[电工实用技能手册 第 版 2]机械工业出版社 CHINA MACHINE PRESS


[电工实用技能手册 第 版 2
机 械 工 业 出 版 社]
副主编
许
彪　 黄海平
刘玉敏
机 械 工 业 出 版 社
本手册内容包括概述、 电工学及其在实践中的应用、 电工 常用计算及应用、 常用电工设备器材及其选择、 电工常用仪器 仪表、 电工基本操作技能、 电工常用安全用具及登高器械的使 用、 电子技术及应用、 变频器及应用、 电工安全技术技能、 外 线电工操作技能技巧、 内线电工操作技能技巧、 维修电工操作 技能技巧、 调整试验电工操作技能技巧、 运行值班电工操作技 能基础、 弱电系统电工技能技巧、 数控机床的维修、 电器检修 技能技巧等 18 章。
本手册具有较强的实用性、 可操作性和通用性， 通俗易 懂、 图文并茂， 适合初、 中级电工阅读， 也可供职业技术院校 相关专业师生参考。
图书在版编目 数据
（CIP）
电工实用技能手册 ／白公主编 . —2 版 . —北京： 工业出版社， 2011. 1
ISBN 978⁃7⁃111⁃32980⁃0 机械
Ⅰ. ①电…   Ⅱ. ①白…   Ⅲ. ①电工技术—技术手册
Ⅳ. ①TM⁃62


中国版本图书馆 CIP数据核字 （2011） 第 000407 号
机械工业出版社 （北京市百万庄大街 22 号 邮政编码 100037） 策划编辑： 牛新国   责任编辑：
封面设计： 姚   毅   责任印制： 罗     莉 洪汉军 北京圣夫亚美印刷有限公司印刷
2012  年  1  月第  2  版第  2  次印刷
148mm  ×  210mm·41  印张·1694  千字 3001—5000册
标准书号： ISBN 978⁃7⁃111⁃32980⁃0 定价： 98.00元
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（010）68993821]
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（010）68993821
第 2 版前言
《电工实用技能手册》 出版后， 得到了广大读者的欢迎， 对本书提 出了很多宝贵意见和建议。 随着科学技术的发展， 电工新技术、 新设 备、 新材料、 新工艺、 新方法层出不穷。 为了适应科学发展的需要， 我 们应广大读者的要求， 对 《电工实用技能手册》 进行了全面修订。


《电工实用技能手册》 第 2 版的内容包括概述、 电工学及其在实践 中的应用、 电工常用计算及应用、 常用电工设备器材及其选择、 电工常 用仪器仪表、 电工基本操作技能、 电工常用安全用具及登高器械的使 用、 电子技术及应用、 变频器及应用、 电工安全技术技能、 外线电工操 作技能技巧、 内线电工操作技能技巧、 维修电工操作技能技巧、 调整试 验电工操作技能技巧、 运行值班电工操作技能基础、 弱电系统电工技能 技巧、 数控机床的维修、 电器检修技能技巧等 18 章。
《电工实用技能手册》 第 2 版具有较强的实用性、 可操作性、 通用 性， 通俗易懂、 图文并茂。 具有初中文化程度的读者， 只要按本手册讲 述的内容认真去做， 不久你一定会成为一名出色的电工技师。


《电工实用技能手册》 第 2 版的主编由教授级高级工程师白公担 任， 副主编由许彪、 黄海平、 刘玉敏担任。 参加 《电工实用技能手册》 第 2 版修订工作的还有乔东明、 白潮、 牛新科、 柴风岚、 孙小德、 李文 茹、 王琴、 赵玉、 周志、 张述、 孙小静、 陈世、 赵范、 刘太、 吴跃、 刘 洪、 王昆、 马国、 李宽、 王克、 王建、 李云、 宋玉、 江国、 耿肖、 原小 峰、 谢敏、 苏润、 赵小玲、 薛小明、 刘继、 吴金、 宋智、 石永、 柳俊、 梁啟、 悦英、 郭玉兰、 赵刚、 周志红、 赵永强、 谢志军、 朱俊杰、 刘立 伟等。
在 《电工实用技能手册》 编写和 《电工实用技能手册》 第 2 版修 订过程中， 参阅了大量的资料文献， 这里一并感谢， 恕不一一列举。 衷 心希望读者提出意见和建议， 对不妥之处批评指正， 以便本手册不断修 订完善。 作 者 2011 年元月
第 1 版前言


目前， 由于诸多的原因， 技能型人才， 特别是高级技术工人严重短 缺， 各类院校的毕业生实践经验不足， 技能断档， 事实已经证明， 他们 难以担当生产一线的技能技术先锋。 因此， 造就一大批技能型人才和高 级技术工人便成了当务之急。
当然， 技能型人才和高级技术工人的产生并非朝夕之事， 个人、 社 会、 国家都要付出很大的代价和努力。 因此， 编写一本实用的既适合自 学、 又便于查阅的电工技能工具书是业界专家、 出版社义不容辞的责 任。
鉴于上述原因， 我们组织编写了这本 《电工实用技能手册》， 供那 些愿意从事电工工作并有志争当电工技师的朋友阅读， 使该手册成为大 家的良师益友、 可靠助手及技师技术宝典。


本手册内容包括： 概述、 电工学及其在实践中的应用、 电工常用计 算及应用、 常用电工设备器材及其选择、 电工常用仪器仪表、 电工基本 操作技能、 电工常用安全用具及登高器械的使用、 相关工种操作技能、 电工读图基础、 电工安全技术技能、 外线电工操作技能技巧、 内线电工 操作技能技巧、 维修电工操作技能技巧、 调整试验电工操作技能技巧、 运行值班电工操作技能基础、 电动起重机械、 电梯及其安全运行、 弱电 系统电工技能技巧、 机床及机械传动设备安全运行要点等十九章。
本手册具有实用性、 可操作性、 通用性、 通俗易懂、 图文并茂。 具 有初中文化程度的读者， 只要按本手册讲述的认真去做， 不久你一定会 成为一名电工技师。


本手册主编由教授级高级工程师白公担任， 副主编由陈成印、 乔东 明、 许彪、 黄海平担任。 参加编写工作的有白潮、 牛新科、 柴风岚、 孙 小德、 王琴、 赵玉、 周志、 张述、 孙小静、 陈世、 赵范、 刘太、 吴跃、 刘洪、 王昆、 马国、 李宽、 王克、 王建、 李云、 宋玉、 江国、 耿肖、 原 小峰、 谢敏、 苏润、 赵小玲、 薛小明、 刘继、 吴金、 宋智、 石永、 柳 俊、 梁啟、 悦英、 郭玉兰、 赵刚、 周志红、 赵永强、 谢志军、 朱俊杰、 刘立伟等。


本手册的编著者都具有丰富的实践经验， 并有扎实的理论基础， 他 们都来自生产第一线， 有电业部门长期从事技术工作的技术人员， 有设 计部门专门从事电气工程设计的工程师， 有专职从事电气工程职业教育 的教师， 有电气工程监理工程师， 有多年从事安装、 调试、 维修、 运 行、 值班工作和电工器材供应工作的工人师傅， 他们都是电工行业的佼 佼者。 这些方方面面的专家， 以几十年来从事电气工作的实践经验和为 电气工作付出的心血， 写出了电工技术技能的精华， 总结了亲身经历的 或自己琢磨出来的技巧。 当然， 我们要特别强调， 本手册讲述的技术技 能、 技巧不是惟一正确的， 也许有很多未能写作的朋友同仁， 有更丰富 的经验和技巧， 读者可在实践中体会、 验证， 当这些宝贵的东西变成文 字的时候， 正是我们的技术工人真正成长起来的时候。
衷心希望读者提出意见和建议， 对不妥之处批评指正， 以便本手册 不断修订再版。
Ⅴ 1
作 者
目 录
第 2 版前言 第
版前言
第一章
概述
……………………………………………………………………………
第一节
电工的概念
…………………………………………………………………
第二节


电工的分类及其相互联系
…………………………………………………
第三节
现代电工应掌握和具备的技术技能
………………………………………
第四节
电工的职业道德及安全技术的重要性和必要性
…………………………
第二章
电工学及其在实践中的应用
…………………………………………………
第一节
直流电的概念及其基本定律
………………………………………………
一、
电的起源及其基本单位
………………………………………………………
二、
电流概念的引出
………………………………………………………………
三、
电流产生的条件和电压概念的引出
…………………………………………
四、
电压建立的方法和条件
……………………………………………………
五、
电流流过导体的效应及其应用
……………………………………………
六、
欧姆定律及其应用
…………………………………………………………
七、
物质导电性能的分类
………………………………………………………
八、
楞次定律和电磁感应
………………………………………………………
九、 自感、
互感和电感及其应用
………………………………………………
十、
电容及电容器的应用
………………………………………………………


十一、 直流电流对电阻、 电感、
电容的作用
…………………………………
十二、 元件的串联、
并联及其意义和应用
……………………………………
第二节
交流电路和三相交流电在工程中的应用
………………………………
一、
单相交流电的概念
…………………………………………………………
二、 交流电流对电阻、 电感、
电容的作用和意义
……………………………
三、
交流电流对
R、 L、
C串联和并联电路的作用和意义
……………………
四、
三相交流电源及其三相绕组的连接方法
…………………………………
五、
三相交流电的送电线制及三相负载的连接
………………………………
六、
电力变压器
…………………………………………………………………
七、
交流异步电动机
……………………………………………………………
八、
交流电路的计算方法
………………………………………………………
九、
三相交流电路的基本要求及意义
…………………………………………
十、
交流—直流—交流及
UPS
…………………………………………………
第三章
电工常用计算及应用
………………………………………………………
第一节
基础参数的计算
…………………………………………………………
一、
电阻 R的计算


………………………………………………………………
二、
电容 C的计算
………………………………………………………………
三、
电感 L的计算
………………………………………………………………
四、
阻抗 Z的计算
………………………………………………………………
五、
电动势 E ／电压 U的计算
……………………………………………………
六、
电流 I的计算
………………………………………………………………
七、
直流电路的计算
……………………………………………………………
八、
交流电路的计算
……………………………………………………………
第二节
电动机的计算
……………………………………………………………
一、
电动机的原理
………………………………………………………………
二、
交流异步电动机及计算
……………………………………………………
三、
异步电动机修理常用计算
…………………………………………………
第三节
变压器的计算
……………………………………………………………
一、
基本计算方法
………………………………………………………………
二、
小型变压器的计算
…………………………………………………………
三、
单相及三相干式电力变压器的计算


………………………………………
第四节
电磁铁的计算
……………………………………………………………
第五节
电力负荷的计算及应用
…………………………………………………
一、
三相负荷的计算
……………………………………………………………
二、
单相负荷的计算
……………………………………………………………
三、
电力系统 ／工厂用户计算负荷的确定
……………………………………
四、
负荷计算的应用
……………………………………………………………
五、
尖峰电流的计算及应用
……………………………………………………
第六节
电力系统短路电流的计算及应用
………………………………………
一、
短路电流的计算
……………………………………………………………
二、
两相短路电流的计算
………………………………………………………
三、
短路动稳定度的校验及计算
………………………………………………
四、
短路热稳定度的校验及计算
………………………………………………
五、
动稳定校验计算步骤
………………………………………………………
六、
热稳定校验计算步骤
………………………………………………………
第七节
架空线路的计算
…………………………………………………………
一、


导线的力学计算
……………………………………………………………
Ⅶ 目
二、
绝缘子的计算
………………………………………………………………
三、
横担的计算
…………………………………………………………………
四、
电杆强度的计算
……………………………………………………………
五、
拉线的计算
…………………………………………………………………
六、
基础的计算
…………………………………………………………………
第八节
直流电动机的计算
………………………………………………………
第九节
功率因数的提高
…………………………………………………………
一、
提高功率因数的意义
………………………………………………………
二、
提高工业企业功率因数的方法
……………………………………………
三、
几个功率因数的计算
………………………………………………………
四、
移相电容器补偿容量的计算
………………………………………………
五、
移相电容器的补偿方式
……………………………………………………
第四章
常用电工设备器材及其选择
………………………………………………
第一节
工作条件及生产环境对电气设备的要求
………………………………
一、
工作条件及生产环境的类别


………………………………………………
二、
爆炸和火灾危险环境的划分
………………………………………………
三、
电气设备的防护等级
………………………………………………………
四、
工作条件及生产环境对电气设备及器材的要求
…………………………
第二节   常用电气设备、 元器件、
导线的选择方法
……………………………
一、
变压器的选择
………………………………………………………………
二、
电动机的选择
………………………………………………………………
三、
熔断器的选择
………………………………………………………………
四、
热继电器的选择
……………………………………………………………
五、
低压断路器的选择
…………………………………………………………
六、
接触器的选择
………………………………………………………………
七、
漏电保护装置的选择
………………………………………………………
八、
电动机起动器的选择
………………………………………………………
九、
低压保护继电器的选择
……………………………………………………
十、
高压断路器的选择
…………………………………………………………
十一、
高压负荷开关的选择


……………………………………………………
十二、
高压隔离开关的选择
……………………………………………………
十三、
导线的选择
………………………………………………………………
第三节
爆炸和火灾危险环境电气设备的选择及要求
…………………………
一、
爆炸性气体环境
……………………………………………………………
二、
爆炸性粉尘环境
……………………………………………………………
三、
防爆电气设备安装及运行的要求
…………………………………………
Ⅷ
四、
火灾危险环境
………………………………………………………………
第四节
常用电工设备器材
………………………………………………………
一、
低压断路器
…………………………………………………………………
二、
常用低压熔断器
……………………………………………………………
三、
接触器
………………………………………………………………………
四、
起动器
………………………………………………………………………
五、
继电器
………………………………………………………………………
六、
低压成套装置
………………………………………………………………
七、
变压器


………………………………………………………………………
第五节
弱电元件的选择
…………………………………………………………
一、
火灾自动报警设备元件的选择
……………………………………………
二、
电缆电视元件的选择
………………………………………………………
第五章
电工常用仪器仪表
…………………………………………………………
第一节   盘、 柜计量检测仪表的选用、
接线及校验
……………………………
一、 交流电压、 电流、
电能表
…………………………………………………
二、 直流电压、 电流、
电能表
…………………………………………………
三、
电表的检定或校验
…………………………………………………………
第二节
电工携带式检修仪表仪器的使用
………………………………………
一、
电工携带式检修仪表的种类
………………………………………………
二、
钳形电流表的使用
…………………………………………………………
三、
万用表的使用
………………………………………………………………
四、
绝缘电阻表
（兆欧表）
的使用
…………………………………………
五、
接地电阻测试仪的使用
……………………………………………………
六、 电工携带式检修仪表的保管、


校验和检定
………………………………
七、
场强仪的使用
………………………………………………………………
八、
单臂电桥的使用
……………………………………………………………
九、
万用电桥的使用
……………………………………………………………
十、
电压升压器的使用及耐压试验
……………………………………………
十一、
电流升流器的使用
………………………………………………………
第六章
电工基本操作技能
…………………………………………………………
第一节
电工操作和作业的程序及要求
…………………………………………
第二节
常用工具的正确使用
……………………………………………………
第三节
导线的连接
………………………………………………………………
一、
导线连接的总体要求
………………………………………………………
二、
导线的连接方法
……………………………………………………………
三、
导线与设备元件的连接方法
………………………………………………
Ⅸ 目  录
四、
电缆的连接方法
……………………………………………………………
第四节
导线的敷设及预埋件的埋设
……………………………………………
一、
配合土建工程埋设管路及铁件


……………………………………………
二、
管内穿线
……………………………………………………………………
三、
钢管明设
……………………………………………………………………
四、
硬塑料管明设
………………………………………………………………
五、
槽板的敷设
…………………………………………………………………
六、
塑料护套线配线
……………………………………………………………
七、
瓷件配线
……………………………………………………………………
八、
钢索及钢索吊灯的安装
……………………………………………………
第五节
常用电气设备元件的简易识别和测试
…………………………………
一、
电气设备测试的基本要求
…………………………………………………
二、 电动机的检查、
测试及试验
………………………………………………
三、 开关柜、 控制柜、
电气传动控制装置及其元件的
测试、
试验及调整
…………………………………………………………
第六节
常用电气设备元件的安装和接线
………………………………………
一、
电气接线通则
………………………………………………………………
二、
开关柜进出回路的接线
……………………………………………………
三、


异步电动机控制柜进出回路及被控电动机的接线
………………………
四、 暗装照明线路及灯具、
开关的安装
………………………………………
第七节   铁件、
支架及箱柜的制作
………………………………………………
一、
金属管路的预制加工
………………………………………………………
二、
金工件的预制加工
…………………………………………………………
三、
基础型钢的制作
……………………………………………………………
四、
电气控制柜的制作
…………………………………………………………
第八节
硬母线的制作安装
………………………………………………………
一、
母线材料的检查验收
………………………………………………………
二、
母线材料的矫正
……………………………………………………………
三、
母线尺寸的测量
……………………………………………………………
四、
下料
…………………………………………………………………………
五、
折弯
…………………………………………………………………………
六、
开孔
…………………………………………………………………………
七、
连接
…………………………………………………………………………
八、
母线的安装


…………………………………………………………………
第九节
防雷和接地技术
…………………………………………………………
一、
接地和接零
…………………………………………………………………
Ⅹ
二、
防雷
…………………………………………………………………………
三、
特殊电气装置的接地
………………………………………………………
第七章
电工常用安全用具及登高器械的使用
……………………………………
第一节
基本安全用具和辅助安全用具
…………………………………………
一、
绝缘拉杆的结构及使用方法
………………………………………………
二、
绝缘钳的结构及使用方法
…………………………………………………
三、
辅助安全用具的使用及注意事项
…………………………………………
第二节
检修安全用具
……………………………………………………………
一、
临时接地线及使用方法
……………………………………………………
二、
临时遮栏及使用方法
………………………………………………………
三、
绝缘隔板及使用方法
………………………………………………………
四、
围栏绳的设置及注意事项
…………………………………………………
五、
标志牌在电气检修作业中的使用方法


……………………………………
六、
防止烧伤的器具及使用方法
………………………………………………
第三节
登高安全用具及脚手架的使用
…………………………………………
一、 梯子、 高凳、
升降车及使用方法
…………………………………………
二、 脚扣、
安全带及使用方法
…………………………………………………
三、
脚手架及脚手板在电气作业中的使用方法
………………………………
第四节
电工安全用具的保管
……………………………………………………
第八章
电子技术及应用
……………………………………………………………
第一节
常用电子元件的识别
……………………………………………………
一、
电阻器
………………………………………………………………………
二、
电容器
………………………………………………………………………
三、
电感器
………………………………………………………………………
四、
接插件
………………………………………………………………………
第二节
半导体器件的识别
………………………………………………………
一、
二极管
………………………………………………………………………
二、
晶体管
………………………………………………………………………


三、
单结晶体管
…………………………………………………………………
四、
晶闸管
………………………………………………………………………
五、
场效应晶体管
………………………………………………………………
第三节
电子电路及其计算
………………………………………………………
一、
常用电子电路
………………………………………………………………
二、
晶体管及其模拟电路的计算
………………………………………………
三、
逻辑函数及计算基础
………………………………………………………
第四节
电子元器件测试要点
……………………………………………………
Ⅺ 目
一、
元器件的试验和筛选
………………………………………………………
二、
电子式电气传动装置元器件的调试要点
…………………………………
三、
电子设备电磁兼容性试验要点
……………………………………………
四、
可编程序控制器
（PLC）
系统的调试要点
………………………………
第五节
典型电子线路的安装与调试
……………………………………………
一、
焊接工艺
……………………………………………………………………
二、
简易电子电路印制板的制作工艺方法
……………………………………
三、
典型电子电路的安装与调试


………………………………………………
第六节
常用传感器
………………………………………………………………
一、
限位开关
……………………………………………………………………
二、
接近开关
……………………………………………………………………
三、
光电开关
……………………………………………………………………
四、
直线传感器
…………………………………………………………………
五、
角度传感器
…………………………………………………………………
六、
力传感器
……………………………………………………………………
七、
液位传感器
…………………………………………………………………
八、
压力传感器
…………………………………………………………………
九、
温度传感器
…………………………………………………………………
十、
流量传感器
…………………………………………………………………
十一、
成分分析传感器
…………………………………………………………
第九章
变频器及应用
………………………………………………………………
第一节
变频器概述
………………………………………………………………
第二节
变频器选择与安装
………………………………………………………


一、
典型控制电器
………………………………………………………………
二、
变频器选配器件
……………………………………………………………
三、
变频器输入输出端子的控制方法
…………………………………………
四、
变频器容量的选择
…………………………………………………………
五、
变频器的功能选择
…………………………………………………………
六、
变频器的安装
………………………………………………………………
第三节
变频器的调试与维护
…………………………………………………
一、
变频器通电调试条件
……………………………………………………
二、
变频器测试
…………………………………………………………………
三、
变频器调试举例
……………………………………………………………
四、
变频器维护保养
……………………………………………………………
第十章
电工安全技术技能
…………………………………………………………
第一节
安全技术要点
……………………………………………………………
Ⅻ
一、
保证电气安全的两大措施
…………………………………………………
二、
电工的不安全行为和习惯性违章作业
……………………………………
三、
电工作业安全注意事项


……………………………………………………
四、
电气火灾消防技术技能
……………………………………………………
五、
触电急救技术技能
…………………………………………………………
第二节
漏电保护器
………………………………………………………………
一、
漏电保护器的功能及分类
…………………………………………………
二、
结构
…………………………………………………………………………
三、
工作原理
……………………………………………………………………
四、
技术参数
……………………………………………………………………
五、
漏电保护器的选用
…………………………………………………………
六、
国家标准
GB 13955—2005 《剩余电流动作保护装置安装和运行》
修订主要内容
………………………………………………………………
第十一章
外线电工操作技能技巧
…………………………………………………
第一节
低压架空配电线路的安装
………………………………………………
一、
测量
…………………………………………………………………………
二、
划线和挖坑
…………………………………………………………………
三、
立杆


…………………………………………………………………………
四、
杆上组装
……………………………………………………………………
五、
拉线组装
……………………………………………………………………
六、
架线及紧线
…………………………………………………………………
第二节
10kV架空线路的安装
…………………………………………………
第三节
架空线路的防雷接地装置
………………………………………………
第四节
架空线路的测试及试运行
………………………………………………
第五节
室外变压器台的安装
……………………………………………………
一、
杆上变压器台
………………………………………………………………
二、
落地变压器台
………………………………………………………………
第六节
电缆线路的施工准备
……………………………………………………
一、
准备工作
……………………………………………………………………
二、
电缆安装敷设的技术要求
…………………………………………………
第七节
电缆安装敷设的工艺方法
………………………………………………
一、
地下直埋电缆敷设法
………………………………………………………
二、
电缆沟内敷设法


……………………………………………………………
三、
钢索悬吊架空敷设法
………………………………………………………
四、
管内敷设法
…………………………………………………………………
五、
电缆槽架内敷设法
…………………………………………………………
■ 目
六、
电气竖井内敷设法
…………………………………………………………
七、
沿建筑物明设法
……………………………………………………………
八、
冬季电缆敷设的技术措施
…………………………………………………
九、
敷设电缆的安全注意事项
…………………………………………………
第八节
电缆终端头的制作及安装
………………………………………………
一、
电缆头制作条件及准备工作
………………………………………………
二、
干包电缆头的制作
…………………………………………………………
三、
交联电力电缆热缩型护套终端头的制作
…………………………………
四、
电缆头的安装
………………………………………………………………
第十二章
内线电工操作技能技巧
…………………………………………………
第一节
10kV变配电室的安装技术
……………………………………………
一、
变压器的安装


………………………………………………………………
二、
高压负荷开关的安装
………………………………………………………
三、
低压开关柜
（配电屏）
的安装
……………………………………………
四、
母线的制作安装
……………………………………………………………
五、
高压进户的接线和低压引出电缆或导线的接线
…………………………
六、
10kV变配电室的试验及送电
……………………………………………
第二节
室内电气线路的敷设及设备安装
………………………………………
一、
插接母线的安装
……………………………………………………………
二、
封闭式母线的安装
…………………………………………………………
三、
工业车间裸母线的安装
……………………………………………………
四、
室内电气设备及元件的安装
………………………………………………
第三节   低压电气线路的送电、
试车及试运行
…………………………………
一、
动力电路的送电
……………………………………………………………
二、
动力电路的试车
……………………………………………………………
三、
照明电路的检查和测试
……………………………………………………
四、 照明电路的送电、
试灯及故障处理


………………………………………
第十三章
维修电工操作技能技巧
…………………………………………………
第一节
电动机及其起动装置的检修和维护
……………………………………
一、
电动机运行及维护的规则和方法
…………………………………………
二、 中小型电动机的抽心检查、
解体及装配
…………………………………
三、
电动机的干燥处理
…………………………………………………………
四、
电动机的检查及空载试验
…………………………………………………
五、
液体电阻起动器常见故障的处理
…………………………………………
第二节
低压配电装置的检修和维护
……………………………………………
一、
低压配电装置运行的一般要求
……………………………………………
■
二、 低压配电装置巡视检查、
清扫检修和试验的周期及项目内容
…………
三、
低压配电系统异常运行和故障缺陷的处理方法
…………………………
四、
低压电器运行维修中的注意事项
…………………………………………
五、
电力变流设备运行中的注意事项
…………………………………………
第三节
电动机及变压器绕组的更换
……………………………………………
一、
电动机绕组的更换
…………………………………………………………


二、
电动机绕组的烘干和浸漆
…………………………………………………
三、 电动机的装配、
测试和试运行
……………………………………………
四、
小型变压器绕组的更换
……………………………………………………
第四节   电气线路、 电动机、
照明电器故障处理方法
…………………………
一、
观察法判断电气故障
………………………………………………………
二、
电气线路故障的处理方法
…………………………………………………
三、
电动机故障的处理方法
……………………………………………………
四、
照明装置故障的处理方法
…………………………………………………
五、
低压电器故障的处理方法
…………………………………………………
六、 电力电缆、
接地装置故障的处理方法
……………………………………
七、
电力电容器的运行与维护
…………………………………………………
八、
电抗器的运行与维护
………………………………………………………
九、 轴承、
换向器的故障处理方法
……………………………………………
第五节
电气控制电路接线技能技巧
……………………………………………
一、 单向点动控制电路工作原理、
按钮接线方法
……………………………


二、 单向起动控制电路工作原理、
按钮接线及注意事项
……………………
三、 用两只按钮实现单向点动、 起动、
停止控制电路及按钮接线方法
……
四、 可逆起动控制电路工作原理、
按钮接线及注意事项
……………………
五、 两种可逆起动、
点动控制电路按钮实际接线方法
………………………
六、
具有三重互锁保护的正反转起动控制电路及调试注意事项
……………
七、
JZF系列正反转自动控制器接线
…………………………………………
八、
液位继电器实际应用接线
…………………………………………………
第十四章
调整试验电工操作技能技巧
……………………………………………
第一节
10kV变配电装置的调试
………………………………………………
一、
设备及元器件的单体测试
…………………………………………………
二、 继电器、
二次回路及系统调整试验
………………………………………
三、
冲击合闸试验和空负荷运行
……………………………………………
第二节
低压配电系统
…………………………………………………………
一、
低压配电柜 ／开关柜及元器件测试
………………………………………
二、
低压系统的送电及试运行
………………………………………………
■ 目
第三节


电动机及起动设备
……………………………………………………
一、
电动机的试验
……………………………………………………………
二、
起动设备的试验
…………………………………………………………
第四节
大型电动机及变压器的抽心检查
……………………………………
一、
电动机的抽心检查
………………………………………………………
二、
变压器的抽心检查和干燥处理
…………………………………………
第五节
电气线路的试验
………………………………………………………
一、
低压电气线路
……………………………………………………………
二、
高压电气线路
……………………………………………………………
第六节
调整试验注意事项
……………………………………………………
一、
电气试验安全注意事项
…………………………………………………
二、
核相作业的安全规定
……………………………………………………
三、
电气试验时进行高压测量的安全事项
…………………………………
第十五章
运行值班电工操作技能基础
…………………………………………
第一节
运行值班电工及操作规程
……………………………………………
一、 资质条件及工作内容、
注意事项
………………………………………
二、


巡视检查中保证安全的规定及方法
……………………………………
三、
倒闸操作的具体要求及操作票的内容与注意事项
……………………
四、
倒闸操作的步骤
…………………………………………………………
五、
作业票的内容及注意事项
………………………………………………
第二节
变配电装置的巡视检查
………………………………………………
一、
巡视检查的总体要求
……………………………………………………
二、
高压配电装置及二次回路
………………………………………………
三、
电力变压器
………………………………………………………………
四、
直流电源及仪表
…………………………………………………………
第三节
变配电装置故障判断及处理
…………………………………………
一、
高压断路器异常运行及事故处理
………………………………………
二、
高压电器异常运行及事故处理
…………………………………………
三、
电力变压器异常运行及缺陷处理
………………………………………
四、
继电保护及自动装置异常运行及事故处理
……………………………
第四节
运行日志和值班记录
…………………………………………………
第十六章
弱电系统电工技能技巧
………………………………………………
第一节


