第一章 电器基础

聂子龙9/23/20231山东交通学院工程机械研究所电器教研室第一章电路学习目标了解电路的作用和组成理解电路主要物理量的定义和意义认识简单电路，掌握欧姆定律，能够对简单的电路进行计算了解电路简单原件的特性熟悉电路的有载工作、开路、短路三种工作状态9/23/20232山东交通学院工程机械研究所电器教研室1.电路的作用及组成㈠电路的概念：电路就是电流流通的路径，它是一个闭合的回路，主要用来实现能量的传输和转换，或实现信号的传递和处理。㈡电路的组成：电路的结构形式因所实现的任务不同而多种多样，但无论是简单还是复杂的电路，均离不开电源、负载和中间环节这三个最基本的组成。9/23/20233山东交通学院工程机械研究所电器教研室⑴电源：电源是给电路提供电能的设备。它可以将不同形式的能转化为电能，并给电路供电。例如：蓄电池、发电机、干电池等。9/23/20234山东交通学院工程机械研究所电器教研室⑵负载：负载是指连接在电路中的电源两端的电子元件，也就是用电设备。因为其能将电能转化为其他形式的能，所以称其为负载。例如：灯、启动机、电喇叭、等。9/23/20235山东交通学院工程机械研究所电器教研室⑶中间环节：中间环节是用作电源与负载相连接的电子元件。通常起到连接和配电的作用。例如：导线、继电器、开关等。9/23/20236山东交通学院工程机械研究所电器教研室电路图：用导线将电源、开关、用电器、电流表、电压表等连接起来组成电路，再按照统一的符号将它们表示出来，这样绘制出的就叫电路图。在电路图中，各种实际电路元件都由理想电路元件的图形符号来表示。例如：

9/23/20237山东交通学院工程机械研究所电器教研室2.电路的主要物理量电路的物理量主要有电流、电压、元件的电阻、电功率等,通过测量电路的物理量我们可以判断电路的正常与否，出现故障时，判断故障原因找出故障点，并对故障线路进行修复。㈠电流：带电粒子（电子）在电场力作用下有规则的定向移动就形成电流。在金属导体中流动的电流时自由电子在电场力作用下定向运动形成的。而在电解液中是由带电粒子在电场力的作用下定向运动形成的。水粒子在水管中定向流动形成水流电子在导线中定向流动形成电流9/23/20238山东交通学院工程机械研究所电器教研室⑴电流形成的条件有：①必须具有足够的自由移动的电荷。（应是导体）②导体两端必须存在电压。（应有电源，且电源有足够的电压）③必须是闭合回路。⑵电流强度：人们把单位时间内通过某一导体截面的电荷量定义为电流强度，简称电流。它是衡量电流强弱的物理量。单位是安培，用字母A表示。还有毫安（mA)、微安等单位

9/23/20239山东交通学院工程机械研究所电器教研室⑶电流的效应：①电流的热效应：导体通电时会发热，把这种现象叫做电流热效应。电流做功，消耗电能，转化为热能。实践证明，电流通过导体所产生的热量和电流的平方，导体本身的电阻值以及电流通过的时间成正比。

电流热效应在挖掘机上的应用：⒈挖掘机上的照明灯都是利用电流的热效应工作的，灯丝通电以后温度升高，升高到白热状态后一部分热转化为了光能；2.发动机的进气加热，给加热丝供电，加热丝产生热量从而能够加热周围的空气，使进气温度升高，发动机启动容易。

前照灯(右)侧隙灯(右)侧隙灯(左)前照灯(左)加热器线圈壳体9/23/202310山东交通学院工程机械研究所电器教研室⒊保险丝，保险丝作为一种电路保护装置（俗称保险器）连接在电源与用电设备之间，用电设备或线路发生短路或过载时切断电源电路，以免电源、用电设备和线路损坏。当线路上流经异常的大电流时，保险丝自身电阻的发热使其熔断，从而切断电流，使线路避免危险。

⒋双金属片式燃油表、双金属片式水温表、双金属片式油压指示表、双金属片式断路器等都是利用双金属片上的绕组通电后产生热量，使得双金属片产生变形制作而成。丝状管状片状保险丝双金属片式燃油表9/23/202311山东交通学院工程机械研究所电器教研室②电流的磁效应：任何通有电流的导线，都可以在其周围产生磁场的现象，称为电流的磁效应。NNNNSSSS红色箭头

