電工基礎知識
1.直流電路
電路
電路的定義: 就是電流通過的途徑
電路的組成: 電路由電源、負載、導線、開關組成
內電路: 負載、導線、開關
外電路: 電源內部的一段電路
負載: 所有電器
電源: 能將其它形式的能量轉換成電能的設備
基本物理量
1.2.1 電流
1.2.1.1 電流的形成: 導體中的自由電子在電場力的作用下作有規則的定向運動就形成電流.
1.2.1.2 電流具備的條件: 一是有電位差,二是電路一定要閉合.
1.2.1.3 電流強度: 電流的大小用電流強度來表示,基數值等於單位時間內通過導體截面的電荷量,計算公式為
其中Q為電荷量(庫侖); t為時間(秒/s); I為電流強度
1.2.1.4電流強度的單位是 “安”,用字母 “A”表示.
1.2.1.5直流電流(恆定電流)的大小和方向不隨時間的變化而變化,用大寫字母 “I”表示,簡稱直流電.
1.2.2 電壓
1.2.2.1 電壓的形成: 物體帶電後具有一定的電位,在電路中任意兩點之間的電位差,稱為該兩點的電壓.
1.2.2.2 電壓的方向: 一是高電位指向低電位; 二是電位隨參考點不同而改變.
1.2.2.3 電壓的單位是 “伏特”,用字母 “U”表示.常用單位有: 千伏(KV) 、
伏(V)、毫伏(mV) 、微伏(uV)
1KV = 103V 1V = 103 mV 1mV = 103 uV
1.2.3 電動勢
1.2.3.1 電動勢的定義: 一個電源能夠使電流持續不斷沿電路流動,就是因為
它能使電路兩端維持一定的
電位差.這種電路兩端產生和維持電位差的能力就叫電源電動勢.
1.2.3.2 電動勢的單位是 “伏”,用字母 “E”表示.計算公式為
(該公式表明電源將其它形式的能轉化成電能的能力)其中A為外力
所作的功,Q為電荷量,E為電動勢.
1.2.3.3 電源內電動勢的方向: 由低電位移向高電位
1.2.4 電阻
1.2.4.1 電阻的定義: 自由電子在物體中移動受到其它電子的阻礙,對於這種
導電所表現的能力就叫電阻.
1.2.4.2 電阻的單位是 “歐姆”,用字母 “R”表示.
1.2.4.3 電阻的計算方式為:
其中l為導體長度,s為截面積,ρ為材料電阻率
銅ρ=0.017鋁ρ=0.028
歐姆定律
1.3.1 歐姆定律是表示電壓、電流、電阻三者關係的基本定律.
1.3.2 部分電路歐姆定律: 電路中通過電阻的電流，與電阻兩端所加的電壓
成正比,與電阻成反比,稱為部分歐姆定律.計算公式為
U = IR
1.3.3全電路歐姆定律: 在閉合電路中(包括電源),電路中的電流與電源的電動勢成正比,與電路中負載電阻及電源內阻之和成反比,稱全電路歐姆定律.計算公式為
其中R為外電阻,r0為內電阻,E為電動勢
電路的連接(串連、並連、混連)
1.4.1.1電阻串聯將電阻首尾依次相連,但電流只有一條通路的連接方法.
1.4.1.2電路串聯的特點為電流與總電流相等,即I = I1 = I2 = I3…
總電壓等於各電阻上電壓之和,即 U = U1 + U2 + U3…
總電阻等於負載電阻之和,即 R = R1 + R2 + R3…
各電阻上電壓降之比等於其電阻比,即 , , …
1.4.1.3電源串聯: 將前一個電源的負極和後一個電源的正極依次連接起來.
特點: 可以獲得較大的電壓與電源.計算公式為
E = E1 + E2 + E3 +…+ En
r0 = r01 + r02 + r03 +…+ r0n
1.4.2並聯電路
1.4.2.1電阻的並聯: 將電路中若干個電阻並列連接起來的接法,稱為電阻並聯.
1.4.2.2並聯電路的特點: 各電阻兩端的電壓均相等,即U1 = U2 = U3 = … = Un; 電路的總電流等於電路中各支路電流之總和,即I = I1 + I2 + I3 + … + In; 電路總電阻R的倒數等於各支路電阻倒數之和,即 .並聯負載愈多,總電阻愈小,供應電流愈大,負荷愈重.
1.4.2.3通過各支路的電流與各自電阻成反比,即
1.4.2.4電源的並聯：把所有電源的正極連接起來作為電源的正極，把所有電源的負極連接起來作為電源的負極，然後接到電路中，稱為電源並聯．
1.4.2.5並聯電源的條件：一是電源的電勢相等；二是每個電源的內電阻相同．
1.4.2.6並聯電源的特點：能獲得較大的電流，即外電路的電流等於流過各電源的電流之和．
1.4.3混聯電路
1.4.3.1定義: 電路中即有元件的串聯又有元件的並聯稱為混聯電路
1.4.3.2混聯電路的計算: 先求出各元件串聯和並聯的電阻值,再計算電路的點電阻值;由電路總電阻值和電路的端電壓,根據歐姆定律計算出電路的總電流;根據元件串聯的分壓關係和元件並聯的分流關係,逐步推算出各部分的電流和電壓.
