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1、焊接与切割作业用电基本知识焊接与切割作业用电基本知识一、电的基本概念一、电的基本概念(一)电荷的电场失去电子或得到电子的物体就带有正电荷或负电荷，带有电荷的物体称为带电体。在电荷的周围存在着电场，引进电场中的电荷将受到电场力的作用。电场强度和电位是表征静电场中各点性质的两个基本物理量。电场中某点的电场强度即是单位正电荷在该点所受到的作用力。电场强度的单位是牛顿库伦(NC)。电场中某点的电位是指在电场中将单位正电荷从该点移至电位参考点的电场力所作的功。电位的常用单位是伏特(V)或毫伏(mV)，即1V1000mV。 电场中某两点之间的电位差称为这两点之间的电压或电压降。电压的单位与电位的单位相同。

2、(二)电流和电路在电源的作用下，带电微粒会发生定向移动，正电荷向电源负极、负电荷向电源正极移动。带电微粒的定向移动就是电流，一般以正电荷移动的方向为电流的正方向。电流的方向和大小不随时间变化的电流称为直流电，电流的大小和方向随时间作周期性变化的电流称为交流电。电流的大小称为电流强度，电流强度简称为电流。电流的常用单位是安培(A)或毫安(mA)，即 1A1000mA。电流所流经的路径即电路。在闭合电路中，实现电能的传递和转换。 电路由电源、 连接导线、 开关电器、 负载及其它辅助设备组成。电源是提供电能的设备，电源的功能是把非电能转换为电能，如电池把化学能转换为电能，发电机把机械能转换为电能等。

3、 干电池、 蓄电池、 发电机等是最常用的电源。负载是电路中消耗电能的设备，负载的功能是把电能转变为其它形式的能量。如电炉把电能转变为热能，电动机把电能转变为机械能等。 照明器具、 家用电器、 机床等是最常见的负载。 开关电器是负载的控制设备，如刀开关、 断路器、电磁开关、减压起动器等都属于开关电器。辅助设备包括各种继电器、熔断器以及测量仪表等。辅助设备用于实现对电路的控制、 分配、 保护及测量。 连接导线把电源、 负载和其它设备连接成一个闭合回路，连接导线的作用是传输电能或传送电讯号。为便于分析实际电路，通常用符号表示组成电路的实际元件、器件及其连接导线，即画出电路图。图 91(a)是最简单电

4、路的实物接线图，图 91(b)是与其相应的电路图。图图 91 简单电路简单电路1电源；2开关；3连接导线；4负载(三)电阻、导体和绝缘体1电阻当电流通过导体时，由于自由电子在运动中不断与导体内伪原子、分子发生碰撞，就会受到一定的阻力。导体对电流的这种阻力叫做电阻，用R 表示。电阻的单位是欧姆()，大电阻常用千欧(k)或兆欧(M)做单位。它们的换算关系如下：1k1031M=103k1062电阻的计算导体存在电阻是一个客观现象，那么导体电阻的大小与哪些因素有关呢?实验证明，导体电阻与导体长度成正比，与导体载面积成反比，还与导体的材料有关。(91)式中 R导体电阻()；L导体长度(m)；S导体截面(

5、m2)；电阻率(m)。电阻率 表示长度为 1m，截面是 1m2的导体所具有的电阻值。不同材料有不同的电阻率，几种常用电工材料在SLR20时的电阻率可由表91 查得。表表 91 几种常用材料的电阻率几种常用材料的电阻率材 料电阻率(m)材 料电阻率(m)银165108钨53108铜175108镍铬合金15106铝283108硬橡胶11016由表91 可见，银、铜、铝的电阻率较小，它们都具有良好的导电性能。由于银较贵重，不宜大量使用，因此应用较广泛的导电材料是铜和铝。如高压输电线大都采用钢芯铝绞线。3电导导体对于电流有一定的阻力，同时导体也具有传导电流的能力。电导就是用来表示导体传导电流能力大小的

