低压电工作业-教案

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 11月12日安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（首页）科:培训科课程名称低压电工作业学时分配总学时: 148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）机 动:教学目的规定1、学习电工基本知识 2、结识触电的危害，学习触电救护措施 3、学习电气安全工作规定与措施 4、结识电气安全用品和安全标示5、学习直接和间接接触电击防护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:电工基本知识及有关电路工作原理参照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）授 课 章 节第一章 电工与电子基本 教 学 目 的1、 纯熟掌握电工基本知识2、学习直流电路与交流电路的有关知识与计算重 点 与 难 点教学重点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互相关系教学难点1、对电路基本概念的理解 2、全欧姆定律的状况分析3、基尔霍夫定律的理解和运用 4、单相和三相交流电路的结识和有关知识的应用5、半导体基本知识教 学 方 法解说法、图例法教 学 手 段多媒体、讲述教 学 过 程时 间 分 配教 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课堂课堂讨论习题课 本章练习题解说教学过程设计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 本章练习题解说教 后 感安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）教 学 内 容教法提示及备注一、电工与电工基本1、电的基本概念1.1 物质的构造自然界的一切物质都是由分子构成的，分子是由原子构成，而原子又是由原子核和环绕原子核作高速旋转的电子构成的。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似的，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，因此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。电荷既不能被发明，也不能被消灭，它们只能从一种物体转移到另一种物体，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达，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尚有 千安(KA)、毫安（mA）、微安（A）。 “电流强度”简称“电流”。电流不仅有大小，并且有方向。习惯上规定：以正电荷运动的方向为电流的正方向。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；但凡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“电流事实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表达。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间的电压为 UAB=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，尚有 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）教 学 内 容教法提示及备注电压不仅有大小，尚有方向，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。电阻两端的电压一般叫做“电压降”。1.4电位电位是一种相对量。如在电路中任选一种参照点，令其电位为零，则电路中某一点的电位就等于该点到参照点之间的电压。由此可见，电位事实上也是电压，只但是是对参照点之间的电压。电位的单位同电压同样，也是伏特（v）。一般选大地为参照点，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，因此，电压也叫电位差。如果电路中的两点电位相似，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）电位是某点对参照点的电压，电位差是某两点间的电压。电位相似的各点间的电位差为零，电流也为零；（2）电位是相对量，随参照点的变化而变化，而电位差的绝对值不随参照点的变化而变化，因此电压是绝对量。1.5电动势电动势是衡量电源将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表达若外力将电荷Q从负极移到正极所做的功是W，则电动势的数学体现式为 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。对于一种电源来说，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表达。电阻的基本单位是欧姆，用字母表达。此外常用的电阻单位尚有千欧（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变化。虽然没有电压，导体仍有电阻。在温度一定期，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（mm2）；导体的电阻率（.m，欧.米）导体电阻与温度的关系：安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）教 学 内 容教法提示及备注一般状况下，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范畴内称为导体；在1061016.m范畴内称为绝缘体；介于两者之间的称为半导体。2、直流电路2.1电路2.1.1电路的构成及电路元件的作用电路是指电流所流经的途径。它由电路元件构成。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构成。（1）电源：其作用是将其她形式的能量转换为电能。（2）负载：其作用是将电能转换为其她形式的能。（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种电路，并将电源的电能传播给负载。电路图在实际工作中，为便于分析、研究电路，一般将电路的实际元件用图形符号表达在电路图中，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。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；直流电路有分为简朴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朴直流电路；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，拟定它们的大小。