电气工程师基础(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者:蔡杏山 主编

出版社:化学工业出版社

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电气工程师基础

电气工程师基础试读:

前言

现代社会电气化程度越来越高,小到家里的照明线路,大到工厂全自动生产线的电气控制系统,只要有电的地方就会用到电气技术,因此社会上需要大量的电气技术人才。要想成为一名合格的电气技术人才,既可以在学校系统学习,也可以自学成才,不管是哪种情况,都需要一些合适的学习图书。好的电气技术图书不但可以让学习者轻松迈入电气技术大门,而且能让学习者的技术水平快速提高。《电气工程师基础》共有11章,各章内容简介如下:

第1章 电气基础知识与安全用电 与学习其他技术一样,学习电气技术也要先学习基础知识。本章主要介绍了电路基础、 欧姆定律、电功、电功率、焦耳定律、电阻的连接方式、直流电、交流电和安全用电。

第2章 电气基本操作技能 要成为一名合格的电气技术人员,必须掌握基本的电气操作技能。本章主要介绍了常用测试工具及使用、导线的选择和导线的连接。

第3章 电气测量仪表的使用 电气仪表主要用来检查各种电量和用电设备性能好坏。本章主要介绍了指针万用表、数字万用表、电能表、钳形表、兆欧表、交流电压表和交流电流表。

第4章 低压电器 低压电器是组成低压电气线路的基本单元,用导线将不同的低压电器按不同的方式连接起来就能组成各种各样的电气线路。本章主要介绍了开关、熔断器、断路器、漏电保护器、接触器和继电器。

第5章 电子元器件 电子元器件是组成电子电路的基本单元,用导线将不同的电子元器件按不同的方式连接起来就能组成各种各样的电子电路。本章主要介绍电阻器、电感器、电容器、二极管、三极管和其他常用元器件。

第6章 变压器 变压器是一种可以改变交流电压和交流电流大小的电气设备。本章主要介绍了变压器的基础知识、三相变压器、电力变压器、自耦变压器和交流弧焊变压器。

第7章 电动机 电动机是一种将电能转换成机械能的电气设备。本章主要介绍了三相异步电动机、单相异步电动机、直流电动机、同步电动机、步进电动机、无刷直流电动机、开关磁阻电动机和直线电动机。

第8章 三相异步电动机常用控制线路识图与安装 三相异步电动机是一种在工业领域应用最为广泛的电动机,为了让电动机能按要求运行,在使用时需要安装控制线路。本章主要介绍了三相异步电动机的常用控制线路原理和控制线路的安装。

第9章 室内配电与照明线路的安装 室内配电是将室外的电源通过配电箱引入室内,再通过布线将电源送到室内指定位置。本章主要介绍了一些常见的照明光源和室内配电布线的操作方法与技巧。

第10章 变频器的使用 变频器是一种电动机驱动调速设备,不但可控制电动机转向,还能对电动机进行无级调速。本章主要介绍了变频器的基本组成与调速原理、变频器的结构与接线说明、操作面板的使用和变频器的使用。

第11章 PLC快速入门 PLC是一种控制设备,可以通过编程的方式改变其控制功能。本章主要介绍了PLC基础知识、PLC的组成与工作原理、PLC编程软件的使用、PLC应用系统的开发流程及举例。

如果读者希望掌握更多的技术,可登录www.xxITee.com(易天电学网)或加微信etv100,读者在学习过程中遇到问题也可在该网站或微信向我们提问。

在本书的编写过程中,蔡玉山、詹春华、黄勇、何慧、黄晓玲、蔡春霞、刘凌云、刘海峰、刘元能、邵永亮、朱球辉、蔡华山、蔡理峰、万四香、蔡理刚、何丽、梁云、唐颖、王娟、戴艳花、邓艳姣、何彬、何宗昌、蔡理忠、黄芳、谢佳宏、李清荣、蔡任英和邵永明等参与了资料的收集和整理工作。

由于我们水平有限,书中的不足之处在所难免,望广大读者和同仁予以批评指正。编 者  第1章 电气基础知识与安全用电1.1 电路基础1.1.1 电路与电路图

图1-1(a)所示是一个简单的实物电路,该电路由电源(电池)、开关、导线和灯泡组成。电源的作用是提供电能;开关、导线的作用是控制和传递电能,称为中间环节;灯泡是消耗电能的用电器,它能将电能转变为光能,称为负载。因此,电路是由电源、中间环节和负载组成的。

