电学基础知识讲座1..ppt

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1、主讲人：永兴职业中专学校主讲人：永兴职业中专学校李慧杰李慧杰电学基础知识讲座电学基础知识讲座电学基础知识讲座电学基础知识讲座主讲人：永兴职业中专学校李慧杰主讲人：永兴职业中专学校李慧杰1 1 多盏路灯（一盏装在厕所）由一个开关控制，能正常开灯，但关灯时处于半亮状态不能全关死。2 学校三栋教师住房A、B、C，白天有时停电，所有电器不能工作，有电时电压时高时低，晚上三栋楼的电压相差很大，并且不同时间哪栋楼的电压高没有规律。3 学校三台抽水机时不时抽不上水，没有规律，电工师傅把密封圈全换了，下午能抽水，可第二天晚上又不能抽水，感到很疑惑，附近的人说电动机经常自己换方向，也不能理解。如果你能轻松解释这

2、些故障产生的原因，那恭喜你，你的理论知识和实践能力肯定不一般。问题的提出2本讲学习目标本讲学习目标l理解导体、绝缘体、半导体的概念。理解导体、绝缘体、半导体的概念。l掌握导体导电的本质。掌握导体导电的本质。l了解生活和电力工程中常用的导体和绝缘体。了解生活和电力工程中常用的导体和绝缘体。l能判断电路中电流的方向。能判断电路中电流的方向。l重点掌握三相交流电的产生、特点和相关参数重点掌握三相交流电的产生、特点和相关参数 3导体和绝缘体导体和绝缘体什么是导体、绝缘体？什么是导体、绝缘体？导导体体:自然界中很容易导电的物质。如自然界中很容易导电的物质。如金属、大地、人体、金属、大地、人体、酸碱盐的水

3、溶液酸碱盐的水溶液。银的导电能力最好、其次是铜、铝银的导电能力最好、其次是铜、铝绝缘体：绝缘体：很难导电的物质。如很难导电的物质。如橡胶橡胶、陶瓷陶瓷、塑料、塑料、油、空气、油、空气、玻璃、干木村玻璃、干木村和和石英石英等。等。半导体：半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间的物质，如锗、硅导电特性处于导体和绝缘体之间的物质，如锗、硅、砷化镓砷化镓等材料等材料说明：说明：当受外界光线的照射时，它的导电能力明显变化当受外界光线的照射时，它的导电能力明显变化-光敏性。光敏性。纯净的半导体几乎不导电，掺入某些杂质后导电能力明显增强纯净的半导体几乎不导电，掺入某些杂质后导电能力明显增强-掺杂性。掺杂性。外

4、界温度的变化，它的导电能力明显改变外界温度的变化，它的导电能力明显改变-热敏性。热敏性。导体和绝缘体不是一成不变的，在导体和绝缘体不是一成不变的，在一定条件下一定条件下可以相互转变。导电橡胶可以相互转变。导电橡胶玻璃玻璃新型导电材料新型导电材料超导体。零下超导体。零下100多度多度4电阻：导体对电流的阻碍作用就叫电阻。它是导体的属性，其大小与导体的材料有关，与导体的长度成正比，与导体的横截面积成反比。思考：1）比较220V100W、220V 25W的灯泡的电阻。2）灯泡冷态、热态电阻的差异。3）灯丝烧断重新搭接起来，亮度怎么变？电阻的大小还与温度有关。温度升高，大部分材料的电阻增大，但有少部分

5、材料的电阻反而变小。制成热敏电阻、感温材料用于自动化控制。电阻的单位：欧姆 千欧 兆欧 （单位换算）导体的电阻5带电的物体能吸引轻小物体（灰尘等）。使物体带电的方带电的物体能吸引轻小物体（灰尘等）。使物体带电的方法有三种：法有三种：接触带电、摩擦带电、感应带电。接触带电、摩擦带电、感应带电。如雷电、人体静电、如雷电、人体静电、飞机外壳带电、静电复印等飞机外壳带电、静电复印等摩擦起电的本质：电子的转移（与正电荷无关）摩擦起电的本质：电子的转移（与正电荷无关）电荷间的相互作用规律：同种电荷相互排斥，异种电荷相电荷间的相互作用规律：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。互吸引。电荷的种类：正电荷、负电

