电工基础知识入门

下载文档可编辑 目 录 第一章第一章 直流电路直流电路 5 5 1 1 电学的基本物理量 5 一 电量 5 二 电流 5 三 电压 6 四 电动势 电源 7 五 电阻 7 六 电功 电功率 8 七 电流的热效应 10 1 2 电 路 11 一 电路的组成和作用 11 二 电路图 11 三 电路的三种状态 12 1 3 欧姆定律 12 一 一段电阻电路的欧姆定律 12 二 全电路欧姆定律 13 1 4 电阻的串联 并联电路 14 一 电阻的串联电路 14 二 电阻的并联电路 16 1 5 电工测量基本知识 17 一 万用表的外形及基本组成 18 二 万用表的使用步骤 20 三 万用表的使用注意事项 20 下载文档可编辑 习 题 20 第二章第二章 电磁的基本知识电磁的基本知识 2222 2 1 磁的基本知识 22 一 磁现象 22 二 磁场 磁感应线 22 三 磁通 磁感应强度 23 四 磁导率 24 2 2 电流的磁场 25 一 通电直导线的磁场 25 二 通电螺线管的磁场 25 三 磁场对载流直导线的作用 26 四 磁场对通电线圈的作用 27 2 3 电磁感应 27 一 电磁感应现象 27 二 法拉第定律 29 三 楞次定律 29 四 电磁感应定律 31 2 4 自感 互感 31 一 自感 31 二 互感 32 习 题 33 第三章第三章 正弦交流电路正弦交流电路 3434 3 1 正弦交流电的产生 35 一 正弦交流电的特点种 35 二 正弦交流电的产生 35 下载文档可编辑 3 2 正弦交流电的三要素 37 一 周期 频率 角频率 37 二 瞬时值 最大值 有效值 38 三 相位 初相和相位差 39 3 3 正弦交流电的表示法 40 一 三角函数式法 41 一 纯电阻电路 42 二 纯电感电路 42 三 纯电容电路 44 3 5 三相交流电路 46 一 三相电动势的产生 46 二 三相电源绕组的联结 47 三 三相交流电路负载的联结 48 3 6 常用电气照明电路 50 一 白炽灯照明电路 50 二 节能灯照明电路 51 三 日光灯照明电路 51 习 题 52 第四章第四章 变压器与三相异步电动机变压器与三相异步电动机 5454 4 1 变压器的基本结构和工作原理 54 一 变压器的基本结构 55 二 变压器的工作原理 56 三 几种常见变压器 58 四 变压器的主要技术数据 59 五 变压器的使用要点 60 下载文档可编辑 4 2 三相异步电动机的用途和结构 60 一 电动机概述 60 二 三相笼式异步电动机的基本结构 61 4 3 三相异步电动机的转动原理 62 一 演示实验 62 二 定子旋转磁场的产生 62 三 旋转磁场对转子的作用 64 4 3 三相异步电动机的使用 65 一 启动 65 二 反转 66 三 制动 66 四 三相笼式异步电动机的铭牌数据 67 五 三相异步电动机使用要点 68 4 5 单相异步电动机 69 第五章第五章 简单机床电路简单机床电路 7171 5 1 常用低压电器 72 一 开关 72 二 接触器 75 三 热继电器 76 四 熔断器 76 5 2 机床的几种控制线路 78 一 点动控制线路 78 二 看懂机床控制线路的基本要领 78 三 接触器自锁控制线路 79 四 接触器联锁的正反转控制线路 81 下载文档可编辑 五 C620 1 型车床控制线路 83 习 题 84 第六章第六章 安全用电安全用电 8585 6 1 触 电 85 一 触电事故 85 二 触电原因及方式 86 6 2 安全用电措施 87 一 常用安全用电措施 87 二 电气设备的保护接地和保护接零 88 三 安全用电十不准 89 6 3 电气事故及紧急处理 90 一 触电急救 90 二 对电气设备做好监护 90 三 电火警的紧急处理 91 四 防雷击的安全措施 91 习 题 92 下载文档可编辑 第一章第一章 直流电路直流电路 本章学习要点 本章学习要点 1 熟悉电流 电压 电阻 电功率 电功等常用的物理量 2 了解常用电气元件的电路符号 能够看懂电路图的连接关系 3 熟练掌握欧姆定律的两种形式 明确U J R E r之间的关系 4 准确辨识简单电路电阻的串 并联关系 掌握两种连接形式中 每个元件上电压 电流与总电压 总电流的关系 现实生活中 我们经常听到或说起很多有关电方面的名词 术 语 也经常有很多用电方面的困惑 这些名词 术语究竟是怎样定 义的 它们之间有什么关系 是什么因素导致电压的高低 电流的大 小 为什么会发生由用电引发的火灾 为什么家里几个月没人住 还 会产生电费 很多经常听到的 看似简单 又不容易说清的问题 通 过本章的学习都会有明确的答案 1 1 1 1 电学的基本物理量电学的基本物理量 一 电量一 电量 自然界中的一切物质都是由分子组成的 分子又是由原子组成 的 而原子是由带正电荷的原子核和一定数量带负电荷的电子组成 下载文档可编辑 的 在通常情况下 原子核所带的正电荷数等于核外电子所带的负 电荷数 原子对外不显电性 但是 用一些办法 可使某种物体上 的电子转移到另外一种物体上 失去电子的物体带正电荷 得到电 子的物体带负电荷 物体失去或得到的电子数量越多 则物体所带 的正 负电荷的数量也越多 物体所带电荷数量的多少用电量来表示 电量是一个物理量 它的单位是库仑 用字母 