1、一、直流电的基本知识1. 电路: 电流经过的路径称为电路。最基本的简单电路由电源、负载、连接导线和开关等组成，如图 11 所示。开 关电 源 导 线 负 载图 电 路 和 电 路 图2. 电路通常有三种状态：通路：指处处连通的电路。通常也称闭合电路，简称闭路。此时电路有工作电流。开路：指电路中某处断开不成通路的电路，开路也称断路，此时电路中无电流。短路：指电路(或电路中的一部分)被短接。3. 电流和电流密度：电荷有规则的运动就称之为电流，在金属导体中，电流是自由电子在电场作用下有规则运动形成的。电流强度单位是安培，用字母 A 表示，常用单位还有千安(k A)、毫安(m A)和微安(u A)。1
2、 千安(k A)=10 3安(A)1 毫安(m A)=10 -3安(A)1 微安(u A)= 10 -3毫安(m A)=10 -6安(A)5. 电压单位是伏特，用字母 V 表示，常用单位还有千伏(k V)、毫伏(m V)和微伏(u V)。1 千伏(k V)= 10 3伏(V)1 毫伏(m V)= 10 -3伏(V)1 微伏(u V)= 10 -3毫伏(m V)10 -6伏(V)6. 电阻：电阻就是反映导体对电流阻碍作用大小的一个物理量。电阻用字母 R 表示,电阻的单位是欧姆，用字母 表示。1 千欧(k )= 10 3欧()1 兆欧(M)= 10 3 千欧(k )=10 6 欧()7. 电功和电
3、功率：把电能转换为其他形式的能量时，电流都要做功。电流所做的功叫电功。根据欧姆定律可得电功的数学表达式为：W=I Ut=I 2Rt= tRU2我们把单位时间内电流所做的功，称为电功率，用字母 P 表示P=W/t电功率常用单位还有千瓦(k W) 、毫瓦(m W)1 千瓦(k W)=10 3 瓦(W)1 毫瓦(m W)= 10 -3 瓦(W)常见的电功率计算公式：P=IU=I 2R=U2/R在实际工作中，电功的单位常用千瓦小时(k W .h)，也叫“度” 。8. 部分电路欧姆定律：图 12 中双点划线框所示的电路为不含电源的部分电路。当在电阻 R 两端加上电压 U 时，电阻中就有电流流过。通过实验
4、可以知道，如果加在电阻R 两端的电压 U 发生变化时，流过电阻的电流也随着变化，而且这种变化是成正比例的，即电压和电流的比值是一个常数，这个常数就是电路中的电阻。写成公式就是： RU/I I=U/RERU图 1 3 全 电 路 rIE图 1 2 部 分 电 路 IRU9. 全电路欧姆定律 全电路是指含有电源的闭合电路，如图 1-3 所示。图中的双点划线框内代表一个电源。电源的内部一般都是有电阻的，这个电阻称为内电阻，用字母 r 表示。内电阻是在电源内部，与电动势是分不开的，所以也可以不单独画出，只在电源符号旁边注明内电阻的数值就行了。当电路为通路时，负载 R 上就有电流流过，这是因为电阻两端有
5、了电压 U 的缘故。电压U 是电动势 E 产生的，它既是电阻两端的电压，又是电源的端电压。全电路欧姆定律公式： I=E/(R+r)10. 电阻的串联电路：在电路中，若两个或两个以上的电阻按顺序一个接一个地联成一串，使电流只有一条通路，电阻的这种连接方式叫做电阻的串联，如图 14 所示。 R3I图 1 5 三 个 电 阻 并 联 电 路 图 1 4 三 个 电 阻 的 串 联 电 路 R2U3ABI2ABU(1) 串联电路中流过每个电阻的电流都相等，即：I=I1=I2=I3=.=In(2) 电路两端的总电压等于各电阻两端的电压之和，即U=U1+U2+U3=+Un(3) 串联电路的等效电路(即总电
6、阻)等于各电阻之和，即R=R1+R2+R3+Rn11. 电阻的并联电路：两个或两个以上的电阻一端连在一起，另一端也连在一起，使每一电阻都承受同一电压的作用。电阻的这种连接形式叫做电阻的并联，如图 15 所示。(1) 并联电路中各电阻两端电压相等，且等于电路两端的电压。即：U=U1=U2=U3=Un(2) 并联电路中的总电流等于各电阻中的电流之和，即I=I1+I2+I3+.+In(3) 并联电路的等效电阻(即总阻)的倒数，等于各并联电阻的倒数之和，即：= + + +R123R1二、交流电的基本知识1. 交流电：凡是大小和方向都随时间变化的电压和电流，称为交流电压和交流电流。交流电是交变电动势、交
