作者：李贤温
出版社：电子工业出版社
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电工技术及技能训练(第2版)试读：
职业教育 继往开来（序）
自我国经济在新的世纪快速发展以来，各行各业都取得了前所未有的进步。随着我国工业生产规模的扩大和经济发展水平的提高，教育行业受到了各方面的重视。尤其对高等职业教育来说，近几年在教育部和财政部实施的国家示范性院校建设政策鼓舞下，高职院校以服务为宗旨、以就业为导向，开展工学结合与校企合作，进行了较大范围的专业建设和课程改革，涌现出一批示范专业和精品课程。高职教育在为区域经济建设服务的前提下，逐步加大校内生产性实训比例，引入企业参与教学过程和质量评价。在这种开放式人才培养模式下，教学以育人为目标，以掌握知识和技能为根本，克服了以学科体系进行教学的缺点和不足，为学生的顶岗实习和顺利就业创造了条件。
中国电子教育学会立足于电子行业企事业单位，为行业教育事业的改革和发展，为实施“科教兴国”战略做了许多工作。电子工业出版社作为职业教育教材出版大社，具有优秀的编辑人才队伍和丰富的职业教育教材出版经验，有义务和能力与广大的高职院校密切合作，参与创新职业教育的新方法，出版反映最新教学改革成果的新教材。中国电子教育学会经常与电子工业出版社开展交流与合作，在职业教育新的教学模式下，将共同为培养符合当今社会需要的、合格的职业技能人才而提供优质服务。
近期由电子工业出版社组织策划和编辑出版的“全国高职高专院校规划教材·精品与示范系列”，具有以下几个突出特点，特向全国的职业教育院校进行推荐。（1）本系列教材的课程研究专家和作者主要来自于教育部和各省市评审通过的多所示范院校。他们对教育部倡导的职业教育教学改革精神理解得透彻准确，并且具有多年的职业教育教学经验及工学结合、校企合作经验，能够准确地对职业教育相关专业的知识点和技能点进行横向与纵向设计，能够把握创新型教材的出版方向。（2）本系列教材的编写以多所示范院校的课程改革成果为基础，体现重点突出、实用为主、够用为度的原则，采用项目驱动的教学方式。学习任务主要以本行业工作岗位群中的典型实例提炼后进行设置，项目实例较多，应用范围较广，图片数量较大，还引入了一些经验性的公式、表格等，文字叙述浅显易懂。增强了教学过程的互动性与趣味性，对全国许多职业教育院校具有较大的适用性，同时对企业技术人员具有可参考性。（3）根据职业教育的特点，本系列教材在全国独创性地提出“职业导航、教学导航、知识分布网络、知识梳理与总结”及“封面重点知识”等内容，有利于老师选择合适的教材并有重点地开展教学过程，也有利于学生了解该教材相关的职业特点和对教材内容进行高效率的学习与总结。（4）根据每门课程的内容特点，为方便教学过程对教材配备相应的电子教学课件、习题答案与指导、教学素材资源、程序源代码、教学网站支持等立体化教学资源。
职业教育要不断进行改革，创新型教材建设是一项长期而艰巨的任务。为了使职业教育能够更好地为区域经济和企业服务，我们殷切希望高职高专院校的各位职教专家和老师提出建议，共同努力，为我国的职业教育发展尽自己的责任与义务！
中国电子教育学会
第2版前言
随着高等职业教育教学改革的不断深入，电工技术作为一门专业基础课程受到了多所院校老师的重视，作者结合多年的校企合作经验，在许多院校广泛使用本书第1版的基础上，充分征求相关教师和专家的意见，借鉴国家示范院校建设项目成果完成本书的编写。这次修订按照工作岗位需要对原有内容进行了较大改动和完善，对部分理论性强的内容进行重新整合与删减，同时设置了多个电工实训和电工实验，以便于各院校根据教学环境开展高质量教学。
与第1版相比，本书编写的主要特点如下：
1.以培养高技能应用型人才为目标，理论联系实际，注重课程内容与岗位技能相结合。
2.以任务驱动为教学理念，以工作过程导向为编写方式，每章中包含多个教学任务。
3.对原有内容进行了优化和整合，增加实践训练性内容，设置了多个电工实训和电工实验等。
4.每章前面有教学导航，后面有知识梳理与总结、思考与练习；每个教学任务中设置有“自己动手”内容，有利于学生较好地掌握电工知识与技能。
全书在修订过程中，力求文字简明、概念清晰、条理清楚、讲解到位、插图规范，使之易教易学，减少了过于复杂的分析与计算；着重于定性分析，既学知识，又培养能力，理论联系实际，引导学生对理论和实际产生浓厚兴趣，提高学生的学习积极性和学习效率，由教为主变为以学为主。本书内容包括电路基础、直流电路的计算、单相正弦交流电路的计算、三相正弦交流电路的计算、常用变压器、常用电动机、常用低压电器、照明电路基础和安全用电常识等。