電功和電功率
電功
電流所作的功叫做電功,用符號 “A”表示.電功的大小與電路中的電流、電壓及通電時間成正比,計算公式為 A = UIT =I2RT
電功及電能量的單位名稱是焦耳,用符號 “J”表示;也稱千瓦/時,用符號 “KWH”表示. 1KWH=3.6MJ
電功率
電流在單位時間內所作的功叫電功率,用符號 “P”表示.計算公式為 電功率單位名稱為 “瓦”或 “千瓦”,用符號 “W”或 “KW”表示;也可稱 “馬力.
1馬力=736W 1KW = 1.36馬力
電流的熱效應、短路
電流的熱效應
定義: 電流通過導體時,由於自由電子的碰撞,電能不斷的轉變為熱能.這種電流通過導體時會發生熱的現象,稱為電流的熱效應.
電與熱的轉化關係其計算公式為
其中Q為導體產生的熱量,W為消耗的電能.
短路
定義: 電源通向負載的兩根導線,不以過負載而相互直接接通.該現象稱之為短路.
短路分析: 電阻(R) 變小,電流(I)加大,用公式表示為
短路的危害: 溫度升高,燒燬設備,發生火災;產生很大的動力,燒燬電源,電網破裂.
保護措施: 安裝自動開關;安裝熔斷器.
交流電路
單相交流電路
定義: 所謂交流電即指其電動勢、電壓及電流的大小和方向都隨時間按一定規律作週期性的變化,又叫正磁交流電.
單相交流電的產生: 線圈在磁場中運動旋轉,旋轉方向切割磁力線,產生感應電動勢.
單相交流發電機: 只有一個線圈在磁場中運動旋轉,電路里只能產生一個交變電動勢,叫單相交流發電機.由單相交流發電機發出的電簡稱為單相交流電.
交流電與直流電的比較: 輸送方便、使用安全，價格便宜。
交流電的基本物理量
瞬時值與最大值
電動勢、電流、電壓每瞬時的值稱為瞬時值.符號分別是: 電動勢 “E”,電壓 “U”,電流 “I”.
瞬時值中最大值,叫做交流電動最大值.也叫振幅.符號分別是: Em, Im, Um.
週期、頻率和角頻率
週期: 交流電每交變一次(或一週)所需時間.用符號 “T”表示;單位為 “秒”,用字母 “s”表示
3.電磁和電磁感應
磁的基本知識
任一磁鐵均有兩個磁極,即N極(北極)和S極(南極).同性磁極相斥,異性磁極相吸.
磁場: 受到磁性影響的區域,顯示出穿越區域的電荷或置於該區域中的磁極會受到機械力的作用;也可稱磁鐵能吸鐵的空間,稱為磁場.
磁材料: 硬磁材料—永久磁鐵;軟磁材料—電機和電磁鐵的鐵芯.
電流的磁效應
定義: 載流導體周圍存在著磁場,即電流產生磁場(電能生磁)稱電流的磁效應.
磁效應的作用: 能夠容易的控制磁場的產生和消失,電動機和測量磁電式儀表的工作原理就是磁效應的作用.
通電導線(或線圈)周圍磁場(磁力線)的方向判別,可用右手定則來判斷:通電直導線磁場方向的判斷方法: 用右手握住導線,大拇指指向電流方向,則其餘四指所指的方向就是磁場的方向.
線圈磁場方向的判斷方法: 將右手大拇指伸直,其餘四指沿著電流方向圍繞線圈,則大拇指所指的方向就是磁場方向.
通電導線在磁場中受力的方向,用電動機左手定則確定: 伸出左手使掌心迎著磁力線,即磁力線透直穿過掌心,伸直的四指與導線中的電流方向一致,則與四指成直角的大拇指所指方向就是導線受力的方向.
電磁感應
感應電動勢的產生: 當導體與磁線之間有相對切割運動時,這個導體就有電動勢產生.
磁場的磁通變化時,迴路中就有電勢產生,以上現象稱為電磁感應現象.由電磁感應現象產生的電動勢叫感應電動勢.由感應電動勢產生的電流叫感應電流.
自感: 由於線圈(或迴路)本身電流的變化而引起線圈(迴路)內產生電磁感應的現象,叫自感現象.由自感現象而產生的感應電動勢叫做自感電動勢.
互感: 在同一導體內設有兩組線圈,電流通過一組線圈時,線圈內產生
磁通並穿越線圈,而另一組則能產生感應電動勢.這種現象叫做互感
二 常用電工儀表和測試的認識及應用
1.電工儀表的基本原理
磁電式儀表工作原理為：可動線圈通電時，線圈和永久磁鐵的磁場磁場相互作用的結果產生電磁力，從而形成轉動力矩，使指針偏轉．
電磁式儀表分為吸引型和排斥型兩種.
吸引型電磁式儀表工作原理：線圈通電後,鐵片被磁化,無論在那種情況下都能使時鐘順時方向轉動.
排斥型電磁式儀表工作原理：線圈通電後,動定鐵片被磁化, 動定鐵片的同極相對,互相排斥,使動鐵片轉動.
電動式儀表工作原理為：固定線圈產生磁場,可動線圈有電流通過時受到安培力作用,使指針順時針轉動.
2.常用的測量儀表
電工測量項目：電流、電壓、電阻、電功率、電能、頻率、功率因素等.
電流表和電壓表
電流測量
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