6、荷电荷的种类：正电荷、负电荷电荷的产生和相互作用电荷的产生和相互作用原子的核式结构：原子核原子的核式结构：原子核=质子（带正电）、中子（不带电）质子（带正电）、中子（不带电）核外电子（带负电）（受核的束缚作用）核外电子（带负电）（受核的束缚作用）正电荷包括质子和正离子（原子团）、负电荷包括电子和正电荷包括质子和正离子（原子团）、负电荷包括电子和负离子（原子团）负离子（原子团）6自由电荷：自由离子自由电荷：自由离子（正、负）（正、负）、自由电子、自由电子（具有足够的能量，能（具有足够的能量，能摆脱原子核的束缚，能在金属导体中自由运动）摆脱原子核的束缚，能在金属导体中自由运动）电流的形成电流的形成

7、：自由电荷的定向运动自由电荷的定向运动形成电流。在电场力的作用下，形成电流。在电场力的作用下，正电荷、负电荷正电荷、负电荷定向移动的方向相反，但它们定向移动的方向相反，但它们形成的电流是等效的形成的电流是等效的。（与水流相似）（与水流相似）电流的方向电流的方向：电学中规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，负：电学中规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，负电荷定向移动的方向与电流的方向相反。（载流金属导体内电荷的电荷定向移动的方向与电流的方向相反。（载流金属导体内电荷的运动）运动）电流强度：单位时间通过导体横截面的电量电流强度：单位时间通过导体横截面的电量 。电流的单位：安培电流的单位：安培 毫

8、安毫安 千安（单位换算）千安（单位换算）电流的形成和方向电流的形成和方向7接地的种类和作用接地：把某一对象用金属导线与大地做良好的电气连接接地的种类及作用：工作接地：变压器、发电机的中性点与大地做金属连接。保护接地：把用电器的金属外壳与大地的金属连接。（用专用接地线把工作地点可能送电的线路与大地连接）避雷接地：避雷针、避雷器、架空地线（多点）等接地屏蔽接地：防静电感应、防电磁干扰的设备接地 生产线上防静电接地一般不允许用金属导线直接接地,应串接1兆欧的电阻接地8直流电：电流的大小和方向都不随时间改变的电流或电压。分为恒稳直流、脉动直流交流电：大小和方向都随时间作周期性变化的电压或电流。正弦交流

9、电：按正弦规律变化的交流电叫做正弦交流电。直流电和交流电直流电和交流电9直流电、交流电的变化规律前面的a图为恒稳直流电流的波形图，b图为含有交流成分的直流电流的波形图，c图为正弦交流电流的模拟波形图（也可以画出电压波形图）。直流电是由直流发电机、蓄电池、干电池、充电器、直流电源适配器等提供的。交流电是由交流发电机或变压器提供的。交流信号有一些特殊的参数。如最大值、有效值、周期、频率等。直流电路中，电流是从电源的正极流出，回到电源的负极（实际上是自由电子反方向流动）。交流电路中，电流是按上c图规律变化。10 正弦交流电的基本概念正弦交流电的基本概念正弦量：正弦量：正弦量：正弦量：随时间按正弦规律

