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泵站知识讲座
第一章 直流电路
直流电路:
电路中电流、电压、电动势的大小和方向不随时间变化的电路。
第一节 电路的基本概念
一、电路及电路图
1、电路:
电流流通的路径。
作用:
①进行电能的传输、分配和交换。
②产生传递和变换电信号。
2、组成
①电源:
是一种将非电能转换为电能的装置。
常用电源(直流)有:
干电池、蓄电池、直流发电机。
直流电源有正、负两个极。
②负载:
各种用电设备,如电灯、电炉、电动机。
③导线:
连接电源和负载的装置。
作用是传输、分配电能。
常用铝或铜等组成。
④控制设备:
执行电路的操作任务,如开关等。
各中电工符号:
电阻:
R
电感:
L
电容:
C
直流电源:
E
开关:
K
综上所述,所谓电路图就是用简单的电工符号表示的对应于实际电路的图形。
二、电流:
自由电荷作定向移动便形成电流(I)。
方向:
正电荷移动的方向为电流的方向。
电流强度:
用I球,单位时间内通过异体截面积电荷量的代数和。
I=
q(电荷量:
库仑);t(时间:
秒);I(电流强度、安培)
单位:
安培(A),有时也用千安(KA),毫安(MA),微安(PA)。
1KA=103A 1A=103MA 1MA=103PA
三、电压与电位
电压:
电场力把单位正电荷从A点经负载移动到B点所做的功称为A、B两点间的电压。
用U表示,单位:
伏特(V)、千伏、毫伏、微伏
1KV=103V 1V=103MV 1MV=103PV
方向:
①用一个箭头表示。
②用正表示高电位,用负表示低电位。
③用下标法表示。
四、电动势:
衡量电源力将正电荷从低电位点移到高电位点所做的功。
符号:
E 单位:
伏(V)
方向:
由电源的负极指向正极。
第二节 欧姆定律
用来描述电路中电压、电阻、电流之间的关系。
一、无源支路的欧姆定律
R=
另外两种形式:
U=I·R I=
二、有源支路欧姆定律
I=
全电路欧姆定律
两种特殊情况
①当电阻R走向无穷大,即开路,电流I趋向零。
②当电阻R趋于零,即短路,电流无穷大。
第三节 电功率、电能及电流的热效应
一、电功率及计算
概念:
电流在单位时间内所做的功(P)。
P=I·U ①
P=I2·R ②
P=
③
单位:
瓦特(瓦) 千瓦 毫瓦
1KW=103W 1W=103毫瓦
以前用马力表示电功,1马力=736W
二、电能及计算
电能:
电流所做的功,叫电能。
符号:
“W”,W=P·t
单位:
焦耳 一般用千瓦·小时表示,既俗称度。
1KW·h=3.6×106J
三、电流热效应:
Q=I2·R·t
描述:
电流通过导体时要产生热量,产生热量的大小和电流的平方、异体的电阻以及通电流的时间都成正比。
第四节 基尔霍夫定律
支路:
一段没有分支的电路,支路中电流的大小相等,流向一致。
节点:
凡是有三条或三条以上的支路汇合的点。
回路:
由一条或多条支路组成的闭合电路。
一、基尔霍夫第一定律(节点定律)
流进节点的电流之和等于流出节点的电流之和。
∑I=0
二、基尔霍夫第二定律
电路中任一闭合回路内各段电压的代数和恒等于零。
在复杂电路中的任何一个闭合回路中,电势的代数和等于各个电阻上电压降的代数和。
第五节 电阻的串、并联及简单直流电路计算
一、电阻的串联:
电路中的电阻一个接一个顺次连接,通过同一电流,称为串联。
性质:
1、串联电路的总电压等于各段电阻上的电压之和。
2、串联电路中的总电阻(等效电阻)等于各个串联电阻之和。
3、流经各个电阻的电流相等。
二、电阻的并联:
如果将两个或两个以上的电阻联结在两个公共节点之间,则这样的连接叫做电阻的并联。
特性:
1、流经各电路的电压相等。
2、流经各电阻的电流按反比例分配,即电阻小的电流大,电阻大的支路电流小。
3、并联电路的等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和。
三、电阻的混联
分析和计算混联电路,要灵活运用串联和并联电路的知识,先求出并联或串联部分的等效电阻,逐步化简,求出总的等效电阻,计算出总电流,再求各支路的电压和电流。
作业题:
1、一只电炉接在220V电压线路上,电流为4A,求电炉的电阻R。
2、今有一只在U=220V电压下使用的电烙铁,测量出它的电流I=1.364A,求该电烙铁的电功率有多少?
