维修电工技能大赛培训教案[1]

1、第一部分第一部分 电工基础知识电工基础知识 一、电路的概念电路是电流经过的路径，一个完整的电路一般由四部分组成。（1）、电源：是把其它能量转换成电能的设备，例如发电机（把机械能转变成电能）、蓄电池（把化学能转换成电能）等。（2）、负载：是一种把电能转变成其它能量的设备，例如电炉（把电能转换成热能）、电动机（把电能转换成机械能）等。 为了研究和绘制电路的方便，在电工技术中，国家统一规定了一些符号来代替实物。如图12是几种常见的电气设备的图形符号。用图形符号绘制的图称为电路图。图11就是利用电工符号绘成的电路图 虽说电路是电流通过的道路，但要使电路中通过持续电流，还需要有两个条件：一是电路形成闭合

2、回路；二是电源两端要有电压。如果图11中的开关不闭合，灯泡就会不亮，因为电路没有形成闭合回路，电路中无电流。若图11中的开关是闭合的，也就是具有了闭合回路，但电源两端如果没有电压（电位差），电路中也是不会有电流的，例如电池的电用完了就是这种情况。 人们发现，在带电体的周围存在着一种特殊形态的物质电场。电场的主要特征就是对置于电场内的电荷（很小的带电体），有电场力的作用。 通过实验可以看到，带电体形成的静电场，能使放入静电场中的电荷受到力的作用。如图13所示，把微小的正电荷q放入正电荷Q形成的电场中，根据同性相斥的原则，q要受道Q的排斥。 为了定量的表示电源力Fy搬运电荷做功的本领，引用电动势（

3、简称电势）这个物理量。如果电源力搬运电量Q，从电源负极到正极所作的功A与电量Q的比值叫电源的电动势，并用E表示，即：EA/Q （17） 电源电动势与端电压的关系：电源电动势是电源力推动单位电荷所作的功，而电压是电场力推动单位电荷所作的功。两者在数值上，当电源开路时相等。 电动势的单位也是伏（V），和电压的单位相同。在方向上，两者是相反的。电动势的方向规定为正电荷所受电源力的方向，也就是从电源的负极指向正极与电压的方向正好相反。w四、电阻与电导、电阻与温度的关系w1.电阻w任何导体对于电流都具有阻碍作用，因此都有电阻。所以当有电流通过时，都要产生电位降落，电场力都要做功，都要消耗一定的电量。w近

4、代物理学的观点，导体呈现电阻的原因是：由于自由电子在运动中要和做热运动的其它带电质点（电子、正飞负离子）发生碰撞，因而阻碍了自由电子的运动。w电子运动受到的阻力称为电阻，用R或r表示，单位用欧姆（），简称欧。v 当导体两端的电压1V、导体内通过的电流1A时，其电阻就是1。电阻很大时，用千欧（K）、兆欧（M）为单位。v1K103 1M106v 试验证明，金属导体的电阻不但与其几何尺寸有关，而且和导体的材料有关，可用下式表示：RL/S （18）v式中L导体长度 mv S导体截面 mm2v 电阻系数 mm2/mv 由式（18）可以看出，电阻系数是反映导体材料与电阻关系的一个物理量。通常是指20时长1

5、m而横截面是1mm2的导线的电阻数值。n3.电阻器n 电工技术中，常制造出专用电阻器，作为控制电流和调整电位之用。电机控制电路中，通过较大电流时，往往采用生铁制成的电阻器。当电流不大时，则用铜合金（康钢）制成电阻器。n 在试验室和测量电路中，精确度要求较高，常用康钢和银铜制成电阻器，使之不受温度变化的影响。例如标准电阻和电阻箱就是利用康钢和锰铜制成的。n 在电子电路中，除利用康钢导线制成绕线电阻外，在电阻值要求较大时（几十到几百万欧姆）电流往往很小，可以采用碳膜电阻（在瓷管上覆盖一层碳膜）或碳质电阻。n 常用的电阻器还分为固定电阻器和可变电阻器两种。可变电阻器处理固定的两端引线外和有滑动触点，

6、用以改变电阻值。v4.线性电阻与非线性电阻v 各种导体的电阻，根据它们的阻值与电压、电流有无关系，可分为两大类。一类是电阻数值与电压或电流的大小、方向等无关而保持恒定数值的，这类电阻叫做线性电阻。显然线性电阻中的电流与其两端电压成证比，因此它的伏特安培特性（简称伏安特性）是一条通过坐标原点的直线，如图19a所示。各种金属导体，尤其是合金导体的电阻，都可以看作是线性电阻。另一类是导体的电阻数值与电压或电流的大小、方向有关系，即电阻不是保持恒量的，叫做非线性电阻。非线性电阻的伏安特性不再是一条直线，而是一条曲线。属于非线性电阻的导体有电解液、游离的气体等；各种半导体器件如二极管、三极管等阻值也是非

7、线性的，如图19b所示是半导体二极管的伏安特性。v 线性电阻的阻值为一常数，故适用于欧姆定律，也就是在线性电阻两端电压与通过的电流成正比。v 一般金属材料的电阻温度系数近于0.0041/。因为这个数值很小，在温度变化不大，例如在0-100之间时，金属材料的电阻可以近似地认为不变。一般使用的电阻器电阻，在温度为0-100之间, 近似地认为不变。钨丝的电阻温度系数虽然也不大，但装在白炽灯中的钨丝，由于工作温度高达1800左右，它的电阻随温度升高而增加的现象却很显著。v 标准电阻、电阻箱、安培表的分流器以及电压表的附加电阻等，常选用电阻温度系数很小的合金材料，如康钢、锰铜等，受温度的影响很小。v 也

