电工证培训教材

电工企业部取证学习资料热电三分公司培训科编制2012年9月第一章 电工基础第一节 直流电路 一、直流电路的基本概念（一）电路 电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电气设备或元件按一定方式组合起来的。它的作用是实现电能的传输和转换，其中包括电源、负载和中间环节三个组成部分。1、电源它在电路中的作用是将其它形式的能量转换为电能。例如发电机和干电池都是电源，它们分别将机械能和化学能转换成电能。2、负载它在电路中的作用是将电能转换成其它形式的能量，例如灯泡和电动机等。灯泡将电能转换成光能和热能，电动机将电能转换为机械能。3、导线（中间环节）导线是用来连接电源和负载，起着传输和分配电能的作用。（二）电流电流是指电荷在电场力的作用下定向移动的现象。习惯上，规定正电荷移动的方向为电流的正方向。电流的大小用单位时间在导线横截面上通过的电荷量的多少来衡量，称为电流强度，简称电流，用字母I表示,电流的单位是安，用字母A表示。 （三）电压与电位1、电压图1.2 电压与电位关系在电场力的作用下使电荷移动，电场力就会对电荷做功，电压就是用来衡量电场力移动电荷做功的能力，如在电场力的作用下将单位正电荷从电场的某一点（a点）移到电场的另一点（b点），电场力所做的功，就称为该两点之间的电压，电压的单位是伏，用字母V表示。电压的正方向，习惯规定电场力移动正电荷的方向，即高电位到低电位的方向，也就是顺电压的方向电位在降低，所以电压又叫电压降。2、电位在电场力的作用下将单位正电荷从电场的某点（a点）移到参考点（0点）所做的功，称为该点的电位，由此可见电位实际上也是电压，是电路中某点与参考点之间的电压。 某点的电位比参考点的电位高的，该点电位为正，比参考点电位低的，该点电位为负。电位的单位与电压的单位相同，也用V表示。3、电压与电位的关系在电路中，任意两点之间的电位差称为这两点之间的电压，如图1.2所示（四）电动势为了维持电路中的电流，就必须维持电路两端的电压。电路中的电源就是起维持电路两端电压的作用，因为在电源部这种推动电荷移动的作用力称为电源力，电动势就是用来衡量这种电源力做功的能力。在电源力的作用下，将单位正电荷从电源负极移到正极所做的功，称为电源电动势，用字母E表示，电动势的单位与电压相同，也用V表示。电动势的正向是从负极指向正极，也就是从电源的低电位指向高电位。顺着电势的方向是电位升高的方向，所以电动势又称为电压升。（五）电阻当电流流过导体时，导体对电流有阻碍作用，这种阻碍作用就是电阻，用字母R或r表示。电阻的单位为欧，用字母表示。图1.3 电阻电路图金属导体的电阻大小由实验可知，导体电阻值的大小与导体长度成正比，与导体截面成反比，还与导体的材料有关，用数学公式表示为式中 导体长度（m） 导体截面（）电阻率，它表示长1m，截面为1导体的电阻值（）。另外，导体的电阻值还与温度有关。 （六）电功与电功率电流可以使电灯发光、电熨斗发热、电动机带动机器旋转，实现了电能和光、热、机械能之间的转换，这说明电流做了功。电流所做的功称为电功，用字母A表示。如图1.3所示电功常用的单位是千瓦·时，用字母kW·h表示。单位时间电流所做的功称为电功率，用字母表示，即电功率常用的单位是瓦，用字母W表示。电功表示在时间t电场力移动电荷所做的功，而电功率表示在1s时间电场力移动电荷所做的功，前者反映做功的多少，后者反映做功的速度。二、电流的热效应我们所使用的电炉、电烙铁、电熨斗等用电器都是根据电流的热效应来制成的。但电流的热效应也有不利的一面，如发电厂的发电机、电动机、变压器等设备的绕组都是用导线绕制的，导线有电阻，当电流流过绕组时，就会发热。