值;由电路总电阻值和电路的端电压,根据欧姆定律计算出电路的总电流;根据元件串联的分压关系和元件并联的分流关系,逐步推算出各部分的电流和电压.
8.电功与电功率
8.1焦耳定律
定义：
电流流过金属导体产生的热量与电流的平方、导体的电阻、通电时间成正比，即：
Q=Ｉ2Rt
8.2电功
电流所作的功叫做电功，用符号“Ａ”表示。
电功的大小与电路中的电流、电压及通电时间成正比，计算公式为Ａ=UＩt=Ｉ2Rt
电功及电能量的单位名称是焦耳，用符号“Ｊ“表示；在实际应用中，电功还有一个常用单位是kW·h。
1kW·h=3.6MＪ
8.3电功率
电流在单位时间内所作的功叫电功率，用符号“P“表示。
计算公式为
电功率单位名称为J/s或“瓦”，用符号“W”表示。
额定值：
保证电气设备能长期安全工作的最大电压、电流和功率，分别称为额定电压、额定电流和额定功率。
功率平衡方程式：
电源产生的电功率等于负载消耗的功率与电源内阻消耗的功率之和。
9.交流电路
单相交流电路
定义:
所谓交流电即指其电动势、电压及电流的大小和方向都随时间按一定规律作周期性的变化,又叫正磁交流电.
单相交流电的产生:
线圈在磁场中运动旋转,旋转方向切割磁力线,产生感应电动势.
单相交流发电机:
只有一个线圈在磁场中运动旋转,电路里只能产生一个交变电动势,叫单相交流发电机.由单相交流发电机发出的电简称为单相交流电.
交流电与直流电的比较:
输送方便、使用安全，价格便宜。
交流电的基本物理量
瞬时值与最大值
电动势、电流、电压每瞬时的值称为瞬时值.符号分别是:
电动势“E”,电压“U”,电流“I”.
瞬时值中最大值,叫做交流电动最大值.也叫振幅.符号分别是:
Em,Im,Um.
周期、频率和角频率
周期:
交流电每交变一次（或一周）所需时间.用符号“T”表示;单位为“秒”,用字母“s”表示;T=0.02s
I
0tT=0.02s（China中国）
频率:
交流电每秒交变的次数或周期叫做频率.用符号“f”表示,单位是Hz.
50Hz（China中国）
角频率:
单位时间内的变化角度，用“rad/s”（每秒的角度）表示，单位为”ω”.
相位、初相位、相位差
相位：
两个正弦电动势的最大值是不是在同一时间出现就叫相位,也可称相角．
初相位：
不同的相位对应不同的瞬时值，也叫初相角．
相位差：
在任一瞬时，两个同频率正弦交流电的相位之差叫相位差．
有效值：
正弦交流电的大小和方向随时在变．用与热效应相等的直流电流值来表示交流电流的大小．这个值就叫做交流电的有效值．
纯电阻电路：
负载的电路，其电感和电容略去不计称为纯电阻电路．
纯电感电路：
由电感组成的电路称为纯电感电路．
纯电容电路：
将电容器接在交流电源上组成的电路并略去电路中的一切电阻和电感．这种电路称为纯电容电路．
三相交流电路
三相交流电的定义：
在磁场里有三个互成角度的线圈同时转动，电路里就产生三个交变电动势．这样的发电机叫三相交流发电机，发出的电叫三相交流电．每一单相称为一相．
三相交流电的特点
转速相同，电动势相同；
线圈形状、匝数均相同，电动势的最大值（有效值）相等；
三个电动势之间互存相位差;eA、eB、eC为三相对称电动势.计算公式为:
eA=EmSinnt
eB=EmSin（wt-1200）
eC=EmSin（wt-2400）
电源的连接（在实际连接中）
星形连接 ＂Ｙ＂
Ａ Ａ 相电压：
每个线圈两端的电压．相电
压为220V
UA ０线电压：
两条相线之间的电压．线电
压为380V
Ｂ 相电压与线电压的关系如下：
Ｃ UB ＢU线=
相；Ｕ相=220V；
U线=380V
UC Ｃ相电流：
流过每一相线圈的电流．
用Ｉ相表示
（三相四线输出） 线电流：
流过端成的电流．用Ｉ线表
示．
相电流等于线电流．
三角形连接 ＂Δ＂
ABＩ线=
相；Ｕ线=Ｕ相
C
（三线三相输出）
示例：
有一三相发电机，其每相电动势为127V，分别求出三相绕组作星形连接和三角形连接时的线电压和相电压
解：
作星形连接时，UY相=127V,UY线=
相=127Vx
作三角形连接时，U=127V
三相电路的功率计算
单相有功功率：
P=IU（纯电阻电路）
功率因数：
衡量电器设备效率高低的一个系数．用Cosø表示.
