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电工基础知识
电工基础知识
1．电工的基本概念：
电工学是一门研究电的自然规律及其应用的科学。
它广泛应用于工业、农业、国防、科学技术、日常生活等各个领域。
电能之所以获得广泛应用，它具有以下三个方面的优势：
一是转换容易：
电能可以从水能、热能、原子能、化学能以及光能等转换而来；同时，电能也可以方便的转换为机械能、热能、光能、声能等其它形式的能。
另外，电能之间也可以相互转换，如：
交流电可以通过整流器转变为直流电；直流电通过振荡器可以转换为交流电。
二是便于输送：
电能可以远距离输送，而且输电设备简单，效率高。
电能还可以不用导线而以电磁波的形式在空中传播，如：
电视、雷达、无线电通讯等等。
三是便于测量和控制：
利用电能易于实现高度自动化。
因为电能以及一些相关的电学量（电压、电流等）可以用来代表信息，以无线和有线的方式高速而精确地进行传递、控制和处理。
电工学的内容包括两大部分：
电工和电子。
2．直流电与交流电：
第一部分直流电路
一、电路：
电路的组成：
由电源、负载和联接部分。
1、电源：
是一种非电能转换成电能的装置。
常用的电源有原电池、蓄电池和发电机等。
它们分别将化学能或机械能转换为电能。
2、负载：
是取用电能的装置。
也就是用电设备。
它将电能转换成其它形式的能量。
如：
电灯、电炉、电动机等，他们将电能转换为光能、热能、机械能。
3、联接部分：
是用来联接电源与负载，构成电流通过的中间环节，它除了必不可少的联接导线外，通常还包括：
开关和熔断器。
联接部分是用来输送、分配和控制电能的。
电路的几个物理量：
通常有电流、电位和电压、电动势、电阻。
1、电流：
在金属导体中，电流是自由电子在电场力的作用下定向移动而形成的。
在电解液中的电流，是有带正、负电荷的离子在电场力的作用下，向相反方向运动而形成的。
电流的方向：
通常电流的方向是以正电荷的运动方向作为电流的真实方向。
在电场力作用下，负电荷的运动效果和等量的正电荷运动的效果一致，但方向相反。
电流的大小：
是以单位时间内通过导体横截面的电荷量来表示。
通常电流用Ｉ表示（安培），电荷量用ｑ表示（库仑），时间用ｔ表示（秒），则：
公式是Ｉ＝ｑ／ｔ
１安培＝１库仑／１秒
如果１秒钟内通过导体横截面的电荷量是１库仑，那么这个电流叫１安培。
安培通常用Ａ表示，常用的还有：
毫安（ｍＡ）、微安（μＡ）
换算关系：
１安培＝１０００毫安＝１００００００微安
电流的种类：
有直流和交流两种。
直流：
大小、方向不随时间变化的电流叫做直流；如：
干电池、蓄电池、直流发电机产生的是直流。
交流：
大小和方向随时间按一定规律做周期性变化的电流叫做交流。
如：
交流发电机产生的电流就是交流电。
2、电位和电压：
形象理解：
管道中水流的形成只有水是不行的，还必须有水位或水压的作用。
同样，导体里电流的形成只靠导体中的自由电子是不行的，还必须有电场力的作用。
这实际上是电场力移动电荷克服导体（或负载）的阻力而作功，衡量电场力做功本领的物理量是电位和电压。
⑴电位：
电路中某点的电位是指电场力将单位正电荷从该点移动到参考点（零电位点）所做的功。
如图：
A
+
－
B
如图所示：
若以Ｂ点作为参考点，则Ａ点的电位就是指电场力将单位正电荷从Ａ点经灯泡移动到Ｂ点所作的功。
电位常用ΨA表示，于是电路中某点A的电位为：
