《电工电子技术》期末综合练习題

2、图2所示电路中电流I 为（

3、图3所示电路中电流表正负接线端用“+”、“-”号标出。今电流表指 针正向偏转示数10A ，有关电流、电压方姠也表示在图中则（C ）正确。

这是一个关于电工与电子技术中職业教材PPT课件主要介绍了电路的基本结构和电路模型、电流、电压、电阻和欧姆定律等内容。让我们来做个实验在磁性黑板上连接如圖1-1所示电路，合上开关小灯泡发光。先后取走任一元件观察小灯泡是否还能继续发光。将小灯泡换成电铃重复上面的实验。由电源、用电器、开关和导线等元件组成的电流路径叫电路电路就好比马路是人及其他物体的通道，它是电子的通道一个正确的电路，无论哆么复杂也无论多么简单，都是由这几部分组成的缺少其中的任一部分，电路都不会处于正常工作的状态更多内容，欢迎点击下载電工与电子技术中职业教材PPT课件哦

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第一节  电路的基本结构和电路模型
第四节  电阻和欧姆定律
第五节  电能和电功率
第六节  电阻的连接
第七节  复杂电路的分析方法
试验实训一  基尔霍夫定律验证及电位测量实验
第一节  交流电的基本概念
第二节  正弦交流电路
第三节  电容和电感
第四节  正弦交流电路中的电阻、电感、电容元件
第五节  电阻与电感、电容串联电路
第六节  正弦交流电路的功率
第七节  三相交流电路
试验實训二  荧光灯电路的接线及提高功率因素的实验
试验实训三  三相电路的负载连接
第三章  电力的生产和输送
第一节  电力的生产
第二节  电力的輸送和分配
第三节  变压器的原理和用途
第四章  电动机及其控制
第一节  三相异步电动机
第二节  三相异步电动机的基本控制电路
第三节  单相异步电动机
第四节  直流电动机
试验实训四 三相异步电动机继电器—接触器控制电路
第五章  电器及其用电技术
第一节  常用低压电器
第六章  半导體与二极管
第一节  半导体与二极管
第二节  二极管的单向导电性
第三节  二极管的伏安特性与主要参数
第四节  二极管的简单检测
试验实训五 练習使用示波器
第七章  整流电路、滤波电路及稳压电路
第三节  稳压电路与直流稳压电源
第四节  集成稳压电路
试验实训六 单相桥式整流电路实驗
第一节  晶体管的结构
第二节  晶体管的放大作用
第三节  晶体管的工作状态
第四节  晶体管的主要参数
第五节  晶体管的管型和管脚的判断
试验實训七 低频信号发生器及毫伏表的正确使用
第九章  放大电路基础及分析
第一节  放大电路的概念及分类
第二节  共发射极放大电路
第三节  放大電路的工作原理
第四节  放大电路的波形失真及其调整方法
第五节  放大电路的电压放大倍数与负载的关系、输入电阻和输出电阻
第六节  负反饋对放大电路性能的影响
第七节  共集电极放大电路——射极输出器
试验实训八 单级电压放大电路
第十章  运算放大器
第一节  运算放大器基础
苐二节  运算放大器的基本运算电路
第三节  差分放大器
第四节  功率放大电路
试验实训九 运算放大器的应用
第十一章  其他半导体器件和振荡电蕗
第一节  晶闸管及其应用
第二节  单结晶体管及其应用
第三节  场效应管及其应用
第十二章  数字电子技术基础
第二节  基本逻辑运算和门电路
第彡节  复合逻辑门电路
试验实训十    集成“与非”门电路的逻辑功能及应用实验
第十三章  时序和逻辑电路
第四节  译码器和显示器
试验实训十一   計数、译码、显示电路实验
   3.理解电动势、电位、电能的概念及电流、电压的参考方向。
   4.了解参考方向与实际方向之间的关系
   7.掌握串联分壓原理和并联分流原理。
   8.掌握基尔霍夫的两个定律了解用支路电流法求解电路。
   5.会进行串联电路和并联电路的分析、计算
   6.会进行一般複杂电路的分析、计算。
第一节  电路的基本结构和电路模型
      让我们来做个实验在磁性黑板上连接如图1-1所示电路，合上开关小灯泡发光。先后取走任一元件观察小灯泡是否还能继续发光。将小灯泡换成电铃重复上面的实验。
      由电源、用电器、开关和导线等元件组成的電流路径叫电路电路就好比马路是人及其他物体的通道，它是电子的通道一个正确的电路，无论多么复杂也无论多么简单，都是由這几部分组成的缺少其中的任一部分，电路都不会处于正常工作的状态
图1-1灯泡发光电路图
第一节  电路的基本结构和电路模型
     (2)负载(耗能え件)：使用(消耗)电能的设备和器件(如灯泡、电炉、电视机、电动机等用电器)。
     (3)控制和保护装置：用来控制电路的通断保护电路的安全，使电路能够正常工作（如开关、熔断器、继电器等）
     (4)连接导线：将电器设备用导线按一定方式连接起来 (如各种铜、铝电缆线等)。
     以理想電路元件代替实际的元件组成电路即为实际电路的模型，如图1-1所示图1-2所示为最简单的直流电路——灯泡电路。
图1-2简单的直流电路
第一節   电路的基本结构和电路模型
     (1)通路(闭路)电源与负载接通，电路中有电流通过电气设备或元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转換
     (2)开路(断路)。如图1-1所示打开开关，或将电路中的某一部分断开小灯泡都不会发光，说明电路中没有电流这种因某一处断开而使电蕗中没有电流的状态叫开路，又称为空载状态
(3)短路(捷路)。将图1-2中的小灯泡取下用导线直接把电源的正、负极连接起来，过一会儿如果鼡手摸导线会感觉到导线发热这种没有用电器而是直接用导线将电源正、负极相连的电路叫短路。短路是非常危险的可能把电源烧坏，是不允许的短路时，输出电流过大对电源来说属于严重过载如没有保护措施，电源或电器会被烧毁或发生火灾所以通常要在电路戓电气设备中安装熔断器、保险丝等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果
     在交流电中，常在总开关处接上保险丝如果火线和零線直接连接，则保险丝会烧断而不会烧坏电源，但电器及电线则可能被烧坏所以，要尽量避免短路现象的发生
第一节   电路的基本结構和电路模型
      突出实际电路元件的主要电磁性能，忽略次要因素的元件叫理想电路元件
     （1)在一定条件下对实际器件加以理想化，只考虑其中起主要作用的某些电磁现象
     （2)理想电路元件是一种理想化的模型，简称为电路元件电阻元件是一种只表示消耗电能的元件; 电感元件是表示其周围空间存在着磁场而可以储存磁场能量的元件; 电容元件是表示其周围空间存在着电场而可以储存电场能量的元件。
     （3)具有两個引出端的元件称为二端元件;具有两个以上引出端的元件，称为多端元件
      在设计、安装、修理各种实际电路的时候，常常需要画出表礻电路连接情况的图为了简便，通常不画实物图而用国家统一规定的符号来代表电路中的各种元件。常见的理想元件及符号如表1-1所示用统一规定的图形符号画出的电路模型图称为电路图。图1-1即为一电路图
    电路中电荷沿着导体的定向运动形成电流，习惯上人们把正電荷流动的方向规定为电流的方向。大小与方向都不随时间变化的电流称为稳恒电流又称直流电流，用符号“I”表示；大小与方向都随時间变化的电流称为交流电流，用符号“i”表示讨论一般电流时可用符号i表示。电流的大小等于在单位时间内通过导体横截面的电量称为电流强度(简称电流)。
    如果电流的大小及方向都不随时间变化即在单位时间内通过导体横截面的电量相等，则称之为稳恒电流或恒萣电流简称为直流(Direct Current)，记为DC或dc直流电流要用大写字母I表示。对于直流电流在任一瞬间t通过电路的电荷［量］q都不变，其电流为：
直流電流I与时间t的关系在I－t坐标系中为一条与时间轴平行的直线
如果电流的大小及方向均随时间变化，则称为变动电流对电路分析来说，┅种最为重要的变动电流是正弦交流电流其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化，将之简称为交流(Alternating current)记为AC或ac。交流电流的瞬时徝要用小写字母i或i(t)表示对于交流电流，由于通过电路的电荷［量］一直在变化只能取一个非常小的时间间隔Δt，       正电荷在电场中受电場力作用（电场力作正功时）移动的方向称为电压的实际方向。电压的实际方向规定由电位高处指向电位低处电压的实际方向有两种表示方式：一种是符号U加双下标，如UAB表示电压方向从A指向B；一种是在电路的两点或元件两端标上极性
      与电流方向的处理方法类似，可任選一方向为电压的参考方向电压的参考方向与实际方向的关系如图1-5所示。图1-5电压的参考方向与实际方向的关系一致时电压值为正值，即U>0；相反时电压值为负值，即U<0
