1、1用心做事 追求卓越电工作业安全技术培训（低压部分）教案安阳鑫龙煤业（集团）技工学校2012 年 11 月 12 日安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（首页）2科:培训科总学时: 148课程名称 低压电工作业讲 授: 84课程类别 必修课( ) 选修课( ) 公选课( ) 实 验: 64授课专业 电工作业安全技术 授课班级 培训第 期 课堂讨论:任课教师 巩新宏 职 称 工程师 习题课: 选用教材 电工作业安全技术（培训教材）学时分配机 动:教学目的要求1、学习电工基础知识 2、认识触电的危害，学习触电救护方法 3、学习电气安全工作要求与措施 4、认识电气安全用具和安全标示5、学习直接和间接接触
2、电击防护 6、学习电气的防火、防爆、防雷和防静电知识 7、学习高压配电装置、电力变压器和互感器等知识。8、手持式电动工具及移动式电气设备的安全技术措施。教学重点难点重点:电气安全作业知识难点:电工基础知识及相关电路工作原理参考书目全国特种作业人员安全技术培训考核统编教材电工作业学 校审 阅意 见负责人： 年 月 日安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（内页）3授 课 章 节 第一章 电工与电子基础 教 学 目 的1、 熟练掌握电工基础知识2、学习直流电路与交流电路的相关知识与计算教学重点1、电路的基本概念 2、全欧姆定律 、基尔霍夫定律3、三相交流电压和电流的相互关系重 点 与 难 点教学难点1、
3、对电路基本概念的理解 2、全欧姆定律的情况分析3、基尔霍夫定律的理解和运用 4、单相和三相交流电路的认识和相关知识的应用5、半导体基础知识教 学 方 法 讲解法、图例法教 学 手 段 多媒体、讲述教 学 内 容 学时数第一节 电的基本概念和直流电路 4第二节 单相交流电和三相交流电 4第三节 晶体管和晶闸管 4课堂课堂讨论教 学 过 程时 间 分 配习题课 本章练习题讲解教学过程设计1、组织教学 2、导入 3、讲授新课4、练习 5、小结 6、作 业实 验 思考题及作业题 本章练习题讲解教 后 感安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）4教 学 内 容 教法提示及备注一、电工与电工基础1、电的基
4、本概念1.1 物质的结构自然界的一切物质都是由分子组成的，分子是由原子组成，而原子又是由原子核和围绕原子核作高速旋转的电子组成的。其中，原子核带正电荷，电子则带负电荷。不同物质的原子所具有的电子数目是不相同的，它们按一定的规律，分布在不同圈层中绕原子核运动。由于每一种物质中，原子核所带的正电荷数目和核外电子所带的负电荷的数目相等，所以它们对外并不显示电性，即它们平时不带电。原子核和电子之间存在着吸引力的作用。异性电荷相吸引，同性电荷相排斥，这是电荷的基本特性。电荷既不能被创造，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，这个定律叫做电荷守恒定律。1.2
5、电流电荷有规则的定向运动叫电流。在金属导体中，电流是自由电子在电场力作用下有规则地运动形成的。在某些液体或气体中，电流则是正负离子在电场力作用下有规则运动形成的。电流的大小定义为:单位时间内通过导体截面的电量，用电流强度来衡量。若在t 秒时间内通过导体横截面的电量是 Q（单位：库伦） ，则电流强度 I 就可用下面的公式来表示，即 I=Q/T如果在 1 秒钟时间内通过导体横截面的电量是 1 库伦，则导体中的电流强度就是 1 安培。常用的电流强度单位还有 千安(KA)、毫安（mA） 、微安（A） 。 “电流强度”简称“电流” 。电流不但有大小，而且有方向。习惯上规定：以正电荷运动的方向为电流的正方
6、向。电流反向与电子流反向相反。产生电流的条件：内因是必须的导体；外因是导体两端必须有电压。电流的分类：分为直流电和交流电两大类。凡方向不随时间变化的电流都称为直流电，而大小和方向都不随时间变化的电流称为稳恒直流电流；凡是大小和方向都随时间变化的电流称为交流电。1.3 电压电压又称电位差，是衡量电场做功本领大小的物理量。根据“电流实际上是电荷在电场力作用下的定向运动所形成的” ，可以说，在这个过程中，电场力对电荷作了功。定义：电场力将单位正电荷从 A 点移动到 B 点所作的功叫做 AB 间的电压，用UAB表示。在电路中若电场力将电荷 Q 从 A 点移动到 B 点，所作的功为 WAB，则 AB 间
