最基本的电工基础知识.docx

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最基本的电工基础知识

简答题（共48分）

1.同一根导线的交流电阻和直流电阻为什么不一样?

（3分）

答案：

当交流电通过导线时，导线截面内的电流分布密度是不相同的，越接近导体中心，电流密度越小，在导体表面附近电流密度则越大，这种现象叫作集肤效应。

频率越高，这种现象表现得越突出。

由于这种集肤效应的结果，使导线有效截面减小，电阻增大。

当直流电流流过导线时，却没有这种现象。

所以，同一根导线的交流电阻大于直流电阻。

2.什么是有功功率、无功功率和视在功率？

（3分）

答案:

有功电流和电压产生的功率称为有功功率，用P表示。

无功电流和电压产生的功率称为无功功率，用Q表示。

电压U和电流I的乘积UI虽有功率的量纲，但不是电路实际消耗的功率，所以称为视在功率，用字母S表示。

3.何谓正序电压、负序电压和零序电压?

（3分）

答案：

正序电压是一组对称的电压相量，其频率相同，大小相等，相位互差120°，一般用A1、B1、C1表示。

其相序是顺时针方向旋转的A1-B1-C1。

负序电压是一组对称的电压相量，其频率相同，大小相等，相位互差120°，一般用A2、B2、C2表示。

其相序是逆时针方向旋转的A2-B2-C2。

零序电压是一组电压相量，其频率相同，大小相等，相位一致，一般用A0、B0、C0表示。

4.电动势与电压有什么区别？

它们的方向是怎么规定的？

（3分）

答案：

电动势是将外力克服电场力所做的功，而电压则是电场力所做的功；电动势的正方向为电位升的方向，电压的方向为电位降的方向。

5.什么是变压器的空载损耗?

（3分）

答案：

变压器的空载损耗指变压器二次绕组开路，一次绕组加上额定频率的额定电压时产生的有功功率损耗。

也称为铁损。

6.什么是相序？

（3分）

答案：

三相交流电依次达到正最大值（或相应零值）的顺序称为相序，顺时针按A-B-C的次序循环的相序称为顺序或正序，按A-C-B的次序循环的相序称为逆序或负序，相序是由发电机转子的旋转方向决定的。

三相发电机在并网发电时或用三相电驱动三相交流电动机时，必须考虑相序的问题，否则会引起重大事故，为了防止接线错误，低压配电线路中规定用颜色区分各相，黄色表示A相，绿色表示B相，红色表示C相。

7.什么叫三相四线制？

（3分）

答案:

三相四线制是带电导体配电系统的型式之一。

三相指U、V、W（即A、B、C）三相，四线指通过正常工作电流的三根相线和一根N线（中性线），不包括不通过正常工作电流的PE线（保护接地线）。

8.分别简述幅值、频率和初相位的基本概念。

（3分）

答案：

幅值、频率和初相位是确定正弦量的三要素，它们反映了正弦量的特点，其中幅值决定正弦量变化的范围，频率决定正弦量变化的快慢，一般用每秒钟内电流方向改变的次数来表示。

初相位决定正弦初始状态，即t=0时的相位角。

9.什么是并联谐振?

其特点是什么?

（3分）

答案：

在电阻、电感、电容的并联电路中，出现电路端电压和总电流同相位的现象，叫并联谐振。

它的特点是：

并联谐振是一种完全的补偿，电源无需提供无功功率，只提供电阻所需的有功功率；谐振时，电路的总电流最小，而支路的电流往往大于电路的总电流，因此，并联谐振也称电流谐振。

发生并联谐振时，在电感和电容元件中会流过很大的电流，因此会造成电路的熔丝熔断或烧毁电气设备等事故。

10.什么是功率因数？

（3分）

答案：

在交流电路中，电压与电流之间的相位差（φ）的余弦叫做功率因数，用符号cosφ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值。

即：

cosφ=P/S

功率因数的大小与电路的负荷性质有关，如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感性或电容性负载的电路功率因数都小于1。

功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。

功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。

功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。

所以，供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。

11.串联电路有何特点?

主要应用在哪些方面?

（3分）

答案：

串联电路有如下特点：

（1）串联电路中，流过各电阻的电流相同。

（2）串联电路的总电压等于各电阻上电压降之和。

（3）串联电路的总电阻为各电阻之和。

由串联电路的特点可以看出：

如果在电路中串联一个电阻，那么电路的等效电阻就要增大，在电源电压不变的情况下，电路中的电流将要减少。

所以，串联电阻可起到限制电流的作用，如大电动机启动时，在回路串人一个启动电阻，可减小启动电流。

串联电阻的另一个用途就是可起到分压的作用，如电阻分压器和多量程电压表，就是利用这个原理做成的。

12.什么是最大运行方式?

什么是最小运行方式?

