维修电工培训讲义-李银红.doc
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维修电工（中级）培训讲义
宁夏工商职业技术学院
—李银红
电工基础知识
直流电路
一、电路的组成及各部分的作用
1、电路：
电流所流经的路径称电路。
2、电路的组成：
电源、负载、中间环节（导线和开关等）
电源：
是电路中产生电能的设备。
如：
发电机、电池。
负载：
是将电能转换成其他形式能量的装置。
如：
电灯泡、电炉、电动机等。
中间环节：
起到连接、控制、测量和保护作用。
3、电路的工作状态
（1）、通路：
开关合上时的工作状态。
这时电路中有电流通过。
、断路（开路）：
开关断开时的工作状态。
这时电路中没有电流通过。
、短路：
就是电源未经负载而直接由导线（导体）构成通路。
二、电流
1、电流的形成
电荷的定向运动形成电流。
注意：
在金属导体中，形成电流的粒子是电子；在液体和气体中，形成电流的粒子是正离子或负离子。
2、电流的方向：
规定以正电荷移动的方向为电流的方向。
参考方向：
假定的方向。
当解出的电流为正值时，就认为电流的实际方向与参考方向一致，反之，当电流为负值时，就认为电流的实际方向与参考方向相反。
3、电流的大小
电流强度：
I=q/t
单位：
安培（A）1KA=10³A=106mA=109Μa
4、电流的分类
（1）、直流电流：
大小和方向都不随时间变化的电流。
（2）、交流电流：
大小和方向都随时间变化的电流。
i=Δq/Δt
5、电流的测量：
电流的大小可以用电流表来测量。
注意：
电流表必须串联在电路中；测量直流电流时使电流从表的“+”端流入，“—”端流出。
三、电压与电位
1、电压（Uab）
（1）、电压：
电场力把单位正电荷从电场中a点移动到b点所做的功称为a、b两点间的电压。
Uab=Aab/Q
（2）、单位：
伏特（V）1KV=103V=103mV=103μV
2、电位（φa）
（1）、电位：
某点的电位就是电场力将单位正电荷从该点移动到参考点所做的功。
Φa=Aao/q
（2）、正电位和负电位：
高与参考点的电位是正电位，低与参考点的电位是负电位。
（3）、单位：
伏特（V）
3、电压与电位的关系：
Uab=Φa—Φb
说明：
电路中任意两点间的电压就等于两点间的电位之差。
4、电压的方向：
高电位指向低电位。
表示方法箭头表示：
双下标表示：
Uab
5、电压的测量：
用电压表来测量
注意：
必须把电压表并联在被测电压的两端；测量直流电压时，电压表的正负极和被测电压一致。
四、电动势
1、电源力：
在电源内部，由于其他形式能量的作用，产生一种对电荷的作用力，叫电源力。
2、电动势（E）：
在电源内部，电源力将单位正电荷从电源负极b移到正极a所做的功叫做电源的电动势。
E=Aba/Q
3、单位：
伏特（V）
4、方向：
电源的负极指向正极。
五、电阻（R）
1、电阻：
是反映导体对电流起阻碍作用大小的物理量。
2、单位：
欧姆（Ω）1MΩ=103KΩ=106Ω
3、电阻定律：
导体的电阻跟导体的长度成正比，跟导体的横截面积成反比，并与导体的材料性质有关。
R=ρl/S
式中：
ρ（电阻率）—Ω·m;l—m;s—m2;R—Ω
4、电阻与温度的关系
电阻温度系数α=（R2―R1）/R1（t2―t1）
注意：
一般的，温度升高后，导体的电阻增加，而碳，当温度升高时，电阻反而减小。
5、常用的电阻器
（1）、电阻器：
具有一定阻值的实体元件。
（2）、电阻器的结构与性能特点
可变电阻器
电阻器线绕电阻：
功率较大，稳定性高，但阻值较小。
固定电阻器薄膜电阻：
稳定性好，误差小，阻值较大，但功率较小。
实心电阻：
阻值较大，但功率较小，稳定性差。
（3）、电阻器的主要指标
①标称阻值：
国家规定的一系列作为产品标准的数值。
P11表1-3
②允许偏差：
（R-RH）/RH表示电阻器的准确程度。
③标称功率（额定功率）：
是指在一定的条件下，电阻器长期连续工作所允许消耗的最大功率。
六、欧姆定律
1、部分电路欧姆定律
流过电阻的电流I与电阻两端的电压U成正比，与电阻R成反比。
