维修电工(理论)培训教案

维修电工（理论）培训教案

第一章电工基础

第一节直流电基础知识

一、教学目标：

1．掌握电路的基本组成、电路图的概念。

2．掌握电路中的基本物理量的基本概念。

3．掌握电阻定律、欧姆定律、焦尔定律，了解电阻与温度的关系。

二、教学内容

（一）电路和电路图

1、什么是电路

电路是由各种元器件(或电气设备)按一定方式联接起来的总体，为电流的流通提供了路径。

2．电路的基本组成

(1) 电源(供能元件)：为电路提供电能的设备和器件(如电池、发电机等)。

(2) 负载(耗能元件)：使用(消耗)电能的设备和器件(如灯泡等用电器)。

(3) 开关：控制电路的导通和断开。

(4)导线：将电器设备和元器件按一定方式联接起来(如各种铜、铝电缆线等)。

3、电路的主要功能

①能量的转换、传输和分配。（供电线路、用电设备）

②实现信息的传递和处理。（如：计算机电路、电话电路等）

4、电路图

用国家规定的电气符号描述电路的连接情况的图，叫做实际电路的电路原理图，简称为电路图。

5、熟悉常用的电气图形符号。

（二）电路的基本物理量

1、电流

电路中电荷沿着导体的定向运动形成电流，移动的电荷又称载流子（金属导体中的自由电子、电解液中的离子等）

其方向规定为正电荷流动的方向。

其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)。

I = Q / t

式中，各参数用国际单位制:时间:秒(s)，电量:库仑(C), 电流安培(A)。

常用的电流单位还有毫安mA、微安 mA、千安kA等，它们与安培的换算关系为

1 mA = 10-3A； 1 mA = 10-6 A； 1 kA = 103 A

1）直流与交流

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定电流，简称为直流，记为DC。

如电流的大小及方向均随时间变化，则称为交变电流。对电路分析来说，一种最为重要的交变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，将之简称为交流记为AC。

3）电流的测量

（1）对交、直流分别用相应的电流表，或万用表的相应档位。

（2）电流表必须串接在被测量电路中。

（3）直流电流表接线要和电路的极性一致。

（4）量程。被测数值在量程一半以上。

2、电压

电场力将单位正电荷从a点移动到b点所作的功，称为a、b两点的电压，用U ab 表示。电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。

电压的国际单位制为伏特(V)，常用的单位还有毫伏(mV)、微伏(mV)、千伏(k V)等，它们与伏特的换算关系为1 mV = 10-3 V； 1 mV = 10-6 V； 1 kV = 103 V

3、电位

如果在电路中选定一个参考点，则电路中某一点与参考点之间的电压即为该点的电位。单位V。

a与b点的电位分别用U

ab

表示。原则上参考点可以任意选择。但在电力电路中常以大地为参考点。电路符号为“”。电子电路中常以多条支路汇集的公共点或金属底板、机壳等作为参考点。电路符号为“⊥”。高于参考点的电位取正，低于参考点的电位取负。

