第1章电工基础知识教材课件.ppt

1、 电工进网作业许可考试培训课件电工进网作业许可考试培训课件 高压类（理论部分）高压类（理论部分）2022年5月31日1时38分1电力系统基本知识电力系统基本知识2高压电力线路高压电力线路电力系统过电压电力系统过电压继电保护装置与二次回路继电保护装置与二次回路电气安全技术电气安全技术高压电器及成套配电装置高压电器及成套配电装置电工基础知识电工基础知识电力变压器电力变压器5374682022年5月31日1时38分第一章 电工基础知识第一节 直流电路第二节 电和磁第三节 交流电路2022年5月31日1时38分第一节 直流电路一、电场、电位及电压 1 1电场电场带电物体周围的空间存在一种特殊物质，带电

2、物体周围的空间存在一种特殊物质，相互作用力就是靠这种特殊物质来传递的，相互作用力就是靠这种特殊物质来传递的，我们把这种物质称为电场。我们把这种物质称为电场。电荷电荷 电场电场 电荷电荷2022年5月31日1时38分AAorFrer 2 2电位电位当一物体带有电荷时，这物体就有一定当一物体带有电荷时，这物体就有一定的电位能，我们把这种电位能叫作电位。用的电位能，我们把这种电位能叫作电位。用字母字母“v”表示，单位是伏特，简称伏（表示，单位是伏特，简称伏（V）。电场力将单位正正电荷从A点沿任意路径移到Ao参考点所做的功称为A点的电位或电位或电势电势2022年5月31日1时38分 3 3电压电压电压

3、（电位差）：电路中任意两点间电电压（电位差）：电路中任意两点间电位的差值称为电压（电位差）。用位的差值称为电压（电位差）。用U表示，表示，单位伏特（简称伏），用单位伏特（简称伏），用V表示表示, 有有微伏微伏(V)，毫伏毫伏（mV），），千伏千伏（kV）等。）等。一般指定电路中一点为参考点（在电力系统中指定大地为参考点），且规定该参考点的电位为零1kV=103V1V=103mV1mV=103V2022年5月31日1时38分1 1电流电流电流就是电荷有规律的定向移动电流就是电荷有规律的定向移动。在实际应用中，电流的方向规定为正电荷的移动方向。 衡量电流大小、强弱的物理量称为电流强度，衡量电流大小

4、、强弱的物理量称为电流强度，简称电流。简称电流。单位：单位：安培，安培，简称简称安，安，用用A表示。表示。（1 1）定义）定义 单位时间通过导体截面的电量定义单位时间通过导体截面的电量定义为电流强度为电流强度。 二、电流与电流密度QItQ Q电荷量，电荷量，单位库仑，用单位库仑，用C C表示，表示，1 1库仑库仑=6.2518=6.2518个电子的电量；个电子的电量；2022年5月31日1时38分1A=103mA=106A1.交流电it交流正弦波2.直流电方向方向不随时间变化的不随时间变化的电流为电流为稳恒直流稳恒直流it脉动直流电It稳恒直流电大小和方向随时间作周期性变化的电流电流的分类方向

5、方向不变，不变，大小大小随时随时间脉动变化的电流称间脉动变化的电流称为为脉动直流脉动直流2022年5月31日1时38分电流密度电流密度 流过导体单位截面积的电流叫流过导体单位截面积的电流叫电流密度电流密度，用符号，用符号J J表示。表示。 式中，式中，J J为电流密度（为电流密度（A Ammmm2 2）、）、I I为导体中的电流为导体中的电流 （A A），），S S表示与导表示与导体中电流相垂直的横截面积（体中电流相垂直的横截面积（mmmm2 2）。）。 在直流电路中，均匀导线横截面上的电流密度是在直流电路中，均匀导线横截面上的电流密度是均匀的均匀的。IJS2022年5月31日1时38分三、电