火灾自动报警及自动消防系统的安装
………………………………
一、
开工条件及元件的检查测试
……………………………………………
二、
穿线及线路的敷设要求
…………………………………………………
三、
探测器的安装及编码
……………………………………………………
■
电工实用技能手册
目
ⅩⅦ
四、
区域报警控制器的安装接线
……………………………………………
五、
集中报警控制器的安装接线
……………………………………………
六、
消防控制室控制设备的安装
……………………………………………
七、
系统调试及试运行
………………………………………………………
第二节
通信广播系统的安装
…………………………………………………
一、
电话的安装
………………………………………………………………
二、
广播音响系统的安装
……………………………………………………
三、
通信广播系统室外线路的安装
…………………………………………
第三节
电缆电视系统的安装
…………………………………………………
一、
开工条件及元件的检查测试
……………………………………………
二、
线路敷设
…………………………………………………………………
三、
天线的安装


………………………………………………………………
四、
前端设备的安装
…………………………………………………………
五、
机房设备的安装
…………………………………………………………
六、
分配系统元件的安装
……………………………………………………
七、
系统调试
…………………………………………………………………
八、
常见故障及处理方法
……………………………………………………
第四节
保安系统的安装
………………………………………………………
一、
可视—对讲—电锁门系统的安装
………………………………………
二、
闭路电视保安系统的安装
………………………………………………
三、
自动门的安装
……………………………………………………………
第五节
微机系统的安装要点
…………………………………………………
一、
安装要点
…………………………………………………………………
二、
电子计算机控制系统的调试要点
………………………………………
第六节
弱电系统的运行
………………………………………………………
—、
弱电系统运行概述
………………………………………………………
二、
自动化仪表系统的运行
…………………………………………………
第十七章


数控机床的维修
………………………………………………………
第一节
概述
……………………………………………………………………
一、
数控机床故障诊断与维修的意义
………………………………………
二、
数控机床的可靠性
………………………………………………………
三、
数控机床故障的分类
……………………………………………………
第二节
数控机床的安装调试
…………………………………………………
一、
数控机床的初步安装内容
………………………………………………
二、
电线连接
…………………………………………………………………
三、
数控机床调试与性能检验
………………………………………………
ⅩⅧ
第三节
数控机床的日常维修
…………………………………………………
一、
数控机床维护与保养的点检管理
………………………………………
二、
数控系统的日常维护
……………………………………………………
三、
数控机床维修常用工具
…………………………………………………
四、
数控机床故障诊断与维修常用仪表
……………………………………
五、
数控机床故障诊断与维修常用仪器
……………………………………
六、
诊断用技术资料
…………………………………………………………
第四节


对数控机床维修人员的要求
…………………………………………
第五节
数控机床诊断与维修的一般步骤
……………………………………
一、
故障的调查与分析
………………………………………………………
二、
故障排除
…………………………………………………………………
三、
维修排故后的总结提高工作
……………………………………………
第六节
机床及机械传动设备安全运行要点
…………………………………
一、
基本要求
…………………………………………………………………
二、
电气安全措施
……………………………………………………………
三、
电气故障检查
……………………………………………………………
第十八章
电器检修技能技巧
……………………………………………………
第一节
电器维修基本常识
……………………………………………………
一、
电器维修应具备的条件
…………………………………………………
二、
电器检修的一般程序
……………………………………………………
三、
电器检修的基本原则
……………………………………………………
四、
电器故障的诊断方法
……………………………………………………
第二节
电器检修经验与技巧
…………………………………………………
一、


电器的检修经验
…………………………………………………………
二、
电器检修的技巧
…………………………………………………………
第三节
电器故障的通用检查方法
……………………………………………
一、
直观检查法
………………………………………………………………
二、
人体干扰法
………………………………………………………………
三、
短路检查法
………………………………………………………………
四、
电阻检测法
………………………………………………………………
五、
电压检测法
………………………………………………………………
六、
电流检测法
………………………………………………………………
七、
信号注入法
………………………………………………………………
八、
断路检查法
………………………………………………………………
九、
示波器观察波形法
………………………………………………………
十、
敲击法
……………………………………………………………………
目  录
ⅩⅨ
十一、
升 ／降温检查法
…………………………………………………………
十二、
升 ／降压检查法
…………………………………………………………
十三、
替代检查法


……………………………………………………………
十四、
自诊断检查法
…………………………………………………………
十五、
逻辑推断法
……………………………………………………………
十六、
干扰检查法
……………………………………………………………
十七、
参照检查法
……………………………………………………………
十八、
面板操纵压缩法
………………………………………………………
十九、
程序图检查法
…………………………………………………………
二十、
电感检查法
……………………………………………………………
二十一、
程序诊断法
…………………………………………………………
二十二、
听诊检查法
…………………………………………………………
二十三、
加压检查法
…………………………………………………………
二十四、
触摸检查法
…………………………………………………………
二十五、
拔插检查法
…………………………………………………………
二十六、
最小系统法
…………………………………………………………
二十七、
其他检查方法
………………………………………………………
附录
电工产品更新换代目录
……………………………………………………
参考文献


……………………………………………………………………………
第一章   概 述
近 100 多年的历史已充分证明， 电同阳光、 水、 空气一样， 是人类不可缺少的 亲密伙伴。 在现代工业和日常生活当中， 在国民经济和国家政治活动中， 还找不出 一件与电无关或离开电可以办成的事情。 任何人都可以想象出， 如果世界上有一天 电消逝了， 那将是一个怎样可怕而恐惧的黑暗世界。
我们都知道， 电是由发电厂经电气线路送来的， 从电厂 （包括电厂的发电机、 电气设备及线路） 到输电线路， 最后到各级各类用户的各种用电设备， 无一不是
工人用双手和智慧安装上去， 并对其进行调试、 维护、 检修、 运行监控的。 我们把 这种从事电气设备、 元器件及线路安装调试、 检修维护、 运行监控的工人定义为电 工。 随着科学技术的发展和电子技术、 计算机技术的出现， 电工的技术技能也在进 步和发展。 因此， 作为一名电工必须不断学习新技术、 新工艺、 新设备、 新材料， 才能适应工作的需要， 才能提高自己的技术技能水平。


自从有了电以来， 人们总是在不断地探索和研究并制定相应的标准、 规程和规 范， 然后用这些文件去规范电气设备、 元器件及器材的设计和生产， 同时又在这些 过程中修订并完善这些文件。 对电气设备、 元器件及器材的安装调试、 检修维护、 运行监控也制定了相应的标准、 规程和规范， 去规范电工的操作和行为。 这些文件 都尽量作得天衣无缝、 滴水不漏， 其原因除了使电工能更好地服务于人们之外， 更 重要的还是保证电气系统本身、 操作人员、 安装人员以及用电场所及其设施的安 全。 安全是电工技术技能的一大特点， 也是电工技术技能的一大分支， 我们在 《电工安全技术 365 问》 一书中， 进行了详尽的叙述。
综上所述， 电工首先是一种特殊的技术工种， 他们的行为关系着人身和设备的 安全。 再者， 电工是一种理论性很强的工种， 在某种程度上讲属半体力劳动、 半脑 力劳动的工种。 可以说在工业生产以及设计、 开发、 安装、 服务等行业和人们生活 当中， 电工是有着特殊重要的意义和价值的工种。
本章主要讲述电工的概念及分类、 现代电工应具备的技术技能以及电工的职业 道德等内容。
第一节 电工的概念


前面我们已经给电工下了一个定义： 电工， 即从事电气设备、 元器件及线路的 安装、 调试、 运行、 维护保养、 检修和试验等工作的技术工人。 其中：
电气设备是指变压器、 发电机、 电动机及各类具有开关、 控制、 保护、 显示、 报警、 操作、 主机、 整流、 逆变、 变频、 计量、 仪表等功能的柜、 屏、 箱、 器。
电气元器件是指设备上及现场安装的单体元器件， 如开关、 按钮、 插座、 表 计、 继电器、 传感器、 变送器、 互感器、 探测器、 电路板及插件、 电路板上的电子 元器件、 熔断器、 电力电子器件、 小型用电器 （如灯具、 电铃） 等。
电气线路是指架空导线 （包括杆、 塔、 架）、 明设穿管及不穿管导线、 暗设穿
管导线、 线槽、 桥架、 母线 （封闭、 插接、 裸导体） 以及各类电缆 （如传送、 控 制、 音频、 射频、 图像等信号的电缆） 等。
安装是指按照规程、 规范、 标准和设计要求把电气设备、 元器件及线路固定在 设定的位置或装置上， 并能使其正常运行而进行的全部工作。


调试是指按照规程、 规范和标准用检测试验仪器设备对安装的电气设备、 元器 件、 线路进行调整和试验， 并对其可靠性、 灵敏度、 准确度和抗衰老性作出判断， 保证其正常运行， 并能在非正常条件作出响应而进行的一系列工作。
运行是指按照规定的要求和运行规程监视、 调整、 控制、 记录经安装调试投入 使用的电气设备、 元器件及线路运行状态而进行的工作。
维护是指按照规定的要求和运行规程对运行的电气设备、 元器件及线路进行的 清扫、 检查、 巡视、 发现缺陷、 更换小型元器件、 紧固螺栓、 消除隐患而进行的工 作。
检修是指按照规定的周期及停电机会对运行中的电气设备、 元器件及线路按照 运行规程的要求项目和运行中发现而不能修复的缺陷而进行的中型修理工作。
试验有两个内容， 一是指检修过程中， 对设备及线路进行的预防性试验， 进而 发现问题和缺陷， 及时更换或修理； 二是指安装前对设备、 元器件、 导线、 母线、 电缆的试验， 目的是判断产品的优劣并作出能否安装的决定。
保养是指对运行中的设备及线路替代下来的部件进行小型修理以及检修时对一


些部件的保养性修理， 如加油、 研磨触头、 更换端子、 更换设备中小型部件及弹簧等。
修理是指对运行中的设备及线路替代下来的或损坏的设备、 元器件进行恢复性 修理和大型修理， 如更换线圈、 主机大修等。
由此看来， 电工不是一个简单的概念， 也不是一个普通的工种， 电工的工作更 不是一般的体力劳动， 而是一个复杂的、 技术性要求极高的、 脑力和体力都要用到 的崇高的职业。
第二节 电工的分类及其相互联系
（一） 电工的分类
电工是按其从事的工作类别进行分类的， 一般可分为以下几种：
1. 外线电工   我们常把从事架空线路、 室外变配电装置、 电缆线路安装的电 工叫做外线电工。
2. 内线电工   我们把从事室内变配电装置、 室内照明及动力电气线路、 室内 电气设备及元器件安装的电工叫做内线电工。
2
3.
送电试车、 试运行的电工叫做调整试验电工。
4. 维修电工   我们把从事对电气设备、 元器件及线路进行维护、 保养、 检修、 修理以及一般故障判断处理和更换电气设备、 元器件及线路的电工叫做维修电工。


5. 运行值班电工   我们把对变配电装置及线路进行监视、 控制、 调整、 记录 其运行状态及技术参数的电工叫做运行值班电工。
6. 电机修理工   我们把对损坏的电气设备及元器件进行修理， 使之恢复原来 良好状态性能、 保持原来技术参数并能安全使用及运行的电工叫做电机修理工或电 钳工。
7. 电工仪表工   我们把从事各类电工仪表校验、 检定、 修理以及安装接线的 电工叫做电工仪表工。
8. 弱电电工   弱电是相对强电而言的， 我们常把从事以毫安级电流为单位的 模拟信号、 数字信号以及音频信号、 视频信号、 射频信号为传输主导电流的电气 ／ 电子设备及线路进行安装、 调试、 维护、 修理的电工叫做弱电电工或有线电工。
9. 无线电工   通常把从事无线发射和接收系统安装、 调试、 维护、 修理工作 的电工叫做无线电工。
10. 仪表电工  我们把从事温度、 压力、 流量、 物位、 机械量等非电量的测 量、 调节、 控制设备及线路安装、 调试、 运行、 维护、 修理、 校验工作的电工叫做 仪表电工或仪表工。


11. 专业电工   如汽车电工、 飞机及航天器电工、 船舶电工、 铁路机车车辆电 工等， 主要从事专业产品制造中的电气及电子设备、 仪器仪表及线路安装调试、 维 护修理的电工叫做专业电工。
12. 特殊电工   如军械电工、 警械电工等从事国防、 军事、 警务装置、 器械、 设施及其产品中的电气及电子设备、 仪器仪表及线路的安装调试、 维护修理的电工 叫做特殊电工。
将上述合并后电工一般可分为四大类： （1） 安装电工， 主要包括外线电工、 内线电工、 调整试验电工； （2） 维修运行电工， 主要包括维修电工、 运行值班电工、 电机修理工、 电工仪 表工；
（3） 弱电电工， 主要包括弱电电工、 无线电工、 仪表电工；
（4） （二） 相互联系
专业电工， 主要包括专业产品制造电工、 特殊电工。


上述的各类电工是按电工从事的工作进行分类的， 通常是在分工很细的时候才 这样做。 作为一名优秀的电工或者说是一名高级电工技师， 上述 12 类电工的技术 技能都应该具备且须有自己的长项。 当然这种技术技能高度， 没有较高的文化理论 水平， 没有几十年的功夫及实践， 没有勤学苦练的吃苦精神， 没有向别人虚心求教
第一章   概
调整试验电工 我们把从事对电气设备元器件及线路进行调整试验并进行
的优秀品德， 没有崇高的职业理想是绝非能达到的。
上述 12 类电工相互之间有着紧密的联系。 比如， 安装电工是各类电工的基础， 只有通过安装调试才能对电气系统或电气产品有全面的了解和认识， 才能有充分把 握把工程 ／产品交付给用户并教会用户操作使用、 监视运行。 同样， 维修电工、 运
行值班电工如果掌握安装调试技术， 或者参与安装调试过程， 或者利用交工验收和 试运行的过程向安装人员了解并掌握有关系统、 工程 ／产品的性能、 特点及技术要 领， 对自己本身的工作也是有益的。 弱电电工、 仪表电工本身就参加系统的安装调 试及试运行， 基本上和安装电工是一体的。


同时， 我们又可以看到， 安装电工首先接触的是工程 ／产品设计提供的图样及 资料文件， 必须先把其吃深吃透， 提出修改意见， 并与用户方和设计方达成共识 后， 才能完成这个项目。 在完成的过程中， 还会有用户方、 设计方及安装电工都难 以预料的问题， 这也必须由安装电工去解决。 在送电、 试车、 试运行中， 安装电工 心里这本账是最准确无误的。 直到项目完成安装， 电工才把工程 ／产品的有关安装 调试的资料、 报告、 记录交给用户， 回答用户提出的有关问题， 将设备交给用户正 常使用。 因此， 安装电工是各类电工的基础。
另外， 对于电机修理工、 无线电工、 仪表电工以及专业电工、 特殊电工的一些 技术技能， 安装电工掌握得很少， 这样又为安装电工提供了提高技术技能水平的课 题和机会， 敦促他去学习、 去提高。 而维修电工则是介于安装电工与值班运行电工 之间的电工， 并综合了双方的特点， 有时称之为万能电工。 不过维修电工对电气工 程的标准、 规程、 规范掌握得欠佳， 也缺乏电气系统运行管理方面的知识技能， 这 两点又对维修电工提出了更高的要求。


因此， 电工不同工种之间必须互相取长补短、 互相沟通学习， 才有助于技术的 提高， 才有益于电气系统的安全运行， 才有利于经济效益指标的提高。 另外， 作为 一名电工还得具备其他相关工种， 如钳工、 起重工、 焊工、 测量工、 瓦工及木工等 工种的基本技能， 以作为电工作业的辅助技能， 因此电工又具有多技能性。
综上所述， 电工是工业生产、 安装、 服务等行业及人们生活当中不可缺少、 无 法替代的职业。 但是， 目前有很多人看不起电工， 看不起技术工人， 一些年轻的工 人受金钱和地位的诱惑， 无心学习技术技能， 而一些经验丰富、 技术高超的老电工 们， 由于企业效益滑坡， 不能正常开支， 不得不忍痛割爱， 丢掉自己心爱的职业， 这是一个极大的损失和悲哀。 技术工人， 那是直接创造财富、 物质、 效益及文明的 最崇高的职业， 是国家宝贵的财富， 可是随着这些优秀技术工人的离岗、 退休， 技 术工人这个阶层将会出现严重的断档。 但可以准确地说， 不要多久， 技术工人一定 还会吃香的， 因为这是社会和经济发展的必然， 这也是我们这部著作编写的目的。
第三节 现代电工应掌握和具备的技术技能


我们对电工这个职业， 在前面已经进行了详尽的论述， 作为一名现代的电工应
4
该掌握和具备哪些技术技能呢？ （1） 掌握电工技术、 电子技术、 检测技术及自动控制调节原理等基础理论知 识， 了解计算机的工作原理、 硬件系统及数据采集方法等。 熟悉电气工程中有关标 准、 规程、 规范和规定。
（2） 掌握常用电动机 （包括直流电动机、 多速电动机、 交流转差电动机、 高压 大型交流电动机、 同步电动机、 中小容量交流发电机组等） 的起动控制方法、 调 速和制动原理、 常规控制电路及系统的安装调试方法， 掌握各类电动机绕组的接线 方法、 修理方法及电动机的测试方法， 能排除系统故障， 处理事故， 解决安装调试 及运行中的问题。
掌握大型电机的安装调整及其控制系统保护装置的安装调试方法， 掌握大型电 机的抽心方法并按标准检测； 掌握单台或多台电机联动系统中复杂的继电器⁃接触 器控制系统和晶闸管⁃电子电路控制系统及程序控制、 数字控制系统的安装调试和 复杂的电气传动自动控制系统的安装调试技术。


主持大型电气工程联动试车， 并配合生产工艺流程调试自动化仪表投入运行， 编制试车运行方案， 指导试车， 处理和判断试车中的故障， 保证试车顺利进行。
（3） 掌握照明电路和各类灯具的控制电路及安装。 （4） 掌握 110kV及以下输变配电系统的安装技术和调试方法。 输电系统指架空线路和电力电缆线路 （包括大跨越、 特殊环境、 特殊电缆）， 掌握架空线路测量架设技术和电杆电缆的运输方法， 掌握各类电缆的敷设方法和电
缆头的制作。
变电系统指变压器 （容量不限） 和附件以及各种高压开关、 备用电源、 发电
机组、 交流静态不间断电源装置 （UPS）， 掌握其安装调试技术和测试方法， 掌握 变压器及大型、 重型电气设备的运输、 吊装方法和吊心检查。
配电系统指高低压配电柜、 断路器、 熔断器及回路的分配、 电能的计量、 继电 保护装置等， 掌握其安装调试技术及继电保护的整定、 校验， 掌握大型母线的预制 安装和电容器组、 柜的安装。
掌握输变配电系统的系统调试技术， 主持系统送电、 停电及试运行， 并排除故 障、 处理事故， 解决技术问题和编制送电及试运行方案。


（5） 掌握防雷和接地系统的安装和测试技术。 （6） 掌握常用电梯的安装技术及调试方法， 排除故障、 处理事故。 （7） 掌握弱电系统的安装技术和调试方法， 弱电系统一般包括通信广播、 电缆 电视、 防盗报警、 火灾报警及自动消防、 三表远程抄录、 空气自动调节、 微机监控 及管理系统等。
（8） 掌握常用仪表的安装技术和测试方法及系统调试技术， 常用仪表包括温 度、 压力、 流量、 物位、 成分分析、 机械量测量等仪表； 掌握自动调节系统的安装 调试技术及故障排除、 仪表和自控系统的投入； 掌握电工仪表的使用方法和维护保
第一章   概
养， 包括示波器、 交流电桥等。
（9） 熟悉各种电气工程图样， 能看懂复杂的自动控制、 自动调节的原理图， 熟 悉电气管路的敷设方法和要求， 熟悉常用电器的安装方式、 标高、 位置， 熟悉电气 工程和弱电系统的计算方法， 掌握常用电气设备、 元器件的选择方法及经验公式， 具有发现图中不妥之处的能力。


（10） 掌握施工图预算编制方法和技巧， 编制预算书， 熟悉定额及使用方法和 收费标准及政府部门的有关工程的政策法规； 掌握材料单的编制方法， 熟悉材料消 耗定额及使用方法。
（11） 掌握电气工程施工组织设计的编制方法和技巧； 熟悉施工管理方法， 确 定施工方案和施工现场平面布置， 编制物资、 设备、 材料供应计划及物资管理； 熟 悉安装工艺和工序， 掌握工程量的计算和工程进度， 熟悉工程关键部位和难度较大 的工艺工序， 熟悉工程中技工及劳力调配， 熟练掌握劳动定额， 合理有效地分配人 员， 安排班组作业计划， 组织施工。
（12） 熟练掌握电气安全操作规程， 熟悉电工安全用具、 防护用品的使用和检 验周期标准， 掌握触电急救护理及电气火灾消防方法， 针对具体工程进行安全交底 及布置防护技术措施， 保证安全施工。
（13） 熟练掌握电气工程中金工件、 线路金具的加工和较复杂的控制柜、 开关 柜 （屏、 板） 的制作工艺方法、 标准， 并掌握其元器件测试和整机调试； 掌握钣
金工艺， 熟悉电气二次回路的装配和工艺守则， 使产品标准化、 系列化。


（14） 熟悉土建工程结构和土建基础知识， 了解管道、 设备等其他专业基础知 识； 能在安装过程中配合协调， 并配合土建工程预埋敷设管路、 箱、 盒， 做到不漏 不错； 熟悉电焊、 气焊、 钳工、 起重工等工种的基本操作方法。
（15） 掌握特殊场所电气工程的安装调试， 熟悉火灾危险场所、 爆炸危险场所 等特殊场所的规程、 规范、 标准及分区界限， 掌握特殊场所安全规程及办理动火作 业的手续和布置现场消防技术措施。
（16） 掌握电工器材市场动态和技术经济信息及新工艺、 新技术、 新材料、 新 设备的性能及应用； 传授操作技能， 讲述本专业技术和知识， 培养技术尖子， 善于 发现人才、 使用人才。
（17） 收集电气工程各种技术资料、 参数和已完工程的资料， 主持电气工程质 量鉴定工作， 提供资料和数据等。
第四节 电工的职业道德及安全技术的重要性和必要性


电工是一种给人们带来光明、 带来温暖、 带来欢乐、 带来享受、 带来信息、 带 来财富的无比崇高的职业。 电工的作业行为联系着千家万户， 联系着国民经济、 工 业生产各个部门。 一个电工， 必须时时刻刻牢记， 你的行为绝不是你个人的事情， 除了使用户在使用功能上满意外， 还有一个最重要的前提， 这就是安全， 包括用户
6
及使用的安全， 电气系统的安全和本人的安全。 因此， 电工的作业行为、 职业道 德、 敬业精神是头等重要的大事， 忽略这一点， 就没有资格从事电工这个职业。
（一） 电工的职业道德
职业道德， 概括地讲就是对所从事的职业负责。 电工的职业道德最基本的要求 就是， 工作必须按照国家对电气作业颁布的标准、 规程及规范进行， 符合质量规 程， 使用户满意， 对用户高度负责。 细致地讲有以下几点： （1） 对技术要精益求精， 对质量要一丝不苟， 终身负责。
（2） 对同行要尊敬团结， 相互学习， 取长补短， 虚心求教， 不要不懂装懂。 （3） 作业时要干净利索， 坚固漂亮， 有条有理， 安全可靠， 正确无误， 严禁违 章作业。


（4） 作业中要节约每一米导线， 节约每一个螺钉， 节约每一个垫片， 节约每一 卷胶布。
（5） 作业后要清理现场， 检查有无不妥， 使现场干净整洁， 不妨碍他人， 不妨 碍运行。
（二） 电工的敬业精神
电工本身具有多重性 （理论性、 技术性、 特殊性、 多技能性）， 因此对其要求 就很严格， 其中最重要的就是必须具有良好的敬业精神。 作为一名电工， 首先是要 钟爱这个职业， 不仅是依赖这个职业在社会上生存， 更重要的是要把这个职业作为 一生的事业， 只有这样， 才有可能在这个职业上投入更大更多的精力， 去追求更新 更高的技术境界， 去摘取灿烂辉煌的职业金冠。
（三） 电工安全技术的重要性和必要性


电工安全技术是电工技术中的一个重要分支， 其含金量要远远超过电工技术的 含金量。 虽然电能给人们带来无穷无尽的收益和享受， 但是当你还没有驯服这匹野 马的时候， 在生活和工作中便会出现由于触电、 电击、 漏电而引起的烧伤、 窒息、 设备损坏、 火灾以及其他财产损失， 造成不可估量的经济损失和政治影响， 历史已 经血迹斑斑地证明了这一点。 因此， 电工安全技术是电工技术中头等重要的大事， 任何人、 任何时候、 任何地点都是不能忽视的。 当你进入电工这个魅力无穷的职业 当中， 你必须先学会安全技术， 除了保护你自己的安全之外， 重要的是保护他人和 用户、 保护电气设备及线路、 保护电气系统的安全。 这是每个从事电气工作人员的 永恒的主题， 是必须要做到的， 否则你就应该自动离开这个职业。 这里我以一个老 电工的名义， 号召所有从事电工职业和即将从事电工职业的朋友们， 用高尚的职业 道德， 用良好的敬业精神， 用高超的技术技能， 去铸造电气工程， 做到质量在我手 中， 安全在我心中。
第一章   概
第二章 电工学及其在实践中的应用


目前， 我们对电已经很熟悉了， 但经常遇到一些年轻的朋友和一些年长的电工 师傅提出 “电是什么？ 电是怎样来的？” 这样的问题。 因此， 在讲述电工技能前必
须要讲一些电工学基本知识， 这不是老生常谈， 也不是照本宣科， 而是几十年来总 结出来的电工学的精粹， 是解决实践中疑难问题的有力武器， 这是指导实践的理论 基础， 它不同于教科书中纯理论的知识， 是每个电工， 特别是想在电工这个职业上 干出名堂、 做出成绩来的电工必须掌握的。
电工学理论可指导你在实践中解决一些疑难问题， 可证明操作结果和作业行为 正确与否， 可使你提高技术水平。 当然， 电工专业的理论知识很多很广， 也很深 奥， 在大学里学五年也学不完。 但是， 就电工本身而言， 我们只学那些与电工实际 工作有关的基础部分就够用了。
本章将从电流的起源开始， 由浅入深、 循序渐进， 逐步讲述电工学的基础知 识， 以及电子技术入门知识。 当然， 这个题目有些大了， 但实践中确实需要这些知 识， 当你走进电工行列时， 会有深刻体会的。
第一节 直流电的概念及其基本定律
一、 电的起源及其基本单位


物质是由分子组成的， 分子是由原子组成的， 原子又是由原子核和围绕原子核 运动的数量不同的电子组成的， 正因为电子数量的不同， 所构成的物质也不同。 因 此， 电子也是一种物质， 只不过它很小而已。 这里我们定义， 电子为电的最小的基 本单位， 一个电子所带的电量的多少为电的基本电量。 因为电子本身很小， 所带的 电量也很少， 没有实用价值。 为了将电引用到实用范畴， 人们用库仑 （C） 作为电 量的单位， 1 库仑的电量大约为 6. 24 × 1019个电子所带的基本电量， 或者说 1 库仑 = 6. 24 × 1019电子电量， 这是一个庞大的天文数字。
原子核也带电， 带电量的多少与核外所有电子带的电量相同， 但电的极性不 同。 为了区分这些不同的带电微粒， 以便于科学研究再到实际应用， 人们便做出了 这样的规定： 电子带的电为负电， 原子核带的电为正电。 数量相同的正负电在一起 时作用相互抵消， 使得在正常条件下， 一般的物质并不呈现带电。


但是， 随着科学的进步， 人们发现， 由于特定的条件会使某一物质的电子因获 得能量而转移到另一物质上去， 该物质因失去了带负电的电子而带上了正电， 而另 一物质因得到了带负电的电子而带上了负电。 如果把这些物质认为是很小的微粒， 则称这种带电的微粒叫做电荷， 带正电的叫正电荷， 带负电的叫负电荷。
第二章
人们最早获得电荷的方法就是摩擦， 不同的物质通过摩擦就可以吸附纸屑、 灰 尘、 毛絮等轻小物体， 同时可以听到 “叭叭” 的放电声， 夜间还可以看到放电的 火花。 人类为了获得能够应用的电大约走过了一个世纪， 到了今天， 电同空气、 水、 阳光一样， 已成为人类最亲密的伙伴了。
二、 电流概念的引出
在正常的条件下， 一般的物质不带电， 然而在特定的条件下， 有些物质不但带 电， 而且还能使电子在该物质中流动 （如金属银、 铜、 铝、 铁等）。 人们便把电子 流动的现象叫做电流， 电流的单位是安培， 简称安 （A）。 在 1 秒的时间里， 流过 导体截面的电量是 1 库仑， 则定义为 1 安培， 见式 （2⁃1） 和式 （2⁃2）。
（2⁃1） （2⁃2）
电流的进位关系为