使用实物图来绘制电路很不方便,为此人们就采用一些简单的图形符号代替实物的方法来画电路,这样画出的图形就称为电路图。图1-1(b)所示的图形就是图1-1(a)所示实物电路的电路图,不难看出,用电路图来表示实际的电路非常方便。图1-1 一个简单的电路1.1.2 电流与电阻(1)电流

在图1-2所示电路中,将开关闭合,灯泡会发光,为什么会这样呢?原来当开关闭合时,带负电荷的电子源源不断地从电源负极经导线、灯泡、开关流向电源正极。这些电子在流经灯泡内的钨丝时,钨丝会发热,温度急剧上升而发光。

大量的电荷朝一个方向移动(也称定向移动)就形成了电流,这就像公路上有大量的汽车朝一个方向移动就形成“车流”一样。实际上,我们把电子运动的反方向作为电流方向,即把正电荷在电路中的移动方向规定为电流的方向。图1-2所示电路的电流方向是:电源正极→开关→灯泡→电源的负极。图1-2 电流说明图

电流用字母“I”表示,单位为安培(简称安),用“A”表示,比安培小的单位有毫安(mA)、微安(μA),它们之间的关系为361A = 10mA = 10μA(2)电阻

在图1-3(a)所示电路中,给电路增加一个元器件——电阻器,发现灯光会变暗,该电路的电路图如图1-3(b)所示。为什么在电路中增加了电阻器后灯泡会变暗呢?原来电阻器对电流有一定的阻碍作用,从而使流过灯泡的电流减小,灯泡变暗。图1-3 电阻说明图

导体对电流的阻碍称为该导体的电阻,电阻用字母“R”表示,电阻的单位为欧姆(简称欧),用“Ω”表示,比欧姆大的单位有千欧(kΩ)、兆欧(MΩ),它们之间关系为361MΩ = 10kΩ = 10Ω

导体的电阻计算公式为R = ρ

式中,L为导体的长度(单位:m);S为导体的横截面积(单位:2m);ρ为导体的电阻率(单位:Ω·m)。不同的导体,ρ值一般不同。表1-1列出了一些常见导体的电阻率(20℃时)。表1-1 一些常见导体的电阻率(20℃时)

在长度L和横截面积S相同的情况下,电阻率越大的导体其电阻越大,例如,L、S相同的铁导线和铜导线,铁导线的电阻约是铜导线的5.9倍,由于铁导线的电阻率较铜导线大很多,为了减小电能在导线上的损耗,让负载得到较大电流,供电线路通常采用铜导线。

导体的电阻除了与材料有关外,还受温度影响。一般情况下,导体温度越高电阻越大,例如常温下灯泡(白炽灯)内部钨丝的电阻很小,通电后钨丝的温度上升到1000℃以上,其电阻急剧增大;导体温度下降电阻减小,某些导电材料在温度下降到某一值时(如-109℃),电阻会突然变为零,这种现象称为超导现象,具有这种性质的材料称为超导材料。1.1.3 电位、电压和电动势

电位、电压和电动势对初学者来说较难理解,下面通过图1-4所示的水流示意图来说明这些术语。首先来分析图1-4中的水流过程。图1-4 水流示意图

水泵将河中的水抽到山顶的A处,水到达A处后再流到B处,水到B处后流往C处(河中),同时水泵又将河中的水抽到A处,这样使得水不断循环流动。水为什么能从A处流到B处,又从B处流到C处呢?这是因为A处水位较B处水位高,B处水位较C处水位高。

要测量A处和B处水位的高度,必须先要找一个基准点(零点),就像测量人身高要选择脚底为基准点一样,这里以河的水面为基准(C处)。AC之间的垂直高度为A处水位的高度,用H表示,BC之间A的垂直高度为B处水位的高度,用H表示,由于A处和B处水位高度不B一样,它们存在着水位差,该水位差用H表示,它等于A处水位高AB度H与B处水位高度H之差,即H = H - H。为了让A处源源不断ABABAB有水往B、C处流,需要水泵将低水位的河水抽到高处的A点,这样做水泵是需要消耗能量的(如耗油)。(1)电位

