初级电工应知应会教学教材.docx

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初级电工应知应会教学教材

初级电工应知应会

一、直流电的基本知识

1.电路:

电流经过的路径称为电路。

最基本的简单电路由电源、负载、连接导线和开关等组成，如图1―1所示。

2.电路通常有三种状态：

通路：

指处处连通的电路。

通常也称闭合电路，简称闭路。

此时电路有工作电流。

开路：

指电路中某处断开不成通路的电路，开路也称断路，此时电路中无电流。

短路：

指电路（或电路中的一部分）被短接。

3.电流和电流密度：

电荷有规则的运动就称之为电流，在金属导体中，电流是自由电子在电场作用下有规则运动形成的。

电流强度单位是安培，用字母A表示，常用单位还有千安（kA）、毫安（mA）和微安（uA）。

1千安（kA）=103安（A）

1毫安（mA）=10-3安（A）

1微安（uA）=10-3毫安（mA）=10-6安（A）

5.电压单位是伏特，用字母V表示，常用单位还有千伏（kV）、毫伏（mV）和微伏（uV）。

1千伏（kV）=103伏（V）

1毫伏（mV）=10-3伏（V）

1微伏（uV）=10-3毫伏（mV）10-6伏（V）

6.电阻：

电阻就是反映导体对电流阻碍作用大小的一个物理量。

电阻用字母R表示,电阻的单位是欧姆，用字母Ω表示。

1千欧（kΩ）=103欧（Ω）

1兆欧（MΩ）=103千欧（kΩ）=106欧（Ω）

7.电功和电功率：

把电能转换为其他形式的能量时，电流都要做功。

电流所做的功叫电功。

根据欧姆定律可得电功的数学表达式为：

W=IUt=I2Rt=

t

我们把单位时间内电流所做的功，称为电功率，用字母P表示

P=W/t

电功率常用单位还有千瓦（kW）、毫瓦（mW）

1千瓦（（kW）=103瓦（W）

1毫瓦（mW）=10-3瓦（W）

常见的电功率计算公式：

P=IU=I2R=U2/R

在实际工作中，电功的单位常用千瓦小时（kW.h），也叫“度”。

8.部分电路欧姆定律：

图1―2中双点划线框所示的电路为不含电源的部分电路。

当在电阻R两端加上电压U时，电阻中就有电流流过。

通过实验可以知道，如果加在电阻R两端的电压U发生变化时，流过电阻的电流也随着变化，而且这种变化是成正比例的，即电压和电流的比值是一个常数，这个常数就是电路中的电阻。

