中电工鉴定教材Word下载.docx

中电工鉴定教材Word下载.docx

《中电工鉴定教材Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中电工鉴定教材Word下载.docx（83页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

电路中任意两点间的电位差称为这两点间的电压，用UAB表示：

UAB=UA－UB

电位和电压的异同点是：

电位是某点对参考点的电压，电压是某两点间的电位之差；

电位是相对量，随参考点的改变而改变，而电压是绝对量，不随参考点的改变而改变。

五、电阻器

1．电阻器的概念

电阻器反映导体对电流起阻碍作用的大小，简称电阻，用字母只表示。

金属导体的电阻与导体的长度成正比，与横截面积成反比，还与材料的导电性能有关，表示为；

R=ρL/S

六、欧姆定律

1．部分电路欧姆定律

部分电路欧姆定律反映了在不含电源的一段电路中，电流与这段电路两端的电压及电阻的关系。

部分电路欧姆定律的内容为：

流过电阻的电流I与电阻两端电压U成正比，与电路的电阻R成反比，即：

2．全电路欧姆定律

含有电源和负载的闭合电路称为全电路。

全电路欧姆定律的内容是：

全电路的电流与电源的电动势成正比，与整个电路的电阻成反比，即：

电源端电压U=E－Ir。

当负载电阻R开路时，I=0，端电压U=E；

当负载电阻R变小时，电路中的电流将增加，端电压U将变小。

七、电阻的联结

1．电阻的串联

两个或两个以上的电阻头尾依次相连，中间无分支的联结方式叫电阻的串联。

电阻串联电路的特点：

（1）

（2）

（3）

（4）

2．电阻的并联

几个电阻的一端连在电路中的一点，另一端也同时连在另一点，使每个电阻两端都承受相同的电压，这种联结方式叫电阻的并联。

电阻并联电路的特点：

（1）

（2）

（3）

（4）

八、电功和电功率

1．电功

电流流过负载时，负载将电能转换成其他形式的能。

电能转换成其他形式能的过程，叫做电流做功，简称电功。

电功的数学表达式为：

W=UIt

2．电功率

电流能使电动机转动、电炉发热、电灯发光，说明电流通过负载时能做功，把电能转化为机械能、热能和光能等。

电流在1s内所做的功叫做电功率，简称功率。

负载的功率等于负载两端的电压与通过负载电流的乘积，即：

P=UI=I2R=U2/R

3．电流的热效应

电流通过导体时，使导体发热的现象叫电流的热效应。

实验证明：

电流通过导体时产生的热量，与电流强度的平方、导体的电阻及通电时间成正比。

这个实验定律叫做焦耳－楞次定律，其数学式为：

Q=I2Rt

九、电容器

1．电容器的概念

电容器是用来储存电荷的装置，它由两块金属极板中间夹有绝缘材料构成，简称电容。

C=Q/U

电容是表示电容器储存电荷能力的物理量，它是电容器的固有参数。

它与极板的尺寸及绝缘介质的性能有关，即

C=εS/d

2．电容器的串联和并联

（1）电容器的串联

两个或两个以上的电容器依次相连，只有一条通路的联结方式，称为电容器的串联。

电容器串联的特点：

1）Q=Ql=Q2=…=Qn

2）U=U1+U2+U3+…+Un

3）1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn

4）CU=C1U1=C2U2=…=CnUn

（2）电容器的并联

两个或两个以上电容器的一端连在电路中的一点，另一端也同时连在另一点，使各电容器承受相同的电压，称为电容器的并联。