10、做周期性变化的量。随时间按正弦规律做周期性变化的量。随时间按正弦规律做周期性变化的量。随时间按正弦规律做周期性变化的量。Ru+_ _ _ _ _ _i iu u+_可以看出：电流的方向和大小都是周期性变化的。可以看出：电流的方向和大小都是周期性变化的。可以看出：电流的方向和大小都是周期性变化的。可以看出：电流的方向和大小都是周期性变化的。基本概念：周期基本概念：周期基本概念：周期基本概念：周期 频率频率频率频率 振幅（最大值）等振幅（最大值）等振幅（最大值）等振幅（最大值）等正半周正半周正半周正半周负半周负半周负半周负半周Ru+_ _11 正弦量的三要素正弦量的三要素设正弦交流电流：设正弦交流

11、电流：设正弦交流电流：设正弦交流电流：角频率：角频率：角频率：角频率：决定正弦量变化快慢决定正弦量变化快慢决定正弦量变化快慢决定正弦量变化快慢幅值：幅值：幅值：幅值：决定正弦量的大小决定正弦量的大小决定正弦量的大小决定正弦量的大小 幅值、（角）频率、初相角成为正弦量的三要素。幅值、（角）频率、初相角成为正弦量的三要素。幅值、（角）频率、初相角成为正弦量的三要素。幅值、（角）频率、初相角成为正弦量的三要素。初相角：初相角：初相角：初相角：决定正弦量起始位置决定正弦量起始位置决定正弦量起始位置决定正弦量起始位置i Im 2 T12 频率与周期频率与周期周期周期周期周期T T：电流电压：电流电压：电

12、流电压：电流电压变化一周所需的时间变化一周所需的时间变化一周所需的时间变化一周所需的时间（s s、msms）角频率：角频率：角频率：角频率：（rad/srad/s）频率频率频率频率f f：（HzHz、kHzkHz）i iT T其它频率：其它频率：其它频率：其它频率：30kHz330kHz3101044MHzMHz、照相、照相、照相、照相 等等等等频频频频率：率：率：率：1 1秒内秒内秒内秒内完成完成完成完成振动的次数振动的次数振动的次数振动的次数角频率：角频率：角频率：角频率：1 1秒内转过的角度（单位：弧度）秒内转过的角度（单位：弧度）秒内转过的角度（单位：弧度）秒内转过的角度（单位：弧度）

13、*电网频率：电网频率：电网频率：电网频率：我国规定为我国规定为我国规定为我国规定为 50Hz50Hz ，也称为工频，也称为工频，也称为工频，也称为工频13交流电的瞬时值、最大值、有效值交流电的瞬时值、最大值、有效值1.瞬时值是指交流电动势、电流、电压在某一时刻所对应的值称为它们的瞬时值。瞬时值随时间的变化而变化。不同时刻瞬时值的大小和方向均不同。正弦交流电的瞬时值表达式为：e=Emsint i=Imsint u=Umsint2最大值是指交变电流在一个周期内所能达到的最大值，如上面三个式子中的Em、Im 、Um就是最大电动势、最大电流、最大电压。Sint的取值范围是【-1，+1】3有效值：交变电

14、流的有效值是根据电流的热效应来定义的，让交变电流和恒稳直流电通过两个完全相同的电阻，如果在相同的时间内产生的热量相等，我们就把这一恒定电流的相关数值叫做交变电流对应参数的有效值。一个周期内直流电通过电阻R所产生的热量为：4.正弦交流电的有效值与最大值的关系；U=，I=I、U 是电流、电压的有效值，Im、Um是电流、电压的最大值 14三相制供电比单相制供电有优势，是世界各三相制供电比单相制供电有优势，是世界各国最主要的供电方式。国最主要的供电方式。在发电方面：在发电方面：三相交流发电机比相同尺寸的单相三相交流发电机比相同尺寸的单相交流发电机容量大，资源利用率更高、效率更高。交流发电机容量大，资源