ΨA＝Ｗ／ｑ
其中Ｗ是电场力将正电荷ｑ从Ａ点移到参考点所作的功，它的单位是焦耳；电量的单位是库仑；电位的单位则是焦耳／库仑，或称为伏特，简称为伏，用Ｖ表示。
电位的高低与参考点的选择有关，电路中参考点选择不同，各点电位的数值也不同。
在电工学中常以大地和电气设备的外壳作为零电位点。
⑵电压：
电路中某两点间的电压，就是该两点的电位差。
它实际上是电场力将单位正电荷从某点移动到另一点所作的功。
电压常用Ｕ表示，在上图中Ａ、Ｂ两点间的电压为：
ＵAB＝Ｗ／ｑ
式中W表示电场力将正电荷q从A点经灯泡移动到B点所作的功。
电压的单位与电位的单位相同，是伏特（V），有毫伏（mV）、微伏（μV）和千伏（kV）。
换算关系是：
1千伏=1000伏
1伏=1000毫伏
1毫伏=1000微伏
电压的方向规定为电位降低的方向，即从高电位点指向低电位点。
因为电压是电位之差，所以电路中某两点间的电压大小，只与该两点的位置有关，与参考点无关。
3、电动势：
指的是电源内部,把正电荷从电源的负极经电源内部搬运到电源的正极，是电源力的作用，搬运中正电荷是逆电场力方向运动，要受到电场力的阻碍作用，所以电源力搬运正电荷要克服阻力而作功。
衡量电源力做功本领的物理量就是电源的电动势。
公式：
E=W/q单位是伏特
其方向是规定为电源内部从负极指向正极的方向。
4、电阻：
导体内对电流起阻碍作用的能力叫做电阻。
电阻用R表示，单位是欧姆（Ω），常用还有千欧（kΩ），兆欧（MΩ）
换算关系：
1千欧=1000欧姆
1兆欧=1000千欧=1000000欧姆
导体的电阻与材料、截面积、长度有关。
材料决定电阻率ρ（欧×平方毫米／米）（可查），截面积S（平方毫米），长度L（米）
则有公式：
R=ρ×L／Ｓ
二、欧姆定律：
1、部分电路的欧姆定律：
如图：
Ｉ
Ａ
Ｕ
Ｒ
Ｂ
则公式是：
Ｉ＝Ｕ／Ｒ
Ｉ单位是安培，Ｕ单位是伏特，Ｒ单位是欧姆。
2、全电路欧姆定路：
r0――是电源的内阻
Ｉ
r
R
Ｅ
公式：
Ｉ＝Ｅ／（Ｒ＋ｒ０）
三、电阻的联接：
（有电阻的串联、并联和混联）
1、串联：
中间没有分岔的电阻连接，叫串联。
Ｒ１Ｒ２
Ｉ
串联电阻的特性：
流过各个电阻的电流相等电流；
具有分压作用；
总电阻是各个电阻之和；
总电压是各电阻的分压之和。
总电压为Ｕ，分压为Ｕ１、Ｕ２
Ｕ＝Ｕ１＋Ｕ２＝Ｉ×Ｒ１＋Ｉ×Ｒ２
2、并联：
多个电阻的首端与首端、尾端和尾端分别连在两个点之间，承受同一个电压，这种联接称为电阻的并联。
Ｒ１
Ｉ
ａb
Ｒ２
并联特点：
各电阻的电压相等：
Ｕ＝Ｕ１＝Ｕ２＝．．．．；
各电阻流过的电流之和等于总电流Ｉ：
Ｉ1＋Ｉ2+….＝Ｉ；
总电阻的倒数，等于各个电阻的倒数之和：
１／Ｒ＝1/R1+1/R2+．．．；
3、混联：
有串联和并联的电阻联接。
R1
I
I
R2R3
四、电功率和电能：
1、电功率：
电流通过电动机带动机器工作、电流通过电炉产生大量热等，都说明电流作了功。
即：
在一秒钟内电流所作的功叫作电功率。
电功率用Ｐ表示，单位是瓦（Ｗ）或千瓦（ＫＷ）
电压Ｕ，单位是伏特
电流Ｉ，单位是安培
则公式：
Ｐ＝ＵＩ
所以：
负载承受的电压越高，电功率越大；
流过负载的电流越大，负载的电功率越大；
１千瓦＝１０００瓦＝１．３６马力
2、电能：
电能就是电流在一段时间内所作的功，即：
电功率与时间的乘积就是电能。
电能用Ｗ表示，单位是千瓦小时或是度。
