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电工通用知识教材

机车电工通用知识

1.什么是电流？

电流的单位是什么？

电荷有规律的定向移动称为电流。

电流是电子的流动，方向从负端到正端，但最早人们假定电流的方向是从正端到负端，现仍规定外电路电流方向是由正到负。

电流的单位有：

安、毫安、微安；1安（A）=103毫安（mA）=106微安（µA）

2.什么是电位、电压、电压降、电动势？

它们的单位是什么？

电位：

用外力把单位正电荷从无限远的一点移到电场内某一点，外力克服电场力所做的功，叫该点的电位，也就是单位正电荷在这一点所具有的电位能，用V表示。

电压：

电场内任意两点间的电位差，称为两点间的电压，用U表示，它的方向一般规定为高电位指向低电位。

电压降：

电流通过电阻或其他负载时，电位要发生变化，我们把它们之间的电位差称为电压降。

电压降的方向一般规定与电流方向一致。

电动势：

在电源内部，电源力把一定量的正电荷从负极移到正极所做的功，称为电源电动势。

电动势在数量上等于把单位正电荷从电源负极移送到正极时电源力所做的功，用E表示。

它们所用的单位都是伏（V）。

3.什么叫电阻？

电阻的单位是什么？

电阻值与哪些因素有关？

电子在导体内移动时，导体阻碍电子移动的能力称为电阻，用R表示。

电阻单位有欧（Ω）、千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）。

1MΩ=103 KΩ=106Ω

不同的导体有不同的电阻值。

一般电阻与导体截面成反比，与导体长度成正比。

另外，一般情况下，温度高，电阻值大；温度低，电阻值小。

4.何为电路、内电路、外电路？

电流所经之路称为电路，电路是由电源、负载及导线组成。

电路又分为内电路和外电路。

电源内部的电路称为内电路，电源以外的所有导线、开关及负载电路称为外电路。

5.什么叫断路、短路？

短路有何危害？

使电流中断而不能流通的电路称为断路。

由于电路中发生不正常接触而使电流通过了电阻几乎等于零的电路称为短路。

电源被短路时，由于电路电阻极小，因而电流会立即上升到很大值，是电路产生高热，从而使电源、各用电器、仪表等设备损坏。

6.简述部分电路和全电路的欧姆定律

部分电路中，通过电阻的电流I的大小与加在电阻上的电压U成正比，而和电阻R成反比。

欧姆定律：

I=U/R

全电路中，电流I的大小与电源电动势E成正比，而与电路中的总电阻（外电路电阻与电源内部电阻r。

之和）成反比。

即：

I=E/（R+r。

）

7.电器在电路上的连接方式有哪几类？

任何接在电路上的电器均可看成对电流呈现一种阻力，所以用电器可认为是电阻。

