电工基础知识讲座

电工基础知识讲座第一章电力生产概况概况我们大家都知道，自然界中存在的能量是有许多种，例如常见的机械能、热能、光能、水能、化学能等等，根据能量守恒与转换定律得知，各种能量之间在一定的条件下是可以互相转换的。

并且能量既不能创造，也不能消灭，只能从一种形式转换为另一种形式。

能量的总和保持不变。

例如，发电厂和电网就是一个多种能量相互转换的系统。

在火电厂的锅炉中燃烧着的煤炭通过化学反应，使水获得热能变成高压蒸汽（高温高压），高压蒸汽推动汽轮机转动，将它所具有的能量转换为机械能，汽轮机带动发电机转动又将机械能转换成了电能。

而水力发电站则是将具有一定势能的水冲动水轮机转动，水轮机再带动发电机转动，最后将机械能转换成了电能。

电能再经过升压站、降压站和输电线等设备送到用户，又转换成各种形式的能量为人们的生活和各种生产活动服务。

例如电动机可以将电能转换成机械能；电灯可以将电能转换成光能；电炉可以将电能转换成热能等等。

下面我们就围绕“电”的概念，从几个方面的课件展开，一起学习关于电的相关知识及其应用。

第二章电工常用名词、定义及符号§2―1电路的概念一、电路电路就是电流所流经的路径，它是由电源、负载（负荷）、连接导线和开关等几个基本部分组成。

二、三相交流电路在磁场中放置三个匝数相同彼此在空间相距120°的线圈。

当转子由原动机带动，并以匀速按顺时针方向转动时，则每相绕组依次被磁力线切割，就会在三个线圈中分别产生频率相同、幅值相等的正弦交流电动势eА、eв、eс，三者在相位上彼此相差120°，再用导线和负载连接起来就构成了三相交流电路。

§2―2 常用名词、定义及符号一、电压在电场中两点间的电位差就叫做电压。

电压的符号用“U”表示，电压的单位为伏特（简称伏）、用符号“V”表示。

在需要测量很低的电压时，是用毫伏（mV）或者微伏（uV）做单位；在需要测量很高的电压时，则是用伏特（V）或者千伏（kV）做单位。

换算关系为：1千伏（kV）=1000伏（V）=103伏1伏（V）=1000毫伏（mV）=103毫伏1毫伏（mV）=1000微伏（uV）=103微伏。

二、电流金属导体中的自由电子在电场力的作用下，会向电场强度的反方向移动。

电荷的有规则的定向运动就形成了电流。

通常规定是以正电荷运动的方向为电流的方向。

单位时间（每秒钟）内通过导线某一截面的电荷量（电量）的多少来衡量电流的强弱，叫做电流强度（简称电流），电流的符号用“I”表示，电流的单位为安培（简称安），用符号“A”表示。

在需要测量很小的电流时，是用毫安（mA）或者微安（uA）做单位；当需要测量很大的电流时，则是用安培（A）或者千安（kA）做单位。

换算关系为：1千安（kA）=1000安培（A）=103安培1安培（A）=1000毫安（mA）=103毫安1毫安（mA）=1000微安（uA）=103微安。

三、电阻当把不同的负载接到电源上去的时候，就会发现负载中通过的大小是不相同的。

例如，在一根铜棒的两端和一根铁棒的两端加上同样的电压，在这两棒中的电流将会相差很大，这是因为不同的导体材料对于电流具有不同阻力的缘故。

我们就把加在导体两端的电压和通过导体的电流的比值叫做电阻。

衡量电阻大小的单位是欧姆（简称欧），用符号“Ω”表示。

如果在导体两端加上1伏的电压，通过导体的电流是1安，那么，这个导体的电阻就是1欧姆，即 1欧姆＝1伏特/1安培在实际生产中有时嫌欧姆这个单位太小，则可以用千欧（kΩ）和兆欧（MΩ）做单位，换算关系如下：1兆欧（MΩ）=1000千欧（kΩ）=10³（kΩ）1千欧（kΩ）=1000欧姆（Ω）=10³（Ω）请大家注意的是，导体的电阻不仅和导体的材料种类有关，而且还和导体的截面积有关，由实践证明，同一材料导体的电阻和导体的截面积成反比，而和导体的长度成正比。

