1电工基础知识.ppt

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1、电 工 证 考 试 内 容,操作证考核内容:1.笔试内容:安全规程 2.实际操作:电力拖动 每科分别满60分为合格。,等级证考核内容:1.笔试内容:电工基础 2:实际操作:电力拖动 电子实操 其中、两项合起来满120分为合格。,考 证 介 绍,电 工 考 证 学 习 内 容,电工基础知识 电工安全规程 电力拖动实际操作（电动机控制）电子实际操作 表面上看，只考操作证者可以连电工基础知识也不学，但实际上如果没有电工基础知识，对安全规程知识的大部分内容是理解不了的。,数 学 知 识 补 习,学习电工知识之前，我们先来学习一些今后我们要用到的数学知识，以后我们将不会就这些知识一一进行讲述了。先看看三

2、角函数：,数 学 知 识 补 习,指数运算：,电 路 和 电 路 图,观察下图电路：,1。1。1 电 路 和 电 路 图,有用电器工作的的地方，都必须构成了一个完整的电路，用电器才能工作。由于用电器种类繁多，今后我们在电工学上把所有的用电器统称为负载。大家注意观察我们周围的电路，不难发现他们的基本构成有：负载、连接导线、开关、连接导线连到哪里呢？连到电源上去了。简单的电路，我们一看就知道他们的连接方式。但许多时候，我们把很多的负载连接的时候，电路就会变得复杂。为了把电路的连接表示出来，或者有的时候要把我们设想的连接方式表示出来，这就需要在图上把它画出来。由于许多负载的实物图是很难画的，我们就用

3、一些大家公认的规定的符号来表示。而得到用规定的符号表示电路连接方式的图，就是电路图。这些符号今后我们将慢慢学到。,1。1。2 电 路 的 组 成,1。1。1 电路的基本组成：（1）电源：它是输出电能的装置，在工作时，它们分别将机械能、化学能、光能等其他形式的能转化为电能。如发电机、蓄电池、干电池、光电池等。（2）负载：它是使用电能的装置，将电源所产生的电能转换为光能、热能、机械能等。如电灯、电炉、电动机等。（3）联结导线：用来传输和分配电能。另外，还有一些附属设备，如：开关、熔丝、仪表等，作为控制、保护之用。1。1。2 电路图：为表示电路的连接状态，我们用统一、规定的图形符号来表示出来，叫电路

4、图。,1。2。1 原 子 结 构,1。3。1 原子结构：如图所示。（1）原子核：含质子和中子，很小但集中了原子的大部分质量，质子带正电，中子不带电。（2）核外电子：质量很小，带负电，在各自的轨道上绕核做圆周运动。1。3。2 在一般情况下，核外电子由于受原子核的引力作用，是不能离开原子的，但有的材料的原子外层电子，由于离核距离较远，受到的作用力很小，可以离开原子而成为自由电子。1。3。3 金属导体就是这种外层电子可以成为自由电子的物质，因此金属导体中有大量自由电子。,1。2。2 电 场,1。电荷间的相互作用：电荷间存在一种“同性相互排斥，异性相互吸引的现象。2。在现实生活中，力的作用是要物体相互

5、接触才能发生的，磁铁与小铁块不用接触就能发生力的作用，是因为磁铁周围存在磁场。同样，电荷与电荷间不用接触而能发生力的作用，是因为电荷周围存在电场。,1。2。3 电 流 的 形 成,1。前面我们知道：金属导体中存在大量的自由电子。因此，当导体两端接上电源时，如图，我们可以理解电源的正极带正电荷，负极带着负电荷，接在导体两端后，正、负电荷就在导体内产生一个电场。由于这个电场的出现，导体内的自由电子就受到朝同一个方向的电场力作用并朝同一个方向运动，形成电流。（物质中的带电粒子有规则的定向移动）2。同一个电源，连接不同的负载时，产生的电流是不相同的。那么我们如何来区分这不同的电流呢：电流既然是电荷定向

