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矿井安全知识

第一章、电工基础知识

1-1、导体、绝缘体和半导体是怎样划分的？

（1）导体。

具有大量能够在外电场作用下自由移动的带电粒子，因而能很好地传导电流的物体。

如各种金属、碳及电解液等都是导体。

（2）绝缘体。

具有良好的电绝缘或热绝缘性能的物体。

如空气、木材、棉、毛、玻璃、橡胶、石蜡、塑料等都是绝缘体。

（3）半导体。

导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。

1-2、什么叫电路？

构成电路必须具备哪些部件？

电流流通的路径称为电路。

直流电流通的电路称为直流电路；交流电流通的电路称为交流电路。

电路的参数（电阻、电感、电容）不随电流或电压的大小及方向改变而改变时称为线性电路，否则称为非线性电路。

电路一般包括四个主要部分，即电源、负载、连接导体与控制设备。

1）电源是电路的能源，其作用是将各种形式的能量转换为电能。

2）负载是用电的设备，其作用是将电能转换为所需形式的能量，如灯泡、电动机、电炉等。

3）连接导线的作用是传输电能。

4）控制设备是用来执行控制任务的。

1-3、试说明什么叫电源和电动势？

把其他形式的能量转变为电能的装置称为电源。

如发电机、电池温差电偶等。

电源内部都具有一种非静电作用，它能推动正电荷不断地从低电位运动到高电位因而能持续保持正极电位比负极电位高，就能形成整个电路中连续不断的电流。

电源内部这种能把正电荷从低电位推动到高电位的本领，称为电动势。

1-4、什么叫电流、电流强度和电流密度？

电荷的有规则的流动称为电流。

单位时间内通过导体横截面的电量称为电流强度。

其实用单位为安培。

单位时间内通过垂直与电流方向上单位面积上的电量称为电流密度。

其单位为安/米2，可写成

δ=

.

1-5、什么叫电压？

它与电动势有什么区别？

电路中两点之间的电位差叫做电压。

电动势是指电源内部的一种非静电作用，它能推动正电荷不断地从低电位运动到高电位，因而能始终保持正负极间的电位差。

电动势的大小等于单位电荷在电源内部非静电力的作用下通过电源时所获得的能量。

电动势的方向是指从负极到正极的方向，。

而电压则是指正极指向负极。

1-6、什么叫电阻率？

电阻率与温度的关系如何？

电阻率又叫电阻系数。

它是表征物资导电性能的物理量。

电阻率越小，导电本领越强。

铜的电阻率在200C时为1.7×10－6欧姆*毫米2/米。

金属的电导率与温度有关。

温度越高，金属的电阻率越大。

对于半导体和电介质则温度越高，电阻率越小。

1-7、电阻是什么？

导体的电阻怎样计算？

电路中某两点间在一定电压作用下决定电流强度的物理量称为电阻，其定义公式为R=

R为电阻，U为电压，I为电流。

电阻可理解为物体对电流通过所呈现的阻力。

在相同温度下，长度和截面积都相同时，不同物质的电阻差别很大。

金属的电阻较小，但随着温度的升高而增大。

绝缘体的电阻很大。

半导体的电阻介于导体和绝缘体之间，并随温度的升高而显著减小。

电阻的单位为欧姆（Ω）,简称欧。

1-8、试说明部分电路、全电路的欧姆定律

部分电路的欧姆定律：

通过部分电路的电流I,等于该部分电路两端的电压U，除以该部分电路的电阻R。

即I=

.

