1第一章電工基本知識

2022-09-13 12:18:02 字數 4645 閱讀 8294

電阻用字母r表示,單位為歐姆(ω)。如果導體兩端的電壓為1 v,通過的電流為1 a,

則這段導體的電阻為1ω。電阻常用的單位還有千歐(kω)和兆歐(mω),它們之間的換算關係為:

1 mω=106ω 1kω=103ω

導體的電阻是客觀存在的,即使沒有外加電壓,導體仍然有電阻。金屬導體電阻的大小與其長度成正比,與其截面積成反比,實驗證明,導體的電阻還與其材料和溫度有關,一般

金屬的電阻隨溫度的公升高而增大。導體的電阻值可用下式計算:

(1—1)

式中r——導體的電阻值,ω;

l——導體的長度,m;

s——導體的橫截面積,m2

ρ——導體的電阻率,ω·m。

四、歐姆定律

在電阻一定的電路中的電流與電壓存在著一定的關係,可表示為

(1—2)

式中i——導體中的電流,a;

u——導體兩端的電壓,v;

r——導體的電阻,ω

式(1—2)說明,電阻中的電流跟電阻兩端的電壓成正比,跟電阻成反比,這一關係

稱為一段電路的歐姆定律。

五、電阻的串、併聯計算

1.串聯

在電路中,兩個或兩個以上的電阻乙個串乙個連在一起的連線方式稱為串聯,如圖1—

2所示。串聯電路中的電流處處相同,其總電阻值等於各串聯電阻值的和,即

r=r1+r2+…+rn

總電壓等於分電壓的和,即:u=u1=u2=…=un

總電流等於各分電流,即: i=i1=i2=…=in

2.併聯

把幾個電阻的一端連線在一起,另一端也連在一起的連線方式稱為併聯,如圖1—3所

示。電阻併聯後的總電阻的倒數等於各支路電阻的倒數之和,即:

併聯電路中,各個電阻兩端的電壓都等於電源電壓;即: u=u1=u2=…=un

併聯電路的總電流等於各電阻的電流之和,即: i=i1+12+…+in

六、電功和電功率

電流通過電器在某段時間內所做的功稱為電功。電功的大小與流過電路的電流和加在

電器兩端的電壓有關,即 :

w=iut

將公式代入式中又可得:

w=i2r t=

式中u—加在負載上的電壓,v;

i——流過負載的電流,a;

r——電阻,ω; 』

t——時間,s;

w——電功,j。

在實際應用中,電功還有乙個單位是千瓦小時(kw·h)。

1千瓦小時=1 kw·h=3.6×106j

電功可以表示電流做功的多少,但不能表示做功的快慢。電流在單位時間內所做的功稱為電功率,用字母p表示,共公式為:

式中 w——電功,j;

t——時間,s;

p——電功率,w。

在實際工作中,電功率常用的單位還有千瓦(kw)、毫瓦(mw)等,其換算關係為:

1 kw=1×103 w;1 w=1×103mw

根據上述公式可得電功率與電流、電壓、電阻的關係:

p=iu=i2r=u2/r

七、電流的熱效應

電流通過導體使導體發熱的現象稱為電流的熱效應。導體所產生的熱量可按下式計算:

q=i2rt (1—3)

式中q——熱量,j;

i——電流,a;

r——電阻,q;

t——時間,s。

這個公式稱為電熱定律,它表明電流通過導體時產生的熱量q與電流,的平方成正比,

與導體的電阻r和通電時間t成正比。

第二節磁和電磁的基本概念

一、磁極、磁場和磁力線

能夠吸引鐵屑或鐵塊的物體叫做磁鐵。磁鐵分天然磁鐵和人造磁鐵兩種。天然磁鐵是有磁性的礦物,但其磁性較小,目前工業上很少採用;人造磁鐵的主要材料是鋼、鐵、鎳、鈷等金屬。

人造磁鐵又分為永久磁鐵和暫時磁鐵兩種。永久磁鐵是經磁化後能長期保留磁性的磁鐵;暫時磁鐵只在被磁化時才有磁性,磁化停止後,磁性就會很快消失。

磁鐵具有如下的性質:

(1)磁鐵的兩端對鐵屑的吸力最大,這兩端稱為磁極。

(2)指南的一極叫做南極(s),指北的一極叫做北極(n)。指南針就是小型的永久磁鐵3)同極性相斥,異極性相吸。

(4)當用磁鐵吸引鐵屑時,在它附近的鐵屑被吸引,離它遠一些的鐵屑沒有被吸引。這說明磁鐵的磁力有一定的作用範圍,磁力作用的範圍稱為磁場。為了形象化,我們用磁力線來表示磁場的分布情況。

磁力線是從磁鐵的北極(n)發出,進人磁鐵的南極(s),在磁鐵的內部則從南極回到北極,形成一條閉合的線,如圖1—4所示。磁力線疏密的程度表示磁場的強弱。在磁鐵外部磁極附近的磁力線最密,說明磁極附近磁場最強。

磁力線上任一點的切線方向,就是該點的磁場方向,即小磁針偏轉後n極所指的方向。

二、電流的磁效應

通電導體周圍存在著磁場,即電流產生磁場,這種現象稱為電流的磁效應。

1.右手螺旋定則

單根導線中通過電流時,產生的磁場方向可以用右手螺旋定則來判斷:用右手握導線,大拇指的指向順著電流的方向,彎曲的四指的指向即為磁力線的方向,如圖1—5所示。

電流和磁場的方向,常採用截面圖表示法,即導線中電流的方向指向讀者,用「⊙」表示磁力線方向,離開讀者用「」表示,導線周圍帶箭頭的同心圓表示磁力線方向,如圖1—6所示。