C 表示 1C 的电量相当于物体失去或得到 6 25 1018 个电子所带的电量 二 电流二 电流 电荷的定向移动形成电流 电流有 大小 有方向 1 电流的方向 1 人们规定正电荷定向移动的方 向为电流的方向 金属导体中 电流是 电子在导体内电场的作用下定向移动的结果 电子流的方向是负电 荷的移动方向 与正电荷的移动方向相反 所以金属导体中电流的 方向与电子流的方向相反 如图 1 1 所示 2 电流的大小 电学中用电流强度来衡量电流的大小 电流强度就是 l 秒钟通 过导体截面的电量 电流强度用字母 表示 计算公式如下 I Q I t 式中 I 电流强度 单位安培 A 在 t 秒时间内 通过导体截面的电量数 单位库仑 C Q 下载文档可编辑 时间 单位秒 s t 实际使用时 人们把电流强度简称为电流 电流的单位是安培 简称安 用字母 A 表示 如果 1 秒内通过导体截面的电量为 1 库仑 则该电流的电流强度为 1 安培 习惯简称电流为 1 安 实际应用中 除单位安培外 还有千安 毫安 和微安 它们之间kAmAA 的关系为 3 1kA 10 A 3 1A 10 mA 3 1mA 10A 三 电压三 电压 为了弄清楚电荷在导体中定向移动而形成电流的原因 我们对 照图 1 2a 水流的形成来理解这个问题 从图1 2a可以看到外水由一A槽经C管向8槽流去 水之所以能 在C管中进行定向移动 是由于A槽水位高 B槽水位低所致 A B两 下载文档可编辑 槽之间的水位差即水压 是实现水形成水流的原因 与此相似 当 图1 2b中的开关S闭合后 电路里就有电流 这是因为电源的正极 电位高 负极电位低 两个极间电位差 电压 使正电荷从正极出发 经过负载R移向负极形成电流 所以 电压是自由电荷发生定向移动 形成电流的原因 在电路中电场力把单位正电荷由高电位a点移向低 电位b点所做的功称为两点间的电压 用 ab U 表示 所以电压是a与b 两点间的电位差 它是衡量电场力做功本领大小的物理量 电压用字母 U 表示 单位为伏特 电场力将 1 库仑电荷从 a 点 移到 b 点所做的功为 1 焦耳 则 ab 间的电压值就是 1 伏特 简称伏 用字母 V 表示 常用的电压单位还有千伏 kV 毫伏 mV 等 它们 之间的关系为 1 kV V 3 10 l V mV 3 10 电压与电流相似 不但有大小 而且有方向 对于负载来说 电流流人端为正端 电流流出端为负端 电压的方向是由正端指向 负端 也就是说负载中电压实际方向与电流方向一致 在电路图中 用带箭头的细实线表示电压的方向 四 电动势 电源四 电动势 电源 在图 1 2a 中 为使水在 C 管中持续不断地流动 必须用水泵 把 B 槽中的水不断地泵入 A 槽 以维持两槽间的固定水位差 也就 是要保证 C 管两端有一定的水压 在图 1 2b 中 电源与水泵的作 用相似 它把正电荷由电源的负极移到正极 以维持正 负极间的 电位差 即电路中有一定的电压使正电荷在电路中持续不断地流动 电源是利用非电力把正电荷由负极移到正极的 它在电路中将 其他形式能转换成电能 电动势就是衡量电源能量转换本领的物理 下载文档可编辑 量 用字母 E 表示 它的单位也是伏特 简称伏 用字母 V 表示 电源的电动势只存在于电源内部 人们规定电动势的方向在电 源内部由负极指向正极 在电路中也用带箭头的细实线表示电动势 的方向 如图 1 2b 所示 当电源两端不接负载时 电源的开路电 压等于电源的电动势 但二者方向相反 生活中用测量电源端电压的办法 来判断电源的状态 比如测 得工作电路中两节 5 号电池的端电压为 2 8 V 则说明电池电量比 较充足 五 电阻五 电阻 一般来说 导体对电流的阻碍作用称为电阻 用字母 R 表示 电阻的单位为欧姆 简称欧 用字母表示 如果导体两端的电压为 1 伏 通过的电流为 1 安 则该导体的 电阻就是 1 欧 常用的电阻单位还有千欧 k 兆欧 M 它们之间的关系 为 1 k 3 10 1 M k 3 10 应当强调指出 电阻是导体中客观存在的 它与导体两端电压 变化情况无关 即使没有电压 导体中仍然有电阻存在 实验证明 当温度一定时 导体电阻只与材料及导体的几何尺寸有关 对于二 根材质均匀 长度为 L 截面积为 S 的导体而言 其电阻大小可用 下式表示 L R S 式中 导体电阻 单位为欧 R 导体长度 单位为米 m L 下载文档可编辑 导体截面积 单位为平方毫米 S 2 mm 电阻率 单位为欧 米 m 式中电阻率是与材料性质有关的物理量 电阻率的大小等于长 度为 1m 截面积为 1的导体在一定温度下的电阻值 其单位为 2 mm 欧米 m 例如 铜的电阻率为 1 7 m 就是指长为 8 10 1m 截面积为 1mmz 的铜线的电阻是 1 7 几种常用材料在 8 10 20时的电阻率见表 1 1 C 从表中可知 铜和铝的电阻率较小 是应用极为广泛的导电材 料 以前 由于我国铝的矿藏量丰富 价格低廉 常用铝线作输电 线 由于铜线有更好的电气特性 如强度高 电阻率小 现在铜制 线材被更广泛应用 电动机 变压器的绕组一般都用铜材 表表 1 1 1 1 几种常用材料在几种常用材料在 20 20 时的电阻率时的电阻率 材料名称电阻率 m 银 1 6 8 10 铜 1 7 8 10 铝 2 9 8 10 钨 5 3 8 