電工基礎工程力學知識

1、第一部分電工基礎知識電路及電路模型一、電路二、電路模型 電路中的基本物理量電流I i電壓 U u電動勢 E e （大寫表示直流量、交流量的有效值，小寫電位V v 表示交流量的瞬時值）電能 W w 電功率P p （大寫表示功率、有功功率，小寫表示瞬時功率） 電氣設備的額定參數UN 電路元件與實際電路元件的電路模型電阻及電阻元件R 歐姆 A 直流、交流阻礙電感與電感元件L H亨利 線圈 通低頻 阻高頻 直流短路 交流阻礙磁電容及電容元件C F 法拉 極板 通高頻 阻低頻 直流開路 交流阻礙電 無功補償 直流電路的分析計算一、歐姆定律 二、基爾霍夫定律 基爾霍夫第一定律是關于電流的一般定律：電路中的

2、任意一個節(jié)點，流入節(jié)點的電流總和等于流出節(jié)點的電流總和。 點基爾霍夫第二定律是關于電壓的一般定律：電路中任意一閉合回路，電源電壓之和等于電壓降的總和。 路三、電容的串聯(lián)、并聯(lián) 磁場的基本知識磁場：磁鐵周圍有磁力作用的空間稱為磁場。磁力線：為了形象地表示磁場的存在，用磁力線來描繪磁場。 N-S 閉合 不交叉磁通：磁力線的疏密可以描述磁場的強弱。磁感應強度：磁感應強度即磁通密度，是指與磁力線垂直的單位面積上的磁通量，用B表示。磁化：使原來沒有磁性的物體具有磁性的過程叫磁化。磁導率：磁導率是反應物質被磁化能力即導磁能力的物理量。用字母表示。 磁路：電流流通的路徑稱為電路，因此，磁通通過的路徑成為磁路

3、。磁阻：電流在電路上流通，會遇到電阻，電流走捷徑即電阻較小的路徑。同理，磁通在磁路上通過，也會遇到磁阻，并且也會選擇走磁阻較小的路徑。磁動勢：磁動勢 鐵芯線圈的磁場一、鐵磁物質的磁化二、 曲線三、交流鐵芯線圈的鐵芯損耗 磁滯損耗渦流損耗四、鐵磁物質的應用 磁場對通電導體的作用力一、電磁力的大小和方向左手定則：伸出左手，使四指與大拇指在同一平面，并相互垂直，讓磁力線垂直穿過掌心，四指指向電流方向，則大拇指所指的方向，就是載流導體所受電磁力方向。 F 磁對電的作用 二、電磁力的應用 電磁感應一、電磁感應感應電動勢的方向可用右手定則判斷：伸出右手，使大拇指與四指在同一平面，并且互相垂直，讓磁力線垂直

4、穿過掌心，大拇指指向導體運動方向，則四指所指的方向就是感應電動勢的方向。 磁產生電 右手螺旋二、自感和互感三、渦流 正弦量的基本概念一、交流電、正弦交流電路、正弦量sin 周期性 0。02二、正弦量的表示方法 max 周期 T頻率 赫茲 Hz 角頻率 314三、正弦量的三要素 最大值 角頻率 初相角 正弦量的相量表示一、正弦量的相量表示法三、正弦量的相量圖及其應用 阻礙交流電流的元件一、電阻與阻抗 R-Z二、純電阻電路 初相角（相位）相同 同相三、純電感電路 超前四、純電容電路 滯后 單相正弦交流電路的分析計算一、RLC串聯(lián)交流電路i R L CuR uL uCu，相量圖。 UL UC U U