电流、电压、电阻的单位分别为安培、伏特、欧姆。

全电路的欧姆定律：

通过全（闭合）电路的电流,等于电路中电源的电动势E，除以电路中的总电阻（外电阻R和电源的内阻r之和）即I=

。

1-9、什么叫电容器？

什么是电容？

电容器是电路中用以储积电荷的基本元件。

由电介质相隔的两组金属电极板组成。

所用电介质有固体的、气体的和液体的。

按型式分，电容器有固定的可变的和半可变的三类。

按极片间的介质分有空气电容器、真空电容器、纸质电容器、塑料薄膜电容器、云母电容器、陶瓷电容器、电解电容器等。

电容器在电力系统中是提高功率因数的重要器件；在电子电路中是获得震荡、滤波、移相、旁路、耦合等作用的重要元件。

电容器储存电荷的能力叫电容量，简称电容，用符号C表示。

电容的大小用储存的电荷量Q与两极间的电压U的比值表示，

即C=

若1伏电压作用下，电容器储存的电量为1库仑，电容就是1法拉。

实用上常去较小的单位，微法、微微法。

即

1微法=10-6法拉

1微微法=10-6微发=10-12法拉

1-10、电路元件的串联具有什么特点？

把电路元件逐个顺次连接的方法称为串联。

特点是，如果有电流通过时则各元件的电流相同。

（1）、电源的串联：

把一个电源的负极接到次一个电源的正极，这样顺次联接，其整个电源组的电动势等于各电源电动势之和。

即E串=E1+E2+E3+…。

（2）电容器的串联：

把电容器顺次联接成无分支线的电路。

总电容的倒数等于各个电容器倒数之和，而较其中任一电容器的电容量为小。

即1/C串联=1/C1+1/C2+1/C3+…。

（3）、电阻的串联：

把电电阻顺次联接成无分支线的电路。

总电阻的等于各个电阻之和。

即R串联=R1+R2+R3…。

1-11、电路元件的并联具有什么特点？

把电路元件并列联接到电路的两点之间，这样的联接方法为并联。

它的特点是各并联元件两端的电压都相等。

（1）、电源的并联：

把几个电动势相等的电源正极联接在一起，负极也联接在一起，然后接到电路中。

这时总电动势仍等于一个电源的电动势，而通过外电路的电流，等于通过各电源的电流之和。

即E并=E1=E2=E3=…。

需要强电流时可采用并联电源。

（2）、电容的并联：

把电容器的一极联接在一起，另一极也联接在一起。

总电容等于各电容器电容之和。

即C并=C1+C2+C3+…需要大电容时可采用并联。

（3）、电阻的并联：

把所有电阻的一端联接在一起，另一端也联接在一起，总电阻的倒数等于各个电路电阻倒数之和，而较其中任一分路的电阻为小。

即1/R并=1/R1+1/R2+1/R3+…。

1-12、电功和电功率的定义是什么？

用什么单位计量？

功是量度能量转换的基本物理量。

当电流通过电路时电路把电能转换成其他形式的能量，则电流作了功。

电流所作的功叫电功。

电功常用UIt表示，即电压、电流、通电时间的积。

电功常用单位是焦耳、千瓦*时等。

功率是做工快慢程度的量度，用单位时间所做的功表示。

电源在单位时间里所做的功称为电功率，表达式为P=UI,式中P代表电功率。

电功率的单位是焦耳/秒，又称为瓦特，较大的单位是千瓦。

1-13、什么是基尔霍夫定律？

基尔霍夫定律是确定任意形式的电路中节点的电流之间与回路的电压之间所遵循的电路定律。

基尔霍夫第一定律：

在任一时刻流入电路中某一分支点的电流强度的总和，等于从该点流出的电流强度的总和。

即∑I入=∑I出或∑I=0。

基尔霍夫第二定律：

在电路中任取一闭合回路，并规定正的绕行方向其中电动势的代数和，等于各部分的电阻与电流强度乘积的代数和。

即∑E=∑IR或∑U=0

1-14、什么是磁体？

什么是磁极？

具有磁性的物体称为磁体。

磁体中最强的部分称为磁极。

针形、条形和马蹄形磁体的磁极都接近于两端处。

用一根线将磁体吊起在地磁的作用下磁体静止时的方向大致指向南北；指北的称为北（N）极，指南的称为（S）极。

磁体的同名磁极相斥，异名磁极相吸。

在任何一个磁体上，南极和北极总是成对出现，而且它们的强度相等。

1-15、右手定则应用在什么场合？

它是确定导体在磁场中感生电动势方向的定则。

伸开右手，使拇指与其余四指垂直。

并都和手掌在同一平面内。

假想将右手放入磁场中，让磁力线从手心中垂直穿过使拇指指向导体的运动方向这时其余四指所指的就是感生电动势的方向。

也称为发电机定则。

1-16、左手定则应用在什么场合?

