電工基礎(chǔ)知識入門電工入門基礎(chǔ)知識.pdf

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1、目 錄 第一章 直流電路 .................................................................................................................................. 5 1 1 電學(xué)的基本物理量 ................................................................................................................. 5 一、電量 ...................

2、........................................................................................................................ 5 二、電流 ........................................................................................................................................... 5 三、電壓 .........................

3、.................................................................................................................. 6 四、電動勢、電源 ........................................................................................................................... 7 五、電阻 ...........................................

4、................................................................................................ 7 六、電功、電功率 ........................................................................................................................... 8 七、電流的熱效應(yīng) .........................................................

5、................................................................ 10 1 2 電 路 .................................................................................................................................... 11 一、電路的組成和作用 ............................................................................

6、..................................... 11 二、電路圖 ..................................................................................................................................... 11 三、電路的三種狀態(tài) ..........................................................................................................

7、........... 12 1 3 歐姆定律 ............................................................................................................................... 12 一、一段電阻電路的歐姆定律 ..................................................................................................... 12 二、全電路歐姆定律 ...............

8、...................................................................................................... 13 1 4 電阻的串聯(lián)、并聯(lián)電路 ....................................................................................................... 15 一、電阻的串聯(lián)電路 .............................................................

9、........................................................ 15 二、電阻的并聯(lián)電路 ..................................................................................................................... 16 1 5 電工測量基本知識 ...............................................................................................

10、................ 17 一、萬用表的外形及基本組成 ..................................................................................................... 18 二、萬用表的使用步驟 ................................................................................................................. 20 三、萬用表的使用注意事項 ....................

11、..................................................................................... 20 習(xí) 題 ............................................................................................................................................. 21 第二章 電磁的基本知識 ..................................................

12、.................................................................. 22 2 1 磁的基本知識 ....................................................................................................................... 22 一、磁現(xiàn)象 .........................................................................................

13、............................................ 22 二、磁場、磁感應(yīng)線 ..................................................................................................................... 22 三、磁通、磁感應(yīng)強(qiáng)度 ..............................................................................................................

14、... 23 四、磁導(dǎo)率 ..................................................................................................................................... 24 2 2 電流的磁場 ........................................................................................................................... 25 一、通電直導(dǎo)線的磁場 .

15、................................................................................................................ 25 二、通電螺線管的磁場 ................................................................................................................. 26 三、磁場對載流直導(dǎo)線的作用 ..........................................

16、........................................................... 26 四、磁場對通電線圈的作用 ......................................................................................................... 27 2 3 電磁感應(yīng) .........................................................................................................

17、...................... 28 一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象 ......................................................................................................................... 28 二、法拉第定律 ............................................................................................................................. 29 三、楞

18、次定律 ................................................................................................................................. 30 四、電磁感應(yīng)定律 ......................................................................................................................... 31 2 4 自感、互感 ..................

19、......................................................................................................... 31 一、自感 ......................................................................................................................................... 31 二、互感 ........................................

20、................................................................................................. 32 習(xí) 題 ......................................................................................................................................... 33 第三章 正弦交流電路 ...........................................

21、............................................................................. 35 3 1 正弦交流電的產(chǎn)生 ............................................................................................................... 35 一、正弦交流電的特點(diǎn)種 ..............................................................................

22、............................... 35 二、正弦交流電的產(chǎn)生 ................................................................................................................. 36 3 2 正弦交流電的三要素 ........................................................................................................... 37 一、周期、頻率、角頻率

23、 ............................................................................................................. 37 二、瞬時值、最大值、有效值 ..................................................................................................... 38 三、相位、初相和相位差 .......................................................

24、...................................................... 39 3 3 正弦交流電的表示法 ........................................................................................................... 41 一、三角函數(shù)式法 ...........................................................................................................

25、.............. 41 一、純電阻電路 ............................................................................................................................. 42 二、純電感電路 ............................................................................................................................. 43 三、純電容電路

26、............................................................................................................................. 44 3 5 三相交流電路 ....................................................................................................................... 46 一、三相電動勢的產(chǎn)生 .........................