10 铁 1 0 7 10 康铜 5 0 7 10 锰铜 4 4 7 10 铝铬铁电阻丝 1 2 6 10 六 电功 电功率六 电功 电功率 电流通过用电器时 用电器就将电能转换成其他形式的能 如 热能 光能和机械能等 我们把电能转换成其他形式的能叫做电流 做功 简称电功 用字母 W 表示 电流通过用电器所做的功与用电 器的端电压 流过的电流 所用的时间和电阻有以下的关系 下载文档可编辑 2 2 WUIt WI Rt U Wt R 如果公式 1 3 中 电压单位为伏 电流单位为安 电阻单位 为欧 时间单位为秒 则电功单位就是焦耳 简称焦 用字母 J 表 示 电流在单位时间内通过用电器所做的功称为电功率 用字母 P 表示 其数学表达式为 W P t 将公式 1 3 代入公式 1 4 后得到 2 2 U P R PUI PI R 若在公式 1 4 中 电功单位为焦耳 时间单位为秒 则电功 率的单位就是焦耳 秒 焦耳 秒又叫瓦特 简称瓦 用字母 W 表示 在实际工作中 常用的电功率单位还有千瓦 kW 毫瓦 mW 等 它 们之间的关系为 1kW W 3 10 1W mW 3 10 从公式1 5中可以得出如下结论 1 当用电器的电阻一定时 电功率与电流平方或电压平方成正 比 若通过用电器的电流是原来电流的2倍 则电功率就是原功率的 4倍 若加在用电器两端电压是原电压的2倍 则电功率就是原功率的 4倍 下载文档可编辑 2 当流过用电器的电流一定时 电功率与电阻值成正比 对于 串联电阻电路 流经各个电阻的电流是相同的 则串联电阻的总功 率与各个电阻的电阻值的和成正比 3 当加在用电器两端的电压一定时 电功率与电阻值成反比 对于并联电阻电路 各个电阻两端电压相等 则各个电阻的电功率 与各电阻的阻值成反比 在实际工作中 电功的单位常用千瓦小时 kW h 也叫 度 1千瓦小时是1度 它表示功率为1千瓦的用电器1小时所消耗的电能 即 1kW h 1kW 1h 3 6 J 6 10 例题 1 一台 42 英寸 1 英寸 2 54 厘米 等离子电视机的功率 约为 300W 平均每天开机 3 小时 若每度电费为人民币 0 48 元 问一年 以 365 天计算 要交纳多少电费 解 电视机的功率P 300 W 0 3 kW 电视机一年开机的时间t 3 365 1 095 h 电视机一年消耗的电能W Pt 0 3 1 095 328 5 kW h 一年的电费为328 5 0 48 157 68元 想一想 现在的电气在不工作时经常是通电的 待机状态 此时的功耗很低 一般不超过10 W 计算时可以估算为5 W 假定 家中有空调 电视机 DVD播放器 家庭影院功放 计算机主机 计算机显示器 如果这些电气长期处在待机状态 它们一年要消 耗多少电费 有没有其他问题 七 电流的热效应七 电流的热效应 电流通过导体使导体发热的现象叫做电流的热效应 电流的热 效应是电流通过导体时电能转换成热能的效应 电流通过导体产生的热量 用焦耳一楞次定律表示如下 下载文档可编辑 2 QI Rt 式中 热量 单位焦耳 J Q 通过导体的电流 单位安培 A I 导体电阻 一单位欧姆 R 导体通过电流的时间 单位秒 S t 焦耳一楞次定律的物理意义是 电流通过导体所产生的热量 与电流强度的平方 导体的电阻及通电时间成正比 在生产和生活中 应用电流热效应制作各种电气 如白炽灯 电烙铁 电烤箱 熔断器等在工厂中最为常见 电吹风 电褥子等 常用于家庭中 但是电流的热效应也有其不利的一面 如电流的热 效应能使电路中不需要发热的地方 如导线 发热 导致绝缘材料老 化 甚至烧毁设备 导致火灾 是一种不容忽视的潜在祸因 例题 2 已知当一台电烤箱的电阻丝流过 5 A 电流时 每分钟 可放出 1 2 J 的热量 求这台电烤箱的电功率及电阻丝工作时 6 10 的电阻值 解 根据公式 1 4 电烤箱的电功率为 6 1 2 10 20kW 60 WQ P tt 电阻丝工作时电阻值为 2 20000 800 25 P R I 1 1 2 2 电电 路路 一 电路的组成和作用一 电路的组成和作用 电流所流过的路径称为电路 它是由电源 负载 开关和连接 导线等 4 个基本部分组成的 如图 1 3 所示 电源是把非电能转换 下载文档可编辑 成电能并向外提供电能的装置 常见的电源有干电池 蓄电池和发 电机等 负载是电路中用电器的总称 它将电能转换成其他形式的 能 如电灯把电能转换成光能 电烙铁把电能转换成热能 电动机 把电能转换成机械能 开关属于控制电器 用于控制电路的接通或 断开 连接导线将电源和负载连接起来 担负着电能的传 输和分配的任务 电路电流方向是由电源正极经负载流到电源 负极 在电源内部 电流由负极流向正极 形成一个闭合通路 二 电路图二 电路图 在设计 安装或维修各种实际电路时 经常要画出表示电路连 接情况的图 如果是画如图 1 3 所示的实物连接图 虽然直观 但 很麻烦 所以很少画实物图 而是画电路图 所谓电路图就是用国 家统一规定的符号 来表示电路连接情况的图 表 1 2 是几种常用 的电工符号 图 1 4 是图 1 3 的电路图 表表 1 1 2 2 几种常用的电工符号几种常用的电工符号 下载文档可编辑 名称符号名称符号 电池电流表 导线电压表 开关熔断器 电阻电容 照明灯接地 三 电路的三种状态三 