15、利用率更高、效率更高。在输电方面：在输电方面：如果以同样电压将同样大小的功率如果以同样电压将同样大小的功率输送到同样距离，三相输电线路比单相输电线路更节输送到同样距离，三相输电线路比单相输电线路更节省材料。省材料。在用电设备方面：在用电设备方面：三相交流电动机比单相电动机三相交流电动机比单相电动机结构更简单、维护更容易、启动性能好、运行更平稳、结构更简单、维护更容易、启动性能好、运行更平稳、动力更大。动力更大。在电压方面：在电压方面：三相制供电方式可以同时提供两种三相制供电方式可以同时提供两种不同的电压，更适合不同场合使用。不同的电压，更适合不同场合使用。15三相交流发电机三相交流发电机三相交

16、流发电机三相交流发电机主要组成部分：主要组成部分：主要组成部分：主要组成部分：磁极磁极磁极磁极三相绕组三相绕组n单相绕组单相绕组（是转动的，亦称（是转动的，亦称转子转子转子转子）三相绕组的三相电动势幅三相绕组的三相电动势幅值相等值相等,频率相同频率相同,彼此彼此之间相位相差之间相位相差120。+SN铁心绕组+SN+SN+SN+SN+SN+SN+SN三相交流发电机三相交流发电机电枢电枢电枢电枢（是固定的，亦称（是固定的，亦称定子定子定子定子）：定子铁心内圆周表面）：定子铁心内圆周表面有槽，放入三相电枢绕组。有槽，放入三相电枢绕组。16三相电源三相电源三相电三相电源源是由三相发电机产生的频率相同、

17、幅值是由三相发电机产生的频率相同、幅值相等、相位互差相等、相位互差120的三相对称正弦电压的三相对称正弦电压。UmUm t02 u1u3u2三相交流电压出现三相交流电压出现正幅正幅值（或零值）值（或零值）的顺序称为的顺序称为相序相序相序相序。此相序为此相序为1-2-3-1称为称为正序。相序正序。相序正序。相序正序。相序1-3-2-11-3-2-1称称称称为负序为负序为负序为负序在电力系统中一在电力系统中一般用般用黄、绿、红黄、绿、红黄、绿、红黄、绿、红区别区别A、B、C三相。三相。17120U1U3U2120120三相电压相量图三相电压相量图对称三相电源对称三相电源对称三相电源对称三相电源特点

18、为：特点为：各相电压频率相同、幅值相等、相位互差各相电压频率相同、幅值相等、相位互差120的三相的三相电源称为电源称为对称三相交流电源对称三相交流电源对称三相交流电源对称三相交流电源。对照电压表达式对照电压表达式说明说明相位与初相位。相位与初相位。18相应的相量形式为相应的相量形式为uA uB uC2 t(a)相量图相量图(b)波形图波形图从相量图及波形图中可以看出，在任何瞬间对称三相电源从相量图及波形图中可以看出，在任何瞬间对称三相电源电压的代数和等于零，即电压的代数和等于零，即19星形连接线电压与相电压的相量关系可推导如下星形连接线电压与相电压的相量关系可推导如下根据相量图可得线电压与相电

19、压的根据相量图可得线电压与相电压的数值关系数值关系为为线电压与相电压对应的相量图为线电压与相电压对应的相量图为 线电压与相电压的线电压与相电压的相位关系相位关系为：线电压为：线电压超前超前相电压相电压20 发电机三相绕组的连接发电机三相绕组的连接根据绕组接线的不同，一般有两种解法根据绕组接线的不同，一般有两种解法根据绕组接线的不同，一般有两种解法根据绕组接线的不同，一般有两种解法形联接形联接Y形联接形联接21Y形联接形联接N中性点中性点或零点或零点N把发电机三相绕组的末端把发电机三相绕组的末端联接成一点。联接成一点。而把始端而把始端作为与外电路相联接的端点。作为与外电路相联接的端点。这这种联接