6、参数。一根导线如具有电阻越大，其传导电流的能力就越差，即说明电导就越小。反之如导体的电阻越小，则电导就越大。故可知电导与电阻互成倒数关系。电导用G 表示，(92)电导的单位为西门子，简称西(S)。电阻和电导都是用来表示物体导电性能的参数，在实际应用中可取其中一种。4导体和绝缘体RG1物体按其导电性能大致可分为导体、绝缘体和半导体三类，各种材料的导电性能可以用电阻率或电导率表示。导体具有良好的导电性能，即是电导率大，电阻率小的材料。导体材料的电阻率一般在 108106范围内，金属材料大部分为良导体，如银、铜和铝等。通常将电阻率极大，导电能力非常差，电流几乎不能通过的物体称为绝缘体。 绝缘体电阻率

7、一般在 1061016范围内，所以一般认为绝缘体是不能导电的。电工中常用的绝缘材料有橡胶、 塑料、 云母、 陶瓷、 油类、 石棉及干燥的木材等。绝缘材料长时间受温度、湿度和灰尘等的影响后，绝缘性和机械性能要下降，这种现象叫做绝缘老化。绝缘材料老化后，由于绝缘强度的降低，可能在电气设备运行中造成绝缘损坏称为绝缘击穿，影响设备的正常工作。如电机、变压器外壳的带电现象，就是由于绝缘强度降低造成的。所以，运行中的电气设备都要定期检查绝缘强度以保证运行安全。(四)电感和电容1电感当变化的电流通过线圈时，线圈中会产生感应电动势来阻止电流的变化，这种性质称为线圈的电感。电感的常用单位是亨(H)，(毫亨)mH

8、 和(微亨)H。其关系为1H=103mH1mH=103H一般收音机用的天线线圈的电感为数十至数百 H，长1km、 截面为16mm2的穿管铝线的电感约为633mH。 由于有电感的作用，当交流电流流经线圈时还会遇到另一种阻力，这种阻力为感抗。2电容被介质隔离的两个导体在一定电压的作用下所能容纳电荷的能力被称为电容。电容的常用单位是法拉(F)，微法(F)和皮法(pF)。其关系为1F106F1F=106pF配电线路的对地电容一般小于 01Fkm；人体的对地电容一般为数十至数百pF。 由于有电容的作用，当交流电流流经电容器时也会遇到另一种阻力，这种阻力称为容抗。(五)欧姆定律欧姆定律是表示电路中电压、电

9、流和电阻这三个基本物理量之间关系的定律。定律指出，在一段电路中，流过电阻及的电流 I 与加在电阻上的电压 U 成正比，而与这段电路的电阻成反比，如式93 所示。(93)式中 U电路上的电压，V；I流经电路的电流，A；RUIR电路的电阻，。从欧姆定律可知，在电路中如果电压保持不变，电阻越小则电流越大；而电阻越大则电流越小。当电阻趋近于零时，电流很大，这种电路状态称为短路；当电阻趋近于无穷大时，电流几乎为零，这种电路状态称为开路。(六)电压降和电压损失由欧姆定律可知，电阻有电流通过时，两端必有电压。这个电压习惯上叫做电压降。通常导线都是有电阻的，当用导线传输电流时，就产生电压降，因此直流输电线路末

10、端的电压总是比始端的电压低。如图 92 所示，电路中 U2是小于 U1的，其小的数值等于线路电阻 RL上的电压 UL。输电线路上电压降低的数值叫做电压损失。如果线路较长，电源电压较低，线路电流又较大，这样线路的电压损失就较大供给负载的电压将会明显下降，影响设备的正常工作。图图 92 直流输电的电路直流输电的电路二、交流电二、交流电(一)正弦交流电生产和生活中使用的交流电大部分都是正弦交流电。其特点是电流和电压的大小、方向随时间接正弦函数的规律变化。以电压为例，图93 所示的正弦交流电可以表示为：uUmsin(2ft+)Umsin(t+) (94)式中 u时刻t的电压瞬时值，V；Um电压的最大值

