电和磁是相互联系不可分割的两类基本物质。很多电气设备如电机、变压器、电磁铁、电工测量仪表以及其他各种铁磁元件等，都是利用电与磁的基本原理进行工作的。
本章主要讨论基本磁现象及其规律、磁场的基本概念及其物理量、电磁感应现象及基本定律等内容。 3．1 磁的基本知识 3．1．1 磁体与磁极
物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。具有磁性的物体叫磁体。磁体分为天然磁体(俗称吸铁石) 和人造磁体，现在常见的各种磁体几乎都是人造的。如条形磁铁、蹄形磁铁和针形磁铁等，如图3—1所示。 磁体两端磁性最强的区域叫磁极。实验证明，任何磁体都具有两个磁极，而且无论怎样把磁体分割，它总是保持两个磁极。一端叫北极，用N 表示：一端叫南极；用s 表示。
与电荷间的相互作用力相似，磁极间也具有相互作用力，即同极相排斥，异极相吸引。磁极间的相互作用力叫磁力，如图3-2所示。指南针就是利用这种性质制作的，因为地球本身就是个大磁体，地磁的北极在地球南极附近，地磁的南极在地球北极附近。
3．1．2 磁场与磁力线
磁体周围存在磁力作用的空间，称为磁场。互不接触的磁体之间之所以具有相互作用力，就是通过磁场这一特殊物质进行传递的。磁场和电场一样，都是一种特殊物质，它们之所以被认为特殊，是因为它们不是由分子和原子所组成。
磁场和电场同样是有方向的。在磁场中某一点放一个能自由转动的小磁针，小磁针静止时N 极所指的方向，规定为该点的磁场方向。
为了形象地描述磁场而引出磁力线这一概念，规定在磁力线上每一点的切线方向表示该点的磁场方向。
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磁力线可以用实验的方法形象地表示出来。如在条形磁体上放一块玻璃或纸板，撒上一些铁屑并轻敲，铁屑便会有规则地排列成如图3-3(a)所示的线条形状，这些线条就显示出条形磁体的磁力线分布情况。
磁力线具有以下几个特征：
(1)磁力线是互不交叉的闭合曲线。在磁体外部由N 极指向s 极，在磁体内部由s 极指向N 极，如图3-3(b)所示。
(2)磁力线的疏密程度反映了磁场的强弱。磁力线越密表示磁场越强，越疏表示磁场越弱。 (3)磁力线上任意一点的切线方向，就是该点的磁场方向。 3．1．3 电流的磁场
磁铁并不是磁场的唯一来源。1820年丹麦物理学家奥斯特从实验中发现，放在导线旁边的磁针，当导线通入电流时，磁针会受到力的作用而偏转，如图3-4所示。这表明通电导线的周围存在着磁场，电与磁是有密切联系的。
1．通电直导线周围的磁场
通电直导线周围磁场的磁力线是一些以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在与导线垂直的平面上，如图3—5所示。
实验表明，改变电流的方向，各点的磁场方向都随之改变。
磁力线的方向与电流方向之间的关系可用安培定则(又称右手螺旋定则) 来判断，如图3-6所示，用右手握住通电直导线，让拇指指向电流方向，则四指环绕的方向就是磁力线的方向。
第4章 电容器
电容器是电路的基本元件之一，它的用途非常广泛，在电力系统中，电容器可作为功率因数的补偿元件；在电子电路中，电容器可用作滤波、耦合、调谐、旁路和选频等；在机械加工工艺中，利用它可以进行电火花加工等。
本章主要介绍电容器的基本概念、电容器的种类及选用方法、电容器的充放电过程及电容器的连接等，以达到识别和使用电容器的目的。 4．1 电容器及电容量 4．1．1 电容器
电容器就是储存电荷的容器。两金属导体，中间以绝缘介质相隔，并引出两个电极，就形成了一个电容器。其结构如图4-1(a)所示。被介质隔开的金属板叫极板，极板通过电极与电路连接。极板间的介质常用空气、云母、纸、塑料薄膜和陶瓷等物质。图4-1(b)是电容器的一般表示符号。
4．1．2 电容量
电容器最基本的特性是能够储存电荷。如果在电容器的两极上加上电压，则在两个极板上将分别出现数量相等的正、负电荷，如图4-2所示。电容器极板上所储存的电荷量与两极板间的电压的比值是一常数。这一比值称为电容量，简称电容，用字母c 表示。即
式中Q ——任一极板上的电量，c ； u ——两极板间的电压，v ； c ——电容量，P(法拉) 。