本书由淄博职业学院李贤温教授担任主编，淄博职业学院任意芳副教授和辽宁机电职业技术学院马宏骞副教授担任副主编，淄博职业学院曾照香教授担任主审；参加编写的还有海南海口经济职业技术学院郭永佾（第8章），南京交通职业技术学院王宁（第4章），沈阳建筑大学职业技术学院范蕴秋（第9章），其余内容由李贤温教授编写并统稿。
本书在修订过程中，淄博职业学院宋涛和祝木田老师，山东工业职业学院李文森老师，淄博牵引电机股份有限公司刘永烈高级工程师等专家对稿件提出了许多宝贵意见，在此一并表示深切谢意。同时对本书参考文献的作者表示诚挚的感谢。
由于编者水平有限，加之时间仓促，书中不妥和错误之处在所难免，恳请读者批评指正。
为了方便教师教学及学生学习，本书配有免费的电子教学课件、习题参考答案，请有需要的教师及学生登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）免费注册后再进行下载，有问题时请在网站留言板留言或与电子工业出版社联系（E-mail：hxedu＠phei.com.cn）。读者也可通过精品课链接网址（http：//jpkc.zbvc.cn/dgdzjs）浏览和参考更多的教学资源。
编者
2011年2月
第1章 电路基础
教学导航
任务1-1 认识实际电路
在日常生活或生产实践中，我们会遇到各种各样的电气线路。例如，照明线路，收音机线路，电视机线路，厂矿企业中大量使用的各种控制线路等，这些线路称为实际电路。
实际电路是指用实际元器件连接成的线路。如图1.1所示为手电筒的实际电路，由一节电池、一只小灯泡、一段输电导线和一个开关组成。其中，电池称为电源，小灯泡称为负载，开关称为控制装置。【自己动手】观察手电筒的实际电路（每人一个）。
任务1-2 学习电路模型
图1.1所示的手电筒的实际电路分析起来还算简单，但如果拆开一个电视机，去观察它的实际电路就会感觉眼花缭乱，无论是分析问题或解决问题都无从下手，因此，引入电路模型的概念。电路模型是指用电路符号代替实际元器件画出的图形，如图1.2所示即为手电筒实际电路的电路模型，电路模型简称电路。无论简单电路还是复杂电路，都是由电源、负载、输电导线和控制装置等组成的。对电源来讲，负载、输电导线和控制装置称为外电路，电源内部的一段称为内电路。下面就对电路的组成做简要介绍。图1.1 手电筒的实际电路示意图图1.2 手电筒实际电路的电路模型
1.电源
电源是供应电能的装置，它把其他形式的能转换为电能。例如，汽轮发电机把机械能转换成电能，干电池把化学能转换成电能。
2.负载
负载是使用电能的装置，它把电能转换为其他形式的能。例如，电灯把电能转换成光能，电炉把电能转换成热能，电动机把电能转换成机械能。
3.输电导线
输电导线是电能的传输路径，把电能从一个位置传输到另一个位置，例如，汽轮发电机发出的电能通过输电导线传输到家庭或厂矿。
4.控制装置
控制装置是控制负载是否使用电能的装置。例如，它能使电灯亮或暗，电动机停或转。【自己动手】观察实际电源、负载、输电导线、控制装置（每人一套）。
任务1-3 区别电路状态
电路一般有三种状态：通路状态、断路状态和短路状态。
1.通路（工作状态）
通路就是电源与负载接成闭合回路，即如图1.3所示的电路中开关S合上时的工作状态。如果忽略导线电阻，负载的电压降U可用下L式求得，即
式中，R为电源内阻；U为电源电压。SS
R越小，则U越大，越接近于U，即带负载能力越强。SLS
2.断路（开路状态）
断路就是电源与负载没有接成闭合回路，即如图1.4所示的电路中的开关S断开时的状态。断路状态负载不工作，电路的电流I为零，此时电源不向负载供给电功率，即负载功率P=0，这种情况称为电L源空载。电源空载时的端电压称为断路电压或开路电压，电源的开路电压U就等于电源电压U。S图1.3 通路（工作状态）图1.4 断路（开路状态）
3.短路（故障状态）
短路就是电源未经负载而直接由导线接通成闭合回路，如图1.5所示。图1.5中折线是指明短路点的符号，电源输出的电流就以短路点为回路而不流过负载。若忽略导线电阻，短路时回路中只存在电源的内阻R，这时的电流称为短路电流，即S图1.5 短路（故障状态）