11、，V；f频率，Hz；t时间，S；初相位，rad；角频率，2f，rads。图图 93 正弦交流电正弦交流电通常用交流电的有效值来表征交流电的大小，有效值是指与交流电的热效应相等的直流电的数值。对于正弦交流电，最大值Um 和有效值 U 的关系为(95)最大值(或有效值)、角频率(或频率)和初相位称为正弦交流电的三要素。这是因为这三个物理量可以完整地表示一个正弦交流电的特征。正弦交流电路中，感抗与电感的关系可以表示为XL=2fL=L (96)式中 XL感抗，；f电源的频率，Hz；L线圈的电感，H；电源的角频率，2f，rads。正弦交流电路中，容抗和电容的关系可以表示为(97)式中 Xc电容器的容抗，

12、；C电容器的电容，F。UUm2CfCXc1 21交流电流通过具有电阻、 电感、 电容的电路时，电阻、 感抗、容抗都有阻碍电流通过的作用，这种阻力称为阻抗。在电路图中，阻抗用符号Z 表示。在交流电路中，阻抗包含电阻和电抗(感抗和容抗统称电抗)两部分。阻抗按下式计算(98)式中，R 和 X 分别为电阻和电抗。串联电路中，电抗等于感抗和容抗的差值，即X=XLXC (99)根据上述关系，阻抗、电阻和电抗可以构成一个如图 94 所示的直角三角形，称为阻抗三角形。图中， 角为阻抗角。在 这种电路中，角即电路与电压之间的相位差角，常称为功率因数角。功率因数角的余弦 cos 称为功率因数，功率因数按下式计算：

13、22XRZ(910)图图94 阻抗三角形阻抗三角形(二)电磁感应电磁感应现象就是电产生磁、磁产生电的现象。电磁感ZRcos应技术在变压器、 电动机、 电度表、 无线电设备等电气设备中得到了广泛的应用。1电流的磁场磁场是一种看不见的、没有不可进入性的空间。磁场的表现之一是引进场域内的磁针发生偏转和取向。表现之二是引进场域内的电流受到力的作用。磁场的强弱是用引进场域内的电流(运动电荷)所受到作用力的大小来衡量的，这一物理量叫做磁感应强度。磁感应强度用召表示，其单位是特斯拉(T)或韦伯米2 (Wbm2)。磁场是有方向的场，因为磁感应强度与磁场前进方向上某一面积的乘积叫做磁通，所以，磁感应强度也叫做磁

14、通密度。即(911)SB式中 磁通，Wb；S面积，m2。磁场可由永久磁铁产生，可由电流产生，也可由变化的电场产生。在电气设备中，最常见到的是由电流产生的磁场。电流所产生磁场的方向按右手螺旋定则确定：将右手握拳，伸开大拇指，对于流经长直导线的电流，大拇指表示电流的方向，卷曲的四指表示电流周围磁场的方向；对于流经线圈的电流，卷曲的四指表示电流的方向，大拇指表示线圈内磁场的方向。有些材料基本上不导磁，也有些材料导磁性能很好。为此，引进导磁率和磁场强度。它们与磁感应强度的关系是BH (912)式中 材料导磁率，Hm；H磁场强度，Am2电磁感应导线切割磁场时，导线中将产生感应电动势。感应电动势的大小为e

15、Blv (913)式中 e感应电动势，V；B磁感应强度，T；l导线长度，m；v垂直磁场的切割速度，ms。当线圈范围内的磁通发生变化时，线圈中也将产生感应电动势。感应电动势与磁通变化的速度成正比，其大小为(914)式中 e感应电动势，V；N线圈匝数；t 时间，s；tNe丛时间内磁通的变化量，Wb。如有闭合回路，导线或线圈中的感应电动势将产生感应电流。感应电流所产生的磁场总是阻碍其周围磁场变化的，这一规律叫做楞次定律。楞次定律可用于确定螺旋线圈感应电动势的方向。导线中感应电动势的方向亦可由右手定则确定：平伸右手，拇指与并拢的其它四指成 90，磁场穿过手心，拇指指向切割方向，则并拢的四指表示感应电动

