公司电气维修、维护人员基础培训教材第1-11课

第一课简单电路和电力系统一、电路的基本构成简单电路：电源、开关、用电器、导线电力网：二、简单电路的构成和计算（以手电筒为例）基本概念：1、电源电动势:代表符号：E2、电压：代表符号：U单位：V（伏特，简称伏）;KV（千伏）1KV=1000V3、电阻：电源内阻、负载电阻。代表符号：R单位：Ω（欧姆）;KΩ（千欧）;MΩ（兆欧）1M=1000K1K=1000Ω4、电流：代表符号：I，单位：A(安培);KA（千安）;mA(毫安)1KA=1000A1A=1000ma5、功率（有功功率）代号：P单位：W(瓦特);KW（千瓦）;MW（兆瓦）1MW=1000KW1KW=1000W欧姆定律：电工学昀基本的定律。原则上说，任何复杂的电路，包括直流电路，交流电路，简单电路，复杂电路，只要是线性电路，都可以用此定律公式来计算。欧姆定律公式：I=U/R或U＝IR或R=U/I功率公式：P=UI以手电筒为例来作如下计算，以加深以上基本概念的理解。假设：电动势＝3V（两节电池，每节1.5V）内阻＝0.01Ω（每节电池内阻0.005Ω）负载电阻（灯泡）＝4.99Ω（灯泡冷态电阻小，热态电阻大）。电流（A）=电压（V）/电阻（Ω）即I=U/(r+R)＝3V/(0.01Ω+4.99Ω)=0.6A灯泡两端的电压UR=0.6×4.99=2.994V（大部分的电压作用在负载上）内阻电压Ur=0.6×0.01=0.006V（很小的电压作用在内阻上）灯泡消耗的功率P1＝2.994V×0.6A=1.7964W内阻消耗的功率P2=0.006V×0.6A=0.0036W合计消耗功率＝1.794W+0.0036W=1.8W正好等于3V×0.6A=1.8W。电能大部分电力发了光，小部分电力消耗在内阻上（以上是新电池刚使用的情况，随着使用时间的延长，电池电动势逐渐下降，内阻r逐渐升高，UR逐渐下降，灯光变暗，以致以后不再亮了）。从这里我们看到一个道理，负载电阻要大大的大于电源内阻才行，否则大部分电力消耗在内阻上不作功，就浪费了。所以一般电力系统短路容量都很大，即内阻很小，企业用电相当于上述手电筒灯泡，电阻相比电力网大得多。实际的电力系统由若干发电厂组成，分别向电力网供应电力，而用电企业分别从电力网取得电力。有的单位有自备发电厂，发电不足部分可以使用网电作补充，多余则通过电力网供别人使用。第二课电阻的串联、并联和混联一、电阻的串联、并联和混联1、电阻的串联就是把两个以上的电阻串接起来。我们可把两个25W的灯泡串联起来使用，现在我们来计算一下，看一下结果。25W灯泡燃亮的内阻的计算：电流＝25W/220V=0.1136A电阻＝220V/0.1136A=1936Ω两灯泡串联后总阻值＝1936+1936＝3872Ω串联后电流＝220V/3872Ω=0.0568A每个灯泡分得的电压＝1936Ω×0.0568A＝110V即220V的一半，因两灯泡的功率、阻值相同的缘故。（不同的温度，灯泡钨丝电阻是不同的，这里假设是不变的。）每个灯泡的实际功率＝110V×0.0568A=6.248W总结：串联总阻值等于各个电阻值的和。R总＝R1+R2+R3+…….+Rn2、电阻的并联我们用25W和40W灯泡来看并联的情况。25W灯泡内阻＝U2/P1=220V×220V/25W=1936Ω40W灯泡内阻＝U2/P2＝220V×220V/40W=1210ΩI1=220V/1936Ω=0.1136AI2=220V/1210Ω=0.1818AI=I1+I2=0.1136A+0.1818A=0.2954A总功率P=220V×0.2954A=65W(40W+25W)并联后总的阻值＝220V/0.2954A≈745Ω总结：两个电阻并联后的总阻值的倒数等于各个电阻阻值倒数和。1/R总＝1/R1+1/R2+…….+1/Rn上例中1/R总=1/1936+1/1210R总≈745Ω3、电阻的混联简单的电阻混联，根据以上串并联公式归并即可；复杂的混电阻联要用到Y-△等效变换等方法。