第二章井下电钳工的基础知识

第二章井下电钳工应具备的基本知识第一节电工基础知识一、电流、电压和电阻1、电流和电流强度单位时间内通过导体某一截面电荷量的代数和称电流强度，简称电流，用字母I表示，即：I=Q/T式中I—电流强度，A；Q—电荷量，C；T—电流通过的时间，S。电流强度的基本单位是A（安培）。1A（安培）电流就是在1S（秒）内通过导体截面的电量是1C（库仑）。电流强度单位还常用kA（千安）、mA（毫安）、μA（微安）表示，它们之间的关系为：1kA=1000A；1A=1000mA；1MA=1000μA；2、电位差、电压和电动势在电场中，将单位正电荷由高电位点移向低电位点时电场力所做的功称为电压，电压又等于高低两电位之间的电位差。其表达式为：U高低=AD/Q式中AD—电场力所做的功，J；Q—电荷量，C；U—高低两点之间的电压，V。电压的实际方向规定为高电位指向低电位，即电位降的方向。在电场中，将单位正电荷由低电位移向高电位时外力所做的功称为电动势。其表达式为：E=AW/Q式中AW—外力所做的功，J；Q—电荷量，C；E—电动势，V。电动势的实际方向规定为由低电位指向高电位，即电位升的方向。由上述可见，电压和电动势的主要区别在于，电压是反映电场力做功的概念，其正方向是电位降的方向；而电动势则是反映外力克服电场力做功的概念，其方向是电位升的方向，两者的方向是相反的。电压和电动势的基本单位为V（伏）。在工程上常用较大单位和较小单位，即kV（千伏）或mV（毫伏），其关系为：1kV=103V1V=103mV3、电阻电流在导体内流动所受到的阻力叫电阻。电阻用字母R来表示，它的单位是Ω（欧姆），另外，根据测量要求，电阻的单位还分MΩ（兆欧）、kΩ（千欧）、mΩ（毫欧）、μΩ（微欧）等单位，它们的关系是：1MΩ=106Ω；1kΩ=103Ω；1mΩ=10-3Ω；1μΩ=10-6Ω。二、欧姆定律电流和电压的大小成正比的电阻元件叫线性电阻元件。元件的电流与电压的关系曲线叫做元件的伏安特性曲线。线性电阻元件的伏安特性为通过坐标原点的直线,导体中的电流和导体两端承受的电压成正比，这个关系叫欧姆定律，其表达式为：I=U/R式中I—电流，A；U—电压，V；R—电阻，Ω。三、电阻的串并联计算1、电阻的串联及特点把电阻一个接一个依次地连接起来，使电流只有一条通路的连接形式，叫做电阻串联。如图2－1所示。电阻串联电路的特点是：（1）串联电路中的电流处处相同；图2－1电阻的串联（2）串联电路中总电压等于各电阻两端电压之和；（3）总电阻等于各个电阻值之和。可用下式计算：I=I1=I2=I3=……InR=R1+R2+R3+……+RnU=U1+U2+U3+……+Un式中I、R、U—串联电路的总电流、总电阻及总电压；I1、I2、I3、In—串联电路分电阻上的电流；R1、R2、R3、Rn—串联电路分电阻；U1、U2、U3、Un—串联电路分电阻上的电压降。2、电阻的并联及特点将各电阻的两端连接于共同的两点上并施以同一电压的连接形式，称为电阻的并联。如图2－2所示图2－2电阻的并联电阻并联电路的特点是：（1）各分路两端电压相等；（2）总电流等于各分路电流之和；（3）总电阻的倒数等于各电阻倒数之和。可用下式计算：U=U1=U2=U3=……UnI=I1+I2+I3+……+In1/R=1/R1+1/R2+1/R3+……+1/Rn式中U—并联电路总电压I—并联电路总电流R—总电阻U1、U2、U3、Un—各并联电阻上电压；I1、I2、I3、In—通过各并联电阻的电流；四、电功和电功率电功率是电路分析中常用到的一个物理量。传递转换电能的速率叫电功率,简称功率,用p或P表示。习惯上,把发出或接受电能说成发出或接受功率。下面分析任一支路的功率关系。当支路电流、电压实际方向一致时,因为电流的方向习惯上规定正电荷运动的方向,而正电荷沿电压方向移动时能量减少,所以这时该支路接受功率。当支路电流、电压实际方向相反时,该支路发出功率。