三、 电流产生的条件和电压概念的引出
1kA （千安） = 1000A （安培）
[电流的产生必须有三个条件， 即能够提供电能的电源、 用电器及连接电源和用 电器的导线， 把电源、 用电器、 导线称之为电流的三要素， 而开关是为了接通电源 而设置的。 图 所示为电路的构成。
图 电路的构成]导线 开关 电源 电源 用电器 用电器 导线 导线 a) b)


2⁃1 由图 2⁃1 可以看出， 电流是从电源的一端流出， 经过用电器又回到了电源的另 一端。 为了控制电流的有无和大小， 在电路中增加了一种装置， 叫做开关元件。 在 开关元件完全闭合 （导通） 的状态下， 电流可以全部流过开关元件并流过用电器， 用电器处于工作状态； 在开关元件完全断开 （断路） 的状态下， 电流不能流过开 关元件， 用电器没有电流， 处于非工作状态。 在特定的条件下， 开关元件可使部分 电流流过， 并且能控制电流的大小或者使之有规则地流过， 使用电器处于被调节的
9
1A （安培） = 1C （库仑） 1s （秒） 电流 =电量 时间 或 I = Qt
1mA （毫安） = 1000μA （微安） 1A （安培） = 1000mA （毫安）
控制状态下工作， 如灯泡的亮度由暗变亮， 再由亮变暗， 或者点亮后闪烁且闪烁的 间隔可调。 把这种开关元件叫做调节控制器， 如电位器、 变频器、 晶闸管等。
为什么当开关接通后， 电流能从电源的一端流出， 经过用电器后又流回电源的 另一端呢？ 这里要引出另一个重要的物理量———电压 （电动势）。


电源是一种提供电能的装置， 但是它本身并没有电， 只是在特定的条件下， 才
能把其他能量转换为电能， 如电池是将化学能转换为电能的装置， 发电机是将机械 能转换为电能的装置。 在特定条件下及施加于电源的其他能量的作用下， 促使电源 （这里要注意到电源本身也是一种物质） 内部正负电荷进行分离， 使电源的一端聚 积大量的正电荷， 而另一端聚积了大量的负电荷， 且数量相等， 由于其他能量的作 用， 它们不会中和， 只能越聚越多。 这里我们定义， 聚积正电荷的一端叫做电源的 正极 （ ＋ ）， 聚积负电荷的一端叫做电源的负极 （ － ）。 这时， 如果把这个电源接 到如图 2⁃1 所示的电路中去， 负极的负电荷就要经过用电器流向正极并与正极的正


电荷中和， 这样正负极上聚积的电荷就越来越少， 这种正负电荷中和的能力就越来 越低， 要想保持这种能力， 设定的条件和施加的能量就得保持不变， 不断地使正负 电荷分离， 并使中和的能力和速度与分离的能力和速度相等。 这样， 电源就能够提 供稳定的电流而使电路稳定地工作。 这里定义， 这种负极的负电荷经过用电器流向 正极并与正极上的正电荷中和的能力 （所做的功） 叫做电压。 同时又规定了电流 的方向是由电源的正极经过用电器流向电源的负极， 而在电源的内部则是由负极流 向正极， 成为一个闭合的回路。 电流中的电子 （负电荷） 是由负极经过用电器流 向正极， 而在电源内部则是由正极流向负极， 同样成为一个闭合回路， 这个回路与 电流的回路是同一个回路并不矛盾， 只不过是电流的方向与电子运动的方向相反而 已。
电压的单位是伏特， 简称伏 （V）。 若电路中 1 库仑的电量从 a 点移到 b 点所 用的功是 1 焦耳， 则 ab点的电压为 1 伏 ［特］， 见式 （2⁃3） 和式 （2⁃4）。
1V （伏） = 1J （焦耳） 1C （库仑） 电压 =电能 电量 或 U = WQ


（2⁃3） （2⁃4）
电压的进位关系为
1mV （毫伏） = 1000μV （微伏） 1V （伏） = 1000mV （毫伏）
1kV （千伏） = 1000V （伏）
我们往往用电压来衡量电源作功的能力， 也就是说， 电源建立了电压， 用电器
才能工作。
四、 电压建立的方法和条件
（一） 摩擦生电
摩擦生电是最古老的建立电压的方法， 虽然发明了很多起电机， 但是都不能当
0 1
作电源来使用， 只能当作电学实验的仪器。 然而这种摩擦生电的理论和实验却为人 们消除静电带来了极大的收益， 这一点在 《电工安全技术 365 问》 （机械工业出版 社） 一书中已进行了详尽的介绍。
例如， 采用避雷针、 避雷线、 避雷网、 避雷带将雷电的静电引入到大地， 以防 止雷电对建筑物、 构筑物及电气线路的危害。 采用金属屏蔽罩接地的方法将易产生 静电的设备及场所屏蔽起来以消除其静电的危害。 将高电阻率的液体在管路中高速 流动的装置用导电橡胶带施于地面以防止静电放电而引起的危害 （如飞机、 汽车 的接地拖链） 等。
（二） 电磁感应法和右手 定则
（发电机）


电磁感应法是迄今为止建立电压最完善、 最有实用价值的方法， 目前人们使用 的电能有 90％都是来自电磁感应法。
磁体是人们最熟悉的物体了， 它与电有着千丝万缕的联系。 它的周围存在着磁
场， 它有吸铁性， 并有两个极， 即 N极和 S极， 把 N极和 S极的连线叫做磁力线， 这和电路是极为相似的， 磁力线从 N 极出来经过介质或空气回到 S 极， 在磁铁内 部再由 S极回到 N极， 形成闭合的回路。 但是这个磁力线则是人们为了描述磁场
[而设定的， 如图 2⁃2 所示， 我们把它叫做磁路， 把磁场的强弱叫做磁感应强度， 靠 近磁极处最强， 愈远愈弱。 磁感应强度又叫做磁通密度。
a） 条形磁铁的磁场 b）]N N S S S b)


导线在磁场中作切割磁力线运动时， 便会在导线的两端产生电动势， 这个电动 势的大小与磁感应强度 B、 导线在磁场中的长度 L、 导线的运动速度 v 及其与磁力 线的夹角 α （v的方向） 的乘积有关， 见式
E BLvsinα
（2⁃5）。 = （2⁃5） 式中 E———导线切割磁力线时两端产生的电动势 （V）；
B———磁感应强度 （T、 Wb ／ m2 或 V·s ／ m2）； L———导线在磁场中的长度 （m）；
v———导线运动的速度 （m ／ s）；
1 1
第二章
图 2⁃2 磁场及磁力线 均匀磁场
α———导线运动的方向与磁力线的夹角 （°）。 式 （2⁃5） 还有另一种表达方式， 即
E = dΦdt （2⁃6）


式 （2⁃6） 是这样推导出来的 E = BLvsinα = BLv （sinα是一个无单位制的数值） = BL dXdt （v是导体在单位时间 dt内的位移 dX） = BdSdt （LdX = dS， 长度与变化的位移 dX的乘积为变化的面积 dS） = dΦdt （变化的面积 dS与磁通密度 B的乘积为变化的磁通 dΦ） E = dΦdt表示通过回路所包围的面积内的磁通变化时， 就会在回路中产生感生电 动势， 其数值的大小等于该回路内磁通的变化率， 这就是著名的法拉第定律。 通俗 地讲就是变化的磁场使该磁场中的导体两端产生电动势， 即磁生电。
通常用右手定则来判断感生电动势的方向： 将右手四指并拢， 拇指张开， 磁力 线穿过手心， 拇指指向导线运动的方向， 则四指所指的方向就是感生电动势的正极 方向。 如果把导线的两端闭合， 则四指所指的方向就是电流的方向， 如图 2⁃3a 所 示。 右手定则也叫做发电机定则。 如果把导线做成一个矩形线圈并把它的中心轴线 用绝缘支架支承起来放入磁场中， 用手快速转动线圈， 由于线圈的两个边都在做切


割磁力线的运动， 因此都产生电动势且方向是相反的， 这就是单相发电机的雏形， 如图 2⁃3b所示。
这里需要说明一点， 我们常把电源 （包括发电机， 变压器， 电池等） 空载时
输出端的电位差叫做电动势， 而把由输出端引出线路上的电位差叫做电压， 电动势 和电压的单位都是伏 （V）。
（三） 化学法
化学法是人类最早储备电能的一种方法， 主要用在电池上， 最常见的就是干电 池和蓄电池。
1. 干电池   干电池的正极一般是炭棒， 负极是锌制成的锌筒， 两极之间有电 解液 （一般为氯化铵） 和二氧化锰及炭粉的混合物。 由于化学反应的作用， 正极
炭棒上及其周围聚积了大量的正电荷， 而负极锌筒上及其周围聚积了大量的负电 荷， 这样干电池便建立了电动势。 当两极电荷饱和的时候， 化学反应则进行得非常 缓慢， 近乎于停止。 当我们把它用于点亮手电筒的时候， 电流便从正极经过小电珠 流向负极， 这时化学反应又继续进行。 到了一定程度的时候， 电解液出现了干枯状 态， 干电池的化学反应逐渐慢下来， 最后停止， 电池也就没电了。 要想点亮手电筒


[2 1
图 2⁃3 右手定则及发电机原理 右手定则 发电机原理]B R S a) Y R N S e a A a" B S Y S C b)


a） b）
就得更换电池。 随着技术的发展， 生产出了可充电的干电池， 这些电池可重复利
用， 不但节约了原材料， 也为环境保护做出了贡献， 这是干电池发展的方向。
2. 蓄电池   蓄电池和干电池的原理是一样的， 所不同的是它把不同金属的两 个极板 （一般是铅和氧化铅） 直接放在盛有电解液 （一般是硫酸溶液） 的槽内， 并用直流电与极板连接充电后才能使用。 由于电解的作用， 铅板为正极， 氧化铅板 为负极， 并建立了电动势。 这种技术在汽车、 船舶、 发电机中使用， 同时在变配电 所及无线电、 通信领域中得到了广泛应用。 当贮存的电能即将被用完时再去充电， 循环使用， 有很高的实用价值。 随着技术的进步， 出现了很多性能优良的蓄电池， 一般分为铅酸蓄电池或镉镍 （碱性） 蓄电池两大类。
（四） 加热法


加热法就是当在两种不同金属 （一般为铂和康铜） 的连接点处加热时， 便会 在两种金属另一端头产生电动势， 铂为正极， 康铜为负极， 这就是热电偶， 但产生 的电压很低 （毫伏级）， 因此不能作为电源使用。 但是热电偶可以用来测量温度， 特别是800℃以上的温度一般都是用它来测量的， 并与变送器、 调节器及仪表装置 组成自动控制系统， 在工业生产中有着很大的实用价值。 随着技术的发展和新材料 的出现， 热电偶直接用太阳能加热而获取较多的电能直接使用是可以实现的。 3 1
第二章
（五） 光电法


（太阳电池） 光电法就是直接让光线 （主要指太阳的光线） 透过极薄的金膜照射在装设于 钢片上的半导体层上时， 便会在钢片 （ ＋极） 和金膜 （ －极） 间产生电压， 其中 半导体材料主要指硅、 硒等。 光电法有着很高的实用价值和广阔的前景， 除了用于 自动控制、 自动检测、 自动报警以外， 容量较大的光电池在空间飞行器、 电动汽 车、 海上导航、 牧区围栏、 交通信号、 微波通信电源以及工业及民用上的应用越来 越广泛， 见表 2⁃1。 另外， 利用定日镜将太阳光反射到接收器， 接收器将介质水变 为蒸汽去驱动汽轮发电机组的太阳能发电系统已正式投入运行和使用。
表 2⁃1   光伏发电技术的应用
[表 2⁃1   光伏发电技术的应用
（六） 压电效应及压电法]
"应 用 场 合":"计算器、 手表"
"功　 　 率":"＜ 1W"
"应 用 场 合":"小型信号灯、 远程数据采集、 野外报警电话等"
"功　 　 率":"1 ～ 10W"


"应 用 场 合":"电池充电器、 照明灯、 小型电器"
"功　 　 率":"10 ～ 100W"
"应 用 场 合":"冰箱、 水泵、 中型电器"
"功　 　 率":"100 ～ 500W"
"应 用 场 合":"户用电源系统 （城市）、 户外特种电源"
"功　 　 率":"5kW"


"应 用 场 合":"村级电站"
"功　 　 率":"5 ～ 10kW"
"应 用 场 合":"分散型联网或独立电站"
"功　 　 率":"10 ～ 100kW"
"应 用 场 合":"大型联网电器"
"功　 　 率":"1 ～ 10MW"
（六） 压电效应及压电法
石英单晶体和人工压电陶瓷多晶体， 当在一定方向上受到一定的压力时， 在两 对应的晶面上会产生正负不同的电荷而形成电压， 但这个电压很低 （微伏级）， 只 有配上适当的电容才会达到几十伏， 因此不能作为电源使用。 但是在自动检测技术 中却有着很广泛的应用， 可以制成传感器， 用于非电量的加速度、 动态力或压力的 测量。
（七） 霍尔效应法


置于磁场中的静止的载流导体中的电流方向 （这个电流称励磁电流） 与磁场 方向不一致时， 载流导体平行于电流和磁场方向上的两个平面之间即产生电压， 这 就是霍尔效应。 虽然这个电压很低， 不能用作电源， 但是在自动测量技术中却应用 很广。 它可以用来测量磁感应强度、 有功功率、 无功功率、 相位、 电能等参数； 在 自动控制与保护、 记录仪器和计算装置中， 可作为信号的读出与识别元件； 在非电 量的力、 压力、 加速度及微位移的测量中也有着极为广泛的应用。
另外， 近几年人们在研究磁流体发电和燃料电池方面也有了进展， 不久将会进 入实用阶段。
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五、 电流流过导体的效应及其应用
电流流过导体会有哪些效应和现象呢？
（一） 电磁效应及左手 定则
（电动机） （1） 电流流过导体 （线） 时会在导体 （线） 的周围产生磁场， 即电→磁。 磁
场的方向可以假设用右手定则来判断。 用右手握住导线， 拇指指向电流的方向， 则 四指指向磁场的方向， 这就是右手 （单导线） 定则， 如图 2⁃4a 所示。 由图可见， 通电单导线周围形成的磁场是以导线为中心的一个圆柱体， 且离中心越远， 磁场越 弱。


a） b） （2） 电流流过导线制成的线圈时， 在线圈的周围形成磁场。 这个磁场的方向同 样可以用右手螺旋定则来判断。 用右手握住线圈， 四指指向通过线圈的电流方向， 拇指则指向磁场的方向， 这就是右手螺旋定则， 如图 2⁃4b 所示。 由图可见， 通电 线圈周围形成的磁场同样也是以线圈为中心的一个圆柱体， 且离中心越远， 磁场越 弱。 这个螺旋定则在电动机线圈绕制和接线中有着重要的意义。 工程中使用的电磁 铁也是用这个原理制成的， 实际上右手螺旋定则和右手 （单导线） 定则是一致的， 把线圈的每一匝当作单导线并用右手 （单导线） 定则去判断磁场， 线圈的磁场就
是每一匝线圈磁场的合成； 或者把线圈所有的匝当做一根导线并用右手握住， 拇指 指向电流的方向， 四指也就是磁场的方向。
（3） 电流流过置于磁场中的导线时， 导线会因受力而失去平衡， 向一定的方向 偏移， 偏移的方向同样可用手来判断， 所不同的是用左手： 四指并拢， 拇指张开， 磁力线穿过手心， 四指指向电流方向， 则拇指指的方向就是导线受力后运动的方
5 1


[第二章
图 2⁃4 载流导体周围的磁场 长直通电导线周围的磁场 右手螺旋定则]B 磁力线 方向 电流方向


向。 这就是著名的左手 （电动机） 定则， 任何电动机的原理， 都是按通电导线在
磁场中运动的原理推导而成的。
通电导线在磁场中受力的大小可用式 （2⁃7） 计算。 F = BILsinα （2⁃7） 式中 F———导线受到的磁力 （N）；
B———磁感应强度 （T、 Wb ／ m2 或 V·s ／ m2）；
I———导线中的电流 （A）； L———导线在磁场中的长度 （m）； α———导线与磁力线的夹角 （°）。 通电线圈在磁场中转矩的大小可用式 （2⁃8） 计算， 其中转矩是力与受力距离 的乘积。 T = BIScosα （2⁃8） 式中 T———线圈的电磁转矩 （N·m）；
B———磁感应强度 （T、 Wb ／ m2 或 V·s ／ m2）；
I———线圈中的电流 （A）； S———线圈所包络的面积 （m2）； α———线圈平面与磁力线的夹角 （°）。 对于 N匝线圈， 其在磁场中的转矩 TN 见式
NBIScosα
（2⁃9）。 TN = （2⁃9）
如果把通电导线做成一个矩形线圈， 并把它的中轴用绝缘支架支承起来放入磁


[场中， 这时给它通以电流， 由于两个边中的电流方向不同， 受力的方向不同而形成 力偶， 我们看到的是这只矩形线圈在转动， 这就是电动机的雏形， 如图
2⁃5 所示。]d B N N a b S N B E l2cosa S 电刷 换向器 E a) b)


图 2⁃5 左手定则及电动机原理 左手定则 电动机原理
a） b）
（二） 电电效应
电电效应就是前面说的霍尔效应， 即电生电， 它更清楚地说明了电■磁■电之
6 1
间的关系。
（三） 电热效应
电流流过金属导体或金属制成的装置时， 导体会发热而放出热量， 利用这一现 象制成电暖气、 电饭锅等来取暖或煮饭， 制成电炉来冶炼等。 同时， 我们又看到由 于通电的导线能放出热量， 故在电机、 电器制造， 输电线路选择， 开关元件配置及 电路设计上要尽量少产生或不产生热量， 并采用不同的散热方法将热量散发出去， 如变压器的油箱及散热管、 电动机外壳上的散热片及其组成的风道、 大型电力电子 器件的散热器等。 同时， 在工艺上要求把螺母拧紧、 接线要压接、 铜导线的端子要 镀锡等， 这都是为了不因过大接触电阻而产生热， 都是不能忽视的实际问题。
（四） 电光效应
电流流过某些金属导体制成的灯丝时， 除了能放出热量外还能使灯丝变红发 光， 这就是人类最先利用电能的装置———电灯。 随着技术的发展， 目前已生产出上 千种不同的电光源产品， 如号称小太阳的氙灯。
（五） 电化学效应


电流流过导电溶液时能促进溶液中的化学反应过程并能使溶液中的金属阴极上 沉积金属阳极的离子或导电溶液中的阳极离子， 这是一个电能转换成化学能的电解 过程， 这和前述的化学法建立电压的过程是相反的。 电化学效应有着极为广泛的应 用， 在制取有色金属、 稀有金属、 氢、 氟、 氯、 盐酸及有机化合物， 在电解加工、 电镀、 电铸、 防腐工程上以及电化学传感器、 电化学分析上都有着重要地位。 电化 学已成为化工生产和科学研究的一个独立的分支学科。
六、 欧姆定律及其应用
电流流过导体时要受导体内部原子核及围绕原子核做不规则运动的电子的阻 碍， 把这种阻碍作用叫做导体的电阻。 导体的电阻与通过导体的电流及加在导体两 端的电压有什么关系呢？ 理论和实践均已证明， 流过导体电流的大小与加在其两端 的电压成正比， 与导体的电阻成反比， 这就是著名的欧姆定律， 见式 （2⁃10）。
I U ／ R
= （2⁃10） 式中 I———流过导体的电流 （A）；
U———加在导体两端的电压 （V）；
（Ω）。
电阻的单位是欧姆， 简称欧 （Ω）。 电阻是导体本身固有的特性， 它的大小与


电流、 电压无关， 电阻本身是耗能元件。 导体的电阻与导体的长度成正比， 而与其 截面积成反比。 不同导体的电阻是不同的， 用电阻率 ρ 来区别不同导体电阻的大 小， 把容易导电或者说电阻率小的导体叫做良导体， 如银、 铜、 铝、 铁。 当导体的 长度和截面积确定以后， 则可用式 （2⁃11） 来计算这段导体的电阻， 即
R = ρ LS
（2⁃11）
7 1
第二章
R———导体自身的电阻
式中 R———导体的电阻 （Ω）；
ρ———导体的电阻率 （Ω·mm2 ／ m）； L———导体的长度 （m）； S———导体的截面积 （mm2）。 电阻的进位关系： 1 千欧姆 = 1000 欧姆   或 1kΩ = 103Ω 1 兆欧姆 = 1000000 欧姆   或 1MΩ =106Ω 欧姆定律在实践中有着重要的实用价值， 由式 （2⁃10） 可知： （1） 在正常条件下， 电路的电压一般是比较稳定的， 因此电路中的电流主要由 其电阻决定。 当电阻趋向于无穷大的时候， 电流则变得很小甚至为零， 这时电路为 开路 （断路） 状态。 电路开路有两种情况： 一种情况是电路的开关断开或者导线


被烧断、 被拉断、 连接处松动断开等； 另一种情况是电路接入的是绝缘材料， 电流 不能流过， 这时电路开关虽然闭合， 但电流为零， 相当于开路， 但这时如果将电压 升高到一定程度， 电路中将出现很小的电流， 这个电流称为漏电流， 可用来衡量绝 缘材料的绝缘性能， 对于绝缘材料或开关来讲， 漏电流越小越好。 当电压再升高 时， 绝缘材料被高电压击穿而导致绝缘损坏， 这就是耐压试验的原理。 击穿时的电 压称为该材料的击穿电压， 不同绝缘材料的击穿电压是不同的。


（2） 当电路中的电阻趋向于零的时候， 电流则变得很大或无穷大， 这时电路为 短路状态。 电路的短路也有两种情况： 一种情况是由于绝缘的损坏、 电路的错接、 设备元器件的损坏、 自然条件使导线相互撞击而导致的短路， 这是不允许的， 否则 电流的热效应将会把电路、 设备、 元器件烧坏而酿成事故， 因此电路中必须装设短 路保护装置， 如熔断器、 断路器等， 以便发生短路时将电路自动切断。 另一种情况 是人为的短路， 如电炉是直接使电源的两个极相接， 利用短路电流放出的巨大热量 进行冶炼； 电焊机直接使电源两极相接短路， 利用这个短路电流放出的热量进行焊 接等。
（3） 欧姆定律可以指导我们在电工作业中正确地选择导线及元器件， 而保证在 正常条件下电气系统的安全运行。
七、 物质导电性能的分类


物质按其导电性能一般可分为绝缘体、 导体和半导体三种。 其中绝缘体是指那 些电阻率很大的物体， 如瓷、 玻璃、 云母、 木材、 橡胶、 空气、 胶木、 塑料、 布、 纸、 矿物油等， 它们的电阻率一般都在 109Ω·mm2 ／ m以上； 导体是指那些电阻率 很小的金属体， 如银、 铜、 铝、 铁等， 它们的电阻率一般在 0. 5Ω·mm2 ／ m 以下。 但是绝缘体和导体之间并没有严格的界限， 当在绝缘体上施加的电压无限增大而使 其被高电压击穿时， 绝缘体即变成了导体， 如高压之间空气间隙的放电。
由于受温度的影响， 一般的材料 （如银、 铜、 铝） 电阻都随温度升高而增大， 被称之为具有正温度系数； 而有些材料 （如锰铜、 碳） 其电阻却随温度升高而减
8 1
第二章


小， 则被称为具有负温度系数。 利用这些性质， 可以做成温度补偿器， 以弥补由于 温度影响而使测量系统或控制系统失调的缺陷。 由于铂、 铜、 镍物理化学性能稳 定， 常用来制成热电阻、 测量温度的传感器， 并可以用作速度、 浓度和密度等非电 量的测量。 这些内容已成为独立的分支学科， 在传感器技术和自动控制、 自动测量 上都占有很重要的地位。
介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体， 如硅、 硒、 锗等， 它们有独特的导 电性能， 被制成晶体管、 晶闸管及集成电路， 构成了电子学的基本器件。 随着电子 技术的发展和大规模集成电路的出现， 电力电子技术和微型计算机技术已成为电工 技术的重要分支学科。
一些导体在低温下电阻突然消失， 即称为零电阻现象。 这种在低温下发生的零 电阻现象称为物质的超导电性， 具有超导电性的材料则为超导体。 但是低温超导电 性受到了磁场的影响而无法得到实际应用。 高温超导材料的发现， 把超导技术推向 了实际应用阶段。 超导技术也成为了电工技术独立的分支学科。
八、 楞次定律和电磁感应


楞次定律与法拉第电磁感应定律是一致的， 它的主要贡献是阐明了感应电压或 感应电流的方向， 如图 2⁃6 所示。
图 2⁃6a中条形磁铁穿入线圈使其磁场由无 （弱） 变为有 （强） 时， 即有了变 化的磁通 ΔΦ， 这个变化的磁通要在闭合的线圈上产生感应电流 i， 这个变化的感 应电流 （从无到有） 也要产生一个磁通 Φi， Φi 与 ΔΦ是相反的， 因此 Φi 要阻止
ΔΦ的增加； 当条形磁铁从线圈中取走时， 又产生了一个变化的磁通 ΔΦ， 这个磁 场是由有 （强） 变为无 （弱）， 同样要产生感应电流 i， 这个变化的电流 （从无到
有） 也要产生一个磁通 Φi， Φi 与 ΔΦ 是相同的， 因此 Φi 要阻止 ΔΦ 的减少。 同 样， 图 2⁃6b中的开关 S在闭合或打开的瞬间都要使原线圈 1 的磁场发生变化， 这 个变化的磁场要穿过临近的线圈 2， 使线圈 2 的磁场变化而产生感应电流， 这个感 应电流产生的磁场要阻碍线圈 1 的磁场变化。 用右手螺旋定则握住线圈， 拇指指向
磁力线的方向， 则四指就指向感应电流的方向。 图 2⁃6c 表示线圈面积的变化也能 产生感应电流。


楞次定律指出， 电磁感应过程中， 感应电流产生的磁场总是要阻碍原有磁场的 变化。 楞次定律和法拉第定律奠定了自感、 互感、 变压器和电机的理论基础。
九、 自感、 互感和电感及其应用
（一） 自感和电感
由于线圈中电流的变化而引起磁场的变化， 导致线圈中产生感应电压， 这就是 自感， 该电压叫自感电压， 如图 2⁃7 所示。 开关闭合时， 灯泡 HL1 亮得很快， HL2 亮得很慢； 开关断开时， 由于电路已经断开， 但 HL1 和 HL2 都闪亮一下渐渐熄灭。
用楞次定律很容易解释这种现象。 开关闭合时， 线圈中的电流由无到有， 变化的电 流使线圈中建立了磁场 （由无到有）， 变化的磁场在线圈中感应出了电流， 但是这
[9 1
图 2⁃6 电磁感应实验 磁场变化 电流变化 线圈面积变化]S S 拔出 插人 N N A A e S N a) 2 S R E b) N N S 拉开 松手


2⁃7
个电流与电源所加的电流的方向是相反的， 因此 HL2 亮得慢。 同样开关打开时电流是由有变无， 磁 场也是由有变无， 线圈产生感应电流， 但这个电流 与原来电流方向相反， 并经过 HL1、 HL2、 L 形成回 路放电， 而使 HL1、 HL2 同时闪亮。
不同线圈所感应出的电压是不同的， 为了衡量 线圈本身的这种性质， 引出电感 （L） 这个概念， 而 把线圈称为电感线圈， 简称电感。 电感的单位是亨 利， 简称亨 （H）， 它是与线圈匝数、 几何形状及其线圈内的介质有关的量， 它与 电流和磁场的关系见式 （2⁃12）。
单位式： 1H （亨利） = 1Wb （韦伯）
1A （安培） （2⁃12）
定义式： 电感 =磁通
电流 或 L = ΦI （2⁃13）
电感在电工技术中有着极为重要的意义。
（1） 电感线圈中的电流不能突变， 在电路中具有稳定电流的作用， 在线圈的直 流电阻一定时， 电感越大， 稳流作用越强， 因此电感是一种储能元件。 用万用表欧 姆挡测量大型电机或变压器的绕组电阻时， 指针上升得很慢， 因此电感又能起到限 制电流的作用。 它在交流电路中的意义更大。


