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电路通常有三种可能的工作状态。
1.通路状态(负载工作状态)
开关接通,电源与负载构成闭合回路,电路中有电流通过,且电路中的电流、电压、电阻之间满足一定的关系。
2.断路状态(开路状态)
开关断开,电源与负载没有构成闭合回路,电路中无电流(电阻=
),此时电源的端电压称为开路电压,其大小等于电源的电动势。
3.短路状态
短路就是电源未经过负载而直接由导线接通构成闭合回路,电源输出的电流以短路线为回路而不流过负载,若忽略导线的电阻,此时电路中只存在电源的内阻,这时的电流称为短路电流,短路电流一般很大,如果不迅速排除,由于电流的热效应,将会烧毁电源.导线及电路中的其它仪表等。
所以电源短路是一种严重的事故,应严加防止。
三、电流
电流:
带电粒子(电荷)做有规则的定向运动形成的。
电流强度:
电流的方向:
规定正电荷运动的方向为电流的实际方向。
即:
在外电路中电流从电源的正极流向负极,而在内电路,电流从电源的负极流向正极。
电流的单位:
安培,简称安(A);
还有千安(KA)、毫安(mA)、微安(μA)。
四、电压、电位、电动势
电压、电位、电动势都是对电路能量特性的描述。
1.电压
定义:
电场力将单位正电荷从A点移到B点所做的功,称为A、B两点间的电压,记为
。
方向:
规定为由高电位点指向低电位点。
单位:
伏特,简称伏(V);
还常用千伏(KV)、毫伏(mV)。
2.电位
电路中任意一点与参考点之间的电压,我们称为该点的电位,单位:
V。
通常选大地作为参考点,即把大地的电位规定为零电位。
在电子仪器和设备中,常把金属机壳或电路的公共接点的电位规定为零电位。
说明:
电位是某点对参考点的电压,电压是某两点间的电位之差;
电位是相对量,随参考点的改变而改变,而电压是绝对量,不随参考点的改变而改变;
另外电压既有大小也有方向,而电位有正负,没有方向(其正负是相对零电位而言的)。
3.电动势:
电动势是衡量电源力移动电荷做功能力的物理量。
电动势等于电源力将单位正电荷从电源负极移到电源正极所做的功,用E表示,E=W/Q。
电动势与电压的差别:
电压时电场力做功,电动势是非电场力做功;
在电场力作用下,正电荷由电位高的地方向电位低的地方移动,而在电动势的作用下,正电荷由低电位移到高电位;
电压的正方向是正极指向负极(高电位指向低电位),电动势的正方向是负极指向正极(低电位指向高电位);
电压时存在于电源外部,而电动势是存在于电源内部的物理量。
五、电阻
直流电路中的负载性质主要是电阻性的,电阻反映导体对电流起阻碍作用的大小,用符号R表示。
对于一段材质和粗细都均匀的导体来说,在一定温度下,它的电阻与其长度成正比,与材料的截面积成反比,并与材料的种类有关,用公式表示即:
电阻的单位:
(欧姆)、
(千欧)或
(兆欧)。
六、电阻的串并联
1.电阻的串联电路
特点:
1)各电阻上流过同一电流。
2)电路的总电压等于各个电阻上电压之和。
3)电路的等效电阻等于各串联电阻之和,及
4)各电阻上的电压降与各自电阻的阻值成正比。
5)各电阻上消耗的功率之和等于电路所消耗的总功率。
6)典型应用:
电压表扩大量程
2.电阻并联电路
1)并联的各电阻上承受的同一电压。
2)电路的总电流等于各支路电流之和,即
3)并联电路的等效电阻R的倒数等于各并联支路电阻的倒数之和。
即:
4)各并联电阻中的电路及电阻所消耗的功率均与各电阻的阻值成反比。
5)典型应用:
电流表扩大量程
3.电阻的混联
既有电阻串联又有电阻并联的电路称为混联电路。