用电器的连接方式有串联、并联和混联3种。

8.简述电阻串联电路的特点？

（1）电路中总电流与通过各用电器的电流相等。

即：

I=I1=I2=…

（2）总电阻等于各电阻之和。

即：

R总=R1+R2+R3+…+Rn

（3）总电压等于各电阻上的电压降之和。

即：

U总=U1+U2+U3+…+Un

9.简述电阻并联电路的特点？

（1）电路总电压与各用电器电压相等。

即：

U总=U1=U2=U3=…

（2）电路总电流等于各用电器支路电流之和。

即：

I总=I1+I2+I3+…

（3）总电阻等于各用电器电阻的倒数和的倒数。

即;R总=I/（I/R1+I/R2+I/R3+…）

10．什么叫电功？

电功的单位是什么？

电流所做的功称为电功。

电功A在数值上等于电压U、电流I和时间t的乘积。

即：

A=U·I·t

电功的单位是焦J。

即当电压为1V、电流为1A时，在1s内所做的功为1J。

11．什么叫电功率？

电功率的单位是什么？

在单位时间内电流所作的功叫电功率。

电功率的单位是瓦（W）。

在1V的电压下，1A电流所产生的电功率为1W。

常用的单位还有千瓦（KW）和毫瓦（mW）。

1千瓦（Kw）=103瓦（W）=106毫瓦（mW）

12.什么是电机效率？

电机输出功率与输出功率之比叫电机效率，用η表示。

即：

η=输出功率/输入功率

13.什么是磁场和磁场强度？

磁铁周围由磁力作用达到的范围称为磁场。

磁场某点的磁场感应强度B和在同一点上的磁导率µ的比值称为该点的磁场强度或称磁化力，以H表示。

磁场强度的单位为A/m。

14.什么叫磁力线？

磁力线有何特性？

磁力作用的线迹称为磁力线？

磁力线具有以下特征：

（1）在磁铁外部的磁力线是从北极N到南极S，磁铁内部的磁力线是从南极S到北极N。

（2）磁力线都形成闭合的回路，不中断、不交叉、不重叠。

（3）磁力线具有力求缩短其距离的倾向。

（4）同方向的磁力线相斥，异方向的磁力线相吸。

15.什么叫磁通和磁通密度？

通过某一平面面积为S的磁力线总根数叫磁通，以Ф表示。

磁场断面内，每一单位面积上磁力线的数目称为磁通密度，也称磁感应强度，以B表示。

即：

Ф=B·S

Ф的单位是韦。

16.什么叫磁饱和？

钢、铁等磁化物质在磁化过程中磁通或磁通密度最初增加很快，随着磁化物质内部磁性的增加，磁通密度的增长逐渐减慢，最后当磁化力已达很大时，磁通基本上不再增加，此时称磁化物质已处于饱和状态。

17.何谓励磁、剩磁、磁滞？

对环绕铁磁物质的线圈通以电流使其磁化的现象称为励磁。

当把铁磁物质放入通电螺管线圈磁化后，若把电流切断，这时线圈中的电流磁场将会将会立即消失，然而磁体内的磁感应强度并不完全消失，而是在相当时间内保留着磁性，这种剩下来的磁性称为剩磁。