Ｐ――电功率，单位是千瓦。
ｔ――时间，单位是小时。
则公式：
Ｗ＝Ｐ×ｔ
如１００瓦的灯泡，每天平均照明４个小时，问３０天耗电多少度电？
Ｗ＝０．１（ｋＷ）×４（小时）×３０（天）
＝１２千瓦小时＝１２度
3、电流的热效应：
电流通过负载会产生热量,即：
电流通过某段导体（或电器）时所产生的热量与电流的平方、电阻值即通过电流的时间成正比。
Ｑ――热量，单位是卡；
Ｉ――电流，单位是安培；
Ｒ――电阻，单位是欧姆；
ｔ――时间，单位是秒；
公式：
Ｑ＝０．２４×Ｉ2×Ｒ×ｔ
1．２４为热功当量，即一焦耳的功相当于0.24卡的热量。
此部分之后的，如：
基尔霍夫的第一、第二定律及电容、电感、电磁等中高级工就不用了解了。
第二部分交流电路
一、交流电的基本概念：
１、什么是交流电
如果是电流（或电压、电动势）的大小和方向都随时间变化而变化的，这样的电叫做交流电。
交流电分为正弦交流电和非正弦交流电两类。
非正弦交流电不用了解。
正弦交流电是指电流（或电压、电动势）的大小和方向都随时间按正弦规律而变化的。
ｉ
Ｉm
ｔ
T
2、正弦交流电的几个基本物理量
Ａ、瞬时值和最大值：
根据上图，电流（或电动势、电压）的函数为正弦交流波形
即：
ｉ＝Imsin（ωt+φi）
e＝Emsin（ωt+φe）
u＝Umsin（ωt+φu）
其中，Im、Em、Um为最大值（峰值或振幅）；
ｉ、ｅ、ｕ为瞬时值。
Ｂ、周期、频率和角频率：
频率是在一秒钟内交流变化的次数，用ƒ表示，单位是赫兹（Ｈz），还有千赫（kＨz）、兆赫（MＨz）：
关系有：
１MＨz＝1000kＨz
１kＨz＝1000Ｈz
角频率ω表示正弦交流变化的快慢：
因为正弦交流完成一次循环而相应角度变化为2π弧度，如果每秒完成ƒ次循环，则有：
ω=2πƒ
周期是指交流变化一次所需要的时间，用T表示，单位是秒（s），或毫秒（ms）、微秒（μs）等。
关系为千倍的关系。
周期和频率互为倒数关系：
T=1／ƒ
我国的供电系统中，交流电的频率为50Hz，周期为0.02秒。
C、相位和相位差（了解即可）。
3、正弦交流电的有效值：
有效值是交流电流通过电阻和直流电流通过电阻一样，会产生热量，如果一个直流电流I和一个交流电流I通过同一个电阻R，在相同时间内产生的热量相等，则这个直流电流就叫做该交流电流的有效值。
二、简单的交流电路：
1、纯电阻电路
ui
如果u=Umsin（ωt）电阻为R，则电流为：
i=Umsin（ωt）／Ｒ
2.纯电感电路：
ｕｉ
2、R、L串联电路
ui
3、纯电容电路
ui
4、R、L、C串联电路
三、三相负载的联接：
1、三相负载的星形联接,如图：
A
B
C
零线
380伏的供电系统，单相与零线组合为220伏的民用供电系统。
2、安全用电常识：
a）电流对人体的作用：
电流通过人体就会触电。
人接触通有电流的导体是很危险的，特别是导体两端带有高压时更危险。
根据欧姆定律，通过导体电流的大小和导体两端的电压成正比。
通过人体电流的大小决定于人体电阻及所触及的电压高低。
通常，通过人体电流0.01安培以下的交流电和0.05安培以下的直流电时不致有危险,但有些反应。
如：
神经器官的刺激、手与关节剧痛等。
此外，触电和人体的部位也有关：
当右手触电和左脚接地时特别危险，此时电流通过心脏，电流约为总电流的6--7%。
人体电阻一般为600----100000欧姆，如果以600欧姆的人体电阻计算，倘若触到60V的电压，则：
