第二章、电工基础知识.ppt

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1、朋友们好茂名市安全生产宣教中心茂名市安全生产宣教中心蔡磊蔡磊 主讲主讲大家好，请多多指导13450121238 第二章 电工基础知识 第一节 直流电路在现在社会生活和生产中，人们每天都要用电。那么电是什么？电从哪里来呢？ 1、电是一种无形、无嗅、无味的物质，主要由电荷组成的，参数有电压、电流、电功率、电能等。2、 物质分子原子 3、从上可知，质子和电子都带有一定数量的电荷，质子所带的电荷叫正电荷，电子所带的电荷叫负电荷。 4、平时物体内的正负电荷数相等，因而对外不显电性。当物体在外力作用下得到电子时就带负电，失去电子时就带正电，同性电荷互相排斥，异性电荷相吸引。 1、1电路的基本概念电路的基本

2、概念 一、电路的基本组成 1什么是电路什么是电路 图1-1-1 简单的直流电路 电路是由各种元器件（或电工设备）按一定方式联接起来的总体，为电流的流通提供了路径，如图1-1-1是一个简单的直流电路实物图。15:09415:095实际电路实际电路电路图电路图15:096 2电路的基本组成电路的基本组成 电路的基本组成包括以下四个部分（如图1-1-2）： （1）电源（供能元件）：为电路提供电能的设备和器件（如电池、发电机等）； （2）负载（耗能元件）：使用（消耗）电能的设备和器件（如灯泡等用电器）； （3）控制器件：控制电路工作状态的器件或设备（如开关等）； （4）联接导线：将电器设备和元器件按一

3、定方式联接起来（如各种铜、铝电缆线等）。 3电路的状态电路的状态 （1）通路（闭路）：电源与负载接通，电路中有电流通过，电气设备或元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转换； （2）开路（断路）：电路中没有电流通过，又称为空载状态； （3）短路（捷路）：电源两端的导线直接相连接，输出电流过大对电源来说属于严重过载，如没有保护措施，电源或电器会被烧毁或发生火灾，所以通常要在电路或电气设备中安装熔断器、保险丝等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果。 二、电路模型（电路图） 由理想元件构成的电路叫做实际电路的电路模型，也叫做实际电路的电路原理图，简称为电路图。例如，图1-1-3所示的手电筒电路。

4、理想元件：电路是由电特性相当复杂的元器件组成的，为了便于使用数学方法对电路 进行分析，可将电路实体中的各种电器设备和元器件用一些能够表征它们主要电磁特性的理想元件（模型）来代替，而对它的实际上的结构、材料、形状等非电磁特性不予考虑。图1-1-3 手电筒的电路原理图表1-1常用理想元件及符号二、 电路中的物理量 1、电流 1）、定义：电流是电荷有规则的定向运行。 方向：电流的方向规定为正电荷移动的方向 2）、电流的大小又叫电流强度简称为电流，用I表示单位为安培（A），还有较小的单位毫安（mA）、微安（A） 1A=10mA 1mA=10A I=Q/t Q为电荷量 t为时间 3）、电流密度：J=I/

5、S (A/mm ) 2、电压 又叫电位差，是等于电路中某两点的电位之差，用U表示，单位为伏特（V）。正电荷越多则电位越高，负电荷越多则电位越低。 电位：电路中某点电位是电力将单位正电荷从该点移动到电位参考点所做的功，单位为伏特（V）。用 表示电位 3、电动势 1）定义:电动势是外力将单位正电荷从电源的负极移到正极所做的功，用E表示单位为伏特（V） 2） E= W外力/Q（伏） 3）电动势的方向为负极指向正极（- +） 4）电动势E的大小又是等于电源的开路电压U 4、电阻： 1）定义：电阻是各种材料对电流的阻碍作用，用R表示，单位是欧姆（），不同材料电阻不同。 分类：按电阻不同材料可分为三大类：

6、 导体 绝缘体 半导体 2）导体是导电能力强、电阻小的材料。例：银、铜、铝、铁、钨、等金属，还有碳、水等。 导线电阻的公式：R= L/S 3）绝缘体导电能力很差，电阻很大的材料有塑料、胶、油漆等。 4）半导体导电能力介于导体与绝缘体之间主要有硅、锗等。 1 1、2 2电路的欧姆定律电路的欧姆定律 一、部分电路欧姆定律 1 1条件：条件： 只有负载，不含电源的部分电路。图图1-3-1 1-3-1 部分电路欧姆定部分电路欧姆定律律 2 2内容：内容： 导体中的电流与它两端的电压成正比，与它的电阻成反比。 I =U/R 3 3单位：单位： U伏特（V）； I安耳培（A）； R欧姆（） 注： （1）U

