电工的基础知识

最基本的电工基础知识

简答题(共48分)

1.同一根导线的交流电阻和直流电阻为什么不一样?（3分）

答案：当交流电通过导线时，导线截面内的电流分布密度

是不相同的，越接近导体中心，电流密度越小，在导体表面附

近电流密度则越大，这种现象叫作集肤效应。频率越高，这种

现象表现得越突出。由于这种集肤效应的结果，使导线有效截

面减小，电阻增大。当直流电流流过导线时，却没有这种现象。

所以，同一根导线的交流电阻大于直流电阻。

2.什么是有功功率、无功功率和视在功率？(3分)

答案:有功电流和电压产生的功率称为有功功率，用P表示。

无功电流和电压产生的功率称为无功功率，用Q表示。

电压U和电流I的乘积UI虽有功率的量纲，但不是电路实际消

耗的功率，所以称为视在功率，用字母S表示。

3.何谓正序电压、负序电压和零序电压?（3分）

答案：正序电压是一组对称的电压相量，其频率相同，大小

相等，相位互差120°，一般用A

1

、B

1

、C

1

表示。其相序是顺

时针方向旋转的A

1

-B

1

-C

1

。

负序电压是一组对称的电压相量，其频率相同，大小相

等，相位互差120°，一般用A

2

、B

2

、C

2

表示。其相序是逆时

针方向旋转的A

2

-B

2

-C

2

。

零序电压是一组电压相量，其频率相同，大小相等，相

位一致，一般用A

0

、B

0

、C

0

表示。

4.电动势与电压有什么区别？它们的方向是怎么规定的？（3

分）

答案：电动势是将外力克服电场力所做的功，而电压则是电

场力所做的功；电动势的正方向为电位升的方向，电压的方向

为电位降的方向。

5.什么是变压器的空载损耗?（3分）

3

答案：变压器的空载损耗指变压器二次绕组开路，一次绕组

加上额定频率的额定电压时产生的有功功率损耗。也称为铁

损。

6.什么是相序？（3分）

答案：三相交流电依次达到正最大值（或相应零值）的顺

序称为相序，顺时针按A-B-C的次序循环的相序称为顺序或

正序，按A-C-B的次序循环的相序称为逆序或负序，相序是

由发电机转子的旋转方向决定的。三相发电机在并网发电时

或用三相电驱动三相交流电动机时，必须考虑相序的问题，

否则会引起重大事故，为了防止接线错误，低压配电线路中

规定用颜色区分各相，黄色表示A相，绿色表示B相，红色

表示C相。

7.什么叫三相四线制？（3分）

答案:三相四线制是带电导体配电系统的型式之一。三相指

U、V、W（即A、B、C）三相，四线指通过正常工作电流的三

根相线和一根N线(中性线)，不包括不通过正常工作电流的PE

线（保护接地线）。

8.分别简述幅值、频率和初相位的基本概念。（3分）

答案：幅值、频率和初相位是确定正弦量的三要素，它们反

映了正弦量的特点，其中幅值决定正弦量变化的范围，频率决

定正弦量变化的快慢，一般用每秒钟内电流方向改变的次数来

表示。初相位决定正弦初始状态，即t=0时的相位角。

9.什么是并联谐振?其特点是什么?（3分）

答案：在电阻、电感、电容的并联电路中，出现电路端电压

和总电流同相位的现象，叫并联谐振。

它的特点是：并联谐振是一种完全的补偿，电源无需提供无

功功率，只提供电阻所需的有功功率；谐振时，电路的总电流

最小，而支路的电流往往大于电路的总电流，因此，并联谐振

4

也称电流谐振。

发生并联谐振时，在电感和电容元件中会流过很大的电流，

因此会造成电路的熔丝熔断或烧毁电气设备等事故。

10.什么是功率因数？（3分）

答案：在交流电路中，电压与电流之间的相位差（φ）的余

弦叫做功率因数，用符号cosφ表示，在数值上，功率因数是

有功功率和视在功率的比值。即：cosφ=P/S

功率因数的大小与电路的负荷性质有关，如白炽灯泡、

电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感性或电容性

