电学常识_皮皮的空间_百度空间
电路:
电流所经过的路径叫做电路。要使电流在电路中流动,就必须有产生电流的电源、消耗电能的负载,以及连接它们的导线和接通、断开电路的开关。因此,我们把由电源、负载、导线和开关等组件组成的电流路径叫做电路。一般电路分为以下四种运行情况:
通路:处处连通的电路叫做通路。只有通路,电路中才有电流通过。
断路:电路某一处断开叫做断路或者开路。
短路:电路某一部分的两端直接接通,使这部分的电压变成零,叫做短路。
接地:接地方式有工作接地、保护接地、防雷接地、防静电接地、重复接地及事故接地。而事故接地是因设备绝缘破坏等原因造成的故障接地。
电源:
把其它形式的能转换成电能的装置叫做电源。发电机能把机械能转换成电能,干电池能把化学能转换成电能。发电机、干电池等叫做电源。通过变压器和整流器,把交流电变成直流电的装置叫做整流电源。能提供信号的电子设备叫做信号源。晶体三极管能把前面送来的信号加以放大,又把放大了的信号传送到后面的电路中去。晶体三极管对后面的电路来说,也可以看作是信号源。整流电源、信号源有时也叫做电源。
负载:
负载也称负荷,电路中消耗的电能的装置统称为负载。电路中的负载,主要有下述三种类型:
{dy}类负载:纯阻性耗能负载(其电路没有相位角,相位相同),工作时将电源提供的电能转换成其它形式的能量,而且这种转换是不可逆的。例如:电灯、电炉等负载;
第二类负载:电感性磁场能量的负载(电流滞后于电路电压90°),工作时将电源提供的电能转换为磁能,这种转换通常是可逆的。例如:电感线圈等负载;
第三类负载:容性电场能量的负载(电流超前于电路电压90°),工作时将电源提供的电能转换为电场储能,这种转换也是可逆的。例如:电容等负载。
电动机能把电能转换成机械能,电阻能把电能转换成热能,电灯泡能把电能转换成热能和光能,扬声器能把电能转换成声能。电动机、电阻、电灯泡、扬声器等都叫做负载。晶体三极管对于前面的信号源来说,也可以看作是负载。
导线:
是连接电源和负载使其成为闭合回路的装置。这样,电荷才能在电源作用下,通过导线→负载→导线回到电源,进行定向运动形成电流。
电流:
电荷的定向移动叫做电路中电流,常用I表示。电流分直流和交流两种。电流的大小和方向不随时间变化的叫做直流。电流的大小和方向随时间变化的叫做交流。电流的单位是安培(A),也常用毫安(mA)或者微安(uA)做单位。1A=1000mA,1mA=1000uA。
电流可以用电流表测量。测量的时候,把电流表串联在电路中,要选择电流表指针接近满偏转的量程。这样可以防止电流过大而损坏电流表。
相电流:三相输电线每相负载中流过的电流叫做相电流。
线电流:三相输电线各线中流过的电流叫线电流。
电压:
河水之所以能够流动,是因为有水位差;电荷之所以能够流动,是因为有电位差。电位差也就是电压。电压是形成电流的原因。在电路中,电压常用U表示。电压的单位是伏(V),也常用毫伏(mV)或者微伏(uV)做单位。1V=1000mV,1mV=1000uV。
电压可以用电压表测量。测量的时候,把电压表并联在电路上,要选择电压表指针接近满偏转的量程。如果电路上的电压大小估计不出来,要先用大的量程,粗略测量后再用合适的量程。这样可以防止由于电压过大而损坏电压表。
相电压:三相输电线(火线)与中性线间的电压叫做相电压(220V)。
线电压:三相输电线各线(火线)间的电压叫线电压(380V)。线电压的大小为相电压的大小的1.732倍(√3倍)。
电阻:
电路中对电流通过有阻碍作用并且造成能量消耗的部分叫做电阻。电阻常用R表示。电阻的单位是欧(Ω),也常用千欧(kΩ)或者兆欧(MΩ)做单位。1kΩ=1000Ω,1MΩ=1000000Ω。导体的电阻由导体的材料、横截面积和长度决定。电阻可以用万用表欧姆档测量。测量的时候,要选择电表指针接近偏转一半的欧姆档。如果电阻在电路中,要把电阻的一头烫开后再测量。
电容:
电容是衡量导体储存电荷能力的物理量。在两个相互绝缘的导体上,加上一定的电压,它们就会储存一定的电量。其中一个导体储存着正电荷,另一个导体储存着大小相等的负电荷。加上的电压越大,储存的电量就越多。储存的电量和加上的电压是成正比的,它们的比值叫做电容。如果电压用U表示,电量用Q表示,电容用C表示,那么C=Q/U电容的单位是法(F),也常用微法(uF)或者微微法(pF)做单位。1F=106uF,1F=1012pF。电容可以用电容测试仪测量,也可以用万用电表欧姆档粗略估测。
一、欧姆定律
导体中的电流I和导体两端的电压U成正比,和导体的电阻R成反比,即I=U/R 这个规律叫做欧姆定律。如果知道电压、电流、电阻三个量中的两个,就可以根据欧姆定律求出第三个量,即I=U/R,R=U/I,U=IR在交流电路中,欧姆定律同样成立,但电阻R应该改成阻抗Z,即I=U/Z
二、功率因数
1、电源的总功率中应包括电阻的有功功率和电感的无功功率,这个总功率称为视在功率,符
号为S,单位是V•A(伏安)。视在功率与有功功率和无功功率的大小关系是:S=√P2+Q2L
有功功率占视在功率中的比例称为功率因数,符号为cosΦ,cosΦ=P÷S=UR÷U=R÷Z。cosΦ的值从0到1,值越大说明有功功率占视在功率的份额越大,也说明电能的利用率越高。由于无功功率只是与电源交换能量,而不是将电能转换为其它可用能量,但交换能量的电流在电路中流动,会在电路的电阻上转化为热能而消耗掉一部分电能,因此,无功功率越小越好。
2、功率因数的提高,电感性电路中电流的相位落后于电压,角度在0°~90°之间。其中电阻的成分越大,电流落后于电压的角度越小,cosΦ值越大;电阻的成分越小,电流落后于电压的角度越大,cosΦ值越小。由于电感的无功功率占有电源的容量,并在线路上消耗一定的能量,在生产中,希望电感的无功功率越小越好。电容在电路中,流过电容的电流比电压越前90°,恰好与电感电路中电流电压的相位关系相反,也就是说两者与电源交换能量的时间不同。电感从电源吸取能量转变为磁能时,正好是电容将其储备的电能返还电源的时候,如果把这两个组件接在一起,电感所需能量可由电容提供一部分,而电容充电时所需电能也恰好能由电感提供,一部分无功电能将在电容与电感之间转换,而不再通过电源。对电源来讲,负担电感的部分能量将减少,意味着电路的功率因数cosΦ提高。
如果把电容与线圈串联,线圈两端的电压就不再是原来所加的电压。为了使线圈接电容前后所加电压相同,必须把电容与线圈相并联。所以实际生产中提高功率因数的方法,是在电感性电路两端并联一个合适的电容。
三、电功率与电能
负载在电路中消耗电能,一个负载在单位时间内所消耗的电能,叫做电功率,电功率的单位是瓦特,简称瓦,符号为W,电功率的量符号为P。
负载工作一段时间所消耗的电能量叫做电能,电能的单位是KW.h(千瓦时)。1 KW.h电能就是平常所说的1度电。
四、三相交流电路
1、三相交流电 把三个大小相等、频率相同,初相位相差120°均匀分布。这样,发电机旋转就可以产生满足上述条件的三个单相交流电,由于初相位相差120°,在各导线中流过的电流存在一个时间差,这样,就不需要六条导线供电,而只需要在发电机内部把三个绕组按一定方式联接起来,用三条或四条导线供电。发电机每个绕组发出的单相交流电叫做三相交流电中的一相,因此,我们实际使用的单相交流电,都是三相交流发电机所提供三相交流电中的一相。
