进网作业-1电工基础

第四节 交流电
一、交流电的三要素： 三要素：最大值、频率、初相位 正弦波交流电：电压、电流按正弦规律周期性变化。
i, u +
0
_
t
周期：正弦量变化一次所需的时间(秒)，T，单位：秒（s） 频率：每秒钟时间内变化的次数，f，单位：赫兹（HZ）
频率与周期之间关系：倒数
1 f T
I
1 T

T
0
i dt
2
1 T

T
0
Im I sin tdt 2
2 m 2
例题： 已知交流电压u= Um sin t , Um =310V, 试求有效值U 和 t =0.1s 时的瞬时值。 解：
f =50Hz，
Um 310 U 220V 2 2
100 u (0.1) U m sin 2ft 310 sin 0V 10
电角频率：也反映正弦波交流电变化的速度，弧度/秒（rad/s）
与周期、频率的关系：
2 2 f T
正弦交流电流的数学表达式为：
i =Imsin（t+φ0）
瞬时值，最大值，电角频率，时间，初相位 有效值：从电流的热效应来规定，在同一时间内，正 弦交流电流 I 和直流电流 I 流过同一电阻产生相同 的热效应，直流电I的值就是交流电 i 的有效值。
iBC
| ZAB |
iCA iAB
UC A
.
.
IC A
.
IC U AB
.
.
IB
| ZBC |
I BC
U BC
.
.
30°
I AB IA
.
.
线电流滞后相电流30°。
相电压=线电压。 线电流是相电流的 3 倍。
IA=IAB-ICA
IB=IAB-IBC IC=IBC-ICA
电功率计算： 因三相对称，三相电路的 总功率等于三倍的单相功率；
b
基尔霍夫第二定律（电压定律，KVL，应用于回路） 内容：任一闭合回路中，总电压升等于总电压降（电动势 的代数和等于电压降的代数和）
I1 c R1
a
I2 d I3 R2 E2
举例： E2 =I2R2 +I3R3
R3
b
四、电功率与焦耳定律 电功：电流通过负载所做的功。单位：瓦· 秒，焦耳，kWh
l R ρ S
电导：物体导电的能力。单位：西门子，S；电阻的倒数。
第二节 直流电路
一、电路：电流所经 过的路径。 组成：电源、负载、 连接导线与控制设 备。
电路两种常见故障：
断路：闭合回路中的某一部分断开。 短路：电源不经负载而直接接通。产生巨大电流，烧坏线路、设备， 危害严重，必须设置保护装置。
U I R
全电路欧姆定律：包含电源（全电路概念），需要考虑 电源内阻
U I R r0
基尔霍夫第一定律（电流定律，KCL，应用于节点）
流入节点的电流等于流出节点的电流: 流入电流 = 流出电流 ，I1+I2=I3
节点定义：电 路中三条及以上 支路的连接点。
I1 c
a
I2 d I3
二、有关相位的几个概念 相位：（t+φ）；t=0，φ- 初相位 相位差：两个同频率交流电之间的相位之差。 同相：两交流电相位差为0°或180 °的偶数倍数； 反相：两交流电相位差为180 °的奇数倍数； 三、感抗和容抗 感抗：电感线圈对交流电的阻力
XL= L=2πfL
容抗：电容对交流电的阻力
U W IUt I Rt t R
2
2
电功率：电流在单位时间内做的功。单位：W,或者kW
U P IU I R R
2
2
焦耳定律：电流流经导体所产生热量的大小，与电阻、 通电时间和电流的平方成正比。
第三节 电与磁的关系
一、磁力线与电磁感应： 磁力线：假想，表示磁场强度和方向。
混联：电路中并联、串联共存。
星三角等效转换计算：P15，推导方法，记忆
U U RU RWU RW W RV V W RVW V RUV
D-Y：
RU
RUV
RUV
RUV RWU RVW RWU
Y-D：
RURV RU RV RW
三、欧姆定律及基尔霍夫定律 部分电路欧姆定律：电流与电压成正比，与电阻成反比
动电
电流方向：习惯上规定为正电荷的运动方向，实际 是带负电的自由电子的移动方向。 电的传送速度：30万公里/秒，等同于光速。
三、几个物理概念：
电荷：带电物质的基本微粒，电子是最小单位，一个电子所带的电荷 为1.9×10-10C
电位：描述电场的物理量。某一点的电位，在数值上等于单位正电荷 在该点所具有的电位能。单位：伏，V