这样，不但消耗了能量（因为热量是由电能转换的），而且会使上述设备的温度升高，加速了绝缘材料（绕组的导线外面都包有绝缘）的老化变质，影响设备的使用寿命。所以制造厂都规定了电气设备的额定值（如额定功率、额定电流等），使用时务必注意。三、电阻的连接（一）电阻的串联电阻的串联，就是把电路中的几个电阻一个连着一个成串地连接起来。如图1.4所示就是两个电阻串联的电路。在这个电路的两端加上电压，流过电路的电流为。 (a) (b)图1.4 两电阻串联电路图(a )两电阻串联; (b) 等值电阻电阻串联电路有以下特点：（1）流过每个电阻的电流都相等。如图1.4（a）中，流过的电流是同一个电流，即都是。 （2）电路两端的总电压等于各个电阻上电压之和。在图1.4(a)中，总电压为，电阻上的电压为，电阻上的电压为， （3）电路的等值电阻（总电阻）等于各串联电阻之和， （4）串联电路中，每个电阻上的电压与电阻成正比， 流过每个电阻的电流相等，电阻值大的，两端电压一定高；反之，则电压低。 （5）串联电路中，电阻大的消耗的功率大，电阻小的消耗的功率小。 （二）电阻的并联电阻的并联，就是将几个电阻的一端联在一起，另一端也联在一起。如图1.5所示就是两个电阻与并联的电路。在这个电路两端加上电压，电路中总电流为。电阻并联电路，有以下特点：（1）各并联电阻两端电压相等。如图1.5(a)中两个并联电阻与上的电压都等于外加电压。 (a) (b)图1.5 两电阻并联的电路图(a)两电阻并联；（b）等值电阻（2）并联电路的总电流等于流过各个并联电阻的电流之和。如图1.5(a)所示，电流关系如下 （3）并联电路等值电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和， （4）并联电路中，流过每个电阻的电流与各自的电阻成反比， 加在每个电阻两端的电压相等，电阻值大的，流过电阻的电流一定小；反之，则电流大。 （5）并联电路消耗的总功率，等于各并联电阻消耗的功率之和， 并联电路中，电阻大的消耗功率小，电阻小的消耗功率大。 （三）电阻的混联有串联又有并联所构成的电路称作电阻混联电路。这时，可以根据串联和并联电路的计算方法，逐步把电路简化，便可求出这个电路的等值电路。第二节 磁和电路一、电流与磁场（一）电流周围的磁场磁场可以用磁力线来表示，磁力线的方向是从N极出发回到S极，在磁极部由S极到N极，形成闭合回路，磁力线的密和疏表示磁场的强和弱。也可以用磁通或磁通密度来表示磁场。通过某一截面的磁力线总根数叫做磁通，用字母表示。通过单位面积的磁力线根数叫做磁通密度，简称磁密或磁感应强度，用字母表示。通过有电流的导线周围和条形磁铁的周围都有磁场。导线周围的磁场是由导线过的电流产生的，即电流可以产生磁场。（二）磁场对载流导体的作用 把自由悬挂的一根直导线放在蹄形磁铁的磁场中，并使导线与磁力线方向垂直。未通电时，导线静止不动；当接通电源，电流方向是由时，就会看到导线向里面移动，这说明导线受到一个向里面的力。这个力是磁铁的磁场对通电导线的作用力，称它为电磁力。如果改变导线中的电流方向，就会看到导线向外面移动。如果不改变导线中的电流方向，而改变磁场方向（将磁铁的N，S极位置倒换），也会看到导线运动方向也随之改变。由此可知，电磁力的方向与电流的方向和磁场的方向有关，这个关系可用左手定则确定：将左手伸直展平，使拇指和其余四指垂直，手心对着磁力线方向，四指指向是电流方向，这时拇指所指的方向就是电磁力的方向。二、电磁感应（一）直导线中的感应电动势感应电动势的方向与磁场的方向、导线切割磁力线的方向有关，这个关系可由右手定则确定：右手伸直展平，拇指和其余四指垂直，手心对着磁力线方向，拇指指向导线运动的方向，四指的指向就是感应电动势的方向。