2、电源的三角形联结 发电机三相绕组分别称为U、V、W,我们把一个绕组的尾端与另一个绕组的首端接在一起,另一个绕组的尾端再与下一个绕组的首端接在一起,三个绕组接成一圈,以每个接点接出一条线称为电源的三角形联结。
3、电源的星形联结 把三个绕组的尾端接在一起,从三个首端引出三条线,再把尾端的公共点引出一条线,这称为电源的星形联结。
4、三相三线制 电源三角形联结共有三条线,电源星形联结,如果不接中线也是三条线,这样的供电方式叫做三相三线制。
三相三线制供电只有三条线,只有一种线电压,线电压有UL12、UL23、UL31三个,同样三个线电压大小相同,相位相差120°,使用时不能混淆。
5、三相四线制电路 电源星形联结,从三个首端引出三条线称为相线(俗称火线),分别用L1、L2、L3表示,从公共点引出的线称为中性线,用N表示。
在此电路中,每两条线之间都存在一个电压,相线与相线间的电压称为线电压,用UL表示。线电压共有三个:分别是L1、L2相间电压UL12,L2、L3相间的UL23,L3、L1相间的电压UL31。相线与中性线间的电压称为相电压,用UΦ表示。相电压也有三个:L1N间的UΦ1,L2N间的UΦ2,L3N间的UΦ3。三个线电压有效值相等,三个相电压有效值也相等。线电压有效值与相电压有效值的关系为:UL=√3UΦ
6、负载的三角形联结 把三个负载的首尾相接,接成一圈,从三个接点引出三条线接电源的三条相线,这种接法称负载的三角形联结,用△表示。
负载三角形联结时,每相负载所承受的是电源的线电压,每个负载中所流过的电流叫做相电流,用IΦ表示,三相负载中的相电流分别用IΦ1、IΦ2、IΦ3表示即IΦ=UL÷ZΦ
式中 ZΦ—— 每相负载的阻抗。
相线中的电流叫做线电流,实际供电导线中的电流就是线电流,用IL表示,。如果三个相电流大小相等,线电流有效值与相电流有效值的关系为IL=√3IΦ
7、负载的星形联结 把三个负载的尾端接在一起,接电源的中性线,三个首端接电源的三条相线,这种接法称负载的星形联结,用Y表示。
负载星形联结时,每相负载所承受的是电源的相电压。每相负载的相电流为IΦ=UΦ÷ZΦ
相电流就是导线中的电流。
如果三个负载的阻抗安全相同,这样的负载叫做三相对称负载。实际中,凡是三相电气设备,如三相交流电动机、三相变压器、三相电炉等,均为对称三相负载。在三相对称负载情况下,三个相电流大小相等,这时,电源中性线中将没有电流通过,中性线可以去掉,只用三条相线供电,即三相三线制电路。
但我们所使用的电气设备许多都是单相设备,如电灯、电视机等,它们都是使用三相电源中的一相。因此,三相电源的负载各相一般不可能xx相同,这种情况叫三相不对称负载。
在三相不对称负载情况下,三个相电流不相等,这时中性线电流不为零,中性线就起到了中线电流通路的作用。三相负载越接近对称,中线电流就越小,三相负载偏差越大,中线电流也越大。一般在安装单相负载时,尽量使三相负载接近对称,以减小中线电流。
三相四线制供电系统中如果相线断线,只能造成某相停电,不会造成很大损失。但如果中性线断线,由于一般三相负载不对称,这时就会造成各相负载上电压不均衡,电压高的一相上的电器会被烧毁。因此,中性线是起着保证三相电压对称的作用,三相四线制供电系统中中性线绝不能断,在中性线上不准安装任何开关电器及熔断器。
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