7、变电压和交变电流的总称。正弦交流电和非正弦交流电是交流电的两大类。如图2-1 所示。常用的交流电频率为 50Hz，习惯上将此频率称为工频。a) 正 弦 交 流 电 iiOOtt图 2 1 交 流 电 波 形 图 a) 非 正 弦 交 流 电 2. 正弦交流电的三要素：(1). 最大值 (2). 角频率 (3). 初相角3. 单相交流电路：由单相交流电源、用电器、连接导线、开关组成的电路称单相交流电路。交流负载一般是电阻、电感、电容或它们的不同组合。4. 三相交流电路：目前在低压供电系统中多数采用三相四线制供电，如图 2-2 所示。在图中，把三个线圈的末端接在一起，称为中性点，从中性点引出的输电
8、线称为中性线，简称中线(即 N 线)。中线通常与大地相接，并把接大地的中性点称为零点，从三个线圈的始端引出的输电线叫相线，俗称火线。图 2 三 相 四 线 制 供 电 L31e3U2三相四线制可输送两种电压：一种相线与相线之间的电压叫线电压U1,U1=U12=U23=U31。另一种是相线与中线之间的电压，叫相电压 U，U U1=U2=U3。在我国三相四线制供电系统中，线电压为 380V，相电压为 220V，线电压是相电压的 倍。35. 三相负载的联结根据不同要求，三相负载既可做星形(即 Y 形)联结，也可做三角形 (即形)联结。把三相负载分别接在三相电源的相线和中线之间的接法，负载使用相电压，
9、就叫做三相负载的星形联结，如图 23 所示。把三相负载分别接在三相电源的一根相线和另一根相线之间，负载使用线电压就称三相负载的三角形联结，如图 24 所示。i1i1L23NiNZ23ii图 三 相 负 载 的 星 形 联 结 Z231L1L23iii图 4 三 相 负 载 的 三 角 形 联 结 6. 三相负载的电功率在三相交流电路中，三相负载消耗的总电功率为各相负载消耗功率之和，即：P=P1+P2+P3在对称三相电路中，各相电压、相电流的有效值相等，功率因数也相等，则有：P=3U I cos也可将上式变换为线电压、线电流来表示：P= U1I1cos3三、电 子 线 路1. 晶体二极管的结构和
10、特点晶体二极管是由一个 PN 结、外壳、引线等几部分组成。P 型区的引出线为阳极（正极） ，N型区的引出线为阴极（负极） 。其符号图如图 31 所示。当二极管加正偏电压时，二极管导通，负载上有电流流过，当二极管加反偏电压时，二极管截止，负载上没有电流流过（反向漏电流为零） 。这就是二极管的单向导电特性。如图 32所示。 阳 极 N 阴 极图 3 1晶 体 二 极 管 符 号 正 向 电 流 图 3 2 二 极 管 的 单 向 导 电 特 性 a)正 向 导 通 状 态 b反 向 截 止 状 态2. 晶体二极管的简易测量二极管可以用万用表欧姆挡(R 1k)进行简单测试，将“黑”表笔接二极管的正级
11、， “红”表笔接二极的负极，可测得二极管的正向电阻，一般应在几十到几百欧姆，对换表笔可测得二极管的反向电阻，一般应在几十千欧以上。正向电阻越小，反向电阻越大，二极管的单向导电性就越好。3. 晶体二极管整流电路一般采用二极管整流方式获得直流电，常见的有半波整流电路和桥式全波整流电路。Tu12VRLito1t2iL12V34图 单 相 半 波 整 流 电 路 和 波 形 图图 单 相 桥 式 整 流 电 路 和 波 形 图4. 晶体三极管的结构和特点晶体三极管的内部是由两个 PN 结所组成，根据 PN 结组合方式的不同，晶体三极管分为 PN型和 NPN 型两类，其结构和表示符号见表 35 所示。晶
12、体三极管有放大、饱和、截止三种工作状态。表 晶 体 二 极 管 的 结 构 和 符 号型 号结构示意图原理图符号 PN型 型铟 球铟 球 型 错 片PN集 电 极发 射 极基 极 Ceb基 极 P发 射 极N集 电 极beCN型 硅 片型 硅型 硅四、变压器与三相笼型异步电动机1. 变压器基本结构变压器的基本结构：单相变压器主要由一个闭合的软磁铁心和两个套在铁心上而又互相绝缘的绕组所构成，如图 3-1 所示。图 31 变压器的基本结构及符号5. 变压器的工作原理变压原理：如图 3-2 所示，当变压器的一次绕组接入交变电压时，在一次绕组中便有交变电流流过，并产生交变磁通。该磁通绝大部分通过铁心且
13、同时穿过一次、二次绕组，称为主磁通。芯式变压器和壳式变压器 图 32 变压器的工作原理当主磁通同时穿过一次、二次绕组时，就在两个绕组中分别产生与电源频率相同的感生电动势 e1 和 e26. 几种常见变压器(1) 单相小功率电源变压器：这种变压器一次电压有 220V 和 380V 两种，二次电压多为 36V。在特殊危险场合，二次电压为 24 V 或 12 V 甚至 6 V。(2) 三相变压器：由于电力系统都采用三相三线制或三相四线制供电，所以三相变压器的使用非常广泛。根据三相电源手负载的不同情况，变压器一次侧和二次侧都可作 Y 形或形联结。三相变压器绕组的不同联结法称为联结组。图 33 所示即为