8、有一些导体，如炭、电解液及大多数半导体等，情况不一样，温度增加时，电阻反而减小，即温度系数为负值。这是由材料的内因决定的，因电解液温度升高，使其离子数增加了，导电性能变得更好了。第三节第三节 导体、绝缘体和半导体导体、绝缘体和半导体w在电工技术中，各种材料的导电性能是有很大差别的，按其导电能力，可分为导体、绝缘体和半导体三类。w一、导体w 导电能力强的材料称为导体。按照导体导电的物理过程又可分为两类：一类导体为金属，如常用的铜、铝、铁等。这类材料的特点是：它们含有大量的自由电子，在电场力的作用下，容易移动而形成电流；它们的电阻系数小，约为10-2*mm2/m。另一类导体指电解液，如酸、碱、盐的

9、溶液。它们含有大量的正负离子，在电场力的作用下，也能产生定向运动而形成电流，也有良好的导电性能。w 另外，当气体电离时也具有导电性能。v二、绝缘体 v 这类材料的导电性能很差，电阻系数很大，约为10-1210-24*mm2/m。因为它的原子核对其周围的电子束缚得很紧，自由电子很少。因此，这类材料称为绝缘体。它的电阻值通常在几兆欧甚至几百兆欧以上，称为绝缘电阻。v常用的绝缘材料有塑料、橡胶、云母、玻璃、陶瓷、树脂、绝缘漆、变压器油等。通常，空气中的自由电子和离子都很少，所以也绝缘的。v 下表7-3 为 绝缘材料按允许温度的分段级别 主要绝缘材料 允许工作温度(OC) Y级 棉花、天然丝、再生纤维

10、素、醋酸纤维素、和聚酰胺为基础的纺织品，纸、纸板、木质板、塑料等90A级 Y级材料(除塑料外)，用植物油改良的天然树脂漆、虫胶等作为浸渍漆或覆盖漆，如漆布、漆丝、漆包线的绝缘105E级 漆包线的绝缘（高强度聚酯薄膜），有机填料的塑料，以纤维素纸和布为基础的层状制品用坚固性树脂和胶类作为浸渍物和覆盖物120B级 聚酯薄膜、经合适树脂粘合或浸渍涂覆的云母、玻璃纤维、石棉等，聚酯漆、聚胶漆包线130F级 以有机纤维材料补强和不带补强的云母片制品，玻璃死和石棉 玻璃漆布（用耐温达155 OC的树脂和漆），以无机材料作补强和不带补强的云母片品。155H级 无补强或以无机材料为补强的云母制品（用耐温达18

11、0 OC的硅有机器），石棉材料等。 180C级 云母、玻璃和玻璃纤维材料，电瓷、石英、未浸渍的石棉水泥，电工用石板，无补强（或以玻璃纤维材料为补强）的云母制品。180以上表1-4 电介质的击穿电场强度注：此表适用于均匀电场。电 介 质 击穿电场 强 度 （KV/mm） 电 介 质 击穿电场强度（KV/mm） 腊 纸 10.0-25.0 瓷 6.0-15.0 空 气 3.0 大理石 3.0-4.0 矿物质 5.0-15.0 青 石 1.5-3.0 云 母 80.0-200.0 电板纸 9.0-14.0 玻 璃 10.0-40.0 人造云母 15.0-20.0 w w 绝缘体并不是绝对不导电，但导

12、电是有条件的。这个条件通常是指电场的强弱或电压的高低。当电压高到一定的数值，也就是电场力很大的情况下，超过它的原子核对外围电子的束缚力，本来不自由的电子变得自由了，绝缘梯就发生了质变，变成了导电体，这种情况称为绝缘击穿。绝缘体又称电介质，它不被击穿所能承受的最大电场强度称为这种电介质的击穿电解强度（若用电压表示，则称为击穿电压）。电介质在使用中能够允许的电场强度值称允许电场强度。它比击穿电场强度要小好几倍，两者的比值表示电介质强度的储备。击穿电压也称绝缘电压绝缘击穿往往造成设备损坏和人身触电事故。为了防止击穿，每台电气设备都根据允许电场强度规定了允许电压（或称额定电压）。因此根据不同的工作电压

13、应选用不同的绝缘材料。v 绝缘物的击穿分为两种情况：一种是击穿后绝缘性能不再恢复，如塑料、橡胶等固体绝缘材料，击穿后绝缘物被烧焦了，变成导体；另一种是绝缘击穿时，当击穿电压消失后，它的绝缘性能还可以恢复，如空气、绝缘油等。v 还应指出，绝缘物的绝缘性能除有它的内因决定外，还受外因的影响，例如，干燥的空气是绝缘的，潮湿的空气却可以导电，干燥的木材是绝缘的，而受潮后其绝缘性能就显著降低，因为水中含有可导电的杂质。v n 另外，使用绝缘材料时，还要注意环境温度的高低。温度过高会使绝缘物变质，影响绝缘物的寿命。所以对绝缘物都规定了一定的使用温度，并以使用温度（或允许温升）的数值来划分绝缘材料的等级。表

14、1-3为绝缘材料按允许工作温度的分级表。表1-4列出了几种常用电介质的击穿电场强度值。 三、导体n 导电能力介于导体与绝缘体之间的材料称为半导体。常见的半导体材料有硅砷等。它们的电阻系数约为10-1012*mm2/m。因为半导体材料具有一些特殊的性质，所以在近代电子技术中得到了极其广泛的应用。第四节 欧姆定律n n 通过第一、二节的讨论，我们知道要产生电流，首先，电源要有一定的端电压；其次还要有闭合回路。下面将讨论电路的分析计算，为此，必须进一步掌握电路的一些基本规律。直流电路中有三个基本物理量：电压、电流和电阻，三者之间具有密切的内在联系，并遵守一定的规律，这个基本规律称为欧姆定律。现分别叙

15、述如下:n一、一段电阻电路的欧姆定律n 我们通过实验可以知道：如果加在电阻R两端的电压U发生变化，电路中的电流I也随着变化，而且这种变化是成正比的，即电压和电流的比值是一个常数。这个比例常数就是电路的电阻，其表达式如下：U/I=R （1-12）n 这个关系式就是欧姆定律的一种形式。还可以将式（1-12）写成下面两种形式：UIR （1-13）或 IU/R （1-14） 在生产实践中经常应用欧姆定律，只要知道其中的两分量就可以求出第三个量。（1）已知电压和电阻求电流，则 I=U/R v（例1-3）井下电机车照明的电压是127V，可是架空线的电压是250V，所以有123V的电压被降落在与照明灯相串联