电路的三种状态 电路有三种状态 即通路 开路 短路 通路是指电路处处接通 通路也称 为闭合电路 简称闭路 只有在通路的 情况下 电路才有正常的工作电流开路 是电路中某处断开 没有形成通路的电 路 开路也称为断路 此时 电路中没有电流 短路是指电源或负载两端被导线连接在一起 分别称为电源短路或负载短路 电源短路时电源提供的电流要比通 路时提供的电流大很多倍 通常是有害的 也是非常危险的 所以 一般不允许电源短路 1 1 3 3 欧姆定律欧姆定律 一 一段电阻电路的欧姆定律一 一段电阻电路的欧姆定律 所谓一段电阻电路是指不包括电源在内的外电路 如图 1 5 所 示 实验证明 二段电阻电路欧姆定律的内容是 流过导体的电流 强度与这段导体两端的电压成正比 与这殷导体的电阻成反比 其 数学表达式为 U I R 下载文档可编辑 式中 导体中的电流 A I 导体两端的电压 V U 导体的电阻 R 在公式 1 7 中 已知其中两个量 就可以求出第三个未知量 公式 1 7 又可写成另外两种形式 1 已知电流 电阻 求电压 UIR 2 已知电压 电流 求电阻 U R I 例题 3 一台直流电动机励磁绕组在 220V 电压作用下 通过绕 组的电流为 0 427A 求绕组的电阻 解 已知电压 U 220 V 电流 I 0 427 A 由公式 1 9 得 220 515 2 0 427 U R I 二 全电路欧姆定律二 全电路欧姆定律 全电路是指含有电源的闭合电路 全电路是由各段电路连接成 的闭合电路 如图 1 6 所示 电路包括电源内部电路和电源外部电 路 电源内部电路简称内电路 电源外 部电路简称外电路 在全电路中 电源 电动势E 电源内电阻r 外电路电阻 R和电路电流I之商的关系为 E I Rr 式中 电路中的电流 A I 电源电动势 V E 外电路电阻 R 下载文档可编辑 内电路电阻 r 公式 1 10 是全电路欧姆定律 定律说明电路中的电流强度与 电源电动势 成正比 与整个电路的电阻 成反比 ERr 将公式 1 10 变换后得到 EIRIrUIr 式中 外电路电压 U 内电路电压 Ir 外电路电压是指电路接通时电源两端的电压 又叫做路端电压 简称端电压 这样 公式 1 11 的含义又可叙述为 电源电动势在 数值上等于闭合回路的各部分电压之和 根据全电路欧姆定律研究 全电路处于三种状态时 全电路中电压与电流的关系是 1 当全电路处于通路状态时 由公式 1 11 可以得出端电压 为 UEIr 由公式可知 随着电流的增大 外电路电压也随之减小 电源 内阻越大 外电路电压减小得越多 在直流负载时需要恒定电压供 电 所以总是希望电源内阻越小越好 2 当全电路处于断路状态时 相当于外电路电阻值趋于无穷大 此时电路电流为零 开路内电路电阻电压为零 外电路电压等于电 源电动势 3 当全电路处于短路状态时 外电路电阻值趋近于零 此时电 路电流叫短路电流 由于电源内阻很小 所以短路电流很大 短路 时外电路电压为零 内电路电阻电压等于电源电动势 全电路处于三种状态时 电路中电压与电流的关系见表1 3 下载文档可编辑 表表 1 1 3 3 电路中电压与电流的关系电路中电压与电流的关系 电路状态负载电阻电路电流外电路电压 通路 常数RE I Rr UEIr 开路R 0I UE 短路0R E I r 0U 通常电源电动势和内阻在短时间内基本不变 且电源内阻又非 常小 所以可近似认为电源的端电压等于电源电动势 今后不特别 指出电源内阻时 就表示其阻值很小忽略不计 但对于电池来说 其内阻随电池使用时间延长而增大 如果电池内阻增大到一定值时 电池的电动势就不能使负载正常工作了 如旧电池开路时两端的电 压并不低 但装在收音机里 却不能使收音机发声 这是由于电池 内阻增大所致 例题 4 如图 1 一 6 所示的电路 电源电动势 24 V 电源内阻E 4 负载电阻 20 求电路中的电流 电源的端电压 负载r R 电压和电源内阻电压 解 根据公式 1 10 电路中的电流 24 1A 204 E I Rr 由公式 1 一 11 电路中电源的端电压 241 4 20VUEIr 根据公式 1 8 电路中的负载电压 1 20 20VUIR 根据公式 1 一 8 电路中电源内阻的电压 1 44V r UIr 下载文档可编辑 1 1 4 4 电阻的串联 并联电路电阻的串联 并联电路 一 电阻的串联电路一 电阻的串联电路 在一段电路上 将几个电阻的首尾依次相连所构成的一个没有 分支的电路 叫做电阻的串联电路 如图 1 7a 所示是电阻的串联 电路 图 1 7b 是图 1 7a 的等效电路 电阻的串联电路有以下特 点 1 串联电路中流过各个电阻的电流都相等 即 123 IIII n I 2 串联电路两端的总电压等于各个电阻两端的电压之和 即 12 UUU n U 3 串 联电 路的 总电 阻 即等效电阻 等于各串联的电阻之和 即 12 RRR n R 根据欧姆定律得出 可以得出 11 UIR 22 UIR UIR 12 2 UU UR U R 或者 下载文档可编辑 11 UR UR 22 UR UR 此公式表明 在串联电路中 龟阻的阻值越大 这个电阻所分 配到的电压越大 反之 电压越小 即电阻上的电压分配与电阻的 阻值成正比 这个理论是电阻串联电路中最重要的结论 用途极其 广泛 比如 