电压：电路中任意两点之间的电位差。单位：伏，V
电动势：与电压是两个不同概念，定义：将单位正电荷由电源负极经 电源内部电路定向移动到电源正极所做的功。单位：单位：伏，V
电流：大量正电荷在电场力作用下做有规则的定向移动。
电流强度：单位时间内通过导体某一横截面的电荷量。单位：安，A。
产生电流的两个条件：电路两端存在电压，电路闭合
三、三个定则： 右旋定则：判定磁场方向，又称安培右手定则。
左手定则：判定受力方向，又称电动机定则。
右手定则：判定感生电动势方向，又称发电机定则。
定则如何套用？方便记忆的四个字：左动右电
四、楞次定律：当通过线圈的磁通量发生变化时，线圈内感 生电流所产生的磁场，总是力图抵抗原有磁场的变化。
五、自感、互感、同名端： 自感：线圈中电流发生变化，引发线圈的磁通量发生变化， 磁通变化感生出电动势。
自感电动势的大小：电流变化速度、线圈的自感系数 电感元件
互感：一个线圈的磁通量变化，在另一个与之有磁场联系 的线圈中感生出电动势。
变压器、互感器原理
同名端：判定互感电动势的方向 六、集肤效应：导体流过交流电，在导体表层的电流密度比 内层大。
二、磁感应强度、磁滞与涡流： 磁通密度：反映磁场强度，单位：特斯拉。
涡流：磁场变化，会在导体（铁芯）内部产生旋涡状的感生电流。 涡流损耗：涡流做功、发热，产生能量消耗。 为什么变压器铁芯使用硅钢片？导磁性；薄片电阻大，减少涡损。
有效利用涡损：
电工仪表：利用涡流产生阻尼力矩，例如机械式的电能表（铝盘）； 高频电炉
1 1 XC ωC 2 π fC
三相交流电：最大值、频率相同，相位互差120°
三、星形、三角形连接、三相电功率
电源星形连接：
A
uA eA eC
A
uAB
变压器、发电机三相 绕组的三个末端接在一 起，该点成为中点或零 点(N)。
相电压 线电压
N
eB
N
uB uCA
C
B
uC uBC
B C
二、电路串并联、星三角转换
电源串联：E=E1+E2+E3……提升电压 电阻串联特点：
电流相等；
总电阻是串接电阻之和； 总电压是各分段电压之和；
电源并联：E=E1=E2=E3……提升容量、供电可靠性
电阻并联特点：
并联电阻两端电压相等；
总电流是各并联支路电流之和；
总电阻的倒数等于各支路电路的倒数之和
三相四线制
线电压是相电压的 3 倍
星形连接的线电压与相电压的关系
向量图
30° 星形联接的发电机或变压器可以输出 两种电压，如：220V和380V。 线电压超前于相电压相位30°。
线电压是相电压的
相电流=线电流。
3 倍。
三角形连接的线电压与相电压的关系
A uCA uAB B u BC C iB iC iA
电阻：电流通过物体时所遇到的阻力。单位：欧姆（简 称欧），Ω
电阻值的表达式：
说明： 电阻值与导体的长度、电阻率成正比，与材料的截面积成反比。 电阻率的大小与导体材质关系：导体、绝缘体、半导体 电阻率与导体温度有关：对于金属，温度上升，电阻率上升；对于大部分绝 缘体，温度上升，电阻率下降。
第一章 电工基础知识
2015年4月
第一节 电的基本概念
一、电的来历与实质：
电是物质运动的一种形式。是物质内所含 电子等载流子运动时的一种能量表现形式。 常称作电能。 电：属于“二次能源”，通过一次能源获 得（煤炭、石油等）。
二、电的类型及传导：
静电：摩擦等外力作用而产生 电 直流电 恒稳直流：蓄电池 脉动直流：整流 单相交流 交流电 三相交流
每条磁力线都是闭合的、互不交叉； 外部：N极—>S；内部：S极—>N极
电磁感应：共生，衍生
电生磁：导体或线圈流经电流，其周围或两极就会产生磁场； 磁生电：导体做切割磁力线的运动，或者穿过线圈的磁力线强度发生 变化，则导体或线圈中就会产生感生电动势；对于闭合导体回路就会 产生感生电流。此现象称之为：电磁感应。
三相对称负载的有功功率
P 3Ul I l cos
无功功率和视在功率为
视在功率：单位kVA
有功功率：单位kW 无功功率：单位kvar
Q 3Ul I l sin
S 3Ul I l
功率三角形
P S cosφ Q S sinφ S P2 Q2
S
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