16、的降压电阻上了。若已知电阻为263，求通过降压电阻上的电流是多少？v解：I=U/R=123/263=0.47A v(2)已知电流和电阻求电压，则U=IR（例1-4）求煤矿井下芯线截面S25mm2,长为L=100m的铜芯橡套电缆的电阻R？当电缆中通过120A的电流时，每根芯线所造成的电压降是多少？v解：电阻RL/S 0.0175*100/250.07v 电压降（或电压损失）UIR120*0.078.4Vv煤矿安全规程规定：煤矿井下380V的供电系统中，电压损失最大不准超过39V。如果在实际运行中，发现电压损失超过允许数值时，可采取增大电缆截面的办法来解决。因截面增大以后，导线电阻减少，电压损失也

17、随之减少了。v（3）已知电压和电流求电阻，则R=U/Iv（例1-5）测量负载电阻的方法之一如图1-11所示，如果，电压表的读数为220V，电流表的读数为0.2A，求负载电阻。v 解：R=U/I=220/0.2=1100w二、全电路欧姆定律w 上面讲的是一段电阻负载上电流和电压的关系。下面讨论整个闭合电路中电流和电压的关系。图1-12所示电路中的虚线部分是这小全电路的一部分。对于这一部分（负载电阻）上的电流基础关系，我们已经知道，即IUab/R.实际上可以看作电阻R上所以有电流I流过，是因为这个电阻的两端加上了电压UAB。从图1-12可以看到，电压UAB是电源电动势E产生的。U与E之间的关系是：

18、当电源没有接通外电路时，电源的端电压在数值上等于电源的电动势（方向是相反的）。如图1-12所示,当开关K打开时，用电压表测得的电压UAB比开路时小。因为电源内部也有电阻，称为内电阻，用R0表示。为了看起来方便，通常在电路图上把R0单独画出。事实上，内电阻是在电源内部，与电势是分不开的，所以也可以不单独画出，而在电源符号的旁边注明内电阻的大小。v 当开关K闭合后，电路中就有电流通过，流经电源内部时，在电源的内电阻上便产生了内部压降，简称内压降，用U0表示。它的方向和电流的方向一致，可写成： U0IR0v 电源的内压降U0无法用电压表直接测量，而是用开路时端电压（就是电势）与闭合电路端电压之差求出

19、的，即在闭合电路中，电源的端电压等于电源的电动势减去内压降，其表达式v UABE-U0 (1-15)v将U0IR0和UAB=IR代入公式（1-15），经整理，可得v IE/（R0+R） （1-16）v 这就是说，在一个闭合电路中，电流与电源的电动势成正比，与电路中的内电阻和外电阻之和成反比，这个规律称为全电路欧姆定律。v 在整个闭合电路中，电流通过内电阻和外电阻都产生电位降。只有在电源内部，由于电动势的作用，使正电荷从低电位移向高电位，因此，我们把电势看作电位升。在一个闭合电路中，电位升和电位降是有一定关系的，从公式（1-15）可以看到：v EU0UAB 或 EIR0+IR （1-17）v 也

20、就是说，在一个闭合电路中，电位升的数值和电位降的数值是相等的。v三、电源的外特性v如图1-13所示： UE- IR0 (1-18)v 当电源电动势E不变时，负载电流I若增加将引起端电压U的变化。当负载电阻R变小时，利用全电路欧姆定律可知IE/（R0+R）电流I将增加，随着电流的增加UE- IR0,端电压U将减小，我们把这种端电压随负载电流变化的情况，绘成Uf(I)曲线如图1-14所示。v 由此可见，电源端电压是受内电阻影响的，在额定电流下，内电阻增加端电压则减小。应指出，所谓负载大小，是指通过负载电流的大小，而不是指负载电阻的大小。在电源电势一定的情况下，电阻越大，则电流越小，反之电阻越小，则

21、电流越大，即负载越大。n下面讨论两个极端情况：n1.电路断路（开路）n这种情况下，电路中没有电流通过，I=0从公式（1-18）可知U=E，如图1-15a所示。n2.电路短路n短路，就是负载或电源两端被电阻近于零的导体直接连接起来称为短路。在这种情况下，如图1-15b所示，通过电源的电流I=E/R0；电源的端电压n UE- IR0E- ER0/ R0=0.n 电源处于短路状态时，它的端电压U0。这是因为，短路时电流很大，使内压降和电源电势相等，或者说电源的电位升等于内电阻上的电位降，所以对外电路不显示电压的存在了，从外电路看，当短路时，可以认为负载电阻R=0，所以负载电阻上也没有电压降存在。n

22、应当指出，短路，在实际电路中，不仅指电源短路，还可以指电路中某一元件短路。也就是把一元件的两端用电阻极小的导线连接起来，这个元件被短路了，如图1-16所示。w 短路现象的发生，常伴随着电流急剧增加。特别是靠近电源的两端发生短路，电流将变得很大很大，这是很危险的，往往会造成电源或用电设备的损坏。为此，在工程上常安装有熔断器，防止因短路故障造成更大的危害。w（例1-6）如图1-17所示，已知负载电阻R=10，在电路开路情况下，测得A、B两端电压为UR132V，当电路接通时，测得电流I11A，问电源的内阻R0和通路情况下的电源端电压U各等于多少？w解：因为 UR132V 所以 E= UR132Vw又