:电流9/23/202312山东交通学院工程机械研究所电器教研室同理，通电的导线线圈也会产生磁场。在线圈中放入铁芯，通电流后铁芯就会形成电磁铁，能够吸引铁质磁性体。因此，我们利用通电线圈的吸引力作为滑阀的拉力及继电器接点ON-OFF的力。9/23/202313山东交通学院工程机械研究所电器教研室电流的磁效应在挖掘机上的应用：⒈电磁阀：

电磁阀是圆筒形线圈（螺线管）与液压回路控制阀组成的，因此就称作电磁阀。回路图符号（图纸符号）用螺线管与阀合并的图表示。电磁阀的符号（图纸符号）：电磁阀通过电气信号而控制油的流动，有多种多样，按基本机能大致可分为比例电磁阀和ON-OFF电磁阀。①②①螺线管（线圈）部②阀（液压控制阀）部9/23/202314山东交通学院工程机械研究所电器教研室（a）比例电磁阀：

变更电磁阀电流，可得到与电流成正比的吸引力。在吸引力与弹力取得平衡时，线轴停止移动。线轴移动量与电磁阀电流成正比地变化，因而叫比例电磁阀。线轴移动量变化后液压油油路大小变化，这样就能控制液压回路的流量与压力。（b）ON-OFF电磁阀：与比例电磁阀不同，使一定的电流通过螺线管并产生电磁力，该电磁力超过弹簧力后，就决定了线轴的位置。信号电流（A）行程(mm)09/23/202315山东交通学院工程机械研究所电器教研室⒉电磁继电器电磁继电器几乎使用于所有机型，多的机型中1台达20-30个。电磁继电器如图所示，是利用通电产生的电磁力，开闭开关接点的部品。右图中，(a)-(b)间是线圈电流没有时ON的接点。这样的接点叫作NC接点（常闭）。

(b)-(c)间在电流通过线圈时ON的接点，这样的接点叫作NO接点（常开）。

(b)端子是(a)和(c)的共用端子，因此叫作共用端子，一般省略为COM（CO）。电磁继电器原理图9/23/202316山东交通学院工程机械研究所电器教研室继电器的灯工作线路：（a）ON-OFF动作线路：与开关ON-OFF同步，继电器也ON-OFF。（b）自保持线路：开关1先ON，继电器保持ON（自保持），直至开关2OFF为止。ON-OFF动作线路自保持线路9/23/202317山东交通学院工程机械研究所电器教研室⒊电喇叭：挖掘机上都装有喇叭，用来警告行人和其他车辆，以引起注意，保证工作安全。电喇叭，利用电流的磁效应，使得膜片震动从而发出声音。电磁铁采用螺管式结构，铁心上绕有励磁线圈，上、下铁心间的气隙在线圈中间，所以能产较大的吸力。它无扬声筒，而是将上铁心、膜片和共鸣板装在中心轴上。当电路接通时，励磁线圈产生吸力，上铁心被吸下与下铁心撞击，产生较低的基本频率，并激励膜片及与膜片联成一体的共鸣板产生共鸣，从而发出比基本频率强得多、且分布又比较集中的谐音。为了保护触点，有的盆形喇叭在触点之间也并联了灭弧电容器9/23/202318山东交通学院工程机械研究所电器教研室③电的化学效应：电的化学效应主要是电流中的带电粒子（电子或离子）参与而使得物质发生了化学变化。化学中的电解水或电镀等都是电流的化学效应。电的化学效应在挖掘机上的应用：