电容器并联时的特点：

1）U=U1=U2=…=Un

2）Q=Q1+Q2+…+Qn

3）C=C1+C2+…+Cn

第二节磁和电磁原理

一、磁现象

人们把具有吸引铁、镍、钴等物质的性质叫磁性。

具有磁性的物体叫磁体。

使原来不带磁性的物体具有磁性叫磁化。

磁铁上磁性最强的区域叫磁极，磁体的磁极都接近于磁体的两端。

任何磁体都具有两极，北极（N极）和南极（S极）。

磁极间具有同极性相斥，异极性相吸的性质。

二、磁场与磁力线

磁铁之间相互吸引或排斥的力称为磁力。

磁体周围存在磁力作用的区域称为磁场。

为了形象地描述磁场而引出磁力线的概念。

通常规定在磁体外部，磁力线由N极指向S极；

在磁体内部，磁力线由S极指向N极。

。

磁力线越密，磁场越强；

磁力线越疏，磁场越弱。

三、电流的磁场

在电流的周围存在着磁场，这种现象称为电流的磁效应。

通电导体产生的磁场方向可以用安培定则来判断。

1．直导线的磁场

用右手握住通电导体，让拇指指向电流方向，则弯曲四指的指向就是磁场方向。

2．通电线圈的磁场

用右手握住线圈，弯曲四指指向线圈电流方向，则拇指方向就是线圈内部的磁场方向。

四、磁场的基本物理量

1．磁通

把垂直穿过磁场中某一截面的磁力线条数叫做磁通或磁通量，用字母Φ表示，单位为韦伯，简称韦（Wb）。

2．磁感应强度

单位面积上垂直穿过的磁力线数叫做磁通密度，也叫做磁感应强度，用字母B表示，单位为特斯拉，简称“特”（T）。

当磁力线与截面垂直时，磁感应强度和磁通的关系为：

B=Φ/S或Φ=BS

3．磁场强度

磁场中某点的磁感应强度B与介质磁导率

的比值，叫做该点的磁场强度，用H表示，即：

或

五、磁场对电流的作用

1．磁场对通电直导体的作用

通电导体在磁场中所受的作用力称为电磁力，用F表示。

当直导体和磁场垂直时，电磁力的大小与直导体电流大小成正比，与直导体在磁场中的有效长度、所在位置的磁感应强度成正比，即：

F=BIL

通电直导体在磁场中的受力方向，可通过左手定则来判断。

将左手伸平，拇指与四指垂直并在一个平面上，让磁力线垂直穿过掌心，四指指向电流方向，则拇指所指方向就是导体受力方向。

当通电导体和磁场平行时，导体受到的电磁力为零。

六、电磁感应

变化的磁场能够在导体中产生感应电动势，这种现象叫电磁感应。

由电磁感应产生的电动势称为感应电动势，由感应电动势引起的电流称为感应电流。

1．直导体中的感应电动势

直导体相对于磁场运动而切割磁力线时，在导体中将产生感应电动势。

直导体中感应电动势的方向，可用右手定则来判断。

当导体运动方向和磁力线平行时，导体两端感应电动势为零。

2．右手定则

伸平右手，拇指与其余四指垂直，让磁力线垂直穿过掌心，拇指指向导体运动方向，则四指的方向便是感应电动势方向或感应电流方向。

3．线圈中的感应电动势

如果把直导体回路看成一个单匝线圈，则电磁感应的实质是：

穿越线圈回路的磁通发生变化时，线圈两端就产生感应电动势。

感应电动势的方向由楞次定律来决定。

4．楞次定律

楞次定律的内容是：

感应电流产生的磁通总是阻碍原磁通的变化。

也就是说，当线圈中的磁通增加时，感应电流产生的磁通与原磁通方向相反，而当线圈中磁通减少时，感应电流产生的磁通与原磁通方向相同。

第三节正弦交流电路

一、正弦交流电的基本概念

1．交流电的定义

交流电是指大小和方向随时间作周期变化的电动势（电压或电流）。

交流电可分为正弦交流电和非正弦交流电两大类，应用最普遍的是正弦交流电。