3、一只标有110V、100W和110V、25W两只灯光,并联在220V电源上行不行?
若串联在220V电源上呢?
第二章 电磁与电磁感应
电和磁之间的关系非常密切。
磁场总是伴随电流而存在,电流也总是被磁场所包围。
磁场的变化和运动总会使导体感应出电动势。
很多电器设备(如发电机、电动机、变压器等),电工仪表和家用电器的运行都离不开电磁间的相互作用。
第一节 磁铁
一、分类:
两种(天然磁铁、永久磁铁)
二、性质:
1、任何一块磁铁都具有吸引力,吸引力最大的两端称为磁极。
磁极总是成对出现。
2、如果磁铁放在一个自由转动的水平面上,那么旋转停止以后,必须有一端指向南方,另一端指向北方。
指向南方的称为南极,用“S”表示,指向北方的称为北极,用“N”表示。
3、当两块磁铁彼此靠近时,具有同极性相斥,异极性相吸的特性。
磁极间的相互作用力叫磁力。
第二节 电流的磁效应
一、直导线周围的磁场:
当电流通过导线时,导线周围就产生磁场,愈靠近导线,磁场愈强。
但是如果导线的电流方向发生变化,导线周围的磁场方向也随着改变。
用右手螺旋判定方向。
二、通电线圈的磁场:
通电线圈周围也会产生磁场。
磁力线的分布与一根条形磁铁类似。
通电线圈产生的磁场方向也可以用右手螺旋定则来确定。
第三节 电磁感应
当导体的周围磁场发生变化时,导体上将感应出电动势,这种现象称为电磁感应。
二、感应电动势的方向:
直导线与产生的感应电动势的方向用右手定则确定。
线圈中感应电动势的方向用楞次定律确定。
第三章 交流电路
第一节 交流电的概念
正弦交流电:
当电流随时按正弦规律变化时,称为正弦交流电流。
交流电路:
具有正弦电流的电路,称为正弦交流电路,简称交流电路。
第二节 交流电的产生及表达式
一、交流电的周期和频率
周期:
交流电变化一个循环所需要的时间(T),单位“秒”(S)
频率:
每秒钟内交流电变化的循环数,用字“f”表示。
单位“赫兹”[HZ]。
关系:
T=
=
=0.02(S)
频率与角频率之间的关系:
W=2πf。
二、交流电的最大值、有效值、平均值
1、最大值:
交流电在变化一个循环中,出现的最大的瞬时值。
常用“Im”、“Um”、“Em”。
2、有效值:
交流电i通过电阻R在一周期内所产生的热量Q,如果和某一个直流电流I通过电阻R在相同时间内所产生的热量Q相等时,我们就把“I”称为“i”的有效值。
I=
=0.707Im
三、交流电的初相角和相位差
1、初相角:
把正弦量由电波的起始点至计算时间的起点所变化的电角称作“初相角”。
用符“ ”表示。
2、相位差:
两个同频率的正弦量相位角之差称为“相位差”。
二、正弦交流电的表达式
三种:
正弦曲线法、瞬时值解析法、旋转矢量法。
1、正弦曲线法:
就是波形图。
2、解析法:
如e=Emsim(wt+ )
3、旋转矢量法:
通过直角坐标的原点O作一向量Em,使其长度按选定比例尺等于正弦电势的最大值Em,并使它与横轴正方向之间的夹角为正弦电势的初相位 。
第三节 交流电路概述
综上所述,在研究交流电路中电流与电压的关系时,必须同时考虑电阻R、电感L和电容C三个基本参数。
在交流电路中,任何一个电路或电路元件都具有R、L和C三个参数。
我们先讨论单一的参数电路,即所谓纯电阻、纯电感、纯电容电路。
一、纯电阻交流电路
如果电路中电阻R起主要作用,而电感L和
电容C的影响可以忽略不计,则此电路称为纯电
阻电路,如图所示。
任一瞬时通过电阻的电流和电压间的关系符合欧姆定律,即I=
。
它的最大值为Im=
,有效值为I=
。
我们把瞬时功率在一个周期内的平均值称为“平均功率”,其计算式为:
P=UI。
即交流电通过电阻时的平均功率等于其电压和电流有效值的乘积。
此功率也叫“有功功率”,并可表达成下列两种形式:
P=I2R P=
二、纯电感交流电路
我们在分析电感线圈中通过交流电时,为了突出分析电感的作用,暂且不考虑线圈中电阻的作用,也就是说,先假设线圈的电阻为零,而只考虑电感的作用,这种电路我们称之为“纯电感电路”,如图所示。
I=
=
XL=ωL=2πfL
式中XL叫做感抗,它表示交流电通过电感时,在电感中产生的自感电势对电流的阻碍作用,它的单位和电阻的单位相同。
三、纯电容交流电路
交流电路中,若起主要作用的参数是电容C,其他参数的影响可忽略的电路叫纯电容电路,如图所示。
I=
Xc=
=
容抗的单位同电阻。
四、电阻、电感和电容串、并联电路
我们以上所讨论的只是单一参数的电路,这是一种理想电路,而在实际电路中不可能只有一种参数,如一个线圈与一个电容器串联、一个线圈与一个电阻并联等。
(一)电阻、电感、电容串联电路
Z2=R2+(XL-XC)2
下面讨论感抗和容抗大小对电路性质的影响。
当XL>XC时,整个电路呈现感性;
当XL<XC时,整个电路呈现容性;
当XL=XC时,整个电路呈现电阻性。
例:
已知负载的功率P=100kW,cos =0.6,电源电压为220V,频率为50Hz,如果想把cos 提高到0.9,需并联多大的电容值?