23、因为 R=10 I11Aw所以 U=IR=11*10=110Vw由全电路欧姆定律可以求内电阻R0w因为 I=E/( R0+R)w所以 R0=(E-IR)/I=(132-110)/11=22w如果R被短路,则电流将增加到I=E/ R0=132/2=66A .第五节 电功、电功率及电器的额定值w 在生产实践中，除了用通过负载的电流表示负载的大小外，还常用到电功和电功率，发电厂和输电线路的主要任务在于发出和输送大量的电功率。一般电气设备如发电机、电动机、电灯泡都标有电功率数值。因此，电功和电功率是电路计算的一个重要问题。w 在一个闭合电路中，存在着能量的转换。前面讲过，电源把其他形式的能量转换成电能

24、，而负载则把电能转换成其它能量。电的应用主要靠电能和其它形式能量之间的相互转换来为人们服务的。功是对能量转换的一种量度，下面讨论电功和电功率的计算问题。v一、电功率v 如图1-18所示，电流的方向是正电荷移动的方向。正电荷在电场力的作用下，从高电位移向低电位，电场力对正电荷作功，这个功称为电功。现在把电场中的C、D两点改成电路中的两点，也是完全适合的。如有Q库仑的正电荷从电路的C点移到D点，电场力做的电功等于Q和两点间电压U的乘积。根据1-2中公式（1-5）可写成：UA/Q或 AUQ （1-19）v式中 A电功v U做功区间两点间的电压v Q电荷量v 我们把单位时间内所做的功，称为电功率，用P

25、表示，即:PA/tv代入公式（1-19）可得：vPA/t=UQ/tv因为 I=Q/t v所以 PUI (1-20)v即电功率等于电压和电流的乘积。v也可写成PI2R或P=U2/RU2G （1-21）n n 电功的单位和机械功的单位相同，是焦耳，用J表示。电功率的单位是焦耳/秒，又称瓦特，简称瓦，用W表示。把1S时间内做1J的功，叫做1W，或者说1V电压加在负载两端通过负载电流为1A，负载的电功率就是1W。n 较大的电功率用千瓦为单位，符号是KW。1KW103Wn 千瓦与马力的换算关系： 1HP0.736KWn（例1-7）今有一把在U=220V电压下使用的电烙铁，测量出它的电流I=0.364A，

26、问该电烙铁的瓦数是多少？n 解：PUI220*0.36480Wl二、电能l 功和能是同一事物的两种状态。电功是由消耗电能得到的。因而电能的消耗量就用电流所做的功来度量。电能用W表示。根据功率的定义。电能的计算是用电功率乘时间来进行的，即l W=P*t (1-22)l 电能与电功的单位相同用焦耳。但实用上嫌焦耳太小，而用度作为电能的单位，1度电等于1KW的负载通电1小时所消耗的电能，或称千瓦时。常用Kw.h表示。l （例1-8）某教室装有6盏40W的日光灯，平均每天用5h，问一个月（30天）用多少度电？l 解：由于镇流器要消耗一定的电能，所以一盏日光灯实际消耗功率应增加20。l W=P*t =4

27、0(1+0.2)*5*6*30=43.20KWhl 从电路的功率关系可以看出，负载需要多少功率，电源就供给多少。在电力系统中每个电源所供给的电能是有一定限度的，所以一处的负载功率增大了，就需要限制其它单位的用电，以免使电源过载二损坏。目前，由于工农业突飞猛进的发展，对电力的需要激增，所以要节约用电。v四、电流的热效应和电器的额定值v 电流通过金属导体时，由于金属内部自由电子的定向移动过程中，不断地与原子发生碰撞而发热，这种现象称为电流的热效应。下面讨论与电流热效应有关的问题。v1.焦耳-楞次定律v 试验证明，电流通过导体时，导体要产生热量。产生热量Q的大小与电流I的大小平方、导体的电阻R以及通

28、过电流的时间t成正比.即:Q=0.24I2R*4.1868 （1-24）v式中 Q导体通过电流时所产生的热量，Jv I通过导体的电流 Av R通过导体的电阻 v t通电时间 sv 0.24热功当量v 4.1868将卡换算成焦耳的系数v公式（1-24）为焦耳-楞次定律。根据欧姆定律I=U/R，该定律可以写成另一种形式：Q=0.24UIt4.1868v例（1-9）今有一电炉，使用电压为220V，通电电流为5A，使用2h，问它消耗了多少电能？产生了多少热量？v解：两小时消耗的电能v W=P*t= Uit22052=2.2KWhv发热量v Q=0.24UIt4.1868=0.242205(23600)

29、 4.1868=7.96106Jv 利用电能转变成热能的原理，可以制成点炉、电烙铁等电热装置。为了防止短路事故发生，在电热器电路中接入熔断器。熔丝是用低熔点的合金制成，当电路中通过过大电流时，熔丝即可熔断，将切断负载电源，从而起到保护作用。熔丝熔断后，应更换适当型号的熔丝，绝不可用大容量的甚至用铜丝代替，否则不但起不到保护作用，还将造成严重事故。图1-19是一般熔断器的图形、符号。v2.电器的额定值v 电流的热效应应有可供利用的一面，但它也有不利的一面。因为任何电气设备导电部分都有电阻，故在通电后都要发热。例如在电机或变压器的绕组中，由于发热就会引起温升，严重时还会导致绝缘材料的损坏，甚至会烧

30、毁电机、变压器等。v 电流在导线中产生的热量，一部分用在使导线温度上升，另一部份将散失到周围媒介中去，这部分热量与导线的散热面积即导线与媒介温差成正比。通电的最初阶段由于导线与媒介的温差很小，散失的热量就减少，大部分热量都留在导线内，使导线温升很快。但随着导线温度的升高，导线与媒介的温差逐渐增大，因而散失的热量也逐渐增多，用于使导线温度上升的热量就相对减少，最后，当电流产生的热量全部散失到空间，则导线的温度不再上升，稳定在某一数值上，这个温度叫做稳定温度。由于具体条件不同，导线达到稳定温度所需要的时间不大相同。n 导线的温升不允许超过一定的限度，因为温升过高，对于有绝缘的导线，绝缘层会被烧焦，

