紫碩電力科技電工基礎知識

電工進網作業(yè)許可考證培訓太原理工大學武培雄電路理論和電磁理論是電子工程的兩大基礎理論，電子工程的所有分支學科均是在此基礎上發(fā)展起來的，電源、電機、控制、電子學通信以及電子儀器等許多分支都是基于電路理論而發(fā)展形成的，因此，電路理論基礎課是電子工程專業(yè)最重要的課程。

任何職業(yè)訓練都需要付出刻苦的努力，電工學也是一樣，學習知識的最好方法是閱讀、思考和操作。鞏固知識的方法是復習、思考和實踐。所以希望大家能多看、多問、多練。第一章電工基礎知識第一章電工基礎知識第一節(jié)：直流電路第二節(jié)：電與磁第三節(jié)：交流電路電場是存在于電荷周圍能傳遞電荷與電荷之間相互作用的物理場。在電荷周圍總有電場存在；同時電場對場中其他電荷發(fā)生力的作用。電場是電荷及變化磁場周圍空間里存在的一種特殊物質。電場這種物質與通常的實物不同，它不是由分子原子所組成，但它是客觀存在的，電場具有通常物質所具有的力和能量等客觀屬性。靜電場：靜止電荷在其周圍空間產生的電場。第一節(jié)：直流電路一、電場、電位及電壓1、電場電位：處于電場中某個位置的單位電荷所具有的電勢能。在數(shù)值上，電路中某點的電位等于正電荷在該點所具有的能量與電荷所帶電荷量的比。電路中任一點的電位，就是該點與零電位點之間的電位差。第一節(jié)：直流電路一、電場、電位及電壓2、電位電壓：兩點間的電位差叫電壓。也稱作電勢差或電位差，是衡量單位電荷在靜電場中由于電勢不同所產生的能量差的物理量。電壓的方向規(guī)定為從高電位指向低電位的方向。電壓的單位為伏特(V)，常用的單位還有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV)等3、電壓設a為參考點，即Ua=0VUb=Uba=–10×6=

60VUc=Uca

=4×20=80VUd

=Uda=6×5=30V

設b為參考點，即Ub=0VUa

=Uab=10×6=60VUc

=Ucb=E1=140VUd

=Udb=E2=90V

bac20

4A6

10AE290V

E1140V5

6A

dUab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90V

Uab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90V

第一節(jié)：直流電路一、電場、電位及電壓例1：電位與電壓第一節(jié)：直流電路一、電場、電位及電壓(2)電路中兩點間的電壓值是固定的，不會因參考點的不同而變，即與零電位參考點的選取無關。bac20

4A6

10AE290V

E1140V5

6A

d借助電位的概念可以簡化電路作圖+90V20

5

+140V6

cd注：(1)電位值是相對的，參考點選取的不同，電路中各點的電位也將隨之改變；第一節(jié)：直流電路二、電流與電流密度1、電流電流：在電場力的作用下，處于電場內的電荷發(fā)生定向移動，形成了電流。電流方向規(guī)定為正電荷移動的方向。電流的大小稱為電流強度（簡稱電流，符號為I，單位為安培A）。電流計算：通過導體橫截面的電荷量Q跟通過這些電荷量所用的時間t的比值。2、電流密度電流：當電流在導體截面上均勻分布時，電流強度與導體截面的比，稱為電流密度，用J表示。第一節(jié)：直流電路三、電源與電動勢1、電源電源：將其它形式的能量轉換為電能的裝置，如發(fā)電機、干電池、蓄電池等。2、電動勢電動勢：是衡量電源力移動電荷做功能力的物理量。電源力將單位正電荷從電源的負極移到正極所做的功。第一節(jié)：直流電路四、電阻與電導1、電阻電阻：在物理學中表示導體對電流阻礙作用的大小，是導體本身的一種特性。（單位：Ω