27、........................................................................................ 47 二、三相電源繞組的聯(lián)結(jié) ............................................................................................................. 48 三、三相交流電路負(fù)載的聯(lián)結(jié) .....................................................................

28、................................ 48 3 6 常用電氣照明電路 ............................................................................................................... 50 一、白熾燈照明電路 ..................................................................................................................... 50 二、節(jié)能

29、燈照明電路 ..................................................................................................................... 51 三、日光燈照明電路 ..................................................................................................................... 52 習(xí) 題 ......................................

30、................................................................................................. 53 第四章 變壓器與三相異步電動機(jī) ................................................................................................ 55 4 1 變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 ................................................................

31、............................ 55 一、變壓器的基本結(jié)構(gòu) ................................................................................................................. 56 二、變壓器的工作原理 ................................................................................................................. 57 三、幾種常見變壓器 ..

32、................................................................................................................... 59 四、變壓器的主要技術(shù)數(shù)據(jù) ......................................................................................................... 60 五、變壓器的使用要點(diǎn) ................................................

33、................................................................. 62 4 2 三相異步電動機(jī)的用途和結(jié)構(gòu) ............................................................................................ 62 一、電動機(jī)概述 ............................................................................................................

34、................. 62 二、三相籠式異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu) ......................................................................................... 62 4 3 三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理 ................................................................................................ 63 一、演示實(shí)驗 ............................................

35、..................................................................................... 63 二、定子旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 ............................................................................................................. 64 三、旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子的作用 .........................................................................

36、................................ 66 4 3 三相異步電動機(jī)的使用 ....................................................................................................... 67 一、啟動 ........................................................................................................................................

37、. 67 二、反轉(zhuǎn) ......................................................................................................................................... 68 三、制動 ......................................................................................................................................... 68 四、三

38、相籠式異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù) ......................................................................................... 69 五、三相異步電動機(jī)使用要點(diǎn) ..................................................................................................... 70 4 5 單相異步電動機(jī) .............................................................

39、......................................................... 70 第五章 簡單機(jī)床電路 ........................................................................................................................ 73 5 1 常用低壓電器 ............................................................................................

40、........................... 73 一、開關(guān) ......................................................................................................................................... 73 二、接觸器 .....................................................................................................................

41、................ 76 三、熱繼電器 ................................................................................................................................. 78 四、熔斷器 .....................................................................................................................................

42、79 5 2 機(jī)床的幾種控制線路 ........................................................................................................... 80 一、點(diǎn)動控制線路 ......................................................................................................................... 80 二、看懂機(jī)床控制線路的基本要領(lǐng) .....................

43、........................................................................ 81 三、接觸器自鎖控制線路 ............................................................................................................. 82 四、接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制線路 ...................................................................................

44、.......... 83 五、 C620 1 型車床控制線路 ...................................................................................................... 85 習(xí) 題 ......................................................................................................................................... 86 第六章 安全用電 .......

45、......................................................................................................................... 87 6 1 觸 電 .................................................................................................................................... 88 一、觸電事故 .......................

46、.......................................................................................................... 88 二、觸電原因及方式 ..................................................................................................................... 88 6 2 安全用電措施 ...............................................

47、........................................................................ 90 一、常用安全用電措施 ................................................................................................................. 90 二、電氣設(shè)備的保護(hù)接地和保護(hù)接零 ...............................................................................

48、.......... 91 三、安全用電十不準(zhǔn) ..................................................................................................................... 92 6 3 電氣事故及緊急處理 ........................................................................................................... 92 一、觸電急救 ......................

49、........................................................................................................... 92 二、對電氣設(shè)備做好監(jiān)護(hù) ............................................................................................................. 94 三、電火警的緊急處理 .....................................................

50、............................................................ 94 四、防雷擊的安全措施 ................................................................................................................. 94 習(xí) 題 ........................................................................................................