31、即使是裸线，也会由于过热而使其机械性能变坏。n 对于电气设备，不仅对电流，而且对电压也要限制，因为电压过高，会使绝缘层遭到击穿。例如一台发电机，要使它产生的电功率（EI）大，必须使E与I两者都大，但都应用一定的限度。因此，各种电气设备。都要根据设计要求规定其额定电压、额定电流和额定功率等等。这些额定值的规定，都是为了使电气设备即能最大限度发挥它们的效能，又能安全可靠地运行。通常，把这些数据记载在铭牌上。各种电气设备运行在额定状态下，叫做满载，超过额定值工作时，叫做过载，过载会造成过热，是不安全的。但是，如果采取一定的措施，例如加强冷却以降低设备温升，则允许通过它的电流即可适当的增大，功率就可以

32、超过额定值。另一方面，在低于额定值下工作，虽然安全，但设备没有得到充分的利用。也是不经济的。因此，在使用设备时，必须根据它的额定值，正确地加以使用。第六节 简单电路的计算方法v 一段无源电路中，电压与电源的关系，实际上有两种可能；线性关系和非线性关系。欧姆定律只适用于线性电路电阻，故本节仅研究有线性电阻组成的线性电路的问题。v 电路的计算问题一般分两类：一类是已知电路的结构、参数及电源的电动势，来决定电路中某些支路的电流、电压和功率，另一类是已知电路中某些支路的电流和电压，来决定电路的结构和选择元件。前一类问题的解决是个基础，本节主要介绍这一类问题的解决。v一、电阻的串联v 井下电机车的照明电

33、路，就是具有两个电阻的串联电路，如图1-21所示，其中电阻R起限流降压的作用，防止灯泡R2被烧坏。v串联电路具有以下特点：v（1）通过各电阻中的电流相等。这是有电流的连续性所决定的，如同水流通过不同粗细的水管时，只要不漏水，在各段水管中流量都是一样的。v（2）各电阻上电压降的和等于总电压。v（3）各电阻上的电压降的与各自的电阻成正比。v（4）电路的等效阻值（或称总电阻）等于各个电阻之和。v 同样可证明，当有更多电阻串联时，R=R1+R2+R3+.v由此可见，串联电路的等效电阻值，比每一个电阻值都大；电阻串联越多，等效电阻值越大。w二、电阻的并联w井下大巷的照明灯，全是并联按法，如图1-24所示

34、。w并联电路具有以下特点：w（1）各并联w支路的端电压相等（忽略导线上的电压损失）；w（2）总电流为各支路电流的和。因为在同一时间t内，流入A点的电量Q，必须等于从A点流出到各支路的电量Q1 与Q2的和。所以：I=Q/t= （Q1 Q2）/t=Q1/tQ2/t=I1+I2w（3）各支路电流的大小与其电阻成反比，I1/I2= R1/R2w(4)电路等效电阻的倒数，等于各支路电阻的倒数和，即：1/RR1R2R3.w 由此可见，并联电路的等效电阻值比每一支路电阻值都小，电阻并联愈多，等效电阻值愈小。w 电力网中的负载，通常都是并联的，采用恒压供电。这样做的主要原因是：一个负载的接通和切断，不会影响其

35、它负载的供电，即彼此可以单独控制，不能互相干扰。n三、电阻的混联及分压器（电位器）n1.电阻混联电路n 在一段电路中，即有电阻的串联，又有电阻的并联，这种联接方式称为混合联接。计算电阻混联电路时，要根据电路的实际情况，灵活运用串联和并联电路的知识。先求出并联或串联部分的等效电阻，逐步简化。求出总的等效电阻，计算出总电流，再求各部分的电压、电流和功率等。n 如图1-26a所示，电路的总等效电阻为：RR1R2*R3/（R2+R3）n 如图1-26b所示，电路的总等效电阻为：R（R1+R2）（R3 +R4）/（R1+R2+R3+R4）v2.分压电路（分压器或电位器）v 如图1-27所示是一个分压电路

36、,电阻R为一小滑线电阻,它有两小固定接头和另一个滑动触点.固定接头A和B接在电源上,滑动触头C接负载R3的一端，负载的另一端按在固定接头A、B上。移动滑动触点C，可以改变R3的电压U2，因而称为分压器，或者说滑动触点C位置的改变，使它所在的电位发生改变，因而改变了负载R3两端的电位差，所以又称电位器。v 分压器的滑动触点C把电阻R分成R1和R2两部分。当负载开关断开时，RR1+R2;当负载开关闭合后， R2和R3并联，再与R1串联，构成一个混联电路。第七节 基尔霍夫定律w 以上研究的电路，都是可以依靠电阻串并联化简及欧姆定律来求解的电路，既简单电路。此外，还会遇到另一类电路，如图1-28所示的

37、两台发电机并联供电的电路。在E1、E2、r01、r02及R等都已知的情况下，由于三个电阻之间既无串联关系又无并联关系，不能简化，所以这个电路单靠欧姆定律是不能求解的，这类电路叫做复杂电路。v基尔霍夫定律，是对任何电路都有效的电路定律，复杂电路只有利用它才能求解。在讨论基尔霍夫定律之前，先介绍两个电路上的名词：v节点：三条或三条以上支路的连接点。如图1-28中的A点或B点是节点，其它点不是节点。v回路 ：电路中任何闭合的路径叫回路。如图1-28中的AGCB、FABD或CBDFAG都是回路。v基尔霍夫定律包括两个内容，分述如下：v1、基尔霍夫第一定律v在电路中的任一节点上，流进该点电流的和等于流出

38、该点电流的和。如图1-28中，对于节点A流进该点的有I1和I2，流出的有I，所以：I I1I2v写成一般公式 Ir=Ic (1-27) 第一定律说明了与电路中某一节点有关的各电流之间的关系，故又叫节点定律。该定律是电流连续性这一客观规律的具体体现。应用该定律时，如果我们规定凡流入节点的电流为负，则节点定律又可写成如下形式： I0 即流入该节点电流的代数和等于零。 2.基尔霍夫第二定律 在电路的任一回路中，各电源电动势的代数和等于各负载电压降的代数和。 一般表达式： E=Ir (1-28) 第二定律说明了回路中各电动势和各电阻压降之间的关系，故又叫做回路定律。该定律是能量守恒的体现，应用该定律时