因为电源内阻R一般比负载电阻小得多，所以短路电流总是很S大。如果电源短路状态不迅速排除，则由于电流热效应，很大的短路电流将会烧毁电源、导线以及短路回路中接有的电流表、开关等，甚至引起火灾。所以电源短路是一种严重事故，应严加防止。为了避免短路事故引起严重后果，通常在电路中接入熔断器（保险丝）或自动断路器，以便在发生短路时能迅速将故障电源自动切断。【自己动手】观察电路的三种状态（采用安全电压观察，观察时注意安全，每人一个电路）。
任务1-4 掌握电路的基本物理量
电路模型建立起来以后，要正确分析或计算电路，还要用到一些基本的物理量。1.4.1 电流
电流是电荷的定向移动。规定正电荷运动的方向为电流的实际方向。在电路中某一段电路里电流的实际方向有时很难判定。为了分析电路的方便，引入电流“参考方向”的概念。
在一段电路或一个电路元件中事先假定一个电流的方向，这个假定的方向叫做电流的“参考方向”。若电流的“参考方向”与实际方向相同，则电流值为正值，即I＞0，如图1.6所示。若电流的“参考方向”与实际方向相反，则电流值为负值，即I＜0，如图1.7所示。图1.6 电流的“参考方向”与实际方向相同图1.7 电流的“参考方向”与实际方向相反【自己动手】观察直流电流的实际大小和方向（用模拟式万用表测量直流电流，观察指针偏摆的方向和幅度。改变电源的电压和正负极性，再测量一次，观察指针偏摆的幅度和方向。每人一个电路，一块万用表）。
电流不仅有方向，还有大小，电流的大小用电流强度来度量，简称电流。
按照电流的方向和大小可分为两类：一类是方向和大小均不随时间变化的电流称为恒定电流，如图1.8所示，简称直流电流，它在单位时间内通过输电导线横截面的电荷量是不变的，用I表示，即图1.8 恒定电流
另一类是方向与大小都随时间变化的电流称为变动电流，如图1.9所示。它的大小在不同时刻通过输电导线横截面的电荷量是变化的，用i表示，即图1.9 变动电流
在国际单位制中，电荷q的单位是库仑，简称库，符号为“C”；时间t的单位是秒，符号为“s”；电流i的单位是安培，简称安，符号为“A”；有时还用到千安（kA）、毫安（mA）或微安（μA），换算关系如下：
在一个周期内，电流的平均值为零的变动电流称为交变电流，如图1.10所示，简称交流电流。图1.10 交变电流【自己动手】用示波器观察交变电流的波形（每人一个示波器）。1.4.2 电压
我们知道水之所以流动是因为重力的作用，在电路中电荷之所以能定向移动，是由于电场力的作用。
在外电路中，正电荷受电场力作用由电源的“+”端通过负载移向电源的“-”端，正电荷所具有的电位能逐渐减小，从而把电能转换为其他形式的能，这个过程电场力做了功，做的功与被移动的电荷量的比值称为两端间的电压。电压的方向在内电路是由“-”指向“+”，在外电路是由“+”指向“-”。
和分析电流一样，有时很难对电路或元件中电压的实际方向做出判断，必须对电路或元件中两点之间的电压任意假定一个方向为“参考方向”，在电路中一般用实线箭头表示，箭头所指的方向为参考方向。有时电压的参考方向也用参考极性来表示，即在元件或电路两端用“+”和“-”符号表示，“+”号表示高电位端，叫正极，“-”号表示低电位端，叫负极，由正极指向负极的方向假定为电压的参考方向。当电压的“参考方向”与实际方向一致时，电压值为正，即U＞0；反之，当电压的“参考方向”与实际方向相反时，电压值为负，即U＜0，如图1.11所示。图1.11 电压的“参考方向”与实际方向的关系
电压不仅有方向也有大小，按照方向和大小也分为两类：一类是方向和大小均不随时间变化的电压称为恒定电压，简称直流电压。它的大小：任一时间电场力对单位电荷做的功，用U表示，即
另一类是方向和大小都随时间变化的电压称为变动电压，其中一个周期内电压的平均值为零的变动电压称为交变电压，简称交流电压。它的大小：在不同时间内电场力对单位电荷做的功，用u表示，即
在国际单位制中，功W的单位为焦耳，简称焦，符号为“J”；电荷q的单位是库仑，简称库，符号为“C”；电压u的单位是伏特，简称伏，符号为“V”，有时还需要用千伏（kV），毫伏（mV）或微伏（μV）作为单位。换算关系如下：
一般情况下，电流参考方向的假定与电压参考方向的假定是无关的。但是为了便于分析电路，对一段电路或一个电路元件，如果假定电流的参考方向与电压的参考方向一致，即假定电流从标以电压“+”极性的一端流入，从标以电压“-”极性的另一端流出，则把电流和电压的这种参考方向称为关联参考方向，简称关联方向，如图1.12所示。图1.12 关联参考方向【自己动手】观察直流电压的实际大小和方向（用模拟式万用表测量直流电压，观察指针偏摆的方向和幅度。改变电源电压的大小和正负极性，再测量一次，观察指针偏摆的幅度和方向。每人一个电路，一块万用表）。1.4.3 电阻