2．正弦交流电的概念：

1）瞬时值交流电任意时刻的值称为瞬时值。

用英文小写字母e、u、i分别表示电动势、电压、电流的瞬时值。

2）最大值瞬时值中的最大值称为最大值或振幅。

用带脚标m的大写英文字母表示，如Em、Um、Im等。

3）有效值当交流电流和直流电流分别通过阻值相同的电阻时，如果在相同时间内，两个电阻产生的热量相等，则把这个直流电流的值称为交流电的有效值。

电动势、电压和电流的有效值分别用英文大写字母E、U、I表示。

4）平均值规定交流电的平均值是指半个周期的平均值。

平均值用大写字母加脚标av来表示，如Eav、Uav、Iav。

5）周期指交流电每重复变化一次所需的时间，用T表示，单位为秒

6）频率指每秒钟交流电重复变化次数，用f表示。

它与周期互为倒数关系，即：

我国的供电频率为50Hz，这种频率习惯上称为工频。

7）角频率指交流电每秒钟变化的弧度数，用ω表示，单位为弧度/秒（rad/s）。

因为交流电在一个周期内，变化了2π弧度，所以角频率与频率、周期的关系

8）相位确定交流电每一瞬间数值的电角度（

），称为相位，它决定交流电每一瞬间的大小。

其单位为弧度或度（角度）。

9）初相交流发电机的线圈开始转动时（t=0）的相位称为初相，用

表示。

它决定交流电在t=0时的瞬时值的大小，其单位也是弧度或度。

10）相位差两个同频率的交流电初相不同时，在变化过程中总是一先一后，并永远保持这个差距。

通常把同频率交流电的初相之差称为相位差，即：

①

>

0时，

，表明e1比e2先达到最大值或零值，称e1超前e2

角。

②

<

，表明e1比e2后达到最大值或零值，称e1滞后e2

③

=0时，

，即两交流电同时达到最大值或零值，称e1与e2同相。

④

=180º

时，即一个交流电达到正的最大值时，另一个达到负的最大值，称e1与e2反相。

习惯上规定相位差的绝对值不超过180º

例如相位差为－240º

时，可转化成120º

（即－240º

+360º

）表示。

二、单相交流电路：

1．纯电阻电路

交流负载中只有电阻的交流电路称为纯电阻电路，如电炉、电烙铁、白炽灯等可近似看成纯电阻电路。

纯电阻电路如图1－21a所示。

（1）电压和电流的关系

图1－21纯电阻电路

a）电路图b）波形图c）相量图

在纯电阻电路中，电流i和电压uR是同频率、同相位的正弦量。

它们的波形图和相量图如图1－21b和图1－21c所示。

：

（2）电路的功率

交流电通过电阻时总是消耗电源的电能。

通常把电压瞬时值u和电流瞬时值i的乘积称为瞬时功率。

瞬时功率的平均值称为有功功率，表示为：

有功功率的计算公式和直流电路中的计算电阻功率公式相同，但应注意的是这里的P为平均功率，UR和I是有效值。

2．纯电感电路

交流负载中只有电感的交流电路称为纯电感电路。

电阻很小的电感线圈可近似看成纯电感电路。

纯电感电路如图1－22a所示。

（1）电压和电流的关系

当电感线圈两端加交流电压uL时，就有交流电流i通过，电感线圈中将产生自感电动势eL，阻碍电流的变化，所以电流的变化总是滞后电压的变化。

i和uL的波形图和相量图如图1－22b和图1－22c所示。

1）电流i和电压uL的相位关系为：

电感两端的电压超前电流90º

2）感抗用来反映电感对电流的阻碍作用，它与交流电的频率和电感成正比，用XL表示，单位为欧姆（Ω）。

XL=ωL=2πfL

即频率越高或电感越大，则感抗越大，对交流电的阻碍作用也越大。

