電學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)講座1

主講人：永興職業(yè)中專(zhuān)學(xué)校李慧杰

電學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)講座

電學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)講座

主講人：永興職業(yè)中專(zhuān)學(xué)校李慧杰1

1多盞路燈（一盞裝在廁所）由一個(gè)開(kāi)關(guān)控制，能正常開(kāi)燈，但關(guān)燈時(shí)處于半亮狀態(tài)不能全關(guān)死。

2學(xué)校三棟教師住房A、B、C，白天有時(shí)停電，所有電器不能工作，有電時(shí)電壓時(shí)高時(shí)低，晚上三棟樓的電壓相差很大，并且不同時(shí)間哪棟樓的電壓高沒(méi)有規(guī)律。

3學(xué)校三臺(tái)抽水機(jī)時(shí)不時(shí)抽不上水，沒(méi)有規(guī)律，電工師傅把密封圈全換了，下午能抽水，可第二天晚上又不能抽水，感到很疑惑，附近的人說(shuō)電動(dòng)機(jī)經(jīng)常自己換方向，也不能理解。如果你能輕松解釋這些故障產(chǎn)生的原因，那恭喜你，你的理論知識(shí)和實(shí)踐能力肯定不一般。問(wèn)題的提出2本講學(xué)習(xí)目標(biāo)理解導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體的概念。掌握導(dǎo)體導(dǎo)電的本質(zhì)。了解生活和電力工程中常用的導(dǎo)體和絕緣體。能判斷電路中電流的方向。重點(diǎn)掌握三相交流電的產(chǎn)生、特點(diǎn)和相關(guān)參數(shù)3

導(dǎo)體和絕緣體什么是導(dǎo)體、絕緣體？導(dǎo)體:自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)。如金屬、大地、人體、酸堿鹽的水溶液。銀的導(dǎo)電能力最好、其次是銅、鋁絕緣體：很難導(dǎo)電的物質(zhì)。如橡膠、陶瓷、塑料、油、空氣、玻璃、干木村和石英等。半導(dǎo)體：導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如鍺、硅、砷化鎵等材料說(shuō)明：當(dāng)受外界光線的照射時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化------光敏性。純凈的半導(dǎo)體幾乎不導(dǎo)電，摻入某些雜質(zhì)后導(dǎo)電能力明顯增強(qiáng)-----摻雜性。外界溫度的變化，它的導(dǎo)電能力明顯改變-----熱敏性。導(dǎo)體和絕緣體不是一成不變的，在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)變。導(dǎo)電橡膠玻璃新型導(dǎo)電材料——超導(dǎo)體。零下100多度4電阻：導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用就叫電阻。它是導(dǎo)體的屬性，其大小與導(dǎo)體的材料有關(guān)，與導(dǎo)體的長(zhǎng)度成正比，與導(dǎo)體的橫截面積成反比。

思考：1）比較220V100W、220V25W的燈泡的電阻。

2）燈泡冷態(tài)、熱態(tài)電阻的差異。

3）燈絲燒斷重新搭接起來(lái)，亮度怎么變？電阻的大小還與溫度有關(guān)。溫度升高，大部分材料的電阻增大，但有少部分材料的電阻反而變小。制成熱敏電阻、感溫材料用于自動(dòng)化控制。電阻的單位：歐姆千歐兆歐（單位換算）導(dǎo)體的電阻5帶電的物體能吸引輕小物體（灰塵等）。使物體帶電的方法有三種：接觸帶電、摩擦帶電、感應(yīng)帶電。如雷電、人體靜電、飛機(jī)外殼帶電、靜電復(fù)印等摩擦起電的本質(zhì)：電子的轉(zhuǎn)移（與正電荷無(wú)關(guān)）電荷間的相互作用規(guī)律：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。電荷的種類(lèi)：正電荷、負(fù)電荷