负载的电路功率因数都小于1。

功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。功率因

数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电

路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用

率，增加了线路供电损失。所以，供电部门对用电单位的功率

因数有一定的标准要求。

11.串联电路有何特点?主要应用在哪些方面?（3分）

答案：串联电路有如下特点：

（1）串联电路中，流过各电阻的电流相同。

（2）串联电路的总电压等于各电阻上电压降之和。

（3）串联电路的总电阻为各电阻之和。

由串联电路的特点可以看出：如果在电路中串联一个电阻，那

么电路的等效电阻就要增大，在电源电压不变的情况下，电路

中的电流将要减少。所以，串联电阻可起到限制电流的作用，

如大电动机启动时，在回路串人一个启动电阻，可减小启动电

流。串联电阻的另一个用途就是可起到分压的作用，如电阻分

压器和多量程电压表，就是利用这个原理做成的。

12.什么是最大运行方式?什么是最小运行方式?（2分）

答案：最大运行方式，是指在最大运行方式运行时，具有最

5

小的短路阻抗值，发生短路时产生的短路电流最大。

最小运行方式，是指在最小运行方式运行时，具有最

大的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最小。

13.什么是保护接地与保护接零？（2分）

答案：将电气设备的外壳和在正常情况下不带电的金属部分

与接地极之间用导将电气设备的金属外壳与三相四线制供电

系统的零线相连接，叫保护接零。

14.什么是负载？（2分）

答案：负载是取用电能的装置，也就是用电设备。连接部分

是用来连接电源与负载，构成电流通路的中间环节，是用来输

送，分配和控制电能的。

15.什么是三相交流电？（2分）

答案：三相交流电是电能的一种输送形式，简称为三相电。

三相交流电源，是由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差

120°的交流电势组成的电源。三相交流电的用途很广，工业

中大部分的交流用电设备，例如电动机，都采用三相交流电。

16.什么是零线、火线？（2分）

答案：一般家庭使用的电源线是由两根导线组成的，其中一

根叫相线（俗称火线），一根叫零线（即中性线）。正常情况下，

零线电位为零，相线与零线之间的电压为220伏。零线一般都

与大地直接连接，零线与大地的电位是相等的。

17.什么是断路与短路？（2分）

答案：电气设备在正常工作的时候，电路中的电流由电源的

一端经过电气设备回到电源的另一端形成闭合回路。如果将电

流的回路切断或者因某种原因发生断线，电路中电流不能流

通，电路不能形成闭合回路，这就叫做断路。

电源的两端不经过任何电器设备，直接被导线连通叫

做短路。当电路发生短路时，电路内会出现非常大的电流，这

6

叫做短路电流。短路电流可能增大到远远超过允许的限度，使

导线剧烈升温，甚至引燃导线、烧毁电气设备，引起火灾。

18.为什么低压网络中普遍采用三相四线制供电?（3分）

答案：由于三相四线制供电可以同时获得线电压和相电压两

种电压，这对于用电者来说是比较方便的。在低压网络中，常

采用动力负荷与照明负荷混合供电，即将380V线电压供三相

电动机用，220V相电压供照明和单相负荷用。另外，在三相负

荷不对称时，因中性线的阻抗很小，所以也能够消除因三相负

荷不对称时中性点的电压位移，从而能保证负荷的正常工作。

所以综上所述，三相四线制供电获得广泛的应用。

计算题（32分）

1.一正弦交流电的周期是0.02s，试求该电流的角频率ω？（2

分）

答案:该交流电的频率

f＝1/T=1／0.02＝50Hz

ω＝2πf＝2×3.14×50＝314(rad／s)