3）电流和电压的关系为：

（2）电路的功率和能量转换

瞬时功率的最大值称为无功功率。

无功功率用来反映电感线圈和电源间能量转换的规模。

3．纯电容电路

交流负载中只有电容（忽略电容器的损耗）的交流电路称为纯电容电路。

纯电容电路如图1－23a所示。

（1）电压与电流的关系

1）电流i和电压uC的相位关系为：

电容两端的电压滞后电流90º

2）容抗是用来表示电容器对电流阻碍作用大小的物理量，它与交流电的频率和电容成反比，用XC表示，单位为欧姆（Ω）。

频率越高或电容越大，则容抗越小，对交流电的阻碍作用也越小，高频电流越容易通过。

在直流电路中，因f=0，XC=∞，电容相当于开路，电流不能通过，故电容器具有隔直流通交流的作用。

3）电流i和电压uC的数量关系（电流和电压最大值的关系）为：

无功功率用来反映电容器和电源间能量转换的规模，用QC表示，

三、三相交流电路

1．三相电源的星形联结

（1）星形联结的方法

将三相电源的三个绕组的末端U2、V2、W2联结在一起，用N表示，称为电源的中性点或零点。

从中性点引出的线称为中线或零线，由于中线一般与大地相接，又称地线。

从三个绕组首端U1、V1、W1引出的三根线称相线，俗称火线。

（2）三相四线制的线电压与相电压

1）相电压（Uφ）每相绕组两端的电压（或端线与中线间的电压）称相电压。

用UU、UV、UW表示，其参考方向由绕组的首端指向末端，也就是从相线指向中线。

它们大小相等，相位差互成120º

2）线电压（U1）相线与相线间的电压称线电压。

用UUV、UVW、UWU表示。

它们也大小相等，相位差互成120º

，其参考方向由线电压双下标的前字母指向后字母。

图1－26所示电路中，标出了相电压和线电压的参考方向。

3）线电压与相电压的关系三相四线制中线电压与相电压的关系为：

即线电压为相电压的

倍，同时线电压的相位超前相电压30º

第四节常用变压器

一、变压器的用途和分类

变压器是一种通过电磁耦合关系，将一种交流电转换成同频率的另一种交流电的静止设备。

1．按用途可分为电力变压器（又可分为升压变压器、降压变压器、配电变压器等）、特种变压器、仪用互感器、试验用高压变压器和调压器等。

2．按相数可分为单相变压器、三相变压器和多相变压器。

3．按绕组数目可分为双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器。

4．按铁心结构可分为心式变压器和壳式变压器。

5．按冷却方式可分为油浸式变压器、充气式变压器和干式变压器。

二、变压器的基本结构

1．绕组

变压器的绕组是变压器的电路部分，用来接受和输出电能。

常用纱包、丝包或漆包的铜线或铝线绕制，其中与电源相连的绕组称为一次侧绕组，与负载相连的绕组称为二次侧绕组。

绕组的形状有同心式和交叠式两种，如图1－27所示。

同心式是将一次侧、二次侧绕组相套在一起；

交叠式是将一次侧、二次侧绕组分层交叠在一起。

2．铁心

铁心是变压器的主磁路，又起支撑绕组的作用。

为了提高磁路的导磁性能和减小涡流及磁滞损耗，变压器铁心通常用0.35mm或0.5mm厚的硅钢片叠成，硅钢片两表面涂漆，片间彼此绝缘。

按照铁心的构造，变压器可分为心式和壳式两种，如图1－28所示。

心式变压器

的铁心被绕组包围，而壳式变压器的铁心则包围绕组。

三、变压器的工作原理

1．变压器的空载运行

将变压器的一次侧绕组接交流电源，二次侧绕组开路，这种运行方式称为变压器的空载运行。

如图1－29所示为单相变压器的空载运行原理图。