16、势的方向。3载流导体受到的磁场力载流导体在磁场中将受到的磁场力的作用。力的大小与磁感应强度、流经导体的电流、导体的长度成正比。即FBIl (915)式中 F导体受到的作用力，N；B磁感应强度，T；I流经导体的电流，A；l导体长度；m。导体受到作用力的方向可由左手定则确定：平伸左手，拇指与并拢的其它四指成 90，磁场穿过手心，并拢的四指指向导体内电流的方向，则拇指表示导体受力的方向。三、常用电工仪表三、常用电工仪表(一)电流表电流表是用来测量某一电路中通过的电流大小的仪表。根据测量电流的种类，分为直流电流表和交流电流表。根据使用方式，分为开关板式电流表和可携式电流表。根据测量电流的大小，分为安培

17、表、 毫安表、 微安表。 根据构造和工作原理，分为磁电式、 电磁式、 电动式、 感应式等。 根据准确度，分为 01、02、05、10、15、25、50 七级。各级仪表的准确度是指其额定的相对误差，即最大绝对误差和仪表最大测量上限之比的百分数值，其值越小，准确度越高，表92 表明准确度与相对误差间的关系。表表92 电工仪表按准确度等级的允许误差电工仪表按准确度等级的允许误差仪表的准确度等级额定相对误差()0102010205101525500510152550使用电流表的注意事项：(1)使用电流表测量电流时，应根据被测电流的大小、 是交流还是直流以及要求准确度等，来选择所需电流表的规格和量程。无

18、论在任何情况下，电流表的指针都不应超过电流表刻度的最大值。对直通表而言，其最大量程不能小于电路上的最大电流。(2)在测量前，应校准电流表的“0”点。 这标志着测量值的准确性。如果不指在“0”点，可以转动调整旋钮，使指针在“0”时方可进行测量，否则，测量的数值不准确。(3)不论是交流电流表还是直流电流表，都必须与负载串联使用。我们通常把这种直接串入电路测量电流的仪表，称为直通电流表。磁电式电流表作为直通表使用时，最大能测量几十毫安的电流，电磁式电流表所测电流最大超不过几百安培。(4)直流电流表，不管是否直通表，接线时，必须把标有“+”号的接线柱与电源的正极相接，把标有“一”号的接线柱与电源的负极

19、相接，如图 95 所示。交流电流表则无此限制。图图 95 直流电流表的连接方法直流电流表的连接方法(5)因直通的交、直流电流表容许通过的电流都是有限的，所以，要测量大电流，必须采用扩大量程的方法，常用方法对直流电流表是在表头上并联一个分流器，如图 96(a)所示。配电盘上安装的交流电流表，则多配有专用的电流互感器，如图96(b)所示。图图 96 电流表扩大量程的方法电流表扩大量程的方法(a)并联分流器； (b)配用电流互感器(二)电压表电压表也分磁电压、 电磁式、 电动式、 感应式等；也分交流和直流、 开关板式和携带式；还可分千伏表、 伏特表、 毫伏表，并且有不同的准确度，电压表的构造和电流表

20、的构造大体相同，其不同之处是电压表的线圈匝数比电流表的线圈匝数要多得多。电压表的使用和电流表就截然不同了。使用电压表必须懂得：(1)使用电压表测量电压时，应根据被测电压的高低、 是交流还是直流以及要求准确度等，来选择所需电压表的规格和量程。无论在任何情况下，电压表的最大量程都不能小于电路上的最高电压。(2)在测量前，应校准电压表的“0”点，这标志着测量值的准确性。如果不指在“0”点，可以转动调整旋钮，使指针在“0”时方可进行测量，否则，测量的数值不准确。(3)不论是交流电压表还是直流电压表，都必须与负载并联使用。图 97 所示的这种把电压表直接并到线路上或接到负载两端的方法，只能测量小电压。直