I=U/R或U=IR
2、全电路欧姆定律
在一个闭合电路中，电流强度与电源的电动势成正比，与电路中内电阻和外电阻之和成反比。
I=E/（R+r）
3、电源的外特性
由U=E—Ir。
电压随负载电流变化的关系称为电源的外特性。
讨论：
1、R增大，I减小，U增加；R减小，I增大，U减小。
2、负载电流不变，r减小，U增大；r增大，U减小。
3、R=0，U=E
七、电功与电功率
1、焦耳定律
（1）、电流的热效应：
电流通过金属导体时，导体会发热的现象。
（2）、焦耳定律：
电流流过金属导体产生的热量与电流的平方、导体的电阻、通电时间成正比。
Q=I2Rt
2、电功（A）
（1）、电功：
电流所做的功。
A=UIt=I2Rt=U2/R·t
（2）、单位：
焦耳（J）1KW·h=3.6Х106J
3、电功率（P）
（1）、电功率：
单位时间电流所做的功称为电功率。
P=A/t=UI=I2R=U2/R
（2）、单位：
瓦（W）1KW=103W
4、额定值：
就是保证电气设备能长期安全工作的最大电压、电流和功率，分别称为额定电压、额定电流和额定功率。
八、电阻的连结
1、电阻的串联
把两个或两个以上的电阻器，一个接一个地连成一串，使电流只有一条通路的连接方式叫做电阻的串联。
2、串联电路的特点
（1）、电路中流过每个电阻的电流都相等。
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。
U=U1+U2+U3+…+Un
（3）、电路的等效电阻（即总电阻）等于各串联电阻之和。
R=R1+R2+R3+…+Rn
（4）、电路中各电阻上的电压与各电阻的阻值成正比。
Un=Rn/R·U
U
R
R
R
U
2
1
2
2
+
=
分压公式：
3、电阻的并联
把两个或两个以上的电阻并列地连接在两点之间，使每一电阻两端都承受同一电压的连接方式叫做电阻的并联。
4、并联电路的特点
（1）、电路中各电阻两端的电压相等，并且等于电路两端的电压。
U=U1=U2=U3=…+Un
（2）、电路的总电流等于各电阻中的电流之和。
I=I1+I2+I3+…+In
（3）、电路的等效电阻（即总电阻）的倒数，等于各并联电阻的倒数之和。
+
+
+
=
1
1
1
1
…
R
R
R
R
n
2
1
（4）、在电阻并联电路中，电流与电阻成反比。
In=R/Rn·I
分流公式：
九、基尔霍夫定律
复杂电路：
无法用串、并联关系简化的电路称为负载电路。
1、重要名词
（1）、支路：
由一个或几个元件首尾相接构成的一段无分支电路。
支路分为有源支路和无源支路。
（2）、节点：
三条或三条以上支路的连接点叫做节点。
（3）、回路：
电路中任意一个闭合路径。
（4）、网孔：
内部不含支路的回路。
2、基尔霍夫第一定律（KCL）
内容一：
电路中任意一个节点上，流入节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。
ΣI入=ΣI出
内容二：
电路中任意一个节点上，电流的代数和恒等于零。
ΣI=0
注意：
1、基尔霍夫第一定律不仅适用于节点，也可推广应用于任意假定的封闭面。
2、计算电流为正值，表明实际方向与参考方向相同；为负值，表明实际方向与参考方向相反。
例P342-9
2、基尔霍夫第二定律（KVL）
内容一：
对于电路中的任一回路，沿回路绕行方向的各段电压的代数和等于零。
ΣU=0
内容二：
在任一闭合回路中，各个电阻上电压的代数和等于各个电动势的代数和。
ΣIR=ΣE
列回路电压方程的步骤：
1、假设各支路电流的参考方向和回路的绕行方向。
2、将回路中全部电阻上的电压ＩＲ写在等式一
边，若通过电阻的电流方向与绕行方向一致，则该电阻上的电压取正，反之取负。
３．将回路中全部电动势写在等式另一边，若电动势的方向与绕行方向一致，则该电动势取正，反之取负。
注意：
基尔霍夫第二定律不仅适用于闭和回路，也可推广应用于不闭和的虚拟回路。
（二）正弦交流电路
一、正弦交流电的基本概念
1、周期和频率
（1）、时变的电压和电流：
随时间变化的电压和电流。
如果时变电压和电流的每一个值经过相等的时间后重复出现，称为周期电压和电流。