（2） 因为电感两端的自感电压很高， 因此用开关切断电感与电路的连接时将产 生强大的电弧。 断路器或开关必须有切断电弧的装置， 以避免弧光短路或烧坏开关 的触头。 另外利用自感电压很高的原理制成镇流器， 用以点燃荧光灯的灯丝。
（3） 在电力变压器、 电机的结构中， 电感线圈占主导地位。 在电子电路中， 电 感在滤波和振荡电路中起着重要的作用。
（二） 互感
两个线圈之间的电磁感应叫互感， 图 2⁃6b 已进行了说明。 由互感产生的电压 叫互感电压， 这就是变压器的原理。
（三） 电感线圈的连接


电感线圈中感应电压的方向， 不但与磁场的变化有关， 还与线圈导线的绕向有 关。 因此， 线圈的连接必须遵循一定的原则， 图 2⁃8 中， 两只完全相同的线圈由于 连接方法不同， 则得到的效果不同。 图中 S1 断开、 S2 闭合时， HL2 由于两只线圈 产生的自感电压大小相同、 方向相反而互相抵消， 则灯不亮， 而 HL1 由于感应电 压大小相同、 方向相同而互相叠加， 则灯突亮一下。 因此， 电感线圈的头和尾以及 其线圈的绕向是一个很重要的参数， 在变压器、 电动机及其他多只线圈结构的电气 设备接线是一个不容忽视的技术。 因此， 这些设备的线圈的头和尾都有明确的标 志。
1 2
[第二章
图 自感线圈的连接]S HL2 2 S1 E


2⁃8
十、 电容及电容器的应用
[我们把被绝缘体分开的两个导体的总成叫做电容器， 其中两个导体叫做极板， 中间的绝缘体叫做介质。 电容器有一个重要的特性， 就是能把电荷存储起来。 图 2⁃9中， 当开关闭合后小灯泡 HL1 （发光二极管） 点亮， 当开关断开时， 小灯泡不 是立即熄灭， 而是渐渐由亮到灭。 这说明开关闭合后， 电容器存储了电能， 当开关 断开后， 小灯泡充当了电容器的放电回路。
图 电容的充电储能实验]C HL2 mA R V S E


2⁃9
电容器存储电能是电容器本身的特性， 与所加的电压无关， 平行板电容器的电 容与平行板的面积成正比， 与两板的距离成反比， 见式 （2⁃14）。
C = ε Sd
（2⁃14）
式中 C———电容 （F）；
S———极板面积 （m2）； d———极板距离 （m）； ε———介电常数， 与介质有关的物理量 （F ／ m）。 电容的进位关系：
1μF （微法） = 106pF （皮法）
1F （法拉） = 106μF （微法）
2 2
法拉的单位很大， 一般常用 μF或 pF。 我们定义： 极板的电压为 1V， 而存储的电荷为 1C时， 其电容量为 1F。 电容器除了电容量 （F） 以外， 还有一个重要的参数， 即额定电压， 因此在使 用电容器时要注意这一点， 否则要被击穿， 特别是在串联使用时， 不同电压、 不同 容量的电容器要经过计算。 在交流电路中使用电容器时， 其额定电压应不小于交流 电压的峰值， 即有效值的 2倍。 另外， 一般的电容器不分极性， 但有些电容器在外 壳标有 “ ＋ 、 － ” 符号， 如电解电容器， 有单向导电性， 因此使用时必须接对正


负极。 电解电容器一般体积很大， 电容量也大。
十一、 直流电流对电阻、 电感、 电容的作用
直流电就是从电源正极流经用电器又回到电源负极、 方向和大小都不变的电 流。 实际上直流电是相对交流电而言的。
前述内容中， 对电阻、 电感、 电容三大元件的结构、 性能进行了说明， 并指出 电阻是耗能元件， 电感和电容是储能元件。 三大元件是电工学中最重要的元件， 它 们及它们的组合可以模拟所有的电气装置。 直流电流对它们有什么作用呢？ （1） 电流流过电阻要放出热量， 将电能变成热能而消耗掉， 这个热量可用式 （2⁃15） 表示。
Q I2Rt
= （2⁃15） 式中 Q———电流流过电阻放出的热量 （J）；
I———电阻上流过的电流 （A）； R———电阻值 （Ω）；
t———电流流过电阻的时间 （s）。 根据欧姆定律 I = UR 或 U = IR， 式 （2⁃15） 可写成
Q = U 2 R t   或 Q = UIt
（2⁃16）
假如 R就是灯泡的电阻， 当接在电路中时， 开关一闭合灯泡点亮， 开关一断


开灯泡熄灭， 加在灯泡上的电压及流过灯泡的电流是同时产生的， 没有先后之分， 这是电阻很重要的性质。
（2） 电流流过电感时， 电感 L本身并不消耗电能， 而是把电能转换成磁能存储 起来， 这个能量可用式 （2⁃17） 表示。
WL = 1 LI 2
2 （2⁃17） 式中 WL———流过电感的电流稳定后电感存储的磁能 （J）；
L———电感 （H）；
I———流过电感的电流 （A）。
严格地讲， 电感线圈也要消耗小部分电能， 因为制成线圈的导体本身是有电阻
3 2
第二章
的， 但是电阻较小， 在纯电感电路中就忽略不计了。 为了说明这一点， 常把线圈画 成
这种形式， 用 表示它的直流电阻， 用
表示它的电感， 该电阻消耗的能量可用式 （2⁃15） 计算， 消耗掉的 能量叫做铜损。
由图 2⁃7 可知， 开关闭合时灯泡 HL2 是由灭到亮慢慢点亮的， 虽然电压已经加


到它的两端， 而电流却是由零开始逐渐增加的， 可以说线圈上先有电压而后有电 流， 时间上是不一致的， 或者说电流滞落于电压， 这是电感很重要的性质。 而当开 关断开时， 已经没有电源电压， 但灯泡 HL1 和灯泡 HL2 都要闪亮一下才渐渐熄灭， 这是电感将存储的磁能变成电能又释放出来的结果。 如果没有灯泡 HL1 这个放电 回路， 灯泡 HL2 也不会闪亮， 磁能将存储在电感线圈里， 这就是当大型变压器、 电动机脱离电源后要进行人工放电操作的道理。 同时， 可以看到， 能量转换的过程 必然有一个时间， 因此电感的电流不能突变， 而电流由一个状态 （有） 变到另一状 态 （无） 时也有一个过程， 这就是能量转换的过程。 其中转换时间可用式 （2⁃18） 计算。
= LR
（2⁃18）
式中 ———电感电路中电流达到稳态的时间常数 （s）；
L———电感
（H）；
R———电感电路的总电阻， 包括其直流电阻 （Ω）。 （3） 电流流过电容时， 电容 C本身并不消耗电能， 而是把电能存储起来， 这个 能量可用式 （2⁃19） 来表示。
WC = 1 CU 2


2 （2⁃19） 式中 WC———电容器储存的电能 （J）；
C———电容
（F）； U———电容两端的电压 （V）。
严格地讲， 电容不消耗电能， 但是由于介质的性能和潮湿的原因， 电容易出现
漏电现象， 这个电流叫漏电流， 是衡量电容好坏的主要指标。 漏电流大电容则发
热， 因此， 运行中的电容必须监视它的温度及几何形状的变形。
由图 2⁃9 可知， 开关闭合时灯泡 HL2 突亮一下后渐渐熄灭， 检流计的指针突摆
一下后慢慢回到零位， 而电压表的指针则是慢慢由零指向电压值。 这就是说， 开关 接通瞬间有一冲击电流流过电容， 然后缓慢减小， 最后变为零； 而电容上的电压则 是慢慢由零开始直到电源电压 （当灯泡熄灭时）， 我们把这个过程叫做充电。 在这
个过程中电流先流过电容而电压是在电流之后才建立的， 时间上是不一致的， 或者 说电压滞落电流， 这是电容很重要的性质， 并且与电感正好是相反的。 当开关断开 时， 已经没有电源电压， 但灯泡 HL1 和灯泡 HL2 都要闪亮一下而渐渐熄灭， 检流
4 2
第二章


计的指针突摆一下后慢慢回到零位， 且与充电时的方向相反， 电压表的指针则是由 电源电压慢慢回到零位， 我们把这个过程叫做放电。 如果没有灯泡 HL1 和电压表 这个放电回路， 灯泡 HL2 不会突亮， 电能将存储在电容上， 这就是当装有大量电 容器的线路或设备脱离电源后要进行人工放电的道理。 同样， 可以看到充电和放电 过程中 （实际上是能量转换过程） 有一个时间过程， 因此电容上的电压不能突变， 电流由充电到放电也有一个过程， 这个能量转换过程需要的时间可用式 （2⁃20） 来 计算。 =
RC
（2⁃20）
式中 ———电容充电或放电时间常数 （s）；
R———充电或放电回路的电阻
（Ω）； C———电容 （F）。 同时， 当电流是变化的电流时 （接通时电流是由无到有）， 电容才能通过电
流， 而当电流达到稳态不变化时， 电容不能通过电流。 因此电容能稳压且隔直
（直流电流不能通过电容）， 十二、 元件的串联、 并联及其意义和应用
这也是电容很重要的性质。
（一） 元件连接的规则


前面已经介绍了电路中的主要元件， 如电源、 开关、 电阻 （灯泡）、 电感、 电 容、 电压表、 电流表 （检流计） 等， 这些元件在电路中都存在一个连接的问题， 有的是不同元件之间的连接， 有的则是同样元件之间的连接。 因为元件是按 “头”、 “尾”、 “ ＋ ”、 “ － ” 等条件区分接线端的， 因此元件的连接是一项很重要 技术， 这里把元件的接线端作如下的规定： （1） 直流电源是有极性的， 一般情况下正极 （ ＋ ） 应接开关的静触头， 而负 极 （ － ） 应接用电器电流流出的端子。
（2） 开关是没有极性和头尾之分的， 但是规定静触头为电流的进线端， 动触头 为电流的出线端， 即进线为头， 出线为尾， 头接电源， 尾接用电器。
（3） 电阻是没有极性和头尾之分的， 但是螺口灯泡的螺口顶部为电源的进线， 即头， 而螺口为出线， 即尾。 因此， 与电源正极接的端子为头， 而另一端子为尾。
（4） 电感是有极性的或者说有头尾之分的， 如果头接电源正极， 而尾必接电源 负极， 而头接负极， 尾则必接正极。


（5） 电容一般情况下没有极性， 而电解电容则有正负极之分， 其正极与电源正 极相接， 而负极与电源负极相接。
（6） 直流电压表和直流电流表是有极性的， 正极与电源正极相接， 负极与电源 负极相接。
因此， 图 2⁃9 中， 电源与开关的连接为串联； 电阻 R 与灯泡 HL1 的连接为串 联， 串联后与电源回路并联； HL2 与电容和电流表为串联， 而后与灯泡 HL1 回路并 联， 与电源回路也是并联； 电压表与电容是并联。
5 2
相同元件之间的一个元件的负极与另一个元件正极的连接、 一个元件的出线端 与另一个元件的进线端的连接、 一个元件的尾与另一个元件的头的连接叫做串联， 串联后的元件也叫做串联元件组。 而相同元件之间的正极 （包括进线端、 头） 与 另一元件的负极 （包括出线端、 尾） 的连接叫做并联， 并联后的元件也叫做并联
[元件组， 如图 2⁃10 所示。
图 元件的串联和并联]


2⁃10
（二） 电源的连接
（1） 电源的并联必须是电压相同、 内阻 （指电源的直流电阻， 一般用 r 表示） 相同的电源才能并联， 否则易形成环流或电压不平衡， 使电路或元件出现故障。 电 源的并联， 输出电压不变， 而输出电流为并联电源的输出电流的和。 电源并联还应 考虑输出电流的一致性， 一般不应大于 5％ 。
（2） 电源必须在输出电流相同、 内阻基本相同时才能串联。 电源串联时输出电
流不变， 而输出电压为串联电源输出电压的和。 其中并联常用于单个电源输出电流 较小、 不能满足系统电流需要的电路中， 而串联常用于单个电源输出电压较小、 不 能满足系统电压需要的电路中。
（三） 开关或触头的连接
1. 开关的连接   开关的并联常用于重要负荷的系统作为备用或旁路， 因此并 联的开关其额定电压、 额定电流应满足系统最大额定值的需要； 开关的串联常用于 供电系统或开关柜中， 作为主要开关检修时进线和出线的隔离保护， 其额定电压、 额定电流应满足系统最大值的需要， 如图 2⁃11 所示。
2. 触头的连接   常用于控制保护系统。 常用触头的并联和串联的意义见表 2⁃2。


[6 2
图 并联]I段 10kV母线 II段 10kV母线 QS2' QS1 QS1 QF QF QS2 QS3 b)


2⁃11 高压开关元件的串联、
表 2⁃2   触头串联或并联使用的功能作用
[表 2⁃2   触头串联或并联使用的功能作用
（四） 电阻的连接]

"触头形式":"常开"
"连接方式":"串联"
"功　 能　 作　 用":"所有触头都闭合， 电路才能得电"
"逻辑关系":"与"

有一个触头断开， 电路便断电 或

"触头形式":"常开"
"连接方式":"并联"
"功　 能　 作　 用":"有一个触头闭合， 电路便得电"
"逻辑关系":"或"

所有触头都断开， 电路才能断电 与

"触头形式":"常闭"
"连接方式":"串联"
"功　 能　 作　 用":"所有触头都闭合， 电路才能得电"
"逻辑关系":"与"

有一个触头断开， 电路便断电 或

"触头形式":"常闭"
"连接方式":"并联"
"功　 能　 作　 用":"所有触头都断开， 电路才能断电"
"逻辑关系":"与"

有一个触头闭合， 电路便得电 或
（四） 电阻的连接
电阻的连接见表 2⁃3。
（五） 电容的连接
电容的连接见表 2⁃3。
（六） 电感的连接
电感的连接见表 2⁃3。
（七） 电表的连接


由图 2⁃9 中可知电压表是并联于被测元件两端的且正极接电源正极， 负极接电 源负极； 而电流表 （检流计） 是串联于被测元件回路上的， 且正极接电流来的方 向， 负极接电流去的方向。 为了测量精确， 电压表的阻值非常大， 以减小分流作
7 2
第二章
表 2⁃3   电阻、电容、电感的连接
[表 2⁃3   电阻、电容、电感的连接
28]


"类型 元件":"电"
"连接 方式":"并联"
"图　 　 形":""
"等效图形":""
"基本计算公式":"1 RΣ = 1R1 ＋ 1R2 ＋… ＋ 1Rn R1 = R2 =… = Rn 时"
"特性、用途及要求":"　 电阻越并越小，并且小于其中最小的阻值（因越并 截面积越大） 　 并联电阻电路的电压相等 UR1 = UR2 =… = URn 　 并联电阻电路有分流作用，总电流为各分路电流 之和，即"


"类型 元件":""
"连接 方式":""
"图　 　 形":"RΣ = 1 n R1"
"等效图形":"　 额定电压相等"
"基本计算公式":"IΣ = I1 ＋ I2 ＋… ＋ In 一般的电器都是并联使用的，电器两端的电压与"
"特性、用途及要求":""


阻 串联    RΣ = R1 ＋ R2 ＋… ＋ Rn R1 = R2 =… = Rn 时 RΣ = nR1 　 大） 　 串联电阻电路的电流相等 　 压之和，即 电阻越串越大，且大于其中最大阻值（因越串越 IR1 = IR2 =… = IRn 串联电阻电路有分压作用，总电压为各电阻上电 UΣ = U1 ＋ U2 ＋… ＋ UR 常用于电子电路或分压电路
电 容 并联     　 电容越并越大，且大于其中最大电容值（因极板


 CΣ = C1 ＋ C2 ＋… ＋ Cn ZΣ = Z1 ＋ Z2 ＋… ＋ Zn 当 C1 = C2 =… = Cn 时 CΣ = nC1、ZΣ = nZ1 　 面积越并越大） 　 　 并联电容电路的电压相等 U1 = U2 =… = Un Z = XC = 1 2πfC 常用于功率因数补偿电路
28
电工实用技能手册


[电工实用技能手册
用， 而电流表的阻值非常小， 以减小被测系统的阻值。 因此， 电压表的线圈是用很 细的绝缘导线绕制几千匝而成， 而电流表的线圈则是用很粗的绝缘导线绕制几匝而 成。 把电压表的那种线圈叫做电压线圈， 而把电流表的那种线圈叫做电流线圈， 这 在电气仪表、 变压器、 互感器、 继电器、 电焊机、 断路器等设备元器件上都是这样 的。 因此， 可用以区分什么是电压线圈， 什么是电流线圈。]


"　 类型 元件 　":"电 容"
"连接 方式":"串联"
"图　 　 形":""
"等效图形":""
"基本计算公式":"1 CΣ = 1C1 ＋ 1C2 ＋… ＋ 1Cn 1 ZΣ = 1Z1 ＋ 1Z2 ＋… ＋ 1Zn 当 C1 = C2 =… = Cn 时"
"（续） 特性、用途及要求":"　 电容越串越小，且小于最小电容值（因 d 越来越 大） 　 串联电容电路的充电电流相等 I1 = I2 =… = In Z XC 1"


"　 类型 元件 　":""
"连接 方式":""
"图　 　 形":"CΣ = 1 n C1、ZΣ = 1 n Z1"
"等效图形":"　"
"基本计算公式":"= = 2πfC 常用于电子电路或分压电路中"
"（续） 特性、用途及要求":""


电 并联  　 只讨论没有 互感作用下的 并联  1 LΣ = 1L1 ＋ 1L2 ＋… ＋ 1Ln 1 ZΣ = 1Z1 ＋ 1Z2 ＋… ＋ 1Zn 当 L1 = L2 =… = Ln 时 LΣ = 1 n L1，ZΣ = 1 n Z1 　 　 并联电感的电压相等 　 电感越并越小，总阻抗也越来越小，Z = 常用于电动机绕组的制作，连接时首尾必须正确 XL = 2πfL


感 串联  　 只讨论没有 互感作用下的 串联  IΣ = L1 ＋ L2 ＋… ＋ Ln ZΣ = Z1 ＋ Z2 ＋… ＋ Zn 当 L1 = L2 =… = Ln 时， LΣ = nL1，ZΣ = nZ1 　 　 串联电感的电流相等 　 电感越串越大，总阻抗也越来越大，Z = 常用于电动机绕组的制作，连接时首尾必须正确 XL = 2πfL
用， 而电流表的阻值非常小， 以减小被测系统的阻值。 因此， 电压表的线圈是用很 细的绝缘导线绕制几千匝而成， 而电流表的线圈则是用很粗的绝缘导线绕制几匝而 成。 把电压表的那种线圈叫做电压线圈， 而把电流表的那种线圈叫做电流线圈， 这 在电气仪表、 变压器、 互感器、 继电器、 电焊机、 断路器等设备元器件上都是这样 的。 因此， 可用以区分什么是电压线圈， 什么是电流线圈。
第二节 交流电路和三相交流电在工程中的应用


在第一节中主要讲述的是方向和大小都不变的直流电， 但是实际生产和生活中 大多用的是交流电。 其实交流和直流并不矛盾， 只是交流电有了时间的概念， 就某 一时刻来讲交流电就是直流电。 因此， 定义大小和方向都随时间变化的电流 （电 压） 为交流电， 由式 （2⁃5） 可知， 交流电随时间变化的规律是符合正弦变化规律 的。
2⁃12
一、 单相交流电的概念
由式 （2⁃5） 可知， 运动的导线切 割磁力线所产生的感应电动势 E （这里 用小写 u 表示感应电压， 因为在交流电
里电压值是一个瞬时值， 以便与大写 U 区别） 是与 sinα有关的， 如果这根导线 在磁场里做匀速圆周运动， 转一周为 360°， α变化了 360°， 而 BLv 的积为定 值， 则 u 的各点瞬时值即为正弦的图 像， 如图 2⁃12a 所示。 由图 2⁃3 可知， 线圈的两个边产生的感应电压值相等， 方向相反， 一个向外另一个向内 （或一 个向内另一个向外）， 由于线圈是连接 的整体， 因此线圈产生的电压为
u


= 2BLvsinα = Umsinα （2BLv是定值， 令 Um = 2BLv） = Umsinωt （α为 t时间内线圈转过的角度， ω为角速度） （2⁃21） 因此， 当线圈转动一周时， α = 2π， u 再重复正弦规律的变化， 这一周的时间 为一个周期 （T）。 如果将原来的一对磁极变成两对磁极， 如图 2⁃12b所示， 则线圈
每转一周， 而感应电动势要按正弦规律变化两个周期， 因此引出电角度的概念。 当 有一对磁极时， 线圈转一周 （机械角度）， u 则变化一周 （电角度）， 这时机械角 度与电角度相同。 两对磁极时， 线圈转一周 （机械角度）， u 则变化两周， 这时电 角度为机械角的两倍， 有 p对磁极的发电机中电角度是机械角度的 p 倍， 即 α电 = pα机。
[0 3
图 单相交流电的产生]e Y' 转子转一周的时间 b


第二章
这样在任一时刻都能用式 （2⁃21） 表示 u的瞬时值。 但是发电机起动时线圈的 起始位置是随机的， 因此引入一个表明线圈初始位置的量 φ， φ 是与磁场中心水平 轴的夹角， 称为初相角， 这样式 （2⁃21） 可写为如下形式：
= ＋ （2⁃22）
u Umsin（ωt φ）
（一） 交流电的三要素
式 （2⁃22） 中的 Um、 ω和 φ称为交流电的三要素， 这三个量可以具体地描述 交流电。
1. 最大值或峰值 Um  由式 （2⁃22） 可以看出 u 是一个随时间变化的量， t 确 定后 u为一瞬时值， 当 （ωt ＋ φ） 正好为 90°的整倍数时， sin（ωt ＋ φ）等于 1，这时 u = Um， 也就是正弦的顶点， 这时交流电的电压最高， 交流电在一个周期内要出现 两次峰值， 但方向相反。 Um 是发电机固有的量。
2. 角频率或角速度 ω ω的单位是弧度 ／秒 （ rad ／ s）， 表征转子的转速。 频率 是 1s内交流电变化的次数， 用 f来表示， 单位是赫兹 （Hz）， 因此 ω和 f有以下的 关系：


ω = 2πf u = Umsin（2πft ＋ φ） f = 1T
（2⁃23） （2⁃24） （2⁃25）
我国电力系统中交流电的频率 f = 50Hz， 周期 T = 0. 02s， 因此式 （2⁃24） 一般 可写为
u Umsin（314t φ）
= ＋ （2⁃26）
3. 初相角 φ φ的单位为弧度 （rad）， 如果 t = 0， 则 u = Umsinφ， 初相角也叫
初相位。 频率相同的交流电中两个及两个以上的量可用 φ来表征它们的特征。
（1） 如果 φ1 = φ2， 则称两者同相。 （2） 如果 φ1 ＞ φ2， 则称 u1 超前 u2， 或 u2 滞后 u1， 其中 φ1 － φ2 叫做相位差。
（3） （二） 交流电的表示方法 － = 180° = π，
如果 φ1 φ2 则称两者反相。
交流电一般用解析法表示
e = Emsin（ωt ＋ φ1） u = Umsin（ωt ＋ φ2） i Imsin（ωt φ3）


（2⁃27） （2⁃28） = ＋ （2⁃29） 其中 e表示发电机出口电压瞬时值， Em 表示发电机出口电压最大值， 为了与 u 和 Um 区分， 把 e和 Em 叫做电动势。 i 表示交流电的电流瞬时值， Im 为电流最大
值。
（三） 有效值和平均值
1. 有效值   交流电是随时间变化的电能， 为了和直流电在热效应上取得一致，
1 3
提出有效值的概念， 常用 E、 U、 I来表示， 有效值是用最大值来表征的 电动势有效值 =电动势最大值 2  或 E = Em 2
电压有效值 =电压最大值 2  或 U = Um 2 电流有效值 =电流最大值 2  或 I = Im 2 我们所说的交流电压 10kV、 380V、 220V 和交流电流 100A、 10A、 5A 等都指 的是有效值， 工程中将不再引出 u = Umsin（ωt ＋ φ）及最大值的概念。 需要说明的一 点就是在选用电气元器件及电容时， 一定要考虑到最大值， 如 220V、 10μF的电容


用在 220V 的电路中是不行的， 因为该电容承受的最高电压是 220V 的 2倍， 即 310V， 所以用在 220V上的电容的额定电压应大于 310V， 一般选用 400V 或 500V。 交流电路的计算均使用有效值。
2.
平均值   平均值在工程中一般不常用， 这里仅给出其关系式
电动势平均值 = 2π （电动势最大值） 电压平均值 = 2π （电压最大值） 电流平均值 = 2π （电流最大值）
其中 2π = 0. 637。
二、 交流电流对电阻、 电感、 电容的作用和意义
1. 交流电流对电阻   交流电流流过电阻时同直流一样要放出热量， 把电能消 耗掉， 式 （2⁃15）、 式 （2⁃16） 同样适用于交流， 但是使用的是有效值。 加在电阻 上的电压和流过电阻的电流是同时到达的， 因此电流和电压是同相位的， 可用 u和 i的瞬时数学式表示， 即
uR = Umsin（ωt ＋ φ） iR = Um R sin（ωt ＋ φ）
（2⁃30） （2⁃31）
其中 Um R 为流过电阻的电流最大值。


2. 交流电流对电感   交流电流流过电感时电感对电流有阻碍作用， 把这种作 用定义为感抗 （XL）
XL
= 2πfL （2⁃32） 式中 XL———电感的感抗 （Ω）；
f———电流的频率 （Hz）， 我们用的交流电 f为 50Hz；
2 3
L———电感
（H）。 由式 （2⁃32） 可知， 感抗是与频率有关的量， 频率越高， 感抗越大。 这也适合 直流， 因为直流的 f = 0， 所以电感线圈对直流只是在接通瞬间有阻碍作用 （接通 瞬间电流有变化， 是由无到有， f很大则 XL→∞ （无穷大））， 接通后 f = 0， XL = 0 即为通路了。 正因为感抗的作用， 交流电流过电感时， 电流不易流过， 总滞落电压 90°， 即 π2 ， 可用 u和 i的瞬时数学式表示
uL = Umsin（ωt ＋ φ） （2⁃33） iL = Um XL sin ωt ＋ φ － π2 ( ) （2⁃34）
其中 Um XL 为流过电感的电流最大值。


同时， 交流电流过电感线圈时并不消耗电能， 只是与电源之间进行能量的交 换， 在一个周期内的四个 1 ／ 4 周期内， 第一个 1 ／ 4 周期和第三个 1 ／ 4 周期内把电能 储存起来， 而在第二个 1 ／ 4 周期和第四个 1 ／ 4 周期把能量再放出来， 能量的计算也 用式 （2⁃17） 进行， 并且使用有效值。
3. 交流电流对电容   交流电流流过电容时电容对电流也有阻碍作用， 把这个 作用定义为容抗 （XC）， 即
XC = 1 2πfC
（2⁃35）
式中 XC———电容的容抗 （Ω）；


f———电流的频率 （Hz）， 我们用的交流电 f为 50Hz； C———电容 （F）。 由式 （2⁃35） 可知容抗是与频率有关的量， 频率越高， 容抗越小。 这同样也适 合直流， 因为直流的 f为零， 所以电容对直流只是在接通瞬间能流过电流 （接通时 电流由无变为有， f很大， X 则→0， 因此电流能流过）， 接通后 f = 0， 则 XC→∞ （无穷大） 则为断路了。 正因为容抗的作用， 交流电流流过电容时， 电压总受到阻 碍而电流容易流过， 因此电流总超前电压 90°， 即 π2 ， 同样可用 u 和 i 的瞬时数学
式表示为
uC = Umsin（ωt ＋ φ） （2⁃36） iC = Um XC sin ωt ＋ φ ＋ π2 ( ) （2⁃37）
其中 Um XC 为流过电容的电流最大值。
交流电流过电容时并不消耗电能， 只是与电源之间进行能量的交换， 同样是在 一个周期内的四个 1 ／ 4 周期内， 第一与第三个储存电能， 第二与第四个把电能再放
3 3
第二章
出来， 能量的计算也可用式 （2⁃19） 来进行， 并使用有效值。
交流电流对 R、 C、 L的作用要点见表


三、 交流电流对 R、 L、 C串联和并联电路的作用和意义
2⁃4。
实际工程中最常见的是 R、 L串联后与 C并联的电路， 交流电流对这样的元件
4 3
[又是怎样的作用呢？
图 电阻 R、 电感 L串联电路及参数关系]R uR L UR a) b) U Z X1 UL UR R P 阻抗三角形 功率三角形 电压三角形 e) d)