二、分压原理I=10V/（8+2）Ω=1AUR2=1A×2Ω=2V这样来理解UR2的值：R2分得的电压是按R2的阻值在总电阻值的比例数分得的。即：UR2=U×R2/(R1+R2)这就是分压原理。万用表的电压档就是根据这个原理构成的。日常工作中，我们利用这个原理，可以解决好多问题。三、分流原理我们在直流电机调速控制屏上会看到一个电流表，它监视着电机电流的大小。这个测量系统由两部分组成，一个是表头，一个是分流电阻。表头是一个电动机构，指针的位置反映了流过它的电流值，它的实质可以认为是一个阻值很大的电阻。分流电阻则是一个阻值很小的电阻。这个测量系统就是利用分流原理制成的。例如：表头的参数：流过1mA电流时，指针指在中间（200A位置），此时测得表头两端电压为0.5V，则其阻值＝0.5V/1mA=500Ω称为表头的中心阻值。现在来设计分流电阻的阻值：I为200A时，指针指在200A位置，此时I1=1mA，则I2=200A-1mA，因为两端电压＝0.5V，则分流阻值＝0.5V/(200A-1ma)＝0.0025ΩI1=200A×0.0025Ω/(0.0025Ω+500Ω)这就是分流原理。万用表的电流档也是根据这个原理构成的。万用表有一个指标叫内阻，它反映的就是表头的灵敏度，内阻越大，测量越准确，因为它的分流作用越小，现在我们用的大都是数字万用表，其基本原理也是分压（电压档）分流（电流档）原理，只是利用了数字电路，可以直读，使用更加方便，因为电子元件的放大作用，内阻作的更大，测量更加准确。第三课复杂电路的计算和电位的概念1、多电源复杂电路的计算办法实际工作中，常会遇到一个电路网络中，多个电源同时作用的情况，现以双电源直流电路为例，说明计算办法：+-R1=100ΩR2=500Ω+-+-+I1I2I3-10V1VABR3=1000Ω+-先设定三个支路的电流分别为I1、I2、I3，它们的方向如图所示。根据克希荷夫第一定律：流入节点的电流等于流出节点的电流，列出：I1=I2+I3（A节点）根据克希荷夫第二定律：闭合回路中，各段电压的代数为0，列出：10-100I1-500I2+1=01+1000I3-500I2=0解以上方程组得：I1=0.024615A；I2=0.017077A；I3=0.007538A相应的：UR1=2.4615V；UR2=8.5385V；UR3=7.538V2、电位的理解：设某一点为“0”电位（如B点）,则上图可画为：+10V-1V+7.358V即：U1=+10VU2=-1VU3=+7.538V，电位是相对于“0”而言的。“0”电位点取的位置不同，电位相应变化，即电位是相对的。3、叠加原理和戴维南定理叠加原理：对于线性电路，任何一条支路中的电流，都可以看成是由电路中各个电源分别作用时，在该支路中所产生的电流的代数和。戴维南定理：任何一个二端线性网络，都可以用一个电动势为E的理想电压源和电压源内阻R0串联的电源来等效代替。4、单电源复杂电路的计算举例：RRR2R2R2R2R2RS0S1S2S3d0d1d2d3Q0Q1Q2Q3数码寄存器+URUAA11110000上图是数/模转换用的电阻网络，它由R和2R两种阻值的电阻构成。UR是基准电压，S3S2S1S0是各位的电子模拟开关，d3d2d1d0是二进制数字量。各位的数码分别控制相应位的模拟开关，当数码为“1”时是，开关接到UR上；当数码为“0”时，开关接“地”。现假设d0＝1，d3d2d1均等于0，即0001时，其等效电路图为：通过前面学的知识，可以证明：UA=UR/（24*d0）=UR/24同理可以证明d1＝1、d2＝1、d3＝1，其余为0时，UA分别等于UR/（23*d1）、UR/（22*d2）、UR/（21*d3）即UR/23、UR/22、UR/21。将四个电压分量叠加，得出UA=UR/（21*d3）＋UR/（22*d2）＋UR/（23*d1）＋UR/（24*d0）。这样，二进制的数字量，通过这个电阻网络就转换为模拟量了。