39、，应注意用的是“代数和”而不是“算术和”。第八节 复杂电路电流的计算w 电路的基本定律欧姆定律和基尔霍夫定律，是解决直流电路的基本定律。由于实际问题的多样性，所以人们归纳出几种方法，用来解决各种不同的电路问题。w一 、支路电流法w 任何复杂电路，在已知电路结构和各元件参数时，都可以应用基尔霍夫定律，以各支路电流为未知量列出若干节点方程和回路方程，然后联立求解，这种解题方法叫支路电流法。w以图1-30为例来说明支路电流法解题的步骤和注意事项：w（1）任意假定各支路电流的正方向。如果某电流假定的正方向与实际方向相反，算得的结果将是负值。需要注意的是每一支路只能假定一个电流。v（2）如果电路中有n个

40、节点方程不是独立的，它可以从已经列出的个方程中解得。v如图1-30中有两个节点，则（n1）1，即只能列出一个方程（对A点 ） I1+I2+I3=0v(3)选取最简单的回路并假定绕行方向，选取回路时，每一回路中至少含有一条新支路。v（4）如果支路数为m，可应用基尔霍夫第二定律对m-（n1）个回路写出回路方程。v如图1-30中有三条支路，可选两个回路写方程式，例如：v对上回路 E1I1 r1- I3r3 ;对下回路 E1I3 r3- I2r2v(5)联立以上各方程求解。如果已知条件足够，一定能够得到肯定的答案。l 三、节点电压法l 在复杂电路中如果只有两个节点，尽管支路、网孔较多，也可以不用解联立

41、方程式来求解支路电流。用节点电压法较为方便。l 一般式为：UAB（EG）/G （1-29）l 四、叠加原理l 在线性电路中，当有几个电动势同时作用时，在某一支路中所产生的电流，等于各个电动势单独作用时，在该支路中所产生的电流的代数和。这个规律叫做叠加原理。应用叠加原理可以将一个复杂电路分解成若干个简单电路，来求解某一支路电流，这个方法叫叠加法，解题时应注意：（1）叠加原理只适用于对线性电路的支路电流的计算，而不适于功率计算。（2）分解电路时应保留被取除的电动势的内阻。应用叠加法，是能解决很多复杂问题，但计算繁琐，所以多用来对电路的理论分析。至此，对直流线性电路的计算方法，已经有了初步认识，欲达

42、熟练运用有待于在实践中巩固和深化。计算电路时，一般应对电路分析与处理如下：（1）认清对象，区别它是简单电路还是复杂电路。第十节 电容器l一、电容器l电容器是电工技术中常用的元件之一，如调谐、耦合、滤波、隔直流等都需要电容器。它的基本结构是用两导体作极板，中间隔以电介质组成。l根据介质材料的不同，常用的电容器可分为：空气介质电容器、液体介质电容器、无机介质电容器、有机介质电容器、电解质电容器等几类。l根据使用情况的不同，电容器还可分为：固定电容器、可变电容器、微调电容器等。l在电路图中电容器常用的符号如图140所示，图a 为固定电容器，b为电解电容器，c为可变电容器，d为微调电容器。至于电容器的

43、型号规格，本书不作介绍，可以查阅有关手册 v二、电容v 电容器是储能元件，它的极板上可以储存电荷，极板间可以建立电场、储存能量。当极板上的电荷释放时，电场中的能量也就释放出来。v 电容器的电容量，简称电容，它是电容器的一个重要参数，是用来衡量电容器储存电荷和建立电场的尺度。充电后的电容器，在两极板上储存着数量相等但符号相反的电荷，极板之间有电压。在中，任一极板上的电荷量Q与极板间的电压U之比为：C= Q/uv 该式是电容的定义式，表示在单位电压作用下，极板上所储存的电荷量。比值C是一个常数，叫做电容器的电容。电容的单位是法拉，简称法，用F表示。法拉是个比较大的单位，通常是采用微法与皮法作为计算

44、单位。v一般电容器的C是常数，因为Q与U是成正比的，这样的电容叫做线性电容。线性电容C的大小，与极板面积、极板间距离和极板间的介质有关。其平板电容器的电容可由下式确定：Csdv式中 S平板面积v d-平板距离v -绝缘材料介电系数。不同材料的介电系数不同。v电容器中的绝缘材料，也不是绝对不导电。当电容器两极板上加电压过高时，在强电场的作用下绝缘材料也会产生大量自由电子，使不导电的材料变成导电材料，这种现象叫电击穿。为了保证电容器正常工作，加在电容器上的电压，必须有一定的限制，叫做电容的额定电压。因而在选择电容器时，既要考虑电容器的电容量C的大小，还要考虑电容器的额定电压，二者缺一不可。w三、电

45、容器的充放电w1、电容器的充电w当我们把直流电源和电容器接通时，（如图142Ak倒向位置1），则会看到，开始时检流计G偏转一个较大的角度，随后逐渐较小到零，而电压表的读数由零逐渐增加到与外电源端电压相等。电容器电压增加，说明有电荷从电源移到电容器的极板上，这种情况称电容器的充电。电容器充电的过程，就是电源向电容器极板供给电荷的过程。如图142b所示。w2、电容器的放电。w当把图142中的开关K转向位置2时，可以看到检流计G又有读数，说明电路里有电流，但检流计的偏转方向与充电时相反，说明电流方向相反。当指针说转到某一位置后，又逐渐返回零位，说明电流由大变小，最后衰减到零。与此同时，电压表指示出电