根据电磁感应定律，交变主磁通φ在一次侧、二次侧绕组中产生感应电动势，其值为：

E1=4.44fφmN1

E2=4.44fφmN2

则可认为一次侧、二次侧绕组感应电动势的有效值近似等于一次侧、二次侧绕组的端电压值，即：

U1≈E1

U2≈E2

变压器空载时，一次侧、二次侧电压的比值称为电压比，即：

U1/U2=E1/E2=N1/N2=K

电压比等于变压器的输入电压U1与输出电压U2之比，也等于一次侧、二次侧绕组匝数之比。

变压器空载运行时，一次侧、二次侧绕组的电压比近似等于两者的匝数比。

若一次侧绕组的匝数N1大于二次侧绕组匝数N2，也就是K＞1，则变压器降压；

若N1小于N2，也就是K＜1，则变压器升压。

由此可见，在设计制造变压器时，可通过改变一次侧、二次侧绕组的匝数来达到改变输出电压的目的。

2．变压器的负载运行

将变压器一次侧绕组接交流电源，二次侧绕组与负载连接，这种运行状态为负载运行，如图1－30所示。

变压器负载运行时，二次侧绕组中就有电流I2通过，这时一次侧电流由I0增加到I1。

若忽略变压器的损失，变压器的输出功率近似等于输入功率，即：

第五节常用三相异步电动机

一、三相异步电动机的构造

三相异步电动机由两个基本组成部分：

静止部分即定子，旋转部分即转子。

在定子和转子之间有一很小的间隙，称为气隙。

图1－31所示为三相异步电动机的外形和内部结构图。

1．定子

三相异步电动机的定子由机座、定子铁心和定子绕组等组成。

（1）机座

机座的主要作用是固定和支撑定子铁心，所以要求有足够的机械强度和刚度，还要满足通风散热的需要。

（2）定子铁心

定子铁心的作用是作为电动机中磁路的一部分和放置定子绕组。

为了减少磁场在铁心中引起的涡流损耗和磁滞损耗，铁心一般采用导磁性良好的硅钢片叠装压紧而成，硅钢片两面涂有绝缘漆，硅钢片厚度一般在0.35～0.5mm之间。

（3）定子绕组

定子绕组是定子的电路部分，其主要作用是接三相电源，产生旋转磁场。

三相异步电动机定子绕组有三个独立的绕组组成，三个绕组的首端分别用U1、V1、W1表示，其对应的末端分别用U2、V2、W2表示，6个端点都从机座上的接线盒中引出。

2．转子

三相异步电动机的转子主要由转子铁心、转子绕组和转轴组成。

（1）转子铁心

转子铁心也是作为主磁路的一部分，通常由0.5mm厚的硅钢片叠装而成。

转子铁心外圆周上有许多均匀分布的槽，槽内安放转子绕组。

转子铁心为圆柱形，固定在转轴或转子支架上。

（2）转子绕组

转子绕组的作用是产生感应电流以形成电磁转矩，它分为笼型和绕线式两种结构。

1）笼型转子在转子的外圆上有若干均匀分布的平行斜槽，每个转子槽内插入一根导条，在伸出铁心的两端，分别用两个短路环将导条的两端联结起来，若去掉铁心，整个绕组的外形就像一个笼，故称笼型转子。

笼型转子的导条的材料可用铜或铝。

2）绕线式转子它和定子绕组一样，也是一个对称三相绕组，这个三相对称绕组接成星形，然后把三个出线端分别接到转子轴上的三个集电环上，再通过电刷把电流引出来，使转子绕组与外电路接通。

绕线式转子的特点是可以通过集电环和电刷在转子绕组回路中接入变阻器，用以改善电动机的启动性能，或者调节电动机的转速。

3．气隙

三相异步电动机的气隙很小，中小型电动机一般为0.2～2mm。

气隙的大小与异步电动机的性能有很大的关系，为了降低空载电流、提高功率因数和增强定子与转子之间的相互感应作用，三相异步电动机的气隙应尽量小，然而，气隙也不能过小，不然会造成装配困难和运行不安全。