51、................................. 95 第一章 直流電路 本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)： 1熟悉電流、電壓、電阻、電功率、電功等常用的物理量； 2了解常用電氣元件的電路符號，能夠看懂電路圖的連接關(guān)系； 3熟練掌握歐姆定律的兩種形式，明確 U， J， R， E， r 之間的關(guān)系； 4準(zhǔn)確辨識簡單電路電阻的串、并聯(lián)關(guān)系，掌握兩種連接形式中每 個元件上電壓、電流與總電壓、總電流的關(guān)系。 現(xiàn)實(shí)生活中， 我們經(jīng)常聽到或說起很多有關(guān)電方面的名詞、 術(shù)語， 也經(jīng)常有很多用電方 面的困惑。 這些名詞、 術(shù)語究竟是怎樣定義的 ?它們之間有什么關(guān)系 ?是什么因素導(dǎo)致電壓的 高低、 電流的大小 ?

52、為什么會發(fā)生由用電引發(fā)的火災(zāi) ?為什么家里幾個月沒人住， 還會產(chǎn)生電 費(fèi) ?很多經(jīng)常聽到的， 看似簡單， 又不容易說清的問題， 通過本章的學(xué)習(xí)都會有明確的答案。 1 1 電學(xué)的基本物理量 一、電量 自然界中的一切物質(zhì)都是由分子組成的， 分子又是由原子組成的， 而原子是由帶正電荷 的原子核和一定數(shù)量帶負(fù)電荷的電子組成的。 在通常情況下， 原子核所帶的正電荷數(shù)等于核 外電子所帶的負(fù)電荷數(shù)， 原子對外不顯電性。 但是，用一些辦法， 可使某種物體上的電子轉(zhuǎn) 移到另外一種物體上。 失去電子的物體帶正電荷， 得到電子的物體帶負(fù)電荷。 物體失去或得 到的電子數(shù)量越多，則物體所帶的正、負(fù)電荷的數(shù)量也越多。

53、物體所帶電荷數(shù)量的多少用電量來表示。 電量是一個物理量， 它的單位是庫侖， 用字母 C 表示。 1C 的電量相當(dāng)于物體失去或得到 6.25 1018 個電子所帶的電量。 二、電流 電荷的定向移動形成電流。電流有大小，有方向。 1電流的方向 1、人們規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方 向。金屬導(dǎo)體中，電流是電子在導(dǎo)體內(nèi)電場的作用下 定向移動的結(jié)果， 電子流的方向是負(fù)電荷的移動方向， 與正電荷的移動方向相反，所以金屬導(dǎo)體中電流的方 向與電子流的方向相反，如圖 1 1 所示。 2電流的大小 電學(xué)中用電流強(qiáng)度來衡量電流的大小。電流強(qiáng)度就是 l 秒鐘通過導(dǎo)體截面的電量。 電流 強(qiáng)度用字母 I 表示，計算

54、公式如下： QI t 式中 I 電流強(qiáng)度，單位安培 (A) ； Q 在 t 秒時間內(nèi)，通過導(dǎo)體截面的電量數(shù)，單位庫侖 (C)； t 時間，單位秒 (s)。 實(shí)際使用時，人們把電流強(qiáng)度簡稱為電流。電流的單位是安培，簡稱安，用字母 A 表 示。 如果 1 秒內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電量為 1 庫侖， 則該電流的電流強(qiáng)度為 1 安培， 習(xí)慣簡稱電 流為 1 安。實(shí)際應(yīng)用中，除單位安培外，還有千安 ( kA )、毫安 ( mA )和微安 ( A )。它們之 間的關(guān)系為： 31kA=10 A 31A=10 mA 31mA=10 A 三、電壓 為了弄清楚電荷在導(dǎo)體中定向移動而形成電流的原因， 我們對照圖 1 2a