7、的电压为 U AB=WAB/Q （v）若电场力将 1 库伦的电荷从 A 点移动到 B 点，所作的功是 1J，则 AB 间的电压就是 1v（伏特） 。常用的电压单位除了伏特外，还有 千伏 (Kv)、毫伏（mv） 、微伏（v） 。安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）5教 学 内 容 教法提示及备注电压不但有大小，还有方向，即有正负。对负载来说，规定电流流进端为电压的正端，电流流出端为电压的负端。电压的方向由正指向负，亦即负载中电压的实际方向与电流方向一致。对于负载来说，没有电流就没有电压，有电压就一定有电流。电阻两端的电压通常叫做“电压降” 。1.4 电位电位是一个相对量。如在电路中任选一个参
8、考点，令其电位为零，则电路中某一点的电位就等于该点到参考点之间的电压。由此可见，电位实际上也是电压，只不过是对参考点之间的电压。电位的单位同电压一样，也是伏特（v） 。通常选大地为参考点，即零电位点。电路中任两点间的电位之差称为该两点的电位差，也就是电压，所以，电压也叫电位差。如果电路中的两点电位相同，则这两点叫做等电位点，等电位点之间没有电流通过。电位和电压的异同：（1）电位是某点对参考点的电压，电位差是某两点间的电压。电位相同的各点间的电位差为零，电流也为零；（2）电位是相对量，随参考点的改变而改变，而电位差的绝对值不随参考点的改变而改变，所以电压是绝对量。1.5 电动势电动势是衡量电源将
9、非电能转换为电能本领的物理量。电动势的定义：在电源内部，外力将单位正电荷从电源的负极移到电源正极所做的功，用字母 E 表示若外力将电荷 Q 从负极移到正极所做的功是 W，则电动势的数学表达式为 E=W/Q电动势的单位也是伏特（v） 。电动势的方向规定为：在电源内部，由负极指向正极，即由低电位指向高电位。对于一个电源来说，它既有电动势又有电压，但电动势只存在于电源内部。1.6 电阻导体对电流的阻碍作用称为电阻。用字母 R 或 r 表示。电阻的基本单位是欧姆，用字母 表示。此外常用的电阻单位还有千欧（K） 、兆欧（M） 、毫欧（m）等。导体的电阻是客观存在的，它不随导体两端电压的大小改变。即使没有
10、电压，导体仍有电阻。在温度一定时，导体的电阻与导体的长度成正比，与导体的横截面成反比，还与导体的材料有关。R=*L/S式中：R导体电阻（） ； L导体长度（m） ；S导体横截面积（mm 2） ；导体的电阻率（.m，欧.米）导体电阻与温度的关系：6安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）教 学 内 容 教法提示及备注通常情况下，金属的电阻随温度的升高而增大；半导体和电解液随着温度的升高而减小。物体按照其导电性能好坏可分为导体、绝缘体和半导体三大类。物体电阻率在10-810-6.m 范围内称为导体；在 1061016.m 范围内称为绝缘体；介于两者之间的称为半导体。2、直流电路2.1 电路2.1.
11、1 电路的组成及电路元件的作用电路是指电流所流经的路径。它由电路元件组成。电路元件分为电源、负载、控制电器和保护电器和导线四部分组成。（1）电源：其作用是将其他形式的能量转换为电能。（2）负载：其作用是将电能转换为其他形式的能。（3）控制电器和保护电器：其作用是在电路中起控制和保护作用。（4）导线：其作用是把电源、负载和控制保护电器连接成一个电路，并将电源的电能传输给负载。电路图在实际工作中，为便于分析、研究电路，通常将电路的实际元件用图形符号表示在电路图中，称为电路原理图，也叫电路图。电路的三种状态通路：指被连通的电路，通路也叫闭合电路。开路：指电路中某处断开、不成通路的电路。开路也叫断路。
12、短路：指电路（或电路中的一部分）被短接。2.1.2 电路的分类根据通过电路的电流性质不同，电路可分为直流电路和交流电路；直流电路有分为简单直流电路和复杂直流电路。凡能用电阻的串、并联等效的电路叫简单直流电路；凡不能用电阻串、并联等效的电路叫复杂直流电路。2.2 电路的欧姆定律电流、电压和电阻是电路中的三个基本物理量，分析、计算电路，就是研究以上各量之间的关系，确定它们的大小。欧姆定律就是反映电阻元件两端的电压与通过的电流同电阻三者之间关系的定律。欧姆定律表达式 I=U/R式中：I-电流（A） ；U-电压（v） ；R-电阻（）由欧姆定律表达式可知：（1）通过电阻元件的电流与电阻两端的电压成正比，