20、方式称为电源的种联接方式称为电源的星形联接星形联接。火线火线中线中线(零线零线)火线火线火线火线线电压线电压相电压相电压我国供电系统提供两种电压：我国供电系统提供两种电压：线电压线电压380V，相电压相电压220V。三相四线制三相四线制22形联接形联接发电机三相绕组依发电机三相绕组依次首尾相联，引出次首尾相联，引出三条三条线线，称为三角形联接。，称为三角形联接。注意注意这里没有了中性点这里没有了中性点线电压线电压=相电压相电压23 三相负载的连接三相负载的连接根据负载类型的不同，一般采用两种解法根据负载类型的不同，一般采用两种解法根据负载类型的不同，一般采用两种解法根据负载类型的不同，一般采用

21、两种解法形联接形联接Y形联接形联接24交流电路中的用电设备，大体可分为两类：交流电路中的用电设备，大体可分为两类：一一类类是是需需要要接接在在三三相相电电源源上上才才能能正正常常工工作作的的叫叫做做三三相相负负载载,如如果果每每相相负负载载的的阻阻抗抗值值和和阻阻抗抗角角完完全全相相等等，则则为为对称负载对称负载对称负载对称负载，如，如三相电动机三相电动机三相电动机三相电动机。另另一一类类是是只只需需接接单单相相电电源源的的负负载载，它它们们可可以以按按照照需需要要接接在在三三相相电电源源的的任任意意一一相相相相电电压压或或线线电电压压上上。对对于于电电源源来来说说它它们们也也组组成成三三相相

22、负负载载，但但各各相相的的复复阻阻抗抗一一般般不不相相等等，所以不是三相对称负载。如所以不是三相对称负载。如照明设备和生活中的一般电器。照明设备和生活中的一般电器。照明设备和生活中的一般电器。照明设备和生活中的一般电器。25Y形联接形联接Ni2i3iNi1N 每相负载中的电流为每相负载中的电流为:中性线中的电流为中性线中的电流为:对称负载时对称负载时对称负载时对称负载时，可以去掉中线。可以去掉中线。可以去掉中线。可以去掉中线。三相交流三相交流电动机电动机26如果三相负载对称如果三相负载对称,中线中无电流中线中无电流,故可将中线故可将中线除去除去,而成为三相三线制系统。而成为三相三线制系统。如果

23、三相如果三相负载不对称负载不对称,中线上就有电流中线上就有电流IN通过通过,此此时中线是不能少的时中线是不能少的,否则电气设备不能正常工作。否则电气设备不能正常工作。这就是三相四线制系统这就是三相四线制系统注意！注意！中线上不允许接开关或熔断器中线上不允许接开关或熔断器中线上不允许接开关或熔断器中线上不允许接开关或熔断器 27i2i3i1N形联接形联接每相负载中的电流为每相负载中的电流为:I328三相负载示例三相负载示例NCBAA相相B相相C相相单相负载联接单相负载联接29三相对称负载三相对称负载三相对称负载三相对称负载：在三相负载中，每相负载的性质、阻抗在三相负载中，每相负载的性质、阻抗在三

24、相负载中，每相负载的性质、阻抗在三相负载中，每相负载的性质、阻抗完全相同完全相同完全相同完全相同不对称的三相负载：不对称的三相负载：不对称的三相负载：不对称的三相负载：各相负载不同。如三相照明电路中的各相负载不同。如三相照明电路中的各相负载不同。如三相照明电路中的各相负载不同。如三相照明电路中的负载。负载。负载。负载。CBA三相负载联接三相负载联接三相负载的连接方法：三相负载的连接方法：三相负载的连接方法：三相负载的连接方法：星形连接星形连接星形连接星形连接或或或或三角形连接三角形连接三角形连接三角形连接。30一、负载的星形联接一、负载的星形联接ZCZBZANCBNA二、负载的三角形联接二、负

