电工基础知识1.doc

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1、电工基础知识第1节电路的组成1.电路的作用及组成电路是由电源、中间环节和负载组成。中间环节是指导线、各种控制设备、保护设备、电缆等。电源是指发电机或变压器等。负载是指各种用电设备。所以电路是由一些元件和设备组合起来为了完成某种功能的整体。在电力及一般用电系统中,电路起着传输、分配和转换电能的作用。发电厂的发电机组把水的位能、煤的热能或原子能等转换成电能,经过升压后用高压输电线路把电能送到用电地区,再把电压降下来,供用户负载使用。平常所谓“电”,是指一种特殊的能量,称为电能,它能很方便地转换成其他种类的能量,如机械能、热能、光能、化学能等。欲进行电能的转换、传输和分配

2、,必须把电气设备用导线连接起来,组装成电路才能实现。应该注意,在电路的分析和计算中,开始时直接对象不一定是实际设备,而是理想化了的模型(如电阻、电感和电容等),然后再落实到实际的电气设备,这样可以用较少的精力获取较系统的知识,也有利于提高分析同类其他问题的能力。本章内容就是为了完成这一个过渡阶段而设置的。2.电路物基本物理量2.1电流电路中的带电粒子(电子和离子)受到电源电场力的作用,形成有规则的定向运动称为电流。为了衡量电流的大小,引用电流强度这一物理量,在工程简称电流。一般情况下,电流的大小是随着时间在变化的,它是时间的函数,用符号ί(t)表示,ί是瞬时电流。如

3、果在一段时间内电流的大小不变,就称为衡定电流,简称直流。直流电流用I表示,单位A。2.2电位它表示电场中某一点位置所具有的电位能。用ψ表示,单位V。要确定电位能的大小,必须选择一个参考作为比较的标准,通常把电路中的接地点或线路公式点定为0V,称为参考电位。电荷在电场内某点所具有的电位能也可以用电荷从该点到参考点时,电场力所作的功来表示。规定电流的方向为在外路是从高电位指向低电位时,方向为正,反之为负。在电源的内部则是:电流的方向从低电位指向高电位时,方向为正,反之为负。2.3电压在电源电场力的作用下,将对运动的电荷作为,当电场力把单位正电荷从电路a点移到b点所作的功

4、称为ab两点间的电压。用U表示,单位V。辅助单位有kV(千伏)、mV(毫伏)、μV(微伏)等。Uab=(2.1)式中Aout——电场力把电荷Q从a点移到b点所作的功,J;Q——被移动的正电荷量,C;Uab——a、b两点之间的电压,V。对于参考点零电位来说,a点的电位为фα,b点的电位为фb,所以,ab两点之间的电压,也就是ab两点电位之差。因此,电压也称电位差。Uab=фα-фb(2.1)电压的方向是规定为从高电位指向低电位为正方向,所以电压也称作电压降。2.4电动势为了表征在电源的内部外边作功的本领,引入电动势这一物理量。电动势定义为:在电源内部,外力把单位正电荷

5、从电源负极移向正极所作的功称为电动势,用E表示,单位V。如果外力把1库论(C)电荷从负极移到正极,所作的功就是1V。电动势的方向是在电源内部从负脂向正极,在电源外剖从正极指向负极。E=(2.2)式中Aout——局外力移动正电葆所作的功,J;Q——被移动的正电荷量,C;电动热的大小和方向都不随时间而变化的电源提直流电源,电动势力的大小方向随时间而作周期性变化的电源称为交流电源。2.5电能当电流通过电路时,电路内将发生能量。在电源内部,外力不断地克服电场力驱使正负电荷分别向电源两极移动而作功,从而把其他能转换成电能。在外电路,电荷不断地通过负载,把电能转换成其他形式的能

6、,如光能、热能和机械能等。负载消耗的电能等于其端电压与电荷的乘积,电荷又等于电流和时间的乘积。即A=UQ=IUt(2.3)2.6电功率在单位时间内电路中产生的或消耗的电能,称为电功率,简称功率,用P表示,单位W。P=(2.4)式中P——电功率,W,1W=1J/s;t——时间,s。2.7电阻电荷在导体内流动必然要受到导体内分子的阻力,这种阻力称为电阻,用R表示,单位为Ω。实验证明,在一定温度下,对某一种材料,电阻R与其长度L成正比,与其截面S成反比,即R=(2.5)式中ρ—电阻系数Ω·mm2/m。在20时的电阻系数ρCu=0.0177Ω·mm2/m;ρA1=0.029

7、Ω·mm2/。3.电路的工作状态电路在运行中只要导体有电流通过,导体就会发热,若导体电阻提R,电阻所消耗的电能全部变为热能Q,经过时间t秒,其热量为Q=I2Rt(2.6)建筑工程中有些负载是利用导体热效应工作的,如电焊和白炽灯等,但是多数情况发热是有害的,影响设备的使用寿命。为此,对电路的三种工作状态分析如下:1.1开路状态当电路的开关断开时,称为开路。其特征是电流为零,电源端电压值就是电源两端电动势。在检修线路时一般应在开路状态。这种状态电路不工作也不发热。2.2短路状态当电路中有电压的两点被电阻为零的导体连接时,称为短路。其特征是:电流很大,根据电流的热效应

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