）導體的電阻大小與其長度成正比、與導體橫截面積成反比（當溫度不變時），與導體材質、環(huán)境溫度等因素有關。2、電導電導：表示導體通過電流的能力，它等于電阻的倒數(shù)。（單位：S）第一節(jié)：直流電路五、歐姆定律1、部分電路歐姆定律在同一電路中，導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比，跟導體的電阻阻值成反比。2、全電路歐姆定律RU+–IIRLR0+-EU+–第一節(jié)：直流電路六、電路連接1、電阻串聯(lián)電路兩個或多個電阻頭尾依次相連，使電流只有一條通路的連接方式，叫做電阻的串聯(lián)。串聯(lián)特點：1）電路中各個電阻流過的電流都相等I=I1=I2=...=In；2）電路兩端總電壓等于各電阻RI+U－IR1+u－R2Rn+U1－+U2－+Un－兩端電壓之和。U=U1+U2+...+Un=IR1+IR2+...+IRn；3）總電阻等于各個電阻之和，R=R1+R2+...+

Rn；4）各電阻分配的電壓與各電阻值成正比。第一節(jié)：直流電路六、電路連接2、電阻并聯(lián)電路兩個或兩個以上電阻連接在一起，各電阻承受同一電壓，這種連接方式叫并聯(lián)。并聯(lián)特點：1）電路中各個電阻兩端的電壓相等U=U1=

U2=...=Un；2）電路的總電流等于各電阻中的電流之和I=I1+I2+…+In；3、電路的總電阻的倒數(shù)，等于各電阻的倒數(shù)之和1/R=1/R1+1/R2+…