铁磁物质在磁化过程中磁通密度的变化总是落后于磁化力，这种现象称为磁滞。

18.何谓电磁感应和感应电动势？

其方向如何确定？

导体在磁场内运动或磁场在导体周围运动，结果均能使导体切割磁力线而产生感应电动势，这种现象称为电磁感应。

由于电磁感应而产生的电动势叫做感应电动势。

感应电动势以E表示。

感应电动势的方向用右手定则确定。

19．什么叫电感？

电感的单位是什么？

因为变化的电流通过导体或线圈而长生的自感电动势，自感电动势的大小和线圈形式及导线有关。

两种不同的导体或线圈，通过同样大小变化的电流时，所产生的磁通变化的大小不同，其自感电动势也不同。

对单匝线圈来说，其产生的磁通与流过线圈电流的比值叫该线圈的自感系数，也叫电感，用L表示。

电感的单位是亨，用符号H表示。

当一个线圈通过1安（A）的电流可以产生1韦（Wb）的磁通时，这个线圈具有1亨（H）的电感量。

电感单位还有毫亨（mH）和微亨（µH）

1亨（H）=103豪亨（mH）=106微亨（µH）

20．简述克希荷夫第一定律

电路中数根导线连接的地点成为节点或分支点。

克希荷夫第一定律也叫节点定律。

克希荷夫第一定律认为：

流入节点的电流之和总是等于流出节点的电流之和。

也就是说，节点处电流代数和等于零。

21.什么叫楞次定律？

在一个闭合的线圈回路中，如果有一个变化的电流或磁场对它作用，线圈内就产生感应电势，这个感应电势产生的感应电流阻碍着原电流的变化。

也就是说当电流或磁通增加或减小时，感应电流要产生新的磁通去反抗它的增加或减少。

22.什么叫电容器？

电容的单位是什么？

由两片金属导体中间隔着电解质组成的封闭物体叫电容器。

两片金属极叫极板，能储存电荷。

电容单位有法（F）、微法（µF）。

1法（F）=106微法（µF）。

23．什么叫正弦交流电的周期和频率？

周期：

正弦交变电流或电压，按正弦波完成一个正负变化所需的时间叫周期。

用T表示，单位是s。

频率：

交变电流或电压在每秒时间内按正弦波变化的周期次数叫频率，用f表示，单位是赫（Hz）。

公式：

T=1/f

24．什么是交流电的最大值和有效值？

最大值：

在交变电流或电压的周期中，正向或负向时的最大值为交流电最大值。

有效值：

当交流电流通过某一电阻，它在该电阻上所产生的热量与某一数值的直流电流通过同一电阻所产生的热量相等时，这个直流电数值即为交流电有效值。

U有效=（√2/2）U最大≈0.707U最大

I有效=（√2/2）I最大≈0.707I最大

25．什么是单相交流电？

在交流发电机的定子上只有一组线圈，所以只能产生一个交变电势，这样的发电机叫单相交流发电机。

单相交流发电机所发的电，称为单相交流电。

26．什么是三相交流电？

在交流发电机的定子上相隔1200的电角度放在三组线圈，当原动机拖动电机转子旋转时，就会感应出三个交变电动势，这样的发电机叫三相交流发电机。

三相交流发电机所发出的三个频率相同而彼此相隔1200电相角的单相交流电，按规律性组合而成为三相交流电。

27．说明晶体二极管的主要特性

二极管的特性就是单向导电的特性，可以通过加在二极管上的正反向电压与电流间的关系来说明，曲线分三部分表示

（1）正向特性：

二极管加正向电压时，这个电压（a点）只要大于死区电压，电流便很快增长，二极管导通，此时电阻最小。

（2）反向特性：

二极管加反向电压时，只要所加电压在一定范围内，这时反向电流很小，电阻很大，这时二极管截止，呈开断状态。

（3）反向击穿：

所加反向电压增大到一定值时，方向电流突然增大，出现反向击穿现象，这点电压c叫反向击穿电压。

28.什么是晶体管的放大作用？

如何评价三极管的放大能力？

当把三极管接入电路中时，基极电流的微小变化将引起集电极电流Ic及发射极电流Ie较大的变化，这就体现了三极管的电流放大作用。

如基极电流变化量为ΔIb，相应引起集电极电流的变化量为ΔIc，则评价三级管电流放大能力的电流放大系数（β）为：

β=ΔIc/ΔIb

29.什么是直流电动机？

它是如何工作的？

能够把输入的直流电变为机械能输出的机械设备，叫做直流电动机。

它是根据带电导体在磁场中受力的作用原理而制成的。

当外接电源向直流电动机供电时，线圈的两有效边在磁场中受力的作用而运动。

其运动方向由“左手定则”决定。

由于线圈固定在轴上，因此，线圈绕轴作旋转运动产生转矩。

直流电动机的外加电源是直流电，经过电刷和换向片后，流到线圈上的电流在旋转中是交变的，所以当线圈上下两导线通过磁极时，其导线内的电流也因电刷接触的换向片不同而改变；如果使线圈受力运动方向不变，只要对电路不断供电，线圈就按一定方向旋转起来。