7、、I须属于同一段电路； （2）虽，但绝不能认为R是由U、I决定的； （3）适用条件：适用于金属或电解液。欧姆定律是德国物理学家欧姆定律是德国物理学家乔治乔治欧姆欧姆在在1826年发现的年发现的（1787年年1854年）年） 二、全电路欧姆定律 1 1条件：条件： 由电源和负载组成的闭合电路。 2 2内容内容: : 电流与电源电动势成正比，与电路的总电阻成反比，如图1-3-2。图1-3-2 全电路欧姆定律 电路欧姆定律 I=E/(R+R0) 单位 E电源电动势，伏特（V）； I电路中的电流，安培（A）； R负载电阻，欧姆（） R0电源内阻，欧姆（）E、为定值，I与R成反比。 3 3分析电路的三种

8、情况分析电路的三种情况 （1）通路 （2）开路 （3）短路 1、3 电阻的串联、并联和混联 一、电阻串联电路 定义：电阻的串联把两个或两个以上的电阻依次联接起来，使电流只有一条通路，如图1-5-1。 （一）串联电路的特点（一）串联电路的特点 图1-5-1 电阻串联电路 （1）电路中电流处处相等。 （2）电路总电压等于各部分电路两端的电压之和。 （3）总电阻 结论：串联电路的总电阻等于各个电阻之和。 （4）电压分配 I = U1/R1；I = U2/R2；I =U3/R3 结论：串联电路中各电阻两端的电压与它的阻值成正比。 （5）功率分配 P1/R1=P2/R2 = P3/R3 = = 结论：串

9、联电路中各电阻消耗的功率与它的阻值成正比。 又因 P=P1+P2+P3 所以，串联电路总功率等于各电阻上消耗的功率之和。 （二）串联电路的应用（二）串联电路的应用 1获得大阻值电阻：总电阻。 2限流：总电流。 3分压：电压分配。 4扩大电压表的量程：分压。 二、电阻并联电路 电阻的并联：把若干个电阻一端连在一起，另一端连接在一起，如图1-5-3。 图1-5-3 电阻并联电路 （一）并联电路的特点（一）并联电路的特点 （1）电路中各支路两端的电压相等。 （2）电路中总电流等于各支路的电流之和 （3）总电阻：并联电路总电阻的倒数，等于各个电阻的倒数之和（1/R=1/R1+1/R2+） （4）电流分

10、配并联电路中通过各个电阻的电流与它的阻值成反比。 当只有两个电阻并联时R=R1R2/（R1+R2） 5）功率分配：P1/R1=P2/R2=U 结论：并联电路中各个电阻消耗的功率与它的阻值成反比。 （二）并联电路的应用（二）并联电路的应用 （1）获得小阻值电阻：总电阻 （2）增大电路电流和功率：串并结合图1-5-4 例3并联电路的应用 （3）分流：电流分配 （4）扩大电流表的量程2 三、电阻混联电路 定义：电阻既有串联又有并联的电路。 （1）化简电路）化简电路 a目的：把电路进行等效变换。 b方法：先计算各电阻串联和并联的等效电阻值，再计算电路的总的等效电阻； c步骤： 以下图1-5-5电路为例

11、 第五节 电功率与电能 1、4 电功率与电能 一、电功率： 1、定义：电功率是电荷（ 电流）在单位时间内所做的功，也是电器吸收电能的速度。 用P表示单位有瓦特（W），千瓦（KW）， 匹（ps） 1千瓦=1000瓦=1.36匹 1匹=735.5瓦 2、功率的计算：P=UI=W/t=U/R=IR（瓦） 二、效率 是等于电源的输出功率P与电源产生的功率PE之比。 用表示。 = P/PE 效率越高，损耗越少，但输出功率不大。 三、电能 电能是电流在一定时间所做的功。 用W表示，单位有焦耳（J）,千瓦时（KWh）（即是度） 公式W=Pt=UIt 了解三相交流电的基本概念；熟悉三相电源和三相负载的两种连接