46、容器两端的电压数值，由电源电压逐渐减小到零。电压下降时，检流计的读数 由大变小，说明有电荷从点容器的极板上流出，这种情况叫电容器的放电。如图142c。v四、电容器的连接v生产实践中，当电容器的规格不能满足需要时，可将几个不同规格的电容器串联或并联。下面分别研究不同连接时，总电容和分电容的关系。v1、电容器的串联v将电容器C1和C2串联于直流电路中时，电容器C1的上极板和电容器C2d下极板便充有等量的正负电荷，于是两个中间极板也就会感应出等号的正负电荷，如图145所示。因此，串联电容器的电量相等，即Q1Q2Q。v由于两电容器各自的极板上储存了电荷，两极板间便产生了电位差（即电压），设电容器C1和

47、C2两极板间的电压分别是Uab和Ubc，则根据129式便有：vC1Uab;C2=Uacv串联后合成的总电容为：Cquv又 UUab/ Ubcv将C1、 C2 、C代入上式，并整理得：v1C=1/ C11C2+1/Cnv2、电容器的并联v当电容器C1和 C2并联于直流电路中时，如图146。各个电容器上的电压是相等的。即U1U2Uv由于电容器上的电量Q与其电压成正比，便有v Q1= C1U；Q2= C2U；Q= CUv又 Q= Q1+Q2v将Q1、 Q2 、Q代入上式，并整理得：v上式说明，电容器并联时，等效电容等于各电容器的电容之和，写成一般形式，即vCC1+C2Cn (1-37)v可见，电容器

48、并联得越多，等效电容就越大。第二章 电流的磁场、磁路及电磁感应v一、磁铁、磁场、磁路v1、磁铁：带有磁性的物体，且能吸引铁、钴等金属物质的物体称磁铁。v2、磁场：磁铁周围产生磁性的范围叫磁场。磁铁的两端磁性最强处为两个级，南极用字母“S”表示；北极用字母“N”表示。v3、磁路：在磁场中磁力作用的通路叫磁路。v二、磁通密度、磁通v1、磁通密度：反映磁场强弱的物理量叫磁通密度（或磁感应强度），可用字母“B”表示。因为磁场的强弱可用磁力线的密度来表示，所以磁通密度的大小可用磁场中垂直通过每单位面积的磁力线根数来表示。v2、磁通：穿过磁场中某一个面的磁感应强度矢量的通量叫做磁通，用字母“”表示。再均匀

49、磁场中，穿过垂直于磁场方向某一个面的磁通就等于磁感应强度B与这个面积S的乘积，即：=BSv三、怎样判断通电导体产生的磁场方向v凡导体通过电流，其周围都会产生磁场。磁场的强弱与通过电流的大小有关，可磁场方向则与电流方向有关。对于通电导体周围磁场，其磁力线方向与电流方向的关系可用右手螺旋定则来确定，即用右手握住通电导体，拇指伸直并指向电流方向，则其余四指所指的方向便是磁力线即磁场方向，如图21a所示。对于通电螺线线圈周围的磁场，磁场方向仍用右手螺旋定则判断，即四指指向线圈中的电流方向，伸直的拇指就表示磁力线方向，如图21b所示。v四、什么是左手定则？电磁力的大小如何表达？v通电导体在磁场中将受到电

50、磁力的作用，受力方向可用左手定则来判断，即伸开左手于磁场内，让磁力线直穿过手心，四指伸直指向电流方向，则与四指垂直的拇指的指向便是导体所受电磁力的方向。v应用左手定则可以判断通电导体在磁场重的运动方向，它和电动机原理相同，所以左手定则也称电动机左手定则。v电磁力大小可用下式表示：FBILsina（N）v式中F-电磁力v B磁感应强度v I导体电流v L通电导体有效长度v a导体方向与磁场方向的夹角 v五、什么是右手定则？感应电动势如何表达？v答：导体在磁场中作切割线运动时，会产生感应电动势。感应电动势的方向可用右手定则来判断，即伸右手于磁场内，使手心正对磁场的方向，拇指代表导体运动方向，则伸直

51、的四指（与拇指垂直）就表示感应电动势的方向。v感应电动势大小可用下式表示：e=BLVsina（v）v式中 e感应电动势vB磁通密度vL导体切割磁力线的有效长度vV导体运行速度va导体运动方向与磁场方向的夹角六、什么是自感电动势？它的大小与哪些因素有关？v1、自感电动势：当线圈中通过电流时，线圈周围一定会产生磁场。若线圈中电流发生变化时，由这个变化的电流所发生的磁通也将遂着变化，这个变化的磁通将在线圈中产生感应电动势。由于这个感应电动势是由线圈本身的电流变化而产生的，所以叫自感电动势。 v自感电动势的方向总是反抗线圈中磁通变化。当电流增加时，自感电动势的方向与电流方向相反，力图阻止电流增加；而当

52、电流减小时，自感电动势的方向和电流方向相同，力图阻止电流减小。v2、自感电动势大小是由下列因素决定的：v（1）、与电流变化的快慢有关。电流变化快慢通常用电流变化率表明。所谓电流变化率是指在很短的时间内电流变化的数值与这段时间的比值。v（2）、与线圈本身的结构有关。v（3）、与线圈周围介质有关。v七、什么是互感现象？v将二个线圈放在一起，当线圈的电流发生变化时，就会使线圈中产生感应电动势，这种现象叫做互感现象。v八、什么是互感电动势？v两个互相靠近的线圈，当一个线圈接通电源时，由于本线圈电流的变化将引起磁通变化，这个变化的磁通除穿过本身线圈外，还有一部穿过它靠近的另一线圈，因此在另一线圈中也产生