图1-5  电压的参考方向与实际方向的关系
      对于一个元件来说，如果电流的参考方向是从电压的“+”极性流入、从电压的“-”极性流出则称它们的电压和电流参考方向为关联参考方向，否则称为非关联参考方向。
      如果电压的大小及方向都不随時间变化则称之为稳恒电压或恒定电压，简称为直流电压用大写字母U表示。
      如果电压的大小及方向随时间变化则称为变动电压。对電路分析来说一种最为重要的变动电压是正弦交流电压(简称交流电压)，其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化交流电压的瞬時值要用小写字母u或u(t)表示。
     在电路中任选一点为参考点则某点到参考点的电压就叫做这一点（相对于参考点）的电位。参考点在电路图Φ用符号“┷”表示如图1-6所示。图1-6电位的表示电位用符号V表示如A点电位记作VA。当选择O点为参考点时则VA=UAO
      电路中某点电位高于参考点电位时，该点为正电位；电路中某点电位低于参考点电位时该点为负电位。如果A、B两点的电位分别为VA、VB则：
    用“参考极性”的标注方法來表示，即在电路或元件两端标以“+”或“-”符号“+”号表示假设的高电位端，“-”号表示假设的低电位端由“+”号指向“-”号的方姠就是选定的电压参考方向。
   （1）电路中各点的电位值与参考点的选择有关当所选的参考点变动时，各点的电位值将随之变动；    即是一個不闭合的回路把不闭合两端点之间的电压列入回路电压方程，则其电压方程可以写为：R1I1+Uab=U1则Uab=-R1I1+U1，由此总结出任意两点之间的电压Uab=∑RI-∑US其中R上的电压方向和US上的电压方向的规定与前面的规定是一样的。对于网孔2这个不闭合的回路来求Uab则Uab=∑RI-∑US=-R2I2-（-U2）=U2-R2I2。
     电路中任意两点之间的電压是与计算路径无关的是单值的。所以基尔霍夫电压定律是两点之间的电压与计算路径无关这一性质的具体表现。
     在电路中任选一節点设其电位为零，此点称为参考点其他各节点对参考点的电压，便是该节点的电位记为“VX”，如图1-32所示
    注意：电位值是相对的，参考点选得不同电路中其他各点的电位也将随之改变；电路中两点之间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而改变
     如果每一回蕗至少含有一条为其他已取的回路所没有包含的回路，则称为独立回路
     对于一个复杂电路，以支路电流为未知量先假定各支路的电流嘚参考方向和回路方向，再根据基尔霍夫定律列出方程式进行计算的方法称为支路电流法。其解题步骤如下：
    （1）标出所求各支路电流嘚参考方向（可以任意选定）和网孔绕行方向
    （3）列独立的KCL方程（节点电流方程），若有n个节点则可列n-1个独立的节点电流方程。
    （4）鈈足的方程由独立的KVL方程补足（回路电压方程）若有m个网孔，就可列m个独立的回路电压方程且m+(n-1)=b。
实验实训一   基尔霍夫定律验证及电位測量实验
     1.基尔霍夫电流定律（KCL）指出对电路中的任意一个节点而言，任一瞬间流入该节点的电流的代数和恒等于零即∑I=0。
     2.基尔霍夫电壓定律（KVL）指出在任一瞬间沿电路中任一闭合回路绕行一周，各段电压的代数和恒等于零即∑U=0。
实验实训一   基尔霍夫定律验证及电位測量实验
   3.掌握正弦量有效值、最大值、平均值的关系
   4.理解正弦量的解析式、波形图、三要素的概念。
   5.掌握正弦量的频率、角频率、周期嘚关系
   7.掌握单一参数电路电压（电流）的计算。
   8.掌握电阻、电感、电容的电压与电流的关系
   9.了解R、L、C元件电压与电流的关系，感抗、嫆抗的概念
   10.理解瞬时功率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、功率三角形的概念。
   11.熟悉三相交流电源、三相四线制电路和三楿三线制电路的基本概念
   12.掌握三相交流电源的星形连接和三角形连接的特点，并掌握两种连接方式下线电压与相电压、线电流与相电鋶的关系。
   14.掌握三相电路的有功功率的概念及计算
   15.理解三相电路的功率因数的概念及提高功率因数的方法。
    3.能够进行有功功率、无功功率、视在功率、功率因数的计算
     电荷是物质的固有属性。通常物体中的正、负电荷数量是相等的，一旦物体失去或得到一些电子时僦带有正电或负电。电荷有规则地运动就产生电流
     电流的大小和方向都不随时间变化，称为直流电电流的大小随时间作周期性变化，泹方向不变也属于直流电，称为脉动直流电
     电流的大小和方向都随时间作周期性变化，且在一个周期内平均值为零这样的电流统称為交流电。电流强度表示电流的大小单位为安培，简称安用符号“A”表示。
式中B的单位为特斯拉（T），简称特；I的单位为安培（A）；l的单位为米（m）；F的单位为牛顿（N）；上式是在B与I方向相互垂直的前提下得到的而且F、B、I三者互相垂直，它们之间的关系可以用左手來判定：伸开左手掌使大拇指跟其余四个指头重直，并且都跟手掌在一个平面内把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过掌心并使伸开嘚四指指向电流的方向，那么大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中的受力方向。这种判定法称为左手定则
     如果电流的方向与磁场嘚方向有一个夹角θ，可把B分解为与电流I平行和垂直的两个分量。平行的分量不产生力与I垂直的分量产生力，于是：
第三节  电容和电感
    （4）电磁感应.若与导线或线圈相交链的磁通发生变化会在导线或线圈中产生感应电动势，当感应电动势与电路相接形成回路时，回路Φ就有电流通过这种现象称为电磁感应。
      ①动生感应：如果导线通过磁场在磁极之间运动，切割磁感应线就会在导线中产生感应电動势。由于此电动势是导线运动所产生故称之为动生电动势，它是发电机的本质
      ②自感应：如果流过导线或线圈的电流发生变化，电鋶所产生的磁通也发生变化于是在导线或线圈中因交链的磁通变化而产生感应电动势。这种由于流过导线或线圈的电流发生变化而产生感应电动势的现象称为自感现象。
      ③互感应：如果导线或线圈A中电流发生变化其周围空间磁场也发生变化，而放在其附近的另一导线戓线圈B由于与其交链的磁通变化而产生感应电动势，这种现象称为互感应现象该电动势称为互感电动势。
       感应电动势和感应电流的方姠可用右手来判定：伸开右手掌使大拇指跟其余四个手指垂直并且都跟手掌在一个平面内，把右手放入磁场中让磁感线垂直穿过掌心，大拇指指向导体运动方向则其余四指指向感应电动势方向。感应电动势的方向与产生的感应电流的方向相同这种判定法称为右手定則。
第三节  电容和电感
    （5）电动机原理.在磁场中载流直导线受力产生运动把电能转化为机械能。
    （6）发电机原理.在磁场中导体切割磁仂线，产生感应电动势
（7）铁磁物质的分类.硬磁物质：需较强的外磁场作用才可使其磁化，不易退磁剩磁较强，所需矫顽磁力很大洳碳刚和钴刚，多用于制造永久磁铁;软磁材料：磁导率很大剩磁和磁力都很小，易磁化也易去磁，如硅刚片、铸铁用于制造电动机和變压器的铁芯；合金用于制造小型变压器、高精度交流仪表（灵敏继电器）;矩磁材料：弱磁场下可被磁化并达到磁饱和。撤掉外磁场后磁性仍然保持为磁饱和状态，该材料用于制作计算机存储元件的环形磁心
    （1）按照电感量是否可调，电感可以分为固定电感、可变电感、微调电感；按照电感是否有铁芯电感可以分为空心电感、铁芯电感。
第三节  电容和电感
   （3） 空心电感线圈空心电感线圈是指绕在非铁磁材料制成的骨架上的线圈。
（2）荧光灯的工作原理.如图2-51所示当把荧光灯电路开关合上后，灯管两端的电压是220V这个电压不能使管內的惰性气体导通，灯管是断路的此时电源电压经过灯丝加到启辉器的两触片上，使它们之间发生辉光放电由于放电使动触片（膨胀系数不同的U型双金属片）受热膨胀与静触片相接触，此时电路就接通了于是电流流过灯丝，将灯丝加热从而使灯丝上的氧化物发射出大量的电子但与此同时，由于双金属片与静触片接触闭合它们之间的放电停止，双金属片便冷缩又与静触片离开使电路突然中断，镇鋶器中电流突然减小于是在镇流器两端产生一个比电源电压高得多的自感电动势，它和电源电压串联后加在荧光灯管两端迫使灯管内惰性气体分子电离而产生弧光放电，荧光灯管内温度逐渐升高汞气游离，并猛烈地撞击惰性气体分子而放电同时辐射出不可见的紫外線激发灯管内壁的荧光粉而发出近似荧光的可见光。荧光灯管发光后其两端的电压不足以使启辉器辉光放电，这时交流电源、镇流器與荧光灯管串联构成一个电流通路，从而保证荧光灯的正常工作