6、移动形成的，那么就可以用参与定向移动的电荷数量来衡量电流的大小。用单位时间内通过导体截面的电荷量描述电流的大小。,1。2。3 电 流 的 大 小,1。如果一段时间 t 内有 q 电荷量通过截面，则通过导体的电流 I 大小为：I=q/t，q 的单位为库仑，t 的单位为秒，I 单位为库仑/秒，因为该式子最先由安培得出，所以电流的单位又为安培，符号为 A。2。电流的方向规定为正电荷移动的方向，正电荷从电源的正极流出，负极流回。在复杂电路中，事先难以确定电流方向时，可以先假定一个正向，结果为正时，电流方向与假定方向同向。为负时，与假定方向相反。,1。2。4 电 流 的 单 位,直流：当电流的大小和方向

7、都不随时间变化时,称为直流电流,简称直流。直流电流常用英文大写字母 I 表示。交流：大小和方向随着时间按周期性变化的电流,称为交流电流,简称交流。常用英文小写字母 i 表示。单位：安培,符号为 A。常用的单位有千安（kA）,毫安（mA）,微安（A）等。1 A=103 mA=106 A 1KA=1000 A=103 A,1。2。5 电 流 的 方 向,在分析与计算电路时,常可任意假定某一方向作为电流的参考方向。,图1.2 电流的参考方向,1。2。6 电 压,电压是推动电荷运动的原因：电路中A、B两点间的电压是单位正电荷在电场力的作用下由A点移动到B点所减少的电能。UAB=WAB/q 伏特（V）电

8、压的实际方向：是使正电荷电能减少的方向。常用的单位：千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（V）等。1 V=103 mV=106 V,1。2。7 电 压 的 方 向,量值和方向都不随时间变化的直流电压,用大写字母U表示。交流电压,用小写字母 u 表示。若电压的参考方向与实际方向一致，电压为正。若电压的参考方向与实际方向相反，电压为负。分析电路时，首先应该规定电流电压的参考方向,图1.3 电压的参考方向,1。2。8 电 位,在电路中任选一点,叫做参考点,则某点的电位就是由该点到参考点的电压。Va=U ao 如果已知a、b两点的电位各为 Va、Vb,则此两点间的电压为Ua b=Va V b,1。2。9

9、电 位,1。2。10 电 动 势,1。2。11 电 动 势,（1）电源：它是输出电能的装置，在工作时，它们将机械能、化学能、光能等其他形式的能转化为电能。如发电机、蓄电池、干电池、光电池等。（2）负载：它是使用电能的装置，将电源所产生的电能转换为光能、热能、机械能等。（3）电动势的方向：电源移动正电荷的方向。由负极指向正极。如果我们是一个电子，电源就象我们的家，负载就像工地，我们从家里吃饱出来，工地干活消耗我们的能量，累了回到家里吃饱（补充能量），出来又可以再干。,电压、电位、电动势的比较,1。电压：电路中两点间移动每库仑电量所做的功。2。电位：某点到参考点之间移动每库仑电量所做的功。3。电动

10、势：从电源的正极到负极移动每库仑电量所做的功。,1。3。1 电 阻 与 电 导,电流是电荷定向移动形成的，电荷定向移动经过负载时，由于负载的结构与一般导体的不相同，定向移动的电荷会与其他没有参与定向移动的电荷发生碰撞。碰撞的结果：(1)定向移动的电荷碰撞后，能量减少。-消耗电能。(2)非定向移动的电荷被碰撞后，能量增加，并转化成其他形式的能。我们把导体对电流的阻碍作用称为电阻。用R表示或 r 表示（一般 r 表示电源的内电阻）。R=*L/S 欧姆：材料的电阻率，单位：*mm2/m。1兆欧（M）=106欧（）=103千欧（K）,电 阻,通用电阻色码与数字的对应表,例如：某一电阻色标为“棕黑橙金”