混联电路的计算方法是:
先按串、并联等效简化的原则,将混联电路简化为一个无分支电路,再进行电压、电流的计算,根据要求,利用分压、分流公式求出所需的电压及电流。
如图1-3中:
;
七.电功和电功率
1.电功
电流流过负载时,负载将电能转换成其他形式的能,叫做电流做功,简称电功。
式中W-电功(J);
U-电压(V);
I-电流(A);
T-时间(s)。
在实际工作中,电功的单位常用千瓦.小时(kW.h)称为“度”。
2.电功率
电流在单位时间内所做的功叫做电功率,简称功率。
式中P-电功率(W);
I-电流(A)。
电功率常用的单位有瓦(W)、千瓦(kW)、毫瓦(mW)。
八.欧姆定律
部分电路欧姆定律:
全电路欧姆定律:
r:
电源的内阻;
R:
外电路总电阻;
E:
电源
电动势。
九.电气设备的额定值
电路中的连接导线及各种非电热性器件的导电部分都有一定的电阻,有电流通过时,不可避免地有一部分电能变成热能,这些热能通常是不能加以利用的,它的存在降低了电气设备的效率,并使设备的温度升高。
电气设备工作时,都规定有最高容许温度,如:
常用的橡胶绝缘导线的最高容许温度为65℃;
电缆的最高容许温度为50~80℃;
电动机的最高容许温度视所用的绝缘材料而定。
如果电气设备工作时温度上升过高,超过了上述温度,绝缘材料就会很快变脆损坏,使用寿命就会缩短,温度再升高,绝缘材料就会炭化甚至燃烧,损坏电气设备,造成严重事故。
电气设备长时间连续工作,稳定温度达到最高容许温度时的电流称为该设备的额定电流,也就是电气设备长时间连续工作的最大容许电流。
电气设备长时间连续工作的电流,不应该超过它的额定电流,否则电气设备将因过度发热而缩短寿命或烧毁。
各种电气设备在正常工作时,达到稳定温度所需要的时间不同,工作电流短时间超过额定值还是允许的。
具体可参阅电气设备运行规程。
电气设备中绝缘材料的使用寿命除受温度影响外,还取决于所加的电压,如果电压过高,可能导致绝缘材料击穿,而且通过电气设备的电流也与所加电压密切相关,所以为了限制电气设备中的电流不致过大并保证绝缘材料的使用安全,加在电气设备上的电压有一定的限额,称为额定电压。
电气设备的额定值都在铭牌上标出,使用时必须遵守。
电气设备在设计制造时,一般都规定了它的额定电压和额定电流,但某些只具有电阻的器件,其电流与电压有正比的关系,只需给出其中的一项就够了。
直流电路中,额定电压与额定电流的乘积为额定功率。
但是,用电器实际消耗的功率是由实际使用的条件(如实际电压)来决定的,不一定等于额定功率。
第2节
正弦交流电基础知识
一.正弦交流电的基本概念
大小和方向均随时间变化的电流(电压或电动势)叫交流电。
交流电中应用最广的是按正弦规律变化的交流电,称为正弦交流电。
一般所说的交流电大多是指正弦交流电。
交流电和直流电比较,具有许多优点,所在生产和生活中使用的电能几乎都是交流电。
二.正弦交流电的“三要素”
1.瞬时值、最大值、有效值(从不同角度表示大小)
1)瞬时值:
交流电任意时刻的值。
用英文小写字母e、u、i分别表示电动势、电压、电流的瞬时值。
2)最大值:
瞬时值中的最大值称为最大值或幅值。
用带角标m的大写英文字母表示,如
,
3)有效值:
交流电每一时刻的值不同,难以取某一瞬时值作为大小标准,所以用交流电在一定时间内做功多少来衡量交流电的大小。
当交流电流和直流电流分别通过阻值相同的电阻时,如果在相同时间内,两个电阻产生的热量相等,则把这个直流电流的值称为交流电的有效值。
电动势、电压和电流的有效值分别用大写字母E、U、I表示。
有效值与最大值间的关系是:
2.周期、频率和角频率(从不同角度表示变化快慢)
1)周期:
指交流电每重复变化一次所需的时间,用T表示,单位为秒(s)
2)频率:
指每秒钟交流电重复变化次数,用f表示。
它与周期互为倒数关系,
频率的单位为赫兹,简称赫(Hz)。
常用单位有千赫(kHz)、兆赫(MHz)。
我国的供电频率为50Hz,这种频率习惯上称为工频。
3)角频率:
值交流电每秒钟变化的弧度数,用ω表示,单位为弧度/秒(rad/s)。
因为交流电在一个周期内,变化了2π弧度,所以角频率与频率、周期的关系为:
3.相位、初相位和相位差
1)相位:
确定交流电每一瞬间数值的电角度(
),称为相位。
其单位为弧度或度(角度)。
2)初相位:
当t=0时,ωt=0,此时的相位角称为初相角,简称初相,它决定交流电在t=0时刻瞬时值的大小。
初相可为正也可为负,它表示的交流电变化的起点所处的状态。
3)相位差:
分析交流电,经常会遇到几个同频率的正弦量,它们之间不仅有数量关系还有相位关系。
把同频率交流电的初相之差称为相位差。
把最大值、频率、初相位称为正弦交流电的三要素。
三.三相交流电路
三相交流电路在电力系统中占有重要地位。
1.三相交流电路的基本概念
三相对称交流电:
三个最大值相同、频率相同、相位互差120°
的正弦交流电。
相电压:
相线与中线间的电压叫相电压。
线电压:
相线与相线间的电压叫线电压。
2.相电压与线电压的关系
三相电源作Y联结时,可输出两种电压:
相电压和线电压,线电压是相电压的
倍。
3.三相负载的联结
三相负载接三相电源,各相负载中流过的电流称相电流。
用
表示;
三根相线中流过的电流称为线电流,用
表示。
三相对称负载可以接成Y或△,但是不对称负载要接成Y。
当三相负载作△联结时,在数值上;
而每相负载两端的相电压等于电源的线电压。
当三相负载作Y联结时,线电流等于相电流,在数值上每相负载两端的相电压等于电源线电压的
4.三相对称负载的功率
对称电路中,各相负载相等,各相电路中功率相等,三相总功率为
而负载Y联结时:
负载△联结时:
所以:
第3节
常用电工仪表的使用
电工测量仪表种类很多,按用途分有电流表、电压表、钳形表、兆欧表、万用表、电能表等等;
按工作原理分有磁电式、电磁式、电动式和感应式等。
一.电流表、电压表
电流表、电压表是用来测量线路中的电流与电压。
有测量直流的直流表和测量交流的交流表之分。
1.电流表
测量电流的仪表称为电流表。
测量电流时电流表必须串联接入被测电路,为了使电流表的串入不影响电路原有的工作状态,电流表的内阻应远小于电路的电阻。
若误将电流表并联在电路的两端,则电流表将被烧毁。
(1)直流电流的测量
直流电流的测量一般使用磁电式仪表,这种仪表的测量机构只能通过几十微安到几十毫安的电流,如被测电流不超过允许值,可将表头直接与负载串联;
如被测电流超过测量机构的允许值,就需要在表头上并联一个分流电阻。
使用直流电流表时应注意正、负端的连接,标有“+”的接线端应为电流的流入端,标有“-”的接线端应为电流的流出端。
(2)交流电流的测量
交流电流的测量一般使用电磁式仪表,进行精密测量时使用电动式仪表,由于这两种仪表的线圈绕组既有电阻又有电感,如用并联分流器的办法扩大量程,分流器很难做得准确。
因此,一般不并联分流器,而是将固定线圈绕组分成几段,用绕组的串、并联来实现。
当被测电流很大时,可利用电流互感器来扩大电流表的量程。
二.万用表
万用表是电工经常使用的多用途仪表,可以用来测量交流、直流电压,直流电流和电阻。
有的还可以测量交流电流、电感、电容、音频电平(输出)等。
万用表的性能好坏主要以灵敏度来表示。