通过实验还证明，直导线中的感应电动势的大小与磁感应强度、导线长度以与导线运动速度有关。发电机就是根据这个原理制成的。（二）线圈中的感应电动势线圈中感应电动势的大小与穿过线圈磁通的变化量与线圈匝数成正比。当磁通增加时，拇指指向与磁铁方向相反（拇指向上指），四指的回绕方向就是感应电动势的方向。当磁通减少时，拇指指向与磁铁方向相同（拇指向下指），四指的回绕方向就是感应电动势的方向。结论是线圈中感应电动势的方向总是企图使它所产生的电流反抗原来磁通的变化（磁铁的插入或拔出）。 （三）自感电动势当变化的电流流过线圈时，便产生变化的磁通，变化的磁通穿过线圈，在线圈中便产生感应电动势，这种现象称作自感应，由此而产生的感应电动势称作自感电动势。自感现象是电磁感应现象的一种，所以自感电动势的计算和感应电动势的计算相同， 自感电动势是由于线圈本身的电流变化引起的，所以应找出自感电动势与电流变化之间的关系。自感电动势的大小与通过线圈电流的变化率成正比，其比例系数叫自感系数，简称电感，用字母表示。电感的单位为亨，用字母H表示， 第三节 单相交流电路一、单相交流电的基本概念 （一）交流电的特点 在直流电路中，电动势、电压、电流的大小和方向都不随时间变化。目前，正弦交流电得到了广泛的应用。在正弦交流电路中，电动势、电压、电流的大小和方向都随时间按正弦规律变化。正弦交流电是随时间不断变化的，用来表示交流电每一瞬间的数值，称为交流电的瞬时值。瞬时值都用小写字母表示，如分别表示电动势、电压和电流的瞬时值。瞬时值中最大的数值叫最大值，用字母分别表示电动势的最大值、电压的最大值、电流的最大值。交流电是随时间不断地由正到负、由大到小反复进行变化，这种变化速度一般用周期或频率来表示。交流电重复变化一次所需要的时间，成为周期，用字母T表示。周期的单位为秒（s）。交流电1s变化的周期数称为频率，用字母表示。所以，频率与周期互为倒数。（二）交流电的有效值 交流电有效值的定义是：在阻值相同的两个电阻元件中，分别通入直流电流I和交流电流i，如果在相同的时间产生的热量相等，则交流电流i的有效值就等于这个直流电流I的大小，或者说直流电流I就是交流电流i的有效值。 电势和电压的有效值的定义与电流有效值的定义相同。 用字母分别表示电势、电压、电流的有效值。 平时讲的交流电动势、电压、电流的数值，如无特别说明都是指有效值。二、纯电阻电路 由白炽灯、电炉、电烙铁、电阻器等接入正弦交流电源，所组成的电路可以看成是纯电阻电路。 在任一瞬间，电阻R取用的电功率P等于这一瞬间的电压u和电流i的乘积，即P=U·I 有功功率的公式与直流电路的功率公式相同，但上式中的U和I都是交流电的有效值。功率的单位也是瓦（W）或千瓦（kW）。 有功功率的大小表示电能转换成其它能量速率大小，如白炽灯有电流流过，就将电能转换成光能和热能。电路中接入电阻元件，就一定有这样的功率。三、纯电感电路 变压器、电动机都有绕组，一般情况下绕组不但有电阻R而且还有电感L，如果电阻R很小，可以忽略不计时，称这种绕组为纯电感线圈。没有铁心的绕组叫空心线圈，这种空心线圈可以认为是纯电感线圈。如果把这样的纯电感线圈接入正弦交流电源，组成的电路为纯电感电路。 功率： 在纯电阻交流电路中，瞬时功率等于电压瞬时值和电流瞬时值的乘积，同理在纯电感交流电路中亦有，瞬时功率在一个周期的平均值为零，即纯电感电路的平均功率或有功功率为零。这说明在纯电感电路中不消耗电能。一般用瞬时功率的最大值来反应纯电感电路中能量交换的规律，把它称为无功功率，用字母表示， 必须注