11、，则其标称值为10k，误差为5%。,五 环 电 阻,1。3。2 电 导,对电阻来说：导体电阻越大，其导电性能越差；电阻越小，导电性能越好。如果我们定义一个与电阻相反的量，这个量则可以直接代表导体的导电性能。电导：G=1/R 则G的值越小，导体的导电性能越差；G的值越大，导体的导电性能越好。电导：G=1/R 姆欧、西门子、1/。符号：超导：金属导体的电阻与温度成正比，温度越高，电阻越大；温度越低，电阻越小。当导体温度低到一定程度时，导体的电阻可降为0。,1。3。3 欧 姆 定 律,电阻元件是一个二端元件,它的电流和电压的方向总是一致的,它的电流和电压的大小成正比关系。I=U/R（部分电路欧姆定律

12、，不含电源。）U=I*R R=U/I（不能说R和U成正比，和I成反比，因为I和U成正比，而R不变。）如果电路含电源，则：,1。3。4 闭合电路欧姆定律,当电路中包括电源以后，电源是电路的动力（提供电能），电流除了要克服负载电阻的阻碍以外，还要克服电源内部的阻碍（电荷由电源负极向正极运动所遇上的阻碍）因此，这时电路中电流与电压的关系为：,1。3。5 电路的三种状态,1。通路状态：E=IR+Ir 路端电压：U=IR=E Ir 电源输出电压比电源电动势E要小。2。短路状态：负载电阻R=0，I=E/r。由于 r 一般比较小，所以I很大，易 使线路、设备瞬间产生高热而烧毁 设备。3。断（开）路状态：R

13、I=0 U=E I r=E,1。4。1 电 功,电流流过电路时，定向移动的电子与绕核旋转的电子发生碰撞（如同打桌球时白球与其他球的碰撞，白球把速度（能量）传递给其他的球），定向移动的电子通过碰撞（即做功）把速度传递给其他绕核旋转的电子，定向移动的电子在做功的过程中，损失能量，绕核旋转的电子通过被碰撞（即做功）取得能量。这一过程中，我们把电流所做的功称为电功。对外电路来说（负载两端），电流做功的多少，与电压有密切的关系：U=WAB/q W=UAB*q 因为电荷太小，是难以测量的：I=q/t q=I*t W=U*I*t 单位：瓦特（w），千瓦（kw)。,1。5。1 电 功 率,当我们说：一个灯泡用

14、电10000焦耳，一个电机用电1000焦耳的时候，我们并不知道这两个负载做功的能力。功是一个总量，光知道做功的量，我们并不能确定负载做功的能力，所以我们定义一个单位时间（每秒）内负载（电流）所能做的功，来区分各个负载做功的能力。每秒钟做的功多的，做功能力就强；做功少的，做功能力就差。这个量就是功率，用 P 表示：P=W/t(W为做功的总量，t 为做功所用的时间）W=Uit P=Uit/t P=UI 功率的单位：焦耳/秒 瓦特（W）根据部分电路欧姆定律：P=I2 R P=U2/R,1。5。2 电功和电功率的区别与联系,1。电功：电流一段时间内所做的功。电功率：电流单位时间内所做的功。2。测量工具

15、与单位：电功：电能表，单位：kw/h、度，1 kw=1000 w，1 h=3600 s，1kw/h=3.6*106 焦耳 电功率：功率表，单位：瓦（w）、千瓦（kw）、马力（国产非标准单位）。1 kw=1.36 马力，1马力=0.736 kw,1。6。1 电流的热效应,电流流过负载时，定向移动的电子与绕核旋转的电子发生碰撞（如同打桌球时白球与其他球的碰撞，白球把速度（能量）传递给其他的球），定向移动的电子通过碰撞（即做功）把速度传递给其他绕核旋转的电子，定向移动的电子在做功的过程中，损失能量，绕核旋转的电子通过被碰撞（即做功）取得能量，运动速度加快，温度升高（如同水分子运动的剧烈程度代表水的温