+1/Rn4、并聯(lián)電路中，各支路分配的電流與各支路電阻值成反比。G=G1+G2+…

+Gn第一節(jié)：直流電路六、電路連接3、電阻混聯(lián)電路在一個電路中既有電阻串聯(lián)又有電阻并聯(lián)的電路?；炻?lián)是由串聯(lián)電路和并聯(lián)電路組合在一起的特殊電路。計算等效電阻Rab1ab2345對于一些復雜的混聯(lián)電路，求等效電阻時，可以通過確定各電阻兩端的位置來進行圖形變換，從而得到比較直觀的電路連接形式。要點：①、確定各電阻兩端的端點；②、進行圖形變換；第一節(jié)：直流電路六、電路連接3、電阻混聯(lián)電路bcab23541bac12345分析：①、先定義好各電阻兩端端點；②、開始圖形變換：確定a、b兩點和其余各點位置（a、b作為端點，其余各點分布在a、b兩點之間）。③、根據(jù)原圖中各電阻兩端的端點，在新圖各端點間填入相應電阻，進行電路變換。④、計算等效電阻。Rab=(R3//R2+R5)//R4//R1注意：用導線直接連接的點，是等電位點，可以合并為一點。第一節(jié)：直流電路七、電路與電路的三種狀態(tài)電路：電流流過的路徑叫做電路，是由若干電氣設備或元器件按一定方式用導線聯(lián)接而成的電流通路。通常由電源、負載及中間環(huán)節(jié)等三部分組成，分為開路、通路、短路三種工作狀態(tài)。①、通路：此時電路形成閉環(huán)通路，電路中有電流通過。②、開路：有叫斷路，電路斷開，無電流通過。③、短路：一部分負載被短接。第一節(jié)：直流電路八、電能與電功率電能：電流在一段時間t內，電路消耗的電功率P稱為該電路的電能。（單位：J）電功率：單位時間內電流所作的功稱為電功率，是用來表示消耗電能的快慢的物理量。（單位：W）1、電能2、電功率第二節(jié)：電與磁一、磁現(xiàn)象磁體：人們把具有吸引鐵、鎳、鈷等磁物質的性質稱為磁性，具有磁性的物體叫作磁體。磁極：磁體上磁性最強的部分叫磁極，磁鐵具有N極和S極，同性磁極呼吸排斥，異性慈極互相吸引。1、磁體與磁極ＳＮ北指北的一端叫北（N）極，指南的一端叫南（S）極。第二節(jié)：電與磁一、磁現(xiàn)象磁場：磁體周圍存在的磁力作用的空間稱為磁場。磁力線：又叫做磁感線，是用以形象地描繪磁場分布的一些曲線。2、磁場與磁力線①、磁力線是用來描述磁場的一些假想曲線，實際上不存在。②、磁體外部的磁力線都是從磁體的N極出發(fā)，回到S；磁體內部磁力線是由S極到N極是閉合的曲線。③、磁場強的地方，磁力線分布越密；磁場越弱的地方，磁力線分布越疏。④、磁力線上任意一點切線方向表示該點磁場方。第二節(jié)：電與磁一、磁現(xiàn)象一條導線通過電流，那么在導線周圍的空間將產生圓形磁場。導線中流過的電流越大，產生的磁場越強。磁場成圓形，圍繞導線周圍。電流方向改變時，磁場方向也改變。磁場的方向可以根據(jù)“右手定則”來確定。3、通電導體產生的磁場直線電流的磁場第二節(jié)：電與磁一、磁現(xiàn)象一條導線通過電流，那么在導線周圍的空間將產生圓形磁場。導線中流過的電流越大，產生的磁場越強。磁場成圓形，圍繞導線周圍。電流方向改變時，磁場方向也改變。磁場的方向可以根據(jù)“右手定則”來確定。3、通電導體產生的磁場環(huán)形電流的磁場等效第二節(jié)：電與磁二、磁場的基本物理量磁感應強度：在磁場中，垂直于磁場方向的通電導線，所受電磁力F與電流I和導線長度L的乘積IL的比值稱為該處的磁感應強度，用B表示，即1、磁感應強度磁感應強度的單位是特斯拉，簡稱特，用符號T表示。磁感應強度是個矢量，它的方向就是該點的磁場的方向。第二節(jié)：電與磁二、磁場的基本物理量磁通：設在磁感應強度為B的均勻磁場中，有一個與磁場方向垂直的平面，面積為S，我們把B與S的乘積，定義為穿過這個面積的磁通量，簡稱磁通。用Φ表示，則有

Φ=BS磁通的單位是韋伯，簡稱韋，用Wb表示。當面積一定時，如果通過該面積的磁感線越多，則磁通越大，磁感越強。從Φ=BS，可得2、磁通這表示磁感應強度等于穿過單位面積的磁通，所以磁感應強度又稱磁通密度，并且用Wb/m2作單位。第二節(jié)：電與磁二、磁場的基本物理量不同的媒介質對磁場的影響不同，影響的程度與媒介質的導磁性能有關。磁導率：是一個用來表示媒介質導磁性能的物理量，用μ表示，其單位為H/m。由實驗測得真空中的磁導率μ0=4π×10-7H/m，為一常數(shù)。任一物質的磁導率與真空的磁導率的比值稱作相對磁導率，用μr

表示，即：3、磁導率第二節(jié)：電與磁二、磁場的基本物理量磁場強度：在磁場中某點的磁感應強度B與媒介質磁導率μ的比值即為磁場中該點的磁場強度，用H表示，即：4、磁場強度磁場強度的單位為A/m。磁場強度也是一個矢量，在均勻媒介質中，它的方向和磁感應強度的方向一致。第二節(jié)：電與磁三、電磁感應第二節(jié)：電與磁三、電磁感應1、直導線切割磁力線如果導體運動方向與磁感線方向有一夾角α，則導體中的感應電動勢為