周期电流：
i（t）=i（t+KT）
（2）、周期（T）：
电压和电流变化一次所用的时间。
单位：
秒（S）
（3）、频率（f）：
单位时间内周期波形重复出现的次数。
单位：
赫兹（HZ）
（4）、周期和频率的关系：
f=1/T
注意：
我国工业和民用电的频率是50HZ，周期0.02S。
2、相位和相位差
（1）、正弦交流电（正弦量）：
如果周期电压和电流的大小和方向都随时间按正弦规律变化，称正弦电压和正弦电流。
表达式：
i（t）=Imsin（ωt+φi）
u（t）=Umsin（ωt+φu）
（2）、正弦量的三要素：
振幅（Im）、角频率（ω）和初相（φi）
ω=2π/T=2πf
（3）、相位（相角）：
ωt+φi反映了正弦量的变化进程。
（4）、相位差：
两个同频率正弦量的相位之差。
Φ=φ1-φ2
（5）、同频率正弦量的相位关系：
（1）若φ>0，称i1超前i2一个相位角φ。
（2）若φ<0，称i1滞后i2一个相位角φ。
（3）若φ=0，则i1与i2同相。
（4）若φ=±1800，则称反相。
3、有效值：
在数值相同的电阻上分别通以周期电流和直流电流，如果在一个周期内，这两个电阻所消耗的电能相等，则该直流电流的值就称为交流电流的有效值。
数学证明，最大值是有效值的√2倍。
4、正弦量的相量表示法
正弦量的相量表示法：
用复数式与相量图来表示正弦交流电的方法。
（1）、相量
电流相量：
m=Imejφi=Im∠φi，=Iejφi=I∠φi
电压相量：
m=Umejφi=Um∠φu，=Uejφu=U∠φu
电动势相量：
m=Emejφi=Em∠φe，=Eejφe=E∠φe
注意：
相量可以来表示正弦量，但并不等于正弦量。
（2）、相量图：
相量在复平面上的几何表示。
二、单相正弦交流电路
1、纯电阻电路
（1）、电压与电流的关系
①有效值关系：
U=RI
②相位关系：
电压和电流同相。
Φ=φu—φi=0
③相量关系：
=R
（2）、功率
①瞬时功率：
p=ui=UmImsin2ωt=UI（1-cos2ωt）
说明：
电阻所吸收的功率在任一瞬时总是大于等于零的，即电阻是耗能元件。
②平均功率：
P=UI=RI2=U2/R
2、纯电感电路
（1）、电压与电流的关系
①有效值关系：
U=XLI
XL=ωL=2πfL——感抗。
讨论：
f=0时,则XL=0;f→∞时,则XL→∞.说明电感具有“通直流，阻交流”的作用。
②相位关系：
电压超前电流900。
Φ=φu—φi=900
③相量关系：
=jXL
（2）、功率
①瞬时功率：
p=ui=Umsin（ωt+900）×Imsinωt=UIsin2ωt
②平均功率：
P=0
说明：
在交流电的一个周期内，电感吸收和放出的能量相等，平均功率为零，电感不消耗能量，是一种储能元件（储藏磁场能）。
③无功功率：
QL=UI=I2XL=U2/XL单位：
乏尔（var）
3、纯电容电路
（1）、电压与电流的关系
①有效值关系：
U=XCI
XC=1/ωC=1/2πfC——容抗。
讨论：
f=0时,则XC=∞;f→∞时,则XC→0.说明电容具有“通交流，隔直流”的作用。
②相位关系：
电流超前电压900。
Φ=φu—φi=-900
③相量关系：
=-JXC
（2）、功率
①瞬时功率：
p=ui=Umsinωt×Imsin（ωt+900）=UIsin2ωt
②平均功率：
P=0
说明：
在交流电的一个周期内，电容吸收和放出的能量相等，平均功率为零，电容不消耗能量，是一种储能元件（储藏电场能）。
③无功功率：
QL=UI=I2XC=U2/XC单位：
乏尔（var）
4、电阻、电感、电容串联电路
（1）电压与电流之间的关系
①有效值关系：
U=ZI
∣Z∣=√R2+（XL-XC）2——阻抗
②相位关系：
Φ=arctan=arctan
讨论：
若Φ＞0，说明电压超前电流Φ角，称为感性电路；
若Φ＜0，说明电压滞后电流Φ角，称为容性电路；
若Φ=0，说明电压与电流同相位，称为电阻性电路
③相量关系：
=Z
（2）电路中的功率
①平均功率（有功功率）：
P=UICOSΦURI=RI2
②无功功率：