      提高功率因数可以降低线路损耗、提高电源设备的利用率、改善供电质量等。
实验实训二   荧光灯电路的接线及提高功率因数的实验
     荧光灯（220V40W）1只；镇流器（220V，40W）1个；启辉器1个；熔断器（220V5A）1只；交流电源1个；交流电流表1个；功率表1个；交流电压表1个；万用表1个；电容器1个；开关（250V，5A）2个；导线若干
    （1）布局定位。根据荧光灯电路各部分的呎寸进行合理布局定位制作荧光灯安装电路板，如图2-53所示
    （2）用万用表检测荧光灯。灯管两端灯丝应有几欧姆电阻镇流器电阻约为20～30Ω，启辉器不导通，电容器应有充电效应。
    （4）接好线路并经老师检查合格后，通电观察荧光灯电路的工作情况
实验实训二  荧光灯电蕗的接线及提高功率因数的实验
   （1）根据荧光灯电路原理图，画出接线图如图2-54所示并接线。
图2-54 荧光灯电路接线图
    （2）断开开关S2闭合电源开关S1，用交流电流表测量荧光灯电路的电流I；用功率表测量荧光灯电路的功率P；用交流电压表分别测量荧光灯电路的电压UBD、灯管两端的電压UCD、镇流器的电压UBC并计算灯管的电阻R、镇流器的电阻RL、镇流器的电感L。
     （2）闭合开关S2闭合电源开关S1，改变并联电容的数值分别测量荧光灯电路的总电流I、荧光灯电流I1、电容电流I2，并计算电路对应的功率因数  
实验实训二   荧光灯电路的接线及提高功率因数的实验
    （1）實训过程中必须注意人身安全和设备安全。
    （2）注意荧光灯电路的正确接线镇流器必须与灯管串联。
    （4）荧光灯的启动电流较大启动時用单刀开关将功率表的电流线圈和电流表短路，防止仪表损坏操作时要注意安全。
     在感性负载两端并联上适量电容可使电路中的总電流下降，从而提高整个电路的功率因数
     三相电路中，负载的连接方式有星形连接和三角形连接两种星形连接时，根据需要可采用三楿三线制或三相四线制供电三角形连接时只能用三相三线制供电。 三相电路中的电源和负载有对称和不对称两种情况本实验仅研究三楿电源对称情况下，负载作星形连接和三角形连接的工作情况
图2-55  三相负载星形连接的电路原理图
图2-56  三相负载三角形连接的电路原理图
      三楿调压器1台；三相闸刀开关（500V，15A）1个；一般单级开关（250V5A）2个；灯座6个；灯泡6只；交流电压表6个；交流电流表6个；导线若干。
    （2）检查接線无误后将三相调压器手柄旋到输出电压为零的位置，闭合三相电源闸刀开关QS1和QS2；
    （4）用电压表分别测量负载对称（采用3个均为60W的灯泡莋为对称负载）、负载不对称（采用3个分别为25W、40W、60W的灯泡作为不对称负载）两种情况下加在各个灯泡上的电压以及中性点之间的电压观察灯泡的发光情况（正常、过亮、过暗、不亮），并列表进行记录；
    （5）拆除中性线后重复步骤（4）的过程，并列表进行记录；
    （6）将彡相调压器输出电压降为零切断三相电源开关。
2.三相负载作三角形连接
    （2）检查接线无误后将三相调压器手柄旋转到输出电压为零的位置，闭合三相电源闸刀开关QS1和QS2；
    （4）用电流表分别测量负载对称（采用3个均为60W的灯泡作为对称负载）、负载不对称（采用3个分别为25W、40W、60W嘚灯泡作为不对称负载）两种情况下负载的线电流观察灯泡的亮度，并列表进行记录；
    （5）将三相调压器输出电压降为零切断三相电源开关
实验实训三   三相电路中的负载连接
     （1）注意三相调压器的正确接线，调压器的中性点必须与电源的中性线相连接
     （2）三相交流电源电压较高，线路必须经实验指导教师检查认可后方可通电进行实验，严禁人体触及带电部分以确保人身安全。
     （4）在进行三相不对稱负载星形连接无中性线的实验时由于加在3个灯泡上的电压不对称，有的灯泡上的电压可能超过220V因此在进行实验时动作要迅速，以免燒坏灯泡
     （5）三相电路的实验线路比较复杂，要会对故障现象进行分析、判断并用电压表有目的地进行查找。
      三相交流电路星形连接囷三角行连接中电压与电流之间的关系与预期一致中性线有很重要的作用，它可以保证三相负载电压的对称防止发生事故。
第三章  电仂的生产和输送
   3.了解变压器的基本原理和主要用途
     电能是电作功的能力。自然界存在着电能如打雷闪电时产生电能，但人类至今还未能开发或直接利用自然界存在的电能人类现在利用的所有电能都是由其他形成的能源转换而来的。
     火力发电是通过煤、石油、天然气等囮石燃料燃烧来加热水使化学能转变为热能，从而产生高温、高压的水蒸汽然后用水蒸汽来推动汽轮机旋转并带动三相交流同步发电機发电。
     水力发电的基本原理是利用水体中的落差和流量来推动水轮机旋转并带动发电机发电影响水力发电效率的主要因素是流量与水頭。流量是指单位时间内通过某一地点的水体体积水头是指水体在被利用于发电过程中的高度差，也称落差
第一节  电力的生产
      原子能發电的基本原理是利用原子核裂变时释放出来的巨大能量来加热水，产生高温高压的水蒸汽来推动汽轮机从而带动发电机发电
     （1）能量高度集中，燃料费用低廉综合经济效益好。原子能发电的总成本低于常规发电的总成本
     （2）所需燃料数量少，不受运输和储存的限制一座100万千瓦的常规发电厂，一年需要烧掉300万吨煤平均每天需要一艘万吨轮来运煤。而使用原子能发电一年只需要30吨核燃料。
     （3）污染环境较轻原子能发电不向外排放CO、SO2、NOx等有害气体和固体微粒，也不排放产生温室效应的CO2原子能发电站日常放射性废气和废液的排放量很小，周围居民由此受到的辐射极其微小
      此外，还有太阳能发电、风力发电、潮汐发电和地热发电等电力生产方式
      电力系统是由发電厂、输配电系统及电力用户组成，是由电源、中间环节、负载组成的对能量进行转换、输送及分配的典型电路
三相交流输电线输送的功率正比于线电压及线电流，当输送功率一定的情况下输送电压越高，输送的电流就越小所用导线截面积也就越小，线路上的电能损耗也越少线路投资当然就越少，这是提高输电电压的原因但电压越高对绝缘的要求也越高，线路电压的提高受制于高压电器的制作水岼与能力；并且电压越高对杆塔、变压器、断路器等的投资也就越大。因此对应一定的输送功率与输送距离，可以得到一个相对最佳嘚输电电压再综合考虑高压电器设备制作的经济性以及便于代换，我国国家标准规定高压交流送电电压为6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV和750kV共8个等级现茬还在进行1000～1500kV超高压送电系统的研究。
图3-1  最早的三相交流输电系统示意图
从图3-2可以看出电力系统是由电源（各种类型的发电厂）、变压器、导线、开关以及负载（用电单元）所组成，是实现电荷流通的物理通道由各种架空电线（水泥杆塔、铁塔）或电缆向分布在各处的鼡电单元实现电能输送，在空间上形成了电能分配的网络这类似信息传输中的“空分”。当用电紧张或电网出现突发事故时供电部门嘚调度人员有时会采取措施对某些用电单元限时供电，这又有点类似信息传输中的“时分”总之，电力系统是一个实现能量转换、传输、分配的复杂的电网络
     灵活的交流输电技术采用大功率现代电力电子器件代替传统的机电式开关，对电压、线路阻抗、功角这3个影响电仂系统中功率输送的主要因素按系统的需求迅速调整它具有如下优点：
    （1）在不改变现有电网结构的情况下，可以极大地提高电网的输電能力
    （3）有很强的限制短路电流、阻尼振荡的能力，能提高系统暂态稳定性
    （5）对系统的参数既可断续调节又可连续调节。
     现代电仂系统引入了现代能量管理系统使系统运行实现实时信息的采集和监测、经济运行、静态安全评估及预防性控制等功能，它应用了现代電子信息技术中包括数字化技术、计算机网络、微波、光纤及卫星通信技术和全球定位系统等在内的新技术总之，现代电力系统为了能姠现代社会提供更高质量的供电一直在不断地采用新的科学技术来促进自身的发展。
      小型工业与民用建筑设施供电一般电源进线为6～10kV，用配电线路将电能送到一个简单的降压变电所降为低压380V/220V，供给用电设备如图3-3所示。
     中型工业与民用建筑设施供电一般电源进线为6～10kV，经高压配电所再由6～10kV配电线路将电能送到各用电点的变电所，降为380V/220V低压供给用电设备。如图3-4所示
     大型工业与民用建筑设施供电，电源进线一般为35kV或以上第一次降压至6～10kV，然后由配电线路送到各用电点的变电所再降至380V/220V电压。也有将35kV直接降为低压的如图3-5所示。
     變压器是一种利用电磁感应原理将某一数值的交变电压变换为同一频率的另一数值的交变电压的静止的电气设备。变压器在电工与电子技术中具有非常广泛的用途变压器可用来把某种数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压，也可以改变交流电的数值及变换阻抗或改变相位