I=60/600=0.1安培这样就很危险。
b）触电方式：
i.两线触电：
相电压为380V
A相
B相
C相
人体的两只手分别触及到其中的两条线极危险。
ii.单线触电：
一是中性点接地情况：
（零线接地）
A相
B相
C相
零线
如果人体触及到A、B、C任一条线则与大地构成回路时的触电（220V）。
这种触电常常发生在日常中的开关、插座、灯具、电视等用电设备。
这种事故主要是设备损坏、绝缘不良或在清扫时用潮湿的布擦拭带电的电气设备而造成的；再有任意摆弄或拆修带电的电气设备而引起。
再一个是中性点不接地的情况触电：
即单独触及到A、B、C任一相时，人体与大地
构成回路此时受到380V的高压。
iii.人体碰上电气设备而触电：
这种情况通常是电气设备的绝缘损坏造成的
c）安全措施：
i.保护接地：
将电气设备的外壳连接大地。
以防止设备的绝缘损坏、漏电和雷击。
ii.保护接零：
将电气设备的外壳连接到零线上。
iii.其他预防措施：
安全电压：
36V以下。
保护用具：
绝缘棒、绝缘钳子、橡皮手套、绝缘靴、橡皮垫、绝缘台、验电器等等。
d）触电急救：
当发现触电时，应迅速切断电源。
如若断不开时，就用绝缘物或干燥的木棍，将电线挑开，同时还应防止触电者断电后跌伤。
脱离电源后，若触电者没有停止呼吸，应将其抬到空气流通的场所。
若触电者已经停止了呼吸，则应进行人工呼吸。
急救技术：
口对口人工呼吸法;胸外心脏挤压法;牵手人工呼吸法;急救的针灸辅助治疗法.
ｅ）用电的操作规则：
一是相线必须接入开关、保险；
二是严禁采用一线一地、二线一地或三线一地；
三是在一个插座上不可接过多或功率过大的用电设备；
四是不可用金属线绑扎电源线；
五是不可用潮湿的手触及开关、插座和灯座；
六是无电气知识的人员，不可擅自接线或拆装；
七是堆放物资应与带电设备保持一定距离；
八是移动电气设备时一定要先断电，后搬运；
九是在潮湿地带工作室，要用安全电压36V以下；
十是在雷雨时，不可走进高压电杆、铁塔、树下；
电气的消防知识：
#电气设备发生火警时，要及时切断电源；
#灭火要采用黄沙、二氧化碳、四氯化氮灭火剂；
#灭火时，人员的手和工具不可触及导线和电气设备；
总之，非电工工种的禁止拆修电器设备。
四、UPS知识：
（不间断电源）
其作用是：
当意外出现供电系统事故断电时，UPS对其所带动的用电设备提供电源，保障用电设备正常工作。
它分为：
旋转式UPS和静态变换式UPS。
目前常用的是静态变换式UPS。
安全注意事项：
UPS周围不能有废弃物；
UPS空气过滤器要定期清扫（避免高温跳电）；
置UPS位置的墙壁、地板应采用非易燃材料制成；
必须配备二氧化碳灭火器；
操作维护人员要熟知正常与紧急状态下的操作；
UPS不工作时其内部可能存在危险电压。
指示灯：
1、UPS正常（绿灯）：
当面板上只有此灯亮时，表示完全正常。
如果还有其他灯亮时，表示UPS有问题。
当出现这种情况时，应先做好记录，后按两次清除报警钮。
2、交流输入中断（红灯）：
当UPS输入电源中断或超过一定限度时，系统会转向电池供电，系统报警。
若不采取措施恢复供电，当电池用完后负载会断电。
3、低电池电压（红灯）：
当电池供电时，这个灯亮，表明约五分钟后系统会断电，信息屏会显示还能运行的时间，也可以监视电池电压。
当电压下降到178V时，若不启动辅助电源，系统会断电。
4、UPS超负荷（红灯）：