第四课交流电路中的元件电阻：与直流电路中的电阻相同，流过它的电流和加在它两端的电压是同向的,称为U、I同向。代表符号：R，单位：Ω;KΩ等。电抗器（电感）：由若干导线绕制而成，有的有铁芯，有的没有铁芯，没有铁芯的称为空心电抗器。流过它的交流电流落后于加在它两端的电压90°，称为I后U90°或U前I90°。电抗器的代表符号:L,单位：H（亨利）；mH（毫亨）等。电感对交流电流的阻挡作用称为感抗，符号:XL，单位：Ω;KΩ等。电感接入直流电路，感抗为“0”，只有导线自身的电阻起作用。电容：由相互绝缘的两个平面体，或其多组并联而成。它的种类很多，按介质材料分有空气绝缘的，有云母绝缘的等等，按电压等级有380V系统用的低压电容，有10KV以上的高压电容等等。流过它的电流超前加在它两端的电压90°，称为I前U90°，或U后I90°。电容的代表符号为“C”，电容量单位：F(法拉);μF(微法)。1F=106μF。电容对电流的阻挡作用称为容抗，代表符号：XC,单位：Ω，KΩ等，电容接入直流电路相当于开路（实际有暂态充电过程，称为暂态电路，在这里不研究）。另外，感抗和容抗统称电抗，代表符号X；电阻和电抗统称阻抗，代表符号Z。电阻消耗的功率，代表符号为P，称为有功功率，单位W；KW电感消耗的功率，代表符号为QL,称为感性无功功率，单位Var；Kvar电容消耗（也称为发生）的功率，代表符号为QC,称为容性无功，单位Var；Kvar第五课学习交流电路必要数学基础－相量和复数概念我们通常接触到的数字1、2、3……；-1、-2、-3…..；等都在一个“X”数轴上，以“0”为原点，向右为正数，向左为负数，称之为实数，这根数轴称为实数轴。现在我们假设有一块大石头，好几个人从不同方向拉它，他们的合力不是将每人拉力简单相加，因为他们的方向不同，那怎么办呢？我们利用平面坐标的“Y”轴。仍以“0”为原点，向上为正数，用符号“j”表示，向下为负数，用“-j”表示，称之为虚数，这根数轴称为虚数轴。这就构成了一个平面，任何带方向的数量都可以表示了。在交流电路中，电阻I、U同向，电感I后U90°，电容I前U90°，这就和力的方向不同一样，有了复数这个数学工具，我们就可表示并计算它了。现在举例说明相量和复数计算方法：如上图中电流I和电压U就不同方向，有了一个夹角α，想要正确的表示它，可以用它X轴上的投影长度和在Y轴的投影长度两个量来表示。上图中如果U＝220V，I＝20A，α＝-30°，那么它I在X轴上的投影长度＝20A×cos30°＝20×/2=17.32A,称为有功电流。I在Y轴上的投影长度＝20×sin30°＝20×1/2＝10A，称为无功电流。I＝20A这个电流称为视在电流，就是配电盘电流表指示（视在就是直观而见的意思）的电流值。表示为功率则为：S=20A×220V=4400VA,称为视在功率；P=17.32A×220V=3810W称为有功功率；Q=10A×220V=2200Var称为无功功率。它们又符合三角函数法则：202=17.322+10244002=38102+22002IR/I=P/S=17.32/20=3810/4400=cos30°＝/2＝0.866称为功率因数。以上20、17.32、10三个数量如果用复数来表示则为：20∠-300＝17.32－j1020∠-300为极坐标形式，20为模值，∠300为幅角；17.32－j10为代数式形式，17.32称为实部，－j10称为虚部。极坐标形式乘除时，模值相乘除，幅角相加减，+j为∠+900，-j为∠-90；代数式形式乘除时，用j2=-1，j3=-j，1/（R+jX）可以化为（R-jX）/（R2-X2）进行计算。加减用代数形式，实部和虚部分别加减归并即可。相量的表示，在符号上加一点。例如,欧姆定律在交流电路中表示为：学会了复数的计算方法，相量就同一般量一样计算了。第六课单相交流电路的计算1、串联电路（举例说明）220V050HZ30Ω127mH40μF①、