电学基础培训

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电学基础 主要内容 电流电压电功率 简单电路 电阻电容电感 电流 什么是电流 电流是指电荷的定向移动。 电流的大小称为电流强度，简称电流，符号为 I 电流单位（安培、 A ）：单位时间内通过导线某一截面的电荷量，每秒通过一库仑的电量称为一安培 国际单位制 A 1A=1000mA 1mA=1000μA 电流分类 直流电：在单位时间内，电流的大小和方向不发生变化的称为直流电 (DC) 交流电：在单位时间内，电流的大小和方向不断发生周期性变化的称为交流电 (AC) 稳恒直流电 交流电 各种波形的交流电 电压，电流大小和方向都按正弦规律变化的叫正弦交流电 正弦交流电产生：是由交流发电机产生的 交流发电机的最基本结构是线圈和磁极，线圈可绕中心轴转动。线圈两端连接在彼此绝缘的两个滑环上，固定的电刷压在滑环上，由电刷把电流引出。 交流频率？ 小常识 周期 T ：变化一周所需要的时间 单位：秒、毫秒 频率 f ：每秒变化的次数 单位：赫兹、千赫兹 电网频率：中国 50Hz 美国、日本 60Hz 有线通讯频率： 300-5000Hz 无线通讯频率： 30KHz-30×10 4 MHz 什么是电压 电路中两点 A 、 B 之间的电位差简称为电压（ U ） 其大小等于单位正电荷因受电场力作用从 A 点移动到 B 点所作的功 电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向 国际单位 V 常用单位 毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV) 电压 水流 电流 水的高度差（水位差、水压差） 水压的作用：形成水流的原因。 电的高度差（电位差、电压差） 电压的作用：形成电流的原因。 电压等级 安全电压等级 12V 、 24V 、 36V 输电电压一般分为高压、超高压和特高压 高压 (HV- High Voltage ) ： 35kV ～ 200 kV 超高压 (EHV- Extra High Voltage ) ： 330 kV ～ 750 kV 特高压 (UHV-Ultra High Voltage) ： 1 000 kV 及以上 配电网电压一般为 35kV 以下 低压 (LV-Low Voltage) ： 0.4 kV 及以下 中压 (MV-Medium Voltage) ： 3 kV ～ 35 kV 中国国家标准 《 额定电压 》 （ GB I56-1980 ）规定的电压等级为： 3 ， 6 ， 10 ， 35 ， 63 ， 110 ， 220 ， 330 ， 500 ， 750 kV 相电压与线电压 电力系统中常用的 A 、 B 、 C 三相以及中性线 N 相 A B C N A B C N 相电压： A 、 B 、 C 三相相对于 N 相的电压即 U A 、 U B 、 U C 线电压： A 、 B 、 C 三相之间的电压即 U A-B 、 U B-C 、 U C-A 线电压 = √ 3相电压 什么是电功率 电流在单位时间所做的功（ 1 秒）叫电功率（ P ） 用来表示消耗电能的快慢的物理量 国际单位 W 常用单位 KW P(W)=U(V)*I(A) 电功率 电功率的种类 在电力系统中电功率可以分为有功、无功和视在功率 有功功率：是指保持设备运行所需要的电功率，也就是将电能转换为形式能的电功率 无功功率：用于电气设备内电厂与磁场的能量交换，在电气设备（电路系统）中建立和维护磁场的电功率。这部分功率是不消耗的。 视在功率：有功无功的和 相关计算 有功功率 P （ KW ）、无功功率 Q(KVAR) 、视在功率 S(KVA) 右图是实际测量的电压和电流的波形图，我们可以发现电压和电流是存在相角差的 (θ), 我们把电压电流放到坐标系中，可以把电流分解成电压同向和电压垂直的两个分量，这两个分量与电压的乘积即为有功和无功的大小。 相关计算 上述公式中 U 是系统的线电压， I 是系统中的总电流（视在电流），在三相系统中前面要乘以系数的。（电流在电压方向的分量为有功电流，垂直于电压方向的分量为无功电流） 电阻 什么是电阻 物质对电流的阻碍作用就叫该物质的电阻（ R ） 大小等于两端电压除以电流之商 R(Ω)=U(V)/I(A) 导线电阻 R=ρl/s ρ 为电阻率是导线材料自身参数、 S 为导线截面积， l 是导线长度 物质按电阻大小可分为导体、半导体、绝缘体 电阻分类 实芯碳质电阻 : 用碳质颗粒壮导电物质、填料和粘合剂混合制成一个实体的电阻器 绕线电阻 : 用高阻合金线绕在绝缘骨架上制成，外面涂有耐热的釉绝缘层或绝缘漆 薄膜电阻 : 用蒸发的方法将一定电阻率材料蒸镀于绝缘材料表面制成 金属玻璃铀电阻 : 将金属粉和玻璃铀粉混合，采用丝网印刷法印在基板上 贴片电阻SMT : 片状电阻是金属玻璃铀电阻的一种形式，他的电阻体是高可靠的钌系列玻璃铀材料经过高温烧结而成，电极采用银钯合金浆料 敏感电阻 : 敏感电阻是指器件特性对温度，电压，湿度，光照，气体， 磁场，压力等作用敏感的电阻器 电阻性元件 欧姆定律： I=U/R （电阻性元件的电阻的电阻值是不会随两 端电压改变而变化的） 什么是电容 两金属板之间有绝缘介质，即为电容器。 其单位为法拉 ( 法 ) ，符号 F 。 