它是确定通电导体在外磁场中受力方向的定则。

说伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并都和手掌在同一平面内。

假想将左手放入磁场中，使磁力线从手心中垂直穿过，其余四指指向电流方向，这时拇指所指的方向就是磁场对通电导体作用力的方向。

1-17、什么叫电磁感应？

通过闭合回路面的磁力线发生变化，在回路中产生电动势的现象称为电磁感应。

这样产生的电动势，称为感生电动势。

如果导体是闭合回路，将有电流流过，其电流称为感生电流。

变压器、发电机、各种电感线圈都是根据电磁感应原理工作的。

1-18、楞次定律说明什么问题？

楞次定律是用来确定感生电流（或感生电动势）方向的定律。

该定律指出，感生电流的方向是使它所产生的磁场与引起感应的原有磁场的变化相对抗。

1-19、自感现象是怎么发生的？

电路中因本身电流变化而引起电动势的现象叫自感应。

在具有铁心的线圈中特别显著。

1-20、什么叫互感应？

由于一个电路中电流变化，而在临近另一电路中引起感应电动势的现象。

变压器就是根据互感应的原理工作的。

1-21、涡流是怎么产生的？

涡流是涡电流的简称。

迅速变化的磁场在整块导体内引起的感生电流，其流动的线路呈漩涡形，这就是涡流。

磁场变化越快，感生电动势越大，因而涡流也就越强。

涡流能使导体发热。

在磁场发生变化的装置中往往把导体分成一组相互绝缘的薄片（如变压器的铁心）或一一束细条，以减低涡流强度，从而减小能量损耗。

但在需要产生高温时，又可利用涡流来取得热量，如高频电炉就是根据这一原理设计的。

1-22、试解释什么是趋肤效应？

交流电通过导体时，由于感应作用引起了导体截面上电流分布不均匀，愈近导体表面其电流密度愈大，这种现象称为趋肤效应。

趋肤效应使导体的有效导电面积减小，电阻增加。

频率愈高，趋肤效应愈明显。

1-23、直流电和交流电有什么区别？

直流电简称“直流”，指方向不随时间变化的电流。

在恒定电阻的电路中，加上电压恒定的电源，便产生大小和方向都不变的直流电，称“稳恒电流”。

直流电可由蓄电池、直流发电机等直流电源或交流电经过变流机或整流器来获得。

交流电简称“交流”，指大小和方向随时间作周期性变化的电流。

它的最基本形式是正弦电流。

1-24、交流电的周期、频率的定义是什么？

正弦交流电变化一周所需的时间即为交流电的周期，通常用T表示，它的单位为秒。

一秒钟内交流电变化的周期数称为频率，通常用f表示。

它的单位为周/秒或赫兹，简称赫，用He表示。

频率好周期互为倒数。

1-25、交流电的瞬时值、峰值、有效值、平均值各表示什么？

正弦交流电每时每刻都在变化，交流电在某一瞬时的值称交流电的瞬时值。

当电流随时间作正弦变化时，可表达为i=Imsinωt,其中i为电流瞬时值，Im是电流的振幅，ω是角频率。

正弦交流电的峰值就是它的振幅。

，

有效值是一种用以计量正弦交流电大小的值。

若交流电通过一个电阻，在一周期中所发生的热量与直流电在同一时间发生的热量相同，则这直流电的量值称为交流电的有效值（亦称均方根值）。

电流的有效值为

I=

Im=0.707Im或Im=

I=1.414I

正弦交流电的平均值，一般采取从t1=0到t2=π/ω作为时间间隔的平均值。

1-26、交流电的有功功率、无功功率和视在功率的意义是什么？

单位时间内实际发生或消耗的电能叫电功率，它是一周期内的平均功率，简称功率。

在单相电路中，有功功率P等于电压有效值、电流有效值和功率因数三者的乘积，即P=UIcosφ。

单位有瓦千瓦。

具有纯电感或纯电容的交流电路中，电感的磁场和电容的电场在一周期的一部分时间内从电源吸收能量，另一部分时间内将能量返回电源，在整个周期内平均功率是零，也就是没有能量消耗。

但能量是在电源和纯电容或纯电感之间来回交换的，能量交换的最大值叫做无功功率。

在一般单相交流电路中，无功功率的计算值等于电源有效值、电流有效值和电压、电流间相位差的正弦三者的乘积，即Q=UIsinφ.。

单位为乏、千乏。

视在功率S表示交流电电气设备的容量。

其值等于电压有效值和电流有效值的乘积，即S=UI.。

单位用伏安、千伏安。

视在功率乘以功率因数等于有功功率，即P=S.cosφ。

1-27、什么叫功率因数？

它有什么实际意义？

在正弦交流电路中，接有电感性负载时，电源供给的电功率可以分成两种：

一种叫有功功率，这部分功率是指把电能转换成其他形式的能量的功率；一种叫无功功率，这部分功率是指把电能在电源和电感负载之间交替往返的功率，他并不作功，但却是用电设备中建立磁场所必须的。

