第一部分電工基礎知識第一部分電工基礎知識1第一章直流電路本章主要研究直流電路的基本概念、基本定律和分析電路的方法，它是進一步認識其他電路的基礎，學習時，既要弄清各物理量的意義，又要學會靈活運用電路的基本定律，以解決電路中的具體問題。第一章直流電路本章主要研究直流電路的基本概念、基本定律和2第一節電路基礎一、電路的概念電路是電流經過的路徑，一個完整的電路一般由四部分組成。（1）、電源：是把其它能量轉換成電能的設備，例如發電機（把機械能轉變成電能）、蓄電池（把化學能轉換成電能）等。（2）、負載：是一種把電能轉變成其它能量的設備，例如電爐（把電能轉換成熱能）、電動機（把電能轉換成機械能）等。第一節電路基礎3（3）、連接導線：是傳輸電能的，例如把電源產生的電能輸送給負載。（4）、輔助設備：是用來控制電路的電氣設備，例如開關、接線端子等，如圖1－1就是一個由電池（電源）、燈泡（負載）、連接導線和開關（輔助設備）組成的簡單電路。電路圖并不反映電路的實際尺寸和設備的具體結構，也不反映它的真實位置，也不要求按比例繪制。它只反映電路中在電氣方面相互聯系的實際情況，便于對電路進行分析和計算。它與機械圖和電氣裝配圖不同。維修電工技能大賽培訓教案4二、電路圖為了研究和繪制電路的方便，在電工技術中，國家統一規定了一些符號來代替實物。如圖1－2是幾種常見的電氣設備的圖形符號。用圖形符號繪制的圖稱為電路圖。圖1－1就是利用電工符號繪成的電路圖雖說電路是電流通過的道路，但要使電路中通過持續電流，還需要有兩個條件：一是電路形成閉合回路；二是電源兩端要有電壓。如果圖1－1中的開關不閉合，燈泡就會不亮，因為電路沒有形成閉合回路，電路中無電流。若圖1－1中的開關是閉合的，也就是具有了閉合回路，但電源兩端如果沒有電壓（電位差），電路中也是不會有電流的，例如電池的電用完了就是這種情況。二、電路圖為了研究和繪制電路的方便，在電5三、電場

大家知道，一切物質都是由分子和原子組成，兒原子是帶正電的原子核和帶負電的電子組成。在正常情況下，二者正負電量相等，所以，物體對外界不顯示任何電性。當人們用摩擦或感應等方法使物體失掉一些電子或獲得一些電子時，就顯示出電性了。失掉電子則顯正電性，獲得電子則顯負電性，稱這種物體為帶電體。三、電場大家知道，一切物質都是由分子和原6

人們發現，在帶電體的周圍存在著一種特殊形態的物質――電場。電場的主要特征就是對置于電場內的電荷（很小的帶電體），有電場力的作用。通過實驗可以看到，帶電體形成的靜電場，能使放入靜電場中的電荷受到力的作用。如圖1－3所示，把微小的正電荷q放入正電荷Q形成的電場中，根據同性相斥的原則，q要受道Q的排斥。

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為了直觀而形象地描繪靜電場，人們把極微小的正電荷在電場中各點受力的方向作為切線方向而描繪出來的線稱為電力線。因此，電力線具有以下性質：（1）、電力線的方向：由正電荷起到負電荷止；（2）、電力線上任何一點的切線方向，都是在該點放一個正電荷所受靜電場力的方向。（3）、電力線彼此不能相交。

8圖1－4a和圖1－4b繪出了孤立帶電球體的電力線；圖1－4c是兩個異性帶電球體形成電場的電力線；圖1－4d是兩塊板面很大、距離很近、帶異性電荷平行板中間部分電場的電力線。上面我們對靜電場的性質進行了分析，下面在對它作定量分析。1.電場長度我們把帶電量很微小、尺寸很微小的電荷防在靜電場中（這樣的電荷稱為試驗電荷。它小到放入所研究的電場中，不會改變這個點場的分布），我們發現，同一試驗電荷在不同的電場內或同一電場的一個固定點上進行試驗，會發現一個引人注意的特性，那就是：改變試驗電荷的電量，受力的大小也隨著改變，且受力大小與實驗電荷所帶電量成正比，或者說，它們的比值是一個固定的數值。可見，這個比值反映了電場某一點的特性。圖1－4a和圖1－4b繪出了孤立帶電球體9

于是，我們把試驗電荷在電場某一點所受的電場力F與實驗電荷量Q的比值，定義為電場強度，即:E＝F/Q（1－1）式中：E――電場強度F――電場力Q――電荷量

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電場強度是反映電場對單位電荷作用力強弱程度的一小量，它不僅有大小且有方向，是一個矢量。它的方向規定為正試驗電荷在該點的受力方向。也可把電力線叫電場強度線。電力線任一點的切線方向和該點電場強度的方向是一致的。從圖1－4可以看到，如果按電力線的作圖規則，從正電荷指向負電荷（中途不能增減或中斷），而且不能交叉，電力線分布的疏密程度也不一定相同。如帶電球體的電場，越是靠近球體則電力線越密，這說明越是靠近球體，電場強度越強。所以，還可以用電力線的密度來表示電場強度的強弱。我們把電場中各點的電場強度大小一樣、方向一致，或電力線互相平行、均勻分布的電場稱為均勻電場。圖1－4a、b、c是不均勻電場，圖1－4d為均勻電場。維修電工技能大賽培訓教案11

2.庫侖定律上面我們介紹了一個帶電體的周圍形成電場，并指出了在電場某一點上單位電荷所受的力，就是這一點的電場強度。下面討論兩個點電荷之間的作用力問題。什么是點電荷呢？如果兩帶電體，當它們尺寸的大小和它們之間的距離相比小到可以忽略不計時，這種帶電體可以認為是點電荷。試驗證明，兩個點電荷之間的作用力，和這兩個點電荷電荷量的乘積成正比，和它們之間的距離的平方成反比。如圖1－5兩電荷之間的作用力可以寫成：F∝Q1Q2/r2寫成等式為F＝KQ1Q2/r2式中K――為比例常數，它的數值與電場所在的空間的介質（如空氣、礦物油、云母等）有關。在實用單位制中K＝1/4πε將K代入F式中可得F＝Q1Q2/4πεr2（1－2）公式（1－2）就是庫侖定律的表達式。

注意：庫侖定律的表達式只適用于計算點電荷之間的作用力，而任意形狀的兩個帶電體之間作用力不能直接應用這個公式。

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3.介電系數

按照公式（1－2），在給定Q1和Q2以及r的情況下，通過實驗可以測出F力的大小，因而可以計算出在各種介質情況下的介電系數值。例如在真空中做實驗，可以求出真空中的介電系數。其它介質中的介電系數與真空中的介電系數的比值稱做相對介質系數，用εr表示，即εr＝ε/ε0或ε＝εr*ε0εr――相對介電系數ε0――真空介電系數，C/Vmε――介質的絕對介電系數

