电机车教案.docx

电机车教案.docx

《电机车教案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机车教案.docx（13页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

电机车教案

第一节电气基础知识

一、电工学基础知识

1、电的基本概念

物理学研究发现，原子是由质子或者质子和中子组成的原子核及围绕原子核旋转的电子

构成的。

原子核是相对稳定的，而电子是不停地运动的。

并规定原子核所带的电为正电（+），电子所带的电为负电

（一）。

由于在原子里质子和电子的数目是相等的，正负电处于平衡状态，所以原子不显出带电的性质，所组成的物质也不带电。

由于某种原因，原子可能失去部分电子，或者得到部分电子，这种平衡就被破坏，使原子带电，物质也就带电了。

习惯上称带电的微粒叫电荷，物体带电就是说物体带上了电荷；其中最小的电荷就是电子和质子。

电荷的多少可用电量来表示，它是衡量物体带电多少的标志，用字母9表示，其单位是库仑，简称库（c）。

2、静电和动电

一些电荷堆积在一起，不产生持续流动的带电现象称为静电。

静电一般具有较高的电压，释放出来的时候产生强大的瞬时功率，控制不好时会产生破坏作用。

自然界的雷电灾害就是静电危害的一种。

在有易燃、易爆物质的场所，要十分小心避免产生静电。

电荷有持续流动的带电现象称为动电。

动电根据电压的高低具有不同的强度，人们根据生产和生活的需要想出了很多控制动电的方法。

当然，静电和动电只是个相对的概念，它们也是互相联系、互相依存的。

静电在释放的瞬间是动电，切断动电流动的路径就产生了静电。

3、电场、电压和电流

（1）电场

电荷与电荷之间具有力的作用。

实验证明，带有相同极性电的电荷互相排斥，带有不同极性电的电荷互相吸引。

这就是平常所说的“同性相斥、异性相吸”。

但是，电荷之间力的作用并不需要它们接触、碰撞才发生，它是靠着一种被称为电场的物质传递的。

电荷之间的作用力叫作电场力。

电场是无形的，与自然界里的绝大多数物质不同，它不是由原子和分子组成的，但它是客观存在的，能够传递力的作用。

（2）电压

电荷在电场中处于不同的位置会具有不同的能量，电荷在电场中能量大小的标志称为电位。

对一个特定的电场来说，为了衡量电荷电位的高低，都规定一个参考点，正如规定海平面作为空间高度的参考点一样，这个电位的参考点就是零电位点。

在一般应用中，认为大地是理想的零电位点，所以习惯上把电路中的零电位参考点也称为“地”。

在直流电源中，比如电池或直流稳压电源，通常将电源的负极作为零电位点。

电荷就以它在电场中相对于零电位点具有的能量大小确定它的电位的高低。

电位用字母u表示。

电位的单位是伏特，简称伏，用字母V表示。

在计量单位里，电量的单位是库仑，能量的单位是焦耳（J），电位的单位就是伏特。

即：

1伏特（V）=1焦耳（J）／l库仑（c）

电荷在电场中的一个位置相对于另一个位置的电位差叫作这两点的电压。

电压用大写字母u表示，单位也是伏特。

例如，我们平时所用的交流电中，其火线与地之间的电压为220v；

一节普通干电池的正负极之间的电压为1．5V。

实际应用中，经常要用到比伏特大或小的单位，常用的比伏特大的单位是千伏特，简称为千伏，用符号kV表示，比伏特小的单位有毫伏和微伏，用符号mv和¨v表示。

1V=103mV=106肌V

1mV=103汕V

电位和电压都是能量的概念，它表示电荷能够做功的能力，正是由于电位和电压的存在，电荷才会发生运动和变化。

（3）电流

电荷的定向移动形成电流。

产生电流要有电位差和电的通路，这就是电压和电路。

电流的大小用电流强度来衡量。

它是以单位时间内通过导体横截面电量的多少来确定的。

通常用字母，表示电流强度，即：

l=Q／t

在国际单位制中，电流强度的单位是安培，简称安，用字母A表示，也就是说，如果每秒钟通过导体横截面的电量是1c，那么这时的电流强度就是1A。

常用的电流强度单位还有毫安（mA）和微安（仙A），它们的关系是：

1A=103mA=106“A

1mA=103斗A

4、导体、绝缘体和半导体

自然界的物质能够通过电流的能力是不同的，按照物质允许电流通过的难易程度，可以分为导体、绝缘体和半导体三大类。

导体是指那些容易让电流通过的物质。

大多数的金属，酸、碱、盐的水溶液，碳素类材料等，都是电的优良导体。

绝缘体是指那些不容易让电流通过的物质。

大多数非金属物质、有机材料、纯水以及空气等，都是电的绝缘体。

应该指出，绝缘体并不是绝对不导电的，当绝缘体受到强大的电场作用，或在过高的温度下，都可能发生击穿，使绝缘体丧失绝缘性能而变成导体。

半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一类物质，半导体有许多奇妙的性质，使它们成为现代电子技术领域中的主角。