答：其角频率为314rad／s。

2.有一三相对称负荷，接在电压为380V的三相对称电源上，每

相负荷的电阻R＝16Ω，感抗X

L

＝12Ω。试计算当负荷接成星形

和三角形时的相电流、线电流各是多少?（3分）

答案：解：负荷接成星形时，每相负荷两端的电压，即相电

压为

负荷阻抗为

ZRX

L

＝＋＝＋＝Ω2222161220()

∴每相电流(或线电流)为

7

负荷接成三角形时，每相负荷两端的电压为电源线电压，

即

U△ph

＝U△p－p

＝380V

流过每相负荷的相电流为

I

U

Z△

△＝＝＝

ph

ph(A)

380

20

19

流过每相的线电流为

II

△－△

＝＝

ppph

.(A)3329

3.某电源的开路电压Uoc

＝10V。当外电阻R＝5Ω时，电源的端

电压U＝5V。求电源的内阻Rs

的值。（2分）

答案：解：该电源可用电压为Us

的理想电压源与内阻Rs

的串

联模型来等效，即

Us

＝Uoc

＝10V

I

U

RR

＝

＋

s

s

∴＝＝

＋

＝URIR

U

RR

s

s

(V)5

，则

Rs

＝5Ω

答：电源的内阻Rs

为5Ω。

4.已知电源的电动势E=12V,内阻r

0

=0.1Ω,负载电阻R=3.9Ω，

求电路中的电流I，电源内阻r

0

上的电压降U

0

及电源端电压U。（3

分）

答案：

)(3

1.09.3

12

0

A

rR

E

I









)(7.113.012

)(3.01.03

0

00

VUEU

VIrU





答：电路中的电流为3A,电源内阻上的电压降为0.3V，电

源端电压为11.7V。

5.有50μF的电容器上，加频率为50Hz的交流电压220V，求其

无功功率Q？（2分）

8

答案:

X

C

＝1／(2πfC)=1/（2×3.14×50×50×10-6）=63.69(Ω)

Q=U2/Xc=2202/63.69≈760(var)

答：该电容器上的无功功率约等于760var。

6.有R、L、C串联电路，其中R＝20Ω，L＝0.5H，C＝100uF，

该电路谐振频率为多少赫兹(保留两位小数)？（2分）

答案：发生谐振条件为X

L

＝X

C

，即XL

＝2πfL＝X

C

＝1／(2πf

C)，则

f＝22.52(Hz)

答：谐振频率为22.52Hz。

7.某户内装一日光灯照明，电路如图所示。已知其端电压U＝

220V，频率f＝50Hz，日光灯的功率P＝20W，开灯后，电路中

通过的电流I＝0.3A。试求该电路的等效电阻R以及电感L、功

率因数cos

1?如果要将该电路的功率因数提高到0.85，问需要并

联一个多大的电容器C?（6分）

答案：解：已知P＝I2R，则

R

P

I

＝＝＝Ω

22

20

03

222

.

()

ZRX

L

＝＋22，则

XZR

L

＝－＝－＝Ω22

2

2

220

03

222699

.

()













L

X

L＝＝＝



699

314

223.(H)

cos

1

20

22003

0303＝＝

×

＝

P

S.

.

已知cos

1

0303＝.，

1

7236＝°.；cos.

2

085＝，

2

31799＝°.，如果将功

率因数提高到0.85，需并联电容器

9

F3.32(F)103.32

)tg31.79(tg72.36

220503.142

20

)tg(tg

7

2

21

2







＝×＝

°°－×

×××

＝－＝

－

U

P

C

答：需要并联3.32Ｆ的电容器；R为222Ω，L为2.23H，cos

1

为0.303。

8.如下图所示，已知U＝200V，R=50Ω,R

1

=R

2

=100Ω,求各电阻

中的电流。（2分）

答案：

)(2

100100

100100

50

200

21

21

A

RR

RR

R

U

I















)(1

2

2

221

A

I

II

9.一单相电动机接在220V、50Hz的交流电源上，假设该电动机

的等效电路图如下图所示。已知R＝40Ω，L＝0.5H，试求该电

动机的有功功率、无功功率、视在功率。（3分）

答案:X

L

＝2πfL＝2×3.14×50×0.5＝157(Ω)