即导体的截面积愈大，电阻就愈小；导体愈长，电阻就愈大。

用公式表示就是R＝ρ（L∕S）式中 L—导线长度，单位是米；S—导线截面积，单位是平方毫米；ρ—比例常数，叫做导体的电阻率，单位是：欧·毫米²/米。

电阻率ρ是长1米，截面为1平方毫米导体的电阻值。

例如常用材料中银的电阻率ρ＝0.0165欧-毫米²/米，铜的电阻率ρ＝0.00175欧-毫米²/米，铝的电阻率ρ＝0.0283欧-毫米²/米。

四、电流的热效应当电流通过电阻时，电阻的温度会逐渐升高。

这是因为电阻所吸收的电能转换成了热能的缘故，这种现象就叫做电流的热效应。

例如，电炉，电烙铁等电热设备就是利用这种性能来生产我们所需要的热量；在白炽灯中，由于钨丝温度升得很高，达到白热的程度又将一部分热能转化为光能而发出亮光。

但是，从另外一方面分析，在电机、变压器等电气设备中，电流通过绕组时所产生的热量，对于这些设备是很不利的。

为什么？因为这些热量如果不设法从电机及变压器内部散发出去，经过长时间运行后，就后会使设备的温度升得很高，绝缘损坏，严重时甚至烧坏设备。

所以，我们必须加以严密的监视和控制。

人们经过长期的实践和实验，发现当电流通过导体时所产生的热量和电流值的平方、导体本身的电阻值以及电流通过的时间成正比。

这种关系就是楞次-焦耳定律，用公式表达就是Q=0.24I²Rt （2-1）式中 Q —电流在电阻上产生的热量，单位是卡；I —通过导体的电流，单位是安；R —导体的电阻，单位是欧；t —电流通过的时间，单位是秒；0.24 —热功当量，它相当于电阻为1欧姆的导体中通过1安电流时，每秒钟产生的热量。

问题1：在输电线路中如果出现导线发热好不好？是什么原因所导致？我们应该怎样避免？导线的选择原则：为了避免设备过度发热，根据绝缘材料的允许温度，对于各种导线规定了不同截面下的最大允许电流（即安全电流），例如下表所示：500伏单芯(多芯)橡皮、塑料绝缘导线明线敷设允许载流量（安）由表中可以看出：由于导线的电阻和它的截面积成反比，所以，导线愈粗，允许通过的电流也就愈大；周围空气温度愈高，愈不利于散热，所以允许通过的电流愈小。

五、电功率是指在单位时间内电源力所做的功。

它们之间的关系是：W＝P•t 且 P＝UI （2-2）电功率是用瓦特表测量。

电功率的单位是“瓦特”（简称瓦W），用“P”表示，大的单位还有千瓦（kw）。

它们的换算关系如下：1千瓦（kw）＝1000瓦（W）六、电能是指在一段时间内电源力所做的功。

电能是用瓦时表测量。

电能的单位是用千瓦·时（kw·h）表示，简称度。

问题2：电能和电功率的概念是否一样？在计算上有什么区别？（例2-1）在220伏的电源上，接入一个电炉，已知通过电炉的电流是4.55安，问在3个小时内，该电炉消耗的电能是多少？解：电炉的功率是P＝UI＝220×4.55≈1 kw3个小时中电炉消耗的电能是W＝P·t＝1×3＝3 kw·h即消耗了3度电。

七、功率因素功率因素又称“力率”，它是指有功功率与视在功率的比值，通常用符号cosφ表示，即cosφ＝有功功率（kw）/视在功率（kvA）功率因素的大小与电路的负载性质有关。