e=Blvsinα磁感應強度，特斯拉（T）導體有效長度，米（m）導體在磁場中的運動速度，米/秒（m/s）導體運動方向與磁力線的夾角第二節(jié)：電與磁三、電磁感應2、法拉第電磁感應定律法拉第電磁感應定律：與線圈交鏈的磁通發(fā)生變化時，將在線圈中產生感應電動勢，電動勢的大小與線圈的匝數(shù)及穿過線圈磁通的變化率成正比。如果線圈有N匝，則感應電動勢的大小為：NSGE第二節(jié)：電與磁三、電磁感應3、楞次定律楞次定律指出了磁通的變化與感應電動勢在方向上的關系，即：感應電流產生的磁通總是阻礙原磁通的變化。楞次定律用來判斷感應電動勢的方向。II第二節(jié)：電與磁四、磁場對通電導體的作用通電導體在磁場中，將受到力的作用，磁場越越強所受的力就越大；導體通過的電流大所受的力就大。在均勻磁場中，通電導體受力大小寫可近下式計算：通電直導體在磁場內的受力方向可用左手定則來判斷。單位：牛頓（N）SINF第二節(jié)：電與磁五、自感與互感現(xiàn)象自感現(xiàn)象：當通過線圈的電流發(fā)生變化時，線圈電流產生的磁通也跟著變化，這個變化的磁通反過來又會在線圈中產生感應電動勢。由于線圈本身電流的變化而在本線圈內產生的感應電動勢的電磁現(xiàn)象稱為叫自感現(xiàn)象。1、自感現(xiàn)象I增大感應電流E感應電動勢第二節(jié)：電與磁五、自感與互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象：由一個線圈中的電流發(fā)生變化而在另一線圈中產生電磁感應的現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象，簡稱互感。2、互感現(xiàn)象I

增大IE第三節(jié)：交流電路1、概述大小和方向均隨時間變化的電壓或電流稱為交流電，如：如果在電路中電動勢的大小與方向均隨時間按正弦規(guī)律變化，由此產生的電流、電壓大小和方向也是正弦的，這樣的電路稱為正弦交流電路。一、單相交流電路第三節(jié)：交流電路1、概述設正弦交流電流：角頻率：決定正弦量變化快慢幅值：決定正弦量的大小

幅值、角頻率、初相角成為正弦量的三要素。初相角：決定正弦量起始位置

Im

2TiO第三節(jié)：交流電路1、概述①、描述正弦交流電大小的物理量瞬時值：i、u、e正弦量隨時間按正弦規(guī)律變化，對應各個時刻的數(shù)值稱為瞬時值，瞬時值是用正弦解析式表示的，即：第三節(jié)：交流電路①

、描述正弦交流電大小的物理量最大值（幅值）：Im、Um、Em正弦交流電在一個周期所能達到的最大瞬時值，又稱峰值、幅值。幅值必須大寫,下標加m。有效值：I、U、E加在同樣阻值的電阻上，在相同的時間內產生與交流電作用下相等的熱量的直流電的大小。用大寫字母正弦交流電的有效值和最大值之間有如下關系為：有效值=×最大值≈0.707×最大值1、概述第三節(jié)：交流電路①

、描述正弦交流電大小的物理量平均值：Ip、Up、Ep由于正弦量取一個周期時平均值為零，所以取半個周期的平均值為正弦量的平均值。平均值必須大寫,下標加p。平均值與最大值之間的關系是：1、概述第三節(jié)：交流電路②、描述正弦交流電變化快慢的物理量周期：T正弦交流電每重復變化一次所需的時間，單位是秒(s)iOT頻率：f正弦交流電在1秒內重復變化的次數(shù)，單位是Hz角頻率：ω正弦交流電1秒內變化的電角度，單位是rad/s1、概述第三節(jié)：交流電路③、正弦交流電的初相角、相位、相位差相位：在式

