电工必读：常用电工名词解析

1.电流

在电场力作用下电子定向运动定义为电流。大小和方向都稳定不变的电流叫作直流，用符号DC表示；大小和方向随时间变化的电流叫作交流，用AC表示。如果电流大小随时间的变化遵循正弦函数规律，则称作正弦交流电，我国生产生活中使用的大多是正弦交流电。

电流产生的原理如图2-1所示。图2-1a是一个简单的小灯泡控制电路实物图，如果开关断开，由于没有电场力的作用，则铜导线中电子是无序热运动，电路中没有电流。图2-1c形象地说明了这种状态，图示圆柱可视为剥开了的一段导线，其中A导线的状态就是对应着电子无序热运动的情形；但是当开关闭合后，电池提供的电压会驱动电子定向运动，导线中连续不断的电子流动就形成了电流，如图2-1c中B的情况，电子向右侧定向运动。由于电流的方向规定为正电荷流动的方向，因此电流方向与电子定向运动反向。图2-1b是实物图用电路符号来表示，称为电路图。

图2-1 电流的形成示意图

a）电路实物图 b）电路图 c）导线中的电子流动

电流的大小用单位时间内通过导体某一截面（如图中B导线阴影部分）的电荷量的多少来衡量，称为电流，用符号I或i表示，图2-1中的电流表的作用是可以测量电流的大小。电流的单位是安培（A），也可用kA、mA、μA表示，它们之间的关系是：

1kA=10³A，1A=10³mA，1mA=10³μA

对于正弦交流电，一般用有效值表示电流的大小。所谓有效值是指在热效应上与其相当的直流值，如果当交流电流i和直流电流I分别通过相同电阻R时，在一个周期内两者产生的热量相等，则此直流电流I就是交流电流i的有效值。一般电工仪表测得的电流、电压值均为有效值。正弦交流电最大值I_m和有效值I之间的关系为

2.电压

电荷在电场力作用下，从电场中的一点迁移到另一点所做的功，就称为这两点间的电压，或两点间的电位差。电路中有电位差的存在，才具备了移动电荷的能力，这就像有了水位差，河道或管路中才能有水的流动，道理是一样的。

电路中维持电位差的设备或器件是电压源，其作用就是给电路两端提供一个电位差，驱动电荷流动形成电流。电源的作用可以用图2-2做一个比拟，生活中大家很熟悉管道中存在水位差或压力差时水才会流动，图2-2a中的驱动涡轮转动的水流之所以能够流动，正是因为涡轮两端A、B水池液面存在高度差，压力不等，而维持这个压力差的设备就是抽水机，如果没有抽水机泵水维持这个压力差，很快A、B中水位就变得一样高了，水流也就停止了，也就不能再驱动涡轮旋转。同样道理，电路中也需要电位差才能驱动电子流动，点亮电灯，如图2-2b所示。电源起到的作用是不断将正电荷移动到高电位（图中的正极），以维持电源两侧的电压差，这样才能形成连续不断的电流，使得小灯泡持续点亮。起到控制作用的器件，在水路中是阀门，在电路中是开关。

图2-2 电源和电压的作用示意图

a）水路 b）电路

电压的符号为U，单位是伏特，简称伏（V）。电力工程上常用千伏（kV）表示，1kV=10³V。与电流一样，交流电压通常也用有效值表示。

3.频率与周期

为了衡量交流电变化的快慢，引入了周期和频率的概念。当交流电按正弦规律变化时，循环一周所用的时间称为一个周期，以字母“T”表示，单位是秒（s）；频率则是交流电每秒变化的周数，以字母“f”表示，单位是赫兹（Hz）。显然有f=1/T。图2-3直观地表示了不同频率时交变速度的快慢，图2-3a中信号A的频率为10Hz，信号B的频率为5Hz，在相同时间内，A信号交变的次数是B信号的两倍。图2-3b给出了人们日常应用的交流电压的波形，我国电力系统使用的标准频率为50Hz，通常称为工频。则工频电流交变一周所需要的时间是T=1/50s=0.02s。

图2-3 频率与周期

a）频率不同交变的快慢不同 b）工频电压信号波形

4.电功与电功率

电流所做功的大小称为电功，用符号A表示。电流做多少功，就有多少电能转变为其他形式的能。电流在一段电路上所做功的大小与电路两端电压、流经电路的电流以及通电时间成正比，即：