Q=QL-QC=ULI-UCI=（UL-UC）I=UIsinΦ
③视在功率：
S=UI=
注意；
（1）上面功率的计算可推广到正弦交流电路中任一二端网络的功率计算。
（2）电路中总的有功功率等于各部分的有功功率之和，总的无功功率也等于各部分的无功功率之和，但总的视在功率不等于各部分的视在功率之和。
三、三相交流电路
1、对称的三相电动势
三相电动势幅值相等，频率相同，相位互差1200。
（1）、解析式：
eU=Emsinωt
ev=Emsin（ωt-1200）
ew=Emsin（ωt+1200）
（2）、相量形式：
=E∠00
=E∠-1200
=E∠1200
2、相序：
三相交流电在相位上的先后次序。
3、三相电源的连接方式
（1）、星形连接：
三相绕组的末端U2、V2、W2连接成一点N，而把始端U1、V1、W1作为与外电路相连接的端点。
N
L2
L3
L1
N
U1
V1
W1
（2）、相电压和线电压
①相电压：
相线与中线之间的电压。
用UU、UV、UW表示。
②线电压：
相线与相线之间的电压。
用UUV、UVW、UWU表示。
③相电压和线电压的关系：
∠300
注意：
不加说明的三相电源和三相负载的额定电压都是指线电压。
（3）、三角形连接
–
+
+
–
+
L2
L1
L3
–
相电压和线电压的关系：
∠300
（三）变压器
一．用途及分类
为了适应不同的使用目的和工作条件，变压器的类型很多。
一般按变压器的用途分类，也可按照结构特点、相数多少、冷却方式等进行分类。
按用途分类，变压器可分为：
（1）电力变压器：
升压变压器、降压变压器、配电变压器等。
（2）仪用变压器：
电压互感器，电流互感器。
（3）特殊变压器：
电炉变压器、电焊变压器、整流变压器等。
（4）试验用变压器：
高压变压器和调压器等。
（5）电子设备及控制线路用变压器：
输入、输出变压器，脉冲变压器、电源变压器等。
按绕组的多少、变压器可分为双绕组、三绕组、多绕组以及自耦（单绕组）变压器；根据变压器的铁心结构，又分芯式变压器与壳式变压器；按相数的多少，分为单相变压器、三相变压器和多相变压器等。
按冷动方式分，有用空气冷却的干式变压器和用变压器油冷却的油浸式变压器等。
作为电能传输过程中使用的电力变压器，其传输过程如图15-13所示。
110kV35kV10kV380V
用户
发电厂一次变电所二次变电所配电区
发电机升压变压器降压变压器降压变压器配电变压器
图15-13电能传输过程示意
为了减小线路损耗，采用高压输电到远途用电区，常用的高压输电电压有110kV、220kV、300kV、400kV、500kV和750kV。
为了灵活分配和安全用电的需要，又用降压变压器分配到各工厂用户，通常低电压有220V、380V、660V。
变压器种类虽繁多，但它们的基本结构，作用原理和分析它们的方法仍是相同的。
二、变压器的结构
1、铁心：
构成变压器的磁路部分。
大多用0.35-0.5mm厚的硅钢片交错叠装而成。
2、绕组：
构成变压器的电路部分。
用绝缘的铜线或铝线绕制。
与电源相连的绕组称为原绕组（原边或初级），与负载相连的绕组称为副绕组（副边或次级）。
三、变压器的原理和作用
1、电压变换原理（变压器空载运行）
U1≈E1=4.44fN1φm
U20≈E2=4.44fN2φm
U1/U20≈N1/N2=K>1为降压变压器
〈1为升压变压器
2、电流变换原理（变压器负载运行）
I1/I2≈N2/N1=1/K
V2
V1
V1
I1
|ZL′|
|ZL|
I2
I1
3、阻抗变换原理
四、变压器的额定值
1、额定电压：
U1N、U2N
2、额定电流：
I1N、I2N
3、额定容量SN=U2NI2N≈U1NI1N
对于单相变压器，有
对于三相变压器，有
注意一点：
变压器的二次绕组的额定电压是指一次绕组接额定电压的电源，二次绕组开路时的线电压。
4、阻抗电压（短路电压）Ud%
5、额定频率fN
五．变压器的效率
变压器的损耗主要是铁耗和铜耗。
变压器的铁耗分为基本铁耗和附加铁耗。
基本铁耗指正常情况下主磁通在铁心中引起的磁滞损耗和涡流损耗；附加铁耗包括因为硅钢片绝缘损伤在铁心中引起的局部涡流损耗和结构部件中产生的涡流损耗等。