5、电阻和电阻率

在一般情况下，任何物质在电流通过的时候，对电流都具有阻碍作用。

这种阻碍电流通过的性质叫作电阻，用R表示，在国际单位制中，电阻的单位是欧姆，简称为欧，符号为Q。

通常用电阻率表示材料电阻大小的性质。

用一种材料做成长1m、截面积为1mm2的导体的电阻值，称为这种材料的电阻率，用字母p表示，其单位是Q·mm2／m。

金属导体的电阻率很小，如铜的电阻率0.0175Q·mm2／m；而绝缘体的电阻率相当大。

根据电阻率的概念可以知道，长度为￡、横截面积为s的某种材料的电阻为：

R=pL／s

对于不同的材料来说，其电阻率也各不相同。

6、直流电

直流电（directcurrent）是大小和方向都不随时间变化的电流。

又称恒定电流。

所通过的电路称直流电路，是由直流电源和电阻构成的闭合导电回路。

在该电路中，形成恒定的电场，在电源外，正电荷经电阻从高电势处流向低电势处，在电源内，靠电源的非静电力的作用，克服静电力，再从低电势处到达高电势处，如此循环，构成闭合的电流线。

所以，在直流电路中，电源的作用是提供不随时间变化的恒定电动势，为在电阻上消耗的焦耳热补充能量。

在比较简单的直流电路中，电源电动势、电阻、电流以及任意两点电压之间的关系可根据欧姆定律及电动势的定义得出。

复杂的直流网络可根据G.R.基尔霍夫方程组求解。

它包括节点电流方程和回路电压方程两部分，前者指出，对于任一节点（3个或3个以上支路的交点），流入和流出节点的各电流的代数和为零，这是恒定条件的要求，后者指出，对于任一闭合回路（网格），各部分电压降的代数和为零，这是静电场环路定理的结果，两者构成了完备的方程组。

测量直流电路中电流、电压、电阻、电源电动势等物理量的仪表称为直流仪表。

常用的有电流计，安培计，伏特计，电桥，电势差计等。

直流电源有化学电池，燃料电池，温差电池，太阳能电池，直流发电机等。

直流电主要应用于各种电子仪器，电解，电镀，直流电力拖动等方面。

在电力传输上，19世纪80年代以后，由于不便于将直流电低电压升至高电压进行远距离传输，直流输电曾让位于交流输电。

20世纪60年代以来，由于采用高电压、大功率变流器将直流电变为交流电，直流输电系统又重新受到重视并获得新的发展。

7、交流电

有了电的发现与了解，十八世纪研究电的科学家们又发现不同的金属释放电子的能力不同，将能力高（如锌）与能力低（如铜）的两种金属，用适当的溶液及导线相连，则会产生持续性的电流，这种电流便是“直流电流”，而类似的装置即为今日常用电池的基本构造。

直流电的发明为当时的生活带来许多便利，但以今日的科技水准观之，却有不易大量生产以及持续性不够久的缺点。

幸而在十九世纪中科学家发现了磁场，同时也发现导线在磁埸中移动会产生电流，更因此而发明了便宜又好用的交流电，丰富了人类的生活。

所谓交流电即是随时间而改变方向的电流，因导线在磁场中无法永远在同一方向移动，而必须做周期性的

往返运动，因此其产生的电流也会定期改变方向，就像我们的呼吸一样，吸饱气时必须呼气才能吸一下口气，而我们肺部也就跟着做氧气与二氧化碳的周期性交换动作。

上图是一个简单的交流发电机原理示意图，图中环状导线借着连接其上的转轴不断旋转，并与南北两磁极连成的磁力线相交而产生交流电，转轴前端的电刷则将导线所产生的电流引出送到输配电系统，再送到工厂或家中使用。

简而言之，我们只要想办法让一组环状导电线圈在磁场中持续转动，原则上就可以得到电力。

8、电流

电流是指电荷的定向移动。

电流的大小称为电流强度（简称电流，符号为I），是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量，每秒通过一库仑的电量称为一“安培”（A）。