134.關于單位制

上面講的電場中的幾個計算公式，在進行定量運算時，必須采用一定的計量單位制。本書采用國際單位制。由于在我國當前實際使用的一些技術資料中仍有個別單位為非國際制單位，如磁感應強度的單位用高斯<GS><化為國際單位制：1GS＝10－4T>，電阻系數的單位用歐.毫米2/米<Ω.mm2/m>等，本書引用的有關數據和例題中亦暫時使用此種單位。國際單位制規定：長度用米作單位；質量用公斤作單位；時間用秒作單位；電流用安培作單位等。利用這些基本單位就可以導出其它各物理量的單位。4.關于單位制14第二節電路的基本物理量一、電流由第一章第一節中知道，原子是由原子核和圍繞它運行的電子所構成。對金屬來說，原子核外圍的電子與原子核的結合力很弱，容易脫離原子核的引力而在金屬內部自由移動。這些電子稱為自由電子。在一般情況下，自由電子的運動是雜亂的。電解液中的正負離子，也是在液體中自由移動，它們的運動也是雜亂的。當把導體接到電源上形成閉合電路后，電源就會在導體中形成電場，在電場力的作用下，金屬內部的自由電子或電解液中的正負離子，便沿電場力的方向做有規則的運動，形成電流。我們所指的電流，就是指做定向有規則運動的電子流。我們所指的導體，就是指在電場力的作用下容易使其自由電子或離子做有規則的定向運動的導電物體。第二節電路的基本物理量一、電流151.電流的大小用單位時間內通過導體某一橫截面的電荷量多少來衡量電流的大小用單位時間內通過導體某一橫截面的電荷量多少來衡量電流的大小，稱作電流強度，簡稱電流，用I表示，即:I=Q/t;式中I――電流，AQ――電量，CT――時間，S由<1－3>式可以導出電流的單位：（I）＝［Q/T］=庫侖（C）/秒（S）＝安培（A）1秒鐘內通過1庫侖的電荷量時的電流強度為1安培。計算微量電流時常用毫秒（mA）、微安（μA）為單位，而計量大電流時則采用千安（kA）。1A=1000mA1mA=1000μA1kA＝1000A測量電流的儀表稱為電流表，由于量程不同，分別有安培表、毫安表。由定義可以看出，電流這一名詞，即表示一種物理現象，又表示一種物理量。究竟指哪種，結合實際情況是不難領會的。1.電流的大小162.電流的方向由于歷史的原因，在習慣上將正電荷運動的方向作為電流的方向。在圖1－6中因為場強E是表示正電荷受力的方向的，故知電流的方向是和導體中場強E的方向是一致的。3.電流密度同一電流通過不同的截面，其電流密度不同。單位截面內通過的電流稱作電流密度。在直流電路中電流時均勻分布在導體的橫截面上，電流密度可以用下式表示：δ＝I/S（1－4）式中δ――電流密度A/mm2I――電流AS――導體截面，mm2維修電工技能大賽培訓教案17二、電壓和電位1、電壓大家知道，電路中的電流大小與導體中電場強弱有關。盡管如此，通常很少直接應用電場強度E來說明電路的工作狀態，而多采用電壓來描述電路的工作情況。因為兩點間的電壓可以很方便地使用儀表進行測量。圖1－7表示長度為LAB的一段導體，其中有電場在作用，場強為E，設在電場力F的作用下正電荷Q由A移到B，移動距離為LAB,則電場力將做功:A＝F*LAB二、電壓和電位18從物理學中知道電場力移動單位正電荷Q由A移到B點所作的功，定義為A、B兩點間的電壓就是1伏特，簡稱伏，用V表示。測量電壓的儀表叫電壓表。計量低電壓時還可以采用毫伏（mV）、微伏（μV）作單位，而計量高電壓時則采用千伏(kv)作單位。1mV＝10－3V1μV＝10－6V1kv＝103V在均勻電場中A＝F*LAB，代入（1－5）式中，可得到勻強磁場中的電壓：UAB＝F*LAB/Q=（F*/Q）LAB＝ELAB(1－6)即對同一長度的導體來說，電壓與電場強度成正比。在實踐中我們發現導體兩端電壓越高，電流就越大，導體中的電場就越強。維修電工技能大賽培訓教案192、電位除電壓外，在電工技術中還經常用電位這個物理量，并把電壓叫做電位差。那么，什么是電位呢？下面我們就來研究這個問題。在電場中，我們指定點“0”作參考點，而把電場中任意點A與參考點之間的電壓UA0稱為該點的電位，用Ψ表示。如A點的電位可以寫成ΨA。電位參考點（指盯電位是零的點）是可以任意選擇的。在工程技術上常選用“大地”為電位參考點，而把某點對低電壓的大小看成該點電位的高低。當沒有明確接地點時，也可以再任選一點為電位參考點。但必須指出，在同一系統中，只能選一個參考點。比參考點高的電位為正電位，比參考點低的電位為負電位。要比較同一電場中的兩個點的電位高低，應把它們分別與參考點比較之后才能判斷。如A點比參考點高2V，B點比參考點高3V，就可知道B點比A點高1V，可見，不確定參考點是無法確定某一點電位的。2、電位20還應指出，當電位參考點選定以后，電路中各點的電位，只有一個固定的單一數值，叫做電位單值性原理。電位和電壓是什么關系呢？下面我們來討論電場中任意兩點A和B的電位(ΨA和ΨB)與這兩點間的電壓UAB的關系。仍然取0點為電位參考點，則ΨA=UA0ΨB＝UB0。兩點電位之差為：UA0+UB0=UAB或UAB=ΨA－ΨB所以說，電場中A，B兩點間的電壓就等于A、B兩點的電位之差。電壓用兩個字母標注其下角，電位用一個字母標注下角。電位和電壓的單位都是伏（V）電壓與電位都是表示電場力推動單位正電荷做功多少的物理量，這是相同之處。它們的區別是電路中某兩點間電壓的大小是絕對的，而某點電位的大小是相對的。電壓的方向是從高電位點到低電位點，即電位降的方向（習慣上稱為電壓降）。為了計算和研究問題方便，電壓和電流都可以選定一個正方向。當電壓的方向與所選定的正方向一致時，電壓為正值，反之為負值。還應指出，當電位參考點選定以后，電路中各點的電位21三、電動勢

在電路中,如僅僅存在電場力是不可能維持恒定電流的.這是由于電場力在推動電荷做功的同時,電場力本身也在逐漸減少.為了維持在電路中流過恒定的電流,就必須設法不斷地向線路補充能量.只有使電路兩端維持恒定的電場力,通過負載的恒定電流才能實現.這種向電路補充能量的裝置叫電源.現以發電機為例,當原動機(汽輪機、內燃機)帶動，使發電機內的導體在磁場中運動時，導體中的每個自由電子，都要受到一種磁場力的作用（詳見第二章），而磁場力和電場力的性質完全不同。把它叫做電源力（或局外力），用Fy表示。維修電工技能大賽培訓教案22在電源內部的自由電子受到電源力Fy的作用從而從A端移向B端，如圖1－8所示，于是A端因缺少自由電子而帶正電，B端因自由電子過剩而帶負電，結果導體內部出現了電場。正在向兩極分化的自由電子，除了受到電源力Fy的作用之外，還受到一個電場力F的作用，這里F與Fy的方向相反。隨著兩極上正負電荷的積累，F也愈來愈大。當F增大到與Fy相等時，導體中的自由電子停止了移動，達到了暫時的平衡，這時在發電機兩端形成了穩定的正負極性。正極電位高于負極電位，兩端有了電位差即電壓。如果將發電機與負載接通，這時電場力F使外電路產生電流，其方向是從正極經負載到負極。電流的出現企圖減少兩電極所帶的電量，削弱電場，破壞F與Fy的平衡。在Fy的推動下有向兩極補充了電量，于是在電源的內電路中也產生了電流，其方向是從負極到正極。整個電路是在動態平衡狀態下工作的。所以，有了電源之后，由于電源力Fy的存在，連續的向兩極補充電荷，所以在電路中就可產生持續電流。

維修電工技能大賽培訓教案23為了定量的表示電源力Fy搬運電荷做功的本領，引用電動勢（簡稱電勢）這個物理量。如果電源力搬運電量Q，從電源負極到正極所作的功A與電量Q的比值叫電源的電動勢，并用E表示，即：E＝A/Q（1－7）電源電動勢與端電壓的關系：電源電動勢是電源力推動單位電荷所作的功，而電壓是電場力推動單位電荷所作的功。兩者在數值上，當電源開路時相等。電動勢的單位也是伏（V），和電壓的單位相同。在方向上，兩者是相反的。電動勢的方向規定為正電荷所受電源力的方向，也就是從電源的負極指向正極與電壓的方向正好相反。維修電工技能大賽培訓教案24四、電阻與電導、電阻與溫度的關系1.電阻任何導體對于電流都具有阻礙作用，因此都有電阻。所以當有電流通過時，都要產生電位降落，電場力都要做功，都要消耗一定的電量。近代物理學的觀點，導體呈現電阻的原因是：由于自由電子在運動中要和做熱運動的其它帶電質點（電子、正飛負離子）發生碰撞，因而阻礙了自由電子的運動。電子運動受到的阻力稱為電阻，用R或r表示，單位用歐姆（Ω），簡稱歐。四、電阻與電導、電阻與溫度的關系25當導體兩端的電壓1V、導體內通過的電流1A時，其電阻就是1Ω。電阻很大時，用千歐（KΩ）、兆歐（MΩ）為單位。1KΩ＝103Ω1MΩ＝106Ω試驗證明，金屬導體的電阻不但與其幾何尺寸有關，而且和導體的材料有關，可用下式表示：R＝ρL/S（1－8）式中L――導體長度mS――導體截面mm2ρ――電阻系數Ωmm2/m由式（1－8）可以看出，電阻系數ρ是反映導體材料與電阻關系的一個物理量。通常是指20℃時長1m而橫截面是1mm2的導線的電阻數值。當導體兩端的電壓1V、導體內通過的電流1A時26