写成公式就是：

　R＝U/I　　I=U/R

9.全电路欧姆定律全电路是指含有电源的闭合电路，如图1-3所示。

图中的双点划线框内代表一个电源。

电源的内部一般都是有电阻的，这个电阻称为内电阻，用字母r表示。

内电阻是在电源内部，与电动势是分不开的，所以也可以不单独画出，只在电源符号旁边注明内电阻的数值就行了。

当电路为通路时，负载R上就有电流流过，这是因为电阻两端有了电压U的缘故。

电压U是电动势E产生的，它既是电阻两端的电压，又是电源的端电压。

全电路欧姆定律公式：

I=E/（R+r）

10.电阻的串联电路：

　　　　在电路中，若两个或两个以上的电阻按顺序一个接一个地联成一串，使电流只有一条通路，电阻的这种连接方式叫做电阻的串联，如图1－4所示。

（1）串联电路中流过每个电阻的电流都相等，即：

I=I1=I2=I3=.......=In

（2）电路两端的总电压等于各电阻两端的电压之和，即

U=U1+U2+U3=……+Un

（3）串联电路的等效电路（即总电阻）等于各电阻之和，即

R=R1+R2+R3+……Rn

11.电阻的并联电路：

　　　　两个或两个以上的电阻一端连在一起，另一端也连在一起，使每一电阻都承受同一电压的作用。

电阻的这种连接形式叫做电阻的并联，如图1－5所示。

（1）并联电路中各电阻两端电压相等，且等于电路两端的电压。

即：

U=U1=U2=U3=……=Un

（2）并联电路中的总电流等于各电阻中的电流之和，即

I=I1+I2+I3+.......+In

（3）并联电路的等效电阻（即总阻）的倒数，等于各并联电阻的倒数之和，即：

=

+

+

+……

二、交流电的基本知识

1.交流电：

凡是大小和方向都随时间变化的电压和电流，称为交流电压和交流电流。

交流电是交变电动势、交变电压和交变电流的总称。

正弦交流电和非正弦交流电是交流电的两大类。

如图2-1所示。

常用的交流电频率为50Hz，习惯上将此频率称为工频。

2.正弦交流电的三要素：

（1）.最大值

（2）.角频率

（3）.初相角

3.单相交流电路：

由单相交流电源、用电器、连接导线、开关组成的电路称单相交流电路。

交流负载一般是电阻、电感、电容或它们的不同组合。

4.三相交流电路：

目前在低压供电系统中多数采用三相四线制供电，如图2-2所示。

在图中，把三个线圈的末端接在一起，称为中性点，从中性点引出的输电线称为中性线，简称中线（即N线）。

中线通常与大地相接，并把接大地的中性点称为零点，从三个线圈的始端引出的输电线叫相线，俗称火线。

三相四线制可输送两种电压：

一种相线与相线之间的电压叫线电压U1,U1=U12=U23=U31。

另一种是相线与中线之间的电压，叫相电压Uφ，Uφ＝U1=U2=U3。

在我国三相四线制供电系统中，线电压为380V，相电压为220V，线电压是相电压的

倍。

5.三相负载的联结

根据不同要求，三相负载既可做星形（即Y形）联结，也可做三角形（即△形）联结。

把三相负载分别接在三相电源的相线和中线之间的接法，负载使用相电压，就叫做三相负载的星形联结，如图2－3所示。

把三相负载分别接在三相电源的一根相线和另一根相线之间，负载使用线电压就称三相负载的三角形联结，如图2－4所示。

6.三相负载的电功率

在三相交流电路中，三相负载消耗的总电功率为各相负载消耗功率之和，即：

P=P1+P2+P3

在对称三相电路中，各相电压、相电流的有效值相等，功率因数也相等，则有：

P=3UΦIΦcosΦ

也可将上式变换为线电压、线电流来表示：

P=

U1I1cosΦ

三、电子线路

1.晶体二极管的结构和特点

晶体二极管是由一个PN结、外壳、引线等几部分组成。

P型区的引出线为阳极（正极），N型区的引出线为阴极（负极）。

其符号图如图3－1所示。

当二极管加正偏电压时，二极管导通，负载上有电流流过，当二极管加反偏电压时，二极管截止，负载上没有电流流过（反向漏电流为零）。

这就是二极管的单向导电特性。

如图3－2所示。

2.晶体二极管的简易测量

二极管可以用万用表欧姆挡（R

1k）进行简单测试，将“黑”表笔接二极管的正级，“红”表笔接二极的负极，可测得二极管的正向电阻，一般应在几十到几百欧姆，对换表笔可测得二极管的反向电阻，一般应在几十千欧以上。