6、源与电动势 1、电源是将其他能量转换为电能的装置。 2 2、电动势简称、电动势简称电势电势，指电源内部由非电力产生的电荷的，指电源内部由非电力产生的电荷的作用力。作用力。 3 3、 电动势的大小，等于外力克服电场力把单位电动势的大小，等于外力克服电场力把单位正正电荷在电荷在电源电源内部内部从从负极负极移到移到正极正极所做的功。所做的功。 4 4、电动势的方向电动势的方向从负极指向正极从负极指向正极，与电源端电压相反，与电源端电压相反 5 5、电动势用符号E表示，单位为伏特，简称伏，用字母V表示。 式中：W表示外力（非静电力）移动电荷所做的功，单位焦耳（J）；Q为被移动的电荷量（库仑）。QWE

7、2022年5月31日1时38分四、电阻与电导1 1电阻电阻 导体对电流呈现的阻碍作用称为电阻，用参数导体对电流呈现的阻碍作用称为电阻，用参数R表表示示。导体电阻大小与导线长度导体电阻大小与导线长度L L成正比，与导线截面积成正比，与导线截面积S S成反比，成反比，与材料有关，用公式表示与材料有关，用公式表示LRS电阻的单位是电阻的单位是欧姆（欧姆（），较大的电阻单位有千欧（，较大的电阻单位有千欧（k），兆欧（），兆欧（M）。）。1k=103；1M=106决决定定因因素素1.导体的材料 2.导体的长度 L3.导体的横截面积s4.导体的温度 2022年5月31日1时38分2 2电导电导 电阻的倒数

8、称为电导。电阻的倒数称为电导。 导体的电阻越导体的电阻越大大，电导越，电导越小小。电导是表示材料导电能力的电导是表示材料导电能力的参数，用符号参数，用符号G G表示。表示。即 单位（单位（1/1/）称为）称为西门子西门子，用符号，用符号S S表示。表示。 1 GR2022年5月31日1时38分五、欧姆定律、欧姆定律1 1部分电路欧姆定律部分电路欧姆定律 电路中的电流与电路电路中的电流与电路两端电压两端电压成成正比正比，与电路中的，与电路中的电阻电阻成成反比反比，即，即UIR部分欧姆定律公式： UIR+-2 2全电路欧姆定律全电路欧姆定律 在闭合电路中，电流的大小与电源的在闭合电路中，电流的大小

9、与电源的电动势电动势成成正比正比，而与整个，而与整个电路的电路的电阻电阻成成反比反比。zoEEIRRRVR0EISR2022年5月31日1时38分六、电阻的串联、并联和混联1.1.电阻串联将两个以上的电阻一个接一个的顺序相联(将电阻首尾依次相联)将串联电阻的两端接在电源上，即组成电阻的串联电路2、串联电路的特点2.串联电路两端的总电压等于各部分电路电压之和U=U1+U2+U33.串联电路的总电阻等于各部分电路电阻之和R=R1+R2+R31.串联电路的总电流等于各之路的电流I=I1=I2=I34.串联电路中电阻两端电压与其阻值成正比U=IR5.串联电路中电阻消耗的功率与其阻值成正比P=IR202

10、2年5月31日1时38分2 2电阻的并联电阻的并联将两个或两个以上的电阻的一端全部联接将两个或两个以上的电阻的一端全部联接a点上，而另一端全部联接点上，而另一端全部联接在在b点上。这样的联接叫电阻的并联。点上。这样的联接叫电阻的并联。1.并联电路的总电流等于各支路的电流之和I=I1+I2+I33.并联电路总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和2.并联电路总电压等于各支路的电压U=U1=U2=U3121111+3RRRR4.并联电路两电阻并联总电阻计算公式2121RRRRR2022年5月31日1时38分5. N个等值电阻RN并联，则总电阻：NRRN6.并联电路中流过电阻的电流与其阻值成反比流过电阻