用串联电阻的办法来扩大电压表的量程 在如图 1 7a 所示的 电路中 将代人公式 1 14 12 RRR 式中 1 1 12 2 2 12 R UU RR R UU RR 这两个公式可以直接计算出每个电阻从总电压中分得的电压值 习惯上就把这两个式子叫做分压公式 电阻串联的应用极为广泛 例如 1 用几个电阻串联来获得阻值较大的电阻 2 用串联电阻组成分压器 使用同一电源获得几种不同的电压 如图 1 8 所示 由 R R4 组成串联电路 使用同一电源 输出 4 种不同数值的电压 下载文档可编辑 3 当负载的额定电压 标准工作电压值 低于电源电压时 采用 电阻与负载串联的方法 使电源的部分电压分配到串联电阻上 以 满足负载正确的使用电压值 例如 一个指示灯额定电压 6 V 电 阻 6 若将它接在 12 V 电源上 必须串联一个阻值为 6的电阻 指示灯才能正常工作 4 用电阻串联的方法来限制调节电路中的电流 在电工测量中 普遍用串联电阻法来扩大电压表的量程 二 电阻的并联电路二 电阻的并联电路 将两个或两个以上的电阻两端分别接在电路中相同的两个节点 之间 这种连接方式叫做电阻的并联电路 如图 9a 所示是电阻 的并联电路 图 1 9b 是图 9a 的等效电路 电阻的并联电路有如下特点 1 并联电路中各个支路两端的电压相等 即 12 UUU n U 2 并联电路中总的电流等于各支路中的电流之和 即 12 III n I 3 并联电路的总电阻 即等效电阻 的倒数等于各并联电阻的倒数之 和 即 12 111 RRR 1 n R 若是两个电阻并联 根据公式 1 18 可求并联后的总电阻为 下载文档可编辑 12 12 R R R RR 根据公式 1 l6 及欧姆定律可以得出 1 1 n n n n IR IR IR IR 公式 1 20 表明 在并联电路中 电阻的阻值越大 这个电阻 所分配到的电流越小 反之越大 即电阻上的电流分配与电阻的阻 值成反比 这个结论是电阻并联电路特点的重要推论 用途极为广 泛 比如 用并联电阻的办法 扩大电流表的量程 电阻并联的应用 同电阻串联的应用一样 也很广泛 例如 1 因为电阻并联的总电阻小于并联电路中的任意一个电阻 因 此 可以用电阻并联的方法来获得阻值较小的电阻 2 由于并联 电阻各个支路两 端电压相等 因 此 工作电压相 同的负载 如电 动机 电灯等都 是并联使用 任 何一个负载的工作状态既不受其他负载的影响 也不影响其他负载 在并联电路中 负载个数增加 电路的总电阻减小 电流增大 负 载从电源取用的电能多 负载变重 负载数目减少 电路的总电阻 增大 电流减小 负载从电源取用的龟能少 负载变轻 因此 人 们可以根据工作需要启动或停止并联使用的负载 3 在电工测量中应用电阻并联方法组成分流器来扩大电流表的 下载文档可编辑 量程 1 1 5 5 电工测量基本知识电工测量基本知识 自然界中的物理量 都可以使用特定的工具来进行测量 测量 各种电量的仪器仪表 统称为电工测量仪表 电工测量仪表种类繁 多 最常见的是测量基本电量的仪表 电工仪表依据测量方法 仪表结构 仪表用途来分 有很多种 概括来说 电工仪表用来测量电路中的电流 电压 电功率 电功 功率因数 电量的频率 电阻 绝缘状况等物理量 由此就有用各种 被测物理量冠名的仪表 如电流表 电压表等 其中一些电量要在 后续课程中介绍 本书简单介绍电工应用中最常用的仪表 万用 表 万用表是一种便携式仪表 由于其能够测量交流 直流电压或 电流参数 以及电路中的电阻等 被称为万用表 根据万用表内部 结构 工作原理的不同 可以把万用表分为 机械指针式万用表 简 称机械表 笼和电子数显式万用表 简称电子表 两类 本节重点介绍 机械表 一 万用表的外形及基本组成一 万用表的外形及基本组成 如图 1 10 所示 是机械指针式万用表的外形 下载文档可编辑 操作万用表的主要部分有三个 挡位拨盘 表笔 读数表头 万用表除了这几部分外 最主要的是表内电路和表头机电基本体模 块部分 万用表的表壳部分承担着各部分的保护与承载的责任 由 于万用表是一种移动测量仪表 容易受到磕碰摔砸的损害 所以应 注意防护 1 挡位拨盘 如图 1 11 所示 用于选择测量哪种物理量 一般万用表都至 少设有如下四个挡位 每个挡位又分为几个不同量限或不同倍率的 挡位 交流电压挡 测量交流电压 如图 1 11 所示 又分为 10 V 50 V 250 V 500 V 1 000 V 五个子挡位 直流电压挡 测量直流电压 如图 1 11 所示 又分为 0 25 V 2 5 V 10 V 50 V 250 V 500 V 六个子挡位 直流电流挡 用于测量直流电流值 如图 1 11 所示 又分为 下载文档可编辑 1 mA 10 mA 100 mA 1 000 mA 四个子挡位 电阻挡 用于测量电器阻值 如图 1 11 所示 又分为 1 10 l00 1 k 四个子挡位 电压 电流的每个挡位的数值表示的是量限 或量程 待测的 物理量值应小于该值 在选择挡位时 要选择一个挡位量限大于被 测量值 并且与被测量值最接近的一个量限的挡位 比如 要测一 个直流电压 估计其值约为 190 V 则应选择直流 250 V 挡位 此 时挡位值 250 V 大于被测量 190 V 且 250 V 挡位比 500 V 1 000 V 