不同導電材料，有不同的電阻系數。在金屬材料中，銀的電阻最小，導電性能最好，其次是銅，再次是鋁。一般的電機、變壓器的繞組多采用銅線。銀的電阻系數很小是優質導電材料，但它是貴重金屬之一，只用于特殊場合（如一些電器設備的觸點）。雖然鋁線電阻系數較大，機械強度較低，不易焊接，但鋁線產量多，成本低。應當克服困難盡量以鋁代鋼。特別是某些架空線，采用了鋼芯鋁絞線，得到了廣泛的應用。另一方面有些電氣設備，特別需要較大的電阻，這就要用電阻系數較大的合金材料。例如電爐絲就可用鐮錨合金制造。

272.電導電阻的倒數叫電導，用G表示，即G＝1/R（1－9）導體的電阻越小，電導就越大，表示導體的導電性能良好。事實上，電阻和電導是同一事物的兩種表示方法。同理，把電阻系數的倒數稱為電導系數，用γ表示，即：γ＝1／ρ（1－10）在國際單位制中，電導系數的單位是西／米（s／m）。維修電工技能大賽培訓教案283.電阻器電工技術中，常制造出專用電阻器，作為控制電流和調整電位之用。電機控制電路中，通過較大電流時，往往采用生鐵制成的電阻器。當電流不大時，則用銅合金（康鋼）制成電阻器。在試驗室和測量電路中，精確度要求較高，常用康鋼和銀銅制成電阻器，使之不受溫度變化的影響。例如標準電阻和電阻箱就是利用康鋼和錳銅制成的。在電子電路中，除利用康鋼導線制成繞線電阻外，在電阻值要求較大時（幾十到幾百萬歐姆）電流往往很小，可以采用碳膜電阻（在瓷管上覆蓋一層碳膜）或碳質電阻。常用的電阻器還分為固定電阻器和可變電阻器兩種。可變電阻器處理固定的兩端引線外和有滑動觸點，用以改變電阻值。3.電阻器294.線性電阻與非線性電阻

各種導體的電阻，根據它們的阻值與電壓、電流有無關系，可分為兩大類。一類是電阻數值與電壓或電流的大小、方向等無關而保持恒定數值的，這類電阻叫做線性電阻。顯然線性電阻中的電流與其兩端電壓成證比，因此它的伏特－安培特性（簡稱伏－安特性）是一條通過坐標原點的直線，如圖1－9a所示。各種金屬導體，尤其是合金導體的電阻，都可以看作是線性電阻。另一類是導體的電阻數值與電壓或電流的大小、方向有關系，即電阻不是保持恒量的，叫做非線性電阻。非線性電阻的伏－安特性不再是一條直線，而是一條曲線。屬于非線性電阻的導體有電解液、游離的氣體等；各種半導體器件如二極管、三極管等阻值也是非線性的，如圖1－9b所示是半導體二極管的伏－安特性。線性電阻的阻值為一常數，故適用于歐姆定律，也就是在線性電阻兩端電壓與通過的電流成正比。4.線性電阻與非線性電阻305.電阻與溫度的關系前面講到，導體的電阻值與導體自身的因素（長度、截面積和材料）有關，還與溫度有關。通過實驗可以發現，導體的溫度變了，電阻值也隨著變化。一般的金屬材料，溫度升高后，導體的電阻值將增加。因為溫度升高使得金屬導體中的原子核和電子的熱運動加劇了，自由電子在導體中碰撞的機會也隨著增多了，所以電阻也就增大了。各種導電材料的電阻值隨溫度變化的情況有所不同，為了便于比較，我們取電阻值為1Ω的導電材料，當其溫度變化1℃后，再測量電阻變化的數值，并把這個數值叫做電阻溫度系數，用ɑ表示。幾種常用電工材料的電阻溫度系數列于表1－2。在0℃～100℃的范圍內，各種金屬的電阻溫度系數近似為常數。5.電阻與溫度的關系31按電阻溫度系數的定義，導電材料溫度上升1℃時，每1Ω的電阻增加ɑ，如果電阻值不是1Ω，而是R1，每增加1℃時，電阻的增加應該是R1＊ɑΩ；如果溫度不是增加1℃，而是從t1℃增加到t2℃，則電阻值總的增加應該是R1＊ɑ（t2－t1）Ω，再加上原電阻R1，就是R1Ω的電阻在溫度升高了（t2－t1）℃時的總電阻R2，即:R2＝R1+ɑ（t2－t1）（1－11）式中ɑ――電阻溫度系數，1/℃R1――溫度為t1時導體的電阻，ΩR2――溫度為t2時導體的電阻，Ω。表7-2幾種常用材料的電阻系數維修電工技能大賽培訓教案32材料名稱

20℃時的電阻系數ρ在0-100℃范圍內的平均電阻溫度系數ɑ銀0.01620.0036銅0.01750.0040鋁0.0290.0042鎳0.0730.0062鎢0.0560.0046鋼0.13-0.250.006康銅0.4-0.510.0004錳銅0.420.000006黃銅0.07-0.080.002鎳鉻合金1.10.00015鐵鉻鋁合金1.40.0028材料名稱20℃時的電阻系數ρ在0-100℃范圍內的平均33一般金屬材料的電阻溫度系數近于0.0041/℃。因為這個數值很小，在溫度變化不大，例如在0-100℃之間時，金屬材料的電阻可以近似地認為不變。一般使用的電阻器電阻，在溫度為0-100℃之間,近似地認為不變。鎢絲的電阻溫度系數雖然也不大，但裝在白熾燈中的鎢絲，由于工作溫度高達1800℃左右，它的電阻隨溫度升高而增加的現象卻很顯著。標準電阻、電阻箱、安培表的分流器以及電壓表的附加電阻等，常選用電阻溫度系數很小的合金材料，如康鋼、錳銅等，受溫度的影響很小。也有一些導體，如炭、電解液及大多數半導體等，情況不一樣，溫度增加時，電阻反而減小，即溫度系數為負值。這是由材料的內因決定的，因電解液溫度升高，使其離子數增加了，導電性能變得更好了。維修電工技能大賽培訓教案34電阻隨溫度變化的規律，在生產中常用來測定電動機的溫升。方法是：先測得室溫下電動機靜止時繞組的電阻，再測得額定負載下運轉半小時后繞組的電阻，按（1-11）式可求出電動機的繞組溫升。（例1-2）有一臺JO241-4型電動機，繞組為銅線。在室溫為26OC時測得電阻為1.25Ω，加額定負載運轉3小時后，測得的電阻增加到1.5Ω，問此時電動機繞組的溫度是多少？[解]已知R1=1.25Ω，R2=1.5Ω，t1=26OC銅的電阻溫度系數為α＝0.004因為R2=R1+R1α（t2-t1）所以t2=(R2-R1)/R1α+t1則t2=(1.5-1.25)/1.25＊0.004+26＝76OC維修電工技能大賽培訓教案35第三節導體、絕緣體和半導體在電工技術中，各種材料的導電性能是有很大差別的，按其導電能力，可分為導體、絕緣體和半導體三類。一、導體導電能力強的材料稱為導體。按照導體導電的物理過程又可分為兩類：一類導體為金屬，如常用的銅、鋁、鐵等。這類材料的特點是：它們含有大量的自由電子，在電場力的作用下，容易移動而形成電流；它們的電阻系數小，約為10-2Ω*mm2/m。另一類導體指電解液，如酸、堿、鹽的溶液。它們含有大量的正負離子，在電場力的作用下，也能產生定向運動而形成電流，也有良好的導電性能。另外，當氣體電離時也具有導電性能。第三節導體、絕緣體和半導體在電工技術中，各種材料的導電性36二、絕緣體這類材料的導電性能很差，電阻系數很大，約為10-12—10-24Ω*mm2/m。因為它的原子核對其周圍的電子束縛得很緊，自由電子很少。因此，這類材料稱為絕緣體。它的電阻值通常在幾兆歐甚至幾百兆歐以上，稱為絕緣電阻。常用的絕緣材料有塑料、橡膠、云母、玻璃、陶瓷、樹脂、絕緣漆、變壓器油等。通常，空氣中的自由電子和離子都很少，所以也絕緣的。下表7-3為絕緣材料按允許溫度的分段二、絕緣體37級別主要絕緣材料允許工作溫度(OC)Y級棉花、天然絲、再生纖維素、醋酸纖維素、和聚酰胺為基礎的紡織品，紙、紙板、木質板、塑料等90A級Y級材料(除塑料外)，用植物油改良的天然樹脂漆、蟲膠等作為浸漬漆或覆蓋漆，如漆布、漆絲、漆包線的絕緣105E級

