建筑施工现场用电电子教案授课教案整本书教案电子讲义.docx
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1、建筑施工现场用电教案内页项目一 建筑施工现场用电基础知识任务一 电路的基本知识学习目标1、认识简单的电路及其基本物理量2、了解电路的三种工作状态3、了解电路的基本定律,并能用于解决施工中的实际问题4、了解电路的基本连接及应用知识链接一 电路及电路图1、 电路的组成如图:(1)电源是把其他形式的能量转换成电能的装置向电路提供电能,例如发电机、蓄电池等。(2)负载是把电能转化成其他形式能量的装置,在电路中是接受电能的设备。例如建筑工地的照明灯、电动机、电炉、电烙铁等。(3)中间环节包括导线和负载,它是电源和负载之间不可缺少的连接、控制和保护部件,如连接导线、开关设备、测量设备以及各种继电保护设备等
2、,它的作用是输送和控制电能,建筑工地上常用的铜线和铝线。2、电路的作用一是用来传递或转换电能二是用来实现信息的传递和处理3、电路的状态(1)开路(断路)(2)短路(3)负载工作状态4、电路图用导线将电源、开关(电键)、用电器、电流表、电压表等连接起来组成电路,再按照统一的符号将它们表示出来,这样绘制出的就叫做电路图。是人们为了研究和工程的需要,用国家标准化的符号绘制的一种表示各元器件组成的图形。知识链接二 电路的基本物理量 1、电流定义:在电路中电荷有规则的运动称之为电流电流的大小用单位时间内通过导体横截面上电量的大小来衡量,在物理学中叫电流强度,工程上简称电流表达式:电流强度可表示为I=单位
3、:在国际单位制(SI)中,电流强度的单位是安培(A),简称安。工程上常用的单位还有KA、mA、A,他们的关系为:1KA=103A=106mA=109A2、电压定义:电压是指电路中(或电场中)任意两点之间的电位差单位:在国际单位制(SI)中,电压的单位是伏特(V),简称伏。工程上常用的单位还有毫伏(mV)、微伏(V)和千伏(KV),他们之间的关系为:1KV=103V 1V=103mV=106V3、电位电位是电场力把单位正电荷从A点移到参考点所做的功;参考点的电位等于零,参考点可以任意选取,通常选大地为参考点。用符号表示。在电场中,任意两点(如A、B)之间的电压就等于这两点间的电位差,即:UAB=
4、A-B4、电动势定义:在电源内部,电源力将单位正电荷从电源负极移动到电源正极所做的功5、电阻定义:电阻就是反应导体对电流起阻碍作用大小的物理量。 单位及其换算:电阻在电路中用R表示,单位为欧姆()。 电阻各单位间的关系为:1K=103 1M=103K=1066、电能电能W=qU或W=UIt,式中,W、U、I、t的单位分别为焦耳(J)、伏特(V)、安培(A)、秒(S)。电能的单位:焦耳(J),它表示功率为1W的用电设备在1s时间内所消耗的电能,实际生活中测量电能的单位是千瓦小时(kWh),称为1度电。1度电lkWh3.6106J7、电功率定义:在一段时间内,电路产生或消耗的电能与时间的比值叫做电
5、功率表达式:知识链接三 电路基本定律1、电路的欧姆定律内容:表达式:2、基尔霍夫定律几个相关的专业术语。节点:电路中三条或三条以上导线的连接点。图中的B、D两点为节点。支路:任意两个节点之间不分叉的一条电路。如图有BAD、BD、BCD三条支路。回路:电路中任一闭合的路径。图中,ABCDA、ABDA、BCDB为三个回路。(1) 基尔霍夫电流定律(KCL)基尔霍夫电流定律也称节点电流定律其内容为:在任一瞬间,流入电路中任一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。其数学表达式为:Ii=I0电流定律的第二种表述:在任何时刻,电路中任一节点上的各支路电流代数和恒等于零,即:I=0(2) 基尔霍夫电压定律