安培是国际单位制中

所有电性的基本单位。

除了安培（A），常用的单位有毫安（mA）及微安（μA）。

它们之间的换算关系是：

1A=1000mA

1mA=1000μA

电流的微观表达式为I=nesv。

式中的n表示单位体积内的自由电荷数，e是电子的电量，s为导体横截面积，v为自由电子定向移动的速率。

1）、电流的基本计算式

I=C/T（电量/时间）=U/R（电压/电阻）

2）、电流的方向

物理上规定电流的方向是正电子的流动方向或者负电子的流动的反方向。

一般情况下，电子指的是负电子，除非特别说明是正电子。

3）、电流形成的原因

电压是使电路中电荷定向移动形成电流的原因。

4）、电流产生的条件

（1）必须具有能够自由移动的电荷。

（2）导体两端存在电压（要使闭合回路中得到持续电流，必须要有电源）。

5）、电流的单位——安培

电流单位安培，简称安，符号是：

A。

它的定义是：

安培是一恒定电流，若保持在处于真空中相距1米的两条无限长而圆截面可忽略的平行直导线内，则两条导线之间产生的力在每米长度上等于2×10-7牛顿。

该定义在1948年第九届国际计量大会上得到批准，1960年第十一届国际计量大会上，安培被正式采用为国际单位制的基本单位之一。

6）、电流的测量－电流表

电流表的符号：

-A-

电流表的使用方法：

（1）电流表要串联在电路中。

（2）正负接线柱的接法要正确：

电流从正接线柱流入，从负接线柱流出。

（3）被测电流不要超过电流表的量程。

（4）绝对不允许不经过用电器而把电流表直接连到电源的两极上

（5）确认目前使用的电流表的量程

（6）确认每个大格和每个小格所代表的电流值。

先试触，出现问题时先解决：

①指针不偏转；②指针偏转过激，电流表会爆掉；③指针偏转很小；④指针反向偏转。

7）、电流的三大效应

（1）热效应。

（2）磁效应

（3）化学效应

8）、额定电流

额定电流是指电气设备等在额定输出时的电流。

电气设备标出的电流值称为额定电流。

设计时已考虑到其电流线圈允许长期通过的最大电流为额定电流的2倍（近几年生产的电度表电流线圈允许长期通过的最大电流为额定电流的4倍）

如熔断器的熔体都有两个参数：

额定电流与熔断电流。

所谓额定电流是指长时间通过熔体而不熔断的电流。

熔断电流一般是额定电流的两倍。

9、电压

大家都知道，水在管中所以能流动，是因为有着高水位和低水位之间的差别而产生的一种压力，水才能从高处流向低处。

城市中使用的自来水，所以能够一打开水龙头就能从管中流出来，也是因为自来水的贮水塔比地面高，或者是由于用水泵推动水产生压力差的缘故。

电也是如此，电流所以能够在导线中流动，也是因为在电流中有着高电位和低电位之间的差别。

这种差别叫电位差，也叫电压。

换句话说，在电路中，任意两点之间的电位差称为这两点的电压。

电源是提供电压的装置。

电压用符号“U”表示。

电压的高低，一般是用单位“伏特”表示，简称伏，用符号“V”表示。

高电压可以用千伏（kV）表示，低电压可以用毫伏（mV）表示。

它们之间的换算关系是：

1千伏（kV）=1000伏（V）

1伏（V）=1000毫伏（mV）

1）、电压的基本计算式

U=I×R（电流×电阻）=I×I×R×T（电流平方×电阻×通电时间）

2）、电压表的使用

电压的大小用电压表测量。

（1）使用前，先校零。

（2）电压表必须并联在被测电路中。

（3）使电流从电压表的“＋”接线柱流入，“－”接线柱流出。

（4）所测电压不允许超过它的量程。

（5）在不知电压大小的情况下，可用快速试触最大量程的方法。

（6）电压表可以直接接在电源的两端。

10、电阻

导体对电流的阻碍作用就叫该导体的电阻。

电阻器简称电阻（Resistor，通常用“R”表示）是所有电子电路中使用最多的元件。

电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可以说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。

电阻在电路中通常起分压分流的作用，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。

电阻都有一定的阻值，它代表这个电阻对电流流动阻挡力的大小。

电阻的单位是欧姆，用符号“Ω”表示。

欧姆是这样定义的：

当在一个电阻器的两端加上1伏特的电压时，如果在这个电阻器中有1安培的电流通过，则这个电阻器的阻值为1欧姆。

在国际单位制中，电阻的单位是Ω（欧姆），此外还有KΩ（千欧），MΩ（兆欧）。

它们之间的换算关系是：

1MΩ=1000KΩ

1KΩ=1000Ω

电阻的阻值标法通常有色环法，数字法。

色环法在一般的的电阻上比较常见。

由于手机电路中的电阻一般比较小，很少被标上阻值，即使有，一般也采用数字法，即：

101—表示10Ω的电阻；102—表示100Ω的电阻；103—表示1KΩ的电阻；104—表示10KΩ的电阻；106—表示1MΩ的电阻；107—表示10MΩ的电阻。