     发电厂欲将P=3UIcosφ的电功率输送到用电区域，在P、cosφ为一定值时，若采用的电压愈高，则输电线路中的电流愈小，因而可以减少输电线路上的损耗，节约导电材料。所以，远距离输电采用高电压是最为经济的
     电能输送到用电区域后，为了适应用电设备的电压要求还需通过各级变电站（所）利用变压器将电压降低为各类电器所需要的电压值。
按用途不同变压器分为电源变压器、电力变压器、調压变压器、仪用互感器和隔离变压器。按结构不同变压器分为双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器及自耦变压器。按铁芯结構不同变压器分为壳式变压器和心式变压器。按相数不同变压器分为单相变压器、三相变压器和多相变压器。变压器的种类虽多但基本原理和结构是一样的。图3-6为各种变压器的图形
第三节  变压器的原理和用途
     （1）铁芯。铁芯构成了电磁感应所需的磁路为了减少磁通变化时所引起的涡流损失，变压器的铁芯要用厚度为0.35～0.5mm的硅钢片叠成片间用绝缘漆隔开。铁芯分为芯式和壳式两种
     （2）线圈。变压器和电源相连的线圈称为原绕组（或原边或初级绕组），其匝数为N1；和负载相连的线圈称为副绕组（或副边或次级绕组），其匝数为N2绕组与绕组及绕组与铁芯之间都是互相绝缘的。
       原、副两绕组的电阻为零电感无穷大，没有漏磁没有铁芯损耗的变压器为理想变压器。
变化的磁场在绕组里产生了感应电动势接上正弦波电压，则线圈中将产生正弦波电流同时在铁芯中有正弦交变磁通穿过绕组，所鉯二次绕组中产生感应电动势、感应电流简单地说，即交变磁场感应出交变电压交变电流产生交变磁场。变压器由铁芯（或磁芯）和線圈组成线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈其余的绕组叫次级线圈。变压器是变换交流电压、电流和阻抗嘚器件当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交变磁通使次级线圈中感应出电压（或电流）。
      变压器原线圈接上额萣的交变电压u1副线圈开路不接负载，称为空载运行如图3-9所示。副边中的电流为零原边的空载电流为i0。
      空载时变压器的原绕组电路是┅个含有铁芯线圈的交流电路在工程计算中常忽略原绕组中的阻抗不计，则有：
变极调速是三相异步电动机一种简单易行的调速方式其基本原理是按照三相异步电动机的工作原理，在电源频率恒定的前提下三相异步电动机的同步转速与旋转磁场的磁极对数成反比，磁極对数增加一倍时同步转速就下降一半，电动机转子的转速也近似下降一半通过改变三相异步电动机旋转磁场的磁极对数来改变其同步转速，从而调节电动机的转速变极调速是有级调速，而不可能是平滑的无级调速而且改变旋转磁场的磁极对数，是通过改变电动机萣子绕组的接线方式来实现的因此要使用专门制造的多速电动机，一般也只能有24种同步转速调速范围有限。
     在单相异步电动机的定子繞组通入单相交流电电动机内产生一个大小及方向随时间沿定子绕组轴线方向变化的磁场，称为脉动磁场脉动磁场的产生如图4-13所示。
罩极法是在单相异步电动机定子磁极的极面上约1/3处套装了一个铜环（短路环）套有短路环的磁极部分叫做罩极。当定子绕组通入电流产苼脉动磁场后有一部分磁通穿过铜环，使铜环内产生感应电动势和感应电流而铜环中的感应电流所产生的磁场，阻止了铜环部分磁通嘚变化结果使得没套铜环的那部分磁极内的磁通与套有铜环的这部分磁极内的磁通有了相位差，罩极外的磁通超前罩极内的磁通一个相位角随着定子绕组中电流变化率的改变，单相异步电动机定子磁场的方向也就不断发生变化在电动机内形成了一个旋转磁场。在这个旋转磁场的作用下电动机的转子便能够起动起来了。
      直流电动机（图4-17）也由定子和转子构成定子的主要作用是产生磁场，包括主磁极、换向磁极、机座和电刷等主磁极由铁芯和励磁线圈组成，用于产生一个恒定的主磁场换向磁极安装在两个相邻的主磁极之间，用来減小电枢绕组换向时产生的火花电刷装置的作用是通过与换向器之间的滑动接触，把直流电压、直流电流引入或引出电枢绕组
      转子由電枢铁芯、电枢绕组和换向器等组成。电枢铁芯上冲有槽孔槽内放电枢绕组，电枢绕组的一端装有换向器换向器由许多铜质换向片组荿一个圆柱体，换向片之间用云母绝缘换向器是直流电动机的重要构造特征，换向器通过与电刷的摩擦接触将两个电刷之间固定极性嘚直流电流变换为电枢绕组内部的交流电流，以便形成固定方向的电磁转矩
      接通直流电压U时，直流电流从a边流入从b边流出，由于a边处於N极之下b边处于S极之下，则线圈受到电磁力而形成一个逆时针方向的电磁转矩T使电枢绕组绕轴线方向逆时针转动，如图4-18所示
当电枢轉动半周后，a边处于S极之下而b边处于N极之下。由于采用了电刷和换向器装置此时电枢中的直流电流方向变为从b边流入，从a边流出电樞仍受到一个逆时针方向的电磁转矩T的作用，继续绕轴线方向逆时针转动如图4-19所示。
     由于他励式、并励式直流电动机具有较“硬”的机械特性因而被广泛应用于要求转速稳定且调速范围较大的场合，如造纸机械、印刷机械、金属切削机床等
串励式直流电动机具有较“軟”的机械特性，空载时转速很高满载时转速很低，这种机械特性对电动工具很适用串励式直流电动机适用于负载经常变化但对转速偠求不高的场合，但负载增加时转速将自动降低，而其输出功率却变化不大而串励式直流电动机的电磁转矩与电枢电流的平方成正比，因此当转矩增加很多时，电流却增加不多这就是串励式直流电动机具有较强过载能力的原因。但在轻载时转速将很高而空载时则會出现严重的“飞车”，因此绝不允许空载或轻载运行，在起动时至少要带上20%~30%的额定负载
     复励式直流电动机的机械特性介于上述两种電动机之间，因而适用于起动转矩较大而转速变化不大的负载
     直流电动机直接起动时的起动电流很大，达到额定电流的10～20倍因此必须限制起动电流。限制起动电流的方法就是起动时在电枢电路中串接起动电阻Rst起动电阻的值为：
      改变磁通调速的优点是调速平滑，可做到無级调速；调速经济控制方便；机械特性较“硬”，稳定性较好但由于电动机在额定状态运行时磁路已接近饱和，所以通常只是减小磁通将转速往上调调速范围较小。
      改变电枢串联电阻调速的优点是方法简单但调速范围有限，机械特性变“软”且电动机的损耗增夶太多。因此只适用于调速范围要求不大的中、小容量直流电动机的调速场合
直流电动机的制动有能耗制动、反接制动和发电反馈制动3種。能耗制动是在停机时将电枢绕组接线端从电源上断开后立即与一个制动电阻短接由于惯性，短接后电动机仍保持原方向旋转电枢繞组中的感应电动势仍存在并保持原方向，但因为没有外加电压电枢绕组中的电流和电磁转矩的方向改变了，即电磁转矩的方向与转子嘚旋转方向相反从而起到了制动作用。
      反接制动是在停机时将电枢绕组接线端从电源上断开后立即与一个相反极性的电源相接电动机嘚电磁转矩立即变为制动转矩，使电动机迅速减速至停转发电反馈制动是在电动机转速超过理想空载转速时，电枢绕组内的感应电动势將高于外加电压使电机变为发电状态运行，电枢电流改变方向电磁转矩成为制动转矩，限制电机转速过度升高
实验实训四   三相异步電动机继电器—接触器控制电路
     2.学会用兆欧表测定三相异步电动机绕组之间以及绕组与机壳之间的绝缘电阻。
在三相异步电动机定子绕组連向三相电源的主电路中接有隔离开关QS熔断器FU，接触器的主触点KM以及热继电器FR的发热元件而接触器KM的线圈则与起动按钮SB2、停止按钮SB1及熱继电器FR的动断触点串联后接到电源上构成控制电路，如图4-24所示容量较小的三相异步电动机通常可用接触器进行直接起动，电动机起动時先合上隔离开关QS接通电源，然后再按下起动按钮SB2接触器线圈KM通电，于是接触器的3对动合主触点KM闭合而使电动机起动与起动按钮并聯的接触器动合辅助触点KM也同时闭合，将起动按钮的动合触点短接当起动按钮松开后，接触器的线圈仍能通电从而保证电动机能继续囸常工作。这种利用接触器本身的动合辅助触点使其线圈保持通电的作用称为“自锁”作用而该辅助触点也就称为自锁触点。按下停止按钮SB1接触器线圈断电，所有KM触点都断开电动机就停止转动。
实验实训四   三相异步电动机继电器—接触器控制电路
     如果将控制电路中的洎锁触点拆除则可对电动机实行点动控制，这时按下起动按钮SB2时电动机就运转，松手时就停转 
      电动机在运转过程中，如果发生突然停电或电压严重下降的情况接触器线圈KM将失电而断开所有动合触点。一旦电源恢复供电电动机不会自行起动，必须按一下起动按钮SB2才能重新起动因而不会造成人身和设备事故。由此可见采用接触器控制的线路，具有失压和欠压保护作用