12、方式；掌握对称三相交流电的概念及对称三相电路的分析与计算；理解中线的作用和两种连接方式下线、相电压，线、相电流之间的关系；熟悉对称与不对称下三相电路各种功率的计算方法；了解安全用电的基本常识；学习和掌握三相电路中电压、电流及功率的测量方法。 三相交流电路三相交流电路 现代电力工程上几乎都采用三相四线制。三相交流供电系统在发电、输电和配电方面较单相供电具有很多不可比拟的优点，主要表现在： 1.三相电机产生的有功功率为恒定值，因此电机的稳定性好。 2.三相交流电的产生与传输比较经济。 3.三相负载和单相负载相比，容量相同情况下体积要小得多。 由于上述优点，使三相供电在生产和生活中得到了极其广泛的应

13、用。 三相定子绕组对称嵌放在定子铁心槽中。定子铁心)120sin()120sin(sinmCmBmAtEetEetEe尾端： X Y Z 三相交流电是由三相发电机产生的。发电机主要由定子和转子两大部分构成。定子绕组首端： A B C转子铁心转子绕组转子绕组通电后产生磁场。转轴NS 三相定子绕组与旋转磁场相切割，感应对称三相电动势。 原动机带动转子绕轴旋转，形成气隙旋转磁场。 电路分析中很少用电动势，通常用电压来表示。以A相绕组的感应电压为参考正弦量，则发电机感应的对三相电压分别为：)120sin()120sin(sinmCmBmAtUutUutUu 1. 对称三相交流电的特点u0Tt120UB

14、120 120三相电源Y接时的三个相电压显然是对称的！2. 三相电源的星形（Y）连接方式uAuBuC三相电源尾端连在一起三相电源首端分别向外引出端线，俗称火线。尾端公共点向外引出的导线称为中线，中线俗称零线。显然火线与零线之间的电压等于发电机绕组的三相感应电压相电压 火线与火线之间的电压称为线电压。uABuBCuCA三相电源绕组作Y形连接时，可以向负载提供两种 电压。此种供电系统称为三相四线制。 数量上，线电压uAB是相电压uA的1.732倍；相位上，线电压超前与其相对应的相电压30电角！三相电源Y接时线、相电压之间的关系三个相电压对称电源的中性点总是接地的，因此相电压在数值上等于各相绕组首端

15、电位。线电压与相电压之间的关系UB120120 120ACCACBBCBAABUUUUUUUUU电压等于两点电位之差-UB30AABAAB330cos21UUUU可得同理可得显然，电源Y接时的三个线电压也是对称的！UC-30UA-303. 三相电源的三角形（）连接方式显然发电机绕组作接时只能向负载提供一种电压！三相电源首尾相接构成闭环在电源的三个连接点处分别外引三根火线。 显然，电源绕组作接时，线电压等于发电机绕组的三相感应电压。 发电机三相绕组作接时，不允许首尾端接反！否则将在三角形环路中引起大电流而致使电源过热烧损。uABuBCuCA三相电源绕组作接时，线电压等于电源绕组的感应电压。此种供

16、电系统称为三相三线制。通常电源绕组的连接方式为星形。uAuCuB相线UU30 3plUU日常生活与工农业生产中，多数用户的电压等级为:V220 V380PlUU、V127 V220PlUU、 三相电源绕组连接成Y接方式的最大优越性就是可向负载提供两种不同的电压，且其中线电压是发电机一相绕组感应电压的1.732倍！ 三相四线制供电系统两种电压一般表示为或验电笔的正确握法如下图示你能说出对称你能说出对称三相交流电的三相交流电的特征吗？特征吗？三相四线制供电体制三相四线制供电体制中，你能说出线、相中，你能说出线、相电压之间的数量关系电压之间的数量关系及相位关系吗？及相位关系吗？ 如何用验电笔或如何用

17、验电笔或400V400V以上以上的交流电压表测出三相四线制的交流电压表测出三相四线制供电线路上的火线和零线？供电线路上的火线和零线？电笔头与被测导线接触时，使氖管发光的是火线，不发光的是零线。 利用一块电压表的测利用一块电压表的测量，你能正确判断出火量，你能正确判断出火线和零线吗？线和零线吗？ 三相负载也有Y形和形两种连接方式。1. 三相负载的Y形连接Z NZZiA线电流由连接方式决定了相电流plIIYYuAuBuCY接时负载端电压等于电源相电压(1)对称三相负载满足ZZZZCBA称为对称三相负载。0CBANIIIIY接对称三相负载中通过的电流CCCBBBAAAZ Z ZUIUIUI；iNY接

