焊接与切割作业用电基本知识.wps
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1、焊接与切割作业用电基本知识焊接与切割作业用电基本知识一、电的基本概念一、电的基本概念(一)电荷的电场失去电子或得到电子的物体就带有正电荷或负电荷,带有电荷的物体称为带电体。在电荷的周围存在着电场,引进电场中的电荷将受到电场力的作用。电场强度和电位是表征静电场中各点性质的两个基本物理量。电场中某点的电场强度即是单位正电荷在该点所受到的作用力。电场强度的单位是牛顿库伦(NC)。电场中某点的电位是指在电场中将单位正电荷从该点移至电位参考点的电场力所作的功。电位的常用单位是伏特(V)或毫伏(mV),即1V1000mV。 电场中某两点之间的电位差称为这两点之间的电压或电压降。电压的单位与电位的单位相同。
2、(二)电流和电路在电源的作用下,带电微粒会发生定向移动,正电荷向电源负极、负电荷向电源正极移动。带电微粒的定向移动就是电流,一般以正电荷移动的方向为电流的正方向。电流的方向和大小不随时间变化的电流称为直流电,电流的大小和方向随时间作周期性变化的电流称为交流电。电流的大小称为电流强度,电流强度简称为电流。电流的常用单位是安培(A)或毫安(mA),即 1A1000mA。电流所流经的路径即电路。在闭合电路中,实现电能的传递和转换。 电路由电源、 连接导线、 开关电器、 负载及其它辅助设备组成。电源是提供电能的设备,电源的功能是把非电能转换为电能,如电池把化学能转换为电能,发电机把机械能转换为电能等。
3、 干电池、 蓄电池、 发电机等是最常用的电源。负载是电路中消耗电能的设备,负载的功能是把电能转变为其它形式的能量。如电炉把电能转变为热能,电动机把电能转变为机械能等。 照明器具、 家用电器、 机床等是最常见的负载。 开关电器是负载的控制设备,如刀开关、 断路器、电磁开关、减压起动器等都属于开关电器。辅助设备包括各种继电器、熔断器以及测量仪表等。辅助设备用于实现对电路的控制、 分配、 保护及测量。 连接导线把电源、 负载和其它设备连接成一个闭合回路,连接导线的作用是传输电能或传送电讯号。为便于分析实际电路,通常用符号表示组成电路的实际元件、器件及其连接导线,即画出电路图。图 91(a)是最简单电
4、路的实物接线图,图 91(b)是与其相应的电路图。图图 91 简单电路简单电路1电源;2开关;3连接导线;4负载(三)电阻、导体和绝缘体1电阻当电流通过导体时,由于自由电子在运动中不断与导体内伪原子、分子发生碰撞,就会受到一定的阻力。导体对电流的这种阻力叫做电阻,用R 表示。电阻的单位是欧姆(),大电阻常用千欧(k)或兆欧(M)做单位。它们的换算关系如下:1k1031M=103k1062电阻的计算导体存在电阻是一个客观现象,那么导体电阻的大小与哪些因素有关呢?实验证明,导体电阻与导体长度成正比,与导体载面积成反比,还与导体的材料有关。(91)式中 R导体电阻();L导体长度(m);S导体截面(
5、m2);电阻率(m)。电阻率 表示长度为 1m,截面是 1m2的导体所具有的电阻值。不同材料有不同的电阻率,几种常用电工材料在SLR20时的电阻率可由表91 查得。表表 91 几种常用材料的电阻率几种常用材料的电阻率材 料电阻率(m)材 料电阻率(m)银165108钨53108铜175108镍铬合金15106铝283108硬橡胶11016由表91 可见,银、铜、铝的电阻率较小,它们都具有良好的导电性能。由于银较贵重,不宜大量使用,因此应用较广泛的导电材料是铜和铝。如高压输电线大都采用钢芯铝绞线。3电导导体对于电流有一定的阻力,同时导体也具有传导电流的能力。电导就是用来表示导体传导电流能力大小的
6、参数。一根导线如具有电阻越大,其传导电流的能力就越差,即说明电导就越小。反之如导体的电阻越小,则电导就越大。故可知电导与电阻互成倒数关系。电导用G 表示,(92)电导的单位为西门子,简称西(S)。电阻和电导都是用来表示物体导电性能的参数,在实际应用中可取其中一种。4导体和绝缘体RG1物体按其导电性能大致可分为导体、绝缘体和半导体三类,各种材料的导电性能可以用电阻率或电导率表示。导体具有良好的导电性能,即是电导率大,电阻率小的材料。导体材料的电阻率一般在 108106范围内,金属材料大部分为良导体,如银、铜和铝等。通常将电阻率极大,导电能力非常差,电流几乎不能通过的物体称为绝缘体。 绝缘体电阻率
7、一般在 1061016范围内,所以一般认为绝缘体是不能导电的。电工中常用的绝缘材料有橡胶、 塑料、 云母、 陶瓷、 油类、 石棉及干燥的木材等。绝缘材料长时间受温度、湿度和灰尘等的影响后,绝缘性和机械性能要下降,这种现象叫做绝缘老化。绝缘材料老化后,由于绝缘强度的降低,可能在电气设备运行中造成绝缘损坏称为绝缘击穿,影响设备的正常工作。如电机、变压器外壳的带电现象,就是由于绝缘强度降低造成的。所以,运行中的电气设备都要定期检查绝缘强度以保证运行安全。(四)电感和电容1电感当变化的电流通过线圈时,线圈中会产生感应电动势来阻止电流的变化,这种性质称为线圈的电感。电感的常用单位是亨(H),(毫亨)mH