中，

表示在任意時刻線圈平面與中性面所成的角度，這個角度稱為相位，也稱相位角或相角，它反映了交流電變化進程。初相角：其中，為正弦量t=0時的相位，稱為初相角，也稱初相位或初相。初相確定了正弦量計時起始的位置，初相規(guī)定不得超過±180°。正弦量與縱軸相交處若在正半周，初相為正。正弦量與縱軸相交處若在負半周，初相為負。1、概述第三節(jié)：交流電路③、正弦交流電的初相角、相位、相位差相位差：兩個同頻率交流電的相位之差稱為相位差，用符號表示，即兩個同頻率交流電的相位差就等于它們的初相之差。設：若電壓超前電流；電流滯后電壓1、概述第三節(jié)：交流電路③、正弦交流電的初相角、相位、相位差

電流超前電壓

uiωtui

O電壓與電流同相uiωtuiO

電壓與電流反相ωtuiuiO1、概述第三節(jié)：交流電路④、趨膚效應趨膚效應：在直長導體的截面上，恒定的電流是均勻分布的。對于交變電流通過導體時，由于感應作用引起導體截面上電流分布不均勻，愈近導體表面電流密度越大，這種現(xiàn)象稱趨膚效應。1、概述第三節(jié)：交流電路2、純電阻電路①、純電阻電路中電壓與電流的關系分析正弦交流電路，主要是分析電路中電壓和電流之間的關系（大小和相位），以及功率問題。交流電路中如果只考慮電阻的作用，這種電路稱為純電阻電路。Ru+_設加在電阻兩端的電壓為：實驗證明，在任一瞬間通過電阻的電流i仍可用歐姆定律計算，即第三節(jié)：交流電路①、純電阻電路中電壓與電流的關系Ru+_ωtui②大小關系：③相位關系：u、i

相位相同①頻率相同2、純電阻電路第三節(jié)：交流電路②、純電阻電路的功率瞬時功率p：瞬時電壓與瞬時電流的乘。平均功率P：交流電的瞬時功率不是一個恒定值，功率在一個周期內的平均值叫做有功功率，又叫有效功率，它是指在電路中電阻部分所消耗的功率，單位是瓦特（W）。純電阻有功功率P可用下式計算：2、純電阻電路第三節(jié)：交流電路3、純電感電路①、純電感電路中電壓與電流的關系純電感電路是指電路中只有電感的交流電路。電感線圈中產生自感電動勢，阻礙電流的變化，故電流的變化總是滯后電壓的變化90o。電感對電流的阻礙作用用感抗來反映。+-eL+-Liu純電感電路歐姆定律的表達式：a)頻率相同b)U

=I

Lc)電壓超前電流90

相位差第三節(jié)：交流電路3、純電感電路②、純電感電路的功率瞬時功率在一個周期內，有時為正值，有時為負值。瞬時功率為正值，說明電感從電源吸收能量轉換為磁場能儲存起來。瞬時功率為負值，說明電感又將磁場能轉換為電能返還給電源。通常用瞬時功率的最大值來反映電感與電源之間轉換能量的規(guī)模，稱為無功功率，用QL表示，單位是乏（Var）。第三節(jié)：交流電路4、純電容電路①、純電容電路中電壓與電流的關系純電容電路是指電路中只有電容的交流電路。電容器極板上所帶電荷對定向移動的電荷具有阻礙作用，故電壓的變化總是滯后電流的純電容電路歐姆定律的表達式：a)頻率相同b)U

=I

XCc)電流超前電壓90

相位差uiC+_變化90o。電容對交流電的阻礙作用用容抗來反映。iu第三節(jié)：交流電路4、純電容電路②、純電容電路的功率瞬時功率在一個周期內，有時為正值，有時為負值。瞬時功率為正值，說明電容從電源吸收能量轉換為電場能儲存起來。瞬時功率為負值，說明電容又將電場能轉換為電能返還給電源。用瞬時功率的最大值來反映電容與電源之間轉換能量的規(guī)模，稱為無功功率，用QC表示，單位是乏（Var）。單一參數(shù)正弦交流電路的分析計算小結電路參數(shù)電路圖(參考方向)阻抗電壓、電流關系瞬時值有效值相位功率有功功率無功功率Riuu、i