漆包線的絕緣（高強度聚酯薄膜），有機填料的塑料，以纖維素紙和布為基礎的層狀制品用堅固性樹脂和膠類作為浸漬物和覆蓋物120級別主要絕緣材料允許工作溫度(OC)Y級棉花38B級聚酯薄膜、經合適樹脂粘合或浸漬涂覆的云母、玻璃纖維、石棉等，聚酯漆、聚膠漆包線130F級以有機纖維材料補強和不帶補強的云母片制品，玻璃死和石棉玻璃漆布（用耐溫達155OC的樹脂和漆），以無機材料作補強和不帶補強的云母片品。155H級無補強或以無機材料為補強的云母制品（用耐溫達180OC的硅有機器），石棉材料等。 180C級云母、玻璃和玻璃纖維材料，電瓷、石英、未浸漬的石棉水泥，電工用石板，無補強（或以玻璃纖維材料為補強）的云母制品。180以上B級聚酯薄膜、經合適樹脂粘合或浸漬涂覆的云母、玻璃39表1-4電介質的擊穿電場強度注：此表適用于均勻電場。電介質擊穿電場強度（KV/mm）電介質擊穿電場強度（KV/mm）

臘紙10.0-25.0瓷6.0-15.0空氣3.0大理石3.0-4.0礦物質5.0-15.0青石1.5-3.0云母80.0-200.0電板紙9.0-14.0玻璃10.0-40.0人造云母15.0-20.0表1-4電介質的擊穿電場強度電介質擊穿電場40

絕緣體并不是絕對不導電，但導電是有條件的。這個條件通常是指電場的強弱或電壓的高低。當電壓高到一定的數值，也就是電場力很大的情況下，超過它的原子核對外圍電子的束縛力，本來不自由的電子變得自由了，絕緣梯就發生了質變，變成了導電體，這種情況稱為絕緣擊穿。絕緣體又稱電介質，它不被擊穿所能承受的最大電場強度稱為這種電介質的擊穿電解強度（若用電壓表示，則稱為擊穿電壓）。電介質在使用中能夠允許的電場強度值稱允許電場強度。它比擊穿電場強度要小好幾倍，兩者的比值表示電介質強度的儲備。擊穿電壓也稱絕緣電壓絕緣擊穿往往造成設備損壞和人身觸電事故。為了防止擊穿，每臺電氣設備都根據允許電場強度規定了允許電壓（或稱額定電壓）。因此根據不同的工作電壓應選用不同的絕緣材料。

41絕緣物的擊穿分為兩種情況：一種是擊穿后絕緣性能不再恢復，如塑料、橡膠等固體絕緣材料，擊穿后絕緣物被燒焦了，變成導體；另一種是絕緣擊穿時，當擊穿電壓消失后，它的絕緣性能還可以恢復，如空氣、絕緣油等。還應指出，絕緣物的絕緣性能除有它的內因決定外，還受外因的影響，例如，干燥的空氣是絕緣的，潮濕的空氣卻可以導電，干燥的木材是絕緣的，而受潮后其絕緣性能就顯著降低，因為水中含有可導電的雜質。

維修電工技能大賽培訓教案42另外，使用絕緣材料時，還要注意環境溫度的高低。溫度過高會使絕緣物變質，影響絕緣物的壽命。所以對絕緣物都規定了一定的使用溫度，并以使用溫度（或允許溫升）的數值來劃分絕緣材料的等級。表1-3為絕緣材料按允許工作溫度的分級表。表1-4列出了幾種常用電介質的擊穿電場強度值。

三、導體導電能力介于導體與絕緣體之間的材料稱為半導體。常見的半導體材料有硅砷等。它們的電阻系數約為10-1012Ω*mm2/m。因為半導體材料具有一些特殊的性質，所以在近代電子技術中得到了極其廣泛的應用。維修電工技能大賽培訓教案43第四節歐姆定律