13、而与电阻成反比。（2）电阻有电流通过时，两端必有电压，这个电压习惯上叫做“电压降” 。 （讲解：电压降、线路电压损失带来的危害。 ）2.3 电路的功率与电能2.3.1 电功率7安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）教 学 内 容 教法提示及备注电功率是指单位时间内电场力所做的功。P= UI = I 2R = U2/R式中：P-电功率。单位为瓦（W） ，常用单位有千瓦（KW） 、兆瓦（MW） 、毫瓦(mW)。2.3.2 电能电能是指电场在一段时间内所做的功。即 W = Pt = UIt式中：P-电功率（KW)； t-时间（h） ；W-电能（KW*h） 。2.3.3 焦耳楞次定律电流通过电阻时使
14、电阻发热的现象叫电流的热效应。换言之，电流的热效应就是电能转换为热能的效应。电阻通过电流后所产生的热量与电流的平方、电阻及通电的时间成正比，这就是焦耳楞次定律。转换关系式 Q = I 2Rt式中：I-电流（A） ；R-电阻（） ；t-时间（s） ；Q-电阻上产生的热量（J）2.3.4 电阻的串联电路将电阻依次首尾相连，使各电阻通过同一电流，这种接线方式叫做电阻的串联。串联电路的特点（1）串联电路各处电流相等。（2）串联电路两端的总电压等于各电阻两端的电压之和。（3）串联电路的总电阻（也叫等效电阻）等于各串联电阻之和。即串联的数目越多，总电阻越大。（4）在串联电路中，各电阻上的电压与电阻的大小成
15、正比。即 U1/Un=R1/Rn（5）串联电路中，各电阻消耗的功率与电阻的大小成正比。串联电阻在实际工作中常见的应用有（1）分压作用。（2）限流作用。（3）开关。在使用开关时，一定要将开关串联在被控的电路中。2.3.5 电阻的并联电路把几个电阻的一端连接在一个节点上，另一端连接在另一个节点上，这种连接方式叫做电阻的并联。并联电路的特点（1）并联电路中各电阻两端的电压相等，且等于电路两端电压，即U=U1+U2+Un（2）并联电路的总电流为各支路电流之和，即 I=I1+I2+In（3）并联电路总电阻（等效电阻）的倒数为各电阻的倒数之和，即1/R= 1/ R1+ 1/ R2+1/Rn R=1/(1/
16、 R1+ 1/ R2+1/Rn)并联的总电阻一定比任何一个并联电阻的阻值都小。若并联的 n 个电阻阻值相同，则 R=R/n若使两个电阻并联，则 R=R1R2/R1+R2（4）根据并联电路的特点可得 I1/In=Rn/R1 In/I=R/Rn8说明，在并联电路中，电流的分配与电阻的大小成反比，即阻值越大的电阻所分安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）教 学 内 容 教法提示及备注9配到的电流越小；反之越大。如果已知并联电路的总电流 I 和电阻 R1、R2 时，则分流公式为I1=(R2/R1+R2)*I I2=(R1/R1+R2)*I (R2/R1+R2)为分流比。（5）在并联电路中，功率的分配
17、也与电阻成反比，即阻值越大的电阻消耗的功率越小，电阻越小的电阻消耗的功率越大。2.4 基尔霍夫定律术语解释：支路-由一个或几个元件依次相接构成的无分支电路叫支路。在同一条支路中，流过各元件的电流都相等。节点三条或三条以上支路的交汇点。回路电路中任一闭合电路都叫做回路。网孔不可再分的回路。2.4.1 基尔霍夫第一定律（又叫节点电流定律）它确定了电路中任一节点所连接的各支路电流之间的关系。内容：对于电路中的任一节点，流入节点的电流之和必定等于流出该节点的电流之和。I1+I2=I3 I1+I2-I3=0 I=02.4.2 基尔霍夫第二定律（也叫回路电压定律）它确定了电路任一回路中各部分电压之间的相互
18、关系。内容：对任一回路，沿任一方向绕行一周，各电源电动势的代数和等于各电阻上电压降的代数和。E=IR 或 E=U应用基尔霍夫第二定律时应注意：先选定绕行方向，回路中凡是与绕行方向相同的电动势或电流取正号，反之取负号。利用基尔霍夫第二定律可求解回路上的电压和电流。基尔霍夫定律是电路理论的基本定律，在应用时必须注意电流、电压、电动势的方向与所选定的绕行方向的关系。3、电磁感应电磁感应是指变化磁场在导体中引起电动势的现象。由电磁感应引起的电动势叫做感生电动势；由感生电动势引起的电流叫做感生电流。3.1 直导体中产生的感生电动势感生电流不但与导体在磁场中的运动方向有关，而且还与导体的运动速度有关。直导