同相0LCU超前i90°00+-iu+-iu+-u滯后i90°第三節(jié)：交流電路第三節(jié)：交流電路5、電阻、電感、電容串聯(lián)電路①、阻抗RLC串聯(lián)電路的總電壓瞬時值等于多個元件上電壓瞬時值之和，即RLC+_+_+_+_阻抗：在具有電阻、電感和電容的電路里，對交流電所起的阻礙作用叫做阻抗，用Z表示，是一個復數(shù)，實部稱為電阻（R），虛部稱為電抗（X）。阻抗三角形第三節(jié)：交流電路5、電阻、電感、電容串聯(lián)電路②、串聯(lián)電路阻抗的性質當XL>XC

時，

>0

，u

超前i

，電路呈感性當XL<XC

時，

<0

，u

滯后i，電路呈容性當XL=XC

時，

=0

，u.

i同相，電路呈電阻性第三節(jié)：交流電路5、電阻、電感、電容串聯(lián)電路③、RLC串聯(lián)電路歐姆定律RLC+_+_+_+_RLC串聯(lián)電路歐姆定律的表達式：阻抗角：電壓與電流相位差可根據(jù)阻抗三角形計算：第三節(jié)：交流電路5、電阻、電感、電容串聯(lián)電路④、功率RLC串聯(lián)電路中，在每一瞬間，電源提供的功率一部分被耗能元件（R）消耗，一部分與儲能元件（L、C）進行能量交換。電路的有功功率就是電阻上消耗的功率，即：電路的無功功率為電感和電容上的無功功率之差，即：第三節(jié)：交流電路5、電阻、電感、電容串聯(lián)電路④、功率視在功率：電壓與電流有效值的乘積定義為視在功率，用S表示，單位為伏·安（VA）。各邊同乘以I功率三角形電壓三角形各邊同乘以I阻抗三角形第三節(jié)：交流電路5、電阻、電感、電容串聯(lián)電路⑤、RLC串聯(lián)電路分析由于一個電路中各正弦量都是同頻率的，所以常用相量對RLC串聯(lián)電路進行分析。上述RLC串聯(lián)電路中，以電流為參考相量，畫出相量如圖(分三種情況)：功率因數(shù)：在交流電路中，電壓與電流之間的相位差(

)的余弦叫做功率因數(shù)，用符號cos表示。在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cos=P/S，它表示電源功率被利用的程度。又稱功率因數(shù)角。第三節(jié)：交流電路6、電阻、電感、電容串聯(lián)電路+-功率因數(shù)提高：第三節(jié)：交流電路1、概述三相發(fā)電機比體積相同的單相發(fā)電機輸出的功率大。三相發(fā)電機的結構不比單相發(fā)電機復雜多少，而使用、維護都比較方便，運轉時比單相發(fā)電機的振動要小。在同樣條件下輸送同樣大的功率時，特別是在遠距離輸電時，三相輸電比單相輸電節(jié)約材料。二、三相交流電路①、三相交流電的特點第三節(jié)：交流電路1、概述三相電動勢瞬時表示式：二、三相交流電路②、三相正弦交流電動勢的產生及表示方法定子轉子W2U1U2V2NSW1-+V1???(尾端)+e1e2e3U2U1V1V2W1W2(首端)++––

–三相交流發(fā)電機示意圖三相繞組示意圖+wtEesinmU=m)1200sin(V-=tEewm)1200sin(W=tEew第三節(jié)：交流電路1、概述二、三相交流電路③、相序e0eUeVeW2

120°240°360°三相交流電到達正最大值的順序稱為相序。供電系統(tǒng)三相交流電的相序為U→V→W（A黃→B綠→C紅）EVEU..120°120°120°EW.相量圖波形圖第三節(jié)：交流電路2、三相電源繞組的連接二