变压器的铁耗与电压有关，与负载大小基本无关，故可称为不变损耗。
变压器的铜耗也分为基本铜耗和附加铜耗。
基本铜耗指一次绕组和二次绕组电流在绕组中引起的直流电阻损耗；附加铜耗指由于趋肤效应和邻近效应使绕组电阻增大所额外增加的铜耗。
变压器的铜耗与电流的平方成正比，故可称为可变损耗。
变压器的效率的表达式：
当变压器的可变损耗与不变损耗相等时，变压器的效率最大。
（四）三相异步电动机
1．三相异步电动机的基本构造
三相异步电动机主要由定子和转子两大部分组成，它们之间有空气隙。
图15-40（a）所
示是一台鼠笼式三相异步电动机的组成部件。
（1）定子
三相异步电动机的定子是由装有对称三相绕组的定子铁心放置在机座内构成的
C
C
A
A
B
B
W2
W2
U1
U1
U2
U2
V2
V2
V1
V1
W1
W1
Z
Z
X
X
Y
Y
（a）Y联接（b）△联接
（2）转子
转子主要由转子铁心和转子导体（绕组）构成。
鼠笼式
硅钢片笼型绕组钢条转子铸铝转子
绕线式
硅钢片转子电路
2．三相异步电动机的转动原理
（1）旋转磁场的产生
三相异步电动机定子三相对称绕组通入三相对称电流便可产生旋转磁场。
设三相定子绕组通入的对称三相电流为
0
i
ωt
120Ο
240Ο
360Ο
iC
iB
iA
A
A
X
X
B
B
Y
Y
Z
C
C
Z
A
X
B
Y
C
Z
A
X
B
Y
C
Z
n1
n1
n1
n1
（a）0（b）120○（c）240○（d）360○
图15-45两极旋转磁场的形成
（2）旋转磁场的转向
从上面的分析中还可发现，合成磁场的转动方向是由A相绕组平面转向B相绕组平面再到C相绕组平面，周而复始地继续旋转下去。
从图15-45又可看出，旋转磁场的转向与三相绕相通入三相电流的相序是一致的。
所以只要对调三根电源线中的任意两相接线，旋转磁场必将反向旋转。
（3）旋转磁场的转速
在我国，工频交流电=50Hz，所以，不同磁极对数的旋转磁场转速如表15-4。
表15-4
磁极对数p
1
2
3
4
5
6
磁场转速（r/min）
3000
1500
1000
750
600
500
（4）异步转动原理与转差率
①转动原理
当电动机定子对称三相绕组通入顺序三相电流时，电动机内部就产生一个顺时针方向的旋转磁场。
设某瞬间的电流及两极磁场如图15-47所示，并以转速顺时针旋转。
由于转子导体与旋转磁场间的相对运动而在转子导体中产生感应电动势。
若把旋转磁场视为静止，则相当于转子导体逆时针方向切割磁力线，感应电动势的方向可用右手定则来判定。
因为转子绕组是闭合的，所以会产生与感应电动势同方向的感应电流。
这样，上半部转子导体的电流是从纸面流出来的，下半部则是流进去的。
正如所知，通电（载流）导体在磁场中要受到电磁力作用，故载有感应电流的转子导体
与旋转磁场相互作用便产生电磁力F，其方向可用左手定则判断。
此力对转轴形成一个与旋
n1
n
F
F
N
S
转磁场同向的电磁转矩，使得转子沿着旋转磁场的
方向以n的转速旋转起来。
②转差率
异步电动机转子的转速n永远低于旋转磁场的
转速n1。
因为如果n=n1，转子与旋转磁场间就没有
相对运动，转子导体就不切割磁力线，也就没有感
应电势和感应电流产生，所以也不会产生电磁转矩
使转子转动了。
n≠n1，异步电动机因此得名，n1称
图15-47异步转动原理图
为同步转速。
又因为转子电动势和电流是通过电磁
感应产生的，故异步电动机又叫感应电动机。
转子的转速是随着轴上机械负载的变化而略有
变化的。
当电动机拖动的机械负载转矩增大时，转速n将要下降。
旋转磁场与转子转速存在着转速差（n1-n）是异步电动机工作的一个特点。
通常，我们将这个转速差与同步转速n1之比称为转差率，用s表示。
即
它是反映异步电动机运行情况的一个重要物理量。
当异步电动机接通电源起动瞬间n=0，所以s=1。
电动机转差率的变化范围为
0＜s≤1
中、小型电动机在额定运行时的转差率
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