电荷在电场力作用下沿输电体做定向运动时要受到阻碍作用，这种阻碍作用称为输电体的电阻，用符号R来表示。电阻的单位是欧姆（Ω），有时用到千欧（kΩ）、兆欧（MΩ），换算关系如下：
通过实验可知，当温度一定时输电体的电阻不仅与它的长度和横截面积有关，而且与输电体材料的电阻率有关，即
式中，L为输电体的长度，单位为米（m）；S为输电体的横截面2积，单位为平方毫米（mm）；ρ为输电体的电阻系数，单位为欧·平2方毫米/米（Ω·mm/m）。
电阻的倒数称为电导，用G来表示，在国际单位制中电导的单位为西门子（S）。
电阻是物体本身固有的一种特性。如果把物体做成一定阻值的元件，则称这种元件为电阻元件，简称电阻。【自己动手】用电桥测量相同长度、不同截面积、同种材料的电阻或测量相同长度、相同截面积、不同材料的电阻，验证电阻的概念（每人一块电桥，每人一段导线）。
实训1 万用表的使用
【实训目的】掌握万用表的外形、结构、用途和使用。【实训内容】掌握模拟式万用表和数字式万用表的使用方法。【实训原理】万用表是一种多功能、多量程的便携式电工仪表。一般的万用表可以测量直流电流、直流电压、交流电压和电阻等，有些万用表还可测量电容、功率、晶体管共射极直流放大系数等，所以万用表是电工必备的仪表之一。万用表可分为模拟式万用表和数字式万用表。
1.模拟式万用表
1）模拟式万用表的结构
模拟式万用表的形式很多，但基本结构是类似的。模拟式万用表的结构主要由表头、转换开关、测量线路、面板等组成。表头采用高灵敏度的磁电式机构，是测量的显示装置；转换开关用来选择被测电量的种类和量程；测量线路将不同性质和大小的被测电量转换为表头所能接收的直流电流。当转换开关拨到直流电流挡，可分别与5个接触点接通，用于测量500mA、50mA、5mA和500μA、50μA量程的直流电流。同样，当转换开关拨到欧姆挡，可分别测量×1Ω、×10Ω、×100Ω、×1kΩ、×10kΩ量程的电阻；当转换开关拨到直流电压挡，可分别测量1V、5V、25V、100V、500V量程的直流电压；当转换开关拨到交流电压挡，可分别测量500V、100V、10V量程的交流电压。
2）使用模拟式万用表的准备工作
由于万用表种类形式很多，在使用前要做好测量的准备工作。（1）熟悉转换开关、旋钮、插孔等的作用，检查表盘符号，“∏”表示水平放置，“⊥”表示垂直使用。（2）了解刻度盘上每条刻度线所对应的被测电量。（3）检查红色和黑色两根表笔所接的位置是否正确，红表笔插入“+”插孔，黑表笔插入“-”插孔，有些万用表另有交直流2500V高压测量端，在测高压时黑表笔不动，将红表笔插入高压插口。（4）机械调零。如图1.13所示，旋动万用表面板上的机械零位调整螺钉，使指针对准刻度盘左端的“0”位置。图1.13 机械调零
3）测量直流电压（1）把转换开关拨到直流电压挡，并选择合适的量程，如图1.14所示。当被测电压数值范围不清楚时，可先选用较高的测量范围挡，再逐步选用低挡，测量的读数最好选在满刻度的2/3附近。（2）把万用表并接到被测电路上，红表笔接到被测电压的正极，黑表笔接到被测电压的负极，不能接反。（3）根据指针稳定时的位置及所选量程，正确读数。
4）测量交流电压（1）把转换开关拨到交流电压挡，如图1.15所示，选择合适的量程。（2）将万用表两根表笔并接在被测电路的两端，不分正负极。（3）根据指针稳定时的位置及所选量程，正确读数，其读数为交流电压的有效值。
5）测量直流电流（1）把转换开关拨到直流电流挡，如图1.14所示，选择合适的量程。（2）将被测电路断开，万用表串接于被测电路中。注意正、负极性：电流从红表笔流入，从黑表笔流出，不可接反。（3）根据指针稳定时的位置及所选量程正确读数。图1.14 测量直流电流图1.15 测量交流电压
6）测量电阻（1）转换开关拨到欧姆挡，合理选择量程，如图1.16所示。（2）两表笔短接，进行电调零，即转动零欧姆调节旋钮，使指针打到电阻刻度右边的“0”Ω处，如图1.17所示。图1.16 选择量程
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]