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。欧姆定律体现式 I=U/R式中：I-电流（A）；U-电压（v）；R-电阻（）由欧姆定律体现式可知：（1）通过电阻元件的电流与电阻两端的电压成正比，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”。（解说：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 = I2R = 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 = I2Rt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用的应用有（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种电阻的一端连接在一种节点上，另一端连接在另一种节点上，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/ R1+ 1/ R2+1/Rn)并联的总电阻一定比任何一种并联电阻的阻值都小。若并联的n个电阻阻值相似，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/Rn阐明，在并联电路中，电流的分派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，功率的分派也与电阻成反比，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-由一种或几种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）它拟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然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）它拟定了电路任一回路中各部分电压之间的互相关系。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，回路中但凡与绕行方向相似的电动势或电流取正号，反之取负号。运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仅与导体在磁场中的运动方向有关，并且还与导体的运动速度有关。直导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，拇指与其他四指垂直，让掌心正对磁场N极，以拇指指向表达导体的运动方向，则其他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 容教法提示及备注当线圈中的磁通发生变化时，闭合线圈中要产生感生电动势和感生电流。并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长时，感生电流就要产生一种磁场去阻碍它增长；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种判断线圈中感生电动势或感生电流方向的措施，具体环节是：（1）一方面鉴定原磁通的方向及变化趋势（是增长还是减少）；（2）根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拟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当作一种电源。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似。3.3法拉第电磁感应定律楞次定律阐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。我们用表达在时间间隔t内的变化量，则N匝线圈中产生的感生电动势为：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体现式。式中负号表达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）。因此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种左S右N的的磁通来阻碍原磁通的增大。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不久上升，A灯只能慢慢变亮。（电感中的电流不能突变）。若忽然中断线圈的电源，线圈的电流就会忽然减小，由它产生的磁通也就忽然减小，于是线圈中就要产生一种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似，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）教 学 内 容教法提示及备注起灯泡忽然明亮的闪光。上述这种由于流过线圈自身的电流发生变化，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表达。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。电感的大小不仅与线圈的匝数及几何形状有关（匝数越多，L越大），并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，因此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），符号表达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自身的电流发生变化而产生的。（2）对于线性电感，当L一定期，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的方向相似。自感电动势的长处：日光灯是运用镇流器中的自感电动势来点燃灯管的，同步也运用它来限制灯管的电流。缺陷：在具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。一般在具有大电感的电路中均有灭弧装置。最简朴的措施是在开关或电感两端并联一种合适的电阻或电容，或先将阻容串联然后接到电感两端。 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，一般采用电阻率大、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，用来增长涡流途径的电阻，以达到减少涡流的目的。 3.5互感 我们把由一种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。当第一种线圈的磁通所有穿过第二个线圈时，互感电动势最大，当两个线圈互相垂直时，互感电动势最小。