25、载的三角形联接BCA相电压相电压线电压线电压相电流相电流=线电流线电流相电压相电压=线电压线电压相电流相电流线电流线电流31三相负载采用何种联接方式由三相负载采用何种联接方式由负载的额定电压负载的额定电压负载的额定电压负载的额定电压决定。决定。当负载额定电压等于电源当负载额定电压等于电源线线线线电压时采用电压时采用三角形三角形三角形三角形联接；联接；当负载额定电压等于电源当负载额定电压等于电源相相相相电压时采用电压时采用星形星形星形星形联接。联接。注意注意注意注意32 三相负载的功率三相负载的功率根据负载的性质把电流做功分为根据负载的性质把电流做功分为根据负载的性质把电流做功分为根据负载的性质

26、把电流做功分为有功功率有功功率无功功率无功功率视在功率视在功率33有功功率有功功率P：在交流电路中，凡是消耗在电阻元件上不可逆转的功率称为有功功率，它反应了交流电源在电阻元件上做功能力的大小，即单位时间内电能转变为其它形式能量的数值。其大小等于电阻元件两端电压有效值与电流有效值的积。如果电路是对称的，则 有功功率的单位：瓦特W 千瓦KW 兆瓦 MW 34无功功率无功功率Q:电学上将电感或电容与交流电源往复交换能量的功率称为无功功率。所有感性或容性元件，在交流电正半周从电源吸收能量建立磁场或电场；在负半周磁场或电场的能量又返还给电源。在1个周期内这种功率的平均值等于零。它们只进行可逆的能量转换，

27、不做有用功，也不消耗功率。计算公式它只表示电源能量与磁场或电场能量交换的能力。电动机、变压器、发电机等都是感线设备，通电后必然先产生磁场（消耗无功）。电容是容性负载，通电后首先建立电场，它们所消耗的功率就是无功功率。如果没有这些无功功率，电动机和电容都无法工作。无功是人们不想做而又不得不做的功。无功功率的单位：乏 、千乏35视在功率S交流电源所能提供的总功率，称之为视在功率，在数值上是交流电路中电压与电流的乘积的根号3倍。计算公式(三相电源）视在功率的单位：伏安（VA）千伏（KVA）。通常用来表示交流电源（如变压器）的容量大小。36功率因数在交流电路中，电压与电流之间的相位差（）的余弦，叫做功

28、率因数，用符号cos表示，在数值上，是有功功率和视在功率的比值。相位角：为有功功率与视在功率的夹角。视在功率、有功功率和无功功率三者构成一个直角三角形，我们称为功率三角形 S2=Q2+P2 （数学中的勾股定理）371.电力系统电力系统三相电压频率相同、幅值相等、相位互差三相电压频率相同、幅值相等、相位互差120，是，是三相对称正弦电压三相对称正弦电压三相对称正弦电压三相对称正弦电压，一般用一般用黄、绿、红黄、绿、红黄、绿、红黄、绿、红表示表示A、B、C三相。三相。2.星形联接星形联接的电源的电源3.在低压配电系统中，通常采用在低压配电系统中，通常采用三相制系统三相制系统供电。如为供电。如为三相

29、对三相对三相对三相对称负载，不接中称负载，不接中称负载，不接中称负载，不接中线线线线；如果；如果三相负载不三相负载不三相负载不三相负载不对称，必需采用三相四线制对称，必需采用三相四线制对称，必需采用三相四线制对称，必需采用三相四线制方式方式方式方式才能保证负载正才能保证负载正常工作，并且中线不常工作，并且中线不允许接开关或熔断器。允许接开关或熔断器。4.三相负载三相负载可以可以星形联接星形联接，也可以，也可以三角形联接三角形联接，采用何种采用何种联接方式由负载的额定电压联接方式由负载的额定电压联接方式由负载的额定电压联接方式由负载的额定电压决定。决定。交流电小结交流电小结385.三相三相对称负载对称负载星形联接时星形联接时6.三相三相对称负载对称负载三角形联接时三角形联接时7.三相三相对称对称负载负载的功率的功率相相电压与相电电压与相电流的相位差角流的相位差角交流电小结交流电小结3940