电路中任意两点之间的电位差就等于这两点之间的电压。即U

ab = U

a

-U

b

注意：电路中某点的电位与参考点的选择有关，但两点间的电位差与参考点的选择无关。

4、电动势

电源将正电荷从电源负极经电源内部移到正极的能力用电动势表示。符号为E。电动势的方向规定为在电源内部由负极指向正极。

电动势只存在于电源内部，端电压是电源加在外电路两端的电压，方向由正极指向负极。

因为有内电阻的存在，电源的端电压总是低于电源内部的电动势，只有在电源开路时，电源的端电压才与电源的电动势相等。

5、电压的测量

1）对交、直流分别用相应的电流表，或万用表的相应档位。

2)电压表必须并联在被测量电路的两端。

3)直流电压表接线应和被测两点的电位相一致。

4)量程。被测数值在量程一半以上。

（三）、电阻和电阻率

1、电阻：导体对电流阻碍作用的大小

2、电阻定律：导体的电阻与长度成正比，与截面积成反比，与导体的材料和温度有关。

R= ρl/S

ρ——制成电阻的材料电阻率，与材料和温度有关。

l ——绕制成电阻的导线长度，国际单位制为米(m)；

S——绕制成电阻的导线横截面积，国际单位制为平方米(m2) ；

R ——电阻值，国际单位制为欧姆(Ω)。

经常用的电阻单位还有千欧(kW)、兆欧(MW)，它们与 W 的换算关系为

1 kW = 103 W； 1 MW = 106 W

3、电阻率：长度为1m，截面积为1米2 ，在一定温度下的电阻值。国际单位制为欧姆·米(W · m)。材料按电阻率分类：导体，绝缘体，半导体。

4、电阻与温度的关系

1）大多数金属电阻值随着温度的升高而增大；如白炽灯泡内的钨丝，金属铂

2）碳、电解液、半导体电阻值随着温度的升高而减小。

3）部分金属合金的电阻值在温度变化时电阻几乎不变，可以做标准电阻

例练习题

1．一般金属导体的电阻率随温度的升高而（）。白炽灯在冷态时的电阻（），所以白炽灯常常在开灯时烧毁

A．增大 B.减小 C.较大

D.较小

2.当温度升高时，电阻值减小，这种材料具有负的温度系数。下列物质哪些具有负的温度系数（）

A．金属 B.碳 C.半导体 D.电解液

（四）、电容及电容器

1、电容器

电容是电路的基本元件之一，在电子产品和电气设备中用途非常广泛，掌握电容器的基本知识对学习交流电路和电子技术课程具有重要作用。

（1）定义被绝缘物隔开的两个导体的组合。

（2）用途改善电力系统的功率因数；在电子技术中可起到滤波、耦合、隔直、调谐、旁路、选频等；在机械加工工艺中，利用电容器可进行电火花的加工。（3）符号文字符号为C,图形符号为

（4）相关概念

1）极板：电容器的两个相互绝缘又靠得很近的导体。

2）介质：中间的绝缘材料。

3）充电：电容器能储存电荷（最基本特性），使电容器带电的过程称为充电。把电容器的两个极板分别接通电源的正、负极，两个极板就分别带上等量异种电荷。电容器在储存了一定量的电荷的同时也储存了电能。

4）放电：充电后的电容器失去电荷的过程称为放电。用一根导线把电容器的两极接通，两板上的电荷相互中和，电容器就不带电了。

5）隔直：直流电不能通过电容器，这一特性称为隔直。

注：在电路中使用的电容器，切断电源之后，电容器中仍有剩余电荷，因此，在检测电容器之前必须先将其放电，以免损坏测试设备，或对操作者造成电击。

2、电容

电容器任一极板上所储存的电荷量Q与两极板间的电压U的比值称为电容器的电容。

C =

电容单位：法拉，简称法，F

1F = 106μF(微法) = 1012 pF（皮法）

1）对于结构一定的电容器，其电容客观存在。线性电容C的大小决定于电容器的几何形状和介质的性质，而与电荷量的多少、电压的高低无关。

2）电容器的电容，都可用C表示。电容器是储存电荷的容器，而电容则是衡量电容器在一定电压作用下储存电荷能力大小的物理量。

3）实际上任何两个导体之间都存在着电容。例如，输电线之间、输电线与大地之间存在着电容，变压器绕组与铁壳之间存在着电容，晶体管各电极之间也存在一定的电容，称为分布电容。但由于它们两个“极板”之间的距离较大，而且空气的介电常数很小，所以它的数值一般比较小，可忽略不计。