18、对称三相电流对称，因此 对称负载Y接时，由于中线电流为零，中线不起作用，可以拿掉！ 电源线电压为380V，对称三相负载Y接，Z=3+j4，求：各相负载中的电流及中线电流。 V220732. 13803lpUU设V0220AUV120220BUV120220CU1 .53543jZA1 .53441 .5350220AAZUI根据对称关系：A1 .17344BIA9 .6644CI 对称三相电路的计算可归结为一相电路计算，其它两相根据对称关系可直接写出。0CBANIIII则有解得中线电流实用中，三相电动机、变压器等都是对称三相负载。已知电源线电压为380V。三相Y接照明负载均为“220V、40W

19、”白炽灯50盏，求：U相开路，V相开25盏，W相灯全开时各相电流及中线电流。 (2)不对称三相负载CBAZZZ时，称之为不对称三相负载。 求解不对称三相负载电路时，只要电路中有中线，就可把各相按照单相电路的分析方法分别计算，注意此时中线电流不等于零！U相开路相当于断路，有中线，V相和W相正常工作，电流分别为：照明电路A09. 92205040 A54. 42202540WVII，0UIUB 显然，中线保证了Y接不对称三相负载的相电压平衡。有了中线，各相情况互不影响。VIWINIA15088. 794. 382. 6)93. 387. 7()55. 427. 2()87. 755. 4()93.

20、 327. 2(12009. 912054. 4NjjjjI中线电流由相量图分析 上述照明电路若中线因故断开，且发生：(1)一相断路；(2)一相短路；情况又如何？ (1)无中线一相断路时，其余两相相当于串联接于380V线电压上：V127 V2532 .244 .484 .48380WVUU，2 .2450402204 .4825402202W2VRRV相、，W相均不能正常工作！(2)无中线一相短路时； 此时，V相和W相均通过短路相分别形成回路，各相端电压为380V，高于额定电压220V，显然都会被烧损。 负载不对称而又没有中线时，负载上可能得到大小不等的电压，当有的超过用电设备的额定电压时，可

21、能烧损或减少使用寿命；而有的达不到额定电压不能正常工作。如前面所讲到的照明电路，由于中线断开且一相发生故障，由此造成各相负载的不对称。换句话讲，如果有中线，当一相发生故障时，其它无故障负载相仍能正常工作。因此，对通常工作在不对称情况下的三相电路而言，中线绝对不允许断开！而且必须保证中线可靠。为确保中线在运行中不断开，中线上不允许安装保险丝和开关。2. 负载的形连接线电流三相负载首尾相接构成一个闭环，相电流)(CAABCAABAIIIII对三个结点列KCL方程可得：相量图分析Z Z ZCACABCBCABABUIUIUI； 接时负载的端电压等于电源线电压。由于三个线电压对称，因此三个相电流对称。

22、ZZZiA由三个联结点分别向外引出端线。iABiBiCiBCiCA)(ABBCABBCBIIIII)(BCCABCCACIIIII(1)三相负载对称时-IBCIAICA-IBIAB-IC303030观察相量图可得：uABuBCuCA -IBCIAICA-IBIAB-IC303ABAII即：线、相电流的数量关系为：303BCBII303CACII相位上，线电流滞后相电流30。plII3(2)三相负载不对称时各相电流分别计算：CACACABCBCBCABABABZ Z ZUIUIUI；线、相电流之间不再有 倍的关系3BCCACABBCBCAABA IIIIIIIII；应根据分别计算。ZBCZABZ

23、CA指出图中各电指出图中各电表的读数。表的读数。某设备采用三相三线某设备采用三相三线制供电。当因故断掉制供电。当因故断掉一相时，能否认为是一相时，能否认为是两相供电了？两相供电了？ 三相照明电路如图示，如果中三相照明电路如图示，如果中线在线在处断开，各相灯泡是否还处断开，各相灯泡是否还有电流通过？如果有电流通过时有电流通过？如果有电流通过时，各相灯负载还能正常发，各相灯负载还能正常发 光吗？光吗？为什么照明电路中为什么照明电路中一定要火线进开关？一定要火线进开关？ABCNS（b）V2 101010ABCA1 A2 V1 AN（a）101010BC V A2 A3 A1 V1 复习单相交流电路功

24、率：1. 三相电路的功率 三相电路对称时，各种功率分别为：UISUIQUIP sin ,cos，)VA(33)Var(sin3sin3)W(cos3cos3PPPPPPIUIUSIUIUQIUIUPllllll 三相电路不对称时，各种功率分别为：)VA( )()Var( )W( 2CL2321321QQPSQQQQPPPP其中容性Q为负值和连接方法和连接方法有无关系？有无关系？Y接时PP 3IIUUll，接时PP3 IIUUll， 第三节 电子技术基础 随着科学技术的日益发展，电子技术已深入到生产和生活的各个方面，本次课我们来了解下，最半导体的基本知识。 一、晶体二极管 1、结构：二极管由两层