利：具有广泛用途的多种变压器、电动机都是运用互感原理工作的。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。一般把互不相干的线圈间距拉大或把两个线圈垂直安安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）教 学 内 容教法提示及备注放，在某些场合还使用铁磁材料把线圈或其她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一般是由交流发电机产生。 电工作业安全技术P304.1.3正弦交流电的几种基本物理量（1）正弦交流电的三要素最大值最大值表达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表达。最大值虽然有正有负，但习惯上最大值都以绝对值表达。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。为了表达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。交流电每反复一次所需的时间称为周期，用字母T表达，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内反复的次数称为频率。用字母f表达，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，用字母表达，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达交流电快慢的物理量。三个物理量中只须懂得其中一种，就可以计算出此外两个的数值。 初相角。 初相角由交流电的瞬时值体现式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+）来拟定。 T=0时的相位角称为“初相角”。它表达线圈开始转动时，线圈平面与中性面之间的夹角。它事实上体现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拟定期，正弦交流电才干被拟定。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步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（集团）技工学校教案（附页）教 学 内 容教法提示及备注 （3）正弦交流电的有效值 由于交流电的大小是不断变化的，因此用瞬时值来表达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似之处，如它们均有电流的热效应。让交流电和直流电分别通过阻值完全相似的电阻，如果在相似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=1.414U Em=2E=1.414E此后若无阐明，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达法 电工作业安全技术P34正弦交流电一般有四种表达法：解析法、曲线法、旋转矢量法和符号法。一般采用前三种表达法，无论采用哪一种措施，都规定可以体现出交流电的三要素。4.3交流电路的分析措施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构成。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。若脱离相位关系而单纯计算数量关系，将会导致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，我们总是忽视那些次要的因素，仅保存起重要作用的因素，这样就可以抓住重要矛盾，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=I2R=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自身电流变化引起的，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达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=XL XL叫作感抗，其作用与电阻R相称，单位是。感抗的大小为 XL=2fL ()安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）教 学 内 容教法提示及备注上式阐明：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）可觉得短路。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互相转换，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)但线圈自身并不消耗能量，故有功功率=0.4.6纯电容电路4.6.1电容解说：电容的充放电过程。电工作业安全技术P41电容器存储电荷的能力常用电容量C表达，简称电容，其单位是法拉F。由于法拉这个单位太大，事实上常用微法F（10-6F）、或皮法pF（10-12F）作为电容器的单位。电容器容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重要技术参数，在工作中选用电容器时，应使两者都满足规定电容器的充电，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。因此说电容器是一种储能元件，它与消耗电能的电阻元件有着主线的区别，而和电感元件相似，均有储存电能的作用。电容器串联时，1/C=1/C1+1/C2+1/Cn或C=1/(1/C1+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，并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=XC ()上式叫做纯电容电路的欧姆定律，阐明在纯电容电路中，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相称，单位是欧姆。容抗的大小为 XC=1/(2fC) ()上式阐明：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。这是由于C越大，电容器容纳的电荷越多，充放电电流就愈大，故体现为容抗越小；电源频率越高，电压变化速度越快，在一定期间内充放电次数增长，即电路电流越大，故体现为容抗越小。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，可觉得开路；而对高频交流电可觉得短路。也即电容器具有隔直流、通交流的特性。