30.直流电动机由哪些主要部件组成？

直流电动机的结构大致可分为转子和定子两个主要部分。

转子：

电机上可以转动的部分叫转子或叫电枢。

它主要是由电枢铁心、电枢绕组、换向器（整流子）及轴承等组成。

定子：

即产生磁场的静止部分。

它主要由主磁场、附加磁极、机座、端盖及电刷装置等组成。

31.机车电器按用途如何分类？

（1）开关电器：

用来自动或非自动的开闭有电流的电路。

如闸刀开关、自动开关、转换开关、按钮开关、电力机车的隔离开关和主断路器等。

此类开关操作次数少，断流能力强。

（2）控制电路：

自动或非自动地控制电机的起动、调速、制动及换向等，如司机控制器、接触器。

（3）保护电路：

用于保护电路、电机或其他电器设备，使其免受不正常的高电压大电流的损害。

如各种保护继电器、熔断器及电力机车的避雷器和电抗器等。

（4）调节电器：

用于自动调节电路和设备，使参数保持给定值。

如电压调节器、温度调节器等。

（5）仪表用变流和变压器：

用于将高电压及大电流变为低电压、小电流以供仪表测量或继电器保护通路之用。

如电流互感器、电压互感器等。

（6）受电器：

用于电力机车接受电网电能以作为机车电源，如单臂受电弓、双臂受电弓。

（7）成套电器：

有一定数量的电器按一定的电路要求组合的整体电器屏柜。

32.机车电器按传动方式如何分类？

（1）手动电器：

例如闸刀开关、按钮开关、司机控制器等。

（2）自动电器：

其中又可分为电磁传动、压缩空气传动、液压传动和电动机传动。

33.机车电器按其执行机构的不同可分为哪几类？

机车按其执行机构的不同可分为：

（1）有触点电器：

如各种继电器、接触器等。

（2）无触点接触器：

如电子时间继电器、主回路和辅助回路接地继电器等。

34.什么是直流发电机?

把输入的机械能变为直流电能输出的电机叫直流发电机。

直流发电机是根据导体在磁场中切割磁力线时产生感应电动势的原理制成。

35.试述直流发电机的工作原理？

发电机是根据导体在磁场中切割磁力线运动而产生感应电动势的原理制成的。

线圈旋转时切割磁感线而产生感应电动势，由于线圈的旋转，上下两边互换位置，其中感应电动势的方向也随之改变，因而在线圈中形成交变电势。

再经过电刷、换向器的整流，向外电路输出一个恒定方向的直流电。

发电机的感应电动势于电流方向相同，所以发电机能输出电能，而发电机发电时，通电导体又在磁场中受到电磁力的作用，该电磁力与转子旋转方向相反，所以发电机必须用外力驱动。

36.试述直流发电机的主要组成部分及各部分的功用？

直流发电机由以下几个部分组成：

（1）定子（磁极）：

定子安装在机壳上，其磁极的铁心是用铸钢或硅钢片跌制而成的。

磁极又分为主磁极和换向磁极两种。

它的功用是产生磁场。

（2）转子（电枢）：

由电枢轴、电枢铁心以及嵌在槽内的电枢线圈组成。

电枢线圈的始末端又以一定规律焊接在换向器上。

换向器是许多楔形铜片所组成。

铜片与铜片之间以及铜片与轴之间均用云母绝缘。

转子的功用是产生感应电势、电磁转矩，从而实现能量转换。

（3）机座、端盖和轴承：

机座用来固定主磁极、换向极和端盖。

端盖用以保护电机内部免受外界侵害，同时支承轴承，固定刷架。

（4）电刷装置：

有刷架、刷盒、电刷等。

电刷装在刷盒内，经弹簧压指压触在换向器上，保持接触良好。

刷架、刷盒的功用是固定的电刷与旋转的换向器保持滑动接触，使外电路与电枢连接起来。

（5）通风及防护部分：

由风扇、通风孔等组成。

其功用是通风散热，保障电机安全及连续工作。

37.变压器是一种什么电器？

根据什么原理制成的？

变压器是根据互感原理制成的一种能把交流电从一个电压值转换成另一个不同电压值的静止电器。

变压器是由两以上匝数不同的线圈绕在一个构成闭合回路的铁心上组成的。

原理：

当线圈N1通入交流电e时，在铁心中产生磁通Ф，这个交变磁通在线圈N1、N2中都会产生感应电动势，这个电动势的大小与线圈的匝数成正比，这种现象叫互感。

变压器就是根据互感原理制成的，同时利用线圈匝数比不同可以升压，可以降压。

与电源连接的线圈叫原边线圈（也叫初级线圈），与负载相连的线圈叫次边线圈（也叫副级线圈），N1、N2两线圈是通过磁通来联系的，这种联系称为磁耦合。

38.什么是过电压？

有何危害？

在电路中，如含有匝数很多并带有铁心线圈的各种用电器，该电路的电感必然很大，因此，在电路开断或电路电流的大小、方向发生变化时，所产生的自感电动势数值往往会超过电源电势很多倍，这就叫过电压。