電荷的產(chǎn)生和相互作用原子的核式結(jié)構(gòu)：原子核=質(zhì)子（帶正電）、中子（不帶電）核外電子（帶負(fù)電）（受核的束縛作用）正電荷包括質(zhì)子和正離子（原子團(tuán)）、負(fù)電荷包括電子和負(fù)離子（原子團(tuán)）6自由電荷：自由離子（正、負(fù)）、自由電子（具有足夠的能量，能擺脫原子核的束縛，能在金屬導(dǎo)體中自由運(yùn)動(dòng)）電流的形成：自由電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成電流。在電場(chǎng)力的作用下，正電荷、負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反，但它們形成的電流是等效的。（與水流相似）電流的方向：電學(xué)中規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?，?fù)電荷定向移動(dòng)的方向與電流的方向相反。（載流金屬導(dǎo)體內(nèi)電荷的運(yùn)動(dòng)）電流強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量。電流的單位：安培毫安千安（單位換算）電流的形成和方向7接地的種類(lèi)和作用接地：把某一對(duì)象用金屬導(dǎo)線與大地做良好的電氣連接接地的種類(lèi)及作用：工作接地：變壓器、發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)與大地做金屬連接。保護(hù)接地：把用電器的金屬外殼與大地的金屬連接。（用專(zhuān)用接地線把工作地點(diǎn)可能送電的線路與大地連接）避雷接地：避雷針、避雷器、架空地線（多點(diǎn)）等接地屏蔽接地：防靜電感應(yīng)、防電磁干擾的設(shè)備接地

生產(chǎn)線上防靜電接地一般不允許用金屬導(dǎo)線直接接地,應(yīng)串接1兆歐的電阻接地8直流電：電流的大小和方向都不隨時(shí)間改變的電流或電壓。分為恒穩(wěn)直流、脈動(dòng)直流交流電：大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的電壓或電流。正弦交流電：按正弦規(guī)律變化的交流電叫做正弦交流電。直流電和交流電9直流電、交流電的變化規(guī)律前面的a圖為恒穩(wěn)直流電流的波形圖，b圖為含有交流成分的直流電流的波形圖，c圖為正弦交流電流的模擬波形圖（也可以畫(huà)出電壓波形圖）。直流電是由直流發(fā)電機(jī)、蓄電池、干電池、充電器、直流電源適配器等提供的。交流電是由交流發(fā)電機(jī)或變壓器提供的。交流信號(hào)有一些特殊的參數(shù)。如最大值、有效值、周期、頻率等。直流電路中，電流是從電源的正極流出，回到電源的負(fù)極（實(shí)際上是自由電子反方向流動(dòng)）。交流電路中，電流是按上c圖規(guī)律變化。10

正弦交流電的基本概念正弦量：隨時(shí)間按正弦規(guī)律做周期性變化的量。Ru+_

_

_iu+_可以看出：電流的方向和大小都是周期性變化的?；靖拍睿褐芷陬l率振幅（最大值）等正半周負(fù)半周Ru+_11

正弦量的三要素設(shè)正弦交流電流：角頻率：決定正弦量變化快慢幅值：決定正弦量的大小幅值、（角）頻率、初相角成為正弦量的三要素。初相角：決定正弦量起始位置i

Im

2T12

頻率與周期周期T：電流電壓變化一周所需的時(shí)間（s、ms）角頻率：（rad/s）頻率f：（Hz、kHz）iT其它頻率：

30kHz~3×104MHz、照相等頻率：1秒內(nèi)完成振動(dòng)的次數(shù)角頻率：1秒內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的角度（單位：弧度）*電網(wǎng)頻率：我國(guó)規(guī)定為

50Hz

，也稱(chēng)為工頻13交流電的瞬時(shí)值、最大值、有效值1.瞬時(shí)值是指交流電動(dòng)勢(shì)、電流、電壓在某一時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的值稱(chēng)為它們的瞬時(shí)值。瞬時(shí)值隨時(shí)間的變化而變化。不同時(shí)刻瞬時(shí)值的大小和方向均不同。正弦交流電的瞬時(shí)值表達(dá)式為：

e=Emsinωti=Imsinωtu=Umsinωt2．最大值是指交變電流在一個(gè)周期內(nèi)所能達(dá)到的最大值，如上面三個(gè)式子中的Em