3、电容器的分类P20

4、电容器的选用

1）电容器的标称值大多数电容器的电容量都直接标在电容器的表面上。瓷介电容器体积小，只标数值不标单位：

（1）数值为几十、几百、几千时，单位为pF

（2）数值小于1时，单位为μF

（3）还有一些瓷介电容器用三位数字表示，前两位表示电容量的有效数字，最后一位数字表示有效数字后加几个零，单位是pF。

5、电容器额定工作电压

指电容器在电路中能长期可靠工作而不被击穿的直流电压，又称耐压。如果该电容器用在交流电路中，应使交流电压是最大值不超过它的额定工作电压值。

例：某电容器欲接到电压为220V的交流电源上，电容器的耐压应选（B）

A.大于等于220V

B. 大于等于220V

C.大于等于110 V

6、电容器的连接

1）电容器的串联

各个电容器所带的电荷量都相等。即

Q 1 = Q

2

= Q

3

= Q

（Q=It，Q:电量，I:电流，t：时间，所以同等时间内决定电量大小是由电流来决定的，而串联电路中的电流相等。）

2）串联电容的总电压等于各个电容器上的电压之和。即

U = U

1 + U

2

+ U

3

且各个电容器两端的电压与其电容值成比。即

U

1：U

2

：U

3

= ：：

3)电容器组的总电容的倒数等于各个电容器电容倒数之和。即

= + +

两个电容器串联时：C = ;

若有n个电容C

0串联：C = C

/n 。

（4）分压

1）电容不相等的电容器串联时，每只电容器上所分配到的电压不相等，各个电容器上所分配到的电压与它本身的电容成反比。电容越大，所分配到的电压就越小。

对于两电容器串联的电路：

U 1 = U , U

2

= U （与并联电路分流公式相似）

2）由于电容器串联使用时，小容量电容上分得的电压大，所以应特别注意电容最小的电容器的耐压情况，否则可能使电容器所分配到的电压超过耐压而被击穿，从而导致其他电容器所分配到的电压过高也被击穿，造成电路短路而不能正常工作。

（5）电容器串联可提高耐压

1）当n个相同的电容器串联时，串联电容器组的总耐压值为单个电容器耐压值的n倍，故电容器串联可提高耐压。

2）电容量和耐压值都不相同的电容器串联时，必须使任何一个电容器上的工作电压都不超过其耐压。

2.电容器并联

（1）各个电容器两端的电压都相等。

（2）电容器组所带的总电荷量等于各个电容器所带的电荷量之和。即

Q = Q

1 + Q

2

+ Q

3

且各个电容器所带的电荷量与其电容值成正比。即

Q

1 : Q

2

: Q

3

= C

1

: C

2

: C

3

(3)电容器组的总电容等于各个电容器的电容之和。即

C = C

1 + C

2

+ C

3

并联电容器的总电容等于各电容器的电容之和。电容器并联之后，相当于增大了两极板的面积，所以总电容大于每个电容器的电容。

（4）电容器并联时，外加电压直接加到每只电容器上，因此，每个并联电容器的耐压都必须大于外加电压。如果其中一只电容器被击穿，则整个并联电容器所组成的电路被短路，电路将不能正常工作。并联电容器组的耐压值应取电容器中耐压值中小的那个电压值。

（五）、欧姆定律

1、部分电路欧姆定律

1）部分电路：只含有负载而不包含电源的一段电路。

2）部分电路欧姆定律：导体中的电流，与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。

I = U/R

注意:式中的电阻值不变.