19、体产生的感生电动势的大小为 e = B v l sina 式中若磁感应强度 B 的单位为特（T） ，导体切割磁感应线的速度 v 的单位为米/秒（m/s） ，导体长度 l 的单位为米（m） ，则感应电动势 e 的单位为伏(V)。当导体垂直切割磁感应线时，感生电动势达到最大值。直导体中产生的感生电动势方向可用右手定则来判断：即平伸右手，拇指与其余四指垂直，让掌心正对磁场 N 极，以拇指指向表示导体的运动方向，则其余四指的指向就是感生电动势的方向。 （掌心迎磁跷拇指，四指电势拇指力） 。3.2 闭合线圈中的感生电动势安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）教 学 内 容 教法提示及备注10当线圈中的
20、磁通发生变化时，闭合线圈中要产生感生电动势和感生电流。而且磁铁插入线圈和从线圈中拔出磁铁时，感生电流的方向相反。线圈中产生感生电动势的条件是线圈中的磁通发生变化。如果线圈是闭合电路的一部分，线圈中就会产生感生电动势。闭合线圈中产生的感生电动势的方向可以用楞次定律来判断。楞次定律的内容是：感生电流产生的磁场总是阻碍原磁通的变化。就是说，当线圈中的磁通要增加时，感生电流就要产生一个磁场去阻碍它增加；当线圈中的磁通要减少时，感生电流所产生的磁场将阻碍它减少。楞次定律为我们提供了一个判断线圈中感生电动势或感生电流方向的方法，具体步骤是：（1）首先判定原磁通的方向及变化趋势（是增加还是减少） ；（2）根
21、据感生电流的磁场方向永远和原磁通变化趋势相反的原则确定感生电流的磁场方向。（3）根据感生电流磁场的方向，用安培定则判断出感生电动势或感生电流的方向。应当注意，此时必须把线圈或导体看成一个电源。在线圈内部，感生电流从电源的“-“端流到“+”端，在线圈外部，感生电流由电源的“+”端经负载流回“-”端。因此，在线圈内部感生电流的方向永远和感生电动势的方向相同。3.3 法拉第电磁感应定律楞次定律说明了感生电动势的方向，法拉第电磁感应定律则给出了感生电动势的大小。法拉第电磁感应定律：线圈中感生电动势的大小与线圈中磁通的变化速度（即变化率）成正比。我们用 表示在时间间隔 t 内的变化量，则 N 匝线圈中产
22、生的感生电动势为：e=-N*/t式中：e-在 t 时间内感生电动势的平均值（v） ；N-线圈匝数；-磁通的变化量（Wb，韦伯） ；t-磁通变化 所需要的时间。上式是法拉第电磁感应定律的数学表达式。式中负号表示感生电动势的方向永远和磁通变化的趋势相反。在实际应用中，常用楞次定律来判断感生电动势的方向，而用法拉第电磁感应定律来计算感生电动势的大小（取绝对值） 。所以这两个定律是电磁感应的基本定律。3.4 自感 （p25，图 1-21）当电流流入线圈时，该电流将产生左 N 右 S 的磁场，由楞次定律可知，这个增大的磁通会在线圈中引起感生电动势，而感生电动势又会产生一个左 S 右 N 的的磁通来阻碍原
23、磁通的增大。根据安培定则可判断出感生电流的方向与原流进线圈电流的方向相反。因此流进线圈的电流不能很快上升，A 灯只能慢慢变亮。 （电感中的电流不能突变） 。若突然中断线圈的电源，线圈的电流就会突然减小，由它产生的磁通也就突然减小，于是线圈中就要产生一个感生电流的磁通来阻碍原磁通的减小。由楞次定律可知，感生电流的方向与原电流的方向相同，则流过灯泡的感生电流就较大，从而引安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）11教 学 内 容 教法提示及备注起灯泡突然明亮的闪光。上述这种由于流过线圈本身的电流发生变化，而引起的电磁感应叫做自感现象，简称“自感” 。由自感产生的感生电动势称自感电动势。在线圈中每通
24、过单位电流所产生的自感磁通数叫做“自感系数” ，也称电感量，简称电感，用 L 表示。其数学式为 L = / i 式中：-流过线圈的电流 i 所产生的自感磁通（Wb） ；i-流过线圈的电流（A） ；L-电感（H）电感是衡量线圈产生自感磁通本领大小的物理量。电感的大小不但与线圈的匝数及几何形状有关（匝数越多，L 越大） ，而且与线圈中媒介质的导磁率有密切关系。由于自感也是电磁感应，所以它必然遵从法拉第电磁感应定律，eL=-L*i/t式中：i/t 为电流 变化率， （单位是 A/s） ，符号表示自感电动势的方向永远和外电流的变化趋势相反。结论：（1）自感电动势是由通过线圈本身的电流发生变化而产生的。