6、(KVL)基尔霍夫电压定律也称为回路电压定律其内容为:“在任一时刻,沿电路任一闭合回路,所有支路电压的代数和恒等于零。”根据电压的本质含义和定律内容可以看出,基尔霍夫电压定律是能量守恒的体现。其数学表达式为:U=0为了计算方便,一般把负载放在等式的左边,把电源放在等式的右边。其数学表达式为:IR=E知识链接四 简单直流电路的连接及应用1、电阻的串联及应用电路串联的特点:电流处处相等I=I1=I2=I3=In电阻可以用一个等效电阻R替代:R=R1+R2+R3+Rn电路两端的总电压等于各个电阻两端的电压之和,即:U=U1+U2+U3+Un在实际工作中常见的应用有:(1)用几个电阻串联来获得阻值较大
7、的电阻。(2)采用几个电阻构成分压器,使同一电源能供给几种不同的电压。(3)当负载的额定电压低于电源电压时,可用串联的办法来满足负载接入电源使用的需要。例如可以将两个相同的6V的指示灯串联后接到12V电源中使用。(4)限制和调节电路中电流的大小。例如在建筑电气中的调光和风扇的调速使用的变阻器。(5)在电工测量中广泛应用电阻的串联来扩大电压表的测量量程。2、电阻的并联及应用电阻并联的特点:各电阻两端的电压相等,且等于电路两端的电压,即U=U1=U2=Un总电流等于流过各并联电阻的电流之和,即I=I1+I2+In 总电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和,即电阻并联的应用也很广泛,在实际工作中常见的应
8、用有:(1)用几个电阻并联来获得阻值较小的电阻。(2)凡是工作电压相同的负载几乎全是并联,例如建筑施工现场的电动机以及各种照明灯都是并联使用的。(3)在电工测量中,广泛应用并联电阻的方法来扩大电流表的量程任务二 交流电路学习目标1、能区别交流电和直流电2、认识交流电路的基本物理量3、掌握三相交流电的用途4、掌握三相交流负载的连接知识链接一 交流电1、交流电的概念大小和方向随时间作周期性变化的电动势、电压和电流分别称为交变电动势、交变电压和交变电流,三者统称为交流电。2、正弦交流电的表达式与最大值、有效值(1)正弦交流电的表达式e=Emsin(t+e)u=Umsin(t+u)i=Imsin(t+
9、i)(2)最大值交流电在一个周期内数值最大的瞬时值称为最大值或幅值(也叫振幅、峰值)。最大值用大写字母加下标m表示,例如Em、Im、Um等。(3)有效值有效值是用来计量交流电大小的物理量。定义:如果交流电通过一个电阻时,在一个周期内产生的热量与某直流电流通过同一电阻在同样长的时间内产生的热量相等的话,就将这一直流电的数值定义为交流电的有效值。有效值和最大值之间的关系为: 大多数电工设备、仪器仪表上标志的电流或电压值都是有效值。例如,常用的交流电压是220V或380V,其就是有效值3、正弦交流电周期、频率与角频率(1)周期与频率交流电变化一次所需要的时间称为周期,用T表示,单位是s(秒)单位时间
10、内(每秒钟)变化的次数称为频率,用f表示,单位是Hz(赫)。工程上还有千赫兹(KHz)兆赫兹(MHz)吉赫兹(GHz),他们的关系是:1KHz=103Hz 1MHz=106Hz 1GHz=109Hz频率和周期是互为倒数,即 (2)角频率单位时间内变化的电角度叫做角频率,用表示,单位是rad/s(弧度/秒)或1/s(1/秒)。角频率与周期T、频率f之间的关系为 = 2f 4、正弦交流电相位与相位差(1)相位正弦量在任意时刻的电角度,也称相角,用(t+0)表示。t=0时的相位角称为初相角。如交流电u311sin (314t+600)V的相位是(314t+600),初相是600。(2)相位差两个同频
11、率正弦量的相位之差,其值等于它们的初相之差。用字母表示。设i1的相位为(t +01),初相位为01;i2的相位为(t +02),初相位为02,其相位差为=(t +01)-(t +02)=01-02 5、单一参数的交流电路(1)纯电阻电路在交流电路中,既没有电感,又没有电容只包含有线性电阻的电路。在实际生活中,由白炽灯、电热器等负载的电阻与电感相比是很小的,可以忽略不计。1) 电压与电流的关系2)功率关系p=ui= (2)纯电感电路由电阻很小的电感线圈组成的交流电路,都可以近似地看成是纯电感电路。如荧光灯的镇流器,假设电阻为零,可以认为是纯电感线圈;理想变压器空载运行时,可以认为是纯电感电路。1