、Im

、Um就是最大電動(dòng)勢(shì)、最大電流、最大電壓。Sinωt的取值范圍是【-1，+1】3．有效值：交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來(lái)定義的，讓交變電流和恒穩(wěn)直流電通過(guò)兩個(gè)完全相同的電阻，如果在相同的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，我們就把這一恒定電流的相關(guān)數(shù)值叫做交變電流對(duì)應(yīng)參數(shù)的有效值。一個(gè)周期內(nèi)直流電通過(guò)電阻R所產(chǎn)生的熱量為：4.正弦交流電的有效值與最大值的關(guān)系；U=，I=I、U

是電流、電壓的有效值，Im、Um是電流、電壓的最大值14三相制供電比單相制供電有優(yōu)勢(shì)，是世界各國(guó)最主要的供電方式。

在發(fā)電方面：三相交流發(fā)電機(jī)比相同尺寸的單相交流發(fā)電機(jī)容量大，資源利用率更高、效率更高。

在輸電方面：如果以同樣電壓將同樣大小的功率輸送到同樣距離，三相輸電線路比單相輸電線路更節(jié)省材料。在用電設(shè)備方面：三相交流電動(dòng)機(jī)比單相電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、維護(hù)更容易、啟動(dòng)性能好、運(yùn)行更平穩(wěn)、動(dòng)力更大。

在電壓方面：三相制供電方式可以同時(shí)提供兩種不同的電壓，更適合不同場(chǎng)合使用。15三相交流發(fā)電機(jī)主要組成部分：磁極三相繞組n單相繞組（是轉(zhuǎn)動(dòng)的，亦稱(chēng)轉(zhuǎn)子）三相繞組的三相電動(dòng)勢(shì)幅值相等,頻率相同,彼此之間相位相差120°。+++–+SN鐵心繞組–+SN–+SN–+SN–+SN–+SN–+SN–+SN

三相交流發(fā)電機(jī)電樞（是固定的，亦稱(chēng)定子）：定子鐵心內(nèi)圓周表面有槽，放入三相電樞繞組。16

三相電源三相電源是由三相發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的頻率相同、幅值相等、相位互差120°的三相對(duì)稱(chēng)正弦電壓。Um–Um

t02

u1u3u2

三相交流電壓出現(xiàn)正幅值（或零值）的順序稱(chēng)為相序。此相序?yàn)?-2-3-1稱(chēng)為正序。相序1-3-2-1稱(chēng)為負(fù)序

在電力系統(tǒng)中一般用黃、綠、紅區(qū)別A、B、C三相。17120°U1?U3?U2?120°120°三相電壓相量圖對(duì)稱(chēng)三相電源特點(diǎn)為：各相電壓頻率相同、幅值相等、相位互差120°的三相電源稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)三相交流電源。對(duì)照電壓表達(dá)式說(shuō)明相位與初相位。18相應(yīng)的相量形式為uA

uB

uC2ππ

ωt(a)相量圖(b)

波形圖從相量圖及波形圖中可以看出，在任何瞬間對(duì)稱(chēng)三相電源電壓的代數(shù)和等于零，即19星形連接線電壓與相電壓的相量關(guān)系可推導(dǎo)如下根據(jù)相量圖可得線電壓與相電壓的數(shù)值關(guān)系為

線電壓與相電壓對(duì)應(yīng)的相量圖為

線電壓與相電壓的相位關(guān)系為：線電壓超前相電壓20

發(fā)電機(jī)三相繞組的連接

根據(jù)繞組接線的不同，一般有兩種解法Δ形聯(lián)接Y形聯(lián)接21

Y形聯(lián)接N中性點(diǎn)或零點(diǎn)N把發(fā)電機(jī)三相繞組的末端

聯(lián)接成一點(diǎn)。而把始端

作為與外電路相聯(lián)接的端點(diǎn)。這種聯(lián)接方式稱(chēng)為電源的星形聯(lián)接?；鹁€中線(零線)火線火線線電壓相電壓我國(guó)供電系統(tǒng)提供兩種電壓：線電壓380V，相電壓220V。

三相四線制22

Δ形聯(lián)接發(fā)電機(jī)三相繞組依次首尾相聯(lián)，引出三條線，稱(chēng)為三角形聯(lián)接。注意這里沒(méi)有了中性點(diǎn)線電壓=相電壓23

三相負(fù)載的連接

根據(jù)負(fù)載類(lèi)型的不同，一般采用兩種解法Δ形聯(lián)接Y形聯(lián)接24交流電路中的用電設(shè)備，大體可分為兩類(lèi)：