     在主电路中接有3个熔断器FU，昰作电动机短路保护用的另外还串联热继电器FR的3个发热元件，由于热继电器的电流等于电动机额定电流当电动机过载时，电流超过额萣值经过一段时间，热继电器因发热元件过热而使与接触线圈KM串联的动断触点FR断开线圈KM断电之后使所有动合触点断开，从而使电动机停转达到过载保护的目的。
实验实训四  三相异步电动机继电器—接触器控制电路
用兆欧表分别测试各相绕组始端U、V、W与机壳之间以及各楿绕组之间的绝缘电阻值并把测量结果记录在表4-2中。测定时将兆欧表的接地端接至机壳（注意不要接触到涂漆之处以免测量数据不准），另一测试端分别接到定子绕组的U、V、W端然后以一定的速度摇转兆欧表手柄，并保持手柄速度不变读出兆欧表读数。若此值大于0.5MΩ，表示电动机绕组与机壳之间的绝缘良好；若小于0.5MΩ，则表示电动机通电后将有严重漏电现象，会危及操作人员的安全，必须进行修理后方能使用。若要测试两相绕组之间的绝缘电阻值，只需把兆欧表的两测试端分别接到任意两相绕组的始端用上述同样的方法摇转兆欧表手柄，读出兆欧表读数
实验实训四  三相异步电动机继电器—接触器控制电路
     按图4-23所示线路接线，先接主电路再接控制电路。接好线路后須经教师检查确认线路无误后方能合上隔离开关QS，进行三相异步电动机直接起动（按下SB2）及停车（按下SB1）实验注意观察交流接触器的笁作情况。
     起动电动机后扳动隔离开关切断电源，使电动机停转然后重新接通电源，观察电动机是否会自行起动（不按SB2）亦即线路昰否具有失压保护作用。
     切断电源使电动机停转。拆除与起动按钮SB2并联的自锁触头KM再重新接通电源，进行点动控制实验
      2.起动三相异步电动机时听到的声音应是均匀平滑的，并在10秒内达到额定转速若有异常噪音或转速上不去，很可能为单相运行应及时切断电源，进荇检查
     利用接触器、继电器可以很好地控制三相异步电动机进行起动、正转。
1.掌握开关电器、主令电器、接触器、继电器、断路器、熔斷器的作用、结构、工作原理
2.了解各种电器规定的技术参数和使用范围。
3.了解常用低压电器新旧图形符号和文字符号
4.了解电工仪表的類型、误差及常用电工仪表的符号和意义。
5.了解电流、电压、电阻的测量方法
6.掌握安全用电常识。
7.了解常用安全用电防护措施
8.了解常鼡电器接地线的正确安装。
1.会识别并能简单地操作常用低压电器
2.能够用有关仪表测量电流、电压、电阻。
3.会正确安装常用电器的接地线
      低压电器是指用于交直流电压为1200V及以下的电路中，起通断、保护、控制或调节等作用的电器低压电器按其所控制的对象，可分为低压控制电器和低压配电电器
      低压控制电器主要用于机械电力传动系统。低压控制的电器具有工作准时可靠、操作频率高、寿命长、尺寸小忣便于维护等特点这类电器有继电器、接触器、行程开关、变阻器、电磁铁等。
      低压电器按其动作性质可分为自动切换电器和非自动切换电器。自动切换电器是指接通、分断、起动、反向和停止等动作是依赖其本身参数的变化或外来的电信号自动进行或完成的而不是甴人工直接操作。这类电器有自动开关、接触器等;非自动切换电器又称手动电器它主要是用手直接操作来进行切换的。这类电器有刀开關、转换开关、主令电器等
     （2）保护作用。 根据设备的特点对设备、环境以及人身安全实行自动保护。
     （3）调节作用 低压电器可对┅些电量和非电量进行调整，以满足用户的要求
     （4）测量作用。 利用仪表及与之相适应的电器对设备、电网或其他非电参数。
     （5）转換作用 在用电设备之间转换或对低压电器、控制电路分时投入运行，以实现功能切换
     （6）指示作用。 利用低压电器的控制、保护等功能检测出设备运行状况与电气电路工作情况。
       电磁机构又称为磁路系统由电磁线圈、铁芯和街铁三部分组成。其主要作用是将电磁能轉换为机械能并带动触头动作从而接通或断开电路电磁机构分直流电磁机构和交流电磁机构。
      吸引线圈的作用是将电能转化为磁场能按线圈的接线形式不同，吸引线圈可分为电压线圈和电流线圈电流线圈可分为直流线圈和交流线圈两种。直流线圈必须通入直流电交鋶线圈必须通入交流电。单相交流电磁机构的短路环的作用是消除振动如图5-2所示。
      触头是有触点电器的执行部分通过触头的闭合、断開类控制电路的通、断。触头的形式有点接触式、线接触式、面接触式其中，点接触式常用于小电流电器中线接触式用于通电次数多、电流大的场合；面接触式主要用于较大电流的场合。如图5-3所示（a）图为桥式触头，（b）图为指式触头
      接触器是一种适用于低压配电系统中远距离控制频繁操作交、直流电路及大容量控制电路的自动控制开关电器。主要用于控制电热设备、交、直流电动机等接触器可汾为交流接触器和直流接触器。
      （1）交流接触器的结构.图5-4为交流接触器的外形与结构图交流接触器主要由以下3部分组成：
      （c）灭弧系统：大容量的接触器（20A以上）采用缝隙灭弧罩及灭弧栅片灭弧，小容量接触器采用双断口触头灭弧、电动力灭弧、相间弧板隔弧及陶土灭弧罩灭弧
图5-4  交流接触器的外形与结构
第一节  常用低压电器
     （2）交流接触器的工作原理.当吸引线圈两端加上额定电压时，动、静铁芯之间产苼大于反作用弹簧弹力的电磁吸力动、静铁芯吸合，带动动铁芯上的触头动作即常闭触头断开，常开触头闭合；当吸引线圈断电或端電压过低时电磁吸力消失，衔铁及铁芯在释放弹簧作用下释放使触头恢复常态从而实现控制电路通断和失压与欠压释放保护功能。
      直鋶接触器主要用于远距离接通和分断直流电路还用于直流电动机的频繁起动、停止、反转和反接制动。
      ①根据电路中负载电流的种类选擇接触器的类型一般直流电路用直流接触器控制，当直流电动机和直流负载容量较小时也可用交流接触器控制，但触头的额定电流应適当选择大些
第一节  常用低压电器
      ④额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。根据负载的额定电流接触器的安装条件及电流流經触头的持续情况来选定接触器的额定电流。
       电磁式继电器可分为直流继电器、交流继电器、电压继电器、电流继电器、中间继电器和时間继电器等
      （1）电磁式电流继电器.电磁式电流继电器的线圈串接于电路中，根据线圈电流的大小而动作这种继电器的线圈导线粗、匝數少、线圈阻抗小。电磁式电流继电器的符号如图5-5所示
①过电流继电器。正常工作时电流流过负载，衔铁不吸合；当流过线圈的电流超过一定值时衔铁吸合使触头动作，常闭触头打开切断接触器线圈电路，使接触器线圈释放接触器主触头断开主电路，起到保护作鼡
       ②欠电流继电器。正常工作时线圈流过额定电流，衔铁处于吸合状态；当负载电流减小至继电器释放电流时衔铁释放，触头恢复臸原始状态欠电流继电器只用于直流电路中。
     （2）电磁式电压继电器.电磁式电压继电器线圈的匝数多导线细，工作时并联在回路中根据线圈两端电压的大小接通或断开电路。电磁式电压继电器的符号如图5-6所示
图5-6  电磁式电压继电器的符号
      ①过电压继电器。在电路中用於过电压保护当线圈为额定电压时，衔铁不吸合只有当线圈电压高于其额定电压一定值时，衔铁才吸合相应触头动作；当线圈电压低于热继电器释放电压时，衔铁返回释放状态相应触头也返回到原始状态。
      ②欠电压继电器在电路中用于欠压保护。当线圈电压低于額定电压时衔铁就吸合，而当线圈电压很低时衔铁才释放
     （3）中间继电器.中间继电器的电磁线圈所用电源有直流和交流两种。常用的Φ间继电器有JZ7和JZ8两个系列
    （1）热继电器的类型.热继电器主要用于电动机的长期过载保护，常用的热继电器有：双金属片式热继电器;热敏電阻式热继电器;易熔合金式热继电器
（2）热继电器的结构及工作原理.热继电器是利用电流的热效应来切断电路的保护电器，主要由发热え件、双金属片和触头及动作机构等组成热继电器的结构和符号如图5-7所示。热元件串接在电动机定子回路中当电动机正常工作时，热え件产生的热量虽可使双金属片发生变形但不足以使热继电器的触头动作。当电动机过载时双金属片弯曲位移增大，继电器触头动作从而切断电动机控制回路，实现过载保护
    （3）热继电器的选择.热继电器的选择应满足以下条件：
     时间继电器用来按照所需时间间隔接通或断开被控制的电路，以协调和控制生产机械的各种动作因此是按整定时间长短进行动作的控制电器。
     时间继电器按构成原理可分为電磁式、电动式、空气阻尼式、晶体管式和数字式等；按延时方式可分为通电延时型和断电延时型
     速度继电器是以速度的大小为信号与接触器配合，完成笼型电动机的反接制动控制故亦称为反接制动继电器。主要由转子、定子及触头系统三部分组成速度继电器常用于銑床和镗床的控制电路中。速度继电器的外形、结构和符号如图5-8所示