通過第一、二節的討論，我們知道要產生電流，首先，電源要有一定的端電壓；其次還要有閉合回路。下面將討論電路的分析計算，為此，必須進一步掌握電路的一些基本規律。直流電路中有三個基本物理量：電壓、電流和電阻，三者之間具有密切的內在聯系，并遵守一定的規律，這個基本規律稱為歐姆定律。現分別敘述如下:一、一段電阻電路的歐姆定律我們通過實驗可以知道：如果加在電阻R兩端的電壓U發生變化，電路中的電流I也隨著變化，而且這種變化是成正比的，即電壓和電流的比值是一個常數。這個比例常數就是電路的電阻，其表達式如下：U/I=R（1-12）這個關系式就是歐姆定律的一種形式。還可以將式（1-12）寫成下面兩種形式：U＝IR（1-13）或I＝U/R（1-14）在生產實踐中經常應用歐姆定律，只要知道其中的兩分量就可以求出第三個量。第四節歐姆定律44（1）已知電壓和電阻求電流，則I=U/R（例1-3）井下電機車照明的電壓是127V，可是架空線的電壓是250V，所以有123V的電壓被降落在與照明燈相串聯的降壓電阻上了。若已知電阻為263Ω，求通過降壓電阻上的電流是多少？解：I=U/R=123/263=0.47A(2)已知電流和電阻求電壓，則U=IR（例1-4）求煤礦井下芯線截面S＝25mm2,長為L=100m的銅芯橡套電纜的電阻R？當電纜中通過120A的電流時，每根芯線所造成的電壓降是多少？解：電阻R＝ρL/S＝0.0175*100/25＝0.07Ω電壓降（或電壓損失）ΔU＝IR＝120*0.07＝8.4V（1）已知電壓和電阻求電流，則I=U/R45《煤礦安全規程》規定：煤礦井下380V的供電系統中，電壓損失最大不準超過39V。如果在實際運行中，發現電壓損失超過允許數值時，可采取增大電纜截面的辦法來解決。因截面增大以后，導線電阻減少，電壓損失也隨之減少了。（3）已知電壓和電流求電阻，則R=U/I（例1-5）測量負載電阻的方法之一如圖1-11所示，如果，電壓表的讀數為220V，電流表的讀數為0.2A，求負載電阻。解：R=U/I=220/0.2=1100Ω維修電工技能大賽培訓教案46二、全電路歐姆定律上面講的是一段電阻負載上電流和電壓的關系。下面討論整個閉合電路中電流和電壓的關系。圖1-12所示電路中的虛線部分是這小全電路的一部分。對于這一部分（負載電阻）上的電流基礎關系，我們已經知道，即I＝Uab/R.實際上可以看作電阻R上所以有電流I流過，是因為這個電阻的兩端加上了電壓UAB。從圖1-12可以看到，電壓UAB是電源電動勢E產生的。U與E之間的關系是：當電源沒有接通外電路時，電源的端電壓在數值上等于電源的電動勢（方向是相反的）。如圖1-12所示,當開關K打開時，用電壓表測得的電壓UAB比開路時小。因為電源內部也有電阻，稱為內電阻，用R0表示。為了看起來方便，通常在電路圖上把R0單獨畫出。事實上，內電阻是在電源內部，與電勢是分不開的，所以也可以不單獨畫出，而在電源符號的旁邊注明內電阻的大小。二、全電路歐姆定律47當開關K閉合后，電路中就有電流通過，流經電源內部時，在電源的內電阻上便產生了內部壓降，簡稱內壓降，用U0表示。它的方向和電流的方向一致，可寫成：U0＝IR0電源的內壓降U0無法用電壓表直接測量，而是用開路時端電壓（就是電勢）與閉合電路端電壓之差求出的，即在閉合電路中，電源的端電壓等于電源的電動勢減去內壓降，其表達式UAB＝E-U0(1-15)將U0＝IR0和UAB=IR代入公式（1-15），經整理，可得I＝E/（R0+R）（1-16）這就是說，在一個閉合電路中，電流與電源的電動勢成正比，與電路中的內電阻和外電阻之和成反比，這個規律稱為全電路歐姆定律。在整個閉合電路中，電流通過內電阻和外電阻都產生電位降。只有在電源內部，由于電動勢的作用，使正電荷從低電位移向高電位，因此，我們把電勢看作電位升。在一個閉合電路中，電位升和電位降是有一定關系的，從公式（1-15）可以看到：E＝U0＋UAB或E＝IR0+IR（1-17）也就是說，在一個閉合電路中，電位升的數值和電位降的數值是相等的。維修電工技能大賽培訓教案48三、電源的外特性如圖1-13所示：U＝E-IR0(1-18)當電源電動勢E不變時，負載電流I若增加將引起端電壓U的變化。當負載電阻R變小時，利用全電路歐姆定律可知I＝E/（R0+R）電流I將增加，隨著電流的增加U＝E-IR0,端電壓U將減小，我們把這種端電壓隨負載電流變化的情況，繪成U＝f(I)曲線如圖1-14所示。由此可見，電源端電壓是受內電阻影響的，在額定電流下，內電阻增加端電壓則減小。應指出，所謂負載大小，是指通過負載電流的大小，而不是指負載電阻的大小。在電源電勢一定的情況下，電阻越大，則電流越小，反之電阻越小，則電流越大，即負載越大。三、電源的外特性49下面討論兩個極端情況：1.電路斷路（開路）這種情況下，電路中沒有電流通過，I=0從公式（1-18）可知U=E，如圖1-15a所示。2.電路短路短路，就是負載或電源兩端被電阻近于零的導體直接連接起來稱為短路。在這種情況下，如圖1-15b所示，通過電源的電流I=E/R0；電源的端電壓U＝E-IR0＝E-ER0/R0=0.電源處于短路狀態時，它的端電壓U＝0。這是因為，短路時電流很大，使內壓降和電源電勢相等，或者說電源的電位升等于內電阻上的電位降，所以對外電路不顯示電壓的存在了，從外電路看，當短路時，可以認為負載電阻R=0，所以負載電阻上也沒有電壓降存在。應當指出，短路，在實際電路中，不僅指電源短路，還可以指電路中某一元件短路。也就是把一元件的兩端用電阻極小的導線連接起來，這個元件被短路了，如圖1-16所示。下面討論兩個極端情況：50

短路現象的發生，常伴隨著電流急劇增加。特別是靠近電源的兩端發生短路，電流將變得很大很大，這是很危險的，往往會造成電源或用電設備的損壞。為此，在工程上常安裝有熔斷器，防止因短路故障造成更大的危害。（例1-6）如圖1-17所示，已知負載電阻R=10Ω，在電路開路情況下，測得A、B兩端電壓為UR＝132V，當電路接通時，測得電流I＝11A，問電源的內阻R0和通路情況下的電源端電壓U各等于多少？解：因為UR＝132V所以E=UR＝132V又因為R=10ΩI＝11A所以U=IR=11*10=110V由全電路歐姆定律可以求內電阻R0因為I=E/(R0+R)所以R0=(E-IR)/I=(132-110)/11=22Ω如果R被短路,則電流將增加到I=E/R0=132/2=66A.維修電工技能大賽培訓教案51第五節電功、電功率及電器的額定值

在生產實踐中，除了用通過負載的電流表示負載的大小外，還常用到電功和電功率，發電廠和輸電線路的主要任務在于發出和輸送大量的電功率。一般電氣設備如發電機、電動機、電燈泡都標有電功率數值。因此，電功和電功率是電路計算的一個重要問題。在一個閉合電路中，存在著能量的轉換。前面講過，電源把其他形式的能量轉換成電能，而負載則把電能轉換成其它能量。電的應用主要靠電能和其它形式能量之間的相互轉換來為人們服務的。功是對能量轉換的一種量度，下面討論電功和電功率的計算問題。第五節電功、電功率及電器的額定值52一、電功率如圖1-18所示，電流的方向是正電荷移動的方向。正電荷在電場力的作用下，從高電位移向低電位，電場力對正電荷作功，這個功稱為電功。現在把電場中的C、D兩點改成電路中的兩點，也是完全適合的。如有Q庫侖的正電荷從電路的C點移到D點，電場力做的電功等于Q和兩點間電壓U的乘積。根據1-2中公式（1-5）可寫成：U＝A/Q或A＝UQ（1-19）式中A――電功U――做功區間兩點間的電壓Q――電荷量我們把單位時間內所做的功，稱為電功率，用P表示，即:P＝A/t代入公式（1-19）可得：P＝A/t=UQ/t因為I=Q/t所以P＝UI(1-20)即電功率等于電壓和電流的乘積。也可寫成P＝I2R或P=U2/R＝U2G（1-21）維修電工技能大賽培訓教案53

電功的單位和機械功的單位相同，是焦耳，用J表示。電功率的單位是焦耳/秒，又稱瓦特，簡稱瓦，用W表示。把1S時間內做1J的功，叫做1W，或者說1V電壓加在負載兩端通過負載電流為1A，負載的電功率就是1W。較大的電功率用千瓦為單位，符號是KW。1KW＝103W千瓦與馬力的換算關系：1HP＝0.736KW（例1-7）今有一把在U=220V電壓下使用的電烙鐵，測量出它的電流I=0.364A，問該電烙鐵的瓦數是多少？解：P＝UI＝220*0.364＝80W