2⁃13
1. RL串联电路 R和 L串联电路是最常见的电路， 如电动机、 变压器等。 在
第一节十一中已经引出了这样的电路， 但只有在交流电路中才有实用意义。 RL 串 联电路如图 2⁃13a所示， 交流电流流过 RL 串联电路时， 根据串联电路电流相等的 原则， 流过 R的电流与流过 L的电流是相等的且为同一个电流， 这个电流在电阻上 的电压 IR与电流是同相的， 而在电感上的电压 IXL 则超前电流 90°， 这两个电压的 和是由 IR和 IXL 围成的矩形的对角线， 也就是说对角线的长度及数值才是电源的 总电压 U。 用 IR、 IXL 为直角边， U 为斜边围成的三角形叫做电压三角形， 如图


2⁃13b所示。 因为电路的电流相等， 电压三角形的每个边都除以 I 则得到 R、 XL 和 U ／ I围成的三角形， U ／ I定义为阻抗 Z， 因此得到了阻抗三角形； 同样电压三角形 的每边都乘以 I则得到 I2R、 I2XL 和 IU围成的功率三角形。 定义电阻上的功率叫做 有功功率 P， 电感上的功率叫做无功功率 Q， 斜边表示的电源输入功率叫做视在功 率 S。 同时我们看到的三个三角形是相似形， 其夹角 φ是相等的， 定义为功率因数
角， 其余弦 cosφ为功率因数， φ值越小， P和 S越接近相等， Q则越小， 否则 Q越
表 2⁃4   交流电流对 R、L、C的作用要点


[表 2⁃4   交流电流对 R、L、C的作用要点
第二章]

"元件":"R"
"简　 图":""
"相 量 图":""
"相位":"　 电流电压 同相"
"相 位 的 含 义":"　 电流和电压是同时到达的，因此 相位是一致的"
"功率及单位":"PR 有功功率 千瓦（kW） 瓦（W）"
"阻抗 Z":"电阻 R R = ui"

L   　 电流滞后 电压 90° 　 0. 02 电流 电流和电压不是同时到达的，电 流到达的时间比电压滞后 ／ 4 = 0. 005s，即先有电压，后有 90°，即 QL 无功功率 千乏（kvar） 乏（var） 感抗 XL XL = 2πfL

C   　 电流超前 电压 90° 　 0. 02 后有电压 电流和电压不是同时到达的，电 流到达的时间比电压超前 ／ 4 = 0. 005s，也就是先有电流， 90°，即 QC 无功功率 千乏（kvar） 乏（var） 容抗 XC XC = 1 2πfC

第二章
电工学及其在实践中的应用 35


大。 但是， 需要说明的是 Q叫做无功功率， 但并非无用， 前面已经说得很清楚了， 电感是把电能变成磁能的元件， 也就是说 Q的无功功率建立了磁场而没有被耗掉， 而是进行了能量的转换。 由上述内容得到以下结论：
U = U2R ＋ U2L = （ IR） 2 ＋ （ IXL） 2 = I R2 ＋ X2L （2⁃38） Z = R2 ＋ X2L = U ／ I或 I = U Z （2⁃39） P = UR I = UIcosφ = Scosφ （2⁃40） Q = UL I = UIsinφ = Ssinφ （2⁃41） S = UI = P2 ＋ Q2 （2⁃42） φ = arccos UR U = arccos R Z （2⁃43）
cosφ = UR U = R Z = P S （2⁃44）
2. R、 L、 C串并联电路   R、 L串联后与 C并联电路（R ＋ L）∥C 如图 2⁃14a 所 示。 交流电流流过该电路时， 根据并联电路电压相等的原则， 电容 C 上的电压和 （R ＋ L） 串联回路上的电压是相等的且为同一电压， 这样以电压为横轴可做出图


[2⁃14b的图形。 首先电容电流 IC 要超前这个电压 90°， 而流过 （R ＋ L） 的电流 IL 落 后 U一个角度 φ1， φ1 可用式 （2⁃43） 算出， 即可画出 IL， 然后把 IL 分解到水平轴 和竖直轴上去即为 ILX水平分量和 ILY竖直分量。 这时可以看出竖直轴上两个方向相 反的量 ILY和 IC， 这两个量可直接合并为 － ILY ＋ IC， 这个量再与水平轴上的 ILX合成 为 I， I即为电路的总电流， 它仍落后电压 U 一个角度 φ， 但比 φ1 要小得多， 而 I 比原 （R
＋ L） 的电流 IL也要小得多。]ic i R L


图 RL串联后与 C并联电路
2⁃14
可以看出， 由于并联了电容， 回路的总电流减小了， 节约了电能， φ 减小了， cosφ则增大了， 提高了功率因数， 这才是（R ＋ L）∥C电路的实际意义。
同时得出如下结论：
（1） ｜ ILY ｜ ＞ ｜ IC ｜时， 总电流滞落总电压一个 φ角， 电路为感性电路， 负载为感
6 3
第二章
性负载， 这是工程中常使用的电路， 并联电容可把 cosφ提高到 0. 95。
（2） ｜ ILY ｜ ＜ ｜ IC ｜时， 总电流超前总电压一个 φ角， 电路为容性电路， 负载为容
性负载， 工程中称为电容过补， 易引起电源电压增高， 一般是不允许的。
（3） ｜ ILY ｜ = ｜ IC ｜时， 总电流与电压同相， 负载为电阻性负载， 这在工程中是绝 对不允许的， 易引起振荡。 但在电子电路中则有实用意义， 称并联谐振 （电流） 电路， 此时电路的阻抗为零， 称 LC振荡电路。
四、 三相交流电源及其三相绕组的连接方法


三相交流电是由三个单相交流电组成的， 如在图 2⁃3 中的磁场里放置三只 （组） 相同的矩形线圈且线圈与线圈在同一平面内的夹角为 120°， 并把三只 （组） 线圈的中心轴线用绝缘支架支承起来， 按照一定的规则把三只 （组） 线圈的头引
[出， 三只 （组） 线圈同步转动切割磁力线， 同时产生感应电压， 这就是三相发电 机的雏形， 如图
2⁃15 所示。]E eu ev W Ew 0.866Em 120° 0.5Em 0 n 120 120° X -0.5Em -0.866Em T T 3 3 b)


图 三相交流对称电压的产生
2⁃15 由于三只 （组） 线圈在磁场里安装位置的机械角度相差 120°， 因此三只线圈 的感应电压的相位是不一致的， 也相差 120°， 可用 u 的数学表达式来表示， 这里 分别用 U、 V、 W来表示三只 （组） 线圈的名称或线圈的头， 因此有  （2⁃45） （2⁃46） uW = ＋ － 120°） （2⁃47）
把每只 （组） 线圈叫做相， 每相的感应电压叫做相电压， 即 U、 V、 W 三相。 实际发电机中往往由多个线圈组成一个绕组， 绕组的接线决定着发电机的电压和运 行的线制， 这对电的应用有着很大的意义。
交流发电机三相绕组的联结方法有两种。
（一） 星形 联结
（ ）
星形联结就是把每相绕组的尾接在一起叫做中性点， 并用线引出作为公共零
线， 把三个绕组的头用导线引出作相线 （火线）。 定义， 每相绕组的感应电压 UUO、
7 3
uU = Umsin（ωt ＋ φ） uV = Umsin（ωt ＋ φ ＋ 120°） Umsin（ωt φ


[UVO、 UWO叫做相电压 U相 （UΦ）， 每相绕组上的电流叫做相电流 I相 （ IΦ）， 相间的 电压 UUV、 UVW、 UWU叫做线电压 U线 （UL ）， 三相引出线的电流叫做线电流 I线 （ IL）， 如图 2⁃16 所示。 由图可知， 绕组星形联结的三相交流电， 有以下重要关系 式：
（2⁃48）]W V W W V a) b)


图 发电机三相绕组的星形 联结
（二） 三角形 联结
2⁃16 （ ） （△）
三角形联结就是把 U相的尾与 V相的首、 V相的尾与 W相的首、 W相的尾与 U相的首连接起来并用导线引出， 如图 2⁃17 所示。 由图可知， 绕组三角形联结的 三相交流电有以下重要关系式：
8 3
[UL UΦ IL
（2⁃49）]U1 V1 W1 OU U1 W2 U2 W1 OW U2 V2 W2 V1 V2 a) b)


图 发电机三相绕组的三角形 联结
2⁃17 （△）
（三） 发电机 、 △联结的意义及注意事项
、 △联结奠定了送电线路线制的基础， 其中 联结能引出两种电压， 一般 适用于低压 230 ／ 400V的线路， 其引出线构成了三相四线制供电系统， 如图 2⁃16 所
示。 这里要注意两点： 一是连接时必须把三组线圈的尾接在一起为中性点， 三相的 首为电压引出端 （或者是三相的首接在一起为中性点， 三相的尾为电压引出端）， 这一点不能忽视， 否则有一相反接， 星点就会有电压， 出现不了三相电压平衡系 统， 也构不成三相四线制系统。 另一点是 UL 在相位上要超前相电压 （UΦ ） 30°，
这在使用中要注意。


△联结只能引出一种电压， 一般适用于高压线路， 其引出线构成了三相三线制 供电系统， 如图 2⁃17 所示。 这里必须要注意接法的正确性， 绕组的连接是首尾依 次连接， 构成一闭合回路， 这个闭合回路的电压为零， 当负载对称时这个闭合回路 中无环流。 如果有一相接反， 合电压不为零， 将出现大的环流而把发电机烧坏， 这 是不允许的。 为了验证接线正确与否， 可在该闭合回路中串一电压表， 如果读数约 为零说明接法正确， 如果读数很大约为 UΦ 的 2 倍， 说明有一相反接， 必须立即更 正。
发电机绕组的接法是固定不变的， 不得更动。 一般条件下， 相电压是 230V 或 6000V的发电机均为 联结， 为的是获得 400V 或 10kV 的线电压， 相电压是 400V 或
三相交流电一般有三相三线制、 三相四线制和三相五线制 （包括三相四线半 制）。 三相负载的接法通常为 联结和△联结两种。
（IT系统）
三相三线制适用于高压送电配电系统， 该系统只有三根相线一种电压， 作为变


[配电所或直配高压电动机的电源。 为了保证三相三线系统的安全运行， 均应装设避 雷器或避雷线， 如图
2⁃18 所示。 系统采用保护接地， 单独设置接地线。]L3 L2 ≥10kV L3 L2


图 三相三线制
2⁃18 （IT系统）
（TN⁃C系统）
三相四线制适用于低压配电系统， 该系统有三根相线一根工作零线， 有两种电 压 230 ／ 400V， 作为低压配电室的电源及低压用户的电源， 可用于三相设备， 也可
用于单相设备。 为了保证系统的安全运行， 常采用工作零线重复接地的方法， 如图 2⁃19 所示。 系统采用保护接零， 电器的接地螺栓与零线可靠连接。 每相的负载不平 衡时， 零线的电流较大； 平衡时， 零线电流接近于零。
（TN⁃S系统）
三相五线制是低压配电系统最安全的一种运行方式， 该系统有三根相线、 一根
工作零线、 一根保护零线， 有两种电压 230 ／ 400V， 作为低压用户的电源， 可用于 三相设备， 也可用于单相设备。 为了保证系统的安全运行， 常采用保护零线重复接
9 3
第二章
10kV的发电机均为△联结。 五、 三相交流电的送电线制及三相负载的连接
（一） 三相三线制
（二） 三相四制线
（三） 三相五线制
[电工实用技能手册
图 三相四线制 TN⁃C系统]L1 L2 230/400V L3 N 40


[2⁃19 地的方法， 如图 2⁃20 所示。 系统采用保护接零， 电器的接地螺栓与保护零线可靠 连接， 工作零线
N、 保护零线 PE都是由中性点引出的。 零线电流同三相四线制。]L1 L2 L3 230/400V N PE 40 干线 L1 L2 230/400V L3 N 40 进户线 100 L1 L2 L3 N PE b)


图 三相五线制 TN⁃S系统
2⁃20
（四） 三相负载的星形联结
（1） 三相负载平衡时 （阻抗相同） 如三相电动机、 三相电炉， 负载星形联结 与发电机星形联结相同， UL = 3UΦ， IL = IΦ， 所不同的是电流方向不同， 电流是流 进负载。
（2） 三相负载不平衡时， 如照明电路、 家用电器、 办公设备等， 虽然也符合 UL = 3UΦ 和 IL = IΦ 的关系， 但是工作零线中将会有较大的电流， 因此要求零线的 截面积至少应为相线截面积的 1 ／ 3， 同时在负荷分配上三相应尽量平衡， 以减少零
线的负担。 零线电流较大时还会引起中性点电压的偏移而导致三相电压不平衡， 以 致使一些电器烧坏。 星形联结如图 2⁃21 所示。
（五） 三相负载的三角形联结
三角形联结的负载一般为平衡负载， 如电动机、 三相电炉等， 三角形联结与发 电机三角形联结相同， 且 UL = UΦ， IL = 3 IΦ， 只是电流流进负载， 线电流的相位 比相应的相电流滞后 30°。 三角形联结如图 2⁃22 所示。


[0 4
1 4]L1 L2 L3 N 三相平衡 单相不平衡 负载 负载 单相平衡 三相不平衡 负载 负载


第二章
[图 三相负载的星形联结
2⁃21]L1 L2 L3 N 单相不平衡负载 三相平衡负载 单相平衡负载


图 三相负载的三角形联结
2⁃22
三相负载的联结要按三相电源的线电压和负载的额定电压来决定， 如果负载额 定的相电压为电源电压的 1 ／ 3， 则负载应接为 联结， 两者相等则应为△联结。 如果 联结错接成△联结， 相电压增加了 3倍， 易把电器烧坏； 如△联结错接成 联结， 则电压过低会使电器不能正常工作， 如果是电动机则会出力不足发生堵转， 长时间使用也会烧坏电动机。 △联结的电动机只有在起动过程中短时接成 联结， 起动后再改接为△联结， 这就是电动机的 ⁃△起动。
六、 电力变压器
变压器是将交流电压升高或降低且保持原频率不变的静态电气设备， 同时也可 改变电流、 变换阻抗和变换相位， 是输变电、 用电、 电气测量及电子技术中不可缺 少的最重要的电气设备之一。
（一） 变压器的结构原理
变压器是按照互感的原理制成的， 它是在闭合的口字形或日字形铁心上绕制的
线圈， 传统的油浸变压器还配以油箱、 储油柜、 散热器并用瓷套管将接线端引出， 干式变压器简化了变压器的结构， 取消了油箱、 储油柜和散热器。
变压器绕组的匝数是用式 （2⁃50） 确定的， 这是一个很有用的公式， 除变压器


外， 电动机、 电磁铁等有铁心绕组的元件都要用到它。
N = U
4. 44fBS （2⁃50）
式中   N———绕组的匝数；
U———绕组的电压 （V）；
f———电源频率 （Hz）， 市电为 50Hz； B———铁心磁感应强度 （T、 Wb ／ m2 或 V·s ／ m2）， 可在手册中查找， 一般为
1. 2 ～ 1. 4V·s ／ m2；
S———铁心的截面积 （m2）。
电力变压器按相数一般分单相和三相两种， 三相变压器实际上是三个单相变压
[器的组合， 如图 2⁃23 所示。 变压器的电压、 电流、 绕组匝数有以下关系：
图 2⁃23 三相变压器 的原理图]In V1 W1 W2 V2 u2 U2


U1 U2 = I2 I1 = N1 N2 = n
（2⁃51）
式中 U1———一次电压 （原边电压） （V）；
U2———二次电压 （副边电压） （V）；
I1———一次电流 （原边电流） （A）； I2———二次电流 （副边电流） （A）； N1———一次绕组 （原边绕组） 的匝数； N2———二次绕组 （副边绕组） 的匝数；
n———电压比 （或电流比）。
I21Z1 = I 2 2Z2 或 Z1 = I22 I21 Z2 = n2Z2
（2⁃52）
式中 Z1———一次阻抗 （原边阻抗） （Ω）；
Z2———二次阻抗 （副边阻抗） （Ω）。 由式 （2⁃51） 可知变压器可以是升压变压器 （升压变压器是降低了电流， 即升 压器）， 也可以是降压变压器 （降压变压器是升高了电流， 即升流器）。 式 （2⁃52） 表明变压器可以改变阻抗， 这在电子电路中有很大的作用， 也就是说不论负载的实


际阻抗是多少， 只要选择适当的电压比， 变压器就能使阻抗匹配， 这样的变压器叫 做阻抗变换器。 一般用户的变压器、 电压互感器都是降压变压器， 而电流互感器、 电焊机、 试验用升流器都是变流器， 试验用的变压器则是升压变压器， 我们根据其 匝数的多少， 导体的粗细就可以判断用途。
（二） 变压器的接线方式
1. 单相变压器的接线   单相变压器的接线较简单， 只要满足电源电压与一次
2 4
电压、 负载电压与二次电压相等即可。 但是单相变压器只能供单相负载使用， 因此 有时也将三台单相变压器接成三相变压器的运行方式， 除了必须满足电压相等、 容 量相等外， 必须要注意接线方式。 图 2⁃24 是两组一次电压不同的单相变压器组成 三相变压器的接线方式， 其中图 2⁃24a 是三台 6kV ／ 230V 的单相变压器， 一次侧采 用 联结， 二次侧采用 联结。 图 2⁃24b是三台 10kV ／ 230V的单相变压器， 一次侧


[采用△联结， 二次侧采用 联结， 只有这样才能满足电压条件， 再者相序上也必须 满足， 这样才能使接线后的三相变压器正常使用。
图 三台单相变压器组成三相变压器的接线]L1 L2 10kV L3 6kV/230V Y,yn U V 230/400V W N a) L1 10kV L2 L3 10kV/230V D,yn U V 230/400V W N b)


2⁃24
2. 三相变压器的接线   三相变压器接线也较简单， 只要满足电源电压与一次
电压、 负载电压与二次电压相等即可， 所不同的是一次绕组的三相是按其相电压分 别接到电源的三相上去的， 如果相电压是 6kV 则一次接成 联结， 如果相电压是 10kV则一次接成△联结； 二次绕组一般都接成 联结， 为的是获得 230 ／ 400V的两 种电压， 如图 2⁃25 所示。
3. 多台变压器的并列运行   多台变压器的并列运行是一种常用接线， 但并列 运行必须满足以下条件： （1） 电压等级及电压比相同。
3 4
[第二章
图 三相变压器的接线]L1 L2 10kV L3 10kV/230V 6kV/230V Dyn Yyn U V 230/400V W N


2⁃25 （2） 短路电压相等， 短路电压就是二次短路时， 一次通过额定电流所测得的一 次电压。
（3） 接线组别相同， 即一次侧和二次侧的接线方式相同且相序相同。 （4） 并联运行时， 容量最大的和最小的之比不得超过 3 ∶ 1。
（三） 变压器的控制和保护 （1） 容量较小或不太重要的变压器一般采用跌落式熔断器作为控制开关并做短 路保护。
（2） 容量较大或重要负荷的变压器均采用断路器作为控制开关， 并配以相应的 继电保护控制电路和信号系统。
（3） 变压器按其容量的大小和重要程度， 一般应装置短路保护、 过负荷保护、 电流速断保护、 电压保护、 差动保护以及温度、 气体、 防雷等保护。
七、 交流异步电动机
电动机是能将电能变成机械 （传动） 能的动力电气设备， 是电力系统最重要 的用电设备之一。
（一） 电动机的结构原理
电动机是按式 （2⁃9） 制成的， 但实际的电动机与之却有很大的不同。 电动机 是在用硅钢片叠成的筒形定子内侧的沟槽内放置按规定的方法接线的绕组 （单相


或三相）， 然后把转子用其端盖和轴承支承放入定子， 当绕组通电后便能形成旋转 磁场驱动转子转动的动力装置。 绕组的绕制也按式 （2⁃50） 确定。 电动机也分单相 电动机和三相电动机。 其中， 对于单相电动机， 为了形成旋转磁场而在绕组上串联
4 4
第二章
了电容， 电容起到了移相的作用使定子形成旋转磁场。 而三相电动机的三相绕组分 别通以三相交流电。 由于三相交流电是按时间变化的， 因此在定子绕组上形成了旋 转磁场。 转子则是闭合的绕组， 分笼型转子和绕线转子两种。
（二） 电动机绕组的接线方式
1. 单相电动机绕组   单相电动机一般都有两个并联的绕组， 一个为运转绕组， 一个为起动绕组， 其中起动绕组要串联一只电容， 其作用是使通过这两个绕组的电 流相差 90°， 这叫做移相， 进而使两绕组产生旋转磁场， 使电动机能起动运转。 电
动机的外部接线， 因为是单相电动机， 只要额定电压满足就可以了。 单相电动机如 果要求反转， 可将起动绕组或运转绕组的首尾按原来的接法反接即可， 如图 2⁃26 所示。
a） b） c）


2. 三相电动机绕组   三相电动机绕组的接线是按其相电压来接线的， 如果电 动机每相绕组的电压与电网的相电压相同， 那么这台电动机必须接成 联结； 如果 每相的电压与电网的线电压相同， 这台电动机必须接成△联结。 如果电动机需要反 转， 将三相电源的任意两相按原来的接法倒接即可， 如图 2⁃27 所示。
（1） 容量较小的电动机 （一般指 10kW以下） 或者空载、 轻载起动的电动机在 电源容量允许的条件下 〔必须满足式 （2⁃53） 的要求〕 可以直接起动。 直接起动 的开关元件是按电动机的容量选择的， 一般条件下 1kW 以下的电动机可采用刀开 关起动， 1kW以上的电动机必须采用接触器、 断路器直接起动。
（2⁃53） （2） 容量较大的电动机或者 10kW以上重载起动的电动机 （空压机、 风机、 球 磨机等） 应采用串联阻抗、 自耦减压起动器、 变频器、 软起动器等间接起动方法。 ⁃△起动只适用于△联结且容量小于 20kW的中载起动的电动机， 空压机、 风机、 球磨机一般不采用 ⁃△起动， 因为 ⁃△起动电压只能降为起动电压的 57. 7％ ， 起


[5 4
图 2⁃26 单相电动机的接线 正转 反转一 反转二]220V 起动绕组 运转绕组 a) b)


（三） 电动机的控制及保护
[I起 I额 ≤ 34 ＋ 变压器容量 电动机容量
图 三相电动机的接线]380V 1 2 3 2 3 1 绕组220V 绕组380V 5 5 6 4 4 3 0203 接线盒 接线盒 5 64 6 6 4


2⁃27
动转矩较小， 重载起动对电动机不适用。 绕线转子电动机一般均采用转子串联阻抗
或频敏变阻器起动。 变频起动、 软起动适用于起动转矩较大的电动机。 经验证明， 间接起动采用的起动器其规格应大于电动机容量一个等级， 如 55kW的起动器适用 于 37 ／ 40kW电动机的起动。
（3） 电动机按其容量大小和重要程度一般应设置短路保护、 过负荷保护、 断相
（缺相） 保护、 漏电保护、 错相保护、 电流速断保护、 差动保护、 电压保护以及温 度保护、 防雷保护等保护措施。
八、 交流电路的计算方法
（一） 单相交流电的计算
前述内容已经列出了部分交流电的计算公式， 这些都是交流电计算的基本公 式， 这些公式一方面可以帮助计算， 另一方面也能帮助理解交流电。 单相交流电还 有以下一些公式：
P单 = UΦ IΦcosφ或 P = UIcosφ （2⁃54） Q单 = UΦ IΦsinφ或 Q = UIsinφ （2⁃55） S单 = UΦ IΦ = P2 ＋ Q2或 S = UI （2⁃56） ZΦ R2 X 2
= ＋ L （2⁃57） 其中 XL 按式 （2⁃32） 计算
IΦ = UΦ
ZΦ


（2⁃58）
（二） 三相交流电的计算
前述公式均适用于三相交流电路， 另外还有  P三 = 3P单
6 4
= 3UI （2⁃61）
为了减少混乱这里统一规定， “单 （相）”、 “三 （相）”、 “相”、 “线” “ ”、 “△” 均不出现在公式中， 凡有 3的公式一定是三相电路， 其 U 和 I 必定是线值， 无
其 U和 I必定是相值。 凡没有特殊指出时 U、 I均为线值。
1. 负载平衡 三相交流电路应力求负载 （指电流） 的平衡。 一般的三相设备 都是平衡负载， 但是对单相的 380V 及 220V 的用电设备来说达到平衡却是不大容 易的。 因此， 要求每三台容量相同 （近） 的单相 380V 的设备应接成三角形联结， 每三台容量相同 （近） 的单相 220V 的设备应接成星形联结。 对于照明电路来讲， 每三路容量相同 （近） 时， 应将其分别接于 U、 V、 W三相上。 尽管按上述要求接
线， 由于使用率的不同， 三相也难以达到平衡， 因此应定期或不定期地测试变压器 中性点系统工作零线上的电流， 当偏差较大时， 应及时调整单相回路的接线， 力求 达到平衡。


2. 接地良好   接地良好是三相系统安全运行的保证条件。 系统的中性点接地、 防雷接地、 重复接地、 保护接地、 保护接零必须满足接地电阻的要求， 以及接地系 统的完整性和完好性。 在同一系统采用的保护方式必须统一， 不得出现一部分设备 接零， 另一部分设备接地的现象。
3. 绝缘良好   绝缘良好是三相系统安全运行的保证条件， 应定期或不定期地 测试电气设备及电气线路的绝缘， 当数值较小或三相不平衡时， 应及时查找故障 点。 因此三相系统必须设置绝缘监察装置。
4. 分级保护   分级保护是限制故障的最有效方法。 总回路、 分路、 支路及最 小用电回路的保护应配合适当， 不得出现越级跳闸的现象。
5. 仪表设置   三相交流电应设置电压、 电流、 有功功率、 无功功率、 功率因 数、 频率等仪表。
十、 交流—直流—交流及 UPS
1. 交流—直流—交流   我们把交流—直流叫做整流， 而把直流—交流叫做逆
7 4
第二章


= 3UΦ IΦcosφ = 3 UL 3 ILcosφ 联结中， UΦ = UL 3 、 IΦ = IL ■ ■ ■ ■ ■ ■ = 3UL ILcosφ = 3UL IL 3 cosφ △联结中， UΦ = UL、 IΦ = IL 3 ■ ■ ■ ■ ■ ■ = 3UL ILcosφ P = 3UIcosφ （2⁃59） Q = 3UIsinφ （2⁃60） S
3的一定是单相电路， 九、 三相交流电路的基本要求及意义
变， 随着电力电子技术的发展， 整流和逆变的意义越来越大。 交流变直流后就可把 电能存储在蓄电池内， 需要使用时再将直流逆变为交流后供用户使用。 由于直流输 电在超过一定输送距离后， 不但能节约材料， 同时能节约能量， 这将是电力输送的 一大革命。


2. UPS   UPS即不间断交流电源， 是在交流—直流—交流基础上发展起来的， 由整流器、 逆变器、 蓄电池组组成。 市电正常时整流器对蓄电池充电并供用户使 用， 市电停电后蓄电池经逆变器将直流电变为 50Hz 的交流电仍为用户使用。 结束 了由于停电给工业生产和人们生活带来损失的时代， 目前已有 UPS 的系列产品， 从几百瓦到几千千瓦不等。
8 4
第三章 电工常用计算及应用
电工是一种理论性很强的技术工种， 因此， 作为电工技师或优秀的电工必须掌 握电工的常用计算方法。 电工计算方法是提高技术能力、 解决现场问题的理论基 础， 同时又是指导实践的有力武器， 在工程中有着很大的应用领域。 本章将详细讲 述电工常用数据、 参数、 物理量的计算方法， 并指出应用范围及在实践中应用的方 法。
第一节 基础参数的计算
一、 电阻 R的计算


电阻是导体的固有性质， 与导体的材质、 几何形状有关。 一般条件下， 成线状 的导体， 其电阻除与材质有关外， 与导体的长度成正比， 与导体的截面积成反比。 也就是说， 导线越长， 其电阻越大， 反之越小； 导线越细， 其电阻越大， 反之越 小。 一般可用下式来表示：
R = ρ LS
（3⁃1）
式中 R———导线的电阻 （Ω）；
ρ———导线材质的电阻率 （Ω·mm2 ／ m）； L———导线的长度 （m）； S———导线的截面积 （mm2）。
这里列出常用导线的电阻率及平均电阻温度系数， 见表 3⁃1。
表 3⁃1   常用材料的电阻率和平均电阻温度系数
[表 3⁃1   常用材料的电阻率和平均电阻温度系数
（一） 电阻的单位]
"材　 　 料":"银"
"电阻率 ρ20 ／ （Ω·mm2 ／ m） （20℃）":""
"平均电阻温度系数 α （1 ／ ℃） （0 ～ 100℃）":""


"材　 　 料":"铜"
"电阻率 ρ20 ／ （Ω·mm2 ／ m） （20℃）":"0. 0162"
"平均电阻温度系数 α （1 ／ ℃） （0 ～ 100℃）":"0. 0035"