蓄电池，充电时将电能转化为化学能，并伴随着正负极上活性物质的转变；放电时，将化学能转化为电能。9/23/202319山东交通学院工程机械研究所电器教研室㈡电压：电压是推动电荷定向移动形成电流的原因。电流之所以能够在导线中流动，也是因为在电流中有着高电势和低电势之间的差别。这种差别叫电势差，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。通常用字母U代表电压。电压的单位是伏特（V）毫伏（mV）微伏9/23/202320山东交通学院工程机械研究所电器教研室电压在挖掘机上的应用：⒈在发电机的电子调节器中，利用稳压二极管在达到反向击穿临界电压时的反向导通特性，来控制发电机励磁线路的通断，从而控制发电机的输出电压。⒉在由滑动变阻器组成的燃油旋钮中，通过改变滑动变阻器滑片的位置，从而改变燃油旋钮的输出电压，从而对发动机的转速进行控制。1.旋钮2.刻度盘3.弹簧4.球5.电位计6.插接件9/23/202321山东交通学院工程机械研究所电器教研室㈢电阻：电阻表示导体对电流的阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种特性。电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件。电阻的影响因素：电阻元件的电阻值的大小一般与温度，材料，长度，还有横截面积有关。一般性的电阻元件随着温度的升高电阻会升高（热敏电阻除外），随着长度的增长电阻会增大，横截面积越大电阻越小。电阻的单位：导体的电阻通常用字母R表示，电阻的单位是欧姆，简称欧，符号是Ω。比较大的单位有千欧（kΩ

）、兆欧（MΩ

）。注：测量二极管时，由于加在二极管两端的电压不同时，二极管表现出不同的电阻，所以万用表不同的档位测出的阻值是不相同的，如要准确测量，可以用二极管档测其压降，应在400-600mV之间。9/23/202322山东交通学院工程机械研究所电器教研室3.欧姆定律在同一电路中，导体中的电流与导体两端的电压成正比，跟导体的电阻阻值成反比，这就是欧姆定律。也就是说电压、电阻、电流存在下述关系：

①电压不变，电阻成2倍时，电流减至一半。②电阻不变，电压成2倍时，电流也变成2倍。用公式表示为：功率用下述公式表示：

电压（U）=电流（I）×电阻（R）电流（I）=电压（U）÷电阻（R）功率（P）=电压（U）×电流（I）9/23/202323山东交通学院工程机械研究所电器教研室3.电路中简单的电器元件㈠导线：

电线一般采用铜芯或铝芯制作，外面在覆盖一些绝缘的乙烯树脂或橡胶材料。电线粗细规格：以铜芯的横截面积为基准。线径规格及参数表9/23/202324山东交通学院工程机械研究所电器教研室

在整机电路的配线中，往往有很多同样粗细的电线，很难区分线路的去处。为此，常将线路着色，以区分各种不同的线路。导线颜色代码表9/23/202325山东交通学院工程机械研究所电器教研室0.5B1、0.5B电线尺寸：0.5(0.56mm2)色别：黑（单色）0.85WB2、0.85WB电线尺寸：

0.85（0.88mm2）色别：白底黑线★电线特殊型号：胶合型线路：防止外来信号干扰；密封型线路：防止内外信号干扰。导线包覆9/23/202326山东交通学院工程机械研究所电器教研室㈡电阻器电阻器由电阻线组成，其作用是限制电流、降低电压。电阻器本身也消耗电力而发热，电阻器用来调整电压、电流，能给其他部品提供合适的电流、电压。⑴电阻器作用：①电流限制作用：如下图左边，12V的电瓶连接12V灯泡，电灯就亮。下图右边把电瓶串联于灯泡和电阻器。12V的灯泡也亮，但比起直接连电瓶时亮度减小，这是由于流经灯泡的电流减少的缘故。电流计电流计电瓶电瓶电阻器9/23/202327山东交通学院工程机械研究所电器教研室②电压调整作用：

2个12V的电瓶串联起来就成为24V的电源，把该电源连接12V灯泡，灯泡瞬时亮起，但立即因电压太高而坏了。把与灯泡同样大电阻的电阻器串联连接灯泡，结果电灯亮了且没有坏掉，测一下灯泡两端的电压，均为12V。这样，与灯泡串联的电阻器降低了灯泡的电压，使12V灯泡从24V的电压下得到保护。这个作用叫做电阻的电压调整作用。9/23/202328山东交通学院工程机械研究所电器教研室⑵电阻器的分类：电阻器有固定电阻器和可变电阻器。