55、 水流的形成來 理解這個問題。 從圖 1 2a可以看到外水由一 A槽經(jīng) C管向 8槽流去。水之所以能在 C管中進(jìn)行定向移動， 是由于 A槽水位高， B槽水位低所致： A， B兩槽之間的水位差即水壓，是實(shí)現(xiàn)水形成水流的 原因。與此相似，當(dāng)圖 1 2b中的開關(guān) S閉合后，電路里就有電流。這是因為電源的正極電 位高，負(fù)極電位低。兩個極間電位差 (電壓 )使正電荷從正極出發(fā)，經(jīng)過負(fù)載 R移向負(fù)極形成 電流。 所以， 電壓是自由電荷發(fā)生定向移動形成電流的原因。 在電路中電場力把單位正電荷 由高電位 a點(diǎn)移向低電位 b點(diǎn)所做的功稱為兩點(diǎn)間的電壓，用 abU 表示。所以電壓是 a與 b兩點(diǎn) 間的電位差，它是

56、衡量電場力做功本領(lǐng)大小的物理量。 電壓用字母 U 表示，單位為伏特，電場力將 1 庫侖電荷從 a 點(diǎn)移到 b 點(diǎn)所做的功為 1 焦耳， 則 ab間的電壓值就是 1 伏特， 簡稱伏， 用字母 V 表示。 常用的電壓單位還有千伏 (kV) ， 毫伏 (mV) 等。它們之間的關(guān)系為： 1 kV= 310 V l V= 310 mV 電壓與電流相似，不但有大小，而且有方向。對于負(fù)載來說，電流流人端為正端，電流 流出端為負(fù)端。 電壓的方向是由正端指向負(fù)端， 也就是說負(fù)載中電壓實(shí)際方向與電流方向一 致。在電路圖中，用帶箭頭的細(xì)實(shí)線表示電壓的方向。 四、電動勢、電源 在圖 1 2a 中，為使水在 C 管中持

57、續(xù)不斷地流動，必須用水泵把 B 槽中的水不斷地泵 入 A 槽，以維持兩槽間的固定水位差，也就是要保證 C 管兩端有一定的水壓。在圖 1 2b 中，電源與水泵的作用相似，它把正電荷由電源的負(fù)極移到正極， 以維持正、負(fù)極間的電位 差，即電路中有一定的電壓使正電荷在電路中持續(xù)不斷地流動。 電源是利用非電力把正電荷由負(fù)極移到正極的，它在電路中將其他形式能轉(zhuǎn)換成電能。 電動勢就是衡量電源能量轉(zhuǎn)換本領(lǐng)的物理量，用字母 E 表示，它的單位也是伏特，簡稱伏， 用字母 V 表示。 電源的電動勢只存在于電源內(nèi)部。人們規(guī)定電動勢的方向在電源內(nèi)部由負(fù)極指向正極。 在電路中也用帶箭頭的細(xì)實(shí)線表示電動勢的方向， 如圖 1

58、 2b 所示。 當(dāng)電源兩端不接負(fù)載時， 電源的開路電壓等于電源的電動勢，但二者方向相反。 生活中用測量電源端電壓的辦法， 來判斷電源的狀態(tài)。 比如測得工作電路中兩節(jié) 5 號電 池的端電壓為 2.8 V ，則說明電池電量比較充足。 五、電阻 一般來說，導(dǎo)體對電流的阻礙作用稱為電阻，用字母 R 表示。電阻的單位為歐姆，簡 稱歐，用字母 表示。 如果導(dǎo)體兩端的電壓為 1 伏，通過的電流為 1 安，則該導(dǎo)體的電阻就是 1 歐。 常用的電阻單位還有千歐 (k )、兆歐 (M )。它們之間的關(guān)系為： 1 k = 310 1 M = 310 k 應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出： 電阻是導(dǎo)體中客觀存在的， 它與導(dǎo)體兩端電壓變化