1、充分利用电源设备的容量。
2、降低输电线路的电压降和功率损失
第四节 三相交流电
工农业生产中普遍应用的是三相交流电。
这是由于三相交流电在发电、输配电及电能转换为机械能方面都较单相交流电有显著的优越性。
如三相输电比单相输电可节省有色金属;三相发电机和三相电动机制造简单、性能优良且可节省原材料。
因此,现代电力系统普遍采用“三相制”,在需要用单相交流电源时,从三相交流电源中取出一相即可作为单相电源。
一、三相电源绕组的联接
(一)三相发电机绕组的星形联接
1、接法
三相发电机绕组的星形联接如图所示,把三相绕组的末端联接在一起,成为一个公共点O,三个始端分别引出三根导线,这种联接法称为星形接法。
2、名词解释
(1)火线:
由始端A、B、C引出的三根导线叫火线,也称端线。
(2)中性点:
由末端X、Y、Z联接在一起的公共点O叫中性点,也叫中点或零点,它通常是接地的。
(3)中线:
由中性点O引出的一根导线叫做中线,也称零线。
当中性点接地时,中线也称作地线。
(4)相电压:
每根火线与中线之间的电压,也就是每相的始端与末端之间的电压叫相电压。
(5)线电压:
两根火线之间的电压,也就是每一相的始端与另一相的始端之间的电压叫做线电压。
3、线电压与相电压的关系
根据向量图可知线电压和相电压存在下列关系:
UAB=
UA
UBC=
UB
UCA=
UC
写成一般式则为:
Ul=
Uφ
即发电机绕组作星形联接时,线电压的有效值等于相电压的有效值的
倍。
在三相制的低压供电系统中,最常用的电压是相电压220V、线电压380V。
如不特别声明,一般所说的电压都是指的线电压。
例如说某电网电压是35kV,就是指线电压是35kV。
(二)三相变压器绕组的三角形联接
我们讨论三相变压器的三角形接法,其原理与三相发电机且作三角形联接是一样的。
1、接法
把三相变压器一相绕组的末端和相邻一相绕组的始端依次相联,如图(a)、(b)所示,x接b、y接c、z接a,形成一个三角形回路,再从三个始端a、b、c引出三根导线,这种联接法叫三角形接法。
2、线电压和相压的关系
Ul=Uφ
第五节 三相负载的联接方法
三相负载的联接方法与三相电源绕组一样,可以联接成星形,也可以联接成三角形。
一、负载的星形联接
1、负载端的相电压与线电压
各相负载电压(相电压)与线电压存在下列关系。
U′A=
UAB
U′B=
UBC
U′C=
UCA
说明各相负载电压是线电压的
。
2、各相负载电流与线电流
流过各相负载的电流称为“相电流”,流过各火线中的电流称为“线电流”。
当负载作星形联接时,显然能看出,各相电流就是对应的各线电流。
二、负载的三角形联接
我们将各相负载依次分别接在三相电源的三根火线之间,就构成了负载的三角形联接,如图所示。
从图中可以看出,每相负载上的电压就等于电源的对应线电压,即:
U′φ=Ul
IA=
IAB
IB=
IBC
IC=
ICA
Il=
Iφ
即线电流的有效值为相电流的有效值的
倍。
例:
有一台三相交流异步电动机,其绕组为三角形联接,设每相的等效电组R=30Ω,等效电抗XL=40Ω,电源电压为380V,求各相电流和线电流。
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