39.什么叫桥式整流？

它是怎么整流的？

桥式整流由4个二极管组成，如图1—1—12所示。

桥式整流也是全波整流，所以其输出直流平均电压U2与全波整流相同，其整流过程如下：

当变压器次级输出电压U2为正半波时，D1、D3受正向电压而导通，电流沿着从上至下的方向通过负载，其输出电流为i1,波形如图1—1—13所示。

当变压器次级输出电压U2为半负波时，D2、D4受正向电压而导通，电流也从上到下通过负载，其电流为i2。

40.简述晶闸管的工作原理

晶闸管具有单向导电特性，需要晶闸管导通时，应加正向电压，同时控制极要有触发信号，晶闸管才能导通。

导通以后的晶闸管即使把触发信号取消，而晶闸管照样处于导通状态，不因触发信号的取消而变成截止。

若导通的晶闸管要截止，需要以下任一条件：

（1）把晶闸管的阳极正电压减小到一定程度，使晶闸管通过的电流小于它的维持电流，晶闸管自然关断。

（2）人为使晶闸管阴、阳两极短接，使两端的电压降为零。

（3）外加一个反向电压于晶闸管阳、阴极两端。

41.什么是磁场削弱系数？

牵引电动机的励磁电流与电枢电流之比，称为磁场削弱系数，用β表示。

在全磁场时，β=100%，电枢电流全部流经励磁绕组。

例如：

一级磁场削弱时，β=60%，表示有60%的电枢电流流过励磁绕组，其他40%流过了磁场削弱电阻。

二级磁场削弱，β=43%，表示有43%的电枢电流流经励磁绕组。

另外的57%分别流经磁场削弱电阻。

42.什么是直流电机的可逆性？

在内燃、电力机车上有何应用？

不论直流电机或交流电机都具有可逆性。

所谓可逆性，就是同一电机既可以作为发电机工作，又可以作为电动机工作。

其原因是电机本身是机械能和电能互相转换的设备。

这个能量相互转换的过程同样是按照电磁感应规律为依据的，只是在不同的客观条件下，表现出不同的运行工况。

内燃机车上的起动发电机在柴油机起动过程中，起动发电机作为电动机运行，带动柴油机起动；柴油机起动后，又由柴油机带动其运转，作为发电机运行。

在电传动内燃机车及电力机车上的牵引电动机，在机车牵引工况时，作为电动机运行；但在机车电阻制动时又作为发电机运行。

这都是利用了电机的可逆性原理。

43.简述变压器的工作原理

线圈A与交流电源相连接时，绕组中有交变电流通过，同时，在铁心内部产生一个交变的磁通Ф，这个磁通穿过A、B两个线圈，即在B线圈中产生感应电动势。

这个电动势大小和线圈匝数成正比。

变压器就是根据这种互感的原理制成的。

与电源相连接的线圈叫副边线圈或次级线圈。

A、B两线圈是通过磁通来联系的，这种联系叫磁耦合。

44.平波电抗器的作用原理是什么？

对于交-直流电传动的电力机车，由于整流器输出电压是一个脉动电压。

在整流电路中必然产生脉动电流。

这种脉动电流会影响牵引电机的换向。

为了改善牵引电机的换向性能，就要减少整流电流的脉动，故在牵引电机回路中串联另外的电抗装置，这就是平波电抗器。

45.变压器的电压、电流、绕组匝数之间有何关系？

变压器副边线圈感应电动势U2与原边线圈电动势U1之比等于副边线圈与原边线圈绕组匝数之比。

即：

U2：

U1=n2:

n1

原边线圈中流过电流I1与副边线圈中流过电流I2之比为原、副绕组匝数之反比。

即：

I1：

I2=n2：

n1