在纯电容电路中，只有电源中电能和电容器中电场能的互相转化，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=I2XC=U2/XC （乏，var）安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）教 学 内 容教法提示及备注电容自身并不消耗能量，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似的，所觉得了分析以便，以电流为参照正弦量。设 i=Im sin t该电流通过R、L、C后来，将在这三种元件上分别产生电压：在电阻上产生一种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形来表达。S=IU Q=I(UL-UC)P=IUR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）。视在功率表达电源提供的总功率，也表达交流电源容量的大小。 电路的有功功率事实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互换的功率，即， Q=ULI-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/S CosS是表达设备运用率的一种系数，故称之为功率因数。当视在功率一定期，设备的有功功率越大，运用率越高。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勾股定理表达，即 S2=P2+Q2 S=P2+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.我们运用这一特点，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似而相位互差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 容教法提示及备注三相电动势达到最大值的先后顺序叫做相序，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达的，规定用黄色表达U相，绿色表达V相，红色表达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均有三个绕组，在向负载供电时，三相绕组一般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表达。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构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，也许烧毁发电机绕组。5.3三相负载的连接电力系统的负载，按其对电源的规定，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，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 IN=IU+IV+IW=0可见对称负载作Y连接时，中性线电流为零，因此可将中性线去掉，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，成果使阻抗小的负载相电压减小，阻抗大的负载相电压增大，最后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，不容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并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，不管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达。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。解说计算例题 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，它只有一种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。（解说）：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，容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，以减少结温。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晶体三极管的构造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。解说：实验电路过程 p58图1-50和表1-3三极管各极的电流分派关系：Ie=Ic+Ib 由于Ib数值比Ie小得多，故可觉得Ie近似等于Ic. IeIc一般把集电极电流Ic不小于基极电流Ib的倍数叫做三极管的直流放大系数，用字母表达。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，此外尚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。下面以共射极为例简介晶体管的重要参数。6.2.2晶体三极管的重要参数 解说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），电流放大倍数大，电压放大倍数不不小于1，稳定性与频率特性较好，带负载能力强。常用于阻抗变换电路中和放电器的输入输出级，也称射极输出器。（3）共基极电路输入阻抗小（约几十欧姆），输出阻抗大（约几百千欧姆），电流放大倍数不不小于1，电压放大倍数较大，稳定性与频率特性较好，但需要两个独立的电源，一种为集电极与基极之间的电源，一种为发射极与基极之间的电源。常用于高频放大和振荡电路中。6.2.5晶体三极管的三种工作状态放大状态、截止状态和饱和状态。6.3晶体管整流电路整流电路就是运用整流二极管的单向导电性将交流电变成直流电的电路。6.3.1单相半波整流电路解说电路：通过整流使电路的输出电压（负载RL的端电压）UL是个单一方向的脉动电压，这个脉动电压的直流分量是此脉动电压在整个周期内的平均值。UL=0.45*U2 式中U2是变压器二次侧电压u2的有效值。通过负载RL的直流电流平均值为 IL=UL/RL=0.45*UL/RL整流管所承受的反向电压最大值 URM=2*U26.3.2单向桥式整流电路单向桥式整流电路由四个晶体二极管构成电桥形式。桥式整流输出直流电压为：UL=0.9*U2 式中U2是变压器二次侧电压u2的有效值。通过负载RL的直流电流平均值 IL=UL/RL=0.9*U2/RL每只二极管所承受的反向电压最大值URM=（2*U2）*1/2。每只二极管流过的电流为 IV=IL*1/2桥式整流电路所用变压器运用率高，在相似直流输出电压时，二极管所承受的反向电压低。缺陷是所用元件要多2只二极管。6.4晶闸管基本知识及其应用安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）教 学 内 容教法提示及备注晶闸管是晶体闸流管的简称，原称可控硅，是一种大功率的半导体器件。