53、感应电动势，这种现象称互感，由互感产生的电动势称互感电动势。第三章 正弦交流电路v1、什么是交流电？为什么目前普遍应用交流电？v交流是指电路中的电流、电压及电动势的大小和方向都随时间按正弦函数规律变化，这种随时间做周期性变化的电流称交变电流，简称交流。v交流电可以通过变压器交换电压，在远距离输电时，通过升高电压以减少线路损耗，获得最佳经济效果。而向需要各种不同电压的用户供电时，又可以通过降压变压器把高压变为低压，既有利于安全，又能降低对设备的绝缘要求。此外，交流电动机与直流电动机比较，则具有构造简单、造价低廉、维护简便等优点，所以交流电获得广泛地应用。交流电在一个周期内，正半周和负半周的数值相

54、等，所以它在一个周期内的平均值等于零，这实际上没有什么意义。所谓交流电的平均值，是指交流电在半个周期内，在同一方向通过导体横截面的电量与与半个周期时间的比值。常用Ip和Up来表示电流、电压的平均值。平均值与最大值和有效值的关系为：Up=0.637Um=0.9U4、什么是交流电的相位、相位差？线圈在磁场中旋转时，导线切割磁力线会产生感应电动势，它的变化规律可用正弦曲线表示。如果取3个线圈，将它们在空间位置上相差120o角，3个线圈仍旧在磁场中以相同速度旋转，一定会感应出3个频率相同的感应电动势。由于3个线圈在空间互相差120o，感应电动势的变化在经过最大值时就有先后差别，这种先后差别在交流电里叫

55、相位差。而相位是反映在正弦量的进程，线圈转动处于不同的时刻，就有不同的相位。l5、纯电阻交流电路中，电流与电压的关系如何？l 当交流电路中只有电阻元件，而电感和电容两个参数的影响可以忽略不计时，这样的交流电路称纯电阻电路。l6、什么叫瞬时功率和有功功率？l 交流电路中的电压、电流是变化的，所以功率也是变化的，每一瞬间电压与电流的乘积称瞬时功率。l 由于纯电阻电路的电压与电流同相，所以瞬时功率总是正的，这就意味着不论电压与电流的大小和方向如何变化，电阻总是从电源吸收电能，即电阻总是消耗功率7、什么是感抗？l 交流电路的感抗，表示电感对正弦电流的限制作用。在纯电感交流电路中，电压有效值与电流有效值

56、的比值称为感抗，用符号XL表示。8、纯电容交流电路中，电压与电流的关系如何？纯电容交流电路如右图所示。电容器接在直流电路中，只有短暂的充放电电流。电容器接在交流电路中，由于电压大小和方向不断变化，则电容器将不断地被充电和放电，使电路中产生交流电流。设电容两端的电压按正弦规律变化，即:Uc =Ucmsint则电容极板上的电荷量q也按正弦规律变化，即：q =Cucmsint此时电容器中的电流为：iImsin（t90）9、什么叫谐振？ 由电容和电感组成的电路，在外加电源的作用下将引起振荡。调节电感或电容值使感抗和容抗相等，则电路的总电流等与零。在这种情况下，电路的阻抗角等于零，电路中的电流和电压就出

57、现了同相位的情况，电路的这种状态称为谐振。在谐振时，电路的阻抗只呈现纯电阻v10、什么叫串联谐振？它是怎样产生的？v在电阻、电感和电容的串联电路中，出现电路端电压和总电流同相位的现象叫做串联谐振。v在RLC串联电路中，只有当感抗XL等于容抗Xc时，端电压U才能和电流I同相位，所以产生串联谐振的条件是：vL=1/。cv当电路参数L、C一定时，可改变频率使电路谐振，谐振的频率为：vf0=1/2LCvf0又称为固有振荡频率。v当电源的频率一定时，通过改变电感或电容，也可以使电路谐振。v11、什么是三相交流电源？它有什么用途？v有三个频率相同、振幅相等、相位依次相差120度的交流电势组成的电源，称三相

58、交流电源。v三相交流电源是由三相发电机产生的，目前工农业生产所用的动力电源几乎全部采用三相交流电源，日常生活中所用的单相交流电也是由三相交流电源提供的，单独的单相交流电源现在已经很少采用了。v12、什么叫相电压、线电压、相电流、线电流？v（1）相电压：三相电路中，每相头尾之间的电压叫做相电压，通常用字母U表示。v（2）线电压：相与相之间的电压叫做线电压，线电压通常用字母UX表示。v（3）相电流：三相电路中，流过每相电源或每相负载的电流叫做相电流，通常用字 母I表示。v（4）线电流：流过各相端线的电流叫线电流，用字母I表示。 将三相绕组的末端连在一起，从始断分别引出导线，这就是星形连接。通常绕组

59、的始端用字母ABC表示，末端用字母XYZ表示。绕组始端引出的线称为火线，三相绕组末端连接在一起的公共点“0”称为中性点。三相负载的星形连接和三相电源相同。星形连接时，线电流等于相电流，即：Ix=I14、什么叫三相电源和负载的三角形连接？其相、线电压的关系如何？把一相绕组的末端与邻相绕组的始端顺序连接起来，即X与B相连，Y与C相连，Z与A相连，构成一个三角形回路；再从三个连接点引出三根端线，这种连接方法称三角形连接。三相电源和负载的三角形连接方法相同。三角形连接中，每相绕组两端的电压叫线电压，因此，相电压等于线电压。即：Ux=U15、怎样计算三相电路的功率？w一个三相电源发出的总有功功率等于每相

60、电源发出的有功功率之和；一个三相负载消耗的总有功功率等于每相负载消耗的有功功率之和。不论是星形连接还是三角形连接，只要三相电路对称，就等于3倍的单相功率；若三相负载不对称，则应分别计算各相功率，三相功率等于各相功率之和。第一节 半导体器件 1 半导体有哪些主要特征？ 半导体有三个主要特性：（1）光敏特性；（2）热敏特性 （3）掺杂特性 在同一半导体上，当外部条件发生变化时，其导电性能也将随着起变化。如：某些半导体受到强烈光线照射时，其导电性能大大增强；当光线移开时，其导电性能大大减弱，几乎近于绝缘体，这就是半导体的光敏特性。此外，当外界环境温度升高时，半导体的导电性能也随温度的升高而增高，这就