5、X=ULUC UR ，電壓關系。（電壓三角形可得）U。，功率關系（功率三角形可得）S。 ，阻抗關系。（阻抗三角形可得）Z 功率因數。cos = = 。二、并聯(lián)交流電路三、交流電路的功率與功率因數 無功補償 如果要將用戶的功率因數從提高到，可按下式選擇電容器： 三相交流電路一、三相交流電動勢的產生二、三相交流電路的連接Y形連接、形連接三、對稱三相交流電路的分析、計算四、不對稱三相交流電路的分析五、三相交流電路的功率 含電感、電容電路的暫態(tài)現(xiàn)象一、基本概念二、RC串聯(lián)電路的暫態(tài)現(xiàn)象三、RL電路的暫態(tài)現(xiàn)象第二部分 工程力學知識一、力矩與力偶1、La4C3083 什么是力的“三要素”，請解釋各自的含義

6、。答：1）力的“三要素”指的是力的大小、方向和作用點； 2）力的大小表示物體間機械作用的強弱，可通過力的運動效應和變形效應來度量。力的單位是牛頓（用字母N表示）或千牛頓（用字母kN表示） 3）力的方向表示物體間的機械作用具有方向性，它包含方位和指向二層涵義； 4）力的作用點是力作用在物體上的部位。力偶（couple），大小相等、方向相反、作用線不在同一直線上的一對力。  1力對點之矩力對剛體的運動效應包括兩種：移動和轉動。力對點之矩是度量力使物體繞該點轉動效應的物理量。在空間問題中，力對點之矩為矢量，其方向由右手定則確定，如圖9-2所示。 4，力偶的性質  (1)

7、力偶無合力，即不能簡化為一個力，或者說不能與一個力等效。故力偶對剛體只產生轉動效應而不產生移動效應。    (2)力偶對剛體的轉動效應用力偶矩度量。    在空間問題中，力偶矩為矢量，其方向由右手定則確定，如圖9-3所示。    在平面問題中，力偶矩為代數量，表示為：    m=±Fd    (9-4)    通常取逆時針轉向的力偶矩為正，反之為負。    (3)作用在剛體上的

8、兩個力偶，其等效的充分必要條件是此二力偶的力偶矩矢相等。由此性質可得到如下推論：    推論1  只要力偶矩矢保持不變，力偶可在其作用面內任意移動和轉動，亦可在其平行平面內移動，而不改變其對剛體的作用效果。因此力偶矩矢為自由矢量。    推論2  只要力偶矩矢保持不變，力偶中的兩個力及力偶臂均可改變，而不改變其對剛體的作用效果。    由力偶的上述性質可知，力偶對剛體的作用效果取決于力偶的三要素，即力偶矩的大小、力偶作用平面的方位及力偶在其作用面內的轉向。圖9-4(a)、(b)表示的為

9、同一個力偶，其力偶矩為m=Fd二、應力導線的拉斷力與導線截面積的比值，稱為導線的瞬時破壞應力。導線的平均運行應力是指導線在年平均氣溫及無外荷重時的靜態(tài)應力。導線的最大使用應力是指導線在使用（指運行）過程中可能出現(xiàn)的最大應力。它在數值上等于瞬時破壞應力與安全系數的比。 T=TD/K三、滑輪 滑輪組是由若干個定滑輪和動滑輪匹配而成，可以達到既省力又改變力作用方向的目的。使用中，省力多少和繩子的繞法，決定于滑輪組的使用效果。動滑輪被兩根繩子承擔，即每根繩承擔物體和動滑輪力就是物體和動滑輪總重的幾分之一。 原則是：n為奇數時，繩子從動滑輪為起始。用一個動滑輪時有三段繩子承擔，其后每增加一個動滑輪增加二

10、段繩子。如：n=5，則需兩個動滑輪（3+2）。n為偶數時，繩子從定滑輪為起始，這時所有動滑輪都只用兩段繩子承擔。如：n=4，則需兩個動滑輪（2+2）。 其次，按要求確定定滑輪個數，原則是：一個動滑輪一般配一個定滑輪。力作用方向不要求改變時，偶數段繩子可減少一個定滑輪；要改變力作用方向，需增加一個定滑輪。 綜上所說，滑輪組設計原則可歸納為：奇動偶定；一動配一定，偶數減一定，變向加一定。一、選擇題1. 下列各式正確的是（d）。(a)z=R+X; (b)z=， (c)z=R+()， (d)z=。（提示：阻抗計算公式）2. R、L、C串聯(lián)電路中，已知=100V,=100V,=100V,則端電壓有效值U