对于纯电阻电路，Cosø=1
对于非纯电阻电路，Cosø<1
单相有功功率的计算公式为（将公式一般化）P=IUCosø
三相有功功率：
不论“Y”或＂Δ＂接法,总的功率等于各相功率之和
三相总功率计算公式为P=IAUACosø+IBUBCosø+ICUCCos=3
对于“Y”接法,因U线=
Ｉ线=Ｉ相，则P=3xＩ相x
=
Ｉ线Ｕ线Cosø
对于“Δ”接法，因因Ｉ线=
Ｕ线=Ｕ相，则P=3xＵ线x
=
Ｉ线Ｕ线Cosø
示例一：
某单相电焊机，用钳表测出电流为7.5A,用万能表测出电压为380V,设有功系数为0.5,求有功功率.
解：
根据公式P=IUCosø，已知Ｉ=7.5A，U=380V,
Cosø=0.5
则P=IUCosø=7.5x380x0.5=1425W
示例二：
某单相电焊机,额定耗电量为2.5KW,额定电压为380V,Cosø为0.6,求额定电流.
解：
根据公式P=IUCosø，
则Ｉ=
≈11.0A
10.电磁和电磁感应;
磁的基本知识
任一磁铁均有两个磁极,即N极（北极）和S极（南极）.同性磁极相斥,异性磁极相吸.
磁场:
受到磁性影响的区域,显示出穿越区域的电荷或置于该区域中的磁极会受到机械力的作用;也可称磁铁能吸铁的空间,称为磁场.
磁材料:
硬磁材料—永久磁铁;软磁材料—电机和电磁铁的铁芯.
电流的磁效应
定义:
载流导体周围存在着磁场,即电流产生磁场（电能生磁）称电流的磁效应.
磁效应的作用:
能够容易的控制磁场的产生和消失,电动机和测量磁电式仪表的工作原理就是磁效应的作用.
通电导线（或线圈）周围磁场（磁力线）的方向判别,可用右手定则来判断:
通电直导线磁场方向的判断方法:
用右手握住导线,大拇指指向电流方向,则其余四指所指的方向就是磁场的方向.
线圈磁场方向的判断方法:
将右手大拇指伸直,其余四指沿着电流方向围绕线圈,则大拇指所指的方向就是磁场方向.
通电导线在磁场中受力的方向,用电动机左手定则确定:
伸出左手使掌心迎着磁力线,即磁力线透直穿过掌心,伸直的四指与导线中的电流方向一致,则与四指成直角的大拇指所指方向就是导线受力的方向.
电磁感应
感应电动势的产生:
当导体与磁线之间有相对切割运动时,这个导体就有电动势产生.
磁场的磁通变化时,回路中就有电势产生,以上现象称为电磁感应现象.由电磁感应现象产生的电动势叫感应电动势.由感应电动势产生的电流叫感应电流.
自感:
由于线圈（或回路）本身电流的变化而引起线圈（回路）内产生电磁感应的现象,叫自感现象.由自感现象而产生的感应电动势叫做自感电动势.