21、流电压表上的“+”和“”，使用时要分别与电源高、低电位相接，不可接错，以免损坏仪表。而交流电压表则无此限制。图图 97 直流电压表的连接方法直流电压表的连接方法(4)要测量较高的电压，即要扩大电压表的量程时，一般是把表头串联上一个高电阻，这个电阻叫倍压电阻。如图98(a)所示。 配电盘上安装的交流电压表，则多配有专用的电压互感器，如图98(b)所示。图图 98 电压表扩大量程的方法电压表扩大量程的方法(a)串联倍压电阻，(b)配用电压互感器(四)万用表万用表是维修电气设备常用的携带式仪表。由于它可以测量电阻、交流电压、直流电压和较小的直流电流，而且每一个测量项目又都有几个量程，所以称做万用表。

22、1指针式万用表这种万用表种类型号较多，性能也各有不同，但基本结构都是由磁电系测量机构、测量线路和转换开关三部分组成。测量机构(表头)用来指示被测量的数值，测量线路用来将被测量转换成适合表头测量的微小的直流电流；转换开关用来选择不同的测量线路，以测量不同的电气量。本节以MF30 型万用表为例，介绍万用表的使用方法。图 99 为MF30 型万用表的外形，它的盘面上标有“AV”符号。MF30 型万用表体积小，量程多，表内有熔断器和晶体二级管两套保护装置，可以减少因误操作而造成的损坏。图图99 MF30 型万用表外形型万用表外形(1)零位调整使用前，检查指针是否指在零位上，如不指零位，可用螺丝刀调节表

23、盖上的机械零位调整器，使指针恢复到零位。(2)直流电压测量将万用表的测试棒(又称表笔)的红色短棒插入表盖上的“+”插口，黑色短棒插入“”插口，将转换开关旋到“ V ”的五档范围内，若事先不能估计出被测电压的大约范围，应先将转换开关旋到直流电压的最大量程上进行测量(将红、黑两测试棒跨接到被测电路的正、 负极)，根据指示值的约数再选择适当的量程，使指针停在满标度尺的三分之二左右进行测量。读数时应按转换开关所放的量程档位在相应的标度尺上读，不能弄错。在测量内阻较大的电源电压时，一般用最高直流电压档测量，以减小测量误差。(3)交流电压测量将转换开关旋到“V”的范围内，用测量直流电压的同样方法进行测量，

24、但此时表棒不再分正、负极性。(4)直流电流测量根据被测电流的大致范围，将转换开关旋到“ mA ”或“ A ”的相应档。将万用表串联在被测电路中(红色测试棒接正极，黑色测试棒接负极)，使被测电流经红色测试棒流入万用表，然后从黑色测试棒流出。测试电流时万用表切不可跨接，以免烧坏表头。(5)电阻测量将转换开关旋到“”档的范围，估计被测电阻值，决定转换开关所放档位。例如被测电阻约为几千欧，转换开关就旋到(1k)档，再将两测试棒短路，指针即向零殴姆位置偏转。 若指针不指零，可旋转“”零位调整旋钮，使指针指零。然后将测试棒分开，接到被测电阻两端，在相应的标度尺上读数，乘上转换开关所指倍数，即为所测电阻值。

25、检查电路的通断，也用上述方法，不过转换开关应放在(1)档。读数为零或接近零，说明电路是通的；读数为无限大(指针在标尺左端不动)，表明电路不通。测量电阻或检查电路通断时，应注意：不能带电测量；被测电阻不能有并联支路，测量大电阻时，至少有一只手不能碰到测试棒的金属部分，以免造成测量误差；(1)档位耗电较大，因此，在这一档短路调零时，应力求迅速，以延长万用表内的电池使用时间；选择殴姆档位应使指针偏转在标度尺的中间部分，以减少测量误差；测量晶体管参数时，必须将转换开关旋到(100)或(1k)档，以免损坏晶体管。使用万用表，应在平时测量中养成正确使用的习惯，每当表笔接触被测线路前，习惯对表再作一次全面检