54二、電能功和能是同一事物的兩種狀態。電功是由消耗電能得到的。因而電能的消耗量就用電流所做的功來度量。電能用W表示。根據功率的定義。電能的計算是用電功率乘時間來進行的，即W=P*t(1-22)電能與電功的單位相同用焦耳。但實用上嫌焦耳太小，而用度作為電能的單位，1度電等于1KW的負載通電1小時所消耗的電能，或稱千瓦時。常用Kw.h表示。維修電工技能大賽培訓教案55（例1-8）某教室裝有6盞40W的日光燈，平均每天用5h，問一個月（30天）用多少度電？解：由于鎮流器要消耗一定的電能，所以一盞日光燈實際消耗功率應增加20％。W=P*t=40(1+0.2)*5*6*30=43.20KWh從電路的功率關系可以看出，負載需要多少功率，電源就供給多少。在電力系統中每個電源所供給的電能是有一定限度的，所以一處的負載功率增大了，就需要限制其它單位的用電，以免使電源過載二損壞。目前，由于工農業突飛猛進的發展，對電力的需要激增，所以要節約用電。維修電工技能大賽培訓教案56三、用電設備的效率電源供給的電能，在被使用時存在各種情況。有的轉化為我們所需要的能量，例如電動機運轉時電能轉變成機械能，電燈發光時電能變為光能，有的轉化為我們所不需要的能量，如輸電線、電動機繞組，因有電阻存在，通電后會發熱，電能被無益地轉化成熱能而散發到空氣中。我們希望盡量減小無益損耗，就應努力提高用電設備的效率。負載輸出的功率Psc和電源供給的功率Psr之比稱為用電設備（負載）的效率η（常用百分數表示），即η=100%Psc/Psr(1-23)由于輸入負載的功率總是大于負載輸出的功率，所以效率η總是大于1的。輸入和輸出之差就是負載內部的損耗。三、用電設備的效率57四、電流的熱效應和電器的額定值電流通過金屬導體時，由于金屬內部自由電子的定向移動過程中，不斷地與原子發生碰撞而發熱，這種現象稱為電流的熱效應。下面討論與電流熱效應有關的問題。1.焦耳-楞次定律試驗證明，電流通過導體時，導體要產生熱量。產生熱量Q的大小與電流I的大小平方、導體的電阻R以及通過電流的時間t成正比.即:Q=0.24I2R*4.1868（1-24）式中Q――導體通過電流時所產生的熱量，JI――通過導體的電流AR――通過導體的電阻Ωt――通電時間s0.24――熱功當量4.1868――將卡換算成焦耳的系數公式（1-24）為焦耳-楞次定律。根據歐姆定律I=U/R，該定律可以寫成另一種形式：Q=0.24UIt×4.1868四、電流的熱效應和電器的額定值58例（1-9）今有一電爐，使用電壓為220V，通電電流為5A，使用2h，問它消耗了多少電能？產生了多少熱量？解：兩小時消耗的電能W=P*t=Uit＝220×5×2=2.2KWh發熱量Q=0.24UIt×4.1868=0.24×220×5×(2×3600)×4.1868=7.96×106J利用電能轉變成熱能的原理，可以制成點爐、電烙鐵等電熱裝置。為了防止短路事故發生，在電熱器電路中接入熔斷器。熔絲是用低熔點的合金制成，當電路中通過過大電流時，熔絲即可熔斷，將切斷負載電源，從而起到保護作用。熔絲熔斷后，應更換適當型號的熔絲，絕不可用大容量的甚至用銅絲代替，否則不但起不到保護作用，還將造成嚴重事故。圖1-19是一般熔斷器的圖形、符號。例（1-9）今有一電爐，使用電壓為220V，通電電流為5A，592.電器的額定值電流的熱效應應有可供利用的一面，但它也有不利的一面。因為任何電氣設備導電部分都有電阻，故在通電后都要發熱。例如在電機或變壓器的繞組中，由于發熱就會引起溫升，嚴重時還會導致絕緣材料的損壞，甚至會燒毀電機、變壓器等。電流在導線中產生的熱量，一部分用在使導線溫度上升，另一部份將散失到周圍媒介中去，這部分熱量與導線的散熱面積即導線與媒介溫差成正比。通電的最初階段由于導線與媒介的溫差很小，散失的熱量就減少，大部分熱量都留在導線內，使導線溫升很快。但隨著導線溫度的升高，導線與媒介的溫差逐漸增大，因而散失的熱量也逐漸增多，用于使導線溫度上升的熱量就相對減少，最后，當電流產生的熱量全部散失到空間，則導線的溫度不再上升，穩定在某一數值上，這個溫度叫做穩定溫度。由于具體條件不同，導線達到穩定溫度所需要的時間不大相同。2.電器的額定值60導線的溫升不允許超過一定的限度，因為溫升過高，對于有絕緣的導線，絕緣層會被燒焦，即使是裸線，也會由于過熱而使其機械性能變壞。對于電氣設備，不僅對電流，而且對電壓也要限制，因為電壓過高，會使絕緣層遭到擊穿。例如一臺發電機，要使它產生的電功率（EI）大，必須使E與I兩者都大，但都應用一定的限度。因此，各種電氣設備。都要根據設計要求規定其額定電壓、額定電流和額定功率等等。這些額定值的規定，都是為了使電氣設備即能最大限度發揮它們的效能，又能安全可靠地運行。通常，把這些數據記載在銘牌上。各種電氣設備運行在額定狀態下，叫做滿載，超過額定值工作時，叫做過載，過載會造成過熱，是不安全的。但是，如果采取一定的措施，例如加強冷卻以降低設備溫升，則允許通過它的電流即可適當的增大，功率就可以超過額定值。另一方面，在低于額定值下工作，雖然安全，但設備沒有得到充分的利用。也是不經濟的。因此，在使用設備時，必須根據它的額定值，正確地加以使用。導線的溫升不允許超過一定的限度，因為溫升過高，對61第六節簡單電路的計算方法一段無源電路中，電壓與電源的關系，實際上有兩種可能；線性關系和非線性關系。歐姆定律只適用于線性電路電阻，故本節僅研究有線性電阻組成的線性電路的問題。電路的計算問題一般分兩類：一類是已知電路的結構、參數及電源的電動勢，來決定電路中某些支路的電流、電壓和功率，另一類是已知電路中某些支路的電流和電壓，來決定電路的結構和選擇元件。前一類問題的解決是個基礎，本節主要介紹這一類問題的解決。第六節簡單電路的計算方法一段無源電路中，電62一、電阻的串聯

井下電機車的照明電路，就是具有兩個電阻的串聯電路，如圖1-21所示，其中電阻R起限流降壓的作用，防止燈泡R2被燒壞。串聯電路具有以下特點：（1）通過各電阻中的電流相等。這是有電流的連續性所決定的，如同水流通過不同粗細的水管時，只要不漏水，在各段水管中流量都是一樣的。（2）各電阻上電壓降的和等于總電壓。（3）各電阻上的電壓降的與各自的電阻成正比。（4）電路的等效阻值（或稱總電阻）等于各個電阻之和。同樣可證明，當有更多電阻串聯時，R=R1+R2+R3+….由此可見，串聯電路的等效電阻值，比每一個電阻值都大；電阻串聯越多，等效電阻值越大。一、電阻的串聯63二、電阻的并聯井下大巷的照明燈，全是并聯按法，如圖1-24所示。并聯電路具有以下特點：（1）各并聯支路的端電壓相等（忽略導線上的電壓損失）；（2）總電流為各支路電流的和。因為在同一時間t內，流入A點的電量Q，必須等于從A點流出到各支路的電量Q1與Q2的和。所以：I=Q/t=（Q1＋Q2）/t=Q1/t＋Q2/t=I1+I2（3）各支路電流的大小與其電阻成反比，I1/I2=R1/R2(4)電路等效電阻的倒數，等于各支路電阻的倒數和，即：1/R＝R1＋R2＋R3＋….由此可見，并聯電路的等效電阻值比每一支路電阻值都小，電阻并聯愈多，等效電阻值愈小。電力網中的負載，通常都是并聯的，采用恒壓供電。這樣做的主要原因是：一個負載的接通和切斷，不會影響其它負載的供電，即彼此可以單獨控制，不能互相干擾。二、電阻的并聯64三、電阻的混聯及分壓器（電位器）1.電阻混聯電路在一段電路中，即有電阻的串聯，又有電阻的并聯，這種聯接方式稱為混合聯接。計算電阻混聯電路時，要根據電路的實際情況，靈活運用串聯和并聯電路的知識。先求出并聯或串聯部分的等效電阻，逐步簡化。求出總的等效電阻，計算出總電流，再求各部分的電壓、電流和功率等。如圖1-26a所示，電路的總等效電阻為：R＝R1＋R2*R3/（R2+R3）如圖1-26b所示，電路的總等效電阻為：R＝（R1+R2）＊（R3+R4）/（R1+R2+R3+R4）三、電阻的混聯及分壓器（電位器）652.分壓電路（分壓器或電位器）如圖1-27所示是一個分壓電路,電阻R為一小滑線電阻,它有兩小固定接頭和另一個滑動觸點.固定接頭A和B接在電源上,滑動觸頭C接負載R3的一端，負載的另一端按在固定接頭A、B上。移動滑動觸點C，可以改變R3的電壓U2，因而稱為分壓器，或者說滑動觸點C位置的改變，使它所在的電位發生改變，因而改變了負載R3兩端的電位差，所以又稱電位器。分壓器的滑動觸點C把電阻R分成R1和R2兩部分。當負載開關斷開時，R＝R1+R2;當負載開關閉合后，R2和R3并聯，再與R1串聯，構成一個混聯電路。2.分壓電路（分壓器或電位器）66第七節基爾霍夫定律