11、的电流与其阻值成反比NNRUI7.并联电路中电阻消耗的功率与其阻值成反比电阻消耗的功率与其阻值成反比3 3电阻的混联电阻的混联在一个电路中，既有电阻的串联，又有电阻的并联，这种联接称方式称为电阻的混联。R4R0R1R2R3ESNNRUP22022年5月31日1时38分七、电路的的三种状态电 路：由电气设备和电器元件按一定方式 组成的，为电流的流通提供路径。开关简单的手电筒电路电源源负负载载中间环节中间环节1.通 路3.短 路2.断 路电路的三种状态2022年5月31日1时38分八、电能与电功率1.1.电 能电源（发电设备）t时间产生的电能或负载（用电设备）t时间内所消耗的功率。计算 用电设备所

12、消耗的电能为功率P与其通电时间t的乘积。 W=Pt=UIt=I2Rt 单位焦耳，用J表示，（电压1V、电流1A，1秒时间内所作的功是1焦耳： 1J=1AV=1WS 实际应用中，常用千瓦.小时（KW.h）为单位。 1度电=1KW.h=3.6X106 (J)2022年5月31日1时38分2.电 功 率单位时间消耗的电能称为电功率。P电功率 单位瓦特（简称瓦),用W表示。计算功率的大小以通过一段电路两端的电压U及通过该段电路的电流I乘积计算。 P=W/t=UI=I2R=U/R1kW=1103W1W=1103mW2022年5月31日1时38分120一一 、磁现象2.2.磁体两端磁体两端磁性最强的区域称

13、为磁极1.具有吸引铁、镍、鈷等物质的性质，称为磁性.具有磁性的物体叫磁体。第二节 电与磁（一）磁体与磁极（一）磁体与磁极用小磁针做实验，会发现小磁针转动静止时停留在南北方向上，我们把指北的一端叫N极（北极）；指南的一端叫S极（南极）。同性磁极相排斥，异性磁极相吸引2022年5月31日1时38分二二 、磁场与磁力线、磁场与磁力线2.2.磁场磁场的磁力用磁力线来表示（闭合的曲线）1.磁体周围存在磁力作用的空间称为磁场（二）磁场与磁力线（二）磁场与磁力线2022年5月31日1时38分 规定在磁体外部，从N极出发进入S极为磁力线的方向。在磁体内部，磁力线的方向是由S极到达N极。这样磁体内外形成一条闭合

14、曲线。 磁力线上任何一点的切线方向就是该点的磁场方向。磁力线的多少和疏密疏密程度表示磁场的强弱。2022年5月31日1时38分232.2.环形电流的磁场1.直线电流的磁场I II I（三）（三）通电导体产生的磁场通电导体产生的磁场磁场的方向可用右手螺旋定则确定。用右手握直导体，大拇指的方向表示电流方向，弯曲四指的指向即为磁场方向。用右手握螺旋管，弯曲四指表示电流方向，则拇指方向便是N极方向（磁场方向）。2022年5月31日1时38分24 定义通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁力线总数，称为通过该面积的磁通（单位是韦伯 (Wb) ：BS 表示磁场中某点磁场强弱和方向的物理量 B: Wb/m2二二

15、 、磁场的基本物理量、磁场的基本物理量（一）（一）磁磁 通通（二）（二）磁感应强度磁感应强度1Wb（韦）=108Mx（麦）SB2022年5月31日1时38分B的单位：特斯拉（Tesla）1T=104Gs（高斯）磁场中某点磁感应强度B的方向就是该点磁力线的切线方向25 定义导磁率是表示磁场空间 媒质媒质 磁性质的物理量，是物质导磁能力的标志量。真空磁导率0：7041 0/(/Hm亨米 ）是一个矢量，用H表示BH( (三三) )导磁导磁 率率（四）磁场（四）磁场强度强度2022年5月31日1时38分单位：A/m（安/米）1奥斯特=80安/米反磁物质：相对导磁率小于1；铁磁物质：相对导磁率远大于1方