25、（2）对于线性电感，当 L 一定时，流过线圈的电流变化越快，自感电动势越大。（3）自感电动势的方向是：流过线圈的外电流 i 增大时，感生电流 iL 的方向与 i 的方向相反；外电流减小时，感生电流 iL 的方向与 i 的方向相同。自感电动势的优点：日光灯是利用镇流器中的自感电动势来点燃灯管的，同时也利用它来限制灯管的电流。缺点：在含有大电感元件的电路被切断的瞬间，因电感两端的自感电动势很高，在开关刀口的断开处会产生电弧，容易烧坏刀口，或者损坏设备的元器件，这些都应避免。通常在含有大电感的电路中都有灭弧装置。最简单的办法是在开关或电感两端并联一个适当的电阻或电容，或先将阻容串联然后接到电感两端。
26、涡流是电磁感应的另一种特殊形式。在有铁芯的线圈中通入交流电，铁芯中便产生交变磁通，也要产生感应电动势。在此电动势的作用下，铁芯中就形成自成回路的电流，称为涡流。铁芯通过涡流后要发热，引起能量损耗，叫做涡流损失。为减少涡流带来的不良影响，通常采用电阻率大、导磁性能好的 0.350.5mm 后的硅钢片叠成铁芯且片与片之间涂有绝缘漆，用来增加涡流路径的电阻，以达到减少涡流的目的。3.5 互感我们把由一个线圈中的电流变化在另一线圈中产生的电磁感应叫做互感现象，简称互感。由互感产生的感应电动势称为互感电动势。互感电动势的大小正比于另一线圈中电流的变化率。当第一个线圈的磁通全部穿过第二个线圈时，互感电动势
27、最大，当两个线圈互相垂直时，互感电动势最小。利：具有广泛用途的各种变压器、电动机都是利用互感原理工作的。弊：在电子电路中若线圈的位置放置不当，各线圈产生的磁场就会互相干扰，严重时会使整个电路无法工作。通常把互不相干的线圈间距拉大或把两个线圈垂直12安安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）教 学 内 容 教法提示及备注13放，在某些场合还使用铁磁材料把线圈或其他元器件封闭起来进行磁屏蔽。4、单相交流电4.1 交流电的概念4.1.1 什么是交流电所谓交流电是指大小和方向都随时间做周期性变化的电动势（电压或电流） 。交流电分正弦交流电和非正弦交流电两大类。正弦交流电是指大小和方向按正弦规律随时间做
28、周期性变化的交流电；而非正弦交流电的变化规律不按正弦规律变化。4.1.2 正弦电动势的产生正弦交流电通常是由交流发电机产生。 电工作业安全技术P304.1.3 正弦交流电的几个基本物理量（1）正弦交流电的三要素最大值最大值表示交流电在变化过程中所能达到的最大数值（也叫峰值、振幅） 。正弦交流电的电动势、电压和电流的最大值分别用 Em、Um、Im 表示。最大值虽然有正有负，但习惯上最大值都以绝对值表示。周期、频率和角频率正弦交流电随时间在不断地变化，这种周而复始的保护叫周期性变化。为了表示正弦交流电变化的快慢，下面用角频率、周期和频率来加以描述。周期。交流电每重复一次所需的时间称为周期，用字母
29、T 表示，单位是 s。 （秒s、毫秒 ms、微秒 s、纳秒 ns，均为千进位）频率。交流电 1s 内重复的次数称为频率。用字母 f 表示，单位是Hz（KHz、MHz）周期和频率互为倒数，即 f=1/T 或 T=1/f角频率。角频率（即电角速度）是指交流电在 1s 内变化的电角度，用字母 表示，单位是弧度/秒（rad/s） 。如果交流电在 1s 内变化了 1 次，则电角度正好变化了2 弧度，也就是说该交流电的电角度 =2 弧度/s。若交流电 1s 内变化了 f 次，则可得角频率、频率和周期的关系式为 =2f=2/T周期、频率和电角度是从各个不同角度表示交流电快慢的物理量。三个物理量中只须知道其中
30、一个，就能够计算出另外两个的数值。初相角。初相角由交流电的瞬时值表达式 e=Em sin（t+）可以看出，若交流电的最大值已知，则瞬时值 e 由（t+）来确定。T=0 时的相位角称为“初相角” 。它表示线圈开始转动时，线圈平面与中性面之间的夹角。它实际上表达了线圈开始转动的位置。当交流电的最大值、角频率和初相角这三个量确定时，正弦交流电才能被确定。也就是说这三个量是正弦交流电必不可少的要素，故称之为三要素。（2）正弦交流电的相位差需要同时考虑两个或两个以上的同频率正弦交流电时，往往需要分析两个正弦交流电变化的先后顺序，即“相位差”的概念。相位差就是两个同频率正弦交流电的初相角之差。安阳鑫龙煤业
31、（集团）技工学校教案（附页）14教 学 内 容 教法提示及备注（3）正弦交流电的有效值因为交流电的大小是不断变化的，因此用瞬时值来表示交流电的大小显然是不合适的。如果将交流电和直流电相比较，则能看到它们之间存在着某些相同之处，如它们都有电流的热效应。让交流电和直流电分别通过阻值完全相同的电阻，如果在相同的时间内这两种电流产生的热量相等，就可以此直流电的数值定义为该交流电的有效值。即把热效应相等的直流电（电流、电压或电动势）定义为交流电（电流、电压或电动势）的有效值。交流电流、电压和电动势有效值的符号分别是I、U、E。正弦交流电的有效值和最大值之间有如下关系：Im=2I=1.414I Um=2U