A=UIt

式中 A——电功，单位为焦耳（J）；

U——电压，单位为伏（V）；

I——电流，单位为安培（A）；

t——时间，单位为秒（s）。

而电流在电路上单位时间内所做的功称为电功率，用符号P表示。显然有

P=A/t=UI

功率的单位是瓦特，简称瓦（W），工程上也常用千瓦（kW）。工程上常用电度数来度量一段时间内电流做功的多少，这就是我们所熟悉的用电量的概念，用电量的多少用电度表来测量，一度电就等于1kW乘以1h，即1度=1kW.h。(www.xing528.com)

反映交流电路功率的物理量不仅有前面直流电路中的有功功率，还包含无功功率和视在功率。三个功率之间的关系可以用一个三角形表示，这个三角形称为功率三角形，如图2-4所示，其中夹角φ称为功率因数角。三者之间的数学关系式可以写作：

有功功率是指电路中设备真实消耗的功率，例如电灯将电能主要转变成光能，电动机将电能转换为机械能等，电气工程中通常用符号P表示，前面提到的电功率就是指有功功率。有功功率可以用功率表实时测量出来。无功功率并不做有用功，只是电感、电容与电源之间进行能量交换，因而不会消耗掉，故称之为无功功率。无功功率用符号Q表示，单位是乏（var）或千乏（kvar）。由于在交流电路中存在大量电磁类设备，如变压器、电动机等，都是利用电磁感应原理工作的，需要建立和维持磁场才能正常工作，因此，无功功率在交流电路中也和有功功率同等重要。

视在功率包括有功和无功功率，其符号是S，单位是伏安（V·A）或千伏安（kV·A）。

图2-4 功率关系

a）功率三角形 b）有功功率表和无功功率表

5.阻抗

阻抗表征了电路元件对电流的阻碍作用，包括电阻、感抗和容抗。

当交变电流通过线圈时，在线圈中产生自感电动势，这个自感电动势会阻碍电流通过，所表现出来的阻力就称为自感电抗，简称感抗。其值为

X_L=2πfL

式中 X_L——感抗，单位为欧姆（Ω）；

f——电源频率，单位为赫兹（Hz）；

L——电感，单位为亨（H）。

电感元件上只有电能和磁场能的相互转换，不消耗有功功率，只消耗无功功率。从上面式子中可以看出，感抗的大小与电源频率成比例，频率越高阻碍作用越大，工程上可以利用电感这个特性，做成高频扼流圈。

当交变电流通过电容时，由于不断进行充放电过程，在电容上建立的电压极性总是与电源电压相同，对交流电流同样起到阻碍作用，这种阻力就是电容容抗，其值为

X_C=1/（2πfC）

式中 X_C——容抗，单位为欧姆（Ω）；

f——电源频率，单位为赫兹（Hz）；

C——电容量，单位为法（F）。

同样，电容也不消耗有功功率，只消耗无功功率，因为电容上只有电能和电场能的周期性转换。

感抗和容抗在电路中有相反的作用，当两者串联时，其总的电抗X为两者的差，即X=X_L-X_C。对于电阻元件，无论是对交流还是直流都呈现出阻碍电流通过的性质，电阻元件只消耗有功功率。当电阻、电感、电容串联时，在交流电路中总的阻抗值Z为

式中 Z——总阻抗，单位为欧姆（Ω）；

R——电阻，单位为欧姆（Ω）；

X——感抗和容抗的代数和，X=X_L-X_C，单位为欧姆（Ω）。

6.电路

将电源、负载、开关以及其他元件用导线连接起来就构成了电路，不同的电路有不同的功能。电路正常状态有断开或接通两种情况，电气图上通常只能呈现一种状态，一般为断开状态，这是阅读电气工程图时需要特别注意的。

构成完整电路通常有四个要素：电源、负载、连接线、开关或控制设备。前面的图2-1a所示就是一个简单的照明控制电路的实物图，开关闭合后，电源才能向负载（灯泡）供电，开关断开电路则处于断开状态。但是画实物图既麻烦又不易看清各个环节之间的关系，所以电气工程领域都是用规定的符号代替实物，用线条表示连接关系，这就是所谓的电气图，如图2-1b所示的就是电气原理图。电气图上呈现的都是未接通状态。

7.单相和三相电路

一般交流发电机发出的是三个大小相等、频率相同、相位互差120°的电动势，这三个电动势按一定方式连接起来共同向负载供电，这样的电路就叫作三相交流电路，简称三相电路。但某些设备只需要电源的一相电动势供电，如人们日常所用的电灯。由一相电动势供电的电路就叫作单相交流电路。电路图上三相电路有两种表示方法，因为三相电路通常都是对称的，习惯上常用一相电路来代替三相电路，这种电气图称为单线图；如果把三相电路都画完全，则称为三线图。为了能清晰表达设计思路，并使得图面清楚，电气施工图中基本使用单线图。