电阻大小无法改变的叫固定电阻器，电气线路图的文字符号是R。

电阻大小可以改变的叫可变电阻器，文字符号是VR，以区别于固定电阻器。（电阻器的总称也有写作R的）固定电阻器可变电阻器定值电阻的图纸符号可变电阻的图纸符号9/23/202329山东交通学院工程机械研究所电器教研室⑶电阻器在挖掘机上的应用：①在传感器中的应用：a）燃油油位的传感器是一个可变电阻器，利用连杆与浮子相连，燃油油位发生变化时，带动浮子位置一起变化，从而改变了可变电阻器接入线路的阻值的多少，进而改变了线路中电流的大小，使得燃油表能够准确的指示出燃油量的多少。b）冷却液温度传感器是一个负温度系数的热敏电阻，当冷却液温度高时，电阻小，线路中的电流就会大；冷却液温度低时，电阻大，线路中电流就会小，从而使得水温表能准确指示发动机运行中冷却液的温度。燃油表与燃油油位传感器水温表与热敏电阻传感器9/23/202330山东交通学院工程机械研究所电器教研室②在发动机控制中的应用：a）可变电阻器做成的燃油旋钮。把燃油旋钮按下图连接，旋转轴，在B-C间获得与轴旋转角度对应的电压，即输入电压（电源电压）一定，而输出电压可从最小电压（0V）到最大电压（与输入电压相同，5V）之间的任意电压上调节。从而向控制器输出不同的电压信号，控制器将此信号与油门马达电位计反馈的信号相比较，从而确定油门马达的转向。向左回转向右回转0-5V间变化b）在油门马达上的电位计，当油门马达转动时，电位计上的滑片同时转动，从而给控制器输出不同的电压信号，以使控制器对油门马达所在位置有所判断。9/23/202331山东交通学院工程机械研究所电器教研室③在一些电机调速电路中的应用：a）鼓风机的控制电路：鼓风机是电动机带动的多叶片风扇，强制空气流过蒸发器。鼓风机开关有四个挡位，分别控制鼓风机不同的转速，串入电路中的电阻值越大，其转速越低。b）暖风电机控制电路：9/23/202332山东交通学院工程机械研究所电器教研室㈢线圈：

把电线卷绕成圆圈后称为线圈。线路图符号（图纸符号）如其形状见右图。线圈的作用：①电磁力（线圈中放铁芯，通电流后铁芯就成电磁铁）②电磁感应（线圈上的磁力线分成强弱后，线圈上产生电流）③自体感应（切断线圈电流时，线圈上产生非常高的电压）④相互感应（卷数不同的2个线圈之间能产生电压差）①电磁力的应用：利用线圈电磁力，使用于由控制器发出的信号来操作机构部分的电磁阀、继电器、马达等。线圈引力与电流大小的关系：线圈、线轴、弹簧构成的电磁线圈与干电池、可变电阻器、电流计、开关按下图连接。这时，把可变电阻器的电阻设为最大，对线轴的吸引力就最小。线圈符号(图纸符号)9/23/202333山东交通学院工程机械研究所电器教研室①开关OFF（释放）开关OFF后，线圈上没有电流，不发生电磁力，线轴在弹簧的引力下处于右端。②开关ON（吸引）开关ON后，旋转可变电阻器，减小电阻，电流计的针逐渐加大振动，流经线圈的电流增大。不久，电流达一定强度后，线圈吸引力胜过弹簧的的弹力及摩擦力，从而使线轴移动至最左端，这时的电流叫工作电流，吸引力叫工作力.9/23/202334山东交通学院工程机械研究所电器教研室③开关ON（保持）开关保持ON，线轴在被吸引状态（保持状态）下加大可变电阻器的电阻，这时线圈的电流就减小。电流减小至一定程度，线圈吸引力小于弹簧张力，线轴就向右移动。这时的电流叫保持电流，吸引线轴的力叫保持力。这样，线圈的吸引力受线圈电流大小的影响，而且与线圈的卷数、流经电流的大小基本成正比。线圈吸引磁性体时，有这样的关系，即工作电流＞保持电流、工作力＞保持力9/23/202335山东交通学院工程机械研究所电器教研室利用工作电流大于保持电流这一特点，启动机的电磁开关、熄火电磁阀等均配置了吸引线圈和保持线圈。启动机熄火电磁阀吸拉保持9/23/202336山东交通学院工程机械研究所电器教研室②电磁感应作用：把磁铁靠近或移开线圈，通过线圈的磁力线发生变化，线圈中产生电动势，这叫作电磁感应作用。发电机把该电磁感应作用在线圈上感应产生的电动势取出。测试转速的电磁传感器原理是一样的，也是发电机的一种，只不过不是移动磁铁，而是移动磁性体（齿轮）。9/23/202337山东交通学院工程机械研究所电器教研室电磁式转速传感器：