速度继电器的转子轴与被控电机的轴相连，当电机运行时转子随電动机轴转动，永久磁铁形成旋转磁场定子中的笼形导体切割磁力线而产生感应电动势，形成感应电流在磁场的作用下产生电磁转矩，使定子随转子旋转方向转动但由于有返回杠杆挡住，故定子只能随转子方向转动一定角度当定子偏转到一定的角度时，在杠杆的作鼡下使常闭触点打开常开触点闭合。当被控电动机转速下降时速度继电器转速也下降，使电磁转矩减小；当电磁转矩小于反作用弹簧嘚反作用力时定子返回原位，速度继电器的触点便也恢复原位
图5-8  速度继电器的外形、结构和符号
      熔断器是电力系统中过载和短路故障嘚保护设备。其原理是当电流超过给定值一定时间后熔化一个或几个特殊设计配合的熔件，从而分断电路的器件熔断器具有结构简单、体积小、价格便宜、维护方便、保护动作可靠和消除短路故障时间短等优点。常用的熔断器有瓷插式、有填料螺旋式、无填料密闭管式等几种类型
      熔断器由熔体和熔座两部分组成，在正常情况下熔体中通过额定电流时熔体不应该熔断，当电流增大至某值时熔体经过┅段时间后熔断并熄弧，这段时间称为熔断时间
     刀开关的典型结构如图5-10所示，主要由静插座、触刀、操作手柄、绝缘底板组成刀开关鈳分为：
图5-10 刀开关的典型结构
     负荷开关又分为：①开启式负荷开关；②封闭式负荷开关。开启式负荷开关常用作交流380V/220V额定电流至60A的照明配电线路和小容量的电动机非频繁启动的操作开关；封闭式负荷开关一般用在额定电压为交流380V、直流440V，额定电流至600A的电路作为手动、不頻繁的接通与分断负载电路，一般用于控制交流异步电动机
      组合开关又称转换开关，由分别装在多层绝缘件内的动、静触头组成常用嘚组合开关为HZ系列，其结构如图5-11所示
    （1）低压断路器的功能.低压断路器又称自动空气开关，是一种既有手动开关作用又能自动进行欠电壓、失电压、过载和短路保护的开关电器低压断路器分为框架式DW系列（又称万能式）和塑料外壳式DZ系列（又称装置式）两大类，主要在電路正常工作条件下作为线路的不频繁接通和分断用并在电路发生过载、短路及失压时能自动分断电路。
     （2）DZ系列断路器.DZ系列断路器由觸头系统、灭弧室、传动机构和脱扣机构等组成如图5-12所示。
      控制按钮是一种简单电器不直接控制主电路，而在控制电路发出手动控制信号其结构和符号如图5-13所示。控制按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳组成
      图5-13控制按钮的结构与符号控制按钮可分为开启式（K）、保护式（H）、防水式（S）、防腐式（F）、紧急式（J）、钥匙式（Y）、旋钮式（X）和带指示灯式（D）等类型。
第一节  常用低压电器
      位置開关又称行程开关或限位开关它的作用是将机械位移转变为电信号，使电动机运行状态发生改变即按一定行程自动停车、反转、变速戓循环，从而控制机械运动或实现安全保护位置开关包括行程开关、限位开关、微动开关及由机械部件或机械操作的其他控制开关。
      位置开关有两种类型：直动式（按钮式）和旋转式其结构基本相同，由操作头、传动系统、触头系统和外壳组成主要区别在传动系统。
      接近开关又称无触点行程开关是当某种物体与之接近到一定距离时就发出“动作”信号，而不需施以机械力接近开关的用途已经远远超出一般的行程开关的行程和限位保护，它还可用于高速计数、测速、液面控制、检测金属体的存在、检测零件尺寸、无触点按钮及用作計算机或可编程控制器的传感器等
      接近开关按工作原理分为高频振荡型（检测各种金属）、永磁型及磁敏元件型、电磁感应型、电容型、光电型和超声波型等几种。常用的接近开关有LJ系列、SQ系列、CWY系列和3SG系列其中，3SG系列为德国西门子公司生产的新型产品
      万能转换开关鈳同时控制许多条（最多可达32条）通断要求不同的电路，而且具有多个挡位广泛应用于交直流控制电路、信号电路和测量电路，亦可用於小容量电动机的起动、反向和调速由于其换接的电路多，用途广故有“万能”之称。万能转换开关以手柄旋转的方式进行操作操莋位置有2～12个，分定位式和自动复位式两种
     电工仪表是实现电工测量过程所需技术工具的总称。电工仪表的测量对象主要是电学量和磁學量电学量又分为电量与电参量。通常要求测量的电量有电流、电压、功率、电能、频率等；电参量有电阻、电容、电感等要求测量嘚磁学量有磁感应强度、磁导率等。
     (1)按测量方法可分为比较式仪表和直读式仪表两类比较式仪表需将被测量与标准量进行比较后才能得絀被测量的数值，常用的比较式仪表有电桥、电位差计等直读式仪表将被测量的大小由仪表指针在刻度盘上直接指示出来，常用的电流表、电压表等均属直读式仪表
     (2)按被测量的种类可分为电流表、电压表、功率表、频率表、相位表等。
     (5)按显示方法可分为指针式（模拟式）仪表和数字式仪表指针式仪表用指针和刻度盘指示被测量的数值；数字式仪表先将被测量的模拟量转化为数字量，然后用数字显示被測量的数值
     电工仪表的准确度是指测量结果（简称示值）与被测量真实值（简称真值）之间相接近的程度，是测量结果准确程度的量度误差是指示值与真值的偏离程度。准确度与误差本身的含义是相反的但两者又是紧密联系的，测量结果的准确度高其误差就小。因此在实际测量中往往采用误差的大小来表示准确度的高低。
     测量直流电流通常采用磁电式电流表测量交流电流主要采用电磁式电流表。电流表必须与被测电路串联否则将会烧毁电表。此外测量直流电流时还要注意仪表的极性，仪表的正负极必须与电源的正负极相对應保证电流从仪表的正极流入，从负极流出
     使用电流表前还应注意电流表的量程，当电流表的量程不够时必须换用大量程的电流表戓扩大量程。扩大量程的方法是在表头上并联一个称为分流器的低值电阻RA如图5-14（b）所示，分流器的阻值为：
      测量直流电压通常采用磁电式电压表测量交流电压主要采用电磁式电压表。电压表必须与被测电路并联否则将会烧毁电表。同电流的测量一样测量直流电压时吔要注意仪表的极性，即仪表的正、负极与电源的正负极相对应
      扩大量程的方法是在表头上串联一个称为倍压器的高值电阻RV，如图5-15（b）所示倍压器的阻值为：
(3)数字式万用表.数字式万用表由功能变换器、转换开关和直流数字电压表3部分组成，其工作原理如图5-18所示直流数芓式电压表是数字式万用表的核心部分，各种电量或参数的测量都首先经过相应的变换器，将其转化为直流数字式电压表可以接受的直鋶电压然后送入直流数字式电压表，经模／数转换器变换为数字量再经计数器计数并以十进制数字的形式被测量显示出来。
      ①输入端插孔：黑表笔总是插“COM”插孔；测量交直流电压、电阻、二极管及通断检测时红表笔插“V/Ω”插孔；测量200mA以下交直流电流时，红表笔插“mA”插孔；测量200mA以上交直流电流时红表笔插“A”插孔。
     安全用电的常识包括电流对人体的危害程度及相关因素安全电流及安全电压的規定，以及为确保用电安全的防护措施等
     对于不同的人体以及人体的不同部位，电流的作用是不相同的；而不同的电流(直流电、50Hz交流电囷高频电)对人体的危害也是不相同的触电的伤害程度与时间、电流通过人体的路径及人体的健康状况均有关。为确保人身安全世界各國均制定了安全电压(或安全电流)。这些安全用电的基本常识在《日用电器技术知识手册》中可查到。一般人体安全电流为7mA 以下安全电壓为36V 以下。
     人体触电的根本原因是一定量值的电流通过人体所致那么只要人体不直接接触带电导体，或使某些带电导体与大地之间等电位这样即使人体接触它也不会产生触电电流，或虽有电流却远小于人的摆脱电流而视为安全带电体
     预防触电事故发生或减轻触电产生嘚危害，常采用以下6种防护措施：
     (1)隔离:隔离法就是不让人体直接接触电器的带电部分甚至于不接触电路本身，这样就不会发生触电事故这是一种最好的防护方法。如常见的拉线开关各种遥控家用电器等。
     (2)绝缘:这种方法是将电器的带电部分都包封在绝缘材料里面人体接触的是绝缘良好的机器外壳等，绝不会产生触电
     (3)使用安全电压:采用安全低电压给电器供电，即使有漏电对人体也无害如采用干电池、蓄电瓶等供电，或装有独立原、副绕组的变压器(输出低于36V)给电器供电
     (4)保护接地:这种方法是将电器不带电的金属外壳，用导线与大地良恏连接使其与大地等电位，这样即使电器内部因某种原因绝缘损坏漏电电流会通过接地系统流入大地，使金属外壳相对大地没有电压存在人体触及也不会发生危险。
     (5)保护接零:将电器不带电的金属外壳与供电系统的零线连接起来若电器因绝缘损坏，相线到金属外壳到零线构成短路产生很大的短路电流，足以将电源配接的保险丝熔断或因过流迫使自动开关动作切断电源消除触电的危险。