2、三种电路状态下，电源端电压与输出电流的关系。

1）通路

I = E/R+r

U

外= E-U

内

= E-Ir

大负载：通过大电流的负载。其电阻较小。端电压下降较多。

小负载：通过小电流的负载。其电阻较大。端电压下降较少。

2）开路（断路）

电路中电流为零，内阻压降为零，电源的开路电压等于电源的电动势。

3）短路。

I 短 = E/r 。

内阻一般较小，短路电流极大。端电压为零。

（六）、电阻的串联、并联

1.电阻串联电路的特点：

1）电路中流过每个电阻的电流都相等。

2）电路两端的总电压等于各电阻两端的分电压之和：U=U1+U2+...+Un （串联分压）

3）电路的等效电阻（即总电阻）等于各串联电阻之和：R=R1+R2+…+Rn

4）电路中各个电阻两端的电压与它的阻值成正比：U1/R1=U2/R2=…=Un/Rn

2、n 个相同电子串联，R 串= nR

Un= U Rn /（R1+R2+R3+…+Rn ）

3、串联电路中，阻值越大的电阻分配到的电压越大，反之电压越小。

4、分压公式：如图U 1 = U R 1 / (R 1+R 2U 2 = U R 2 / (R 1+R 2

5、电阻串联的应用

1）获得较大的电阻

2）限制和调节电路中电流

3）构成分压器

40扩大电压表量程

例：有一只万用表，表头等效内阻Ra=10k Ω，满刻度电流I=50μA ，如改成量程为10V 的电压 表，应串联多大的电阻？

解：Ua=IaRa=50×10-6×10×103=0.5V

设量程扩大到10V需要串入的电阻为Rx，则：

Rx=Ux/Ia=（U-Ua）/Ia=（10-0.5）/（50×10-6）=190kΩ

6、电阻的并联

1）概念：

家庭使用的电器都是并列地接在电路中，并各自安装一个开关，它们分别控制，互不影响。

把多个元件并列地连接起来，由同一电压供电，就组成了并联电路。

2）特点：

（1）各电阻两端的电压相等，且等于电路两端的电压。

（2）总电流等于流过各电阻的电流之和：I=I

1+I

2

+…+In （并联电阻分流）

（3）电路劣等效电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和：1/R=1/R

1+1/R

2

+…

+1/Rn

（4）电路中通过各支路的电流与支路的阻值成反比：IR=I

1R

1

=I

2

R

2

=…=InRn

3）n个相同的电阻并联，R并=R/n，等效电阻一定小于并联电阻中阻值最小的一个电阻。

4）分流公式：

I 1 = I R

2

/（R

1

+R

2

）

I 2 = I R

1

/（R

1

+R

2

） I U

5）电阻并联电路的应用

（1）额定电压相同的负载都采用并联的工作方式。

（2）获得较小阻值的电阻。

（3）扩大电流表的量程。

例：如图示，已知某微安表的内阻为Ra=3750Ω，允许流过的最大电流Ia=40μA。现要用此微安表制作一个量程为500mA的电流表，问需并联多大的分流电阻Rx？

解：因微安表允许流过的最大电流为40μA，用它测量大于40μA的电流会将电流表损坏，故可采用并联电阻的方法将表的量程扩大到500mA，让流过微安表的最大电流不超过40μA，其余电流从并联电阻中分流。

U = Ra·Ia =3750×40×10-6=0.15（V）

Rx = U/(I-Ia)=0.15/（500×10-3-40×10-6）=0.3（Ω）

（七）、电功与电功率

1、电功

电流做功的过程的实质：将电能转化为其他形式的能的过程。

电流做的功。

W = UIt

式中W、U、I、t的单位分别为J、V 、A、s。

电能另常用单位千瓦时，kW·h。

1度(电) = 1 kW·h = 3.6×106 J

即功率为1000 W的供能或耗能元件，在1小时的时间内所发出或消耗的电能量为1度。

2、电功率

电功率(简称功率)所表示的物理意义是电路元件或设备在单位时间内吸收或发出的电能。两端电压为U、通过电流为I的用电器的功率大小为

P = UI

功率的国际单位制单位为瓦特(W)，常用的单位还有千瓦(kW)，它们与W的换算关系是

1 kW = 103 W

对于纯电阻电路：P=I2R 或 P=U2/R

3、电流的热效应

电流通过导体时使导体发热的现象称为电流热效应。电能转换成热能。