（2分）

答案：

最大运行方式，是指在最大运行方式运行时，具有最小的短路阻抗值，发生短路时产生的短路电流最大。

最小运行方式，是指在最小运行方式运行时，具有最大的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最小。

13.什么是保护接地与保护接零？

（2分）

答案：

将电气设备的外壳和在正常情况下不带电的金属部分与接地极之间用导将电气设备的金属外壳与三相四线制供电系统的零线相连接，叫保护接零。

14.什么是负载？

（2分）

答案：

负载是取用电能的装置，也就是用电设备。

连接部分是用来连接电源与负载，构成电流通路的中间环节，是用来输送，分配和控制电能的。

15.什么是三相交流电？

（2分）

答案：

三相交流电是电能的一种输送形式，简称为三相电。

三相交流电源，是由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120°的交流电势组成的电源。

三相交流电的用途很广，工业中大部分的交流用电设备，例如电动机，都采用三相交流电。

16.什么是零线、火线？

（2分）

答案：

一般家庭使用的电源线是由两根导线组成的，其中一根叫相线（俗称火线），一根叫零线（即中性线）。

正常情况下，零线电位为零，相线与零线之间的电压为220伏。

零线一般都与大地直接连接，零线与大地的电位是相等的。

17.什么是断路与短路？

（2分）

答案：

电气设备在正常工作的时候，电路中的电流由电源的一端经过电气设备回到电源的另一端形成闭合回路。

如果将电流的回路切断或者因某种原因发生断线，电路中电流不能流通，电路不能形成闭合回路，这就叫做断路。

电源的两端不经过任何电器设备，直接被导线连通叫做短路。

当电路发生短路时，电路内会出现非常大的电流，这叫做短路电流。

短路电流可能增大到远远超过允许的限度，使导线剧烈升温，甚至引燃导线、烧毁电气设备，引起火灾。

18.为什么低压网络中普遍采用三相四线制供电?

（3分）

答案：

由于三相四线制供电可以同时获得线电压和相电压两种电压，这对于用电者来说是比较方便的。

在低压网络中，常采用动力负荷与照明负荷混合供电，即将380V线电压供三相电动机用，220V相电压供照明和单相负荷用。

另外，在三相负荷不对称时，因中性线的阻抗很小，所以也能够消除因三相负荷不对称时中性点的电压位移，从而能保证负荷的正常工作。

所以综上所述，三相四线制供电获得广泛的应用。

计算题（32分）

1.一正弦交流电的周期是0.02s，试求该电流的角频率ω？

（2分）

答案:

该交流电的频率

f＝1/T=1／0.02＝50Hz

ω＝2πf＝2×3.14×50＝314（rad／s）

答：

其角频率为314rad／s。

2.有一三相对称负荷，接在电压为380V的三相对称电源上，每相负荷的电阻R＝16Ω，感抗XL＝12Ω。

试计算当负荷接成星形和三角形时的相电流、线电流各是多少?

（3分）

答案：

解：

负荷接成星形时，每相负荷两端的电压，即相电压为

负荷阻抗为

∴每相电流（或线电流）为

负荷接成三角形时，每相负荷两端的电压为电源线电压，即

U△ph＝U△p－p＝380V

流过每相负荷的相电流为

流过每相的线电流为

3.某电源的开路电压Uoc＝10V。

当外电阻R＝5Ω时，电源的端电压U＝5V。

求电源的内阻Rs的值。

（2分）

答案：

解：

该电源可用电压为Us的理想电压源与内阻Rs的串联模型来等效，即

Us＝Uoc＝10V

，则

Rs＝5Ω

答：

电源的内阻Rs为5Ω。

4.已知电源的电动势E=12V,内阻r0=0.1Ω,负载电阻R=3.9Ω，求电路中的电流I，电源内阻r0上的电压降U0及电源端电压U。

（3分）

答案：

答：

电路中的电流为3A,电源内阻上的电压降为0.3V，电源端电压为11.7V。

5.有50μF的电容器上，加频率为50Hz的交流电压220V，求其无功功率Q？

（2分）

答案:

XC＝1／（2πfC）=1/（2×3.14×50×50×10-6）=63.69（Ω）

Q=U2/Xc=2202/63.69≈760（var）

答：

该电容器上的无功功率约等于760var。

6.有R、L、C串联电路，其中R＝20Ω，L＝0.5H，C＝100uF，该电路谐振频率为多少赫兹（保留两位小数）？

（2分）

答案：

发生谐振条件为XL＝XC，即XL＝2πfL＝XC＝1／（2πfC），则

f＝22.52（Hz）

答：

谐振频率为22.52Hz。

7.某户内装一日光灯照明，电路如图所示。

已知其端电压U＝220V，频率f＝50Hz，日光灯的功率P＝20W，开灯后，电路中通过的电流I＝0.3A。

试求该电路的等效电阻R以及电感L、功率因数

?

如果要将该电路的功率因数提高到0.85，问需要并联一个多大的电容器C?