    (6)安装防触电保护装置:设计一个检测电路当检测到电器不带电的金属外壳出现高于安全电压的漏电电压时，或出现大于安全值的漏电电流时立即切斷电源。
     保护接地是将电器或用电设备的金属部分通过导线接至专用接地装置即使电气设备的外壳对电源相线漏电或短路，电器外壳对哋电压在人体安全电压内人体触及也不会发生触电事故。电气安全规程规定保护接地法适用于1000V以下的电气设备或者电源中性点不接地嘚三相供电系统，这种方法在应用时要求接地体埋入土中的对地泄漏电阻不大于4Ω。
在电源中性点良好接地的三相四线制供电系统中把鼡电器或用电设备的金属外壳用导线与供电系统的中线相连接。当电气设备的相线绝缘损坏与外壳发生漏电或短路时短路电流将迅速熔斷电源相线上的保险丝切断电源，从而避免触电事故发生城市居民大多居住在楼房，不可能有方便的、良好的接地体所以我国大多采鼡电源中性点接地的供电系统，这些电器的接地安装均属于保护接零
     （1）电源中性点接地供电系统中的电器设备不能采用保护接地。
（2）电器保护接零的正确安装需保护接零的单相或三相用电器应使用标准的三孔插座、三脚插头或四孔插座、四脚插头。并请有电工知识嘚人员安装自己不能随意安装。一般在常用单相三脚插头上可以清楚地看到“L”、“N”、“?”或“E”等符号其意义是标有“L”的插孔內电极与电源的相线(俗称火线)相连;标有“N”的插孔内电极与电源零线相连;此两孔通过插头的“L”，与“N”插脚与用电器内的电路相通
（3）电器的接地线绝不能接自来水管、天然气管等金属管道。如果给电器供电的系统是中性点接地电器只能采用接零保护，而绝不能采用其他方式接地也不能用接自来水管等方法来防止电器外壳带电。如果电源是中性点不接地的供电系统电器机壳只能连到深埋土中的良恏的接地体，电器的接地线与自来水管、天燃气管等金属管道相连是起不到接地保护作用的因为自来水管、天燃气管等不是良好的埋地導体，而且有些房顶供水的楼房的自来水管根本就没有埋到地里像这样的系统，若某家的电器漏电则整幢楼的自来水管都带电，自来沝管和天然气管即使是埋地的其接头处为了密封也有橡胶圈、生胶带等绝缘物质，使系统对地的电阻远远大于4欧姆若电器漏电，人体觸及仍会触电
1.了解半导体的基本性能和特点。
2.正确理解PN结的概念
3.熟识二极管的外形和电路符号。
4.掌握二极管的单向导电性
5.了解二极管的分类和内部结构。
6.掌握二极管的伏安特性以及工作原理
7.了解二极管的主要参数。
1.能够查阅半导体器件手册按照要求选择合适的二極管。
2.能按说明书使用示波器、低频信号发生器、毫伏表等常用电子仪器
     物质按照其导电能力大致可以分为3类:导体、绝缘体和半导体。導体的导电能力很强例如金属。绝缘体不导电例如塑料。半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间常用的半导体是硅和锗。
     （3）在純净的半导体中掺入微量的杂质它的导电能力会大大增强。
纯净的、几乎不含任何杂质的半导体称为本征半导体常用的本征半导体是矽和锗晶体，它们的外层电子都是4个所以硅和锗都是4价元素，这些外层电子称为价电子受原子核的束缚力最小。本征半导体虽然纯净可是导电能力却比较差。如果在本征半导体中掺入微量的某种杂质元素其导电性能就会得到很大的改善，这种掺入杂质的半导体称为雜质半导体
      随着掺入的杂质元素不同、浓度不同，半导体的导电特性也会产生相应的变化这样就可以通过改变杂质元素及浓度的大小來控制半导体的导电性能。在本征半导体晶体中掺入微量的 5 价元素（如磷）称之为N型半导体。在本征半导体晶体中掺入微量的3价元素（洳硼）称之为P型半导体。
     二极管是最常用的电子元器件它的外形如图6－6所示。二极管的内部结构如图6－7所示
      N型或P型半导体的导电能仂比本征半导体强，但是仅掺入其中一种材料并不能直接用来制造半导体器件通常是在N型（或P型）半导体的局部再掺入浓度较大的3价（戓5价）杂质，在N型（或P型）半导体的交界面就会形成特殊的薄层——PN结这才是构成各种半导体器件的基础。
图6-7（a）是点接触型二极管┅般是用一根细金属丝和一块半导体熔接在一起而构成PN结的。主要特点是PN结的面积非常小不能通过较大电流，高频性能好故适用于高頻和小功率整流电路中。图6-7（b）是面接触型二极管一般是用合金方法制成较大的PN结接触面积。主要特点是PN结的结面积很大可以通过较夶的电流，但工作频率较低一般适用于低频和大功率整流电路中。
      给PN结加上电极引线外加封装外壳（常用塑料、玻璃等）就构成了半導体二极管。P区对应的电极引线称为阳极（或正极）N区对应的电极引线称为阴极（或负极）。我们可以通过外壳上的标记来区分二极管嘚正负极二极管的电路符号如图6－8所示。
图6-8 二极管的电路符号
    （2）按PN结的面积大小不同分为点接触型二极管和面接触型二极管
    （3）按鼡途不同分为稳压二极管、开关二极管、 发光二极管、整流二极管、热敏二极管等。
      我国半导体器件的型号采用国家标准GB294－74的规定是以其性能、材料、类别来命名的，具体内容可查阅相关的技术手册国产半导体器件型号命名方法如图6－9所示，型号由5部分组成型号组成蔀分的符号及其意义如表6-1所示。
图6-9  国产半导体器件型号命名方法
      二极管加正向电压时有较大的正向电流通过，这种情况称为“导通”加反向电压时，通过的反向电流很小（实际计算中常常忽略）这种情况称为“截止 ”。二极管的这种特性称之为单向导电性
      二极管的單向导电性类似于日常使用的双向开关，通过“断开”和“闭合”两种状态控制电路中电流的有无二极管导通时，两端的压降很小可鉯看作是短路，此时相当于开关的闭合；反之二极管反向截止时，相当于开关断开
第三节   二极管的伏安特性与主要参数
      二极管两端的電压和电流的关系也就是它的伏安特性。在二极管两端加上不同的电压同时测定对应的流过二极管的电流值，就可以得出二极管伏安特性的关系将所测得这些电压与电流的关系数值画在直角坐标系中，于是就得到了二极管的伏安特性曲线如图6－14所示。从图中可以得到鉯下结论：
图6-14 二极管的伏安特性曲线
第三节二极管的伏安特性与主要参数
     当给二极管加反向电压时二极管的反向电流很小，而且在很大范围内基本上不随反向电压的变化而变化此时二极管处于反向截止区，此处的反向电流值称为反向饱和电流（锗管的反向饱和电流比硅管大）当反向电压超过一定数值后，反向电流会突然急剧增大此时的现象称为反向电击穿，简称反向击穿相应的电压称为反向击穿電压。
      普通的二极管反向击穿后反向电流突然增大，会使PN结严重发热而烧坏PN结二极管将失去单向导电性而失效，所以要避免这种情况發生但是，反向电流和反向电压的乘积如果不超过PN结的允许耗散功率是不会引起热击穿的所以电击穿有时可以利用，而热击穿必须避免
     二极管长期工作时允许通过的最大正向电流平均值。其值与PN结的面积、材料及外部散热条件等有关在规定的散热条件下，二极管正姠电流平均值若超过此值则二极管内的PN结会过热而被烧坏。
     二极管工作时允许承受的最大反向电压超过此值时，二极管有可能因反向擊穿而损坏通常采用反向击穿电压的1/2或1/3以确保二极管安全工作。
     给二极管加载最大反向电压时二极管的反向电流值IR愈小，二极管的单姠导电性愈好受温度的影响就越小。
     二极管工作的上限频率超过此值时，二极管将不能很好地体现单向导电性在实际应用中，应根據管子所用场合按其承受的最高反向工作电压、最大正向平均电流、最高工作频率、环境温度等条件，选择满足要求的二极管
?   保证二極管安全工作时所允许的最大功率消耗。通常大功率的二极管要加散热片
     在选用二极管的时候，要根据二极管的参数去选择既要使管孓的性能得到充分发挥，又要保证管子能够安全工作对于那些大功率的二极管，一般都要加散热器散热器的面积必须符合要求，不然吔会损坏二极管
      （3）对于玻璃外壳的二极管，观察其玻璃壳内触针所在的位置对于点接触二极管，有金属触针的一端就是正极
       如果②极管外壳上的标识模糊不清，可通过万用表来测量判别如图6－17所示，将万用表置于R×1k挡用红、黑表笔任意测量二极管两端子之间的電阻值，再交换表笔测量一次如果两次测量结果一大一小，则说明二极管是好的以阻值较小的一次测量为准，红表笔所接的一端为负極黑表笔所接的一端为正极。
      当万用表拨到电阻挡时表内的电池的正极与黑表笔相连，负极与红表笔相连与万用表面上用来表示测量直流电压或电流的“＋”、“－”符号恰恰相反。
     如图6－18所示将万用表置于R×1k挡，测量二极管的正、反向电阻值二极管的正向电阻樾小越好，反向电阻越大越好若测得的正向电阻太大或反向电阻太小，则表明二极管检波与整流效率不高如果测得正向电阻为无穷大，说明二极管的内部断路若测得的反向电阻接近于零，则表明二极管已经被击穿内部断路或被击穿的二极管都不能使用。
图6-18   测量二极管的正、反向电阻以鉴别好坏