两个挡位更接近被测量值 这样选择既能保证万用表的安全 又 能保证测量精度 机械表电阻挡的几个挡位表示几个不同的倍率 由于机械表的 表头指针在整个刻度的 20 80 之间 读数比较准确 尤其是电 阻挡位对应的表头刻度的非均匀性 在这个范围内更利于读取数值 所以 利用电阻挡的倍率选择 可以使表头指针落在该范围内 电 子表电阻挡位的标示数值与电流 电压的数值一样 表示量限 不 是倍率 电子表的挡位选择方法与电流 电压挡位一样 2 表头 如图 1 12 所示为万用表表头 机械表头有若干条刻度线 刻度线 1 是电阻值读取线 指针指 向最右端 指示值为 0 指针指向最左端 指示值为 注意被测电 阻的实际阻值是指示值与所选挡位的倍率的乘积 比如 在 R 1 k 挡 当从刻度线上读取 35 时 如图 1 13 所示 电阻的测量阻值为 35 1 k 35 k 刻度线 2 是均匀刻度线 用于 下载文档可编辑 读取电压 电流的指示值 被测对象的测量值也经常需要从读 取值换算而得到 比如使用直流电压 500 V 挡 按 50 刻度线读数 如果读取值为 43 如图 1 一 14 所示 则被测电压的测量值为 43 500 50 430 V 如果按 250 刻度线读数 见刻度线 读数应 为 215 则被测电压的测量值为 215 500 250 430 V 即从同二 类的刻度线读数 经过换算 得到的测量值是一样的 机械表头经 常还有其他一些刻度线 请参照有关书籍 电子表头的读数比较简单 可直接读数 然后冠以所选挡位的 单位 即是被测对象的测量值 比如使用电流 20 mA 挡 读数值为 15 5 则测量值为 l5 5 mA 3 表笔 万用表的两表笔一般使用红黑两种颜色 红表笔一般插在标有 十 的插孔内 黑表笔一般插在标有 一 的插孔内 测量电压 下载文档可编辑 时 红 黑表笔分别接在高 低电位端 测量电流时 红 黑表笔 分别接在电流的流入端和流出端 否则表针会反向打针 对万用表 不利 二 万用表的使用步骤二 万用表的使用步骤 1 确认万用表的状态 保证各部分的功能正常可靠 2 明确要测量的物理量 一般包括交流电压 直流电压 直流 电流和电阻器阻傅 3 选择合适的挡位 如前所述 4 适当接人被测对象 测量电压时 直接将红 黑表笔并接在 被测元件的高 低电位两端或电路中的高 低电位点上 测量电流 时 须断开被测电路 将红 黑表笔接八电路的电流流出 流入端 使电流经红表笔流入表内 从黑表笔流出时测量电阻器阻值时 电 阻器须脱离电路 然后将表笔两端接在电阻器两端测量即可 5 获取测量值 读取刻度值 并进行必要的换算及冠以单位 如前所述 6 测量值的分析 对测得值要进行确认 是否合理 是否具备 科学性 三 万用表的使用注意事项三 万用表的使用注意事项 1 万用表是便携式仪表 本身精度不高 可能有 5 以内的误 差 2 测量电阻时 首先要进行电阻值调零 方法是将表笔短接 使用万用表面板上的调零钮进行调整 3 注意检查万用表内的电池 当电量不足时 会影响电阻的测 量 4 万用表最容易发生的损坏是 当万用表处在电流挡时 测量 下载文档可编辑 电压 此时极易永久性损坏内部电路及表头 避免的办法是 每次 用完万用表 都将挡位置于交流电压最高挡 一般为 1 000 V 习习 题题 1 电流是用来表示 的物理量 常用的单位是 2 电阻是用来表示 的物理量 常用的单位是 3 电压是用来表示 的物理量 常用的单位是 4 分别用公式来表示下面各组量之间的关系 1 电量 电流 时间 2 电流 电压 电阻 3 电功 电功率 时间 5 电流通过导体的发热现象叫 发热的多少与 的平方成正比 与电阻的阻值成 与时间成正 比 这个关系写成公式是 6 导体中电流的方向规定是 的方向 电流方向与电 子流方向 7 简单描述电路各组成部分的作用 8 画图表示电路的 3 种状态 9 镍铬电炉丝的电阻率是 1 1 m 炉丝截面积 6 10 0 6 如果将电炉接在 220 V 的电源上 使炉丝通过 3 A 的电流 2 mm 应选用多长的电炉丝 10 有两只灯泡 一只110 V 110 W 另一只110 V 60 W 试问 哪只灯泡的电阻大 若将两只灯泡串联接在220 V的线路中 是否可 下载文档可编辑 以正常使用 通电后有什么现象 11 有 3 个电阻 5 3 2 串联后接在 12 1 R 2 R 3 R V 的电源上 求电路中的电流 各电阻上的电压 12 有两只220 V的灯泡 一只15 W 另一只25 W 并联接在 220 V电源上 求电路的等效电阻 总电流和各灯泡流过的电流 13 有60 W 40 W 20 W三只220 V的灯泡 要接在220 V电源 上正常使用 应采取哪种连接方式 画出电路图 14 将两只220 V 60 W的灯泡串联接入220 V电路中 每只灯泡 实际消耗的电功率是多少 灯泡的寿命有何变化 这种情况是否可以 应用到实际生活中 举例说明 15 简单叙述电工技术中广泛使用铜材料的原因 16 列举几项节电方法 17 万用表一般有 和 两种类型 一般万 用表可用来测量 和 三种物理量 18 万用表最容易发生的永久损坏是当万用表处于 挡位时 被用来测量 19 用万用表测量电阻时 要先对万用表进行 操作 20 使用万用表测量交 直流电压 电流 下载文档可编辑 第二章第二章 电磁的基本知识电磁的基本知识 