例如呈电阻性负载的白炽灯、电阻炉等电热设备，其功率因素为1，说明它们只消耗有功功率；对具有电感的电器设备如日光灯、电动机等，其功率因素小于1（一般只有0.5-0.8左右），说明它们需要一定数量的无功功率，如当电动机输出功率很低时，所消耗的有功功率减少，但所需要的无功功率确基本不变，无功功率所占的比例增大，所以电动机的cosφ就更低。

从功率三角形的图中，运用数学的三角函数关系可以得出如下表达公式：有功功率P＝UIcosφ式中的cosφ即为功率因素。

问题3：引起功率因素下降的因素有哪些？会产生哪些危害？一是在负载中有电感性的负载增多；二是负载自身的功率因素过低。

功率因素的降低，说明在电路中用于交变磁场吞吐转换的无功功率增大，而有功功率下降，并且这部分无功功率在电源和负载之间送过来又送回去不做功。

因此，（1）、从而降低了电源设备的利用率；（2）、在线路上将引起电压降增大、会使得用户端的电压降低，影响了用户负载的正常工作；（3）线路的功率损失增加就会造成电能的损失。

八、线电压、相电压试画图举例说明：在星形连接的电路中（指三相对称电路），每相线圈两端的电压就做相电压，通常是用符号UА、Uв、Uс分别表示。

端线与端线之间的电压则叫做线电压，一般是用符号U AB、U Bс、UсA表示。

线电压与相电压的关系：因为 UAB＝UА UBс＝√~3 Uв UсA＝√~3Uс而且 UА＝Uв＝Uс＝UXgUAB＝UBс＝UсA＝UX所以线电压与相电压的关系可概括为UX＝√~3 UXg （2-3）即星形连接的电路中，线电压等于相电压的√~3倍。

九、相电流、线电流在星形连接的电路中（指三相对称电路），当每相线圈两端的电压知道后，就可以逐一计算出每相的电流，这个电流是在各相负载中流过的，所以叫做相电流，而且，它们的有效值是IА＝UА/ZА Iв＝Uв/Zв Iс＝Uс/Zс条件： tgφА＝ХА/RА tgφв＝Хв/Rв tgφс＝Хс/Rс如果ХА＝Хв＝Хс＝Х RА＝Rв＝Rс＝R 则称为三相对称电路， IА＝Iв＝Iс＝IXg φА＝φв＝φс＝φ因此，在各端线中流过的电流则叫做线电流（试画图举例说明），用符号“I х-х”表示，对星形连接的电路来说，线电流就等于相电流，即 Iх＝I Xg（2-4）十、中性线（零线）三相三线制只是三相交流电源供电的一种连接方式。

假如我们从三个线圈的首端分别引出三根导线，再将三个线圈的尾端连在一起，就形成了三相三线制的星形连接。

如果在三相三线制星形连接的基础上，我们再从三个线圈尾端的连接点（称为星点）上再引出一根导线，就变成了由四根导线供电的三相四线制供电系统。

那么，由三个线圈尾端的连接点（称为星点）上引出的这根导线我们就叫做中性线（零线）。

中性线的作用：就在于使星形连接的不对称负载的相电压保持对称，消除由于三相负载不对称引起的中性线点位移，从而避免因负载电压过高而造成设备的损坏，因负载电压过低而使设备不能正常工作。

问题4：在三相四线制供电系统中，如果中性线点发生位移（或者断线）时会造成什么后果？十一、相序相序是指三相交流电相位的顺序。

从三相交流电的波形图（试画图举例说明）可以看出，三相交流量（电压或电流）到达最大值（或零值）的时间总是有先有后，例如：我们称A相超前B相、B相超前C相、相C超前A相。

那么，我们就把ABC、BCA及CAB叫做电压的相序（正相序）。

我们日常工作中所应用的就是指正相序，在计量表计（如多功能表）的接线中特别要注意相序，否则，将造成电能计量上的不准。