正向电阻越小，反向电阻越大，二极管的单向导电性就越好。

3.晶体二极管整流电路

一般采用二极管整流方式获得直流电，常见的有半波整流电路和桥式全波整流电路。

4.晶体三极管的结构和特点

晶体三极管的内部是由两个PN结所组成，根据PN结组合方式的不同，晶体三极管分为PN型和NPN型两类，其结构和表示符号见表3－5所示。

晶体三极管有放大、饱和、截止三种工作状态。

四、变压器与三相笼型异步电动机

1.　变压器基本结构

变压器的基本结构：

单相变压器主要由一个闭合的软磁铁心和两个套在铁心上而又互相绝缘的绕组所构成，如图3-1所示。

图3－1　变压器的基本结构及符号

5.变压器的工作原理

变压原理：

如图3-2所示，当变压器的一次绕组接入交变电压时，在一次绕组中便有交变电流流过，并产生交变磁通。

该磁通绝大部分通过铁心且同时穿过一次、二次绕组，称为主磁通。

芯式变压器和壳式变压器　　　　　　　　　　　图3－2变压器的工作原理

当主磁通同时穿过一次、二次绕组时，就在两个绕组中分别产生与电源频率相同的感生电动势e1和e2

6.几种常见变压器

（1）单相小功率电源变压器：

这种变压器一次电压有220V和380V两种，二次电压多为36V。

在特殊危险场合，二次电压为24V或12V甚至6V。

（2）三相变压器：

由于电力系统都采用三相三线制或三相四线制供电，所以三相变压器的使用非常广泛。

根据三相电源手负载的不同情况，变压器一次侧和二次侧都可作Y形或△形联结。

三相变压器绕组的不同联结法称为联结组。

图3－3所示即为几种最常见的联结组。

大容量的三相变压器多采用Y/△联结，即高压侧为Y形联结，低压侧为△形联结。

一般容量不大又需要中线的变压器多采用Y/Y0联结，这里Y0表示低压侧为Y形联结并有中线。

三相变压器示意及符号　　　　　　　　　　　　图3－3三相变压器的标准接线图

（4）自耦变压器：

　　　　　这类变压器只用一个绕组，一次绕组和二次绕组有一部分是公用的。

两者之间不仅有磁联系，而且还有电的直接联系。

和一般变压器一样，自耦变压器一次侧、二次侧的电压比，仍等于相应的匝数比，如图3－4所示。

图3－4自耦变压器　　　　　　　　　　　　　图3－4自耦变压器的接法

a）外形图　　b）结构示意　　　　　　　　　　a）正确接法　　b）错误接法

（5）互感器：

直接测量大电流或高电压是比较困难的。

在交流电路中，常用特殊的变压器把大电流转换成小电流，高电压转换成低电压，然后再进行测量。

所用装置就称为电流互感器和电压互感器。

使用互感器的优点在于使测量仪表与大电流、高电压相隔离，因而可以保证仪表和人身安全。

其原理接线如图3－5所示。

图3－5互感器原理接线图

a）电流互感器b）电压互感器

7.三相笼型异步电动机基本构造

三相笼型电动机主要由转子和定子组成，如图4－12所示。

（1）　定子是电动机静止不动的部分，一般由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。

定子铁心是磁路的一部分，定子绕组是电动机的电路部分，由三相对称绕组组成。

三相绕组彼此独立，按互差1200电角度嵌在定子槽内。

（2）　转子铁心和转子绕组是转子的主要部分。

转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠装而成。

转子绕组是铜条嵌入转子槽内并用铜环将全部铜条焊接成笼型。

8.三相笼型电动机的工作原理：

是给定子通三相交流电，在定子上产生三相旋转磁场，转子铜条“切割”旋转磁场产生感生电动势和感生电流，又由于通电导体在磁场中受到力的作用，所以转子开始受力旋转。

四、低压电器和控制线路

1.　常用低压电器：

（1）低压开关：

a.板用刀开关b.负荷开关c.组合开关（转换开关）d.空气断路器

低压开关主要用于成套设备中隔离电源，亦可作为不频繁地接通和分断低压供电线路。

（2）熔断器：

a.插入式熔断器b.螺旋式熔器c.管式熔断器

熔断器主要作短路保护用。

当通过熔断器的电池大于规定值时，以其自身产生的热量使熔化而自动分断电路。

（3）接触器：

接触器是一种用于频繁接通和分断负载的自动控制电器，广泛用于各类电动机的启动、正反转控制等线路中。

其外形和结构如图3－7所示。

接触器主要由电磁动作机构、触头系统、灭弧装置组成。

图3－7交流接触器外形及结构示意图

接触器工作原理：

是当线圈通电后吸引衔铁带动触头系统动作，使主触头接通，两组辅助触头则分别接通和分断，以完成控制动作。