32、=1.414U Em=2E=1.414E今后若无说明，交流电的大小总是指有效值。如一般交流电压表测出的电压数值都是有效值；设备铭牌上标注的交流电压、电流等也都是有效值。显然，有效值不随时间变化。4.2 正弦交流电的三种表示法 电工作业安全技术P34正弦交流电一般有四种表示法：解析法、曲线法、旋转矢量法和符号法。一般采用前三种表示法，无论采用哪一种方法，都要求能够表达出交流电的三要素。4.3 交流电路的分析方法交流电路一般由交流电源、电阻、电容、电感以及把它们连成回路的导线组成。电阻、电感、电容称为交流电路的三个基本参数。在交流电路中，由于电感、电容的存在，就影响了电压与电流的相位关系。若脱离相
33、位关系而单纯计算数量关系，将会造成概念上和计算时的错误。这就是直流电路和交流电路的重要区别。在计算实际电路时，我们总是忽略那些次要的因素，仅保留起主要作用的因素，这样就可以抓住主要矛盾，简化复杂的数学运算。4.4 纯电阻电路 电工作业安全技术P38纯电阻电路中的电压与电流是同频率、同相位的正弦量。纯电阻电路中，电压与电流有效值之间的关系符合欧姆定律。电阻电路的平均功率为 P=UI=I 2R=U2/R平常我们所讲的功率都是指平均功率。习惯上也将平均功率叫做有功功率，即电路所消耗的功率。4.5 纯电感电路在实际中，遇到的镇流器、变压器、电动机中的线圈等，它们的电阻很小，可近似只考虑线圈在交流电路中
34、的作用及影响，这就是纯电感电路。在交流电路中，电路随时间变化，因此电流产生的磁场也在变化，由电磁感应定律可知，这个变化的磁场在线圈中要产生感应电动势。这个感应电动势是由于线圈本身电流变化引起的，故称为自感电动势，这种现象叫自感现象。由于自感现象的存在，使得在纯电感电路中，电压超前电流 90，又由于电感元件两端电压和电流之间存在相位差，故不能用欧姆定律来表示电压与电流的瞬时值关系。在纯电感电路中，电压有效值与电流有效值之间成正比关系，其比值为一常数。即 U/I=X L XL叫作感抗，其作用与电阻 R 相当，单位是 。感抗的大小为 X L=2fL ()15安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）教
35、 学 内 容 教法提示及备注上式说明：感抗与电源频率成正比，与电感量成正比。即线圈的电感量越大，产生的自感电动势越大；通过线圈电流的频率越高，电流的变化率越大，自感电动势越大；而自感电动势对电流的阻碍作用正是通过感抗反映出来的。因此电感线圈对高频电流阻力很大，而对直流电（f=0）可认为短路。此即，电感具有阻交流、通直流的特性。在纯电感电路中，只有电源中电能和线圈中磁场能的相互转换，这种能量转换的规模，可用无功功率来反映。无功功率 Q 的大小为 Q=UI=I2XL=U2/XL (乏var)但线圈本身并不消耗能量，故有功功率=0.4.6 纯电容电路4.6.1 电容讲解：电容的充放电过程。 电工作业
36、安全技术P41电容器存储电荷的能力常用电容量 C 表示，简称电容，其单位是法拉 F。由于法拉这个单位太大，实际上常用微法 F（10 -6F） 、或皮法 pF（10 -12F）作为电容器的单位。电容器允许使用的最高直流电压称为电容器的耐压。电容量和耐压是电容器的两个主要技术参数，在工作中选用电容器时，应使二者都满足要求电容器的充电，就是将电源的电能转变为电场能量储存起来，而电容器的放电，则是将储存的电场能量再释放出来。所以说电容器是一种储能元件，它与消耗电能的电阻元件有着根本的区别，而和电感元件相似，都有储存电能的作用。电容器串联时，1/C=1/C1+1/C2+1/Cn 或 C=1/(1/C1+
37、1/C2+1/Cn)可见，电容器串联的数目越多，总容量越小。电容器并联时，C=C1+C2+Cn可见，电容器并联的数目越多，总容量越大。4.6.2 纯电容电路中各量之间的关系纯电容电路的电流与电压是同频率的正弦量，而且电流的相位超前电压 90.在纯电容电路中由于电容器的充放电作用，在电路中形成电流。电流的大小与电压变化的快慢及容量大小有关。在纯电容电路中，电压有效值与电流有效值之间成正比关系其比值为一常数。即 U/I=X C ()上式叫做纯电容电路的欧姆定律，说明在纯电容电路中，电压和电流的有效值之间满足欧姆定律。式中的 XC叫做容抗，其作用与电阻 R 相当，单位是欧姆。容抗的大小为 X C=1