一類(lèi)是需要接在三相電源上才能正常工作的叫做三相負(fù)載,如果每相負(fù)載的阻抗值和阻抗角完全相等，則為對(duì)稱(chēng)負(fù)載，如三相電動(dòng)機(jī)。

另一類(lèi)是只需接單相電源的負(fù)載，它們可以按照需要接在三相電源的任意一相相電壓或線電壓上。對(duì)于電源來(lái)說(shuō)它們也組成三相負(fù)載，但各相的復(fù)阻抗一般不相等，所以不是三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載。如照明設(shè)備和生活中的一般電器。25

Y形聯(lián)接Ni2i3iNi1N

每相負(fù)載中的電流為:中性線中的電流為:?對(duì)稱(chēng)負(fù)載時(shí)，可以去掉中線。三相交流電動(dòng)機(jī)26如果三相負(fù)載對(duì)稱(chēng),中線中無(wú)電流,故可將中線除去,而成為三相三線制系統(tǒng)。

如果三相負(fù)載不對(duì)稱(chēng),中線上就有電流IN通過(guò),此時(shí)中線是不能少的,否則電氣設(shè)備不能正常工作。這就是三相四線制系統(tǒng)

注意?。?！

中線上不允許接開(kāi)關(guān)或熔斷器

27i2i3i1N

Δ形聯(lián)接每相負(fù)載中的電流為:I3?28三相負(fù)載示例NCBAA相B相C相單相負(fù)載聯(lián)接29三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載：在三相負(fù)載中，每相負(fù)載的性質(zhì)、阻抗完全相同不對(duì)稱(chēng)的三相負(fù)載：各相負(fù)載不同。如三相照明電路中的負(fù)載。CBA三相負(fù)載聯(lián)接三相負(fù)載的連接方法：星形連接或三角形連接。30一、負(fù)載的星形聯(lián)接

ZCZBZANCBNA二、負(fù)載的三角形聯(lián)接

BCA

相電壓≠線電壓

相電流=線電流

相電壓=線電壓

相電流≠

線電流

31三相負(fù)載采用何種聯(lián)接方式由負(fù)載的額定電壓決定。當(dāng)負(fù)載額定電壓等于電源線電壓時(shí)采用三角形聯(lián)接；當(dāng)負(fù)載額定電壓等于電源相電壓時(shí)采用星形聯(lián)接。注意32

三相負(fù)載的功率

根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)把電流做功分為有功功率無(wú)功功率視在功率33有功功率有功功率P：在交流電路中，凡是消耗在電阻元件上不可逆轉(zhuǎn)的功率稱(chēng)為有功功率，它反應(yīng)了交流電源在電阻元件上做功能力的大小，即單位時(shí)間內(nèi)電能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问侥芰康臄?shù)值。其大小等于電阻元件兩端電壓有效值與電流有效值的積。如果電路是對(duì)稱(chēng)的，則有功功率的單位：瓦特W千瓦KW兆瓦M(jìn)W

34無(wú)功功率無(wú)功功率Q:電學(xué)上將電感或電容與交流電源往復(fù)交換能量的功率稱(chēng)為無(wú)功功率。所有感性或容性元件，在交流電正半周從電源吸收能量建立磁場(chǎng)或電場(chǎng)；在負(fù)半周磁場(chǎng)或電場(chǎng)的能量又返還給電源。在1個(gè)周期內(nèi)這種功率的平均值等于零。它們只進(jìn)行可逆的能量轉(zhuǎn)換，不做有用功，也不消耗功率。計(jì)算公式它只表示電源能量與磁場(chǎng)或電場(chǎng)能量交換的能力。電動(dòng)機(jī)、變壓器、發(fā)電機(jī)等都是感線設(shè)備，通電后必然先產(chǎn)生磁場(chǎng)（消耗無(wú)功）。電容是容性負(fù)載，通電后首先建立電場(chǎng)，它們所消耗的功率就是無(wú)功功率。如果沒(méi)有這些無(wú)功功率，電動(dòng)機(jī)和電容都無(wú)法工作。無(wú)功是人們不想做而又不得不做的功。無(wú)功功率的單位：乏、千乏35視在功率S

交流電