26、查，看一看各部分位置是否有误。万用表使用后，必须将转换开关旋到交流电压最高量程档，以免下次使用时因误操作而损坏万用表。2数字万用表随着现代数字技术的发展，数字万用表由于它在测量精度、速度等方面的优势，必将逐步取代传统的机械指针式万用表，得到越来越广泛的应用。具体说，数字表具有如下特点：(1)所显示的是读数的具体数字，消除了指针式带来的视觉误差，因而读数准确。21(2)多采用模数转换电路(AD)3 位以上的液晶显示，功耗小、速度快、精度高。(3)可直接读出所测参量的动态变化数值。它的基本原理是通过表笔插入不同的插孔来选择不同的功能，如测量电压、电阻、电流等，然后将这些测量量转换成直流电压，并与参

27、考电压相比较，所得到的模拟量送入 AD 转换器，转成数字信号，最后通过显示电路实现数字显示。数字万用表在日常使用中应注意：(1)注意检查 9V 电池，将 ONOFF 钮按下，如果电池电力不足，则显示屏左上方会出现“十”符号。(2)注意测试笔插口之旁符号，这是警告你要留意测试电压和电流不要超出指示数字。(3)不要接到高于 1000V 直流或有效值 750V 交流以上的电压上去。 (4)切勿误接量程以免内外电路受损。(5)仪表后盖未完全盖好时切勿使用。(6)更换电池及保险丝须在拔去表笔及关断电源开关后进行。旋出后盖螺钉，轻轻地稍为掀起后盖并同时向前推后盖，使后盖上挂钩脱离仪表面壳即可取下后盖。按后

28、盖上注意说明的规格要求更换电池或保险丝。五、钳形电流表五、钳形电流表这是一种构造特殊的携带式交流电流表。它是根据单匝穿芯式电流互感器的原理制成的，可以在不切断电路的情况下测量交流电流。钳形电流表主要由一个有钳形活动铁芯的电流互感器和电磁系电流表(或由磁电系电流表及整流元件)组成，它的外形如图910 所示。使用时，握紧胶木手柄，使铁芯的钳口张开，将被测的通电流导线移进铁芯窗口中央，然后放松，使铁芯钳口恢复闭合，这时，被测导线就成为电流互感器的一次侧绕组(不过仅一匝)，于是被测电路中的电流经互感器感应到二次侧，电流表上指示出被测电流的数值。图图910 钳形电流表的外形钳形电流表的外形1电压部件；2

29、电流部件；3铝盘；4磁铁如果被测交流电流较小，读数不明显，可以采取在卡口上多绕几匝再测。此时，测得的读数必须除以所绕的匝数才是电路实际的电流值。使用钳形电流表时必须注意：(1)被测电路的电压不能超过该表规定的电压量程。(2)在不明确电流数值的情况下，应由高档向低位档逐级试测。(3)不要在测量过程中切换量程档。 因为钳形表二次侧匝数很多，测量时工作在相当于二次短路状态(表头内阻忽略)，一旦测量中切换量程，会造成瞬间二次开路，这时会在二次绕组中感应出很高的电压，这个高电压有可能将绕组的层间或匝间绝缘击穿。(4)在测量三相交流电电流时，夹住一相线读数为本相线电流。夹两根相线的读数是第三相的线电流值。夹三根相线时，如果三相平衡，读数应为零，若有读数表示三相交流不平衡。(5)注意选择适当量程，防止小量程档测量大电流将表针打坏。(6)被测导线应置于铁芯窗口中央。(7)在潮湿或雷雨天气，禁止在室外使用。