本章学习要点本章学习要点 1 熟悉磁的特性及磁的表示方法 熟悉磁通 磁感应强度 磁导率的概念以及铁磁材料的特点 2 熟悉电生磁 磁生电及磁对电流的力的作用的三个现 象 了解三个现象方向判定关系 定性掌握磁场对电流的力的 作用规律 3 熟悉自感 互感现象 了解典型应用和避害知识 人们的生活因为有了电而便捷 精彩 时尚 人们总爱假想 如果有一天 这个世界突然没了电 可是 如果这个世界 没有了磁 会怎样呢 实际上电与磁有着密不可分的关系 正因为有了这个关系 我 们才有了电 电灯 电视 电话 计算机 电动机 同时一也 因为这个关系 导致了我们的电气寿命的短暂 突发故障的不约而 至 你想知道这是什么原因吗 2 2 1 1 磁的基本知识磁的基本知识 一 磁现象一 磁现象 早在 2 000 多年前 我们的祖先就发现了磁铁矿石具有吸引铁 的性质 人们把物体能够吸引铁 钻 镍及其合金的性质称为磁性 把具有磁性的物体叫做磁体 磁体上磁性最强的位置称为磁极 磁 体有两个磁极 即南极和北极 通常用字母 S 表示南极 常涂红色 用字母 N 表示北极 常涂绿色或白色 条形 蹄形 针形磁铁的磁 极位于它们的两端 值得注意的是任何一个磁体的磁极总是成对出 现的 若把一个条形磁铁分割成若干段 则每段都会同时出现南极 北极 这叫做磁极的不可分割性 磁极与磁极之间存在的相互作用 下载文档可编辑 力称为磁力 其作用规律是同性磁极相斥 异性磁极相吸 一根没 有磁性的铁棒 在其他磁铁的作用下获得磁性的过程叫磁化 如果 把磁铁拿走 铁棒仍有的磁性则称为剩磁 二 磁场 磁感应线二 磁场 磁感应线 磁体周围存在磁力作用的空间称为磁场 我们经常看见两个互 不接触的磁体之间具有相互作用力 它们是通过磁场这一特殊物质 进行传递的 磁场之所以是一种特殊物质 是因为它不是由分子和 原子等粒子组成的 虽然磁场是一种看不见 摸不着的特殊物质 但通过实验可以证明它的存在 例如 在一块玻璃板上均匀地撒些 铁粉 在玻璃板下面放置一个条形磁铁 铁粉在磁场的作用下排列 成规则线条 如图 2 1 所示 这些线条都是从磁铁的 N 极到 S 极 的光滑曲线 如图 2 一 1b 所示 我们把这些曲线称为磁感应线 用 它能形象描述磁场的性质 实验证明磁感应线具有下列特点 1 磁感应线是闭合曲线 在磁体外部 磁感应线从 N 极出发 然后回到 S 极 在磁体内 部 是从 S 极到 N 极 这叫做磁感应线的不可中断性 如图 2 2 所 示 2 磁感应线互不相交 下载文档可编辑 这是因为磁场中任何一点磁场方向只有一个 3 磁感应线的疏密程度与磁场强弱有关 磁感应线稠密表示磁场强 磁感应线稀疏表示磁场弱 三 磁通 磁感应强度三 磁通 磁感应强度 为了描述磁场在上定面积上的分布情 况而引入了磁通这一物理量 在磁场中 把通过与磁场方向垂直的 某一面积的磁感应线的总数目 叫做通过 该面积的磁通 用字母表示 磁通的单 位是韦伯 简称韦 用 Wb 表示 磁感应强度是用来表示磁场中各点磁场强弱和方向的物理量 用字母 B 表示 垂直通过单位面积的磁感应线的数目叫做该点的磁感应强度 它既有大小 又有方向 在磁场中某点磁感应强度的方向 就是位 于该点磁针北极所指的方向 它的大小在均匀磁场中可表示为 B S 式中 一磁感应强度 T B 磁通 Wb 垂直于磁感应线方向通过磁感应线的面积 S 2 m 公式 2 1 说明磁感应强度的大小等于单位面积的磁通 如果 通过单位面积的磁通越多 则磁感应线越密 磁场也越强 反之磁 场越弱 磁感应强度的单位是韦 米 称为特斯拉 简称特 用字母 T 2 表示 下载文档可编辑 四 磁导率四 磁导率 实验证明 铁 钻 镍及其合金对磁场影响强烈 具有明显的 导磁作用 但是自然界绝大多数物质对磁场影响甚微 导磁作用很 差 为了衡量各种物质导磁的性能 引入磁导率这一物理量 用字 母 表示 磁导率的单位为亨利 米 H m 不同物质有不同的磁导 率 在其他条件相同的情况下 某些物质的磁导率比真空中的强 另一些物质的磁导率比真空中的弱 经实验测得真空的磁导率为 且是常数 7 0 410H m 为了便于比较各种物质的导磁性能 把各种性质的磁导率与真 空中的磁导率进行比较 引人相对磁导率这一物理量 任何一种物 质的磁导率与真空的磁导率的比值叫做相对磁导率 用以表示 即 0 r 相对磁导率没有单位 只是说明在其他条件相同的情况下 物 质的磁导率是真空磁导率的多少倍 根据各种物质的磁导率的大小 可将物质分成三类 1 的物质叫做顺磁物质 如空气 铝等 r 1 的物质叫做铁磁物质 如铁 钴 镍及其合金等 r 由于铁磁物质的相对磁导率很高 所以铁磁物质被广泛地应用 于电工技术方面 如制作变压器 电磁铁 电动机的铁心等 表 2 1 中列出了几种铁磁物质的相对磁导率 供参考 表表 2 2 1 1 几种铁磁物质的相对磁导率几种铁磁物质的相对磁导率 铁磁物质名称 相对磁导率 r 钴 174 下载文档可编辑 镍 1 120 退火的铁 7 000 软钢 2 180 硅钢片 7 500 镍铁合金 60 000 坡莫合金 115 000 2 2 2 2 电流的磁场电流的磁场 一 通电直导线的磁场一 通电直导线的磁场 磁铁周围有磁场 通电直导线的周围也 有磁场 例如 一根直导线垂直穿过水平放 置的纸板 在纸板上均匀地撒些铁粉 当直 导线通电时 