电源发出的总功率，叫视在功率。

视在功率S、有功功率P和无功功率Q之间的关系见图：

S与P之间夹角φ的余弦，称为功率因数，用cosφ表示，即

S=√P2+Q2（伏安）

P=Scosφ（瓦）

Q=Scosφ（乏）

从功率三角形中不难看出，在同样视在功率S的情况下，功率因数越低，有功功率就越小，无功功率也就越大，这样使电源功率不能充分利用。

此外，无功功率增大还增加了供电设备及线路中的功率损失，因此，用电时必须采取措施提高用电设备的功率因数。

1-28、单相和三相交流电有什么区别？

具有单一交流电动势的电源称为单相电源。

对外供电时一般有两个头。

三相是常用的一种多相交流电系统。

其基本接线方式有星型和三角形。

在具有对称电动势的三相系统中，各电动势的频率和振幅都相等，而且相邻两项的相位差等于120。

。

三相交流电系统已成为近代发电、输电、供电的基本方式，与单相系统相比有以下优点：

便于获得旋转磁场，这种磁场是异步电动机和同步电动机工作的基础；对称三相电路功率的瞬时值恒定不变，而且在同一输电条件下，可以节省导线材料。

1-29、什么是电源、负载的星形联接？

星形联接线电压和相电压、线电流和相电流之间有什么关系？

如果把三相发电机的三个线圈的末端联接在一起，用三个首端向负载供电，这种联接就叫做电源的星形联接。

如果把三个负载的末端联接在一起，用三个首端与电源联接,这种联接就叫负载的星形联接.见图:

在图中A、B、C分别表示三相电源的首端，0点表示三相电源的中点（即三个末端Ｘ、Ｙ、Ｚ的联接点）。

A1、B1、C1分别表示三相负载的首端。

01点表示三相负载的中点（即三个负载末端的联接点）。

若将电源中点0与负载中点01也用导线联接起来，这种供电方式称为三相四线制。

电源与负载的首端之间的联接线叫做相线。

一般也称为火线。

0与01的联接线称为中性线。

简称中线（如果中线接地，也可以叫零线或地线）。

A1

iA

B1

端线（火线）与中线间的电压，叫相电压，如UA、UB、UC。

端线与端线间的电压叫线电压，如UAB、UBC、UCA。

发电机每相流过的电流叫相电流用I相表示。

而把每根端线中通过的电流叫线电流，用I线表示。

由图可见，在三相四线制供电线路中，相电流等于相电流，即I相=I线；线电压等于相电压的

倍，即U线=

U相。

中线中通过的电流叫中线电流，用I0表示。

当三相负载对称时中线电流为零，往往可以取消中线，这种供电方式就是三相三线制。

1-30、什么是电源、负载的三角形联接？

三角形联接线电压和相电压、线电流和相电流之间有什么关系？

三角形联接，就是把线圈的末端和另一个线圈的首端依次联接，例如X接B、Y接C、Z接A，形成一个闭合回路，再从三个联接点引出三根导线向外供电，如下图：

B1

CY

.

这种三相供电线路是三相三线制。

由图可见，两端线间电压就是一相负载间的电压，所以三角形联接时，线电压等于相电位，即U线=U相。

图中iA、iB、iC为线电流.。

iAB、iBC、iCA分别为各相负载中的电流。

可见，三角形联接时，线电流不等于相电流，而是I线=√3I相，并且I线落后I相30°。

1-31、三相电路的功率如何计算？

当三相负载对称时，不论负载是星形联接还是三角形联接，各相的相电压和相电流都相等，电压与电流间的相位差也相同，所以各相负载所消耗的功率也必定相同。

其中

有功功率P=√3U线I相cosφ

无功功率Q=√3U线I相sinφ

视在功率S=√3U线I相

第二章、煤矿电工仪表

1、电工测量指示仪表的分类：

电工仪表根据在电工测量过程中度量是否直接参与工作分为：

测量指示仪表：

不需要直接参与工作而能随时指示出被测量的数值的仪表，如：

电压表、电流表、功率表等。