资源描述
,1.,实训室及操作台交、直流供电系统的电源配置,3.,电工实训室安全操作规程及安全用电常识,4.,电气火灾的消防常,识,2.,常用电工工具和仪器、仪表及其作用,认识实训室,1.,1,认识实训室,1.1,1.1,认识实训室,1.1,认识实训室,安全用电常识,1.,2,安全用电常识,1.2,1.2.1,电工实训室安全操作规范,1.2.2,安全用电、文明操作和消防常识,安全用电,1.2.2,安全用电、文明操作和消防常识,文明操作,1.2.2,安全用电、文明操作和消防常识,消防常识,1.2.3,触电急救常识,触电者脱离,电源的方法,1.2.3,触电急救常识,1.电容及储能元件的概念,3.磁通的物理概念,4.磁场强度、磁感应强度和磁导率,5.电感的概念,2.磁场的基本概念,6.电感器的外形、参数,电容器,3.,1,电容器,3.,1,3.1.1,认识电容器,常用电容器及其电容量标注的识读,3.1.1,认识电容器,3.1.1,认识电容器,3.1.2,电容器的主要指标,3.1.3,电容器的串联、并联和混联,3.1.3,电容器的串联、并联和混联,3.1.4,电容器的充放电,3.1.4,电容器的充放电,充电曲线,放电曲线,电磁感应,3.,3,电磁感应,3.,3,3.3.1,磁场的基本概念,3.3.1,磁场的基本概念,3.3.2,电流的磁场,3.3.2,电流的磁场,3.3.2,电流的磁场,3.3.3,磁场基本物理量,3.3.3,磁场常用物理量,所谓电流密度是指当电流在导体的截面上均匀分布时，该电流与导体横截面的比值。,3.3.3,磁场常用物理量,3.3.3,磁场常用物理量,3.3.4,磁场对电流的作用,电磁力，N,导体与磁力线的夹角(),磁感应强度，T,导体中的电流，A,导体在磁场中的长度，m,3.3.4,磁场对电流的作用,左手定则,3.3.4,磁场对电流的作用,线圈平面与磁感应线平行,从图中可知，线圈,abcd,可看成是由,ab,、,bc,、,cd,、,da,四条载流直导体所组成的，且,ab,=,cd,=,L,1，,da,=,bc,=,L,2。,依据,F,=,BIL,sin和左手定则分析可知，,ab,及,cd,两导线与磁感应线平行，不受电磁力作用。而,da,及,bc,两导线与磁感应线垂直，受电磁力作用，所受电磁力的大小为,Fda,=,Fbc,=,BIL,2，且,Fda,向下，,Fbc,向上。,3.3.4,磁场对电流的作用,线圈平面与磁感应线垂直,从图中可看出，,ab,、,bc,、,cd,、,da,四条边都与磁感应线垂直，其中,Fab,=,Fcd,=,BIL,1，且这两个力方向相反；,Fbc,=,Fda,=,BIL,2，这两个力方向也相反。这两对力分别大小相等，方向相反且作用在同一条直线上，于是这两对力分别平衡，使线圈静止不动。,3.3.5,电磁感应定律,当导体向下或磁体向上运动时，电流表指针向右偏转一下。,当导体向上或磁体向下运动时，电流表指针向左偏转一下。,3.3.5,电磁感应定律,感生电动势，V,v,与,B,的夹角（）,导体运动速度，m/s,磁感应强度，T,导体的有效长度，m,3.3.6,楞次定律和法拉第电磁感应定律,3.3.6,楞次定律和法拉第电磁感应定律,法拉第电磁感应定律,在,t,时间内感生电动势的平均值，V,线圈的匝数,磁通变化所需要的时间，s,N,匝线圈的磁通变化量，Wb,电感,3.5,电感,3.5,3.5.1,电感的概念,3.5.2,电感的参数、品质与测量,决定电感品质的参数,：,3.5.3,电感的应用,1.正弦交流电概述,3.纯电阻、纯电感和纯电容电路,4.单相交流电的串联电路,2.正弦交流电的三种方法,正弦交流电路概述,4.,1,正弦交流电路概述,4.,1,4.1.1,交流电概述,4.1.1,交流电概述,4.1.2,正弦交流电的产生,4.1.2,正弦交流电的产生,当用原动机（如水轮机或汽轮机）拖动电枢转动时，由于导体切割磁感应线而在线圈中产生感应电动势。为了得到正弦波形的感应电动势，应采用适当的磁极形状，使磁极和转子之间的磁感应强度按正弦规律分布，如图4.2(b)所示。