二、三相交流异步电动机的工作原理

三相异步电动机是利用定子绕组中三相交流电所产生的旋转磁场与转子绕组内的感应电流相互作用而工作的。

1．三相交流电的旋转磁场

所谓旋转磁场就是一种极性和大小不变，且以一定转速旋转的磁场。

由理论分析和实践证明，在对称的三相绕组中通入对称的三相交流电流时会产生旋转磁场。

如图1－32所示为三相异步电动机最简单的定子绕组，每相绕组只用一匝线圈来表示。

三个线圈在空间位置上相隔120°

，作星形联结。

把定子绕组的三个首端U1、V1、W1同三相电源接通，这样，定子绕组中便有对称的三相电流i1，i2，i3流过，其波形如图1－33所示。

规定电流的参考方向由首端U1、V1、W1流进，从末端U2、V2、W2流出。

为了分析对称三相交流电流产生的合成磁场，可以通过研究几个特定的瞬间来分析整个过程。

当ωt=0º

时，i1=0，第一相绕组（即U1、U2绕组）此时无电流；

i2为负值，第二相绕组（即V1、V2绕组）中的实际的电流方向与规定的参考方向相反，也就是说电流从末端V2流入，从首端V1流出；

i3为正值，第三相绕组（即W1、W2绕组）中的实际电流方向与规定的参考方向一致，也就是说电流是从首端W1流入，从末端W2流出，如图1－33a所示。

运用右手螺旋定则，可确定这一瞬间的合成磁场。

从磁力线图像来看，这一合成磁场和一对磁极产生的磁场一样，相当于一个N极在上、S极在下的两极磁场，合成磁场的方向此刻是自上而下。

当ωt=120º

时，i1为正值，电流从U1流进，从U2流出；

i2=0，i3为负值，电流从W2流进，从W1流出。

用同样的方法可画出此时的合成磁场，如图1－33b所示。

可以看出，合成磁场的方向按顺时针方向旋转了120º

当ωt=240º

时，i1为负值；

i2为正值；

i3=0。

此时的合成磁场又顺时针方向旋转了120º

，如图1－33c所示。

当ωt=360º

i2为正值。

其合成磁场又顺时针方向旋转了120º

，如图1－33d所示。

此时电流流向与ωt=0º

时一样，合成磁场与ωt=0º

相比，共转了360º

由此可见，随着定子绕组中三相电流的不断变化，它所产生的合成磁场也不断地向一个方向旋转，当正弦交流电变化一周时，合成磁场在空间也正好旋转一周。

上述电动机的定子每相只有一个线圈，所得到的是两极旋转磁场，相当于一对N、S磁极在旋转。

如果想得到四极旋转磁场，可以把线圈的数目增加1倍，也就是每相有两个线圈串联组成，这两个线圈在空间相隔180º

，这样定子各线圈在空间相隔60º

当这6个线圈通入三相交流电时，就可以产生具有两对磁极的旋转磁场。

具有p对磁极时，旋转磁场的转速为：

2．三相异步电动机的转动原理

三相异步电动机定子的三相绕组接入三相对称交流电源时，即产生旋转磁场，旋转磁场在定、转子之间的气隙里以同步转速nl顺时针方向旋转，如图1－34所示。

这时旋转磁场与转子间有相对运动，转子导体受到旋转磁场磁力线的切割，相当于磁场静止，而转子导体在逆时针方向旋转，根据电磁感应定律，那么转子导体中就会产生感应电动势。

根据右手定则，可以判断出导体中感应电动势的方向如图1－34所示。

因为三相异步电动机转子绕组自行闭合，已构成回路，那么在转子导体回路中就将产生感应电流I2。

根据载流导体在磁场中会受到电磁力的作用，用左手定则可以判断出转子导体所受电磁力的方向。

这些电磁力对转轴形成电磁转矩T，电磁转矩方向与旋转磁场的旋转方向一致，转子就会顺着旋转磁场的方向顺时针旋转起来。

电磁转矩克服轴上的负载转矩做功，实现机电能量的转换，这就是三相异步电动机的转动原理。

三相异步电动机转子转速n与旋转磁场的转速n1同方向，但不可能相等。

如果年n=n1，那么转子与旋转磁场之间就没有相对运动，转子导体就不可能切割磁力线，就不存在感应电流、电磁转矩，也就不能实现机电能量的转换。

这就是说，三相异步电动机的转子转速总是低于同步转速，即n<

n1。

旋转磁场的同步转速n1与转子转速（电动机转速）n之差称为转差，转差与同步转速n1的比值，称为转差率，用S表示，即：

只需将定子绕组与三相电源联结的三根导线中任意两根对调，即改变定子绕组中电流的相序，就改变了旋转磁场的转向，从而改变了电动机的转向。

第六节常