以上研究的電路，都是可以依靠電阻串并聯化簡及歐姆定律來求解的電路，既簡單電路。此外，還會遇到另一類電路，如圖1-28所示的兩臺發電機并聯供電的電路。在E1、E2、r01、r02及R等都已知的情況下，由于三個電阻之間既無串聯關系又無并聯關系，不能簡化，所以這個電路單靠歐姆定律是不能求解的，這類電路叫做復雜電路。第七節基爾霍夫定律67基爾霍夫定律，是對任何電路都有效的電路定律，復雜電路只有利用它才能求解。在討論基爾霍夫定律之前，先介紹兩個電路上的名詞：節點：三條或三條以上支路的連接點。如圖1-28中的A點或B點是節點，其它點不是節點。回路：電路中任何閉合的路徑叫回路。如圖1-28中的AGCB、FABD或CBDFAG都是回路。基爾霍夫定律包括兩個內容，分述如下：1、基爾霍夫第一定律 在電路中的任一節點上，流進該點電流的和等于流出該點電流的和。如圖1-28中，對于節點A流進該點的有I1和I2，流出的有I，所以：I＝I1＋I2寫成一般公式ΣIr=ΣIc(1-27)基爾霍夫定律，是對任何電路都有效的電路定律，復雜電路只有利用68第一定律說明了與電路中某一節點有關的各電流之間的關系，故又叫節點定律。該定律是電流連續性這一客觀規律的具體體現。應用該定律時，如果我們規定凡流入節點的電流為負，則節點定律又可寫成如下形式：ΣI＝0即流入該節點電流的代數和等于零。2.基爾霍夫第二定律在電路的任一回路中，各電源電動勢的代數和等于各負載電壓降的代數和。一般表達式：ΣE=ΣIr(1-28)第二定律說明了回路中各電動勢和各電阻壓降之間的關系，故又叫做回路定律。該定律是能量守恒的體現，應用該定律時，應注意用的是“代數和”而不是“算術和”。第一定律說明了與電路中某一節點有關的各電流之間的69第八節復雜電路電流的計算電路的基本定律――歐姆定律和基爾霍夫定律，是解決直流電路的基本定律。由于實際問題的多樣性，所以人們歸納出幾種方法，用來解決各種不同的電路問題。一、支路電流法任何復雜電路，在已知電路結構和各元件參數時，都可以應用基爾霍夫定律，以各支路電流為未知量列出若干節點方程和回路方程，然后聯立求解，這種解題方法叫支路電流法。以圖1-30為例來說明支路電流法解題的步驟和注意事項：（1）任意假定各支路電流的正方向。如果某電流假定的正方向與實際方向相反，算得的結果將是負值。需要注意的是每一支路只能假定一個電流。第八節復雜電路電流的計算電路的基本定律――歐姆70（2）如果電路中有n個節點方程不是獨立的，它可以從已經列出的個方程中解得。如圖1-30中有兩個節點，則（n－1）＝1，即只能列出一個方程（對A點）I1+I2+I3=0(3)選取最簡單的回路并假定繞行方向，選取回路時，每一回路中至少含有一條新支路。（4）如果支路數為m，可應用基爾霍夫第二定律對{m-（n－1）}個回路寫出回路方程。如圖1-30中有三條支路，可選兩個回路寫方程式，例如：對上回路E1＝I1r1-I3r3;對下回路E1＝I3r3-I2r2(5)聯立以上各方程求解。如果已知條件足夠，一定能夠得到肯定的答案。維修電工技能大賽培訓教案71二、戴維南定理在電路問題中，有的只需要研究電路中的某一支路，而不是電路的所有支路。例如圖1-32所示電橋電路，只需計算電阻r5的支路電流。在這種情況下，電路劃分為兩部分，一部分是所研究的支路，一部分是余下的電路，叫做有源二端網絡，如圖1-33所示，并用方框圖引出二個端點加以表示。實踐證明；任何有源二端網絡，對于它的外部而言（如對r5）,都可以用一個等效發電機來代替，而發電機的電動勢等于網絡的開路電壓，內電阻等于網絡中所有電動勢短路后二端點的總電阻。這個原理叫做戴維南定理（或稱等效發電機原理）。應用這個定理計算等效發電機的電動勢和內電阻時，應注意以下兩點：（1）等效發電機的等效是對網絡外部而言，對網絡內部是不等效的。（2）計算等效內阻時，將網絡內的電動勢全部短路后，各電動勢的內阻應保留.二、戴維南定理72三、節點電壓法在復雜電路中如果只有兩個節點，盡管支路、網孔較多，也可以不用解聯立方程式來求解支路電流。用節點電壓法較為方便。一般式為：UAB＝∑（EG）/∑G（1-29）四、疊加原理在線性電路中，當有幾個電動勢同時作用時，在某一支路中所產生的電流，等于各個電動勢單獨作用時，在該支路中所產生的電流的代數和。這個規律叫做疊加原理。應用疊加原理可以將一個復雜電路分解成若干個簡單電路，來求解某一支路電流，這個方法叫疊加法，解題時應注意：維修電工技能大賽培訓教案73（1）疊加原理只適用于對線性電路的支路電流的計算，而不適于功率計算。（2）分解電路時應保留被取除的電動勢的內阻。應用疊加法，是能解決很多復雜問題，但計算繁瑣，所以多用來對電路的理論分析。至此，對直流線性電路的計算方法，已經有了初步認識，欲達熟練運用有待于在實踐中鞏固和深化。計算電路時，一般應對電路分析與處理如下：（1）認清對象，區別它是簡單電路還是復雜電路。維修電工技能大賽培訓教案74第十節電容器一、電容器電容器是電工技術中常用的元件之一，如調諧、耦合、濾波、隔直流等都需要電容器。它的基本結構是用兩導體作極板，中間隔以電介質組成。根據介質材料的不同，常用的電容器可分為：空氣介質電容器、液體介質電容器、無機介質電容器、有機介質電容器、電解質電容器等幾類。根據使用情況的不同，電容器還可分為：固定電容器、可變電容器、微調電容器等。在電路圖中電容器常用的符號如圖1－40所示，圖a為固定電容器，b為電解電容器，c為可變電容器，d為微調電容器。至于電容器的型號規格，本書不作介紹，可以查閱有關手冊第十節電容器一、電容器75二、電容電容器是儲能元件，它的極板上可以儲存電荷，極板間可以建立電場、儲存能量。當極板上的電荷釋放時，電場中的能量也就釋放出來。電容器的電容量，簡稱電容，它是電容器的一個重要參數，是用來衡量電容器儲存電荷和建立電場的尺度。充電后的電容器，在兩極板上儲存著數量相等但符號相反的電荷，極板之間有電壓。在中，任一極板上的電荷量Q與極板間的電壓U之比為：C=Q/u該式是電容的定義式，表示在單位電壓作用下，極板上所儲存的電荷量。比值C是一個常數，叫做電容器的電容。電容的單位是法拉，簡稱法，用F表示。法拉是個比較大的單位，通常是采用微法與皮法作為計算單位。二、電容76一般電容器的C是常數，因為Q與U是成正比的，這樣的電容叫做線性電容。線性電容C的大小，與極板面積、極板間距離和極板間的介質有關。其平板電容器的電容可由下式確定：C＝ε×s／d式中S―――平板面積 d---平板距離ε---絕緣材料介電系數。不同材料的介電系數不同。電容器中的絕緣材料，也不是絕對不導電。當電容器兩極板上加電壓過高時，在強電場的作用下絕緣材料也會產生大量自由電子，使不導電的材料變成導電材料，這種現象叫電擊穿。為了保證電容器正常工作，加在電容器上的電壓，必須有一定的限制，叫做電容的額定電壓。因而在選擇電容器時，既要考慮電容器的電容量C的大小，還要考慮電容器的額定電壓，二者缺一不可。一般電容器的C是常數，因為Q與U是成正比的，這樣的電容叫做線77三、電容器的充放電1、電容器的充電當我們把直流電源和電容器接通時，（如圖1－42Ak倒向位置1），則會看到，開始時檢流計G偏轉一個較大的角度，隨后逐漸較小到零，而電壓表的讀數由零逐漸增加到與外電源端電壓相等。