16、向与磁感应强度相同。26三、电磁感应三、电磁感应 当导体在磁场中切割磁感线运动时，在导体中产生感应电动势，如果导体与外电路形成闭合回路，就会在闭合回路中产生感应电流。这种现象称为电磁感应。 闭合电路导线产生的感应电势e与磁感应强度 B、运动导线速度 v 分量和大小、导线长度L成正比 e = B L v sine = B L v sin B B 、L L、v v 的单位分别是特斯拉的单位分别是特斯拉（Wb/m2）、米（）、米（m m）、米每秒（）、米每秒（m/sm/s），），指指v v与与B B 的夹角。的夹角。2022年5月31日1时38分27感应电动势方向闭合回路中一部分导体做切割磁感线运动

17、时，产生的感应电流的方向可用右手定则确定右手定则 伸开右手，将右手的掌心迎着磁力线，大拇指指向导线运动方向，则四指所指的方向就是导线中感应电流的方向。2022年5月31日1时38分28 （法拉第.英国物理学家）当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，不论这种变化是什么原因引起的，回路中都会建立起感应电动势，且此感应电动势感应电动势正比正比于磁通量磁通量对时间变化率变化率的负值，即tddiE（一）（一）法拉第法拉第电磁感应定律电磁感应定律2022年5月31日1时38分发电机、变压器工作的理论基础（二）（二）楞楞次次定律定律2022年5月31日1时38分30四、磁场对载流导体的作用 B B 、L

18、 L、I I 的单位分别是特斯拉的单位分别是特斯拉（ Wb/m2 ）、米（）、米（m m）、安（）、安（A A），），指导体与磁力线磁力线 的夹角。的夹角。1.电流与磁场方向垂直时，磁场对电流的作用力最大。2. 在匀强磁场中，当I与B垂直时，电磁力F的大小等于磁感应强度、导线电流I及导体位于磁场中的长度L的乘积： F=B I L sin3.方向用左手定则判断2022年5月31日1时38分31 BFI左手定则左手定则 伸开左手，使大拇指与四指垂直且，让磁感线垂直穿入手心，并使四指指向电流方向，（这时手掌所在平面跟磁感线和导线所在平面垂直），大拇指所指的方向就是载流导体在磁场中所受到的磁场力的方向

19、.IFBNS2 2. .左手定则左手定则2022年5月31日1时38分132五、自感应和互感应ui +- ( (一一) )自感现象自感现象2022年5月31日1时38分 两个线圈放得很近， 一线圈中的电流发生变化时，在它周围产生变化的磁场，从而使附近的另一个线圈产生感应电动势，称为互感现象 产生的电动势称为互感电动势“1” “2”N1 N21i（二）互感现象（二）互感现象2022年5月31日1时38分交流电电压U、电流I、电动势E等的大小和方向均随时间变化的叫做交流电。Tut一、单相交流电第三节 交流电路2022年5月31日1时38分（一）概述1.描述交流电大小的物理量 交流电出现的最大值的瞬

20、时值。瞬时值。也称振幅值、峰值。Em、Umm、 Imm表示。 交流电的任意时刻任意时刻的变化值。用小写来表示：电动势e 、电压u、电流i。1 1）瞬时瞬时值值2 2）最大最大值值35 交流电与直流电分别通过相同的电阻时，在一周期内使其发热量相等发热量相等，这个直流电流的值就叫做交流电的有效值。用 E 、U、I 表示。如： 交流电正半周内，其瞬时值的瞬时值的平均数称为平均数称为交流电的平均值。用 E p、Up、Ip 表示。 如： Ip = 0.637 Im0 .7 0 72mmIII3 3）有效有效值值4 4）平均平均值值2022年5月31日1时38分362.描述交流电变化快慢的物理量 交流电每