灵敏度越高,表明测量仪表对被测电路的影响越小,测量误差(不包括仪表本身的误差)也就越小。
万用表使用时注意:
1.量程转换开关必须拨在需测档位置,不能放错,如果测量电压时误将转换开关拨在电流或电阻档,则将损坏表头。
2.在测量电流或电压时,如果对于被测电流、电压大小心中无数,应先拨到最大量程上测试,以保证指针不致打坏,然后再拨到合适的量程上测量,以减小误差。
但是不可带电转换量程。
3.在测量直流电压或直流电流时,必须注意仪表的极性。
仪表的正负端应各与电路的正负端相接。
在测量电流时,应特别注意必须把电路断开,将电表串接于电路之中。
4.测量交流电压时须考虑到被测电压的波形。
因为万用表交流电压档的刻度实际上是按照正弦交流电压经过整流后的平均值换算到交流有效值来刻度的,所以不能用它来测量非正弦交流电的有效值。
非正弦交流电的有效值一般可用电动式或电磁式仪表来测量。
5.测量电阻时必须将被测电路与电源切断,当电路中有电容存在时必须先将电容短路放电,以免损坏仪表。
电阻的量程应选得合适。
在测低电阻时要注意接触电阻,在测量高电阻时应注意不可加入并联电路(如不应该将人手接触测量试棒或电阻引线部分)。
6.表上有一个零点调整电位器,这是供测量电阻时调零用的。
测量时应先将测试棒短接,调节器后指针应偏转到零,若无法调节到零点,则说明电池电压不足或内部接触不良。
7.每次测量完毕后,应将转换开关拨到测交流电压最高一档,以免他人误用,造成仪表损坏,也可避免由于将量程拨在电阻档,而把测试棒碰在一起致使表内电池长时间地耗电。
第4节
安全用电常识
一.触电的概念
因人体接触或靠近带电体所引起的局部受伤或死亡现象为触电。
按人体受伤的程度不同,触电可分为电击和电伤两类。
1.电击
电击通常是指人体接触带电体后,人的内部器官受到的伤害。
这种伤害是造成触电死亡的主要原因,后果严重,所以是最严重的触电事故。
2.电伤
电伤通常是指人体外部受伤,如电弧灼伤,以及人体局部与带电体接触造成肢体受伤等情况。
二.电流对人体的危害
电击是由于电流流过人体内部造成的,其对人体伤害的程度由通过人体的电流的频率、大小、时间长短、触电部位以及触电者的生理性质等情况而定。
实践证明,低频电流对人体的伤害大于高频电流,而电流流过心脏和中枢神经系统则最危险。
通常,1mA的高频电流流过人体时,就会使人有不舒服的感觉,10mA电流人体尚可摆脱,称为摆脱电流,而50mA的电流通过人体时,就会有生命危险。
当通过人体的电流达到100mA时,就足以致人死亡。
同样情况下,受电击时间越长,后果越严重。
三.常见的触电原因
1.不遵守安全规程,直接接触或过分靠近电气设备的带电部分。
2.电气设备安装不合乎规程的要求,接地不良,带电体的对地绝缘不够。
3.人体触及到因绝缘损坏而带电的电气设备外壳和与之相连接的金属构架。
4.不懂电气技术和一知半解的人,到处乱拉电线、电器所造成的伤害。
四.常见的触电形式
1.单相触电
人体直接接触带电设备及线路的一相时,电流通过人体而发生的触电现象称为单相触电。
此时人体受到相电压的作用,电流经人体和大地构成回路。
2.两相触电
人体同时触及带电设备及线路的两相导体而发生的触电现象称为两相触电。
此时人体受到线电压的作用,通过人体的电流更大,是最危险的触电方式。
3.“接触电压”与“跨步电压”触电
在高压设备的情况下,如果有人用手触及外壳带电的设备时,两脚站在离接地体一定距离的地方,此时,人手接触的电位为
,两脚所站地点的电位为
,那么,人手与脚之间的电位差为
,称为接触电压。
人行走时两脚跨步的距离之间的电位差称为跨步电压。