电容器利用二个导体之间的电场来储存能量，二导体所带的电荷大小相等，但符号相反 储存电能，具有充电、放电及通交流、隔直流的特性 国际单位 F 常用单位毫法 (mF) 、微法 (μF) 、纳法 (nF) 和皮法 (pF)( 皮法又称微微法 ) 电容 结构： 两个相互靠近又彼此绝缘的导体构成电容器 充放电 充电：使电容器两极板带上 异种 电荷的过程。充电过程是将 电场能储存 到电容器中 电容器电压 放电：使使充电后的电容器 失去电荷 的过程。放电过程中储存在电容器中的电场能转化为其他形式的能量 额定电压：电容器的最大工作电压 击穿电压：是指把电容器的电介质击穿导电，使电容器损坏的极限电压 电容器容值 电容器阻抗 平板电容器的电容与介质的介电系数成正比，与两极板之间的距离成反比 式中 Xcn 表示电容器的阻抗， C 是电容器的电容值， fn 是通过电容器的电流频率，一个固定的电容器 C 值是固定的，所以一个电容器的阻抗值只和流经电容器的电流频率成反比。 电容器分类 按照其使用场合可分为 电子电容 和 电力电容 。 电子电容主要是用在汽车、电脑、手机、家电等等电子设备中，主要是作为电源和滤波元器件使用。 电子电容 电力电容 电力电容主要包括补偿电容、接地电容、水冷式电容、脉冲功率电容、 电涌吸收电容等 无功补偿电容主要用于提高电力系统功率因数和滤波 无功补偿电容相关计算 三相电容器容值计算 c a b A B C 三相电容器是由 a 、 b 、 c 三个容值为 c 的电容器通过星或三角连接组成 A B C a b c 星形连接 三角形连接 C 总 =3c C A-B =C B-C =C C-A =1/2C 总 电容器电压等级 V L V C + _ + _ V C = V S V S + V L V H + V H V C V R V L V C 电容器额定电压、 V S 系统电压、 V L 电抗器反向电压、 V H 谐波电压 所以在电容器串联电抗器后，电容器的额定电压要远大于系统电压 三相电容器输出容量计算 Qc 电容器补偿容量 f 0 基波频率 V 电容器前端电压 C 电容器的电容值 由于电容器的额定电压和系统电压不同，所以电容器存在 额定容量 （额定电压下的容量）和 实际输出容量 （系统电压下的容量）两个容量值 Q 实 电容器实际输出容量 V 系 系统电压 Q 额 电容器额定出容量 S R 串联电抗器比率 V 额 电容器额定电压 容值与输出容量表 400V 输出容量（ kVar ） 480V 额定容量（ kVar ） 电容器容值 （ μF ） 电容器电流（ A ） 10 13 185 14.4 20 27 369 28.9 30 40 553 43.3 40 54 737 57.7 50 67 921 72.2 60 80 1106 86.6 70 94 1290 101.1 三相 400V 低压电容器（串联 7% 电抗器） 容值与输出容量表 400V 输出容量（ kVar ） 525V 额定容量（ kVar ） 电容器容值 （ μF ） 电容器电流（ A ） 10 15 170 14.4 20 30 340 28.9 30 44 510 43.3 40 59 680 57.7 50 74 850 72.2 60 89 1020 86.6 70 103 1190 101.1 三相 400V 低压电容器（串联 14% 电抗器） 电感 什么是电感 将绝缘的导线绕成一定圈数的线圈，们将这个线圈称为电感线圈或电感器，简称电感（ L ） 具阻止交流电通过而让直流电顺利通过的特性 国际单位亨（ H ） 常用单位毫亨（ mH ）、微亨（ uH ） 1H=1000mH ， 1H=1000000uH 。 各种类型的电感 各种类型的电感 电感的用途 在电路里主要的电感有变压器、电抗器、电机等 变压器 电抗器 式中 XLn 表示电抗器的阻抗， L 是电抗器的电感值， fn 是通过电抗器的电流频率，一个固定的电抗器 L 值是固定的，所以一个电抗器的阻抗值只和流经电抗器的电流频率成正比。 电阻、电容、电感的电压电流波形图 电压 电阻电流 电抗电流 电容电流 电阻电流与电压无相角差 电容电流超前电压 90° 电容电流滞后电压 90° 电阻、电容、电感的电阻、电压、电流矢量图 电压相位相同时 电流相位相同时 V C V R V L X C X R X L I L V R I C X L X R X C 电流矢量图 电压矢量图 电阻矢量图 电阻矢量图 什么是电路 由电气设备和元器件，按一定方式联接起来，为电荷流通提供了路径的总体叫电路 电源 开关 电气设备 电路 什么是串联 使同一电流通过所有相连接器件的联结方式。 电源 开关 电气设备 串联 两个元器件串联，流经两个元器件的电流是相同的 什么是并联 使同一电压施加于所有相连接器件的联结方式 电源 开关 电气设备 并联 两个元器件并联，两个元器件两端的电压是相同的 串联电路阻抗 R1 R2 Xc1 Xc2 XL1 XL2 XL1 Xc1 电阻与电抗、电阻与电容串联后的阻抗？ 并联电路阻抗 Xc1 Xc2 XL1 XL2 XL1 Xc1 R1 R2 电阻与电抗、电阻与电容并联后的阻抗？ 欧姆定律的应用 + 10V - R1=5Ω R2=10Ω R3=10Ω 计算流经 R1 、 R2 、 R3 的电流各为多少 欧姆定律： I=U/R R2 、 R3 并联电阻 R4 R1 与 R4 串联电阻 R 电路中的总电流 I R4 两端的电压 U1 流经 R2 、 R3 的电流 I2 、 I3 重点公式总结 欧姆定律： I=U/R 电容器输出容量： 电容器阻抗： 电抗器阻抗： 视在功率： 有功功率： 无功功率： 电阻、电容、电感串并联阻抗计算公式