又因所以转换能量的速率，即功率为dtdqdqdwdtdwpdqdwudtdqi,p=u·i(2.1)即任一支路的功率等于其电压与电流的乘积。用式（2.1）计算功率时,如果电流、电压选用关联参考方向,则所得的p应看成支路接受的功率,即计算所得功率为正值时,表示支路实际接受功率；计算所得功率为负值时,表示支路实际发出功率。同样,如果电流、电压选择非关联参考方向,则按式（2.1）所得的p应看成支路发出的功率,即计算所得功率为正值时,表示支路实际发出功率;计算所得功率为负值时,表示支路实际接受功率。在直流情况下,式（2.1）可表示为P=UI国际单位制(SI)中,电压的单位为V,电流的单位为A,则功率的单位为瓦［特］,简称瓦,符号为W。常用的功率的十进制倍数和分数单位有千瓦（kW）、兆瓦（MW）和毫瓦（mW）等。直流时，有W=P(t－t0)电能的SI主单位是焦［耳］,符号为J,它等于功率为1W的用电设备在1s内所消耗的电能。在实际生活中还采用千瓦小时（kW·h）作为电能的单位,它等于功率为1kW的用电设备在1h（3600s）内所消耗的电能,简称为1度电。1kW·h=103×3600=3.6×106J能量转换与守恒定律是自然界的基本规律之一,电路当然遵守这一规律。一个电路中,每一瞬间,接受电能的各元件功率的总和等于发出电能的各元件功率的总和;或者说,所有元件接受的功率的代数和为零。这个结论叫做“电路的功率平衡”。例2.1直流电路,U1=4V,U2=-8V,U3=6V,I=4A,求各元件接受或发出的功率P1、P2和P3,并求整个电路的功率P。解元件1的电压参考方向与电流参考方向相关联,故P1=U1I=4×4=16W(接受16W)元件2和元件3的电压参考方向与电流参考方向非关联,故P2=U2I=(-8)×4=-32W(接受32W)P3=U3I=6×4=24W(发出24W)整个电路的功率P(设接受功率为正,发出功率为负)为P=16+32-24=24W五、磁和电磁的基本概念1、磁极、磁场、磁力线带有磁性的物体，且能吸引铁、钴等金属物质的物体称磁铁。⑴磁极磁铁的两端磁性最强处为两个极，南极用字母“S”表示；北极用字母“N”表示。⑵磁场磁铁周围产生磁性的范围叫磁场。⑶磁力线在磁场中，由南极到北极的磁力线路称为磁力线，用磁场中垂直通过每单位面积的磁力线根数来表示磁通密度。2、电流的磁效应⑴右手螺旋定则凡导体通过电流，其周围都会产生磁场。磁场的强弱与通过电流的大图2－3右手螺旋定则小有关，而磁场方向则与电流方向有关。对于通电直导体周围磁场，其磁力线方向与电流方向的关系可用右手螺旋定则来确定，即用右手握住通电导体，拇指伸直并指向电流方向，则其余四指所指的方向便是磁力线即磁场方向。对于通电螺线线圈周围的磁场，磁场方向仍用右手螺旋定则判断，即四指指向线圈中的电流方向，伸直的拇指就表示磁力线方向。⑵左手定则通电导体在磁场中将受到电磁力的作用，受力方向可用左手定则来判断，即伸开左手于磁场内，让磁力线垂直穿过手心，四指伸直指向电流方向，则与四指垂直的拇指的指向便是导体所受电磁力的方向。应用左手定则可以判断通电导体在磁场中的运动方向，它和电动机原理相同，所以左手定则也称电动机左手定则。电磁力大小可用下式表示：F=BILsinа（N）式中F—电磁力，N；B—磁感应强度，Wb/m2；I—导体电流，A；L—通电导体有效长度，m；а—导体方向与磁场方向的夹角，（0）。⑶电磁感应导体在磁场中做切割磁力线运动时，会产生感应电动势。感应电动势的方向可用右手定则来判断，即伸右手于磁场内，使手心正对磁场的方向，拇指代表导体运动方向，则伸直的四指（与拇指垂直）就表示感应电动势的方向。感应电动势大小可用下式表示：e=BLVsina（V）式中e—感应电动势，V；B—磁通密度，Wb/m2；L—导体切割磁力线的有效长度，m；V—导体运行速度，m/s；a-导体运动方向与磁场方向的夹角，（0）。