接触电压与跨步电压的大小与接地电流的大小、土壤电阻率、设备接地电阻及人体位置等因素有关。
五.安全用电的技术措施
安全用电的基本方针是“安全第一,预防为主”。
为预防直接触电和间接触电,必须采取必要的电气安全技术措施。
1.保护接地
将电气设备在正常情况下不带电的金属外壳或构架,与大地之间做良好的接地金属连接。
保护接地适用于中性线不直接接地的电气设备。
采用了保护接地措施后,即使偶然触及漏电的电气设备也能避免触电。
2.保护接零
将电气设备在正常情况下不带电的金属外壳或构架,与供电系统中的中性线(零线)连接。
保护接零适用于三相四线制、中性线直接接地的供电系统。
注意:
在同一供电系统中,不允许一部分电气设备采用保护接地,而另一部分采用保护接零。
3.采用安全电压
选用安全电压必须考虑用电场所和用电器对安全的影响。
机床照明、移动星灯、手持电动刀具以及潮湿场所的电气设备,使用安全电压为36V,凡工作地点狭窄、工作人员活动困难,周围有大面积接地导体或金属构架(如金属容器内),因而存在高度触电危险的环境以及特别的场所,则应采用24V或12V为安全电压。
4.采取屏护
屏护装置包括遮拦和障碍。
遮拦可防止无意或有意触及带电体,障碍只能防止无意触及带电体。
屏护装置应符号安全条件。
5.保证电气设备的绝缘性能
使用绝缘材料将带电导体防护隔离起来,使电气设备及线路能正常工作,防止人身触电,即绝缘防护。
完善的绝缘可保证人身与设备的安全。
绝缘不良,会导致设备漏电、短路,从而引发设备损坏及人身触电事故。
所以,绝缘防护是最基本的安全保护措施,其前提是电气设备的绝缘必须与其工作电压相符。
6.合理选用电气装置
根据场所特点选用适当的电气装置,以满足安全的要求。
安全文明生产是每个职工不能忽视的重要内容。
违反安全操作规程,会造成人身事故和设备事故,不仅对国家和企业造成经济损失,而且也直接关系到个人的生命安全。
六、触电急救常识
人体发生触电事故,若能及时采取有效、正确的救护措施,可以大大降低死亡率。
触电急救的第一步是使触电者迅速脱离电源,第二步是现场救护。
1.使触电者迅速脱离电源
使触电者脱离电源的方法,具体做法可以用五个字概括:
1)“拉”:
指就近拉开电源开关,拔出插头或瓷插熔断器。
2)“切”:
指用带绝缘的利器切断电源线。
3)“挑”:
如果带电导线搭落在触电者身上或身下时,可用干燥的木棍、竹竿等挑开导线,或用干燥的绝缘绳套拉电线,使触电者脱离电源。
4)“拽”:
救护人员可戴上手套或在手上包缠干燥的衣服、围巾、帽子等绝缘物品拖拽触电者,使之脱离电源。
5)“垫”:
如果带电导线缠绕在触电者身上,救护人员可先用干燥的木板塞进触电者身下,使其与地绝缘来隔断电源通路,然后再采取其他方法把电源迅速切断。
2.电话紧急通知附近医院做好急救准备
在触电者脱离电源后,应立即用电话紧急通知附近医院做好急救准备,或通知医护人员到现场救护,并做好送触电者去医院的准备工作。
3.现场救护
根据触电者受伤害的程度,采取一定的抢救措施:
对伤害不严重、神志清醒、有知觉的触电者,应让触电者在温度适宜、通风良好的场所静卧休息,并严密观察,同时请医生前来或送医院就医。
若触电者有心跳无呼吸,则需要将病人仰卧平地上,鼻孔朝天颈后仰,进行人工呼吸。
若触电者有呼吸无心跳,则需要将病人仰卧平地上采用胸外挤压进行救护。
4.迅速送往医院救护
第5节
变压器与电机知识
一.变压器
1.变压器的分类和用途
一般按用途分类,常见的有下列几类;
1)电力变压器:
供输配电系统中升压或降压使用,应用最为广泛。
2)特殊用途变压器:
如电炉变压器,电焊变压器,整流变压器等。
3)仪用互感器:
供测量和断电保护用,常见的有电压互感器和电流互感器。
4)试验变压器:
如供电气设备作耐压试验的高压变压器。
5)控制变压器:
用于自动控制系统中的小功率变压器。
变压器的主要用途是:
改变交变电压,改变交变电流,变换阻抗及改变相位等。
2.单相变压器
1)单相变压器的基本结构:
变压器主要是由铁心和绕组两大部分组成。
铁心是变压器的磁路部分,绕组是变压器的电路部分,两绕组具有不同的匝数
和
且互相绝缘,其中接电源的一侧叫一次绕组,接负载的一侧叫二次绕组。
2)单相变压器的基本工作原理
变压器室利用电磁感应原理工作。
单相变压器空载运行时,一次绕组中通过空载励磁电流
,在铁心中激起交变主磁通
,在一、二次绕组中产生感应电动势
、
单相变压器负载运行时,只要一次电压
一定,则铁心中主磁通最大值
就基本一定,当二次电流
增大时,一次电流
也随之增大,以维持
的基本不变,并维持变压器的功率平衡。
变压器一次、二次侧的电压与匝数成正比,而电流与匝数成反比。
变压器不但具有电压变换和电流变换的作用,还具有阻抗变换的作用。
当变压器二次绕组接上阻抗为
负载后,相当于直接接在一次绕组上的等效阻抗
这种特性常用于电子电路中的阻抗匹配,使负载获得最大功率。
二.三相异步电动机
1.三相异步电动机由定子和转子两大部分组成。
定子包括定子铁心、定子绕组和机座等,转子包括转子铁心、转子绕组和转轴等。
定子铁心的作用是作为电动机磁路的一部分和放置定子绕组。
定子绕组是电机的电路部分,通入三相交流电,即可产生旋转磁场。
机座的主要作用是固定定子铁心,发散电动机运行中产生的热量。
转子铁心也是作为电动机磁路的一部分,并放置转子绕组,转子绕组的作用是产生感应电流形成电磁转矩,分笼型和绕线型两种结构。
2.基本工作原理
对称三相定子绕组中通入对称三相正弦交流电,便产生旋转磁场。
旋转磁场切割转子导体,便产生感应电动势和感应电流,转子导体受旋转磁场的作用,形成电磁转矩,转子便旋转起来。
三相异步电动机的转向总是和旋转磁场的旋转方向一致,而旋转磁场的方向又取决于电动机的三相电流相序,要改变转向,只需改变电流的相序,即任意对调电动机的两根电源线,便可使电动机反转。
1)旋转磁场
旋转磁场产生的条件是:
定子绕组必须是对称三相绕组,通入定子绕组的必须是对称三相正弦交流电。
旋转磁场的旋转方向与加在定子绕组首端上三相电源的相序一致。
旋转磁场的转速又叫同步转速。
式中p为磁极对数,
为电源频率。
2)三相异步电动机的转动原理
对称三相正弦交流电通入对称三相定子绕组,便形成旋转磁场。
旋转磁场切割转子导体,便产生感应电动势和感应电流。
感应电流受到旋转磁场的作用便形成电磁转矩,转子便沿着旋转磁场的转向逐步转动起来。
转子转速不断升高,但不可能达到同步转速。
如果
则转子导体与旋转磁场之间就不再存在相互切割运动,也就没有感应电动势和感应电流,也就没有电磁转矩。
转子转速就会变慢。
由于在电动状态下总是
,因此称为“异步”电动机。
又因其转子电流是由电磁感应产生的,又称“感应”电动机。
3)三相异步电动机的运行原理
电动机空载S很小,约为0.004~0.007;
额定运行状态下,由于
很接近
,故
约为0.01~0.07。
3.铭牌数据
额定电压指线电压,额定电流指线电流,还有额定额定功率,额定功率因数,接线方式,额定转速等。
4.三相异步电动机的启动
(1)对启动的要求:
应有足够大的启动转矩,以保证能启动并尽量缩短时间;
应减小启动电流,以减小对电
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