在磁极中心位置，磁感应强度最大，用Bm表示；在磁极分界面处，磁感应强度为零。磁感应强度为零的点组成的平面叫中性面，如图4.2(b)中的OO水平面，如果线圈所在位置与中性面成角，此处电枢表面的磁感应强度为,B=Bmsin,当电枢在磁场中从中性面开始以匀角速度逆时针转动时，每匝线圈中产生的感应电动势的大小为,e=2BL,v,=2B,m,Lvsin,如果线圈有N匝，则总的感应电动势为,e=2NB,m,Lvsin=E,m,sin,式中，E,m,感应电动势最大值，E,m,=2NB,m,Lv，V；,N,线圈的匝数；,B,m,最大磁感应强度，T；,L,线圈一边的有效长度，m；,v,导线切割磁力线的速度，m/s。,因为电枢在磁场中以角速度作匀速转动，所以 t=，于是又可写成,e=E,m,sin t,因为发电机经电刷与外电路的负载接通，形成闭合回路，所以电路中就产生了正弦电流和正弦电压，用下式表示，即,i=I,m,sint,u=U,m,sint,4.1.3,正弦交流电的三要素,正弦交流电的三要素是指最大值、频率和初相位。,（1）最大值,正弦交流电的电动势、电压和电流的瞬时值分别用小写字母e、u和i表示。,正弦交流电中最大的瞬时值叫做正弦交流电的最大值（又称峰值、振幅）。最大值用大写字母附加下标m表示，如Em、Um和Im。,（2）有效值,电工仪表测出的交流电数值以及通常所说的交流电数值都是指有效值。如现在的生活用电为交流220V，就是指它的有效值，它的最大值为2220311V。,交流电在半个周期内的平均数值称为交流电的平均值。平均值用大写字母加下标a来表示，如Ea、Ua和Ia。,最大值与有效值,4.1.3,正弦交流电的三要素,（1）周期,交流电每重复变化一次所需时间称为周期，用字母T表示，单位是秒，用字母s表示。常用单位还有ms（毫秒）、s（微秒）、ns（纳秒）,（2）频率,交流电1s内重复的次数称为频率，用字母f表示。f的单位是赫兹，简称赫，用字母Hz表示。频率的常用单位还有kHz（千赫）和MHz（兆赫）。,（3）角频率,角度的大小反映了线圈中感应电动势大小和方向的变化。这种以电磁关系来计量交流电变化的角度叫电角度。当然电角度并不是在任何情况下都等于线圈实际转过的机械角度，只有在两个磁极的发电机中的电角度才等于机械角度。今后在正弦交流电的表达式中的角度，都是指电角度。,正弦交流电每秒内变化的电角度称为角频率，用表示。的单位是弧度/秒(rad/s)。根据角频率的定义，有,周期与频率,4.1.3,正弦交流电的三要素,（1）周期,交流电每重复变化一次所需时间称为周期，用字母T表示，单位是秒，用字母s表示。常用单位还有ms（毫秒）、s（微秒）、ns（纳秒）,（2）频率,交流电1s内重复的次数称为频率，用字母f表示。f的单位是赫兹，简称赫，用字母Hz表示。频率的常用单位还有kHz（千赫）和MHz（兆赫）。,在讲述正弦交流电动势的产生时，是假设线圈开始转动的瞬时，线圈平面与中性面重合，由于此时=0，所以线圈中的感应电动势e=Em sin =0。也就是说，我们是假设正弦交流电的起点为零，但实际上正弦交流电的起点不一定为零。,如图4.3所示，a1b1和a2b2是两个完全相同的线圈，设开始计时即t=0时a1b1线圈平面与中性面夹角为1，a2b2线圈平面与中性面夹角为2，则任意时刻这两个电动势的瞬时值分别为,相位和初相位,4.1.4 正弦交流电的相位差,两个同频率交流电的相位之差叫相位差，用字母表示，即,交流电的同相和反向,4.2 正弦交流电的三种表示法,正弦交流电的三种表示法,4.,2,4.2.1 解析法,正弦交流电的电动势、电压和电流三个瞬时值表达式就是正弦交流电解析式，即,4.2.2 波形图,正弦交流电还可以用正弦曲线来表示，如图4.6所示，横坐标表示时间t或电角度t，纵坐标表示瞬时值。从图4.6中还可以看出交流电的振幅、周期和初相角。