电路中的电位、电压和电动势与上述水流情况很相似。如图1-5所示,电源的正极输出电流,流到A点,再经R流到B点,然后通过1R流到C点,最后流到电源的负极。2图1-5 电位、电压和电动势说明图

与图1-4所示水流示意图相似,图1-5所示电路中的A、B点也有高低之分,只不过不是水位,而称为电位,A点电位较B点电位高。为了计算电位的高低,也需要找一个基准点作为零点,为了表明某点为零基准点,通常在该点处画一个“⊥”符号,该符号称为接地符号,接地符号处的电位规定为0V,电位单位不是米,而是伏特(简称伏),用V表示。在图1-5所示电路中,以C点为0V(该点标有接地符号),A点的电位为3V,表示为U = 3V,B点电位为1V,表示为U = AB1V。(2)电压

图1-5电路中的A点和B点的电位是不同的,有一定的差距,这种电位之间的差距称为电位差,又称电压。A点和B点之间的电位差用U表示,它等于A点电位U与B点电位U的差,即U = U - U = ABABABAB3V - 1V=2V。因为A点和B点电位差实际上就是电阻器R两端的电位1差(即电压),R两端的电压用U表示,所以U = U。1R1ABR1(3)电动势

为了让电路中始终有电流流过,电源需要在内部将流到负极的电流源源不断地“抽”到正极,使电源正极具有较高的电位,这样正极才会输出电流。当然,电源内部将负极的电流“抽”到正极需要消耗能量(如干电池会消耗掉化学能)。电源消耗能量在两极建立的电位差称为电动势,电动势的单位也为伏特,图1-5所示电路中电源的电动势为3V。

由于电源内部的电流方向是由负极流向正极,故电源的电动势方向规定为从电源负极指向正极。1.1.4 电路的三种状态

电路有三种状态:通路、开路和短路,这三种状态的电路如图1-6所示。图1-6 电路的三种状态(1)通路

图1-6(a)所示电路处于通路状态。电路处于通路状态的特点有:电路畅通,有正常的电流流过负载,负载正常工作。(2)开路

图1-6(b)所示电路处于开路状态。电路处于开路状态的特点有:电路断开,无电流流过负载,负载不工作。(3)短路

图1-6(c)中的电路处于短路状态。电路处于短路状态的特点有:电路中有很大电流流过,但电流不流过负载,负载不工作。由于电流很大,很容易烧坏电源和导线。1.1.5 接地与屏蔽(1)接地

接地在电工电子技术中应用广泛,接地常用图1-7所示的符号表示。接地主要有以下的含义:图1-7 接地符号

① 在电路图中,接地符号处的电位规定为0V。在图1-8(a)所示电路中,A点标有接地符号,规定A点的电位为0V。图1-8 接地符号含义说明图

② 在电路图中,标有接地符号处的地方都是相通的。图1-8(b)所示的两个电路图虽然从形式上看不一样,但实际的电路连接是一样的,故两个电路中的灯泡都会亮。

③ 在强电设备中,常常将设备的外壳与大地连接,当设备绝缘性能变差而使外壳带电时,可迅速通过接地线泄放到大地,从而避免人体触电,如图1-9所示。图1-9 强电设备的接地(2)屏蔽

在电气设备中,为了防止某些元器件和电路工作时受到干扰,或者为了防止某些元器件和电路在工作时产生干扰信号影响其他电路正常工作,通常对这些元器件和电路采取隔离措施,这种隔离称为屏蔽。屏蔽常用图1-10所示的符号表示。图1-10 屏蔽符号

屏蔽的具体做法是用金属材料(称为屏蔽罩)将元器件或电路封闭起来,再将屏蔽罩接地(通常为电源的负极)。图1-11所示为带有屏蔽罩的元器件和导线,外界干扰信号无法穿过金属屏蔽罩干扰内部元器件和电路。图1-11 带有屏蔽罩的元器件和导线1.2 欧姆定律

欧姆定律是电工电子技术中的一个最基本的定律,它反映了电路中电阻、电流和电压之间的关系。欧姆定律分为部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律。1.2.1 部分电路欧姆定律