8、 和(微亨)H。其关系为1H=103mH1mH=103H一般收音机用的天线线圈的电感为数十至数百 H,长1km、 截面为16mm2的穿管铝线的电感约为633mH。 由于有电感的作用,当交流电流流经线圈时还会遇到另一种阻力,这种阻力为感抗。2电容被介质隔离的两个导体在一定电压的作用下所能容纳电荷的能力被称为电容。电容的常用单位是法拉(F),微法(F)和皮法(pF)。其关系为1F106F1F=106pF配电线路的对地电容一般小于 01Fkm;人体的对地电容一般为数十至数百pF。 由于有电容的作用,当交流电流流经电容器时也会遇到另一种阻力,这种阻力称为容抗。(五)欧姆定律欧姆定律是表示电路中电压、电
9、流和电阻这三个基本物理量之间关系的定律。定律指出,在一段电路中,流过电阻及的电流 I 与加在电阻上的电压 U 成正比,而与这段电路的电阻成反比,如式93 所示。(93)式中 U电路上的电压,V;I流经电路的电流,A;RUIR电路的电阻,。从欧姆定律可知,在电路中如果电压保持不变,电阻越小则电流越大;而电阻越大则电流越小。当电阻趋近于零时,电流很大,这种电路状态称为短路;当电阻趋近于无穷大时,电流几乎为零,这种电路状态称为开路。(六)电压降和电压损失由欧姆定律可知,电阻有电流通过时,两端必有电压。这个电压习惯上叫做电压降。通常导线都是有电阻的,当用导线传输电流时,就产生电压降,因此直流输电线路末
10、端的电压总是比始端的电压低。如图 92 所示,电路中 U2是小于 U1的,其小的数值等于线路电阻 RL上的电压 UL。输电线路上电压降低的数值叫做电压损失。如果线路较长,电源电压较低,线路电流又较大,这样线路的电压损失就较大供给负载的电压将会明显下降,影响设备的正常工作。图图 92 直流输电的电路直流输电的电路二、交流电二、交流电(一)正弦交流电生产和生活中使用的交流电大部分都是正弦交流电。其特点是电流和电压的大小、方向随时间接正弦函数的规律变化。以电压为例,图93 所示的正弦交流电可以表示为:uUmsin(2ft+)Umsin(t+) (94)式中 u时刻t的电压瞬时值,V;Um电压的最大值
11、,V;f频率,Hz;t时间,S;初相位,rad;角频率,2f,rads。图图 93 正弦交流电正弦交流电通常用交流电的有效值来表征交流电的大小,有效值是指与交流电的热效应相等的直流电的数值。对于正弦交流电,最大值Um 和有效值 U 的关系为(95)最大值(或有效值)、角频率(或频率)和初相位称为正弦交流电的三要素。这是因为这三个物理量可以完整地表示一个正弦交流电的特征。正弦交流电路中,感抗与电感的关系可以表示为XL=2fL=L (96)式中 XL感抗,;f电源的频率,Hz;L线圈的电感,H;电源的角频率,2f,rads。正弦交流电路中,容抗和电容的关系可以表示为(97)式中 Xc电容器的容抗,
12、;C电容器的电容,F。UUm2CfCXc1 21交流电流通过具有电阻、 电感、 电容的电路时,电阻、 感抗、容抗都有阻碍电流通过的作用,这种阻力称为阻抗。在电路图中,阻抗用符号Z 表示。在交流电路中,阻抗包含电阻和电抗(感抗和容抗统称电抗)两部分。阻抗按下式计算(98)式中,R 和 X 分别为电阻和电抗。串联电路中,电抗等于感抗和容抗的差值,即X=XLXC (99)根据上述关系,阻抗、电阻和电抗可以构成一个如图 94 所示的直角三角形,称为阻抗三角形。图中, 角为阻抗角。在 这种电路中,角即电路与电压之间的相位差角,常称为功率因数角。功率因数角的余弦 cos 称为功率因数,功率因数按下式计算:
13、22XRZ(910)图图94 阻抗三角形阻抗三角形(二)电磁感应电磁感应现象就是电产生磁、磁产生电的现象。电磁感ZRcos应技术在变压器、 电动机、 电度表、 无线电设备等电气设备中得到了广泛的应用。1电流的磁场磁场是一种看不见的、没有不可进入性的空间。磁场的表现之一是引进场域内的磁针发生偏转和取向。表现之二是引进场域内的电流受到力的作用。磁场的强弱是用引进场域内的电流(运动电荷)所受到作用力的大小来衡量的,这一物理量叫做磁感应强度。磁感应强度用召表示,其单位是特斯拉(T)或韦伯米2 (Wbm2)。磁场是有方向的场,因为磁感应强度与磁场前进方向上某一面积的乘积叫做磁通,所以,磁感应强度也叫做磁
14、通密度。即(911)SB式中 磁通,Wb;S面积,m2。磁场可由永久磁铁产生,可由电流产生,也可由变化的电场产生。在电气设备中,最常见到的是由电流产生的磁场。电流所产生磁场的方向按右手螺旋定则确定:将右手握拳,伸开大拇指,对于流经长直导线的电流,大拇指表示电流的方向,卷曲的四指表示电流周围磁场的方向;对于流经线圈的电流,卷曲的四指表示电流的方向,大拇指表示线圈内磁场的方向。有些材料基本上不导磁,也有些材料导磁性能很好。为此,引进导磁率和磁场强度。它们与磁感应强度的关系是BH (912)式中 材料导磁率,Hm;H磁场强度,Am2电磁感应导线切割磁场时,导线中将产生感应电动势。感应电动势的大小为e
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