21、循环一次每循环一次所需要的时间；用T表示。 变化过程： 0 正最大 0 负最大 0，单位秒S S 单位时间（1秒钟）之内完成循环（交变）的次数，用f表示，单位：赫兹（Hz）。 周期和频率互为倒数：f=1/T ， T=1/ f， 我国交流电的频率f=50Hz T=1/50=0.02秒1 1）周期）周期2 2）频率）频率3 3）角频率）角频率 表示单位时间内交流电循环变化的弧度数被称为角频率来表示。单位是弧度/秒（rad/s）rad2 /2sfT单位是（弧度 秒）2022年5月31日1时38分Tut37 称为相位角（简称:相位)，表示正弦交流电变化的进程。1.相 位2.初相位T=0时的相位角为正弦

22、量的初相位角，用 表示 。初相角决定初始值的大小，反映初始值的重要参数。最大值、角频率、初相角称正弦量的三要素msin()eeEt()et3.正弦交流电的相位、初相位、相位差2022年5月31日1时38分3.3.相 位 差 两个同频率正弦交流电初相位之差。sin miiItsin muuUt uiuitt相位差：uiui tO2022年5月31日1时38分14.4.趋肤效应2022年5月31日1时38分I =UR2sinuUtm2sinsinuUitItRR电压、电流的瞬时值表达式为： （二）纯电阻电路iR u1.电压与电流关系电压与电流关系与直流电路基本相似2022年5月31日1时38分41

23、瞬时功率 p：瞬时电压与瞬时电流的乘积pituOtpOiu2.功率 PpptO平均功率(有功功率)P瞬时功率在一个周期内的平均值 22 UP U II RWR 单位瓦特 注意：通常铭牌数据或测量的功率均指有功功率。2022年5月31日1时38分42则则: : 电感L具有通直流阻交流的作用f = 0, XL =0，电感电感L视为视为短路短路LfLXL2fLXL2 XLfU=I XL2022年5月31日1时38分(三)纯电感纯电感电路表示电路中只有电感。tiLudd iu+-eL+-L43tiLudd iu+-eL+-L90utu iiOUI相量图相位差频率相同 U =I. L 电压超前电流1.电

24、压与电流关系2022年5月31日1时38分2. 功率关系1） 瞬时功率)90(sinsinmmttIUuiptIUttIU2sin2cossinmmmm2）无功功率 Q 用以衡量电感电路电感与电源能量交换的规模，没有能量消耗。LLXUXIIUQ22单位：乏Var2022年5月31日1时38分45CXIU 则：则： 容抗（）定义定义：CfCXC211所以电容C具有隔直流通交流的作用 CfXC21直流：XC ，电容，电容C 视为开路视为开路交流：XCf2022年5月31日1时38分（四）纯电容电路uiC+_1.电流与电压的关系uiC+_itu i90u 频率相同 电流超前电压相位差U.I.2022

25、年5月31日1时38分2. 功率关系 瞬时功率)90(sinsinmmttIUuipsin2UIttIU2sin2mm 无功功率 Q无功功率等于瞬时功率达到的最大值。CCXUXIUIQ22 单位：单位：Var2022年5月31日1时38分48uRLCRuLuCui( (五五) )R L C R L C 串联电路串联电路 总电压的有效值：22222222()()()(RLLCLCCIRIXIXUUUI RXI ZI RXXU2022年5月31日1时38分49Z的绝对值 叫做电路的总电抗。由电容和电抗组成 电抗的大小等于感抗XL与容抗XC之差。X=XL-XC Z2222)(XRXXRIUZCL|Z

26、|叫做R-L-C串联电路的阻抗。|Z|RX 阻抗三角形阻抗三角形2022年5月31日1时38分LUCURUUICULUCUURUILULUCURUUICU (a) X 0 (b) X XC时， 0 表示 u 超前 i 电路呈感性当XLXC时， 0 表示 u 滞后 i 电路呈容性当XL=XC时， =0 表示 u 、 i 同相电路呈纯阻性（谐振2）RLC串联电路阻抗的三种情况： 2022年5月31日1时38分1tanLCuiXXR 阻抗角|Z|RX 阻抗三角形阻抗三角形2022年5月31日1时38分cosPUI4、三种功率：1）有功功率总电流总电流cos- 功率因数功率因数 总电压总电压u 与与