当线圈断电（又称为失压）后，在复位弹簧作用下，主触头断开，辅助触头同时恢复到原来状态。

（4）主令电器：

主令电器主要用于闭合、断开控制电路，以发出命令或信号，达到对电力传动系统的控制或实际程序控制。

（5）行程开关：

　　　　它的作用与按钮相同，只是其触头的动作不是靠手动操作，而是利用生产机械某些运动部件上的档铁碰撞其滚轮使触头动作来实现接通或分断某些电路，使之达到一定的控制要求。

（6）继电器：

a.中间继电器　b.热继电器c.时间继电器

继电器是一种根据电流、电压的变化或非电量（时间、温度）的变化自动动作的控制电器，常用于各种控制线路和电气设备的保护。

（7）低压断路器：

　　　　低压断路器是一种能自动切断电路故障的保护电器，主要用于保护低压电路中的电气设备，具有过流、短路、欠压保护功能，具有良好的灭弧性能。

1.电气控制原理图：

（1）控制线路的组成

电气控制线路是由接触器、中间继电器、热继电器、按钮等元件按一定要求用导线连接而成的，控制线路分为电气原理图和安装接线图两种。

常用电气元件图形符号

2.三相异步电动机单向运转控制电路：

控制线路如图3－8所示，其工作原理如下：

按下启动按钮SB2，接触器线圈通电，主触头KM闭合，电动机运转，同时辅助触头KM同步闭合使启动按钮两端连接，松手后电流由辅助触头流过，接触器继续保持吸合，电动机继续运转。

这种用辅助触头来保持接触器动作的办法叫做“自锁”。

　当需要停止时，按下停止按钮SB1，控制回路断电，接触器释放复位，电动机停止运转，自锁同时也解除。

图3－8　单向运转控制电路

五、常用测量仪表的使用

1.电流表的使用

测量电路中电流的仪表叫做电流表，又称安培表，有交直流电流表之分。

测量以毫安为单位的电流表称为毫安表（mA）；测量以微安为单位的电流表称为微安表（uA）；同理还有千安表（KA）。

一般在测量较大的电流时，通常用“外附分流器”（直流）和“电流互感器”（交流）来扩大电流表的量程。

在任何情况下，电流表只能与被测电路串联，如图6－1所示。

2.电压表的使用

测量电路电压的仪表称为电压表，又称伏特表，有交、直流电压表之分。

测量1V以下以毫伏作为单位的电压表称为毫伏表（mV）；测量1KV以上用千伏为单位的电压表称为千伏表（KV）。

高电压的测量可用“电阻降压”（直流）或用“电压互感器”来间接测量（交流）。

测量电压时，电压表只能与被测电路并联，如图6－2所示。

图6－1电流表与电压表的接法

a）电流表接法　　b）电压表接法

3.　万用表的使用

万用表也称万能表，一般可用来测量直流电流、直流电压、交流电压和电阻。

有的万用表还可测量功率、电感和电容等。

（1）用万用表测量交流电压的方法：

将转换开关转到“V”符号，测量交流电压时不分正、负极，所需量程由被测电压的高低来确定。

（2）用万用表测量直流电压的方法：

将转换开关转到“V”符号，测量直流电压时正、负极不能搞错，“＋”插口的表棒接至被量电压正极，“－”插口的表棒接至被量电压的负极，不能接反，否则指针会因逆向偏转而被打弯。

（3）用万用表测量直流电流的方法：

将转换开关转到“mA”或“uA”符号的适当量程位置上，然后按电流从正到负的方向，将万用表串联到被测电路中。

（3）用万用表测量电阻的方法：

将转换开关转到“Ω”符号的适当量程位置上，先将两根表棒短接，旋转调零旋钮，使指针指在电阻刻度的“0”Ω上；然后用表棒测量电阻。

面板上

1、

10、

100、

1k、

10k的符号表示倍率数，从表头的读数乘以倍率数，就是所测电阻的阻值。

3.用万用表测量时注意事项：

（1）转换开关的位置应选择正确。

在选择测量种类时，要特别细心，若误用电流挡或电阻挡测电压，轻则表针损坏，重则表头烧坏。

选择量程时也要适当，测量时最好使指针在量程的1/2到2/3范围内，读数较为准确。

（2）端钮或插孔选择要正确。

红色表棒应插入标有“＋”号的插孔内，黑色表棒应插入标有“－”号的插孔内，在测量电阻时注意万用表内干电池的正极与面板上“－”号插孔相连，干电池的负极与面板上“＋”号插孔相连。

（4）当测量线路中的某一电阻时，线路必须与电源断开，不能在带电的情况下测量电阻值，否则会烧坏万用表。

4.钳形表的使用：

钳形表又称为钳形电流表，在不断开电路情况下直接测量线路电流。

钳形表是根据电流互感器的原理制成的。

钳形表在使用时，先将量程开关转到合适位置，手持胶木的柄，用食指勾紧铁心开关，便可打开铁心，将被测导线人铁心缺口引入到铁心中央，然后铁心开关的食指，铁心就自动闭合。