12、) 电压与电流的关系uL=-eL=-(-L)=L2) 电路的功率电感上的瞬时功率是指电感两端的电压瞬时值与通过它的电流瞬时值的乘积。即: (3)纯电容电路由介质损耗很小,绝缘电阻很大的电容器组成的交流电路,可近似看成纯电容电路。1) 电容器的电压与电流的关系i=2) 电容的电功率电容元件的瞬时功率是指电容器两端的电压与通过它的电流瞬时值的乘积。即: p=ui=UmsintImsin(t+) =UIsin2t6、提高功率因数的意义和方法由P=Scos,得 cosj = 它表示有功功率与视在功率的比值,也就是电源功率被利用的程度,即功率因数。电路中功率因数越大,表示电源提供的电能转换成热能、机械能
13、越多,电源的利用率也就越高。电路中在电感与电容中交换的能量越小,电路中的电流也就越小,线路损耗也就越小所用,提高电路的功率因素是节约用电的有力措施。功率因数过低会造成供电设备的容量得不到充分的利用。 日常生活和生产用电设备中,电感性负载所占比重很大,例如,使用非常广泛的荧光灯、电动机、电焊机、电磁铁、接触器等都是电感性负载,因此提高它们的功率因数就显得十分必要。提高功率因数的方法是合理选用各种电气设备。电动机和变压器在空载或轻载运行时,它们的功率因数很低,所以要正确选择变压器和电动机的容量,原则上要求尽可能满载运行。另外在感性负载两端并联适当的电容,可以提高电路的功率因素。安装补偿电容有三种方
14、法:一是个别(单机)补偿,即电容器和电机共用一套控制设备,同时投入或退出运行,整个线路损耗低,但是投资较高,利用率不高。二是分组补偿,方法是将电容器分组安装在各配电盘或配电间内。这样高、低压线路的无功电流减少,但分支线路上的无功电流不减少,这种方法电容器的利用率较高。 三是集中补偿,即将电容器集中安装在总配电间的高、低压母线上,安装、维护方便,运行可靠,利用率高,投资小。缺点是不能减小各低压及分支线路上的无功电流。知识链接二 三相正弦交流电1、三相交流电源的产生与连接三相交流电就是三个频率相同、电动势最大值相等,而相位互差1200的正弦交流电。三相交流电动势是三相交流发电机产生的,三相交流发电
15、机由转子和定子两大部分组成。产生的三个对称正弦交流电动势分别为:其波形图如图(a)所示,相量图如图(b)所示。发电机的星形(Y)连接。在星形连接方式中,任何两根端线之间的电压称为线电压;任何一根端线和中线之间的电压称为相电压。相电压与线电压的关系。作矢量图,如图所示。其中三个相电压大小相等,在空间各相相差1200电角度。故两端线U和V之间的线电压应该是两个相应的相电压之差,即: 线电压大小为:三相电路中线电压的大小是相电压的倍,其公式为:我国的三相四线制供电系统中,送至负载的线电压一般为380V;相电压则为220V。三相电源还可以作三角形连接,因在低压配电系统中很少采用。2、三相交流负载的连接
16、(1)三相负载的星形连接将每相负载的一端接到一起,另一端分别连接到三根相线上,如图所示,为星形连接形式。单相负载通过中线将一端连在一起,而三相异步电动机等三相对称负载的中点(负载一端共同连接的点)可以不用连接到中线上。星形连接方式的条件是负载额定电压等于电源电压。(2)三相负载的三角形连接三相负载的三角形连接方式如图所示。由于三角形负载只需要三根线供电,所以这属于三相三线制供电电路。电路中,每相负载连接于两根相线之间,因此负载的电压与相应的线电压相等。在380V/220V供电系统中,三相负载的连接方式需要根据负载的额定电流来确定。如果负载的额定电压为380V,则可以接成三角形连接方式;若额定电
17、压为220V,则只能连接为星形连接方式。任务三 建筑用低压电器学习目标1、认识建筑施工现场常用的低压电气设备2、掌握施工现场常用低压电器的图形符号、型号及规格3、掌握施工现场常用低压电器的选用安装与维护低压电器的分类:按照使用范围,低压电器可分为:(1)电力网系统用的配电电器。如低压断路器(自动开关)、熔断器和负荷开关等。(2)电力拖动及自动控制系统用的控制电器。如接触器、启动器和各种控制继电器。按照动作方式,低压电器又可分为手动控制和自动控制。所谓手动控制是指人们用手进行直接操作的电器,如闸刀开关、按钮、转换开关等。自动控制是指按照信号、指令或某些物理量的变化自动进行控制,甚至能远距离控制的