2.磁勢和磁場強度

要使導體通過電流,必須有一定的電動勢,同樣,要使線圈內產生磁力線,也必須有一定的磁動勢,簡稱磁勢,用f表示,單位為安培,用字母a表示。永久磁鐵和電磁鐵是用通電的線圈來磁化的,如圖1—7所示。通電線圈磁勢大小決定於線圈的匝數與電流的乘積,即f=ni,n表示線圈的匝數,i表示電流的安培數。

磁力線通過的閉合路徑叫做磁路。在磁路中。作用於單位長度的磁勢叫做磁場強度,它是表示磁場強弱的乙個量,用字母h表示。磁場強度與磁勢的關係為

h=ni /l

式中h——磁場強度,a/m;

ni——磁勢,a;

l——磁路的長度,m。

通過某垂直面積s的磁力線數叫做磁通,用希臘字母φ表示,磁通的單位是韋[伯],用字母wb表示。

通過單位面積(與磁力線的方向垂直)的磁力線根數叫磁通密度,也叫做磁感應強度,用字母b表示,單位是特[斯拉],用字母t表示。

磁感應強度與磁場強度的關係可表示為

b=μh。

式中b——磁感應強度,t;

h——磁場強度,a/m;

μ——磁導率,h/m。

用磁導率μ說明物體的導磁性能。鋼鐵磁性物質的磁導率大,磁力線容易通過,所以常用鋼鐵作為磁力線的通路。

三、電磁感應

閉合導體在磁場中切割磁力線或導體周圍磁場發生變化時,導體中會產生感應電動勢,這種現象稱為電磁感應現象。由電磁感應現象產生的電動勢稱為感應電動勢。感應電動勢的大小決定於一秒鐘內切割磁力線的根數,切割磁力線根數越多,產生的電勢就越高。

也就是說,磁鐵的磁場的導線或線圈多、移動的速度快,產生的電勢就高。

目前使用的交、直流發電機和變壓器就是根據電磁感應原理製成的。

第三節交流電的基本概念

一、 交流電的概念

凡是大小和方向都隨時間做週期性變化的電壓、電流和電動勢統稱為交流電。

二、交流電的產生

正弦交流電是由交流發電機產生的。如圖1—8a所示為最簡單的交流發電機結構示意圖。在靜止的n極和s極之間放置圓柱形鐵心,鐵心上繞有一匝線圈,鐵心和線圈合稱為電樞。

線圈的兩端分別接到兩隻相互絕緣的銅製滑環上,銅環固定在轉軸上,通過電刷與外電路接通。

當用電動機拖動電樞旋轉時,導體將切割磁力線而**圈中產生感應電動勢。為了使線圈中的感應電動勢能按正弦規律變化,通常把磁極做成特定的形狀,如圖1—8b所示,使電樞表面的磁感應強度按正弦規律分布,在磁極中心位置,磁感應強度最大,用bm表示,在磁極分介面oo'處,磁感應強度為零(磁感應強度為零的點組成的平面叫中性面),且磁感應強度方向總是與鐵心表面垂直。如果線圈所在位置與中性麵成α角,則電樞表面的磁感應強度為:

b=bmsinα

當電樞在磁場中從中性面開始以速度v逆時針勻速旋轉時,線圈中感應電動勢的大小為:

e =2 bmlvsinα

當a=90°時,感應電動勢最大,為:

e=2 bmlv

則線圈電動勢的大小可表示為:

e =emsinα

如果使線圈從中性面開始,以角速度ωt勻速旋轉,則上式也可寫成:

e =emsinωt

由上式可知,線圈中的感應電動勢是按正弦規律變化的,如圖1—8c所示。因為線圈與外電路的負載接通,形成閉合迴路,所以外電路中也就產生了如圖1—8c所示的正弦電流,用公式表示為:

i =imsinωt

三、單相交流電和三相交流電

在交流發電機裡,由於發電機線圈的組數不同,交流電又分單相交流電和三相交流電。單相交流電的產生是發電機只有一組獨立線圈(繞組),所發的電為單相交流電。三相交流電的產生與單相交流電在原理上是相同的,只不過三相交流發電機有3個獨立的線圈,常稱三相繞組,彼此相距120°。

3個繞組共有6個頭,其接法有星形和三角形兩種。

1.星形接法

如圖3—11所示,將發電機三相繞組的末端u2、v2、w2連在一起,始端u1、v1、w1分別引出三根線,這種聯結方式稱為星形聯結,用y表示。從始端u1、v1、w1引出的三根線稱為相線或端線,俗稱火線;末端接成的一點稱為中性點,簡稱中點,用n表示;從中性點引出的線稱為中性線,簡稱中線。有中線的三相制,叫做三相四線制。

低壓供電系統的中性點是直接接地的,把接大地的中性點稱為零點,而把接地的中性線稱為零線。

工程上u、v、w三相線分別用黃、綠、紅顏色來區別,零線或中線用黃綠相間色的線表示。

三相四線制可輸送兩種電壓,一種是端線與中線之間的電壓,即各相繞組兩端的電壓叫相電壓,另一種是端線與端線之間的電壓,叫線電壓。

第一章基本知識

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