如果一个电阻上标为22×103，则这个电阻为22KΩ。

11、欧姆定律

在同一电路中，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比,这就是欧姆定律。

电压=电阻×电流（U=R·I）

电流=电压÷电阻（I=U/R）

电阻=电压÷电流（R=U/I）

注意，在这个公式里常犯的错误就是这个说法“电阻跟导体两段电压成正比，跟电流成反比”，这个说法是错的，电阻是导体本身的固有特性，只和导体的长度、横截面积、材料和温度有关，和电压、电流无关。

12、电路

电路是电流所流经的路径。

电路或称电子回路，是由电气设备和元器件，按一定方式联接起来，为电荷流通提供了路径的总体，也叫电子线路或称电气回路，简称网络或回路。

如电阻、电容、电感、二极管、三极管和开关等，构成的网络。

电路的大小，可以相差很大，小到硅片上的集成电路，大到高低压输电网。

1）、串联电路

电流依次通过每一个组成元件的电路叫串联电路。

串联电路的基本特征是只有一条支路，由此出发可以推出串联电路有如下五个特点：

（1）流过每个电阻的电流相等。

因为直流电路中同一支路的各个截面有相同的电流强度。

（2）总电压（串联电路两端的电压）等于分电压（每个电阻两端的电压）之和（U=U1+U2+······＋Un）。

这可由电压的定义直接得出。

（3）总电阻等于分电阻之和。

把欧姆定律分别用于每个电阻可得

U1=I·R1，U2=I·R2，······，Un=I·Rn

代入下式

U=U1+U2+······+Un

因每个电阻上的电流相等，得

U=I（R1+R2+······+Rn）

此式说明，若用一个阻值为R=R1+R2+······+Rn的电阻元件代替原来n个电阻的串联电路，这个元件的电流将与原串联电路的电流相同。

因此电阻R叫原串联电阻的等效电阻（或总电阻）。

故总电阻等于分电阻之和。

（4）各电阻分得的电压与其阻值成正比，因为Ui=I·Ri。

（5）各电阻分得的功率与其阻值成正比，因Pi=I2·Ri。

串联的优点：

所以在电路中，若想控制所有电路，即可使用串联的电路。

串联的缺点：

若电路中有一个用电器坏了，整个电路意味着都断了。

2）、并联电路

并联电路是指在电路中，所有电阻（或其他电子元件）的输入端和输出端分别被连接在一起。

在并联电路中，每一元件两端的电压V都是相同的，流过每一元件的电流Ix不会受其他元件影响，它会根据元件的电阻Rx而有所不同，Ix=V/Rx。

并联电路有如下五个特点：

（1）干路电流等于各支路电流之和（I=I1＋I2+······＋In）。

（2）干路电压等于各支路电压（U=U1=U2=······=Un）。

（3）总电阻的倒数等于各电阻的倒数之和（1/R=1/R1＋1/R2＋······＋1/Rn）。

（4）分流作用。

并联电路中通过各导体的电流强度跟它的电阻成反比（I1·R1=U；I2·R2=U；

=

）。

可见在并联电路中，电阻越小通过电流强度越大。

（5）并联电路功率分配：

并联电路中各电阻消耗电功率跟它阻值成反

比（P1=U2/R1；P2=U2/R2；

=

）。

可见在并联电路中，电阻越小消耗电功率越大。

一般家庭用的电灯，电视机，空调机以及其它家用电器均是以并联方式连接的。

3）、简单电路与复杂电路

简单电路就是各部分是以串、并联形式联接的电路，复杂电路就是至少有一部分电路既不是串联也不是并联的电路。

简单电路一般采用串、并联公式进行分析与计算，而复杂电路要应用基尔霍夫定律去分析。

因此，要解决电路问题，首先要分清电路的类型。

实际电路的形状既不规范又很复杂，如何迅速区分电路类型是化简、分析、计算电路的前提。

13、电感

电感是衡量线圈产生自感磁通本领大小的物理量，用字母L表示，单位是亨利，用字母H表示。

其中，1H=103mH=106μH

电感分为互感和自感两种。

（1）互感:

两个线圈之间的电磁感应叫做互感。

如电流互感器等。

（2）自感：

由于通过线圈本身的电流变化而引起的电磁感应叫自感。

14、电功率

电功率是衡量用电器消耗电能快慢的物理量，也就是电流在单位时间内所做的功，用P表示，它的单位是W（瓦特，简称瓦），此外还有KW（千瓦）。

它们之间的关系是：

1KW＝1000W

作为表示消耗能量快慢的物理量，一个用电器功率的大小等于它在1秒（1S）或1小时（1h）内所消耗的电能。

如果在“t”这么长的时间内消耗的电能“W”，那么这个用电器的电功率“P”就是：

P＝W/t

电功率可以由电压与电流的乘积求得：

P＝UI

每个用电器都有一个正常工作的电压值叫额定电压。

用电器在额定电压下的功率叫做额定功率。