"材　 　 料":"铝"
"电阻率 ρ20 ／ （Ω·mm2 ／ m） （20℃）":"0. 0175"
"平均电阻温度系数 α （1 ／ ℃） （0 ～ 100℃）":"0. 0041"


"材　 　 料":"黄铜"
"电阻率 ρ20 ／ （Ω·mm2 ／ m） （20℃）":"0. 0285"
"平均电阻温度系数 α （1 ／ ℃） （0 ～ 100℃）":"0. 0042"


"材　 　 料":"（铜锌合金） 铁"
"电阻率 ρ20 ／ （Ω·mm2 ／ m） （20℃）":"0. 02 ～ 0. 06"
"平均电阻温度系数 α （1 ／ ℃） （0 ～ 100℃）":"0. 002"


"材　 　 料":"（铸铁） 钨"
"电阻率 ρ20 ／ （Ω·mm2 ／ m） （20℃）":"0. 5"
"平均电阻温度系数 α （1 ／ ℃） （0 ～ 100℃）":"0. 001"


"材　 　 料":"铂"
"电阻率 ρ20 ／ （Ω·mm2 ／ m） （20℃）":"0. 0548"
"平均电阻温度系数 α （1 ／ ℃） （0 ～ 100℃）":"0. 0052"


"材　 　 料":"汞"
"电阻率 ρ20 ／ （Ω·mm2 ／ m） （20℃）":"0. 048"
"平均电阻温度系数 α （1 ／ ℃） （0 ～ 100℃）":"0. 00057 0. 000005 0. 000005 0. 000013 0. 00008 － 0. 0005"
康铜 0. 44
锰铜
镍铬合金 0. 42
铁铬铝合金 1. 08
碳 1. 2
硬橡胶 10. 0 1022
（一） 电阻的单位
电阻的单位是欧姆 （Ω）， 工程中则常用兆欧 （MΩ）、 千欧 （ kΩ）、 欧姆 （Ω）、 毫欧 （mΩ） 来表示不同的电阻量。
1. MΩ 常用来作为绝缘电阻的单位。 因为绝缘电阻是表示绝缘材料及电气设 备、 线路在不同电压下绝缘强度的量， 因此， 这个量在一般条件下应越大越好， 越 能表示绝缘强度越强。 如， 低压系统的绝缘电阻规定为不小于 0. 5MΩ， 10kV 系统 的绝缘电阻规定为不小于 300MΩ， 35kV系统的绝缘电阻规定为不小于 500MΩ。 所


不同的是， 绝缘电阻是用绝缘电阻测试仪 （习称兆欧表） 测出来的。 而在电子电 路中， 常用 MΩ来作为较大电阻的计量单位。 这些电阻可用来限流、 分流、 稳压及 组成阻容耦合或产生不同的脉冲电路。
实际上， 绝缘电阻表测出来的是漏电流 （或绝缘电流）， 对绝缘材料及电气设 备线路来说， 这个漏电流越小越好。 这个量与绝缘电阻正好是成反比， 因此， 在绝 缘电阻表内用比率计将其换算成了绝缘电阻值， 用来衡量绝缘强度。
2. kΩ 常用来作为电子电路中电阻的单位。 电阻除限流、 分流、 稳压、 阻容 耦合外， 还用来作为数字电路的元件， 与其他元件组成不同功能的电路。


3. Ω 常用来作为接地电阻的单位。 接地电阻是表示接地装置 （一般指打入 地下的钢钎） 与大地接触的电阻。 这是一个很重要的量， 关系到电气系统的安全 运行及人身的安全。 一般情况下， 要求接地电阻越小越好， 能安全迅速地将事故电 流引到大地中， 使故障点的电位为零。 如， 变压器中性点的工作接地的接地电阻不 大于 4Ω； 重复接地工作零线的接地电阻不大于 4Ω； 电气设备机架及外壳的保护接 地的接地电阻不大于 4Ω； 电子设备的接地电阻不大于 1Ω； 防雷接地的接地电阻一 般为不大于 10Ω， 最大不得大于 30Ω； 防静电接地的接地电阻一般为不大于 100Ω。 接地电阻是用接地电阻测试仪 （习称为接地摇表） 来测量的， 有时也用电流表⁃电 压表法。 另外， 在电气工程中及电子线路中， 一般自动保护装置也常用 Ω 来衡量， 如限流电阻、 保护电阻等。 有时 Ω也常用来表示长导线的阻抗， 见表 3⁃2。
0 5
表 3⁃2   LJ型铝绞线的主要技术数据


[表 3⁃2   LJ型铝绞线的主要技术数据
4. mΩ 常用来作为电气连接接触电阻的单位， 如开关触头闭合的接触电阻、 导线连接的接触电阻、 线鼻子压接的接触电阻、 导线与接线柱 ／螺栓压接的接触电 阻等。 接触电阻是一个很重要的量， 关系到设备及线路的安全运行， 要求越小越 好。 如果接触电阻较大， 接点就会在运行中发热或把导线或设备端子烧坏， 给运行 带来很大的麻烦。 因此， 我们规定， 接触电阻应在 0. 01mΩ以下。 接触电阻测量起 来较麻烦， 一般情况下应用电桥来测量， 也可用电流表⁃电压表法。]


"标称截面积 ／ mm2":"室外气温 25℃导线最高允许 温度 70℃时的允许载流量 ／ A"
"16":"105"
"25":"135"
"35":"170"
"50":"215"
"70":"265"
"95":"325"
"120":"375"
"150":"440"
"185":"500"
"240":"610"
4. mΩ 常用来作为电气连接接触电阻的单位， 如开关触头闭合的接触电阻、 导线连接的接触电阻、 线鼻子压接的接触电阻、 导线与接线柱 ／螺栓压接的接触电 阻等。 接触电阻是一个很重要的量， 关系到设备及线路的安全运行， 要求越小越 好。 如果接触电阻较大， 接点就会在运行中发热或把导线或设备端子烧坏， 给运行 带来很大的麻烦。 因此， 我们规定， 接触电阻应在 0. 01mΩ以下。 接触电阻测量起 来较麻烦， 一般情况下应用电桥来测量， 也可用电流表⁃电压表法。
变压器绕组、 电动机的绕组、 电磁铁的线圈一般在 mΩ ～ Ω 数量级之间， 一般 用电桥或精密数字万用表来测量。
5.
电阻的进位关系
1Ω （欧） = 1000mΩ （毫欧）


1kΩ （千欧） = 1000Ω （欧）
（二） 电阻连接的计算及应用
1MΩ （兆欧） = 1000000Ω （欧）
1. 电阻的串联 （参见表 2⁃3）
2. （三） 电阻计算的应用
电阻的并联 （参见表 2⁃3）
（1） 高压系统短路电流的计算， 若为小截面架空线路或电缆线路时， 通常要计 算该线路的直流电阻， 用单位长度的直流电阻 Ω ／ km乘以导线长度千米数即可。 通 过短路电流的计算， 正确选用电气设备及材料， 使其具有足够的动稳定性和热稳定 性， 以保证在发生最大短路电流时而不致损坏。 同时选择切除短路故障的断路器或 限制短路电流的电抗器或整定短路保护继电器。 这样， 在发生短路时， 可自动切断 短路电流或限制短路电流增加的速度或整定短路保护继电器动作， 保护电气设备及 线路。 高压系统短路电流的计算在后边还要详细说明。
1 5
第三章


（2） 低压系统保护接零。 为了线路上的保护装置能在漏电或短路时迅速切断电 源， 必须保证有足够大的单相短路电流。 因此， 相零回路的直流电阻必须限制在一 定的范围之内， 通常用单位长度的直流电阻 Ω ／ km乘以导线长度即可。 低压单相回 路有时使用低压断路器或熔断器， 该设备的动作电流必须满足单相短路电流。
（3） 电压表扩大量程要计算串联的电阻值， 这也是万用表电压挡的分压测量原 理。
[如图 3⁃1 所示， 电压表○V1 可测量 U1， 其内阻为 r1， 内阻可以测出或由产品资 料中查出， 现在要测量 U2 且 U2 ＞ U1， 试计算串联电阻 R的值。
图 电压表扩大量程的计算]U1 R V1 U2


3⁃1
由题可知
U2 = U1 r1 R ＋ U1 r1 r1 U2 = U1 r1 R ＋ U1 R = U2 － U1 r1
U1 （3⁃2）
这里用到了串联电阻分压和串联电路电流
相等的规则。
3⁃2
（4） 电流表扩大量程要计算并联的电阻 值， 这也是万用表电流挡分流测量的原理。
如图 3⁃2 所示， 电流表○A1 可测出 I1， 其 内阻为 r1， 现在要测量 I2 且 I2 ＞ I1， 试计算并 联电阻 R的值。
由题可知
I2 I1 （3⁃3）
这里用到了并联电阻分流和并联电路电压相等的规则。
（5） 电阻是随温度变化的量， 一般条件下可忽略这个变化。 但当需要时则要考 虑由于温度变化而引起电阻变化的这个量， 通常用式 （3⁃4） 来表示。
Rt = R20 ［1 ＋ （ － 20）］ （3⁃4） 式中 Rt———任意温度下导体的电阻 （Ω）；
R20———20℃时导体的电阻 （Ω）；
α———电阻温度系数， 见表 3⁃1；
t———任意温度 （℃）。 （6） 电路中其他电阻的计算还很多， 通常用欧姆定律的较多， 如电子电路、 电


动机的起动电阻等， 计算也较复杂。 因此， 我们将其放到欧姆定律及应用中去讲
[2 5
图 电流表扩大量程的计算]12 11 A1 R 12-11


I1 r1 = （ I2 － I1）R R = I1 － r1
α t
述， 敬请读者翻阅后述内容。
二、 电容 C的计算
“电容” 就是能把电能存储起来的意思， 我们把这种能够把电能存储起来的装 置叫做电容器。 实际的电容器是被绝缘体分隔开的两个导体的总成， 其中， 导体叫 做极板， 中间的绝缘体叫做介质。 电容是电容器固有的性质， 与电容器的结构有 关， 而与所加的电压无关。 一般条件下， 电容器的电容与极板的面积成正比， 与极 板的间距成反比， 并且与介质有关。 也就是说， 极板的面积越大， 其电容值越大， 反之越小； 而极板的间距越小， 其电容值越大， 反之越小。 一般可参见式 （2⁃14） 来表示。
电容率， 也称介电常数， 与介质有关的量， 常写成 ε0εr 的形式， ε0 为真空电 容率， εr 相对电容率， ε0≈8.
表 3⁃3   常用电介质相对电容率
85 × 10 － 12F ／ m， 常用介质的相对电容率 εr 见表 3⁃3。


[85 × 10 － 12F ／ m， 常用介质的相对电容率 εr 见表 3⁃3。
（一） 电容的单位]

"空气":"1. 00058"
"六氟化硫":"1. 002"
"变压器油":"2. 3 ～ 2. 5"
"硅油":"2. 6"
"瓷":"5. 5 ～ 6. 5"
"环氧树脂":"3. 8"
（一） 电容的单位
电容的单位是法拉 （F）， 因为法拉这个单位很大， 工程中常用微法 （μF）、 皮法 （pF） 来表示不同的电容量。 我们定义， 极板电压为 1V， 而存储的电荷为 1C 时， 电容器的电容为 1F。
1. μF 常用来作为电力补偿电容的单位， 而在工程选用电力补偿电容时则是 按式 （3⁃5） 来计算的。
2πfU2 式中 C———补偿电容的电容量 （μF）；
P———系统的有功功率 （W）； U———系统的电压 （V）；
f———电源的频率 （Hz）， 市电交流电源频率一般为 50Hz； φ1———并联电容前功率因数角；
φ———并联电容后功率因数角。
其中， 功率因数角是利用功率因数 cosφ的反函数查出的。 如 cosφ1 = 0. 85， φ1


= arccos（cosφ1） = 32°   cosφ = 0. 95，φ = arccos（cosφ） = 18°。
μF在电子电路也常用来作为较大电容的单位， 如电解电容。
2. pF 电容的进位关系
常用来作为电子电路中较小电容的单位， 如旁路电容、 耦合电容等。
3.
1F （法） = 106μF （微法）
1μF （微法） = 106pF （皮法）
3 5
第三章
C = P × 10 － 6 （tanφ1 － tanφ） （3⁃5）
1F （法） = 1012pF （皮法）
（二） 电容连接的计算及应用
1. 电容的串联 （参见表 2⁃3）
2. （三） 分布电容及计算
电容的并联 （参见表 2⁃3）
分布电容的形成较为复杂， 我们常把高压带电体 （线路或设备） 与地之间形 成的电容称为分布电容， 分布电容是由于空气为绝缘材料而形成的。 因此， 可以用 以下方法计算。
（1） 单根架空输电导线对地电容
C = 2πεl ln h a ＋ h a ( ) 2 － 1 [ ] （3⁃6）
（F） 由式 （3⁃6） 计算。
当 h a时
C = 2πεl ln 2ha( )
（3⁃7）


式中 h———导线中心轴线与地面的距离 （m）；
a———导线的半径 （m）；
l———输电导线的长度 （m）； ε———电容率， 见表 3⁃3 和式 （2⁃14）。 （2） 三相输电线路每相的电容 （F） 由式
C = 2πεl ln da( )
（3⁃8） 计算。
（3⁃8）
式中 d = 3 d12d23d31， 导线轴线间距的几何平均值 （m）。
（3） 三、 电感 L的计算
这里将几种典型结构形式的电容计算方法列入表 3⁃4， 供读者参考。
“电感” 就是能把电感应出来的意思， 我们把这种能够感应出电来的装置叫做 电感器， 简称电感。 实际上电感器就是用导线绕制的线圈。 电感是电感器的固有性 质， 它与线圈的匝数、 几何形状及线圈内的材料有关， 与所加的电压无关， 但感应 出来的电压则与电源有关。 这里以长螺管线圈的电感公式为例， 说明电感 （H） 的 特性， 见式 （3⁃9）。
L≈ μN 2πR2 l
（3⁃9）
式中 μ———线圈内材料的磁导率 （H ／ m）；
N———线圈匝数；
R———螺线管的半径 （m）；
4 5
第三章


表 3⁃4   典型结构的电容计算公式 项      目 图      形
电   容   C
说      明
 平板电容 C = εSd
S———极板面积（m2）
d———极板间的距离（m），且远小于 S 每边
的尺寸
 球形电容
C = 4πεra rb rb － ra
rb→∞时，即为孤立导体球的电容 C = 4πεra
ra、rb———内球外表面与外球内表面的半径
（m）
 圆柱形电容 C = 2πεl ln rb ra
l———电容器长度（m）
ra、rb———内柱外表面与外柱内表面的半径
（m）
电工常用计算及应用 55
（续）
项      目 图      形
电   容   C
说      明
C = πεl
 
ln h a ＋
 两输电线间的电 容（地面影响忽略 不计）
h a  
a h时 C = πεl
ln 2ha 
C = 2πεl
 
ln h a ＋
 单根架空输电线 的对地电容
h a  
a h时 C = 2πεl
ln 2ha 
ln da 
d———导线轴线间距离的几何平均值（ m），
d
=
d12d23d31
每相电容 Cϕ = 2πεl
 三相输电线间的 电容（地面影响忽 略不计）


2 － 1
l———输电线长度（m）
2h———导线轴线间的距离（m）
a———导线的半径（m）
2 － 1
h———导线轴线与地面的距离（m）
a———导线的半径（m）
l———输电线长度（m）
56
电工实用技能手册
（m）； l ／ R ＞ 40。 常用材料的相对磁导率见表 3⁃5。
表 3⁃5   常用材料的相对磁导率
[表 3⁃5   常用材料的相对磁导率
（一） 电感的单位]
"材　 　 料":"铝"
"相对磁导率 （近似值）":"略大于"
"材　 　 料":"镍"
"相对磁导率 （近似值）":""
"材　 　 料":"铋"
"相对磁导率 （近似值）":"1 略小于"
"材　 　 料":"坡莫合金"
"相对磁导率 （近似值）":"50 ～ 60"


"材　 　 料":"钴"
"相对磁导率 （近似值）":"1"
"材　 　 料":"银"
"相对磁导率 （近似值）":"3000 ～ 30000 略小于"
"材　 　 料":"铁氧体"
"相对磁导率 （近似值）":"60 ～ 70"
"材　 　 料":"钢"
"相对磁导率 （近似值）":"1"


"材　 　 料":"自由空间"
"相对磁导率 （近似值）":"100 ～ 3000"
"材　 　 料":"超坡莫合金"
"相对磁导率 （近似值）":"300 ～ 600"
"材　 　 料":"铁"
"相对磁导率 （近似值）":"1"
"材　 　 料":"石蜡"
"相对磁导率 （近似值）":"100000 ～ 1000000 略小于"
"材　 　 料":"提纯的铁"
"相对磁导率 （近似值）":"60 ～ 100"
"材　 　 料":"干木材"
"相对磁导率 （近似值）":"1 略小于"
（一） 电感的单位
电感的单位是亨利（H）， 工程中常用亨利（H）、 毫亨（mH）、 微亨（μH）来表示 不同的电感量。 我们定义， 流过线圈的电流为 1A， 线圈则产生 1Wb 磁通的变化， 该线圈的电感为 1H。
1. H 常用来作为大型线圈 （如电力变压器、 电动机、 电抗器） 电感的单位。
2. mH及 μH 常用来作为小型或微型线圈电感的单位， 如电子电路或小型电 子电路中电源变压器等。
3.
电感的进位关系
1H （亨） = 1000mH （毫亨） 1mH （毫亨） = 1000μH （微亨）


（二） 电感连接的计算方法及应用
1H （亨） = 1000000μH （微亨）
1. 电感的串联 （参见表 2⁃3）
2.
典型结构形式的电感计算方法 （见表
2⁃3）
3.
3⁃6）
小结： 电阻、 电容、 电感是电工学中的三大元件， 任何电路都可用其模拟出
来。 由于三大元件的特性不同， 因此在电路中， 对交流、 直流的作用也不同。 但 是， 对交流和直流来讲， 电阻是耗能元件， 电流流过后要做功； 电容是储能元件， 电流流过后要将电能储存起来， 当条件满足时再释放出来； 电感也是储能元件， 电 流流过后要将电能转变成磁能储存起来， 当条件满足时再将磁能转变成电能释放出 来。 在今后的计算中要特别注意这几点。
四、 阻抗 Z的计算
阻抗是对交流电而言的。 对直流电来讲， 电阻阻碍电流流过， 并符合欧姆定
7 5
第三章
l———螺线管的长度
电感的并联 （参见表
表 3⁃6   典型结构的电感计算公式


[表 3⁃6   典型结构的电感计算公式
58]
"项　 　 目":"　 圆截面直导线段 的自感"
"图　 　 形":""
"电　 感　 L":"L = μ0 l 2π ln 2l r0 － 0. 75  "
"说　 　 明":"　 r0 l"


"项　 　 目":"　 同轴电缆的电感"
"图　 　 形":""
"电　 感　 L":"L = μ0 l 2π 1 4 ＋ ln r2 r1  "
"说　 　 明":"　 l———电缆长度 　 电缆外层导体厚度忽略不计"

　 两平行直导线段 间的互感   M = μ0 l 2π ln 2l D － 1   　 　 导线半径 D D l


　 矩形线圈的自感  　 L = μ0 π bln aln 2ab r0（a ＋ d） ＋  2ab r0（b d） － 2（a ＋ b － d） ＋ 　 　 r0———圆形导线半径 d = a2 ＋ b2 r0 a
μ0 π ＋ a ＋ b 4   　 　 r0 b
　 两对输电线间的 互感   μ0 l r12′ r1′2 　 l———输电线长度
 M = 2πln r12 r1′2′ 　 　 导线半径 线间距离 线间距离 l
58
电工实用技能手册


[电工实用技能手册
注： 设导体与导体外面空间都是非铁磁媒质， 故取其磁导率为 μ0。]
"项　 　 目":"　 两线制输电线的 电感"
"图　 　 形":""
"电　 感　 L":"L = μ0 l π ln D R ＋ 1 4  "
"说　 　 明":"　 l———输电线长度 　 R D 　 D l"


"项　 　 目":"　 三线制输电线的 电感"
"图　 　 形":""
"电　 感　 L":"　 三线间距离不等时，一相等效电感 Lφ = μ0 l ln D′ R ＋ 1  "
"说　 　 明":"　 l———输电线长度，R D"
　 2π 4 三线间距离相等时，一相等效电感 　 D′ = 3 DABDBCDCA 　 D l
Lφ = μ0 l 2π ln D R ＋ 1 4   　 D = DAB = DBC = DCA 　 D l
　 圆环的电感     a———圆环截面的半径
L = μ0R ln 8R a － 1. 75   　 　 a R
　 长螺管线圈的自 感   L≈ μ0N2A l 　 　 　 A———螺管线圈截面积 N———匝数 l ／ R ＞ 40
　 短螺管线圈的自 感  L = 6. 4μ0N2D2 3. 5D ＋ 8l · D － 2. 25d D 　 N———匝数

注： 设导体与导体外面空间都是非铁磁媒质， 故取其磁导率为 μ0。
第三章 电工常用计算及应用 59


律； 电容则不能使直流流过， 有隔直的作用， 只有在电路接通或断开的瞬间， 才能 通过一个尖峰电流； 电感能使直流流过 （对电流的阻碍作用也仅仅是线圈本身的 电阻起作用）， 只有在电路接通或断开的瞬间才能起阻碍作用。 也就是说， 对直流 电来讲， 电容是断开的， 电感是接通的。
（一） 电阻对交流电的阻抗
电阻对交流电的阻抗就是电阻 R本身， 单位是欧姆 （Ω）， 所不同的是流过电 阻的电流 （A） 是随时间变化的量， 符合正弦规律， 可用式 （3⁃10） 来表示。
iR = Um R sin（ωt ＋ φ）
（3⁃10）
式中 Um———交流电的电压最大值 （V）， 低压 220V 的最大值为 220 2 = 310V， 380V的最大值为 536V；
Um ／ R———流过电阻的最大电流 （A）。 Um ／ （R × 2） 是流过电阻的有效值， 即
实际电流。 式
（二） 电容对交流电的阻抗
（3⁃10） 说明流过电阻的电流与加在其两端的交流电同相位。
电容对交流电的阻抗叫做容抗 （XC）， 容抗是与交流电频率有关的一个量， 可 用式 （3⁃11） 来计算。
XC = 1 2πfC
（3⁃11）


式中 XC———电容的容抗 （Ω）；
f———交流电的频率 （Hz）， 一般为 50Hz； C———电容 （F）。 流过电容的电流 （A） 可用式 （3⁃12） 来表示：
iC = Um XC sin ωt ＋ φ ＋ π2 ( )
（3⁃12）
式中 Um ／ XC———流过电容的最大电流 （A）， Um ／ （XC × 2） 是有效值；
π ／ 2———电容电流超前电压 90°， 即 0. 005s。
（三） 电感对交流电的阻抗
电感对交流电的阻抗叫做感抗 （XL）， 感抗是与交流电频率有关的一个量， 可 用式 （3⁃13） 来计算。
XL = 2πfL
（3⁃13）
式中 XL———电感的感抗 （Ω）；
f———交流电的频率 （Hz）， 一般为 50Hz； L———电感 （H）。 流过电感的电流 （A） 可用式 （3⁃14） 来表示。
0 6
（3⁃14）
式中 Um ／ XL———流过电感的最大电流， Um ／ （XL × 2） 是有效值；


π ／ 2———电感电流滞后电压 90°， 即 0. 005s。 交流电流对 R、 L、 C的作用及计算参见表 2⁃4。 R、 L串联后对交流电流的阻抗是一个复数， 可用 a ＋ jb 的形式来表示， 见式 （3⁃15）， 也可用式
R、 L串联的复数
（3⁃16） 来计算 （3⁃15） （3⁃16） 而 R、 C串联后的复数为 R － jXC （Ω）， 这里要注意， jXC 前面的是负号， 是表 示流过 C的电流是超前的， 这与 jXL 不同。
（1） 从式 （3⁃15） 可以看出 R、 L串联后阻抗是一个矢量， 这个矢量是由 R 和 XL 组成的直角三角形的斜边， 斜边与直角边的夹角 φRL叫做移相角， 其大小可用式 （3⁃17） 来确定。
（3⁃17）
同时， 我们定义 φ为交流电路的功率因数角， 这是一个很重要的量， 功率因数用
cosφ来表示。


（2） 从式 （3⁃16） 可以看出 R、 L串联后阻抗值是一个矢量和， 参见图 2⁃13。 （3） 流过 R、 L串联后的电流可用式 （3⁃18） 来表示 （3⁃18） 式中 Um ／ ZR ＋ L———流过 R ＋ L的最大电流， Um ／ （ZR ＋ L × 2） 为有效值；
φRL———移相角或功率因数角， 表示电流滞后电压的角度数。 由式 （3⁃18） 可以看出电流滞后电压小于 90°， 可与式 （3⁃14） 来比较， 如 R 远小于 XL， 电流滞后接近 90°； 当 R相对增大， 滞后角度减小； 当 R远大于 XL 时， 电流滞后则很小而接近于零。


（4） R、 L串联电路模拟了变压器、 电动机的绕组结构， 其中 L为绕组的电感， R为绕组的直流电阻， 在制造变压器、 电动机的时候， 尽量的使其 L大一点， 以便 使更多的磁能转变成电能或机械能， 而使 R 尽量小一点， 以减小其热量的产生， 以提高效率。 一般情况下， 把 R放出的热量叫做铜损， 这也是变压器、 电动机在 运行中发热的原因， 也是寻求变压器、 电动机结构更新改造的惟一出路， 当 R 很 小很小的时候， 但不能是零的时候， 正是效率最大的时候。
（五） RL串联又并联电容 （R L） ∥C后对交流电的阻抗
＋ （R ＋ L） ∥C后的阻抗计算较为复杂， 通常都采用复数的计算方法。 举例参见
1 6
第三章
iL = Um XL sin ωt ＋ φ － π2 ( )
（四） R、 L串联对交流电的阻抗
R ＋ jXL ZR＋L = R2 ＋ X2L
φRL = arctan XL R
iR＋L = Um ZR＋L sin（ωt ＋ φ － φRL）


i1 是一个滞后的电流， 功率因数 cosφ = cos arctan 4 3 ( ) = cos53. 1° = 0. 60。
（2） 对 C分路来讲， 同样 u = 100 2cos1000tV
I · 2 = U · ／ Z2 = 100 2 0° ／ 5 － 90°A = 20 2 90°A，
i2 = 20 2cos （1000t ＋ 90°） A i2 是一个超前的电流， 这个电流与 i2 合成为 i， 同时又补偿了 i 中相位滞后的 电流。
（3） 电流 i有两种方法计算： 1） I·= U· ／ Z = 100 2 0° ／ 7. 94 － 18. 5°A = 12. 6 2 18. 5°A； 2） I·= I·1 ＋ I ·
2 = （20 2 － 53. 1° ＋ 20 2 90°） A = （12 2 － j16 2 ＋ j20 2A = 12 2 ＋ j4 2） A = 12. 6 2 18. 5°A； i = 12. 6 2cos （1000t ＋ 18. 5°） A， 这是一个超前的电流。


（4） 从上述计算可以看出， 流过 R ＋ L的电流有效值是 20 2 ／ 2A = 20A， 而并联 电容后流过 （R ＋ L）∥C 的电流有效值是 12. 6 2 ／ 2A = 12. 6A， 电流没有增大， 反 而减小了， 这就是并联电容的结果， 起到了补偿的作用。
这里再计算一下 （R ＋ L） ∥C 电路的功率因数， cosφ = cos arctan 2. 57. 52 ( ) = cos18. 5° = 0. 9。
同时， 可以看到 i1 = 20 2cos （1000t － 53. 1°）、 i = 12. 6 2cos （1000t ＋ 18. 5°） 中的 53. 1°和 18. 5°正是功率因数角， 并联电容后不但减小了总电流， 也提高了电 路的功率因数， 这正是交流电路中并联电容的意义。
2 6
五、 电动势 E ／电压 U的计算
电压是电源固有的能输出电流的能力， 它是由电源的结构而决定的。 我们定 义， 电源空载时输出端的电位差叫做电动势 E， 把输出端引出线路上的电位差叫做 电压 U。
（一） 法拉第定律
（二） 实用公式 （2⁃5）。
参见式
U =