铁粉以导线为中心形成许多同 心圆 如图 2 3 所示 铁粉的分布情况表 示磁感应线分布情况 若直导线中电流消失 则纸板上的铁粉又呈均匀分布 从而证明了 动电生磁 即磁场是伴随电流而存在的 而电流永远被磁场所 包围 经实验证明 磁场方向与电流方向有关 若直导线垂直纸面 电流向着读者而来 则磁场方向是逆时针方向 若直导线上的电流 是离开读者而丢 则磁场方向为顺时针方向 如图 2 4a 所示 为了讨论问题方便起见 规定用符号 分别表示电 流或磁感应线垂直进人和流出纸面的方向 下载文档可编辑 通电直导线周围磁场方向与导线中的电流方向之间的关系可用 安培定则 又称右手螺旋定则 进行判定 其具体内容是 右手拇指 指向电流方向 贴在导线上 其余四指弯曲握住直导线 则弯曲四 指的方向就是磁感应线的环绕方向 如图 2 4b 所示 实验证明 通电直导线四周的磁感应线距直导线越近 磁感应 线越密 磁感应强度越大 反之 磁感应线越疏 k 磁感应强度越小 导线中通过电流越大 靠近直导线的磁感应线越密集 磁感应强度 越大 反之 导线中通过电流越小 靠近直导线的磁感应线越稀疏 磁感应强度越小 二 通电螺线管的磁场二 通电螺线管的磁场 已经知道通电直导线周围有磁场存在 若将通电直导线绕成多 匝螺线管后 在它的周围还有磁场存在吗 为证实这个问题 将磁针 放在螺线管附近科当螺线管不通电时 磁针没有偏转 当通电时 磁针发生偏转 这就说明通电螺线管周围有磁场存在 对于一个确 定的螺线管 磁场的强弱与螺线管中所通过的电流大小成正比 通电螺线管磁场方向 与螺线管中通过的电流方向的关系 用 右手螺旋定则进行判定 如图 2 5 所示 右手螺旋定则的内容是 用右手握住螺线管 让弯曲的四指所 指的方向与螺线管中流过的电流方向一致 那么拇指所指的那一端 下载文档可编辑 就是螺线管的 N 极 由图 2 5 可知 通电螺线管的磁场与条形磁铁 的磁场相似 因此 一个通电螺线管相当于一块条形磁铁 总之 凡是通电的导线 在其周围必定会产生磁场 从而说明 电流与磁场之间有着不可分割的联系 电流产生磁场的这种现象叫 做电流的磁效应 三 磁场对载流直导线的作用三 磁场对载流直导线的作用 通过前面学习已经知道 两块磁铁之间有力的作用一载流直导 线周围也存在磁场 若将其放入磁场中 两者之间也会产生力 现 在用如图 2 6 所示的实验来证实这一问题 在图 2 6a 中 U 形磁铁中水平放置一根直导线 它与磁感应 线垂直 当导线上没有电流通过时 导线在磁场里静止不动 当导 线上有电流通过 且背离读者而去 则导线因受磁场作用而向左运 动 若改变导线中的电流方向 见图 2 6b 即电流方向指向读者 则导线受磁场作用向右运动 上述实验说明载流直导线在磁场的作 用下而产生运动 在磁极固定时 运动方向与电流方向有关 若导 线中电流方向不变 只改变磁极方向 则导线的运动方向也发生改 变 电动机就是利用载流导线在磁场中产生运动的原理制成的 想一想 如果将一个铁磁性材料插入到线圈中 对线圈 的磁场有什么影响 这一点会有什冬应用 下载文档可编辑 载流直导线在磁场作用下产生运动 而运动是在力的作用下产 生的 载流直导线在磁场中所受到的力称为电磁作用力 简称电磁 力 用字母 F 表示 电磁力既有大小 也有方向 电磁力方向 即导线运动方向 电流方向和磁场方向三者相互 垂直 因为电磁力的方向与磁场方向及电流方向有关 所以 用左 手定则 又称电动机定则 来判定兰者之间的关系 左手定则的内容是 伸平左手 使大拇指与其余四指垂直 手心对着 N 极 让磁感应线垂直穿过手心 四 指的指向代表电流方向 则大拇指所 示的方向就是磁场对载流直导线的作 用力方向 如图 2 7 所示 实验证明 在匀强磁场中 当载 流直导线与磁场方向垂直时 磁场对载流直导线作用力的大小 与 导线所处的磁感应强度 通过直导线的电流以及导线在磁场中的长 度的乘积成正比 即 FBIL 式中 磁感应强度 Wb B 2 m 直导线中通过的电流 A I 直导线在磁场中的长度 m L 直导线受到的电场力 N F 四 磁场对通电线圈的作用四 磁场对通电线圈的作用 由于磁场对通电导线有作用力 因此 磁场对通电线圈也有力的作用 在均匀磁场 中放置一个矩形通电线圈 abcd 如图 2 8 所示 下载文档可编辑 当线圈平面与磁感应线平行时 因为 ab 和 dc 边与磁感应线平 行 不受磁场作用 没有电磁力 ad 和 bc 边与磁感应线 垂直 受磁场作用而有电磁力 根据左手定则 ad 边的受力方 向是垂直向上 而 bc 边的受力方向是垂直向下 因为 ad bc 根 据公式 2 3 可知 ad 和 bc 边所受的电磁力大小相等 由于这 一对电磁力大小相等 方向相反 所以构成一对力偶 故线圈在力 偶的作用下 围绕轴线做顺时针旋转 如图 2 8 所示是一个单 OO 匝线圈的直流电动机的工作原理图 2 2 3 3 电磁感应电磁感应 电和磁是可以互相转化的 在一定条件下 电流能够产生磁场 同样 磁场也能使导线中产生电流 磁转化为电的现象叫做电磁 感应 一 电磁感应现象一 电磁感应现象 为了研究电磁感应现象 先做两个实验 实验一 将直导线 AB 放在磁场中 它的两端与检流计连接构成 闭合回路 如图 2 6 所示 当导线向右移动垂直切割磁感应线时 检流计指针偏转 如图 2 9a 所示 表示导线中有电流