,4.2.3 旋转矢量法,4.3,纯电阻、纯电感和纯电容电路,纯电阻、纯电感和纯电容电路,4.,3,4.3.1 纯电阻电路,设加在电阻两端的电压为,实验证明，在任一瞬间通过电阻的电流i仍可用欧姆定律计算，即,上式表明，在正弦电压的作用下，电阻中通过的电流也是一个同频率的正弦电流，并且和加在电阻两端的电压相位一致。,电流与电压的相位关系,4.3.1 纯电阻电路,由上式可知，通过电阻的最大电流为,若把上式两边同除以2，则得有效值为,这说明，在纯电阻电路中，电流与电压的瞬时值、最大值、有效值都符合欧姆定律。,电流与电压的数量关系,4.3.1 纯电阻电路,在任一瞬间，电阻中电流瞬时值与同一瞬间的电阻两端电压的瞬时值的乘积，称为电阻获取的瞬时功率，用pR表示，即,平均功率又称有功功率，用P表示，单位仍是W（瓦）。经数学证明，电压、电流用有效值表示时，其功率P的计算与直流电路相同，即,功率,4.3.2 纯电感电路,当纯电感电路中有交变电流i通过时，根据电磁感应定律，线圈L上将产生自感电动势，它的大小和方向为,纯电感电路中，电压超前电流2，即90，如图4.14(b)和图4.15所示,电流与电压的相位关系,4.3.2 纯电感电路,对比纯电阻电路欧姆定律可知，L与R相当，表示电感对交流电的阻碍作用，称做感抗，用X 表示，单位是（欧姆），即,电流与电压的数量关系,注意,：虽然感抗XL和电阻R相当，但感抗只有在交流电路中才有意义，而且感抗只代表电压和电流最大值或有效值的比值；感抗不能代表电压和电流瞬时值的比值，这是因为u 和i相位不同。,4.3.2 纯电感电路,在纯电感电路中，电压瞬时值和电流瞬时值的乘积，称为瞬时功率，即,将,uL和i代入，得,功率,4.3.3,纯电容电路,电流与电压的相位关系,所以纯电容电路中，电流超前电压90,，波形图如图4.20(b)所示，矢量图如图4.21所示。,4.3.3,纯电容电路,电路与电压的数量关系,容抗是用来表示电容器对电流阻碍作用大小的一个物理量。它的大小可用公式计算，容抗大小与频率及电容量成反比。当电容量一定时，频率f愈高则容抗XC愈小。在直流电路中，因f=0，故电容器的容抗等于无限大。,4.3.3,纯电容电路,功 率,采用和纯电感电路相似的方法，可求得纯电容电路的瞬时功率的解析式为,和纯电感电路一样，瞬时功率的最大值被定义为电路的无功功率，用以表示电容器和电源交换能量的规律。无功功率的数学定义为,4.4,单相交流电的串联电路,单相交流电的串联电路,4.,4,4.4.1,RL串联电路,电流与电压的频率关系,由于纯电阻电路及纯电感电路中的电流和电压频率相同，所以RL串联电路中电流与电压的频率也相同。,RL串联电路如图4.23(a)所示。由于是串联电路，故通过各元件的电流相同，以电流为参考矢量，因UR与I同相，UL超前I 90，所以作出的矢量图如图4.23(b)所示。,电流与电压的相位关系,4.4.1,RL串联电路,电流和电压的数量关系,4.4.2,RC串联电路,RC串联电路如图4.25所示。当电路两端加上交流电压时，电路中就会产生交流电流。设该电流为参考量，计算公式为,则,电路总电压为,总电压相量U=UR+UC构成电压三角形，如图4.26(a)所示是矢量图。,4.4.3,RLC串联电路,RLC串联电路就是电阻R、电感L和电容C串联在交流回路中的电路，如图4.27(a)所示。设在此电路中通过的交流电流为,4.4.3,RLC串联电路,1）X=(XL-XC)0，感抗大于容抗，在同一电流作用下，ULUC，如图4.28(a)所示，图示表明电路总电压(U)超前电流(I)角，称为感性电路，即0，电路呈感性。,2）X=(XL-XC)0，感抗小于容抗，在同一电流作用下，ULUC，如图4.28(b)所示是示意图，图示表明电路总电压(U)滞后电流(I)角，称为容性电路，即0，电路呈容性。,3）X=(XL-XC)=0，感抗等于容抗，在同一电流作用下，UL=UC，如图4.28(c)所示，电路总电压(U)与电流(I)相位一致，称为阻性电路，即=0，电路呈阻性。