4. 44fBSN （3⁃19） 式中 U———线圈的电压 （V）；
f———电源频率 （Hz）， 50Hz； B———铁心磁感应强度 （T·Wb ／ m2、 V·s ／ m2）， 可取 1. 2 ～ 1. 4T； S———铁心的截面积 （m2）； N———绕组 ／线圈的匝数。 式 （3⁃19） 是一个很有用的公式， 变压器、 电动机、 电磁铁的计算都要用到 它， 只要我们能查到设备的 B、 S、 N， 就可方便地计算出电压 U， 同样知道了 U， 还可以算出 N （匝）
4. 44fBS （3⁃20）
六、 电流 I的计算
电流的计算最常用到的公式就是著名的欧姆定律， 在阻抗的计算中已经用到了 它， 参见式 （2⁃10）。
同时欧姆定律还可以写成下列形式：
U = IZ Z = U ／ I
（3⁃21） （3⁃22）
欧姆定律应用时注意事项 （1） 对于直流电路来讲， 只有线路或元件的电阻 R， 而没有电抗 X， 因此， 欧 姆定律应写成式 （3⁃23） 的形式：
I = U ／ R
（3⁃23）
其中， R包括电源本身的内阻 r， 精确计算应考虑内阻 r； 当电源直接接在元件


上时， U应改为 E。 一般条件下， 电源的内阻很小， 有时也采用直流电源并联的形
3 6
第三章
N = U ／
式， 以减小其电源组的内阻。
（2） 对交流来讲可分以下几种情况： 1） 纯电阻电路 见式 （3⁃10）。 2） 纯电容电路 见式 （3⁃11）。 3） 纯电感电路 见式 （3⁃13）。 4） R、 L电路 见式 （3⁃18）。
5） （R ＋ L） ∥C电路 见本章第一节四 （五）。
在进行电流计算时， 必须先考虑负荷的性质， 然后考虑负荷的阻抗， 再考虑加 在负荷两端或输入端上的电压的性质 （交流、 直流）， 最后考虑所求的目的 （ i、 Im、 I）， 这样才能准确地选用上述公式进行计算。
七、 直流电路的计算
（一） 电阻电路
（1） 电流流过电阻， 电阻放出热量参见式 （2⁃15） 来计算。 式 （2⁃15） 还可以写成下列形式：
Q = U R ( ) 2 Rt = U2 ／ Rt和 Q = I2 UI t = IUt （3⁃24）
（2） 电功率的计算可用式 （3⁃25） 来进行。
P = UI = U2 ／ R = I2R （3⁃25） 式中 P———电阻消耗的功率 （W）；


U———电阻两端的电压 （V）；
I———流过电阻的电流 （A）； R———电阻的阻抗 （Ω）。 功率的进位关系
4 6
1kW （千瓦） = 1000W （瓦） （3） 电能的计算可用式 （3⁃26） 来进行。
W = Pt = UIt = U2 ／ Rt = I2Rt
式中 W———电阻消耗的电能 （W·h）；
U———电阻两端的电压 （V）；
I———流过电阻的电流 （A）； t———电阻工作时间 （h）。 电能的进位关系
（3⁃26）
1kW·h （千瓦时） = 1000W·h （瓦时） 这里要注意， 千瓦时 ／ kW·h 就是我们常说的度， 是用电时间内消耗的电能， 而瓦 ／ W或千瓦 ／ kW是单位时间内 （每秒） 消耗的电能。
可以看出式 （2⁃15）、 式 （3⁃24） 与式 （3⁃26） 是一致的， 因此热量 Q 也是能 量 W的一种形式。 式 （2⁃15） 及式 （3⁃24） ～式 （3⁃26） 也适合交流电路， 只是电流应为流过电


阻的有效值， 在选用时应特别注意。 其中， 电阻的概念一般指用电器， 但是专指电 阻性的， 如白炽灯、 电炉、 电熨斗、 电烙铁、 电热水器、 电暖器等电热装置。 计算
时应与欧姆定律结合起来， 其中还要正确地选取电压、 电流及时间的单位。
（二） 电感电路
直流电流流过电感时是一个通路， 但电感本身并不消耗电能， 而是把电能转换 成磁能存储起来， 这个能量可参见式 （2⁃17） 来计算。
（三） 电容电路
直流电流不能流过电容， 对直流电来讲是一个断路元件， 因此， 电容， 不消耗 电能。 当电源接通后， 电压加在电容的两极， 这时电容则把电能存储在极板上， 这 个能量可参见式 （2⁃19） 来表示。
电容进行能量转换的时间可参见式 （2⁃20） 计算。
（一） 单相交流电路
5 6
第三章
电感进行能量转换的时间可参见式 （2⁃18） 进行计算。
八、 交流电路的计算
单相交流电压和电流可以用下式来表示：
u = Umsin（ωt ＋ φ） （3⁃27） i = Imsin（ωt ＋ φ）
（3⁃28）


对低压 220 ／ 380V系统， ω = 2πf = 2 × 3. 14 × 50 = 314 因此， 式 （3⁃27）、 式 （3⁃28） 可以写成
u = ＋ φ） u = ＋ φ）
220 2sin（314t 380 2sin（314t （3⁃29）
i = 220 2Z sin（314t ＋ φ） i = 380 2 Z sin（314t ＋ φ） （3⁃30）
式中   Um、 220 2、 380 2———单相电压的最大值 （V）；
Im、 220 2 ／ Z、 380 2 ／ Z———单相电流的最大值 （A）；
U、 220、 380———单相电压的有效值 （V）； I、 220 ／ Z、 380 ／ Z———单相电流的有效值 （A）。
1. 电阻电路 电阻电路的电流 iR 可用式 （3⁃10） 来表示。 式 （2⁃15） ～式 （3⁃ 26） 均可在交流电路的计算中使用， 其中 U和 I均为有效值， 且 I = UR ／ R。
对电阻来讲， 交流电流流过后放出热量而做了功。 因此， 定义电阻所消耗的功 率为有功功率
电容电路
（P）。
2.


（1） 电容电路的电流 iC 可用式 （3⁃12） 来表示。 流过电容的电流有效值可用 式 （3⁃31） 来表示。
IC = UC ／ XC
（3⁃31）
式中 IC———流过电容电流的有效值 （A）；
UC———电容两端电压的有效值 （V）； XC———电容的容抗 （Ω）， 可用式 （3⁃11） 计算。 （2） 电容器不消耗电能， 只进行能量 ／电能的转换， 因此定义这个转换的能量 为无功功率 （QC）， 可用式 （3⁃32） 来计算。
（3⁃32）
式中 QC———电容的无功功率 （var）；
QC = UC IC = I2CXC = U2C ／ XC
UC———电容两端的电压 （V）；
IC———电容的电流 （A）； XC———电容的容抗 （Ω）。
3.
电感电路
（1） 电感电路的电流 i可用式 （3⁃14） 来计算。 流过电感的电流有效值可用式 （3⁃33） 来计算。
IL = UL ／ XL
（3⁃33）
式中 IL———流过电感电流的有效值 （A）；


UL———电感两端电压的有效值 （V）； XL———电感的感抗 （Ω）， 可用式 （3⁃13） 计算。 （2） 电感不消耗电能， 只进行电能 ／能量的转换， 因此定义这个转换的能量为 无功功率， 无功功率可用式 （3⁃34） 来计算。
QL = UL IL = I2LXL = U2L ／ XL
（3⁃34）
式中 QL———电感的无功功率 （var）；
UL———电感两端的电压 （V）；
IL———电感通过的电流 （A）； XL———感抗 （Ω）。
为了计算方便， 一般不作说明时， 我们规定英文小写的 u、 i 为瞬时值， 英文 大写的 U、 I为有效值， 一般不使用 Um 和 Im 等最大值。
4. （R ＋
L） 电路 （参见图
2⁃13）


U = U2R ＋ U2L = （ IR） 2 ＋ （ IXL） 2 = I R2 ＋ X2L （3⁃35） Z = R2 ＋ X2L = U ／ I （3⁃36） I = U ／ Z （3⁃37） P = UR I = UIcosφ = Ssinφ （3⁃38） Q = UL I = UIsinφ = Ssinφ （3⁃39） S = UI = P2 ＋ Q2 （3⁃40） φ = arccos UR U = arccos R Z （3⁃41） cosφ = UR ／ U R ／ Z P ／ S
= = （3⁃42） 式中 U———电源电压 （V）；
Z———线路 R ＋ L总阻抗 （Ω）；
I———线路电流 （A）； P———线路有功功率 （W）； Q———线路无功功率 （var）；
S———线路视在功率 （VA）；
6 6
φ———功率因数角
（°）；
cosφ———功率因数。
5. （R ＋ L） ∥C电路的计算    见本章四 （五）。 根据计算结果及式 （3⁃35） ～ 式 （3⁃42）， 可计算相应参数。
（二） 三相交流电路
三相交流电压 （V） 可用下式来表示：


uA = 2Usin （314t ＋ φ） （3⁃43） uB = 2Usin （314t ＋ φ ＋ 120°） （3⁃44） φ
uC = 2Usin （314t ＋ － 120°） （3⁃45）
三相平衡负载即为每相负荷的相加， 每相计算可采用以上计算方法。 因此  P三 = 3P单 = 3Uϕ Iϕcosφ （下角标 ϕ表示相， L表示线） （3⁃46） = 3 UL 3 ILcosφ （ 联结中， Uϕ = UL ／ 3， Iϕ = IL） = 3UL ILcosφ （3⁃47）
= 3UL IL cosφ （△联结中， Uϕ = UL， Iϕ = IL ／ 3） = 3UL ILcosφ （3⁃48）
3 因此，
P = 3UIcosφ Q = 3UIsinφ S
（3⁃49） （3⁃50） = 3UI （3⁃51） 式中， P的单位为 W， Q的单位为 var， S的单位为 VA。
这里规定， 公式中有 3者必定是三相电路， U、 I 必定是线值； 公式中无 3者 必定是单相电路， U、 I必定是相值。 凡没有特别指出时， U、 I均为线值。
一、 电动机的原理


电动机的原理是建立在通电导线在磁场中受力而运动的基础上的。 根据电动机 左手定则， 如果把导线做成矩形线圈并把中心轴线用绝缘支架支承起来， 由于两个 边中的电流方向不同， 则受力方向不同而形成转矩， 线圈便以中心轴线为中心而转 动起来， 这就是电动机的原理， 参见图 2⁃5。
交流异步电动机的原理是建立在旋转磁场的基础上的， 而旋转磁场是由于三相 交流电相与相之间的相位不同输入到电动机三相绕组后而形成的。
（1） 旋转磁场转速即同步转速与电流的频率和磁极对数有关， 可用式 （3⁃52） 计算。
n1 = 60f1
／ p
（3⁃52）
7 6
第三章
第二节 电动机的计算
二、 交流异步电动机及计算
式中 n1———同步转速 ／旋转磁场转速 （r ／ min）；
f1———交流电流的频率 （Hz）， 一般为 50Hz；
p———绕组的磁极对数 （1， 2， 3…）。 （2） 转差率是指同步转速与电动机实际转速的差与旋转磁场转速的比值， 用式 （3⁃53） 表示。 s = （n1 － n） ／ n1 × 100％ （3⁃53） 式中 s———转差率 （％ ）；
n1———同步转速 （r ／ min）；


n———电动机实际转速 （r ／ min）。 （3） 电动机的电磁转矩是电动机转动且能带动负载的基本条件， 可用式 （3⁃54） 计算。
M KmΦI2cosφ2
=  （3⁃54） 式中 M———电动机的电磁转矩 （N·m）；
Φ———气隙合成旋转磁场每极磁通量 （Wb）； I2———转子相电流 （A）； cosφ———转子电路功率因数；
Km———与电机结构有关的系数即转矩常数。
（4） 电动机的额定转矩用式 （3⁃55） 计算。
Me = 9550Pe
／ n
（3⁃55）
式中 Me———电动机额定转矩 （N·m）；
Pe———电动机额定功率 （kW）；
n———电动机的额定转速 （r ／ min）。 （5） 电动机的最大转矩用式 （3⁃56） 计算。
Mm = λmMe
（3⁃56）
式中 Mm———电动机的最大转矩 （N·m）；
λm———电动机的最大过载倍数， λ一般为 1. 8 ～ 2. 5。 （6） 绕线转子异步电动机转子每相绕组电阻、 电压比、 转子绕组每相电阻折算 值可按式 （3⁃57）、 式 （3⁃58）、 式 （3⁃59） 计算。
r2 = sE2e
3I2e
（3⁃57）


式中 r2———绕线转子异步电动机每相绕组电阻值 （Ω）；
s———转差率 （％ ）； E2e———转子额定线电压 （V）；
I2e———转子额定线电流 （A）。
k = 0. 95U1e
E2e （3⁃58）
8 6
9 6
第三章
式中   k———电压比；
U1e———定子额定线电压 （V）； E2e———转子额定线电压 （V）。
r′  2 =
r2k2
（3⁃59）
式中 r′  2———转子绕组每相电阻折算值 （Ω）；
k———电压比。
（7） 电动机定子每相绕组电阻值可用式
r1 = 0. 95U1e s （3⁃60）
（3⁃60） 计算。
3I1e 式中 r1———定子每相绕组电阻值 （Ω）；
U1e———定子额定线电压 （V）；
I1e———定子额定线电流 （A）；
s———转差率 （％ ）。 （8） 电动机临界转差率用式 （3⁃61） 计算。
sm = s（λm ＋ λ2m － 1） （3⁃61） 式中   sm———临界转差率；
s———转差率；
λm———电动机最大过载倍数。 （9） 电动机总电抗可用式 （3⁃62） 计算。
X = （U1e ／ 3） 2 × p － r1 2 － r21 （3⁃62）


210λmMe 式中 X———电动机总电抗 （Ω）；
p———磁极对数；
λm———电动机最大过载倍数； Me———额定转矩 （N·m）；
r1———定子绕组每相电阻值 （Ω）。 同时总电抗与定子电抗、 转子电抗折算值见式 （3⁃63）。
x1 ≈ x′  2 ≈0. 5X 式中 x1———定子电抗 （Ω）；
x′  2———转子电抗折算值 （Ω）。 （10） 电动机转子每相电抗 x2 一般用式 （3⁃64） 计算。
x2 = x′  2 ／ k2 式中 x2———转子每相电抗 （Ω）；
k———电压比。
（11） 电动机空载电流一般用式 （3⁃65） 计算。
（3⁃63） （3⁃64）
I0 = I1e（sinφ1e － cosφ1e tanφ2e） （3⁃65） 式中 I0———电动机空载电流 （A）；
cosφ1e———电动机功率因数， sinφ1e = 1 － cos2φ1e； tanφ2e———系数， 可用式 （3⁃66） 计算；
I1e———电动机额定电流 （A）。
tanφ2e = x1 ＋ x′  2 r1 ＋ r′  2 ／ s （3⁃66）
式中 x1———定子电抗 （Ω）；


x′  2———转子电抗折算值 （Ω）；
r1———定子每相电阻 （Ω）； r′  2———转子每相电阻折算值 （Ω）；
s———额定转差率。
（12） 电动机励磁电抗一般用式 （3⁃67） 计算。
x0 = 0. 95U1e
3I0
（3⁃67）
式中 x0———电动机励磁电抗 （Ω）；
U1e———电动机额定电压 （V）；
I0———电动机空载电流 （A）。 （13） 电动机串联电阻起动时串联电阻的计算， 可分两种情况， 即减小起动电
流或减小起动转矩， 可按电动机实际情况选用。
1） 减小起动电流时每相串接电阻可按式 （3⁃68） 计算。
RQ = （a2 － 1）x2 ＋ a2 r2 － r
（3⁃68）
式中 RQ———每相串接的起动电阻 （Ω）；
a———不串电阻与串电阻起动电流的比值 IQ ／ IRQ； x———电动机电抗值 （Ω）， x≈ （0. 91 ～ 0. 97） Z， Z 为电动机阻抗， 可按 式 （3⁃69） 或式 （3⁃70） 计算；
r———电动机电阻值 （Ω）； r≈ （0. 25 ～ 0. 4） Z。
Z = U1e （3⁃69）


3IQ 式中 Z ———电动机为星形联结时的阻抗 （Ω）；
U1e———额定电压 （V）；
IQ———起动电流 （A）， 起动电流一般为 （4 ～ 7） I1e， 重载起动时为 （8 ～ 12） I1e， 可按实际情况选取， 重载及容量较大时取上限， 轻载及容
量较小时取下限。
0 7
Z△ = 3U1e IQ （3⁃70）
式中 Z△———电动机为三角形联结时的阻抗 （Ω）；
电动机容量较小 （ ＜ 75kW） 或轻载时每相串接起动电阻可用简便式 （3⁃71） 计算， 结果与式 （3⁃68） 有误差。
（3⁃71）
式中 RQ———每相串接的起动电阻 （Ω）；
IQ———起动电流 （A）； IRQ———串接电阻预计的起动电流 （A）， 一般取 IRQ = （1. 5 ～ 2） I1e。 2） 减小起动转矩时每相串接电阻可按式 （3⁃72） 计算。
RQ x2 br2 r
= （b － 1） ＋ － （3⁃72） 式中 b———不串电阻与串联电阻时起动转矩的比值 MQ ／MRQ。
（14） 起重运输机构小型或中型电动机定子电路单相串接起动电阻的计算可用


[以下计算方法， 见式 （3⁃73） ～式 （3⁃75）。 根据 δM 及电动机的 cosφ 值， 按图 3⁃3 查 RQ ／ Z的值 K及 IRQ
／ IQ 的比值 C。]10 8 RQ 6 1.5 Z Ro/Z IQ 4 1.0 0.4 IQ a 0.6 0.8 2 0.5 0 0.2 0.8


图 电动机单相串联电阻 M曲线
3⁃3
R、 I、
δM = MRQ MQ （3⁃73）
RQ = KZ （3⁃74） IRQ = IQC （3⁃75） 式中   δM———相对起动转矩倍数；
MRQ———串联电阻后起动转矩 （N·m）；
1 7
第三章
RQ = 190 IQ － IRQ IQ IRQ
MQ———起动转矩 （N·m）；
RQ———起动电阻 （Ω）；
Z———电动机的阻抗 （Ω）， 见式 （3⁃69）、 式 （3⁃71）； IRQ———串联电阻后起动电流 （A）；
IQ———起动电流 （A）。
计算中， 对于一般的电动机来讲， 可采用 cosφ = 0. 8 来计算。
如计算结果， δm = 0. 4， cosφ = 0. 74， 由图 3⁃3 横轴 0. 4 与 cosφ = 0. 8 交点向左 看纵轴 K = 2. 1， 再由 2. 1 向左看 C = 0. 5。 如 δm = 0. 4， cosφ = 0. 8， 则 K = 2. 7， C
= 0. 7， 以此类推。
（15） 绕线转子电动机转子串联起动电阻的计算可用以下方法， 见式 （3⁃76） ～ 式 （3⁃82）。


β m Me ／ sMm
= （3⁃76）
式中   β———系数；
2 7
m———起动级数；
Me———电动机额定转矩 （N·m）；
s———转差率；
Mm———起动最大转矩 （N·m）， 见式 （3⁃56）。
Mα =Mm ／ β （3⁃77） Mα = λm ／ Me ／ β （3⁃78） 式中 Mα———切换转矩 （N·m）；
Me———电动机额定转矩 （N·m）； λm———电动机最大过载倍数；
β———系数， 见式 （3⁃76）。
R1 = r2
（β － 1）
（3⁃79） R2 = βR1 （3⁃80）
R3 βR2
R R1 R2 R3
= （3⁃81） = ＋ ＋ （3⁃82） 式中 R1———每相的第一段电阻 （Ω）；
R2———每相的第二段电阻 （Ω）； R3———每相的第三段电阻 （Ω）；
R———每相总电阻 （Ω）； r2———转子绕组每相电阻 （Ω）， 见式 （3⁃57）。 （16） 绕线转子电动机转子串联调速电阻的计算可用以下方法， 见式（3⁃83） ～ 式 （3⁃86）。
sm = se
2λm （3⁃83）
（3⁃84）
（3⁃85）
sm （3⁃86）
式中   sm———电动机最大转差率；


λm———电动机最大过载倍数；
se———额定转差率；
s′  m———临界转差率；
Mm———最大转矩 （N·m）；
Mx———负载的转矩 （N·m）；
nx———要求调到的转速 （r ／ min）；
sx———要求调到转速的转差率； RfB———转子需要串联的电阻 （Ω）；
r2———转子每相电阻值 （Ω）， 由式 （3⁃57） 计算。 （17） 绕线转子电动机从电动状态切换到反接制动状态， 转子每相串接电阻的 计算方法可用式 （3⁃87） ～式 （3⁃91） 进行计算。
（3⁃87） （3⁃88）
式中字母含义与式 （3⁃83） ～式 （3⁃86） 相同， 所不同的是注意 M 与 n 的方 向， 因为切换后为反转， 因此， Mm 为负 （ － ）， Mx 为负 （ － ）， n0 为负 （ － ）， ne 为正 （ ＋ ）。
（18） 绕线转子电动机为位能负载， 要求稳定速度下降， 转子每相串接电阻的 计算方法一般用式 （3⁃91） ～式 （3⁃94） 进行计算。
sm = se
2λm （3⁃91）
s′  m = 2Mm Mx sx （3⁃92）
sx = n0 － （ － nx） n0 （3⁃93）


3 7
第三章 电工常用计算及应用
s′  m = 2Mm Mx sx sx = n0 － nx n0 RfB = s′  m － 1 ( )r2
sm = 2λm se s′  m = － 2Mm － Mx sx
sx = － n0 － nx － n0 （3⁃89）
RfB = s′  m sm － 1 ( )r2 （3⁃90）
RfB = s′  m sm － 1 ( )r2 （3⁃94）
式中字母含义与式 （3⁃83） ～式 （3⁃86） 相同， 这里要注意下降的稳定速度为 反转， 反转为负 （ － ）。
从式 （3⁃68） ～式 （3⁃94） 的计算中要注意以下几点： 1） 电阻计算的结果只是电阻值的确定， 在选用时要考虑电阻的功率， 因为电
阻通过的电流较大， 当功率小时易将其烧坏。 因此， 常选用铸铁电阻或镉镍电阻， 功率应不小于 I2R。
2） 计算应掌握电动机的相关数据， 如功率 Pe， 额定电压 U1， 额定电流 I1， 额 定转速 ne， 功率因数 cosφ， 过载系数 λ， 额定效率 ηe， 绕线转子电动机还应掌握 转子额定电动势 E2、 额定电流 I2 等。


3） 当电动机反转时， 其转速为负 （ － ）， 转矩为负 （ － ）， 但由正转切换到反 转时， n0、 ne 均为负
三、 异步电动机修理常用计算 （ － ）。
[电动机进行修理时， 应精心测量以下基本数据， 见图 3⁃4 ～图 3⁃6 （这里仅以 图 3⁃6 为例， 定子槽形还有其类型）。
图 3⁃4 定子槽形及几何尺寸 （一） 圆顶圆底梯形槽 圆顶双圆底梯形槽]bs2 bs2 bsl hso


a） b）
图中， D1N———定子铁心内径 （mm）；
D1W———定子铁心外径 （mm）；
L———定子铁心长度 （mm）； h———定子铁心轭高 （mm）； 轭高指平底槽底至定子铁心外圆边的距
离或指圆底槽1 ／ 3R1处至定子铁心外圆边的距离， R1 指圆底槽 圆半径；
[4 7
图 3⁃5 定子槽形及几何尺寸 （二） 斜顶平底梯形槽]bs2 bsl has bs1 R hes hso hso


[a） 圆顶平底梯形槽 b）
a） b）]Diw bz bz Ro b bo bo b) a)


bz———定子铁心齿宽 （mm）； 齿宽指齿与齿相邻边的边距； Z1———定子铁心槽数；
Z2———转子铁心槽数， Z1 与 Z2 配合见表 3⁃7； D2———转子铁心外径 （mm）；
δ———气隙宽度 （mm）， 指转子与定子的间隙；
5 7
第三章
图 3⁃6 定子槽形及几何尺寸 （三） 半开口圆底梨形槽 半开口平底梯形、 矩形槽
R1———圆底槽大圆半径 （mm）； R2———圆底槽小圆半径 （mm）；
b1———平底槽下底宽 （mm）； b0———定子槽口宽度 （mm）； h1———槽深 （mm）； hn———定子槽高 （mm）； h0———槽口高度
表 3⁃7   笼型电动机推荐使用的定子转子槽数
（mm）。


"极数":"8"
"定子槽数":"48 54 72"
"转子槽数 （直槽）":"34， 62 58， 86， 88， 90"
"转子槽数 （斜槽）":"35， 44， 46， 61， 63， 65 58， 62 56， 57， 59， 85， 87， 89"
交流三相异步电动机空壳重绕计算 （1） 磁极数按式 （3⁃95） 计算。
2p = （0. 35 ～ 0. 40） Z1bz h （3⁃95）
注： 计算结果取 2、 4、 6、 8、 10 等相近整偶数。 （2） 容量的估算按式 （3⁃96） 进行。
6 7
P = D31NLK
1000 （3⁃96） 式中 P———电动机估算容量 （kW）；
K———为容量系数， 2 极电动机取 0. 28， 4 极取 0. 14， 6 极取 0. 08； 8 极取 0. 054。 若为封闭式电动机再乘以系数 0. 6。 注： D1N、 L应按厘米 （cm） 计入， 计算结果取最接近电动机容量标准系列的 整数。
（3） 绕组线电流按式 （3⁃97） 计算。
（3⁃97）


使用 I≈2P计算电流时， 2 的单位为 2A ／ kW。 式中 I———绕组线电流 （A）； 用估算式 I≈2P时， P无量纲；
P———电动机估算容量 （kW）； U———定子线电压 （V）； cosφ———功率因数， 一般取 0. 8 ～ 0. 85；
η———效率， 一般取 0. 9 ～ 0. 95。 （4） 绕组导线截面积按 （3⁃98） 计算。
（3⁃98）
式中 A———导线截面积 （mm2）；
Iϕ———绕组相电流 （A）， 联结时取式 （3⁃97） I值； △联结时 Iϕ 为 I ／ 3；
j———电流密度， 铜线取 （ 0. 5 ～ 6. 5 ） A ／ mm2， 铝线取 （ 2. 5 ～ 3. 5 ）
A ／ mm2。
注： 计算结果取最相近的且不小于导线截面标准系列的整数。
（5） 每槽导线匝数按式 （3⁃99） 或式 （3⁃100） 计算。
联结时 3D1NLz1Bδ
△联结时
N△ = 3N （3⁃100） 式中   N———每槽导线匝数；
U———线电压 （V）；
p———磁极对数， 见式 （3⁃95）， 取 1、 2、 3、 4…； a———并联支路数；


k———绕组系数， 见表 3⁃8 和表 3⁃9； Bδ———气隙磁通密度 （T）， 见表 3⁃10。 注： 定子铁心内径 D1N、 长度 L均以 mm （毫米） 为单位。
7 7
第三章
I = P × 10 3 3Uηcosφ 或 I≈2P
A = Iϕ ／ j
N = 2. 61Upa × 10 4 k （3⁃99）
表 3⁃8   三相双层绕组系数 k
[表 3⁃8   三相双层绕组系数 k
8 7]
"每极每相槽数 q":"1 15"
"槽节距":"1 ～ 4"
"节距比 β = y":"0. 835"
"短距系数 kp":"0. 97"
"绕组系数 k":"0. 924"


5 6 0. 957 0. 956 — — — — — — 0. 774 0. 679 0. 874 0. 786 （0. 936） （0. 870） （0. 957） （0. 927） 0. 936 （0. 956）
注： 对所推荐的节距数值， 取用括号内的绕组系数。
气隙磁通密度取值高低与定子铁心直径以及磁极数有关， 一般定子铁心直径越 大， 磁极数越多， 所取的气隙磁通密度值则越高。 其取值范围可参考表 3⁃10。
表 3⁃10   异步电动机定子电磁部分计算参数


[表 3⁃10   异步电动机定子电磁部分计算参数
绕组中每个线圈的匝数， 若采用单层绕组， 则匝数为 N； 采用双层绕组时， 则 匝数为 0. 5N。 一般条件下， 10kW以下电动机采用单层绕组， 10kW 以上电动机采]

150 ～ 250 250 ～ 350 350 ～ 450

气隙磁通密度 Bδ T 0. 6 ～ 0. 7 0. 65 ～ 0. 75 0. 7 ～ 0. 8

定子轭铁磁通密度  Be T 1. 1 ～ 1. 5 1. 2 ～ 1. 5 1. 3 ～ 1. 5

定子齿磁通密度  Bz T 1. 3 ～ 1. 6 1. 4 ～ 1. 7 1. 5 ～ 1. 8

电流密度 防护式 j A ／ mm2 5 ～ 6 5 ～ 5. 6 5 ～ 5. 6

封闭式 j A ／ mm2 4. 5 ～ 5. 6 4. 2 ～ 5. 2 3. 7 ～ 4. 2
绕组中每个线圈的匝数， 若采用单层绕组， 则匝数为 N； 采用双层绕组时， 则 匝数为 0. 5N。 一般条件下， 10kW以下电动机采用单层绕组， 10kW 以上电动机采
用双层绕组。