互感:
在同一导体内设有两组线圈,电流通过一组线圈时,线圈内产生
磁通并穿越线圈,而另一组则能产生感应电动势.这种现象叫做互感
二常用电工仪表和测试的认识及应用
1.电工仪表的基本原理
磁电式仪表用符号‘∩’表示.其工作原理为：
可动线圈通电时，线圈和永久磁铁的磁场磁场相互作用的结果产生电磁力，从而形成转动力矩，使指针偏转．
电磁式仪表用符号‘‘表示,分为吸引型和排斥型两种.
吸引型电磁式仪表工作原理：
线圈通电后,铁片被磁化,无论在那种情况下都能使时钟顺时方向转动.
排斥型电磁式仪表工作原理：
线圈通电后,动定铁片被磁化,动定铁片的同极相对,互相排斥,使动铁片转动.
电动式仪表用符号‘‘表示.其工作原理为：
固定线圈产生磁场,可动线圈有电流通过时受到安培力作用,使指针顺时针转动.
2.常用的测量仪表
电工测量项目：
电流、电压、电阻、电功率、电能、频率、功率因素等.
电流表和电压表
电流测量
电流测量的条件：
电流表须与被测电路串联；电流流量不超过量程．
电流测量的方法：
a图电流表直接接入式
UE负载适用:
交直流小电流测量
A
b图直流电流表与分流器接入
RfL
UEAR不适用:
扩大仪表量程
RfL的确定：
1.测出R表;2.定出量程范围
例:
假定A表的量程为A1（1A,1m）
解:
因U表=RfL,则A1xR表=（A2–A1）xRfL
1x0.1=（10–1）xRfL
即RfL=
=
m
c图交流电流表通过电流互感器接入
R适用:
交流大电流测量
A
互感器的选用：
1）选用穿互感器的匝数必须满足母线电流,小于允许电流;
2）购买配套仪表:
例如选用1匝150/5,则选用150/5仪表
电压测量
电压测量条件：
电压表必须与被测电流并联,电压值不得超出量程.
电压测量方法：
a图直接接入法
R适用:
交直流低压测量
V
b图通过附加电阻加入
R适用:
扩大仪表量程,一般不超过2000V
V
c图
通过电流互感器接入
V适用:
交流高电压测量
R
电功率测量
功率表的选用：
功率表大都采用电动式.因为要反映电压、电流要素,要使实际电压小于电压线圈耐压,实际电流小于电流线圈额定电流.
接线守则：
符号‘*’,端接电源.电流端钮与电路串联,电压端钮与电路并联.
接线图：
I2*
AB
I1*A1aR
R负载
单相功率及三相功率测量接线：
a图*W
A*测量出ZA的功率
RZA
BZCZB
C
*W1测出三相的ZA、ZB、ZC用电总功率
b图*P总=P1+P2
适用于三相三线制ZA
UACRUAC*W2
ZBZC
UBC
c图*W1
A*
*W2ZA三相总功率:
BR**W3ZBP总=P1+P2+P3
C*ZC适用于三相三线、
RR三相四线制
N
注:
直流电P=UI,交流电P=UICosø
电能有单相与三相两种电能测量。
单相电度表的结构大都属于感应式,原理为：
电压线圈与电流线圈产一的磁通分别穿过铝盘,铝盘产生感应涡流,涡流与磁通互相作用,产生一个转动力矩MP
接线方式:
（三相四线直接式）
A
B
C负载
N
常用测量仪表的使用（万能表、钳形表、兆欧表）
万用表的使用
万用表的外形及结构：
万用表由表头、测量线路、转换开关、面板及表壳组成.
万用表常用符号说明：
V：
直流电压（DCV）Ω：
电阻,欧姆
V：
交流电压（ACV）K：
1000
㎂、㎃：
直流电流∞：
无穷大
万用表的技术数据
各数据说明—A：
1.5直流准确度;B：
2.5交流准确度;C：
2KV表示2KV耐压试验;D：
45-1000Hz交流频率的范围;E：
直20000Ω/V–交5000Ω/V表示灵敏度.