,4.5,交流电路的功率,交流电路的功率,4.,5,4.5.1,交流电路的功率,在RL电路中，电阻消耗电能即有功功率P=IUR=I 2R，电感与电源进行能量交换即无功功率QL=IUL=I 2XL，电源提供的总功率，即电路两端的电压与电流有效值的乘积，叫视在功率，以S表示，其数学式为,我们把电压三角形各边同时扩大I倍，就又,得到一个与电压三角形相似的三角形。它,的三条边分别为P、Q和S，这三个量也不,是矢量，这个三角形称为功率三角形，如,图4.35所示。它形象地体现了有功功率P,、无功功率Q、视在功率S三者间的关系，,即,4.5.2 提高功率因数的意义和一般方法,高电路负载的功率因数最常用的方法就是在感性负载上并接补偿电容器，如图4.41(a)所示。图中的电阻和电感相当于一个电感性的负载，两端并联的电容相当于补偿电容。从图4.41(b)可以看出感性负载和电容器并接后，线路上的总电流比未补偿时要小，总电流和电源电压之间的相位角也减小了。IL为感性负载未并接补偿电容器时的总电流，cosL为未并接补偿电容器时的功率因数。当感性负载上并接补偿电容器后，总电流I=IL+IC。,提高功率因数的一般方法,电力系统中的大多数负载是感性负载，这类负载的功率因数较低。为提高电力系统的功率因数，通常采用下面两种方法。,（1）提高自然功率因数,（2）并联补偿法,4.6,电能的测量与节能,电能的测量与节能,4.,6,4.6.1,电能的测量,4.6.1,电能的测量,电能表都有专门的接线盒，电压线圈和电流线圈的电源端在出厂时已在接线盒内用连接片连好，接线盒内有四个接线端，编号为1、2、3和4号。1、3端连接电源进线，2、4端接线路的负载，如图4.45所示电能表的接线仍应遵从发电机端守则，即电能表的电流线圈与负载串联，电压线圈与负载并联，两线圈的发电机端应接电源的同一极性端。,感应式电能表,4.6.2,功率的测量,功率表的电路图如图4.46所示，图4.46（a）中的圆圈和圆中的水平、垂直交叉线表示电动式功率表，其中水平粗线表示电流线圈，垂直细线表示电压线圈；图4.46（b）圆圈中用字母W表示功率表。这两种图形符号的画法都可以使用。,功率表,4.6.2,功率的测量,图4.47所示是多量程功率表的外形图，从中可以看出功率表有电压、电流多个接线端，每次仅用四个接线端，两个电压接线端和两个电流接线端，电压端和电流端其中一个端子上标有“”或“”的符号。,功率表的接线,4.6.2,功率的测量,在使用时必须根据所选用的电压量程和电流量程以及标尺满刻度的总刻度数来求出每一格刻度所表示的瓦特数，称为功率表常数，用字母C表示。然后乘上指针所偏转的格数即可得出所测量的瓦特数，即,电功率的测量,1.三相正弦交流电的形成与应用,2.三相负载的连接方式,三相正弦交流电的形成与应用,5.,1,5.1.1,三相交流电的特点,1）三相发电机比尺寸相同的单相发电机输出的功率要大。,2）三相发电机的结构和制造不比单相发电机复杂多少，且使用、维护都较方便，运转时比单相发电机的振幅要小。,3）在同样条件下输送同样大的功率时，特别是在远距离输电时，三相输电线比单相输电线可节约25左右的材料。,5.1.2,三相电动势的产生,三相电动势是由三相交流发电机产生的。图5.1为三相交流发电机的示意图，它主要由定子和转子组成。转子是电磁铁，其磁极表面的磁场按正弦规律分布。定子铁心中嵌放三个相同的对称线圈。,5.1.2,三相电动势的产生,对称的波形图和矢量图如图5.2所示,5.1.3,三相四线制,发电机的每个线圈各接上一个负载，就得到彼此不相关的三个独立的单相电路，构成三相六线制，如图5.3所示。,5.1.4 我国的电力系统,发电、输电、配电,5.1.4 我国的电力系统,厂矿企业的配电,特点：中性线N与保护线PE分开，即,“,三相五线制,”,特点：中性线N与保护线PE合一的，也称为,“,PEN,”,线,特点：部分中性线N与保护线PE合用，部分分开,特点：低压中性线接地引出线为N线，电气设备外壳与大地电连接为PE线；目前上海地区公用电网采用TT供电系统，也称,“,三相四线制,”,特点：中性线不直接接地，通过阻抗接地，电气设备与大地用导线作电连接,三相负载的连接方式,5.,2,5.2.1,三相负载的星形连接和三角形连接,三相负载的星形连接,把三相负载分别接在三相电源的一根相线和中线之间的接法称为三相负载的星形联接，如图5.12所示，,ZU、ZV、ZW为各负载的阻抗值，N为负载的中性点。