（6） 线圈相关数据的计算按式 （3⁃101） ～式 （3⁃104） 计算。
q = z1 ／ 2pm kc = z1 ／ q kϕ = kc ／ m = z1 ／ 2p
（3⁃101） （3⁃102） （3⁃103） （3⁃104）
式中   q———每极每相槽数；
2 8
kc———绕组极相组数；
kϕ———每相极相组数；
———线圈极距 （槽数）； m———相数， 3。 （7） 气隙极距面积用式 （3⁃105） 计算。
Aδ = 0. 01 πD1NLk
2p （3⁃105）
式中 Aδ———气隙极距面积 （mm2）；
k———铁心压装系数， 可按硅钢片的绝缘选取。 涂漆 0. 92， 氧化膜 0. 95；
旧电动机按铁心叠压松紧选取， 无松动 0. 93， 如松动必须压紧， 同时
k取较低值。
（8） 每极磁通量用式 （3⁃106） 计算。
Φ =
kδAδBδ （3⁃106） 式中 Φ———每极磁通量 （Wb）；
kδ———极弧系数， 与极数、 磁饱和有关， 见表 3⁃11； Aδ———气隙极距面积 （mm2）， 见式 （3⁃105）； Bδ———气隙磁通密度 （T）， 见表 3⁃10。


表 3⁃11   极弧系数 αδ
[表 3⁃11   极弧系数 αδ
（9） 定子轭铁的双倍高度 （mm） 用式 （3⁃107） 计算。]
2	4	6
0. 66 ～ 0. 67	0. 67 ～ 0. 70	0. 69 ～ 0. 72
（9） 定子轭铁的双倍高度 （mm） 用式 （3⁃107） 计算。
2h = D1W － （D1N ＋ 2h1） （3⁃107） （10） 定子轭铁双倍截面积用式 （3⁃108） 计算。
2Ae = 0. 009 × 2hL （3⁃108） 式中 2Ae———定子轭铁双倍截面积 （mm2）。
（11） 定子轭铁磁通密度用式 （3⁃109） 计算。
Be = 10 －4 × Φ
2Ae （3⁃109）
式中 Be———定子轭铁磁通密度 （T）；
Φ———每极磁通量 （Wb）， 见式 （3⁃106）。 注， Be 计算结果必须符合表 3⁃10 的要求， 否则重新选取 Bδ， 直至使 Be 值符
合要求。 如果 Be 与表 3⁃10 的范围相差较大， 当超过最大值时， 应增加极数再计 算， 反之减少极数再算。
（12） 定子齿的宽度 （mm） 用式


bz = π（D1N ＋ 2h0 ＋ 2R1） － 2R1
（3⁃110） 计算。
z1 （3⁃110） （13） 每极齿截面积用式 （3⁃111） 计算。
（3⁃111）
式中 Az———齿截面积 （mm2）。
（14） 定子齿磁通密度用式 （3⁃112） 计算。
（3⁃112）
式中 Bz———定子齿通密度 （T）。
注： 当 Bz 值与表 3⁃10 的要求不符时， 应重新选取 Bδ 值计算。 变极电动机， Bz 可略高于表 3⁃10 中的值， 但一般不宜超过 1. 7T。 老式电动机一般在 1. 3 ～ 1. 5T 左
右。
（15） 定子槽截面用式 （3⁃113） ～式 （3⁃115） 计算， 见图 3⁃4 ～图 3⁃6。 其中， 图 3⁃5a的定子槽截面积与图 b的计算方法相同； 图 3⁃6 是定子铁心的剖面图， 是为
了说明铁心及槽的位置而设置的， 其标注不同， 读图时要注意。
图 3⁃4a中
2 2 （3⁃113）
3 8
第三章
Az = 0. 01 z1 2p bz（0. 9L）
Bz = 1. 57Φ Az × 10 －4
Aa = bs1 ＋ 2R1 （h′  s － h） ＋ π R 2 2


图 3⁃4b中
Ab = π 2 R 2 2 ＋ bs1 ＋ bs2 2 （h′  s － h） ＋ R2b′  s2 （3⁃114）
图 3⁃5a中
Aa = bs1 ＋ bs2 （h′  s － h） （3⁃115）
2 Aa、 Ab、 Ac 单位为 mm2。 （16） 定子槽内导线总截面积按式
Az = ADN
（3⁃116） 计算。
（3⁃116）
式中 Az———槽内导线总截面积 （mm2）；
AD———每根导线的截面积 （mm2）；
N———每槽导线匝数。
（17） 定子槽内带绝缘导线总截面积按式 （3⁃117） 计算。
A = πd 2 N
4 （3⁃117） 式中 A———槽内带绝缘导线的总截面积 （mm2）；
d———槽内带绝缘导线的直径 （mm）， 见表 3⁃12； N———导线匝数。
（18） 定子槽内填充系数用式 （3⁃118） 计算。
kT = A ／ Az
（3⁃118）
式中   kT———填充系数， 一般应控制在
表 3⁃12   各种圆电磁线直径及绝缘厚度
0. 6 ～ 0. 75。


[0. 6 ～ 0. 75。
4 8]

0. 51 ～ 0. 69 0. 72 ～ 0. 96 1. 0 ～ 1. 62 ≥1. 68

绝缘厚度 ／ mm

氧化膜铝线 0. 02 0. 02 0. 02 0. 02

高强度漆包线 薄绝缘 0. 03 0. 04 0. 06 0. 07

厚绝缘 0. 05 0. 06 0. 08 0. 09

单玻璃丝漆包线 0. 20 0. 22 0. 22 0. 24

双玻璃丝漆包线 0. 25 0. 25 0. 27 0. 28

聚酰胺—酰亚胺为基的高强度漆包线 0. 03 0. 04 0. 06 0. 07

耐冷冻漆包线 0. 05 0. 06 0. 08 0. 09
4 8
一、 基本计算方法
通常变压器的电动势 E ／电压 U 与电源频率 f、 绕组匝数 N、 铁心磁感应强度 B、 铁心截面积 A有关， 可用式 （3⁃19） 来表示， 由此可以写出变压器有关电压 U、 电流 I、 匝数 N、 阻抗 X的关系式， 见式 （3⁃119） ～式 （3⁃120）。
（3⁃119）
N2 （3⁃120）
式中   N1———变压器一次绕组的匝数；


N2———变压器二次绕组的匝数；
X1———变压器一次绕组及线路的等效阻抗 （Ω）； X2———变压器二次绕组及负载的等效阻抗 （Ω）。
二、 小型变压器的计算
小型变压器指容量很小， 且常用于电气设备上作为电源用变压器、 控制用变压 器及行灯变压器等， 电源一般为 220 ／ 380V、 容量小于 2kVA。
（1） 变压器二次侧输出的总视在功率计算见式
S2 = U21 I21 ＋ U22 I22 ＋ U23 I23 ＋
（3⁃121）。  … （3⁃121） 式中  S2———变压器二次侧输出的总视在功率 （VA）； U21、 U22、 U23———变压器二次侧每个绕组的额定电压 （V）； I21、 I22、 I23———变压器二次侧每个绕组的额定电流 （A）。 （2） 变压器一次侧输入的总视在功率计算见式 （3⁃122）。
（3⁃122）
式中 S2———变压器一次侧输入的总视在功率 （VA）；
η———变压器的效率， 一般取 0. 8 ～ 0. 9。 （3） 变压器一次侧输入的电流计算见式 （3⁃123）。
I1 = S1 （1. 1 ～ 1. 2）


U1 （3⁃123） 式中 I1———变压器一次侧输入的电流 （A）；
U1———变压器一次侧额定电压 （V）， 220V或 380V。 （4） 变压器铁心截面积计算见式 （3⁃124）。
A = = ab
K0 S1 （3⁃124） 式中 A———变压器铁心截面积 （cm2）， 见图 3⁃7 和图 3⁃8；
K0———系数， 按表 3⁃13 选取；
a———铁心中柱宽 （cm）；
5 8
第三章
第三节 变压器的计算
U1 U2 = N1 N2 = I2 I1 N1 ( ) 2 = n2 = X1 X2
S1 = S2 ／ η
b———铁心净叠厚
（cm）。
[注： a的选取应按标准小型变压器硅钢片中柱宽选取， b 还应考虑硅钢片间的 漆膜和间隙， 一般为 b的 1. 1 倍； a与 1. 1 倍 b的比值大小应不大于 1. 2， 尽量使 A 为方形。
图 小型变压器的铁心截面]


N0 = 45 BmA N1 = U1N0 ︙ Nx = UxN0
式中   N0———每伏匝数；
Bm———铁心磁感应强度最大值 （T）； U1…Ux———每个绕组的额定电压 （V）； N1…Nx———每个绕组的匝数， 实际中应增加 5％的匝数， 以补偿电压降。
（6） 绕组导线截面积按式 （3⁃127） 计算。
（3⁃127）
式中 AT———绕组导线的截面积 （mm2）；
I———每个绕组的额定电流 （A）， 由负载需要计算；
j———电流密度 （A ／ mm2 ）， 一般取 j = 2 ～ 3A ／ mm2， 短时工作时可取 4 ～ 5A ／ mm2。
注： 由截面积 AT 查表 3⁃14 选取相近截面积的导线直径 d1， 再由表 3⁃15 查得漆 包线带漆膜的线径 d2。
AT = I ／ j
表 3⁃14   常用圆铝、 铜线的规格
[表 3⁃14   常用圆铝、 铜线的规格
0. 59 0. 273 0. 734 103. 6 127 2. 42 64. 2 79. 5 7 8]


[（续）
注： 表中计算公式如下： 每 1km的净质量 G = 1000m ×截面积 （mm2） ×比重 × 10 － 3kg 其中铜的比重为 8. 9g ／ cm3； 铝比重为 2. 7g ／ cm3 每 1km的直流电阻： Rt = 电阻率 × 1000]


注： 表中计算公式如下： 每 1km的净质量 G = 1000m ×截面积 （mm2） ×比重 × 10 － 3kg 其中铜的比重为 8. 9g ／ cm3； 铝比重为 2. 7g ／ cm3 每 1km的直流电阻： Rt = 电阻率 × 1000
截面积 （mm2） Ω ×1000m 其中当温度 t = 20℃时 铜的电阻率为 0. 0175Ω·mm2 ／ m
铝的电阻率为 0. 0283Ω·mm2 ／ m  温度 t = 75℃时 铜的电阻率为 0. 0217Ω·mm2 ／ m
铝的电阻率为 0. 0346Ω·mm2 ／ m


[第三章
（7） 按绕组匝数 N， 线径 d、 绝缘纸厚度 δ等数据来核算变压器绕组所占铁心 窗口的面积， 它应小于窗口实际面积 hc， 以保证绕组能可靠放入。 计算方法见式 （3⁃128） ～式 （3⁃131）。]
Q QQ QZ、 QZL、 QY Q QQ QZ QZL QY


（7） 按绕组匝数 N， 线径 d、 绝缘纸厚度 δ等数据来核算变压器绕组所占铁心 窗口的面积， 它应小于窗口实际面积 hc， 以保证绕组能可靠放入。 计算方法见式 （3⁃128） ～式 （3⁃131）。
d2 （3⁃128）
式中   ni———每个绕组每层可绕的匝数， ni 取 1、 2、 3…；
h———选定的铁心片窗口高度 （mm）；
2 ～ 4mm———窗口裕量；
ni = 0. 9［h － （2 ～ 4mm）］
d2———计算漆包线的外径 （mm）。
mi = Nx ni
（3⁃129）
式中   mi———每个绕组需绕制的层数， i取 1、 2、 3…；
Nx———每个绕组需绕制的匝数， x取
Bi = mi（d2 ＋ δ） ＋ γ
1、 2、 3…。
（3⁃130）
式中 Bi———每个绕组绕制的厚度 （mm）， i取 1、 2、 3…；
δ———每层绕完后垫以上的层间绝缘厚度 （mm）， 0. 2mm 及以上导线采用 0. 02 ～ 0. 04mm 厚的透明玻璃纸； 0. 2mm 以上的导线采用 0. 05 ～


0. 07mm厚的电缆纸 ／牛皮纸， 大于 0. 5mm的导线采用 0. 12mm厚的青 壳纸 ／厚牛皮纸； γ———绕组间绝缘厚度 （mm）， 每个绕组绕完后垫以的绝缘， 电压不大于
500V时， 用
Bz = ＋ B1 ＋ B2 ＋ × ～
0. 12mm的青壳纸或 2 ～ 3 层电缆纸或 2 层黄蜡布均可。
（B0 …） （1. 1 1. 2） （3⁃131） 式中 Bz———所有绕组的总厚度 （mm）；
B0———绕组骨架的厚度 （mm）， 骨架是绕组绕制时载体， 用纸板或玻璃纤维
[板等绝缘材料制成， 分无框和有框两种， 见图 3⁃9 和图 3⁃10。 骨架在 中柱的四周及上下都要占一定的体积， 因此必须将其计入。
图 3⁃9 纸质无框骨架 弹性纸尺寸]b'+t b'+t a' a4t a'+t 1 1 2 3 4 5 4 L 3 a) b)


a） 粘叠后骨架 b） （8） 上述计算结果， 如果 Bz 小于铁心窗口宽度 c， 则计算可行。 如果 Bz ＞ c， 一是要加大铁心叠厚， 使绕组匝数减小， 但必须使 bz = （1 ～ 2） a。 第二种办法是 重新选用硅钢的尺寸， 再进行计算。
三、 单相及三相干式电力变压器的计算
大型及高压变压器的计算较复杂， 这里仅介绍电压低于 500V、 试验电压 5kV 以下、 容量 100kVA及以下的干式变压器的计算。 计算时应确定以下的参数及单
位：
[2 9
S———视在功率 （kVA）； m———相数， 单相或三相； f———频率 （Hz）， 一般为 50Hz； Uϕ———相电压 （V）；]2块 b' 2块 b b) a) 2块 a d)


U———额定电压 （V）， 指线电压， 单相变压器指相电压。
另外， 还有联结方式、 绝缘等级、 冷却方式等。
（1） 变压器电压和电流的计算可用式 （3⁃132） ～式 （3⁃139） 进行。 单相变压器 （3⁃132）
U2 （3⁃133） 式中 I1———变压器一次侧额定电流 （A）；
I2———变压器二次侧额定电流 （A）。
三相变压器
 星形联结
I = S ／ 3U （3⁃134） U = 3Uϕ （3⁃135）
I = Iϕ （3⁃136）
3 9
第三章
图 3⁃10 玻璃纤维板骨架 注： t—夹板厚度
I1 = S U1 I2 = S
式中 I———变压器一次侧或二次侧额定线电流 （A）；
Iϕ———变压器一次侧或二次侧额定相电流 （A）；
U———变压器线电压 （V）， 计算一次侧额定线电流时， U 为一次侧线电压；
计算二次侧额定线电流时， U为二次侧线电压；
Uϕ———变压器相电压 （V）， 计算一次侧额定线电流时， Uϕ 为一次侧相电压；
计算二次侧额定线电流时， Uϕ 为二次侧相电压。 三角形联结
I = S ／ 3U U = Uϕ I =


（3⁃137） （3⁃138） 3Iϕ （3⁃139） 式中 I———变压器一次侧或二次侧线电流 （A）；
Iϕ———变压器一次侧或二次侧额定相电流 （A）；
U———变压器线电压 （V）， 计算一次侧额定线电流时， U 为一次侧线电压；
计算二次侧额定线电流时， U为二次侧线电压；
Uϕ———变压器相电压 （V）， 计算一次侧线电流时 Uϕ 为一次侧相电压； 计算
二次侧线电流时， Uϕ 为二次侧相电压。 （2） 变压器铁心截面积用式 （3⁃140） ～式 （3⁃143） 计算。 单相变压器
日字型中柱绕组式壳式
AT = 32 S AT = 32 S ／ 2 AT = 32 S 3 ATD = AT KD
（3⁃140）
口字型边柱绕组式心式 （3⁃141）  三相变压器 （3⁃142） （3⁃143） 式中 AT———铁心净截面积 （cm2）；
ATD———铁柱毛面积 （cm2）；
KD———叠片系数， 0. 35mm厚冷轧硅钢片不涂漆取 0. 94， 热轧硅钢片涂漆取
0. 91； 0. 5mm厚硅钢片不涂漆取 0. 96， 涂漆取 0. 93； S———变压器视在功率 （kVA）。


注： 口字型边柱绕组式的二次绕组应平均分别绕在两个边柱上。
多级阶梯形铁柱的外圆直径、 毛面积、 净面积及各级尺寸见图 3⁃11 和表 3⁃16。 （3） 变压器铁轭截面及轭高 （边框铁心柱） 用式 （3⁃144） ～式 （3⁃148） 进行 计算 单相日字型 （壳式） AE ≥ 1 2 AT （3⁃144）  单相口字型心式 AE = AT （3⁃145）  多阶铁心柱截面
4 9
表 3⁃16   多级阶梯形变压器铁心柱尺寸表


第三章 电工常用计算及应用 95


96
[电工实用技能手册
图 多级阶梯形变压器铁心柱示意尺寸图]bsb6b7b8 b21b3 T 中D


3⁃11 （3⁃146）  三相三柱式 （3⁃147）
（3⁃148）
式中 AE———变压器铁轭截面积 （cm2）；
hE———铁轭高 （cm）； KD———叠片系数；
d———叠片厚度 （cm）。 （4） 绕组匝数的计算用式 （3⁃149）、 式
Uz = 4. 44fBmAT × 10 －8 N = Uϕ ／ Uz
（3⁃150） 进行 （3⁃149） （3⁃150）
式中 Uz———每匝电压值 （V）；
Bm———铁心柱磁通密度， 冷轧钢片取 1. 3 ～ 1. 5T， 热轧钢片取 1. 0 ～ 1. 3T， 变压器容量小时取下限， 反之取上限；
f———电源频率 （Hz）， 一般取 50Hz； N———一次或二次绕组匝数；
Uϕ———一次或二次空载额定相电压 （V）。 注： 通常先计算 N2， 然后再按电压比计算 N1， 这样既方便又准确。
（5） 绕组导线截面积可用式 （3⁃151） 计算。
AT
= I ／ j
（3⁃151）
式中 I———一次或二次额定相电流 （A）， 由负载计算；
j———电流密度 （A ／ mm2）， 内层绕组取 1. 6 ～ 1. 9A ／ mm2， 外层绕组取 2. 4 ～


2. 8A ／ mm2， 铝线降低 30％ ， 一般条件下， 平行绕制应取小值， 通风条
7 9
第三章
AE = （1. 05 ～ 1. 10）AT AE = （1. 05 ～ 1. 10）AT hE = AE KDd
[件好的取大值， 容量小取小值， 容量大取大值。 根据导线截面和线径由表 3⁃14 和表 3⁃15 查出。 变压器不同铁心结构如图
所示。]Mo Mo Mo A A A a) b)


图 3⁃12 变压器不同铁心结构图例 三柱铁心式 单相心式 单相壳式
a） b） c）
第四节 电磁铁的计算
电磁铁的计算较为复杂， 这里仅给出简式供读者参考。 （1） 直流电磁铁吸力的计算见式
F = 40B2A
（3⁃152）。
（3⁃152）
式中 F———电磁铁吸力 （N）；
B———铁心磁感应强度 （T）； A———铁心截面积 （cm2）。 （2） 交流电磁铁及力的计算见式
Fm = 40B2mA F = 20B2mA
（3⁃153）。
（3⁃153） （3⁃154）
式中 Fm———一个周期内电磁铁吸引力的最大值 （N）；
F———一个周期内电磁铁吸引力的平均值 （N）； Bm———铁心磁感应强度最大值 （T）；
A———铁心截面积 （cm2）。
第五节 电力负荷的计算及应用
一、 三相负荷的计算
（一） 需要系数法
（1） 三相用电设备 （组） 有功负荷按式 （3⁃155） 计算。
P30
=
KdPe （3⁃155） 式中 P30———三相用电设备 （组） 有功负荷 （kW）；
8 9


Kd———需要系数， 见表 3⁃17； Pe———用电设备 （组） 所有设备的额定容量 PN 之和， 但不包括备用设备的 容量， 可用 Pe = ΣPN 来计算， Σ即相加 （kW）。 注： 式 （3⁃155） 适用于车间、 工地负荷较多的环境中同类用电设备 （组） 的 计算， 如机床组、 锅炉组、 电炉组等， 详见表 3⁃17。 如计算支线或分支线上的负荷 时， Kd 应取上限， 当只有一台或两台设备时， Kd 可取 1。 计算时还应确认负荷的 性质。


[Kd———需要系数， 见表 3⁃17； Pe———用电设备 （组） 所有设备的额定容量 PN 之和， 但不包括备用设备的 容量， 可用 Pe = ΣPN 来计算， Σ即相加 （kW）。 注： 式 （3⁃155） 适用于车间、 工地负荷较多的环境中同类用电设备 （组） 的 计算， 如机床组、 锅炉组、 电炉组等， 详见表 3⁃17。 如计算支线或分支线上的负荷 时， Kd 应取上限， 当只有一台或两台设备时， Kd 可取 1。 计算时还应确认负荷的 性质。
9 9]
b c
　 小批生产的金属冷加工机床电动机 0. 16 ～ 0. 2 0. 14 0. 4 5 0. 5 73
　 大批生产的金属冷加工机床电动机 0. 18 ～ 0. 25 0. 14 0. 5 5 0. 5 73
　 小批生产的金属热加工机床电动机 0. 25 ～ 0. 3 0. 24 0. 4 5 0. 6 33
　 大批生产的金属热加工机床电动机 0. 3 ～ 0. 35 0. 26 0. 5 5 65 17
　 通风机、 水泵、 空压机及电动发电机组电动 机 0. 7 ～ 0. 8 0. 65 25 5 0. 8 75
　 非连锁的连续运输机械及铸造车间整砂机械 0. 5 ～ 0. 6 0. 4 0. 4 5 75 88
　 连锁的连续运输机械及铸造车间整砂机械 0. 65 ～ 0. 7 0. 6 0. 2 5 75 88
　 锅炉房和机加工、 机修、 装配等类车间的起 重机 （ε = 25％ ） 0. 1 ～ 0. 15 0. 06 0. 2 3 0. 5 73
　 铸造车间的起重机 （ε = 25％ ） 0. 15 ～ 0. 25 0. 09 0. 3 3 0. 5 73
　 自动连续装料的电阻炉设备 0. 75 ～ 0. 8 0. 7 0. 3 2 95 33
　 实验室用的小型电热设备 （电阻炉、 干燥 箱等） 0. 7 0. 7 0 — 1. 0 0
　 工频感应电炉 （未带无功补偿装置） 0. 8 — — — 35 67
　 高频感应电炉 （未带无功补偿装置） 0. 8 — — — 0. 6 33
　 电弧熔炉 0. 9 — — — 87 57
　 点焊机、 缝焊机 0. 35 — — — 0. 6 33
　 对焊机、 铆钉加热机 0. 35 — — — 0. 7 02
　 自动弧焊变压器 0. 5 — — — 0. 4 29
　 单头手动弧焊变压器 0. 35 — — — 35 68
　 多头手动弧焊变压器 0. 4 — — — 35 68


9 9
第三章
表 3⁃17   用电设备组的需要系数， 二项式系数及功率因数值
（续）
用电设备组名称
需要系数 Kd
二项式系数 b c 最大容量 设备台数 x① cosφ tanφ
 单头弧焊电动发电机组 0. 35 — — — 0. 6 1. 33  多头弧焊电动发电机组 0. 7 — — — 0. 75 0. 88  生产厂房及办公室、 阅览室、 实验室照明② 0. 8 ～ 1 — — — 1. 0 0  变配电所、 仓库照明② 0. 5 ～ 0. 7 — — — 1. 0 0  宿舍 （生活区） 照明② 0. 6 ～ 0. 8 — — — 1. 0 0  室外照明、 事故照明② 1 — — — 1. 0 0 ① 如果用电设备组的设备总台数 n ＜ 2x 时， 则最大容量设备台数取 n ／ 2， 且按 “四舍五
入” 规则取整数。 ② 这里的 cosφ和 tanφ值为白炽灯照明的数值。 如为荧光灯照明， 则 cosφ = 0. 9， tanφ = 0. 48； 如为高压汞灯、 钠灯， 则 cosφ = 0. 5， tanφ = 1. 73。


（2） 三相用电设备 （组） 无功负荷按式 （3⁃156） 计算。
Q30 = P30 tanφ （3⁃156） 式中 Q30———三相用电设备 （组） 无功负荷 （kVA）；
tanφ———用电设备 （组） cosφ对应的正切值， 见表 3⁃17。 （3） 三相用电设备 （组） 视在负荷按式 （3⁃157） 计算。
S30 = P30 ／ cosφ （3⁃157） 式中 S———三相用电设备 （组） 视在负荷 （kVA）；
cosφ———用电设备 （组） 平均功率因数， 见表 3⁃17。
（4） 三相用电设备 （组） 计算电流按式 （3⁃158） 计算。
I30 = S30 ／ 3UN （3⁃158） 式中 I30———三相用电设备 （组） 计算电流 （A）；
UN———三相用电设备 （组） 额定电压 （V）。
注： I30的计算可用来选择导线、 母线的截面及开关设备、 继电器、 互感器等设
备， 当只有一台或两台设备时， I30可用其额定电流来代替， 即 I30 = IN1或 I30 = IN1 ＋ IN2。
（5）
设备性质及容量的确认及计算


1） 长期连续工作制是指设备长期连续运行， 负荷比较稳定， 如通风机、 水泵、 机床电动机、 空气压缩机、 电动发电机组、 电炉及照明装置等。
短时工作制是指设备工作时间很短， 停歇时间较长， 而负载也较稳定， 如机床
或调节系统的某些电动机， 如进给电动机、 步进电动机等。
对于长期连续工作制和短时工作制的用电设备 （组）， 其设备容量就是所有用
电设备铭牌之中的额定容量之和， 即 Pe = ΣPN （N取 1、 2、 3…N）。
第三章
2） 断续周期工作制是指设备周期性地时而工作， 时而停歇， 如此返复运行， 如电焊机、 起重机等。 这类电动机常用负荷持续率 （暂载率） 来说明其工作性质。 这类负荷计算时， 设备容量要统一换算到一个规定的负荷持续率下的功率之和， 才
能进入计算负荷。
负荷持续率应用式 （3⁃159） 进行计算。
ε = tt ＋ × 100％
t0 （3⁃159）
式中   ε———负荷持续率；
t———工作周期内的工作时间 （min）； t0———工作周期内的停歇时间 （min）。 电焊机组应统一换算到 ε = 100％下， 其设备容量用式 （3⁃160） 计算。
（3⁃160）


式中 Pe———电焊机组换算后的设备容量 （kW）；
PN———电焊机铭牌上的额定有功容量 （kW）； SN———电焊机铭牌上的额定视在容量 （kVA）； εN———与铭牌容量对应的负荷持续率 （％ ）； ε100———100％的负荷持续率 （％ ）， 计算时取 100； cosφ———铭牌规定的功率因数。
起重机电动机组应统一换算到 ε = 25％下， 其设备容量用式 （3⁃161） 计算。
ε25 （3⁃161） 式中 Pe———起重机电动机组换算后的设备容量 （kW）；
PN———起重机电动机铭牌上的额定有功容量 （kW）； εN———与铭牌容量对应的负荷持续率 （％ ）； ε25———25％的负荷持续率 （％ ）， 计算时取 25。 （6） 多组三相用电设备 （组） 负荷的计算。 不同的用电设备组接在干线或车
间变电所母线上时， 计算负荷时要考虑各组用电设备 （组） 中最大负荷不同时出 现的因素。 一般条件下， 对 P30、 Q30分别计入一个同时系数 KΣP、 KΣQ。 KΣP、 KΣQ的 取值见表 3⁃18。 表 3⁃18   同时系数 KΣP、 KΣQ的取值范围
用电设备接线部位


KΣP KΣQ
车间干线或进户总线 0. 85 ～ 0. 95 0. 9 ～ 0. 97 低压母线 （计算负荷直接相加） 0. 8 ～ 0. 9 0. 85 ～ 0. 95 场所车间干线 （计算负荷直接相加） 0. 9 ～ 0. 95 0. 93 ～ 0. 97
Pe = PN εN ／ ε100 = SNcosφ εN ／ ε100 = PN εN = SNcosφ εN
Pe = PN εN = 2PN εN
多组三相用电设备 （组） 负荷计算按式 （3⁃162） ～式 （3⁃165） 进行。
PΣ30 = KΣPΣP30n（n取 1、2、3…n组） （3⁃162） QΣ30 = KΣQΣQ30n（n取 1、2、3…n组） （3⁃163）
SΣ30 = P2Σ30 ＋ Q2Σ30 （3⁃164） IΣ30 = SΣ30 ／ 3UN （3⁃165） 式中 PΣ30———总的有功计算负荷 （kW）；
ΣP30n———各用电设备组有功负荷之和， 将式 （3⁃155） 计算结果一一相加 （kW）；