16215740XRZ22

2

L

(Ω)

I＝U/Z＝220/162＝1.36(A)

P＝I2R＝1.362×40＝73.98(W)

Q＝I2X

L

＝1.362×157＝290.39(var)

S＝I2Z＝1.362×162＝299.64(VA)

答：该电动机消耗的有功功率为73.98W，无功功率为

290.39var，视在功率为299.64VA。

10.某星形连接的对称三相电路，电源电压为380V，每相负荷

的电阻为60Ω，电抗为80Ω，求相、线电流的大小及三相的总

有功功率、无功功率、视在功率和功率因数。（4分）

10

答案：相(线)电流大小为

)(2.2

8060

220

2222

1

A

XR

U

IIph

ph









＝

6.0cos

)(77.8686.02.23803cos3WUIP

(var)36.11588.02.23803sin3UIQ

)(95.14472.238033VAUIS

11.已知星形连接的三相对称电源，接一星形四线制平衡负载Z

＝3＋j4Ω，若电源线电压为380V，问A相断路时，中线电流是

多少?若接成三线制(即星形连接不用中线)，A相断路时，线电

流是多少?（3分）

答案：解：在三相四线制电路中，当A相断开时，非故障相

的相电压不变，相电流也不变，这时中线电流为

III

··

Ｂ

·

＝＋＝

∠－°

＋

＋

∠°

＋

＝∠°0

220120

34

220120

34

441269Cjj

.(A)

若利用三线制，A相断开时

III

U··

Ｂ

·

＝，＝＝＝

＋

＝AC

1

22

0

2Z

380

234

38(A)

答：在三相四线制电路中，A相断开时，中线电流为44A；若

接成三线制，A相断开时，B、C两相线电流均为38A。

绘图题（33分）

1.画出单相正弦交流电压U＝Um

sinωt的波形示意图。（3分）

答案：如图1-1所示。

图1-1

2.画出电缆行波等效阻抗示意图。（3分）

答案：如图1-2所示。

11

图1-2

3．电容器并联在电感性负荷的线路上，可减少无功功率的输

送，从而提高功率因数。并联前线路参数为P，Q1

，

1

，S1

；电容

器Q，并联后线路参数为P，Q2

，

2

，S2

。试画出并联电容器提高

功率因数示意图。（3分）

答案：并联电容器提高功率因数示意图如图1-3所示。

图1-3

4．画出阻抗、电压及功率三角形。（3分）

答案:电阻、电压、功率三角形如图1-4所示。

图1-4

5．试画出电压表经电压互感器接入的测量电路图(用两台电压

互感器测量三相电压)。

（3分）答案：电压表经两台电压互感器接入测量三相电压

电路图如图1-5所示。

12

图1-5

6．画出电阻和电感串联接线电路图、相量图。（3分）

答案:电阻和电感串联电路图、相量图如图1-6所示。

(a)电路图；(b)相量图

图1-6

7．根据图1-7所示电路，画出电压U和电流I的相量图。（3

分）

图1-7

答案:相量图如图1-8所示。

图1-8

8。画出三相三线平衡负荷的星形联结图，并写出其线电压与

相电压、线电流与相电流之间的关系。（3分）

13

答案:如图1-9所示I

1

=I

ph

U

1

=3U

ph

9.画出单相桥式整流电路图。（3分）

答案：如图1-10所示。

图1-10

10.画出单相全波整流电路图。（3分）

答案：如图1-11所示。

UI

•

Ｕ

Ｕ

VI

•

Ｖ

14

图1-11

11.用图表示电阻、电感、电容串联电路中，电流与电压的相

位关系(设置XL>XC)。（3分）

答案：如图1-12所示。

图1-12