,5.2.1,三相负载的星形连接和三角形连接,三相负载的三角形连接,把三相负载分别接在三相电源每两根相线之间的接法称为三角形连接，如图5.10（a）所示。在三角形连接中，由于各相负载是接在两根相线之间，因此负载的相电压就是电源的线电压，即,U线=U相。,5.2.2,三相电路的功率及测量,三相负载的功率计算,5.2.2,三相电路的功率及测量,三相负载的功率测量,（1）一表法,用一个单相功率表来测量三相对称负载有功功率的方法称一表法。测量时，将功率表的电流线圈与三相负载中的任意一相负载串联，电压线圈必须并接在该相的相电压上,（2）两表法,在三相三线制电路中，不论负载是星形接法还是三角形接法，也不论负载是否对称，测量有功功率时，通常采用两表法。,（3）三表法,用三个单相功率表同时对三相四线制电路中的负载功率进行测量，这种方法称为三表法。,1.电流对人体的伤害,2.常用的用电措施,3.触电急救方法,电流对人体的伤害,6.,1,（1）通过人体的电流值,电流是危害人体的直接因素，当通过人体的电流在30mA以上时，就会产生呼吸困难、肌肉痉挛，甚至发生死亡事故。所以一般认为30mA以下才是安全电流。,（2）人体的电阻值,触电使人伤亡的主要因素是电流，但电流值又决定于作用到人体的电压和人体的电阻值（图6.1）,（3）电流通过人体时间的长短,电流在人体内持续的时间越长，电流的热效应和化学电解效应使人体发热出汗越严重，人体的电阻也就随着减小，于是流过人体的电流逐渐增大，危害性就越大。,（4）电流流过人体的途径,电流通过头部，会使人立即昏迷；通过脊髓，会使人肢体瘫痪；通过心脏和中枢神经，会引起神经失常、心脏停跳、呼吸停止、全身血液循环中断，造成死亡。,（5）触电电压,电压越高对人体的危险越大。这就涉及一个安全电压的问题。如果人体电阻是2000时，若触及36V电源，则通过人体的电流是18mA，对人体的安全不会构成威胁，所以通常规定36V或36V以下的电压称为安全电压。,常用的安全用电措施,6.,2,安全电压,根据工作场地的情况，使用36V、24V和12V安全电压。如必须用220V时，需安装漏电保护器，确保用电安全。,保护用具,保护用具是保证工作人员安全操作的工具。带电部分应有防护罩，或置于不易触电的高处，或采用联锁装置。此外，使用手电钻等移动电器时，应使用橡皮手套、橡皮垫等保护用具。不能赤脚或穿潮湿的鞋子站在潮湿的地坪上使用电器。严禁使用穿心旋凿作电工工具。为了保证用电安全，进入实训室实操或企业的生产场地都必须按规定穿工作服、工作鞋，必要时还需戴安全帽。,保护接地和保护接零,保护接地和保护接零是防止人体接触带电的电气设备金属外壳引起触电事故的基本有效的安全有效措施。,触电急救方法,6.,3,自救与互救,当自己触电而又清醒时，首先保持冷静，设法脱离电源，向安全的地方转移；对于他人触电，第一步也是令触电者脱离电源，如拉闸、断电或帮助触电者脱离电源等，具体的方法如下,1）迅速拉闸或拔掉电源插头，如一时找不到电源开关或距离较远，可用绝缘工具剪断、切断、砸断电源线。,2）迅速用绝缘工具，如干燥的竹、木棍挑开触电者身上的导线或电气用具,3）站在干燥的木板、衣物等绝缘体上，戴绝缘手套或裹着干燥衣物拉开导线、电气用具或触电者。,医务抢救,触电者脱离电源后，必须根据情况立即实施医务抢救。据统计，触电后不超过1分钟开始救治者，90获得良好的效果；触电后6分钟开始救治者，则仅10获得良好效果；触电后12分钟才开始救治者，救活率很低，所以及时抢救极为重要。,
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