38、/(2fC) ()上式说明：容抗 XC与电源频率 f 成反比，与电容量 C 成反比。即电容的容量越大，通过电容的电流频率越高，容抗越小，否则反之。这是因为 C 越大，电容器容纳的电荷越多，充放电电流就愈大，故表现为容抗越小；电源频率越高，电压变化速度越快，在一定时间内充放电次数增加，即电路电流越大，故表现为容抗越小。电容对交流电的阻碍作用正是通过容抗反映出来的。电容对直流电流（f=0）阻力很大，可认为开路；而对高频交流电可认为短路。也即电容器具有隔直流、通交流的特性。16在纯电容电路中，只有电源中电能和电容器中电场能的相互转化，这种能量转换的规模，可用无功功率来反映。无功功率的大小为 Q=UI
39、=I2XC=U2/XC （乏，var）安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）教 学 内 容 教法提示及备注17电容本身并不消耗能量，故有功功率 P=0.4.7 电阻、电感、电容的串联电路4.7.1 电压与电压的关系R、L、C 的串联电路，由于串联电路中各元件通过的电流是相同的，所以为了分析方便，以电流为参考正弦量。设 i=Im sin t该电流通过 R、L、C 以后，将在这三种元件上分别产生电压：在电阻上产生一个与电流同相位的电压降；在电感上产生的电压超前电流 90；在电容上产生的电压滞后电流 90.4.7.2 电路的功率及功率因数在 R、L、C 串联电路中，电路的功率可用下图所示的功率三角
40、形来表示。在交流电路中，将电压有效值与电流有效值的乘积，称为电路的视在功率，即S=IU。单位为伏安（VA）或千伏安（KV.A） 。视在功率表示电源提供的总功率，也表示交流电源容量的大小。电路的有功功率实际上就是电阻上消耗的功率，即, P=URI=UI cos电路的无功功率是电源与负载交换的功率，即， Q=U LI-UCI=(UL-UC)I=UI sin由此可见，有功功率等于视在功率 S 乘以 cos 。即， cos=P/SCosS 是表示设备利用率的一个系数，故称之为功率因数。当视在功率一定时，设备的有功功率越大，利用率越高。由功率三角形可以看出，视在功率 、有功功率和无功功率之间的关系可以用
41、勾股定理表示，即S2=P2+Q2 S=P 2+Q24.8 并联电路与功率因数的提高已知感抗 XL和容抗 XC在交流电路中起着相反的作用，即感抗使电压超前电流90，容抗使电压滞后 90.我们利用这一特点，在电感两端并联一只电容，使负载近似呈电阻性（电压与电流同相位） ，以达到提高功率因数的目的。 见电工作业安全技术P47 之图 1-40功率因数的提高 见电工作业安全技术P47 之图 1-405、三相交流电5.1 三相交流电频率和最大值相同而相位互差 120 的三个交流电称之为三相交流电。安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）教 学 内 容 教法提示及备注Q=I(UL-UC)S=IU P=IUR
42、18三相电动势达到最大值的先后次序叫做相序，A-B-C 称为正序，如任意两相对调后则称为负序。三相母线的相序是用颜色表示的，规定用黄色表示 U 相，绿色表示 V 相，红色表示 W 相。见图 1-41三相交流电任一瞬时的代数和恒等于零。5.2 三相电源的接法作为三相电源的发电机或三相变压器都有三个绕组，在向负载供电时，三相绕组通常是接成星形或三角形。5.2.1 电源的星形接法 见图 1-42三相绕组末端所联成的公共点叫做电源的中性点，在电路中用 N 表示。从中性点引出的导线叫做中性线。当中性线接地时，又叫地线或零线。由三根火线和一根零线所组成的供电方式叫三相四线制，常用于低压配电系统。而不引出中
43、性线，由三根相线供电，称为四线三线制，多用于高压输电。在星形连接的电源中，可获得两种电压，即相电压和线电压。对称三相电源作星形连接时，线电压是相电压的3 倍，且线电压超前相电压30.平时所指发电机或线路的电压都是线电压。5.2.2 电源的三角形连接 见图 1-43当发电机绕组接成三角形时，三个绕组构成的回路中总电动势为零。因此，在该回路中不会产生环流。当一相绕组接反时，回路电动势将不再为零，由于发电机绕组的阻抗很小，会产生很大的环流，可能烧毁发电机绕组。5.3 三相负载的连接电力系统的负载，按其对电源的要求，分为单相负载和三相负载。5.3.1 三相负载的星形连接我们把通过各相负载的电流叫相电流