电磁传感器构造如下图。该传感器如下图那样，接近并装在转动的铁板叶片上，叶片通过电磁传感器的前面时，就产生（3）那样的脉冲，这是由于电磁传感器内永久磁铁产生、通过线圈的磁通量接近铁板叶片就增大，离开铁板叶片就减小，因而线圈内产生了电压。所以，电磁传感器与叶片的间隙越大，通过线圈的磁通量就减少，叶片接近、离开引起磁通量变化量变小，电压就变小，使间隙保持在适当值十分重要。永久磁铁继铁壳体线圈旋转磁通量增加(1)叶片接近使通过线圈的磁通量增加(2)叶片的离开使通过线圈的磁通量减小磁通量减小旋转电磁传感器的构造（剖面图）(3)输出电压波形叶片接近叶片接近叶片离开叶片离开1转按单位时间把电压脉冲隔开计数，就能得知发动机、变速箱的转速。9/23/202338山东交通学院工程机械研究所电器教研室③自体感应作用：把电阻器接于干电池，合上开关后，电阻器上就有干电池电压，同时有一定强度的电流通过。然而，如果是线圈，即使合上开关，也不会马上有相当大的电流流过，电流只缓缓增大。这样，流经线圈的电流缓缓增大，是因为电压产生于线圈的瞬间，妨碍电压增大的电动势在线圈中产生，从而影响电流的增大。电压电流时间[秒]电压电流时间[秒]电阻器线圈电流流向电流流向干电池干电池电压[V]电流[A]电压[V]电流[A]9/23/202339山东交通学院工程机械研究所电器教研室同样的现象也发生在关掉开关时。用电阻器时，关掉开关的同时，电压和电流都变成0。但用线圈时，妨碍电压减小的电动势在线圈中产生，电流继续流动。因此，关掉开关的瞬间，在开关两端分开的电动势变成火花而飞出。这是由于在开关的接点上切断线路后，传到空气中产生高压电而放电的缘故。这种异常的高压叫做冲击电压。线圈上的电压变化后，线圈的磁力线也要变化。但是磁力线是穿过线圈的，线圈自身产生的电动势妨碍该磁力线的变化。电压电流时间[秒]电压电流时间[秒]电阻器线圈干电池干电池电压[V]电流[A]电压[V]电流[A]线圈自体产生电动势的作用叫自体感应作用。9/23/202340山东交通学院工程机械研究所电器教研室这种冲击电压据说达到线圈上电压的10-20倍，具有很大的能量，开关接点的火花会熔化突出的部分，因此接点接触面粗糙造成接触不良，或发生接点间烧结难以分开的熔敷现象。装有线圈的电气机器（电磁阀、雨刮器马达、风扇马达等）开闭的开关、继电器接点或后面叙述的晶体管经常遇到冲击电压，任其那样就会发生故障，所以要采取措施消除冲击电压。9/23/202341山东交通学院工程机械研究所电器教研室㈣二极管电气线路图中画有右边符号（图纸符号）时表示二极管。在这图中，电流从左流向右，而不能从右流向左。把电池、灯泡接上二极管，改变二极管方向使电流流动，这时某个方向时电流流动、灯亮，而相反方向时电流不流动，灯不亮。这样，二极管在一定方向时具有使电流停止的作用。二极管按在电流流动方向时称为顺向，在电流不流动方向时称为逆向。灯亮灯不亮顺方向逆方向9/23/202342山东交通学院工程机械研究所电器教研室随电流的流动，二极管也出现电压下降。二极管电压下降一般在0.4～0.8V左右。二极管在挖掘机上的应用：①整流

下图线路上，由于没有二极管，电流既流向青的方向（右转），也流向红的方向（左转），因此，电阻有交流的青波与红波交替流动。

如上图那样连接二极管后，单向即青的方向（右转）电流流动，而红方向（左转）没有电流。这样使电流仅流向一个方向的称为整流。这时，红和青当中，只有青波流动，因此称为半波整流。但是，这样红方向的电流不能使用，因而受到损失。9/23/202343山东交通学