電容器電壓增加，說明有電荷從電源移到電容器的極板上，這種情況稱電容器的充電。電容器充電的過程，就是電源向電容器極板供給電荷的過程。如圖1－42b所示。2、電容器的放電。當把圖1－42中的開關K轉向位置2時，可以看到檢流計G又有讀數，說明電路里有電流，但檢流計的偏轉方向與充電時相反，說明電流方向相反。當指針說轉到某一位置后，又逐漸返回零位，說明電流由大變小，最后衰減到零。與此同時，電壓表指示出電容器兩端的電壓數值，由電源電壓逐漸減小到零。電壓下降時，檢流計的讀數由大變小，說明有電荷從點容器的極板上流出，這種情況叫電容器的放電。如圖1－42c。三、電容器的充放電78四、電容器的連接生產實踐中，當電容器的規格不能滿足需要時，可將幾個不同規格的電容器串聯或并聯。下面分別研究不同連接時，總電容和分電容的關系。1、電容器的串聯將電容器C1和C2串聯于直流電路中時，電容器C1的上極板和電容器C2d下極板便充有等量的正負電荷，于是兩個中間極板也就會感應出等號的正負電荷，如圖1－45所示。因此，串聯電容器的電量相等，即Q1＝Q2＝Q。由于兩電容器各自的極板上儲存了電荷，兩極板間便產生了電位差（即電壓），設電容器C1和C2兩極板間的電壓分別是Uab和Ubc，則根據《1－29》式便有：C1＝ρ／Uab;C2=ρ／Uac四、電容器的連接79串聯后合成的總電容為：C＝q／u又U＝Uab/Ubc將C1、C2、C代入上式，并整理得：1／C=1/C1＋1／C2+……+1/Cn2、電容器的并聯當電容器C1和C2并聯于直流電路中時，如圖1－46。各個電容器上的電壓是相等的。即U1＝U2＝U由于電容器上的電量Q與其電壓成正比，便有Q1=C1U；Q2=C2U；Q=CU又Q=Q1+Q2將Q1、Q2、Q代入上式，并整理得：上式說明，電容器并聯時，等效電容等于各電容器的電容之和，寫成一般形式，即C＝C1+C2＋…Cn(1-37)可見，電容器并聯得越多，等效電容就越大。串聯后合成的總電容為：C＝q／u80第二章電流的磁場、磁路及電磁感應一、磁鐵、磁場、磁路1、磁鐵：帶有磁性的物體，且能吸引鐵、鈷等金屬物質的物體稱磁鐵。2、磁場：磁鐵周圍產生磁性的范圍叫磁場。磁鐵的兩端磁性最強處為兩個級，南極用字母“S”表示；北極用字母“N”表示。3、磁路：在磁場中磁力作用的通路叫磁路。二、磁通密度、磁通1、磁通密度：反映磁場強弱的物理量叫磁通密度（或磁感應強度），可用字母“B”表示。因為磁場的強弱可用磁力線的密度來表示，所以磁通密度的大小可用磁場中垂直通過每單位面積的磁力線根數來表示。2、磁通：穿過磁場中某一個面的磁感應強度矢量的通量叫做磁通，用字母“”ф表示。再均勻磁場中，穿過垂直于磁場方向某一個面的磁通就等于磁感應強度B與這個面積S的乘積，即：ф=BS第二章電流的磁場、磁路及電磁感應一、磁鐵、磁場、磁路81三、怎樣判斷通電導體產生的磁場方向凡導體通過電流，其周圍都會產生磁場。磁場的強弱與通過電流的大小有關，可磁場方向則與電流方向有關。對于通電導體周圍磁場，其磁力線方向與電流方向的關系可用右手螺旋定則來確定，即用右手握住通電導體，拇指伸直并指向電流方向，則其余四指所指的方向便是磁力線即磁場方向，如圖2－1a所示。對于通電螺線線圈周圍的磁場，磁場方向仍用右手螺旋定則判斷，即四指指向線圈中的電流方向，伸直的拇指就表示磁力線方向，如圖2－1b所示。四、什么是左手定則？電磁力的大小如何表達？通電導體在磁場中將受到電磁力的作用，受力方向可用左手定則來判斷，即伸開左手于磁場內，讓磁力線直穿過手心，四指伸直指向電流方向，則與四指垂直的拇指的指向便是導體所受電磁力的方向。三、怎樣判斷通電導體產生的磁場方向82應用左手定則可以判斷通電導體在磁場重的運動方向，它和電動機原理相同，所以左手定則也稱電動機左手定則。電磁力大小可用下式表示：F＝BILsina（N）式中F---電磁力B—磁感應強度I—導體電流L—通電導體有效長度a—導體方向與磁場方向的夾角五、什么是右手定則？感應電動勢如何表達？答：導體在磁場中作切割線運動時，會產生感應電動勢。感應電動勢的方向可用右手定則來判斷，即伸右手于磁場內，使手心正對磁場的方向，拇指代表導體運動方向，則伸直的四指（與拇指垂直）就表示感應電動勢的方向。感應電動勢大小可用下式表示：e=BLVsina（v）應用左手定則可以判斷通電導體在磁場重的運動方向，它和電動機原83式中e—感應電動勢B—磁通密度L—導體切割磁力線的有效長度V—導體運行速度a—導體運動方向與磁場方向的夾角六、什么是自感電動勢？它的大小與哪些因素有關？1、自感電動勢：當線圈中通過電流時，線圈周圍一定會產生磁場。若線圈中電流發生變化時，由這個變化的電流所發生的磁通也將遂著變化，這個變化的磁通將在線圈中產生感應電動勢。由于這個感應電動勢是由線圈本身的電流變化而產生的，所以叫自感電動勢。自感電動勢的方向總是反抗線圈中磁通變化。當電流增加時，自感電動勢的方向與電流方向相反，力圖阻止電流增加；而當電流減小時，自感電動勢的方向和電流方向相同，力圖阻止電流減小。式中e—感應電動勢842、自感電動勢大小是由下列因素決定的：（1）、與電流變化的快慢有關。電流變化快慢通常用電流變化率表明。所謂電流變化率是指在很短的時間內電流變化的數值與這段時間的比值。（2）、與線圈本身的結構有關。（3）、與線圈周圍介質有關。七、什么是互感現象？將二個線圈放在一起，當線圈的電流發生變化時，就會使線圈中產生感應電動勢，這種現象叫做互感現象。八、什么是互感電動勢？兩個互相靠近的線圈，當一個線圈接通電源時，由于本線圈電流的變化將引起磁通變化，這個變化的磁通除穿過本身線圈外，還有一部穿過它靠近的另一線圈，因此在另一線圈中也產生感應電動勢，這種現象稱互感，由互感產生的電動勢稱互感電動勢。2、自感電動勢大小是由下列因素決定的：85第三章正弦交流電路1、什么是交流電？為什么目前普遍應用交流電？交流是指電路中的電流、電壓及電動勢的大小和方向都隨時間按正弦函數規律變化，這種隨時間做周期性變化的電流稱交變電流，簡稱交流。交流電可以通過變壓器交換電壓，在遠距離輸電時，通過升高電壓以減少線路損耗，獲得最佳經濟效果。而向需要各種不同電壓的用戶供電時，又可以通過降壓變壓器把高壓變為低壓，既有利于安全，又能降低對設備的絕緣要求。此外，交流電動機與直流電動機比較，則具有構造簡單、造價低廉、維護簡便等優點，所以交流電獲得廣泛地應用。第三章正弦交流電路1、什么是交流電？為什么目前普遍應862、什么是交流電的周期、頻率和角頻率？交流電在變化過程中，它的瞬時值經過一次循環又變化到原來的瞬時值所需的時間，即交流電變化一個循環所需的時間，稱交流電的周期。周期用符號T表示，單位為秒。交流電每秒鐘周期性變化的次數叫頻率，用字母f表示，單位是赫茲（Hz）。周期與頻率的關系為：T＝1/f或f＝1/T即頻率與周期為倒數關系。交流電每秒鐘所變化的電氣角叫角頻率，用字母ω表示。交流電變化一周，其電角變化為2弧度，所以角頻與頻率周期的關系為：ω＝2/T＝2f3、什么是交流電的最大值、有效值和平均值？交流電在一個周期中所出現的最大瞬時值，稱交流電最大值。常用字母Im、Um來表示電流、電壓正弦量的最大值。交流電通過電阻性負載時，這一直流電的