万用表的使用
使用前的准备工作：
检查表笔的安装,红笔装‘+’字孔,黑笔装‘-‘字孔;如果有较大的电流、电压的测量时接成孔,一般黑笔不动,红笔装入对角接线孔;
机械调零旋钮,测量前调零作用;
电调零,测电阻时调零用.如果不能调零,就表示万用表内电池即将耗尽,应将电池更换;
电阻的测量,选量程X1、X10、X100、X1K、X10K、X100K;
短接两表笔调零;
把表笔接于两测电阻两端;
读数:
电阻值二刻度数值X倍率;
测量电流、电压
根据被测对象,将转换开关旋至所需位置;
电压测量用并联接入方式,电流测量用串联接入方式;
测直流时红笔接‘+’,黑笔接‘-‘;
读数:
实际数值二刻度数值X
.例如量程为500V,刻度数值为200V,则实际数值=200X
.=400V
注意事项
万用表用完后应将转换开关打在交流电压档或将其打在标有‘OFF”的位置上,以免下次用时将表针打坏或将表烧坏.
万用表的电池应根据使用频率的多少及时检查,以免没电后电液流出出腐蚀电极或元件,导致万用表损坏.应将电池取出保管.
钳形表的使用
钳形表的构造：
可看成电流互感器与电流表合二为一的仪表.
测量方法：
选用适当的量程,把导线放入钳口,读出读数;当被测电流太小时,可把导线多绕钳口几圈进行测量;电流值必须用下式读出,即电流值=
注意事项
测量前不知道电流的大小,必须选用最大量程测试;
测量时只能放入一条导线时,不能多线同时测量;防止触电或短路事故.
兆欧表的使用
兆欧表应接电气设备的电压等级选用,不要使用测量范围过多地起出被测绝缘的数值,以保证读数准确.特别注意,不要用输出电压太高的兆欧表测低压电气设备,否则就有把设备绝缘击穿的危险.
兆欧表上有三个接线柱,‘浅’接线柱‘L’在测量时与被测物和大地绝缘的导体部分相接;‘地’接线柱与被测物外壳或其它部分相接;第三接线柱‘保护（G）’或者‘屏’,只有被测物表面漏电很严重的情况下使用.
在测量前就将被测物断电并放电,而兆欧表应作一次开路和短路的试验,旋到额定转速时,指针应指到∞,短接‘浅’路和‘接地’两极,指针应指到0.
使用兆欧表时,应注意远离大电流的导体和有外磁场的场合,同时放平勿摇动兆欧表本身,以免影响读数.
摇动手柄,应将转速保持在规定的范围内,一般每分钟120转左右,手柄应摇到指针稳定.
如被测设备短路,表针指表‘0’时,应立即停止摇动手柄,以免兆欧表过热烧坏.
测试完毕,应将被测物放电,未放电时不可用手触及被测部分和进行拆线工作.
三低压电器及成套装置的认识
1.低压电器分类
定义：
交流1200V或直流1500V以下的电力线路中起控制调节及保护作用的电气元件称为低压电器.
低压电器可分为低压配电电器和低压控制器两类：
低压配电电器：
此类电器包括刀开关、转换开关、熔断器、自动开关和保护继电器，主要用于低压配电系统中，要求在系统发生故障的情况下动作准确、工作可靠、有足够的热稳定性和动稳定性。
低压控制电器包括控制继电器、接触器、起动器、控制器、调压器、主令电器、变阻器和电磁铁，主要用于电力传流中，要求寿命长、体积小、重量轻和工作可靠。
低压电器的正确选用：
安全原则：
使用安全可靠是对任何开关电器的基本要求；保证电路和用电设备的可靠运行是使生产和生活得以正常运行的重要保障。
经济原则：
经济性考虑可分开关电器本身的经济价值和使用开关电器产生的价值。
前者要求选择的合理、适用；后者则考虑在运行中必须可靠，不因故障造成停产或损坏设备、危及人身安全等构成的经济损失。
低压电器通用种类的分类：
刀开关
作用：
用于设备配电中隔离电源，也可用于不频繁的接通与分断额定电流以下负载。
特性：
不能切断故障电流，只能承受故障电流引起的电功力。
转换开关
作用：
是供两种或两种以上电源或负载转换
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