5.钳形表使用注意事项：

（1）钳形表不得去测量高压线路的电流，被测线路的电压不能超过钳形表所规定的使用电压，以防绝缘击穿，人身触电。

（2）测量前应估计被测电流的大小，选择适当的量程，不可用小量程挡去测量大电流。

（3）每次测量只能嵌入一根导线，测量时应将被测导线置于钳口中央部位，以提高测量准确度。

测量结束应将量程调节开关扳到最大挡位置，以便下次安全使用。

6.兆欧表的使用

兆欧表又叫摇表、高阻表等，是用来测量大电阻和绝缘电阻的，它的计量单位是兆欧，用“MΩ”符号表示，如图8－6所示。

摇表的选用，测量额定电压在500V以下的设备或线路绝缘电阻时，可选用500V或1000V摇表；测量额定电压在500V以上的设备或线路绝缘电阻时，应选用1000~2500V摇表，对量程的选用，一般测量低压电器设备绝缘电阻时可选用0~200MΩ量程表，测量高压电器设备或电缆时可选用0~2000MΩ量程的表。

8.　摇表使用时的注意事项

（1）测量电气设备的绝缘电阻时，必须先切断电源，然后将设备进行放电，以保证人身安全和测量准确。

（2）测量时应将摇表旋转于水平位置，未接线前先转动摇表作开路试验，看指针是否指在“

”处，再将（L）和（E）柱短接，慢慢地转动摇表，看指针是否指在“0”处。

（3）摇表接线柱上的引出线应用多股软线，且要有良好的绝缘，两根引线切忌绞在一起，以免造成测量数据不准确。

（4）摇表测量完后应立即使被测物放电，在摇表的摇把未停止转动和被测物未放电前，不可用手去触及被测物的测量部分或拆除导线，以防触电。

9.　电能表的使用

电能表是一种计量电能的仪表，即能测量某一段时间内所消耗的电能。

（1）单相电能表的接线方法　在低压小电流线路中，电能表可直接接在线路上，如图6－4a　所示。

在低压大电流线路中测量电能，电能表须通过电流互感器将电流变小，接线方法如图6－4b所示。

图6－4单相电能表接线方法

a）直接接法　　b）经电流互感器的接法

（2）三相电能表的接线方法　在低压三相四线制电路中，通常采用三元件的三相电能表。

若线路上负载电流未超过电能表的量程，则可直接接在线路上，其接线方法如图6－5a所示。

如果负载电流超过电能表量程，则须经电流互感器将电流变小，接线方法如图6－5b所示。

图6－4三相电能表接线方法

a）直接接法　　b）经电流互感器的接法

六.常用电线和电缆的型号

1.　电线和电缆和种类很多，应用较为广泛的有裸线、电磁线、绝缘电线和电缆等。

（1）常用绝缘电线的型号及表示方法

常用绝缘电线的型号

型号

名称

主要用途

BX

BLX

BV

BLV

BVV

BLVV

铜芯橡皮线

铝芯橡皮线

铜芯聚氯乙烯塑料线

铝芯聚氯乙烯塑料线

铜芯聚氯乙烯绝缘、护套线

铝芯聚氯乙烯绝缘、护套线

固定敷设用

RVS

RVB

铜芯聚氯乙烯绞型软线

铝芯聚氯乙烯绞型软线

灯头、收音机等引线

（2）型号表示意义

1.）L表示铝芯；T表示铜芯（可省略）

2.）B（BB）第一个字表示布线，第二个字表示玻璃丝编织；B置于后表示扁形（平型）。

3.）X表示橡皮绝缘；F表示复合物绝缘；

4.）V（VV）第一个字表示聚氯乙烯绝缘，第二个字表示聚氯乙烯护套。

5.）R表示软线；S表示双绞线

（3）常用电缆的型号及表示方法

（1）Y系列通用橡皮绝缘电缆。

这种系列的电缆适用于一段场合下作各种电气设备、电动工具、仪器和日用电器的移动式电源线，故称为移动电缆。

常用的YQ、YQW型轻型橡皮绝缘电缆，工作电压为交流250V；YZ、YZW型中型橡皮绝缘电缆及YC、YCW型重型橡皮绝缘电缆，其工作电压为交流500V。

（2）VLV、VV系列电力电缆。

VLV（VV）铝芯（铜芯）聚氯乙烯绝缘、聚氯乙烯护套（含铠装）电力电缆。