59、情況無關(guān)， 即使沒有 電壓， 導(dǎo)體中仍然有電阻存在。 實(shí)驗證明，當(dāng)溫度一定時，導(dǎo)體電阻只與材料及導(dǎo)體的幾何 尺寸有關(guān)。對于二根材質(zhì)均勻、長度為 L、截面積為 S 的導(dǎo)體而言，其電阻大小可用下式表 示： LR S 式中 R 導(dǎo)體電阻，單位為歐 ( )； L 導(dǎo)體長度，單位為米 (m) ； S 導(dǎo)體截面積，單位為平方毫米 ( 2mm )； 電阻率，單位為歐米 ( m)。 式中電阻率是與材料性質(zhì)有關(guān)的物理量。 電阻率的大小等于長度為 1m， 截面積為 1 2mm 的導(dǎo)體在一定溫度下的電阻值， 其單位為歐米 ( ： m)。 例如， 銅的電阻率為 1.7 810 m， 就是指長為 1m， 截面積為

60、1mmz 的銅線的電阻是 1.7 810 。 幾種常用材料在 20 C 時的 電阻率見表 1 1。 從表中可知，銅和鋁的電阻率較小， 是應(yīng)用極為廣泛的導(dǎo)電材料。 以前，由于我國鋁的 礦藏量豐富，價格低廉，常用鋁線作輸電線。由于銅線有更好的電氣特性，如強(qiáng)度高、電阻 率小，現(xiàn)在銅制線材被更廣泛應(yīng)用。電動機(jī)、變壓器的繞組一般都用銅材。 表 1 1 幾種常用材料在 20時的電阻率 材料名稱 電阻率 ( m) 銀 1.6 810 銅 1.7 810 鋁 2.9 810 鎢 5.3 810 鐵 1.0 710 康銅 5.0 710 錳銅 4.4 710 鋁鉻鐵電阻絲 1.2 610 六、電功、電功率 電

61、流通過用電器時，用電器就將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能，如熱能、光能和機(jī)械能等。 我們把電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能叫做電流做功，簡稱電功，用字母 W 表示。電流通過用電 器所做的功與用電器的端電壓、流過的電流、所用的時間和電阻有以下的關(guān)系： 2 2 W UIt W I Rt UW t R 如果公式 (1 3)中，電壓單位為伏，電流單位為安，電阻單位為歐，時間單位為秒，則 電功單位就是焦耳，簡稱焦，用字母 J 表示。 電流在單位時間內(nèi)通過用電器所做的功稱為電功率，用字母 P 表示。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： WP t 將公式 (1 3)代入公式 1 4 后得到： 2 2 UP R P UI P I R 若在公式 (

62、1 4)中，電功單位為焦耳，時間單位為秒，則電功率的單位就是焦耳 /秒。焦 耳 /秒又叫瓦特， 簡稱瓦， 用字母 W 表示。 在實(shí)際工作中， 常用的電功率單位還有千瓦 (kW) 、 毫瓦 (mW) 等。它們之間的關(guān)系為： 1kW= 310 W 1W= 310 mW 從公式 1 5中可以得出如下結(jié)論： 1當(dāng)用電器的電阻一定時，電功率與電流平方或電壓平方成正比。若通過用電器的電 流是原來電流的 2倍，則電功率就是原功率的 4倍；若加在用電器兩端電壓是原電壓的 2倍 , 則電功率就是原功率的 4倍。 2當(dāng)流過用電器的電流一定時，電功率與電阻值成正比。對于串聯(lián)電阻電路，流經(jīng)各 個電阻的電流是相同的，則

63、串聯(lián)電阻的總功率與各個電阻的電阻值的和成正比。 3當(dāng)加在用電器兩端的電壓一定時，電功率與電阻值成反比。對于并聯(lián)電阻電路，各 個電阻兩端電壓相等，則各個電阻的電功率與各電阻的阻值成反比。 在實(shí)際工作中，電功的單位常用千瓦小時 (kW h) ，也叫“度”。 1千瓦小時是 1度，它 表示功率為 1千瓦的用電器 1小時所消耗的電能，即： 1kW h=1kW 1h=3.6 610 J 例題 1 一臺 42 英寸 (1 英寸 =2.54 厘米 )等離子電視機(jī)的功率約為 300W ， 平均每天開機(jī) 3 小時，若每度電費(fèi)為人民幣 0.48 元，問一年 (以 365 天計算 )要交納多少電費(fèi) ? 解： 電視機(jī)