部分电路欧姆定律内容是:在电路中,流过导体的电流I的大小与导体两端的电压U成正比,与导体的电阻R成反比,即I =

也可以表示为U = IR或R = 。

为了让大家更好地理解欧姆定律,下面以图1-12为例来说明。图1-12 欧姆定律的几种形式

如图1-12(a)所示,已知电阻R = 10Ω,电阻两端电压U = 5V,AB那么流过电阻的电流I = = A=0.5A。

又如图1-12(b)所示,已知电阻R = 5Ω,流过电阻的电流I = 2A,那么电阻两端的电压U = IR =(2×5)V = 10V。AB

在图1-12(c)所示电路中,流过电阻的电流I = 2A,电阻两端的电压U = 12V,那么电阻的大小R = = Ω = 6Ω。AB

下面再来说明欧姆定律在实际电路中的应用,如图1-13所示。图1-13 部分电路欧姆定律应用说明图

在图1-13所示电路中,电源的电动势E = 12V,A、D之间的电压U与电动势E相等,三个电阻器R、R、R串接起来,可以相当于AD123一个电阻器R,R = R + R + R = (2+7+3)Ω = 12Ω。知道了电阻123的大小和电阻器两端的电压,就可以求出流过电阻器的电流I。I = ==A = 1A

求出了流过R、R、R的电流I,并且它们的电阻大小已知,就123可以求R、R、R两端的电压U(U实际就是A、B两点之间的电123R1R1压U)、U(实际就是U)和U(实际就是U),即ABR2BCR3CDU = U = IR =(1×2)V = 2VR1AB1U = U = IR =(1×7)V = 7VR2BC2U = U = IR =(1×3)V = 3VR3CD3

从上面可以看出U + U + U = U + U + U = U = 12VR1R2R3ABBCCDAD

在图1-13所示电路中如何求B点电压呢?首先要明白,求某点电压指的就是求该点与地之间的电压,所以B点电压U实际就是电压BU。求U有以下两种方法。BDB

方法一:U = U = U + U = U + U =(7 + 3)V = 10VBBDBCCDR2R3

方法二:U = U = U - U = U - U =(12 - 2)V = 10VBBDADABADR11.2.2 全电路欧姆定律

全电路是指含有电源和负载的闭合回路。全电路欧姆定律又称闭合电路欧姆定律,其内容是:闭合电路中的电流与电源的电动势成正比,与电路的内、外电阻之和成反比,即I =

全电路欧姆定律应用如图1-14所示。图1-14 全电路欧姆定律应用说明图

图1-14中点画线框内为电源,R表示电源的内阻,E表示电源的0电动势。当开关S闭合后,电路中有电流I流过,根据全电路欧姆定律可求得I = = A = 1A。电源输出电压(也即电阻R两端的电压)U = IR =(1×10)V = 10V,内阻R两端的电压U = IR =(1×0002)V = 2V。如果将开关S断开,电路中的电流I = 0A,那么内阻R上0消耗的电压U = 0V,电源输出电压U与电源电动势相等,即U = E = 012V。

根据全电路欧姆定律不难看出以下几点。

① 在电源未接负载时,不管电源内阻多大,内阻消耗的电压始终为0V,电源两端电压与电动势相等。

② 当电源与负载构成闭合电路后,由于有电流流过内阻,内阻会消耗电压,从而使电源输出电压降低。内阻越大,内阻消耗的电压越大,电源输出电压越低。

③ 在电源内阻不变的情况下,外阻越小,电路中的电流越大,内阻消耗的电压也越大,电源输出电压也会降低。

由于正常电源的内阻很小,内阻消耗的电压很低,故一般情况下可认为电源的输出电压与电源电动势相等。

利用全电路欧姆定律可以解释很多现象。比如用仪表测得旧电池两端电压与正常电压相同,但将旧电池与电路连接后除了输出电流很小外,电池的输出电压也会急剧下降,这是因为旧电池内阻变大的缘故;又如将电源正、负极直接短路时,电源会发热甚至烧坏,这是因为短路时流过电源内阻的电流很大,内阻消耗的电压与电源电动势相等,大量的电能在电源内阻上消耗并转换成热能,故电源会发热。1.3 电功、电功率和焦耳定律1.3.1 电功

电流流过灯泡,灯泡会发光;电流流过电炉丝,电炉丝会发热;电流流过电动机,电动机会运转。由此可以看出,电流流过一些用电

试读结束[说明:试读内容隐藏了图片]

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