11、=(a)。(a)100V ，(b)100V ， (c)300V ， (d)100V。(提示：以電流為參考作向量圖分析)3. 一臺電動機與電容器并聯(lián)，在電路電壓不變時，則(c).(a)電動機的電流減小，電動機的功率因數提高；(b)電路的總電流不變，電路的功率因數提高；(c)電路的總電流減小，電動機的電流不變，電路的功率因數提高；(d)電路的總電流增大，電動機的電流增大，電路的功率因數提高。（提示：電容補償感性無功功率,同時因為電感（電動機）的電流與電容的電流的方向相反，所以總電流會下降。）二、判斷題1 在正弦電路中，容抗與頻率成反比；感抗與頻率成正比。（ ）2. 在正弦電路中，無功功率表示的是儲

12、能元件與電源之間交換的功率，而不是消耗的功率（功率全稱是有功功率）。 （ ）3. 在R、L、C三者并聯(lián)的正弦電路中，若=5A,=5A, =5A,則總電流I=5A。 （ ） （提示：以端電壓為參考正弦量，作向量圖分析）4. 對稱三相負載采用星、三角形連接，其有功功率可按P=計算。 （ ）5. 線圈中的感應電動勢的方向，總是企圖使它所產生的感應電流反抗原有的磁通變化。（× ）6. 并聯(lián)電路中的總電阻為各支路電阻之和。(× )總電阻的倒數等于各支路電阻倒數之和。7. 功率不能作功，因此也不會給系統(tǒng)帶來電能損失。（× ）8 相鄰兩根平行導線，通入相同方向的電流，導線會相互

13、吸引。（ ）三、簡答題1，什么是阻抗三角形？阻抗三角形的三邊各表示什么？阻抗的大小與哪些因素有關？答：由電路的電阻(R)、電抗(X)和阻抗(Z)三者所組成的直角三角形，稱為阻抗三角形。 阻抗三角形的三邊中兩條直角邊分別表示電阻和電抗，斜邊表示阻抗。 阻抗的大小與電路的參數(R、L、C)有關，與電源的頻率有關。2，什么是功率三角形？功率三角形的三邊各表示什么？它們的單位分別是什么？ 答： 由電路的有功功率(P)、無功功率(Q)和視在功率(S)三者組成的直角三角形，稱為功率三角形。 功率三角形的三邊中兩條直角邊分別表示有功功率和無功功率，斜邊表示視在功率。 有功功率的單位是W(瓦)或KW（千瓦），

14、無功功率的單位是var(乏)或kvar(千乏)，視在功率的單位是VA(伏安)或kVA(千伏安)。3， 說明提高電路功率因數的技術經濟意義。答： 提高電路的功率因數，一方面可使電源設備充分利用；另一方面能減小線路上的電壓降和功率損耗，提高供電質量。4， 為什么對稱三相電路的計算，僅計算其中的一相，就可推出其余兩相？ 答： 因為對稱三相電路中相電壓、線電壓、相電流、線電流都分別是與同源相序的三相對稱正弦量，即具有三相對稱性，所以通常采用只計算一相，根據對稱性推出其余兩相來計算對稱三相電路。四、計算題。1， 某輸電線路的導線是鋼芯鋁絞線,已知鋼線、鋁線的半徑r皆為2mm,求該導線1km長的電阻為多少

15、(已知鋼的電阻率=2.4×10-4·mm,鋁的電阻率=2.9×10-5·mm,鋼線1根,鋁線6根)?解:單股導線截面積 S=r2=3.14×4=12.56(mm2) 1km長的鋼線電阻：R1=×1000=19.1()1km長的一根鋁線電阻： R2=×1000=2.308 ()6根鋁線總電阻：= =0.385 ()總電阻 R= =0.38 ()答: 1km導線的電阻為0.38 ()。2， 如圖D-6所示,已知電壓U為380V,R1=40,R2=60,R3=10,R4=20,R5=40。 試求電路總電阻、各電阻上的電壓降及流過各