六、交流电的概念图2－4左手定则1、正弦交流电的概念交流是指电路中的电流、电压及电动势的大小和方向都随着时间按正弦函数规律变化，这种随时间做周期性变化的电流称交变电流，简称交流。交流电可以通过变压器变换电压，在远距离输电时，通过升高电压以减少线路损耗，获得最佳经济效果。而向需要各种不同电压的用户供电时，又可以通过降压变压器把高压变为低压，既有利于安全，又能降低对设备的绝缘要求。此外，交流电动机与直流电动机比较，则具有构造简单、造价低廉、维护简便等优点，所以交流电获得广泛地应用。2、交流电的产生由右手定则可知，导体在磁场中做切割磁力线运动时，会产生感应电动势，如果磁体做周期性的切割磁力线运动，就会产生一个周期性的感应电动势，周期性的感应电动势为设备提供的电源即为交流电。⑴交流电的周期、频率和角频率交流电在变化过程中，它的瞬时值经过一次循环又变化到原来的瞬时值所需的时间，即交流电变化一个循环所需的时间，称交流电的周期。周期用符号T表示，单位为秒。交流电每秒钟周期性变化的次数叫频率，用字母f表示，单位是赫兹（Hz）。周期与频率之间的关系为：T=1/f或f=1/T即频率与周期为倒数关系。交流电每秒所变化的电气角度叫角频率，用字母ω表示。交流电变化一周，其电角变化为2л弧度，所以角频与频率周期的关系为：ω=2л/T=2лf⑵交流电的最大值、有效值和平均值交流电在一个周期中所出现的最大瞬时值，称交流电最大值。常用字母Im、Um来表示电流、电压正弦量的最大值。交流电通过电阻性负载时，如果所产生的热量与直流电在相同时间内通过同一负载所产生的热量相等时，这一直流电的大小就是交流电的有效值。常用I、U符号表示电流、电压的有效值。通常所说的电压、电流的数值以及电仪表所测量的数值大都是有效值。有效值与最大值的关系如下：U=Um/2=0.707Um或Um=2U=1.414U交流电在一个周期内,正半周和负半周的数值相等,所以它在一个周期内的平均值等于零,这实际上没有什么意义.所谓交流电的平均值,是指交流电在半个周期内,在同一方向通过导体横截面的电量与半个周期时间的比值。常用Ip和Up来表示电流、电压的平均值。平均值与最大值和有效值的关系为：Up=0.637Um=0.9U3、单相交流电和三相交流电⑴三相交流电源由单个频率的交流电势组成的电源称为单相交流电。由三个频率相同、振幅相等、相位依次相差1200的交流电势组成的电源，称三相交流电源。三相交流电源是由三相发电机产生的，目前工农业生产所用的动力电源几乎全部采用三相交流电源。日常生活中所用的单相交流电也是由三相交流电源提供的，单独的单相交流电源现在已经很少采用了。⑵相电压、线电压、相电流、线电流？三相电路中，每相头尾之间的电压叫做相电压，如UAO、UBO、UCO。相电压通常用字母Uφ表示。相与相之间的电压叫做线电压，如UAB、UBC、UCA。线电压通常用字母UX表示。三相电路中，流过每相电源或每相负载的电流叫做相电流，通常用字母Iφ表示。流过各相端线的电流叫线电流，用字母IX表示。⑶三相电源和负载的星形连接将三相绕组的末端连在一起，从始端分别引出导线，这就是星形连接。通常绕组的始端用字母A、B、C表示，末端用字母X、Y、Z表示。绕组始端引出的线称为火线，三相绕组末端连接在一起的公共点“O”称为中性点。三相负载的星形连接和三相电源相同。星形连接时，线电流等于相电流，即：IX=Iφ⑷三相电源和负载的三角形连接在三角形连接中，相电流与线电流是不相同的。对于两相电流的A点来说，一相电流ICA是向它流来的，而另一相电流IAB是离它而去的，根据基尔霍夫第一定律可得相、线电流的关系瞬时值为：IA=IAB-ICAIB=IBC-IABIC=ICA-IBC从中可得出以下两个结论：线电流滞后于相电流300，即：IA比IAB滞后300，IB比IBC滞后300，IC比ICA滞后300线电流的有效值是相电流有效值的3倍，即：IA=3IABIB=3IBCIC=3ICA七、井下电工常用图形及文字符号第二节机电设备维修的基础知识一、维修作业工具材料配置1、工具仪表：十字