电学基础知识讲座1.

本讲学习目标
理解导体、绝缘体、半导体的概念。
掌握导体导电的本质。
了解生活和电力工程中常用的导体和绝缘体。 能判断电路中电流的方向。 重点掌握三相交流电的产生、特点和相关参数
导体和绝缘体
什么是导体、绝缘体？
导 体: 自然界中很容易导电的物质。如金属、大地、人体、 酸碱盐的水溶液。银的导电能力最好、其次是铜、铝 绝缘体：很难导电的物质。如橡胶、陶瓷、塑料、 油、空气、 玻璃、干木村和石英等。 半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间的物质，如锗、硅 、砷化镓等材料
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
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
问题的提出
•
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。
•其它频率： 30 kHz ~ 3×104 MHz、照相 等
•频 率：1秒内完成振动的次数 •角频率：1秒内转过的角度（单位：弧度）
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=Emsinωt i=Imsinωt u=Umsinωt 2．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。Sinωt的取值范围是【-1，+1】 3．有效值：交变电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： I U 0 . 707 U 4.正弦交流电的有效值与最大值的关系；U= 2 ，I= 2 0.707I I 、U 是电流、电压的有效值，Im、Um是电流、电压的最大值
L 1
绕组
三相绕组的三相电动势幅 值相等, 频率相同, 彼此之 间相位相差120°。
三相电源
三相电源是由三相发电机产生的频率相同、幅 值相等、相位互差120°的三相对称正弦电压。 u1 U m sin t u2 U m sin( t 120 ) u3 U m sin( t 240 ) U m sin( t 120 )
12 U
N
中线(零线)
31 U 23 U
L 2 火线 L 3 火线
相电压
三相四线制 我国供电系统提供两种电压：线电压 380V，相电压220V。
Δ 形联接
发电机三相绕组依 次首尾相联，引出三条 线，称为三角形联接。
L1 L2 L3
Ul U p
注意 这里没有了中性点 线电压=相电压
三相负载的连接
导体的电阻
• 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）
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
Δ 形联接
Y 形联接
把发电机三相绕组的末端 L L3 联接成一点。 1 L2 L1 L 2 L 3 作为与外电路相联接的端点。 这种 联接方式称为电源的星形联接。
中性点 或零点 N
Y 形联接
L1 火线
1 U 2 U 3 U
线电压
电、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）
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。
电流的形成和方向
自由电荷：自由离子（正、负） 、自由电子（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） 电流的形成：自由电荷的定向运动形成电流。在电场力的作用下， 正电荷、负电荷定向移动的方向相反，但它们形成的电流是等效的 。（与水流相似） 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） 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 毫安 千安（单位换算）
说明：
导体和绝缘体不是一成不变的，在一定条件下可以相互转变。导电橡胶 玻璃 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。 当受外界光线的照射时，它的导电能力明显变化------光敏性。 外界温度的变化，它的导电能力明显改变-----热敏性。 新型导电材料——超导体。零下100多度
电荷的产生和相互作用
电荷的种类：正电荷、负电荷 原子的核式结构：原子核=质子（带正电）、中子（不带电） 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 负离子（原子团） 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： 接触带电、摩擦带电、感应带电。如雷电、人体静
m m m m
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。
在电压方面：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。 在发电方面：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。 在输电方面：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 省材料。 在用电设备方面：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、 动力更大。
所以不是三相对称负载。如照明设备和生活中的一般电器。
Y 形联接
1 U
L1
i1
iN
Z3
Байду номын сангаасZ1
N
N
2 U 3 U
L2 L3
i2
i3
Z2
•
三相交流 电动机
每相负载中的电流为:
1 U 1 I Z1
2 U 2 I Z2
3 U 3 I Z3
中性线中的电流为:
N I 1 I 2 I 3 I
三相交流发电机
三相交流发电机主要组成部分： 电枢（是固定的，亦称定子）：定子铁心内圆周表面 有槽，放入三相电枢绕组。 L1 L 2 L 3 磁极 （是转动的，亦称转子） L1 + L2 L3 S L L L 3 1 2 L L 1 1 n –
单相绕组
+
三相绕组
L3
+
N
+
L2
铁心
N I 1 I 2 I 3 0 ， 可以去掉中线。 对称负载时 I
如果三相负载对称, 中线中无电流, 故可将中线 除去, 而成为三相三线制系统。 如果三相负载不对称, 中线上就有电流IN通过, 此
时中线是不能少的, 否则电气设备不能正常工作。这
就是三相四线制系统 注意！！！
初相角：决定正弦量起始位置
角频率：决定正弦量变化快慢 幅值：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。
频率与周期
周期T：电流电压变化一周所需的时间 （s、ms） 1 f （Hz、kHz） 频率f： T 2 π 角频率： ω 2πf （rad/s） T i
T
t
* 电网频率：我国规定为 50 Hz ，也称为工频
根据负载类型的不同，一般采用两种解法
Δ 形联接
Y 形联接
交流电路中的用电设备，大体可分为两类： 一类是需要接在三相电源上才能正常工作的叫做三
相负载 , 如果每相负载的阻抗值和阻抗角完全相等，则为
对称负载，如三相电动机。 另一类是只需接单相电源的负载，它们可以按照需 要接在三相电源的任意一相相电压或线电压上。对于电源 来说它们也组成三相负载，但各相的复阻抗一般不相等，
U CA
U C
U AB
U U U CA C A
U A
U B
U BC
线电压与相电压对应的相量图为
根据相量图可得线电压与相电压的数值关系为
U AB 2U A cos 30 3U A
U BC 3U B U CA 3U C
线电压与相电压的相位关系为：线电压超前相电压 30
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。
Um u1 u2 u3 三相交流电压出 现正幅 值（或零值） 的顺序称为 相序。 此相序为1-2-3-1称 为正序。相序1-3-21称为负序 在电力系统中一 般用黄、绿、红区别 A、B、C三相。
0 –Um

2
t
u1 U m sin t u2 U m sin( t 120 ) u3 U m sin( t 240 ) U m sin( t 120 )
C m
uA uB uC
U A
π
2π
ωt
U B
(a)相量图
(b) 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 电压的代数和等于零，即
U U 0 U A B C
星形连接线电压与相电压的相量关系可推导如下 U U U
AB A B
U U U BC B C
中线上不允许接开关或熔断器
U3
•
对称三相电源特点为：
120°
120° U1 120°
•
1 U 2 U 2 0 U
U2 三相电压相量图
•
各相电压频率相同、幅值相等、相位互差 120°的三相电源称为对称三相交流电源。 对照电压表达式说明相位与初相位。
相应的相量形式为
U C
U 0 U A m U 120 U B m U 120 U
正弦交流电的基本概念
正弦量：随时间按正弦规律做周期性变化的量。 i i u i
_
R
正半周
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 频率 振幅（最大值）等
_
+
t + u _ _
+ u _
R
负半周
正弦量的三要素
设正弦交流电流：
Im

i
2 T
t
i I m sin t
直流电和交流电
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。 正弦交流电：按正弦规律变化的交流电叫做正弦交流电。
电流的方向－分类
按照电流的大小、方向变化与时间的关系，电 流可以分为以下三类：（如图1-4教材）所示； 1、电流的大小和方向都不随时间变化，这样 的电流叫直流电流或稳恒电流，如图1-4a所示； 2、如果电流的大小随时间变化，但方向不随 时间变化的电流叫脉动电流，如图1-4b所示； 3、如果电流的大小和方向都时间变化，这样