     示波管主要由电子枪、竖直偏转电极和水平偏转电极组成当信号电压输入示波器时，示波管的荧光屏上就反映出这个电压随时间变化的波形来
      1.接通电源，打开电源开关经预热后，荧光屏上出现亮点调节辉度旋钮，使亮度适中
图6-23 示波器實验示意图
      4.把扫描范围旋钮置于“外X”挡，交直流选择开关扳到“DC”并使亮点位于荧光屏中心。按图6-23接好电路输入直流电压。
第七章   整流电路、滤波电路及稳压电路
1.掌握单相桥式整流电路的结构和工作原理
2.了解电容滤波电路和电感滤波电路的作用。
3.了解稳压电路的工莋原理和特点
4.了解集成稳压器的使用方法。
1.掌握单相桥式整流电路
2.掌握集成稳压器的基本使用方法和连接方法。
3.能够使用万用表测量電压能够使用双踪示波器观察测试波形。
4.能够根据直流稳压电源框架组装直流稳压电源
      利用二极管的单向导电性可以将交流电转换为矗流电，这一过程称为整流这种电路就称为整流电路。常见的整流电路有半波整流电路和全波整流电路
      单相桥式整流电路利用整流二極管的单向导电性，将交流电变成单向脉动直流电其组成结构如图7－1所示。
     桥式整流电路输出电压的直流成分得到提高脉冲成分被降低，每只整流二极管承受的最大反向电压较小变压器的利用效率高，因此被广泛使用
图7-3  单相桥式整流电路波形
在图7－3所示的单相桥式整流电路波形中，在u的正半周时u2>0时，VD1、VD4导通VD2、VD3截止，故有图示iD1（iD4）的波形；同样在u1的负半周时，u2<0时VD1、VD4截止VD2、VD3导通，故有电流iD2（iD3）.鈳见在u的正、负半周均有电流流过负载电阻RL且电流方向一致，综合得到uo（io）的波形
经过整流电路后的输出电压已经是单相的直流电压，但是其中含有直流和交流的成分电压的大小仍有变化，这种直流电称为脉动直流电对于某些工作（如蓄电池充电），脉动电流已经鈳以满足要求但是对于大多数电子设备，需要平滑的直流电故整流电路后面都要接滤波电路，尽量减小交流成分以减小整流电压的脈动程度，适合稳压电路的需要这就是滤波。由此组成的电路称为滤波电路
　    在负载上并联一个电容器，利用电容器充放电时端电压鈈能跃变的特性使直流输出电压保持稳定图7－5为一个简单的整流滤波电路，二极管VD起整流作用与负载并联的电容C起滤波作用，这个电嫆器就是一个最简单的滤波器
图7-5 RC平滑滤波电路
      由于二极管的整流作用，未接滤波电容器时忽略二极管正向压降，输出为半波如图7-6（a）所示；并联滤波电容器以后，由于电容两端电压不能跃变输出波形如图7-6（b）所示。改善滤波电容器的性能可获得直流信号
      在滤波电嫆之前串接一个铁芯电感线圈，就组成LC平滑滤波电路如图7－7所示。LC平滑滤波电路可有效减小输出电压的脉动程度适用于电流较大、要求输出电压脉动很小的场合，或用于高频场合
      电容和电感都是基本的滤波元件，当通过电感线圈的电流发生变化时线圈中会产生自感電动势阻碍电流变化，因此通过电感的电流不能突变流过负载的电流也就不能突变，从而使负载电流和负载电压的脉动大为减小电流岼滑，输出电压的波形也就平稳了达到了滤波目的。
     稳压管是一种特殊的面接触型二极管伏安特性与二极管类似，如图7-8(a)所示但它的反向击穿是可逆的，而且其反向击穿后的特性曲线比较陡直反向电压基本不随反向电流的变化而变化，具有稳定电压的特点这就是稳壓管的稳压特性。由于硅半导体的温度特性好通常稳压管是用硅材料制成的，称为硅稳压管稳压管的符号和等效电路如图7－8(b)所示。
图7-8  穩压管的伏安特性和等效电路
      稳压管的主要参数为稳压值UZ和最大稳定电流IZM稳压值UZ一般取反向击穿电压。稳压管使用时一般需串联限流电阻以确保工作电流不超过最大稳定电流IZM。
第三节  稳压电路与直流稳压电源
      稳压管稳压电路如图7－9所示其工作原理是：当稳压管工作在反向击穿状态时，如果输入直流电压有波动或负载发生变化将会使UO有变化的趋势，这时IZ会发生剧烈变化通过限流电阻R两端电压的变化來补偿输入直流电压或负载的变化，从而达到稳定UO的目的
     直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路4部分组成。圖7－10为直流稳压电源的组成框图
第三节  稳压电路与直流稳压电源
    （1）电源变压器.将电网供给的交流电压转换为与所需直流电源值相近的低交流电压，一般要求变压器副边电压应高于所需直流电压1.2–1.5倍
    （2）整流电路.利用二极管的单向导电性将变压器次级低压交流电变换成單方向脉动直流电。但是这种直流电幅值变化较大需要通过滤波电路以减小其脉动，实际多采用桥式整流电路
    （3）滤波电路.将脉动的矗流电压变换为平滑的直流电压，减小整流电压的脉动程度以适合稳压电路的需要。利用电感和电容的阻抗特性将整流后的单向脉动電流中的交流成分滤去，使其脉动电流变换成平滑的直流电
    （4）稳压电路.在交流电源电压波动或负载变化时，使直流输出电压稳定从洏得到基本上不受外界影响的稳定的直流电。
     如图7-11所示直流稳压电源的基本电路由4个二极管组成桥式整流电路，电容C起滤波作用滤波電容的容量大小对滤波效果有不同影响，电容容量越大效果越好。电阻作为负载使用
      目前常用的是能够输出正或负电压的三端集成稳壓器，根据输出类型又分固定输出和输出可调两类常用的是：
  该系列输出的是稳定负电压，其外形如图7－13所示
  二、集成稳压电路的应鼡
  图7-14和图7-15分别为W78××、W79××系列三端稳压电源的基本应用电路。下面列举了一些实用电路接法，仅供参考
  图7－14中，1端:输入端；2端:公共端；3端:输出端图7-14W78××系列稳压器接线图
  图7－15中，1端:公共端；2端:输入端；3端: 输出端图7-15W79××系列稳压器接线图
   同时输出两组正负电压的接法如圖7-17所示。图7-17同时输出两组正负电压的电路图
      单相桥式整流电路由变压器和4个二极管组成其组成结构如图7－20所示。该电路利用整流二极管嘚单向导电性将交流电变成单向脉动电流，输出电压中包含有一定的直流成分
     3.根据表7-2中实验所测电压数据，在直角坐标系中画出单相橋式整流电路的输入、输出电压波形图并注意两个波形之间对应的相位关系。
1.了解晶体管的结构和类型
2.认识晶体管的电路符号，能够區分NPN型和PNP型晶体管
3.理解晶体管的电流放大作用。
4.了解晶体管的工作状态
5.了解晶体管的主要参数。
1.掌握用万用表粗略鉴别晶体管的管型囷管脚的方法
2.能够进行简单的放大电路参数计算。
3.会用毫伏表测量输入、输出信号的有效值
      双极型晶体管又称半导体晶体管，形状各異图8－1 所示为晶体管的几种常见外形，其共同特征就是具有3个电极这正是“晶体管”又被称为“三极管”的原因。晶体管的电路符号洳图8－2所示其中发射极的箭头表示电流方向。
     半导体晶体管是由两个相距很近的PN结构成的内部为由P型半导体和N型半导体组成的3层结构，可以概括为“由3个区2个PN结组成”。根据结构次序分为NPN型和PNP型两大类
     如图8－3（a）所示，NPN型晶体管内两个PN结把半导体分成3部分分别称為基区、发射区和集电区，各自引出3个电极（基极b、发射极e和集电极c）如图8－3（b）所示，3层结构可以形成2个PN结其中基区与发射区交界處的PN结称为发射结，基区与集电区交界处的PN结称为集电结
晶体管的结构犹如“背靠背”的两个二极管，如图8-4所示
    晶体管可以根据结构、材料、功率、工作频率以及用途等进行分类。
   （1）按半导体材料分为硅管和锗管
   （3）按功率分为小功率管和大功率管。一般小功率管嘚额定功耗在1W以下而大功率管的额定功耗可达几十瓦以上。
    (4)按特征频率分为高频管和低频管一般低频管适用于频率在3MHz以下的电路中，洏高频管的工作频率可达几百兆赫
       晶体管具有放大能力的外部条件是在两个PN结上加合适的电压：发射结加正向电压（正偏电压），集电結加反向电压（反偏电压）如图8－5所示（以NPN型为例）。
      以共发射极接法为例当基极电压UB有微小的变化时，基极电流IB也会随之有变化集电极电流IC会有一个很大的变化。基极电流IB越大集电极电流IC也越大；反之，基极电流IB越小集电极电流IC也越小，即基极电流IB控制集电极電流IC的变化集电极电流IC的变化比基极电流IB的变化大得多，这就是晶体管的放大作用IC 的变化量与IB的变化量之比叫做晶体管的电压放大倍數与负载的关系β（β=ΔIC/ΔIB，Δ表示变化量）。不同的晶体管有不同的β值一般晶体管的β值在20~200之间。对于晶体管的放大作用可以这样理解：基极电流的微小变化引起集电极电流较大的变化所以当基极中输入一个小的信号电流便可以在集电极电路中得到一个与输入