16、電阻的電流各是多少?圖 D-6 解: 總電阻R=47.33（）總電流 I= =8.03 (A)流過各電阻的電流IR1= =8.03×=4.82(A)同理得IR2=8.03-4.82=3.21(A)IR3=I=8.03(A)IR4= =8.03×=5.35(A)IR5=8.03-5.35=2.68(A)各電阻上電壓降UR1= UR2= =8.03×24=192.7(V)U R3= IR3R3=80.3(V)UR4=UR5= =8.03×13.33=107(V)答:電路總電阻為47.33,流過各電阻上的電流IR1為4.82A, IR2為3.21A, IR3為

17、8.03A, IR4為5.35A, IR5為2.68A,各電阻上的電壓UR1、UR2為192.7V, U R3為80.3V, UR4為107V。3， 某對稱三相電路的負載作星形連接時線電壓為380V,負載阻抗為電阻10及電抗15,求負載的相電流為多少? 解:Uph= =220(V) 每相阻抗Z為Z= =18 ()每相電流有效值Iph為 Iph= =12.2(A) 答：每相電流有效值為12.2A。4， 某10kV專線線路長15Km,最大負載為3000kVA,最大負載利用小時數Tmax=4400,導線單位長度的電阻為Ro=0.16Km,求每年消耗在導線上的電能？解： S=UI I= =173.2

18、(A) R=RoL=0.16×15=2.4 () =3I2RTmax = 3×173.22×2.4×4400 =950344 (kW·h) 答：一年消耗在導線上的電能為950344kW·h（度）。5， 圖D-13為電源變壓器，一次繞組為1000匝，接220V電壓。它有兩個二次繞組，一個電壓為35V，接若干燈泡共消耗功率7W；另一個電壓為12V，也接入若干燈泡共消耗功率5W。試問此時一次電流為多少？兩個二次繞組的匝數個為多少？ 圖 D-13解：電源變壓器可作為理想變壓器處理。繞組2、1間的匝數等于電壓比。即= 則繞組2的匝數=1000&

19、#215;=164 （匝） 同理，繞組3、1之間的匝數比為，即= 則繞組3的匝數=1000×=55 (匝) 理想變壓器一次取得的功率（電源供給）等于二次負載消耗的功率，即=+=5+7=12 (W) 一次電流可根據功率計算公式求得=0.0545 (A)=54.5mA 答：一次電流為54.5mA,兩個二次繞組的匝數各為164匝和55匝。 6， 一個負載為星形連接的對稱三相電路，電源為380V，每相負載=(8+j6) ,求：（1） 正常情況下負載的相電壓及電流；（2） 假設C相負載短路時，其余兩相的相電壓及電流；（3） 假設C相負載斷路時，期于兩相的相電壓及電流。解： （1） 正常情況下

20、=220(V) =22(A) (2)C相負載短路時=220=380 （V） =38 (A) (3)C相負載斷線時=190.5 (V) =19 (A) 答：（1）正常情況下相電壓為=220V，相電流為=22A； （2）C相負載短路時，=380V，=38A; （3）C相負載斷線時，=190.5V, =19A。7，求圖3-1所示電路的各支路電流。解：設各支路電流的參考方向如圖3-1，根據基爾霍夫第一定律，對節(jié)點a有I1I2I3 (1)根據基爾霍夫第二定律，對于回路7+7=70 即+=10（2）對于回路，有7-11=6 (3)解方程組(1)、(2)和(3)將（1）式代入（2）式，得2=10，兩邊同乘以11，又得：2211=110，（4）將（3）式與（4）式相加，可得；29=116，=4(A)。將=4代入（3）可得：7×4-11=6，=2（A）。=+=6(A), 答：=6（A），=