16、度，固体分子不能运动，但其电子运动的剧烈程度代表其温度）。这就是电流的热效应。根据焦耳楞次定律电流热效应产生的热量：Q=I2 R t 单位：焦耳 即与电流的平方、导体的电阻、通电时间三者成正比。由于热量另外常用到的一个单位：卡 Q=0.24 I2 Rt 卡（1焦耳=0.24 卡）,1。6。2 负载的额定值,根据电流的热效应，电流产生的热量与I2 成正比，那么导体的温度也会随着电流的增大而不断升高。我们知道，任何材料都有一个承受极限，高温会使它们发生形变：如融化、断裂、绝缘材料老化。为保证负载正常工作，通常都规定了负载长时间工作而不被损坏的最高工作电压、电流、功率的最大值，我们称为额定值。一般加

17、角下标表示。如：Ue、Ie、Pe。我们常说的“220、40”，“220、100”指的就是灯的额定电压和额定功率。,例题,有220V,100 W灯泡一个,其灯丝电阻是多少？每天用5h,一个月（按30天计算）消耗的电能是多少度？解：灯泡灯丝电阻为一个月消耗的电能为,1。7。1 基尔霍夫定律,基尔霍夫电流定律：节点：电路中三条或三条以上支路相连接的点。基尔霍夫电流定律（KCL)）：电路中任一节点、在任一瞬时，各支路电流的和恒为零。（电路中任一节点、在任一瞬时，流进节点的电流之和等于流出节点的电流之和。)右图中，则有：I 1+I2-I3=0（以流入节点的电流为正，流出为负）或 I 1+I2=I3（流进

18、节点的电流之和等于流出节点的电流之和。),1。7。2 基尔霍夫电压定律,回路：电路中任意的闭合路径。基尔霍夫电压定律（KVL)：对电路中任一回路、在任一瞬时、沿任一绕行方向，电路中各段电压的代数和恒为零（与绕行方向相同为正，与绕行方向相反为负）。右图中，I3 R+I1Ri1=E1 I3 R+I2Ri2=E2,1。7。3 基尔霍夫定律应用的 拓 展,KCL：右图中：KVL：右图中,可以得到：,1。8。1电路的基本连接方式,1。串联：两个或两个以上的电阻，一个接着一个成串地连在一起，组成的没有分支的电路。2。并联：两个或两个以上的电阻，它们一端连在一起，另一端也连在一起，组成的有分支的电路。,1。

19、8。2 串联电路的特点,1。由于电路没有分支，所以 通过各个电阻的电流相同。2。各个电阻两端电压比与电 阻成正比。3。各个电阻消耗的功率比与电阻成正比。4。根据KVL有：U=U1+U2+U3 5。如果上两图等效，根据 4 则有：,电阻的串联分压,电阻串联时,各电阻上的电压为：,例题,如图所示,用一个满刻度偏转电流为50A,电阻Rg为2k的表头制成100V量程的直流电压表,应串联多大的附加电阻Rf？,1。8。3 并联电路的特点（1）,1。由于各支路接在同一电源两端，承受同一电压，所以各支路两端电 压相同。2。各支路电流比与电阻的倒数成 正比。3。各个电阻消耗功率与电阻倒数成正比。,1。8。4 并

20、联电路的特点（2）,4。根据KCL有：I=I1+I2+I3 5。右边两图如果等效（加相同的电压，电路中 有相同的电流），根据 4 则有：,例题,所示,用一个满刻度偏转电流为50A,电阻Rg为2k的表头制成量程为 50mA的直流电流表,应并联多大的分流电阻R2?,解:由题意已知 I1=50A,R1=Rg=2000,I=50mA 代入公式(2.5)得,1。8。5 串、并联在电路中的作用,串联几个电阻可以按电阻大小把电压分为几分，同时线路串联电阻越多，电流越小。所以，串联在电路中具有分压、限流的作用。并联电阻越多，线路总电阻越小，电流越大。在线路总电流不变时，并联电阻越多，各支路电流越小。因此，并联具有分流的作用。,复联电路（混联电路）,定义：电阻的串联和并联相结合的连接方式,称为电阻的串、并联或混联。简单电路：可用串、并联化简。复杂电路：不可用串、并联化简。简单电路计算步骤：（1）计算总的电阻，算出总电压（或总电流）。（2）用分压、分流法逐步计算出化简前原电路中各电阻的电流、电压。,