具有效率高、控制特性好、反映快、寿命长、体积小、重量轻、可靠性高和维护以便等长处，在可控整流、调压、无触点开关和变频、逆变（直流变交流）等方面获得广泛应用。6.4.1晶闸管的构造与工作原理（1）晶闸管的构造晶闸管内部由四层半导体次叠而成，有三个pn结，外部引出三个电极，分别为阳极A、阴极K和控制极G（又称门极）。为了散热，大功率可控硅还附有金属制的散热片，更大功率的晶闸管则采用水冷。晶闸管的外形有螺栓式、平板式和小型塑封式。（2）晶闸管的工作原理 解说实验通过实验可知：要使晶闸管导通，必须在A、K极间加上正向电压，同步加以合适的正向控制极电压（又称触发电压）。一旦晶闸管导通后，要使晶闸管关断，必须采用减少阳极电压、反接或断开电路等措施，使正向电流不不小于最小维持电流。6.4.2晶闸管重要参数（1）额定正向平均电流：是指在规定的环境温度原则散热条件和元件全导通的状况下，可持续通过的工频半波电流的平均值。（2）最小维持电流：维持晶闸管导通所需要的最小阳极电流。（3）正向阻断峰值电压：是指断开控制极后，能保证晶闸管不导通而容许反复加在AK间的正向峰值电压。（4）反向峰值电压：断开控制极后，反复加在AK间的反向峰值电压。（5）控制极触发电压和电流：是指在规定的环境温度和一定的正向电压条件下，使晶闸管从关断到导通，控制极所需要的触发电压和电流。6.4.3晶闸管整流电路解说：晶闸管单相半波整流电路。整流变压器二次侧电压u2为正弦交流电，晶闸管的控制极上同步加上控制电压脉冲ug.如果在u2的正半周t=（称为控制角）时加上ug脉冲，则晶闸管开始导通，直至u2下降至0（减少至使流过晶闸管阳极的电流不不小于维持电流时）时才关断。这样负载上的电压、电流波形如图1-57中阴影部分所示，其平均值为：UL=0.45*U2*(1+cos/2)晶闸管在正半周导通的范畴称为导通角，显然，越大，越小，输出电压也越低。晶闸管所承受的最大反向电压为 2*U2.选用晶闸管元件时要注意通过元件的电流和也许承受的最大反向电压数值，并留有一定余地。安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（内页）授 课 章 节第二章 电工测量 教 学 目 的1、理解电工仪表基本知识2、掌握对的测量措施和安全注意事项重 点 与 难 点教学重点1、测量措施 2、安全注意事项教学难点电工测量仪表基本知识教 学 方 法解说法、图例法教 学 手 段多媒体、讲述教 学 过 程时 间 分 配教 学 内 容学 时第一节 电工测量仪表基本知识和电压与电流的测量6第二节 钳形电流表、万用表和兆欧表4第三节 电能的测量；直流电桥2课堂课堂讨论习题课 本章练习题解说教学过程设计1、组织教学 2、导入 3、讲授新课4、练习 5、小结 6、作业实 验 实操练习思考题及作业题 本章练习题解说教 后 感安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）教 学 内 容教法提示及备注二、电工测量1、电工测量的基本知识电工测量，就是将被测的电量或电参数与同类原则量进行比较，从而拟定出被测量大小的过程。1.1电工仪表的分类电工仪表按构造和用途不同，重要分为批示仪表、比较仪表和数字仪表等三类。1.1.1批示仪表电工批示仪表的特点是能将被测电量转换为仪表可动部分的机械偏转角，并通过批示器直接读出被测量的大小，故又称为直读式仪表。电工批示仪表的规格品种诸多，一般采用下列措施进行分类：（1）按工作原理分类：重要有磁电系仪表、电磁式仪表、电动系仪表和感应系仪表。此外尚有整流系仪表、铁磁电动系仪表等。（2）按使用措施分类：有安装式（又称面板式）、便携式两种。其中便携式仪表是可以携带的仪表，其精确度较高，广泛用于电气实验、精密测量及仪表检定中。（3）按被测量的名称分类：有电压表、电流表、功率表、电能表、频率表、相位表、万用表等。（4）按精确度级别分类：有0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共七级，数字越小，精度越高，精确度级别越高。1.1.2比较仪表比较仪表的特点是在测量过程中，通过被测量与同类原则量进行比较，根据比较成果才干拟定被测量的大小。比较仪表分直流比较仪表和交流比较仪表两大类。电位差计和直流电桥属于直流比较仪表；交流电桥属于交流比较仪表。1.1.3数字仪表数字仪表的特点是采用数字测量技术，并以数码的形式直接显示出被测量的大小。1.2电工仪表符号 见p68之表2-11.3常用电工仪表简介1.3.1磁电系仪表（1）磁电系测量机构磁电系测量机构是磁电系直流仪表的核心，只要在其基本上配上不同的测量线路，就能构成多种不同的直流电流表和电压表。磁电系测量机构重要由固定的磁路系统和可动的线圈两部分构成。磁电系测量机构中游丝的作用有两个：一是产生反作用力矩；二是把被测电流导入和导出可动线圈。（2）磁电系仪表的工作原理磁电系测量机构是根据通电线圈在磁场中受到电磁力矩而发生偏转的原理制成的。磁电系仪表的长处：精确度和敏捷度都很高，功率消耗小，并且刻度均匀。磁电系仪表的缺陷：只能直接测量直流，只有加上整流器才干用于交流测量，而安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（附页）教 学 内 容教法提示及备注且过载能力小。用途：多用于制造便携式的直流电流表和直流电压表。1.3.2电磁系仪表目前，安装式交流电流表、电压表，大部分都采用电磁系测量机构。电磁系测量机构重要由通电流的固定线圈和可动的软磁铁片构成。根据其构造形式的不同，可分为吸引型和排斥型两类。（1）电磁系仪表的构造游丝的作用是产生反作用力矩，但不通电流。为避免永久磁铁的磁场对线圈磁场的影响，在永久磁铁前加装了用导磁性能良好的材料制成的磁屏蔽。（2）电磁系仪表的工作原理吸引型电磁系仪表的工作原理：当固定线圈通电后，线圈产生的磁场将可动铁片磁化，对铁片产生吸引力，使固定在同一转轴上的指针随之发生偏转。线圈中电流越大磁化作用越强，指针偏转越大。当游丝产生的反作用力矩与转动力矩相平衡时，指针就稳定在某一位置，批示出被测量的大小。当流过线圈电流反向变化时，线圈产生的磁场极性及可动铁片被磁化的极性也同步变化，它们之间的作用力仍是吸引力，转动力矩方向不变，保证了指针偏转方向不变。因此，电磁系仪表可用于构成交直流两用仪表。（3）电磁系仪表的特点既可测量直流，又可测量交流。同步可直接测量较大电流，过载能力强，构导致本低。缺陷：电磁系仪表标度尺刻度不均匀，且易受外磁场干影响。1.3.3电动系仪表（1）电动系仪表的构造电动系仪表重要由固定线圈和可动线圈构成。固定线圈提成两段，其目的一是能获得较均匀的磁场；二是便于改换电流量程。游丝的作用有两个：一是产生反作用力矩；二是引导电流。（2）电动系测量机构的工作原理电动系测量机构是运用两个通电线圈之间产生电动力作用的原理制成的。电动系仪表可以交直流两用，并且能测量非正弦电流的有效值。它的精确度较高，可达0.1级。由于它有两个线圈，因此能构成多种仪表，测量多种参数。缺陷是仪表读数易受外磁场的影响，自身消耗功率大，且过载能力小。1.3.4感应系仪表感应系仪表重要用于做成电能表测量交流电能。（1）感应系电能表的构造感应系电能表重要由产生转动力矩的驱动元件、转动元件、计算铝盘转数的计度器以及产生制动力矩的制动元件四大部分构成。驱动元件涉及固定