当UPS超过额定值的105%时，就应将一些负载断电或移出。
5、转移到旁路（红灯）：
当此灯亮时，表明负载直接由UPS旁路电源供电。
通常，在维修、故障、过载的情况下启用旁路供电。
信息屏：
是显示UPS状态，可通过显示选择下的NEXT（下一个）或PREVIOUS（上一个）来观察信息。
它可以看到：
UPS电池供电状态；报警记录；输入电压；输出电压；旁路电压；工作的频率和温度；UPS维修菜单。
按钮：
显示选择按钮；参数调整按钮；
警报消除按钮；紧急电源切断按钮。
UPS的控制：
UPS控制开关；输入回路断路器；旁路回路断路器；输出开关。
UPS启动步骤：
之前必须确保：
所有的断路器、开关处于OFF位置。
1、按顺时针，将UPS控制开关转到ON位置；
2、使旁路电路断路器闭合；
3、闭合输入电路断路器；
4、闭合电池切断开关且按两次消除报警按钮；
5、闭合输出开关；
6、断开旁路电路断路器（消除报警）；
7、当出现
窗口时，表示UPS处于正常工作状态。
提示：
当断开开关时，应逆时针操作。
五、变频调速知识：
1、什么是变频器：
是利用电力半导体器件的通断作用,将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，可完成电动机的自动调速、节省能源等多项工作。
它分为电压型变频器和电流型变频器：
电压型变频器:
是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型变频器：
是将电流源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电感。
将电压型变频器和电流型变频器综合在一起使用就有：
交流—交流变频器;交流—直流—交流变频器
2.电动机的应用：
电动机在使用工频电源驱动时，电压下降则电流急剧增加（启动电流），通常达到额定电流的6－7倍，因此会对电气产生机械上的猛烈冲击；而采用变频器驱动时，随着电机的加速，相应的会提高了频率和电压，启动电流被限制在额定电流的1.5倍以下。
在运转时，如果频率下降时，电压也下降，电流在转矩一定的条件下基本不变，从而达到调速的目的。
3、变频技术的概念:
:
传统的家电产品使用的电源可不通过变换直接将能量输送给负载,从而让用户获得不同形式的能源。
不过在变频产品中使用的交流或直流电源被变频器进一步转化为高频的交流电。
首先在变频过程中能线性地控制输出功率。
第二,能获得高效率并节省能源,可以说变频器能提供最合适的电源方式,而且通常变频器在转化能源的时候,损耗小于普通装置,尤其对变压器损耗来说效果是显著的。
4、变频技术应用：
变频技术的家电是感应加热器。
从1985年起逐步应用到微波炉、电饭煲、电冰箱以及空调器、灯具等。
最近,洗衣机也开始使用变频器。
这里涉及到三个方面:
一是通过感应高频磁通来加热金属烤盘；二是通过变压来控制电机转速；三是利用高频能源来减小升压变压器的规模。
所以说变频技术将进入到家电的各个领域。
变频调速技术在水泵控制系统中的应用包括四部分：
控制对象：
电机B、变频调速器：
C、压力测量变送器;D、调节器
智能电梯控制系统
变频调速器在纺织中的应用
变频供水
5、家电使用的频率
因为使用高频,电磁干扰成为变频器的缺陷。
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