27、i 的相位差或的相位差或该电路的阻抗角该电路的阻抗角2022年5月31日1时38分sinQIU3）视在功率SUI22SPQ功率三角形有助记忆功率三角形有助记忆sinQUIcosPUI SQP2）无功功率5. 功率因素2022年5月31日1时38分54 6.RLC串联电路 22cos()LCRPSRXX 视在功率表示电气设备额定容量的参数，又称为设备的容量。交流电气设备是按照规定了的额定电压UN 和额定电流IN 来设计使用的。 如:变压器的容量就是以额定电压和额定电流的乘积来表示的即SN=UNIN2022年5月31日1时38分uiRLRuLuCLUCIRLII22122CRco1LsLCLRRX

28、UUIUICXXURC、支 路 电 流 有 效 值该 支 路 的 功 率 因 数 ：电 容 支 路 的 电 流 有 效 值 ：（六）电阻电感与电容并联的电路及功率因数的提高2022年5月31日1时38分功率因数cos不能提高到1，以防电路发生谐振产生过电压损坏电气设备。二、二、 三相交流电路三相交流电路三相交变电动势，三相交变电动势，幅值幅值大小相等，频率相同，大小相等，频率相同，相位互差相位互差120（一）、概述（一）、概述2022年5月31日1时38分2022年5月31日1时38分sin2 4 0sin1sisi21nn02 0CBmAmmmeeEtEeEttEt3.3.三相交流电的三相交

29、流电的表示式表示式2022年5月31日1时38分AUBUCU1201201204、相序120120120te0eAeBeC电源的电压达到最大值的顺序叫相序。A相相B相相C相相定义A为顺序定义A为逆序2022年5月31日1时38分1.1.三相星形三相星形方式方式ABCNABCN中性点中性点中线中线/地线地线相线相线/端线端线eAeCeBuAuBuCuABuBCuCA相电压相电压线电压线电压（二）（二）、三相电源的连接、三相电源的连接2022年5月31日1时39分Y0接线关系电压关系电源或负载连接成星形时，线电压等于相电压的 3 倍，线电压超前相应的相电压30 。电流关系线电流等于相电流。IL=I

30、p2022年5月31日1时39分 电压关系电源或负载连接成形时，线电压等于相电压 UL = Up ACABBZAZCZBCAIBICIABIBCICAI2.2.三角形连接三角形连接方式方式电流关系线电流等于相电流的3倍，线电流滞后相应的相电流30 3LPII电流关系线电流等于相电流的3倍，线电流滞后相应的相电流30 3LPII电流关系线电流等于相电流的3倍，线电流滞后相应的相电流30 3LPII2022年5月31日1时39分1.1.三相负载三相负载星形星形(Y)(Y)连接连接 电压关系和电流关系与电源一致。（三）、三相负载的连接（三）、三相负载的连接2022年5月31日1时39分常用的照明常用

31、的照明接线接线方式方式C三相四线制三相四线制380/220380/220伏伏 为了使三相电源供电均衡，单相负载也要平均分配接在三相电源上。2022年5月31日1时39分2 2、三相负载、三相负载三角形（三角形（D D）联结）联结 电压关系和电流关系与电源一致。ACABBZAZCZBCAIBICIABIBCICAI2022年5月31日1时39分（四）、三相电路的功率1 1、有功、有功功率功率 CBAPPPP3cos3cosppllPU IU I对称三相：对称三相：2、无功功率、无功功率CCCBBBAAAIUIUIUcoscoscosCBAQQQQCCCBBBAAAIUIUIUsinsinsin3sin3sinppllQU IU I对称三相：对称三相：2022年5月31日1时39分673、视在功率、视在功率22SPQ33ppllIPU IU4、瞬时功率、瞬时功率:( )( )( )( )()ABCp tptptptP W对称三相：对称三相：2022年5月31日1时39分