（6分）

答案：

解：

已知P＝I2R，则

，则

已知

，

；

，

，如果将功率因数提高到0.85，需并联电容器

答：

需要并联3.32

Ｆ的电容器；R为222Ω，L为2.23H，

为0.303。

8.如下图所示，已知U＝200V，R=50Ω,R1=R2=100Ω,求各电阻中的电流。

（2分）

答案：

9.一单相电动机接在220V、50Hz的交流电源上，假设该电动机的等效电路图如下图所示。

已知R＝40Ω，L＝0.5H，试求该电动机的有功功率、无功功率、视在功率。

（3分）

答案:

XL＝2πfL＝2×3.14×50×0.5＝157（Ω）

（Ω）

I＝U/Z＝220/162＝1.36（A）

P＝I

R＝1.36

×40＝73.98（W）

Q＝I2XL＝1.362×157＝290.39（var）

S＝I2Z＝1.362×162＝299.64（VA）

答：

该电动机消耗的有功功率为73.98W，无功功率为290.39var，视在功率为299.64VA。

10.某星形连接的对称三相电路，电源电压为380V，每相负荷的电阻为60Ω，电抗为80Ω，求相、线电流的大小及三相的总有功功率、无功功率、视在功率和功率因数。

（4分）

答案：

相（线）电流大小为

11.已知星形连接的三相对称电源，接一星形四线制平衡负载Z＝3＋j4Ω，若电源线电压为380V，问A相断路时，中线电流是多少?

若接成三线制（即星形连接不用中线），A相断路时，线电流是多少?

（3分）

答案：

解：

在三相四线制电路中，当A相断开时，非故障相的相电压不变，相电流也不变，这时中线电流为

若利用三线制，A相断开时

答：

在三相四线制电路中，A相断开时，中线电流为44A；若接成三线制，A相断开时，B、C两相线电流均为38A。

绘图题（33分）

1.画出单相正弦交流电压U＝Umsinωt的波形示意图。

（3分）

答案：

如图1-1所示。

图1-1

2.画出电缆行波等效阻抗示意图。

（3分）

答案：

如图1-2所示。

图1-2

3．电容器并联在电感性负荷的线路上，可减少无功功率的输送，从而提高功率因数。

并联前线路参数为P，Q1，1，S1；电容器Q，并联后线路参数为P，Q2，2，S2。

试画出并联电容器提高功率因数示意图。

（3分）

答案：

并联电容器提高功率因数示意图如图1-3所示。

图1-3

4．画出阻抗、电压及功率三角形。

（3分）

答案:

电阻、电压、功率三角形如图1-4所示。

图1-4

5．试画出电压表经电压互感器接入的测量电路图（用两台电压互感器测量三相电压）。

（3分）答案：

电压表经两台电压互感器接入测量三相电压电路图如图1-5所示。

图1-5

6．画出电阻和电感串联接线电路图、相量图。

（3分）

答案:

电阻和电感串联电路图、相量图如图1-6所示。

（a）电路图；（b）相量图

图1-6

7．根据图1-7所示电路，画出电压U和电流I的相量图。

（3分）

图1-7

答案:

相量图如图1-8所示。

图1-8

8。

画出三相三线平衡负荷的星形联结图，并写出其线电压与相电压、线电流与相电流之间的关系。

（3分）

答案:

如图1-9所示I1=Iph

U1=

Uph

9.画出单相桥式整流电路图。

（3分）

答案：

如图1-10所示。

图1-10

10.画出单相全波整流电路图。

（3分）

答案：

如图1-11所示。

图1-11

11.用图表示电阻、电感、电容串联电路中，电流与电压的相位关系（设置XL>XC）。

（3分）

答案：

如图1-12所示。

图1-12

根据《电力工程设计手册》，变压器容量应根据计算负荷选择，对平稳负荷供电的单台变压器，负荷率一般取85％左右。

即：

β=S/Se

式中：

S———计算负荷容量（kVA）；Se———变压器容量（kVA）；β———负荷率（通常取80％～90％）

可以用经验公式：

10KV/0.4KV变压器

低压侧I=1.5S（变压器容量*1.5）

高压侧I=0.06S（变压器容量*0.06）

或：

I=S/U*cos（变压器容量1000除以电压0.4再乘以功率因数）

你的高压是多少（10KV）

高压电流=1000/1.732/10=57.7A

低压电流=1000/1.732/0.38=1519A

常用的电功率单位是瓦特（W），千瓦（KW）。

它们的关系是

1W=1AX1V

1KW=1000W

电功率P=UI=I2R=U2/R

三相功率P=√3U1COSΦ

√3=1.732

U1=380V

已知电容器的电容量C=10μF，现分别将它接在⑴直流220V电源上；

（2）工频交流电压有效值220V电源上；（3）500Hz、220V交流电源上，求电容的电流I和无功功率Qc。

解：

（1）在直流220V电源上因为直流电压的频率f=0，所以容抗：