44、，各相线中的电流叫线电流，在负载作星形连接时， I 线=I 相 U 线=3U 相（1）对于三相对称负载由于各相负载对称，即 ZU=ZV=ZW又由于三相电压对称，故三相电流也对称，即 I N=IU+IV+IW=0可见对称负载作 Y 连接时，中性线电流为零，所以可将中性线去掉，构成所谓的“三相三线制” 。（2）三相不对称负载当三相不对称时，由于中性线的存在，负载的相电压总等于电源的相电压，因电压对称，可以保证负载正常工作。但是此时由于各相负载不同，使各相的电流不再相等，导致中性线中有电流流过。此时若将中性线断开，这时虽然线电压还是对称的，但是负载的相电压就不会再等于电源的相电压了，结果使阻抗小的负
45、载相电压减小，阻抗大的负载相电压增大，最终使电压增大的这相负载烧毁。可见中性线的作用是能保证三相负载成为三个互不影响的独立电路，使各相负载的电压恒等于电源相电压。因此，在三相不对称负载系统中，不允许安装熔断器和开关。要尽量使三相负载平衡，以减少中线电流。 （计算例题见电工作业安全技术P52）安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）教 学 内 容 教法提示19及备注5.3.2 三相负载的三角形连接在负载的三角形连接中，相电压=线电压，线电流=相电流的3 倍，即U 相 =U 线 I 相 =I 线 /3而且线电流相位滞后相电流 30.5.4 三相电路的功率在三相对称负载电路中，负载消耗的有功功率等于
46、各相有功功率之和，则三相总功率为，即 P = 3 U 相 I 相 cos在三相对称负载电路中，不论负载作星形连接还是做三角形连接，其三相电路的功率还可用线电压和线电流表示。即，P=3U 线 I 线 cos Q=3U 线 I 线 sin S=3U 线 I 线注意：上式中的功率因数角 是指线电压与相电流之间的相位差，而不是线电压与线电流之间的相位差。讲解计算例题 p556、晶体管与晶闸管6.1 晶体二极管晶体二极管也叫半导体二极管，它只有一个 pn 结，具有单相导电性，常用于整流、检波，在电子电路中应用广泛。6.1.1 晶体二极管的分类 见 p56 之表 1-26.1.2 晶体二极管的伏安特性与参
47、数晶体二极管的电流与电压的关系曲线叫二极管的伏安特性曲线。（讲解）：正向特性、反向特性和反向击穿特性二极管的两个重要参数额定正向电流和最高反向工作电压。额定正向电流：是指长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。超过此值，pn 结就会因温度过高而烧毁。最高反向工作电压：是指晶体二极管所能承受的最高反向工作电压（指最大值） ，超过此值，二极管就有被击穿的危险。在使用大功率二极管时由于电流大发热厉害，必须装置散热片，以降低结温。在实际选择管子时，管子的额定电流要比实际最大工作电流留有一定余地。6.2 晶体三极管6.2.1 晶体三极管的结构和工作原理晶体三极管也叫半导体三极管，可作为放大与振荡元
48、件和开关元件。它有两个pn 结，即发射结和集电结；有三个工作区，即发射区、基区和集电区；有三个电极，即：基极 b、发射极 e 和集电极 c，其中，b 极接在中间基区的半导体上，e 极和 c极分别接在两边的发射区和集电区上。讲解：实验电路过程 p58 图 1-50 和表 1-3三极管各极的电流分配关系：Ie=Ic+Ib 由于 Ib 数值比 Ie 小得多，故可认为Ie 近似等于 Ic. IeIc通常把集电极电流 Ic 大于基极电流 Ib 的倍数叫做三极管的直流放大系数，用字母 表示。即 =Ic/Ib =ic/ib安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）教 学 内 容 教法提示20及备注从实验可看出，基极电流的微小变化，会引起集电极电流较大的变化，即晶体管的基极对集电极有控制作用（或称具有电流放大作用） 。在实验图中，输入电路和输出电路共用了发射极，简称共射极电路，另外还有共基极电路和共集电极电路，其中共射极电路应用较为广泛。下面以共射极为例介绍晶体管的主要参数。6.2.2 晶体三极管的主要参数 讲解6.2.3 晶体三极管的型号6.2.4 三极管的三种基本接法（1）共射极接法输入阻抗小（约几百欧姆） ，输出阻抗大（约几十千欧姆） ，电流、电压和功率放大倍数以及稳定性和频率特性较差。常用于放大电路和开关电路。（2）共集电极电路输入阻抗大（约几百千欧姆） ，输出阻抗小（约几十欧姆）