14、几种最常见的联结组。大容量的三相变压器多采用 Y/联结，即高压侧为 Y 形联结，低压侧为形联结。一般容量不大又需要中线的变压器多采用 Y/Y0联结，这里 Y0表示低压侧为 Y 形联结并有中线。三相变压器示意及符号 图 33 三相变压器的标准接线图(4) 自耦变压器：这类变压器只用一个绕组，一次绕组和二次绕组有一部分是公用的。两者之间不仅有磁联系，而且还有电的直接联系。和一般变压器一样，自耦变压器一次侧、二次侧的电压比，仍等于相应的匝数比，如图 34 所示。图 34 自耦变压器 图 34 自耦变压器的接法a）外形图 b）结构示意 a）正确接法 b）错误接法(5) 互感器：直接测量大电流或高电压是
15、比较困难的。在交流电路中，常用特殊的变压器把大电流转换成小电流，高电压转换成低电压，然后再进行测量。所用装置就称为电流互感器和电压互感器。使用互感器的优点在于使测量仪表与大电流、高电压相隔离，因而可以保证仪表和人身安全。其原理接线如图 35 所示。图 35 互感器原理接线图a）电流互感器 b）电压互感器7. 三相笼型异步电动机基本构造三相笼型电动机主要由转子和定子组成，如图 412 所示。(1) 定子是电动机静止不动的部分，一般由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。定子铁心是磁路的一部分，定子绕组是电动机的电路部分，由三相对称绕组组成。三相绕组彼此独立，按互差 1200 电角度嵌在定子槽内。(
16、2) 转子铁心和转子绕组是转子的主要部分。转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠装而成。转子绕组是铜条嵌入转子槽内并用铜环将全部铜条焊接成笼型。8. 三相笼型电动机的工作原理：是给定子通三相交流电，在定子上产生三相旋转磁场，转子铜条“切割”旋转磁场产生感生电动势和感生电流，又由于通电导体在磁场中受到力的作用，所以转子开始受力旋转。四、低压电器和控制线路1. 常用低压电器：（1）低压开关：a. 板用刀开关 b. 负荷开关 c. 组合开关（转换开关）d.空气断路器低压开关主要用于成套设备中隔离电源，亦可作为不频繁地接通和分断低压供电线路。 （2） 熔断器：a. 插入式熔断器 b. 螺旋式熔器 c. 管式熔
17、断器熔断器主要作短路保护用。当通过熔断器的电池大于规定值时，以其自身产生的热量使熔化而自动分断电路。 R容 断 器 额 定 电 源设 计 序 号C 瓷 插 式L 螺 旋 式M 无 填 料 封 闭 式熔 断 器T 有 填 料 封 闭 式型 号 含 义（3）接触器：接触器是一种用于频繁接通和分断负载的自动控制电器，广泛用于各类电动机的启动、正反转控制等线路中。其外形和结构如图 37 所示。接触器主要由电磁动作机构、触头系统、灭弧装置组成。图 37 交流接触器外形及结构示意图接触器工作原理：是当线圈通电后吸引衔铁带动触头系统动作，使主触头接通，两组辅助触头则分别接通和分断，以完成控制动作。当线圈断电
18、(又称为失压)后，在复位弹簧作用下，主触头断开，辅助触头同时恢复到原来状态。（4）主令电器：主令电器主要用于闭合、断开控制电路，以发出命令或信号，达到对电力传动系统的控制或实际程序控制。（5）行程开关：它的作用与按钮相同，只是其触头的动作不是靠手动操作，而是利用生产机械某些运动部件上的档铁碰撞其滚轮使触头动作来实现接通或分断某些电路，使之达到一定的控制要求。（6）继电器： a.中间继电器 b.热继电器 c.时间继电器继电器是一种根据电流、电压的变化或非电量（时间、温度）的变化自动动作的控制电器，常用于各种控制线路和电气设备的保护。（7）低压断路器：低压断路器是一种能自动切断电路故障的保护电器，
19、主要用于保护低压电路中的电气设备，具有过流、短路、欠压保护功能，具有良好的灭弧性能。1. 电气控制原理图：（1）控制线路的组成电气控制线路是由接触器、中间继电器、热继电器、按钮等元件按一定要求用导线连接而成的，控制线路分为电气原理图和安装接线图两种。常用电气元件图形符号2. 三相异步电动机单向运转控制电路：控制线路如图 38 所示，其工作原理如下：按下启动按钮 SB2，接触器线圈通电，主触头 KM 闭合，电动机运转，同时辅助触头 KM 同步闭合使启动按钮两端连接，松手后电流由辅助触头流过，接触器继续保持吸合，电动机继续运转。这种用辅助触头来保持接触器动作的办法叫做“自锁” 。 当需要停止时，按下停止按钮 SB1，控制回路断电，接触器释放复位，电动机停止运转，自锁同时也解除。