25、半导体，一个PN结组成。 2、PN结具有单向导电性，即是正向导通，反向截止。二极极管符号为 3、由于二极管就是一个PN结，它也具有单向导电性。 4、二极管的参数 1）最大整流电流(IZ)，是长期允许通过的最大正向电流 2）最高反向工作电压，是击穿电压的一半，用UDm表示。 二、二极管的简易测量 用万用表欧姆档R100或R1K档测，先用两表笔任接二极管两极测出一个电阻，然后交换两表笔再测出一个电阻。若两个电阻一大一小，则是好的，若同样则是坏的。而且当测出电阻小的那次，黑表笔所接的为正极，红表笔所接的为负极。如图所示： 三、二极管整流电路：二极管的应用很广，除用于整流之外，还可以用于发光、发射（或

26、接收）信号，稳压等。 1、单相半波整流电路 2、单相全波整流电路 3、单相桥式整流电路 第二节 晶体三极管 一、晶体三极管 1、结构：三极管由三层半导体组成，有两个PN结。从三层半导体引出三个电极：基极b、发射极e、集电极c。 三极管可分为PNP型和NPN型，电路符号为 二、三极管的电流放大作用：按图做实验： 通过实验可知：1、Ib+IC=Ie， 2、由于Ib很小,ICIe， 3、只有Ib变化，才能引起IC变化。 4、集电极电流增量IC与基极电流增量Ib之比称为电流放大倍数，用(hFE)表示。 5、实际上三极管不能把电流放大，实质三极管相当于一个可变电阻，它用变化的基极电流Ib来控的。且基极电

27、流越大则集电极与发射极间的电阻越小。 6.三极管有放大，饱和，截止三种工作状态。 三、三极管的分类及测试 1、三极管按材料不同可分为锗PNP、锗NPN、硅PNP、硅NPN四种。 测量方法（用万用表R100，R1K档） 一）基极b的判定 假设某脚为基极，用任一表笔接它，另一表笔分别接其它两极，测出两个电阻。若两个电阻一大一小，则假设错误。若一样大（或小），则要交换两表笔，再测出两个电阻，也基本同样很小（或很大），则说明假设正确。 二）管型判定 基极确定后，用黑表笔接基极，红表笔分别接其它两极。若测出两个电阻很小则是NPN型，若测出两个电阻很大则是PNP型。 三）集电极与发射极的判断 按图接线 第

28、三节 晶闸管 晶闸管又叫做可控硅，它有单向可控硅和双向可控硅两种。 一、单向可控硅的特点： 1、结构：单向可控硅有四层半导体，三个PN结。引出三个电极，分别为阳极A、阴极K、控制极G（又叫门极）符号为：VT 内部结构如图： 2、工作原理：只在A、K间加上正向或反向电压，可控硅均不导通。只有A、K间加上正向电压，同时在G极加上正的触发电压，可控硅才可导通。可控硅导通后，撤消G极电压，仍然导通。要可控硅关断，必须撤消A、K间的正向电压，或在A、K间加上反向电压。 3、单向可控硅的测量，用R10档测 A与K或A与G间的正反向电阻均很大。 G与K的正向电阻小，反向电阻很大。 当测得某两极的正向电阻小时

29、，黑表笔所接的为G极，红表笔所接的为K极，另一极为A极。 好坏判定：用黑表笔接A，红表笔接K，此时电阻很大，然后用G极碰一下黑表笔，若电阻变小，且维持在某处不变，则是好的。 4、单向可控硅的应用： 可控整流 直流开关 逆变 变频。 二、双向可控硅 1、结构：它有五层半导体，引出三个电极T1、T2、G符号为VT 内部结构为 2、原理：只要在T1与T2间加上电压，同时在G极加上触发电压，双向可控硅都可导通。 3、测量：用R1档测 T1与G的正反电阻均很小(二十几欧) T2与G或T2与T1间的正反向电阻均很大 当测得某极与其它两极的正反向电阻均很大时，则此极为T2 假设某极为T1，另一极为G，用红表笔接T1，黑表笔接T2，此时电阻很大，然后用G极碰一下T2 . 若电阻变小，且维持在某处不变，则假设正确。 4、双向可控硅主要用于作交流开关或交流调压