18、电器,如接触器、继电器、行程开关等。知识链接一 闸刀开关1、开启式负荷开关作用:用作电气线路照明的控制开关或者用作分支电路的配电开关。特点:它的容量较小,常用的有15A、30A最大的为60A;它没有灭弧能力,容易损坏刀刃。广泛用于照明线路和容量小于3KW的电动机电路,还可以作电源的隔离开关使用。外形结构:如图所示符号:QS为刀开关文字符号(FU为熔断器的文字符号)。2、封闭式负荷开关作用:用于各种配电设备中,供手动不频繁操作的带负荷电路。组成与结构:它由刀开关、熔断器组成,装在有钢板防护的外壳内。铁壳内装有速断弹簧,手柄由合闸位置转向分段位置的过程中将弹簧拉紧,当弹簧拉力克服闸刀与夹座之间的摩
19、擦力时,闸刀很快与夹座脱离,电弧被迅速拉长而熄灭,电源也迅速被切断。外形结构:如图所示:3、隔离开关组成:由动触头(活动刀刃)、静触头(固定触头或刀嘴)所组成。主要用途:保证电气设备检修工作的安全,在需要检修的部位和其它带电部位之间,用隔离开关构成足够大的明显可见的空气绝缘间隔。特点:隔离开关没有灭弧装置,故灭弧能力差,因此不准带负荷拉、合刀闸。不能断开负荷电流和短路电流。它只能用来切断电压,不能用来切断电流,在施工现场临时用电的低压配电箱中,必须安装隔离开关。知识链接二 低压熔断器类型:常用的有RC系列插入式熔断器RL系列螺旋式系列熔断器R系列玻璃管式熔断器RT系列有填料密封管式熔断器RM系
20、列无填料密封管式熔断器。1、RC系列插入式熔断器熔体材料主要是软铅丝和铜丝,瓷座和瓷盖共同形成灭弧室。如图所示,适用于不同场合,及民用和工业的照明电路。2、 RL系列螺旋式熔断器结构与组成:如图所示由瓷帽、熔断管、瓷套、上接线座和下接线座及瓷底座等部分组成。用途:主要用于工矿企业低压配电设备、机床设备的电气控制系统中安装:安装时,为了安全起见,上接线座接负载端,下接线座接电源端。知识链接三 低压断路器作用:作为电源开关接通和分断电路;当电路发生断路、过载和失压等故障时,它能自动跳闸切断故障电路,从而保护线路和电气设备特点:不但具有短路保护,而且具有过载保护和欠压保护功能,能自动切断电路。类型:
21、分塑料外壳式(又称装置式)和框架式(又称万能式)两大类。常用类型:有DZ20系列塑料外壳式DW15系列框架式DZX系列限流型低压断路器新型号有C系列、S系列和K系列等。外形结构以及符号:如图所示。1、DZ系列塑料外壳式断路器又称装置式断路器,它既可用作配电线路的保护开关,又可作为电动机、照明线路以及电热器等的控制开关,由于其动作迅速,工作安全可靠,在施工现场和城市建筑配电中应用较多。其额定工作电压为交流50HZ、220V、380V、500V和直流110V、220V,额定电流为10600A范围内设有多个等级。2、DW系列万能式断路器主要有DW10和DW15两个系列,用作配电线路的保护开关。其额定
22、工作电压为交流50HZ、380V和直流440V。额定电流有200、400、600、1000、1500、2500及4000A七个等级,操作方式有直接手柄操作。知识链接四 漏电保护器漏电电流动作保护器,简称漏电保护器,又叫漏电保护开关,漏电保护器(漏电保护开关)是一种电气安全装置。图1-30漏电保护器外形漏电保护器如图所示,由三部分组成:检测元件、中间放大环节、操作执行机构。工作原理:在设备正常运行时,主电路电流的相量和为零 ,零序互感器的铁心无磁通,其二次侧没有电压输出。当设备发生单相接地或漏电时,由于主电路电流的相量和不再为零,零序互感器的铁心有零序磁通,其二次侧有电压输出,经放大器放大后,输
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