64、的功率 P=300 W=0.3 kW 電視機(jī)一年開機(jī)的時間 t=3 365=1 095 h 電視機(jī)一年消耗的電能 W=Pt=0.3 1 095=328.5 kW h 一年的電費(fèi)為 328.5 0.48=157.68 元 想一想：現(xiàn)在的電氣在不工作時經(jīng)常是通電的， (待機(jī)狀態(tài) )， 此時的功耗很低，一般不超過 10 W( 計算時可以估算為 5 W) ，假定 家中有空調(diào)、電視機(jī)、 DVD 播放器、家庭影院功放、計算機(jī)主機(jī)、 計算機(jī)顯示器， 如果這些電氣長期處在待機(jī)狀態(tài)， 它們一年要消耗 多少電費(fèi) ?有沒有其他問題 ? 七、電流的熱效應(yīng) 電流通過導(dǎo)體使導(dǎo)體發(fā)熱的現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。 電流的熱

65、效應(yīng)是電流通過導(dǎo)體時電 能轉(zhuǎn)換成熱能的效應(yīng)。 電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，用焦耳一楞次定律表示如下： 2Q I Rt 式中 Q 熱量，單位焦耳 (J)； I 通過導(dǎo)體的電流，單位安培 (A) ； R 導(dǎo)體電阻，一單位歐姆 ( )； t 導(dǎo)體通過電流的時間，單位秒 (S) 焦耳一楞次定律的物理意義是： 電流通過導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱量， 與電流強(qiáng)度的平方、 導(dǎo)體 的電阻及通電時間成正比。 在生產(chǎn)和生活中，應(yīng)用電流熱效應(yīng)制作各種電氣。如白熾燈、電烙鐵、電烤箱、熔斷器 等在工廠中最為常見； 電吹風(fēng)、 電褥子等常用于家庭中。 但是電流的熱效應(yīng)也有其不利的一 面，如電流的熱效應(yīng)能使電路中不需要發(fā)熱的地方 (如導(dǎo)線

66、)發(fā)熱，導(dǎo)致絕緣材料老化，甚至 燒毀設(shè)備，導(dǎo)致火災(zāi)，是一種不容忽視的潛在禍因。 例題 2 已知當(dāng)一臺電烤箱的電阻絲流過 5 A 電流時， 每分鐘可放出 1.2 610 J 的熱量， 求這臺電烤箱的電功率及電阻絲工作時的電阻值。 解： 根據(jù)公式 (1 4) ，電烤箱的電功率為： 61.2 10 20kW 60 W QP t t 電阻絲工作時電阻值為： 2 20000 800 25 PR I 1 2 電 路 一、電路的組成和作用 電流所流過的路徑稱為電路。 它是由電源、 負(fù)載、 開關(guān)和連接導(dǎo)線等 4 個基本部分組成 的，如圖 1 3 所示。電源是把非電能轉(zhuǎn)換成電能并向外提供電能的裝置。常見的電源有干 電池、 蓄電池和發(fā)電機(jī)等。負(fù)載是電路中用電器的總稱， 它將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能。如 電燈把電能轉(zhuǎn)換成光能； 電烙鐵把電能轉(zhuǎn)換成熱能； 電動機(jī)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。 開關(guān)屬于 控制電器， 用于控制電路的接通或斷開。 連接導(dǎo)線將電源和負(fù)載連接起來， 擔(dān)負(fù)著電能的傳 輸和分配的任務(wù)。 電路電流方向是由電源正極經(jīng)負(fù)載流到電源負(fù)極， 在電源內(nèi)部， 電流 由負(fù)極流向正極，形成一個閉合通路。 二、電路圖