这种系列的电缆适用于固定敷设的交流工作电压为6KV以下输配电线路。

（3）YJLV、YJV系列电力电缆。

YJLV（YJY）铝（铜）芯交联聚氯乙烯绝缘、聚氯乙烯护套（含铠装保护层）电力电缆。

这种系列的电缆适用于交流工作电压为6~35KV的输配电线路。

七、电气安装施工图识读

1.电气工程施工图的分类和特点

电气施工图种类很多，按工程性质分有变配电工程施工图、照明及动力工程施工图、防雷及接地工程施工图、弱电工程施工图等。

按图形种类分为系统图、平面布置（剖面）图、电路图、接线及展开图等。

在每种工程施工图中通常由施工说明，系统图、平（剖）面图，电路图等组成。

2.电气工程施工图基本符号

电气施工图中的基本符号有三大类，即文字符号、图形符号和标注表达符号。

常见文字符号示例

文字符号

意义（含意）

DC或AC

直流或交流

PE或PEN

保护接地线或保护接地和中性线共用

SC或TC

穿焊接钢管敷设或穿电线管敷设

BLV或BX

铝芯聚氯乙烯绝缘线或铜芯橡皮绝缘线

RCA或DZ

瓷插式熔断器或低压断路器

T或F

变压器或避雷器

或M或

电动机或母线或发电机

TA或TV

电流互感器和电压互感器

EL

日光灯或普通照明灯（白炽灯）

L或G

吊链或线管配线（焊接钢管）

ZMR

嵌入式照明配电箱

　3.图形符号　　电气施工图常用的图形符号通常又分为线路符号和设备（元件）符号。

常见线路图形符号示例

设备（元件）图形符号示例

2.标注表达符号

（1）　常用配线路一般标注格式：

　　　an[b-（c

d）]e-f

式中　a-----线路回路编号；　　　　n-----并列（相同）线路数；　　

b-----导线型号；　　　　　　c------导线根数；

d------导线截面积；　　　　　e------线路敷设方法及穿管管径；

f------敷设部位

例如，BV－（3×4＋1×2.5）G25QA所表示的意义是3根截面积为4mm2加上一根截面积2.5mm2的铜芯塑料线穿在公称口径为25mm的焊接钢管内，沿墙暗配。

（2）常用照明灯具的一般标注表达格式：

a-b

f

式中a-----灯具数　　　　　　b-----灯具型号

c-----灯泡数量　　　　　d-----灯泡容量

e-----距地安装高度　　　f-----安装方式

例如，10–YD

L所表示的意义是共10套反照日光灯具，其中每套灯具2盏40W灯泡，距地安装高度2.5m，吊链安装。

（3）常用低压开关的一般标注表达格式：

ab-

e

式中a-----开关型号　　　　b-----设计序号

c-----额定电流　　　　d-----开关极数

e-----结构及其他

例如，DZ5-

30所表示的意义是第5次改进型低压断路器，额定电流为20A三极；30表示复式无辅助触头。

电动机系统图：

如图所示，线电压为380V的三相三线制电源通过型号为DZ5-

30的低压断路器，经过熔断器RL1-15A控制三相异步电动机M的转动。

八、电缆线路及硬母线施工

在电力系统中，常见的电缆有两大类：

电力电缆和控制电缆。

电力电缆用来输送和分配电能，控制电缆是配电装置中用来传导操作电流、连接电气仪表、继电保护和控制回路用的。

1.电缆的敷设方式

（1）直接埋地敷设

（2）在电缆沟内敷设

（3）在电缆隧道内敷设

（4）其他敷设

2.电缆头施工的基本要求：

（1）对于浸渍纸绝缘电缆必须保证密封，否则就会漏油，使电缆绝缘性能降低。

（2）保证绝缘强度，电缆头的绝缘强度应不低于电缆本身的绝缘强度。

（3）保证电气距离，避免短路或击穿。

（4）保证接头良好，接触电阻应小而稳定，并且有一定的机械强度。

3.电缆交接试验基本方法简介

电缆施工完毕后，