电容量是衡量电容器储存电荷本领的物理量。其国际单位是法拉，简称法，用符号F 表示。当电容器两端所加电压为1v 时，若在任一极板上储存1c 的电荷量，则该电容器的电容
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量就是1F 。在实际使用中，一般电容器的电容量都比较小，因而常用uF(微法) 和pF(皮法) 表示。它们之间的换算关系是
电容器制造好以后，电容量就是一个定值，不因极板上积累电荷的多少而改变。实验表明，电容量的大小决定于电容器的介质种类与几何尺寸。如果介质的介电常数越大，极板相对面积越大，极板间的距离越小，则电容量就越大。
应该注意的是，虽然电容器和电容量通常都称为电容，但两者的意义不同。前者表示元件的名称，后者表示物理量的名称。同时还应认识到，并不只是成品电容器中才有电容，实际上任何两个相邻的导体间都存在着电容。如图4-3所示，输电线之间、输电线与大地之间、晶体管各电极之间都存着电容。这种电容叫做分布电容或寄生电容。虽然它的数值比较小，但有时可能对线路和设备造成有害的影响。
[例4-1] 将一个电容量为4．7uF 的电容器接到电动势为1000V 的直流电源两端，充电结束后，求电容器极板上所带的电荷量。 解：由电容公式(4-1)可得
4．1．3 电容器的主要性能指标
电容器的性能指标有电容量、允许误差、额定工作电压、介质损耗和稳定性等。其中最主要的指标是电容量、允许误差和额定工作电压，一般都直接标在成品电容器的外壳上，常称为电容器的标称值。它是人们合理使用电容器的依据。 1．标称容量和允许误差
成品电容器上所标明的电容值称为标称容量。标称容量并不是一个准确值，它同该电容器的实际容量有一定的差额，但这一差额是在国家标准规定的允许范围之内，因而称为允许误差。
电容器的允许误差，按其精度可分为4-1％(00级) 、±2％(0级) 、4-5％(1级) 、4-10％ (Ⅱ级) 及+-20％(iii级) 五个等级。应用时，有的用误差百分数表示，有的用误差等级表示。 例如：51OOpF+-10％或5100pFlI 第5章 单相正弦交流电路
正弦交流电路是电工知识的重要内容，是学习电工与电子技术的理论基础，因此，分析研究正弦交流电路是十分重要的。。 本章主要介绍单相正弦交流电的基本概念与表示方法，重点研究单相正弦交流电路的分析与计算，在着重讨论R 、L 、c 单相正弦交流电路的基础上，利用矢量图法分析串、并联电路的电压、电流关系及功率关系。 5．1．1 交流电的概念
直流电路中所讨论的电压和电流，其大小和方向(或极性) 都是不随时间变化的，如图5-1(a)所示，但是在工农业生产、日常生活中广泛应用的是大小和方向均随时间作周期性变化的电压和电流。把这种大小和方向随时间作周期性变化的电流或电压称为交流电。其中随时间按正弦规律变化的交流电称为正弦交流电，其波形如图5-1(b)所示。随时间不按正弦规律变化的交流电，统称为非正弦交流电，图5-l(c)所示的电压波形就是一种非正弦交流电压。在交流电中，最常用的是正弦交流电。如果没有特别说明，本章所说的交流电都是指正弦交流电。
正弦交流电的优点是变化平滑，同频率的几个正弦量相加或相减，其结果仍为同频率的正弦量。另一方面，非正弦交流电，可以分解为许多不同频率的正弦分量，这就给电路的分析计算带来了很大的方便。 5．1．2 交流电的产生
正弦交流电是通过单相交流发电机产生的，如图5-2所示。单相交流发电机由定子和转子组成。定子中有绕组，且按顺时针方向在磁场中匀速旋转，绕组由于切割磁力线而产生交流电。
在图5—2中1、2、3、4、5、6、7、8的八个小圆圈表示导线截面，由于导线切割磁力线的位置在变化，其电动势e 的大小也随之变化。当导线在位置l 时，导线运动方向和磁力线平
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行，没有切割磁感线，此时电动势e 的大小为零。当导线到位置2时，导线斜方向切割磁力线， 导线中产生了电动势。当导线到位置3时，导线运动方向与磁力线相互垂直，切割磁力线最大。 当导线到位置4时，导线又变为斜方向切割磁感线，导线中产生的电动势又变小。当导线到位 置5与位置1时相同，导线中的电动势又为零。导线继续向6、7、8旋转时，与在位置2、3、 4时一样，电动势由零升高，到最大值后渐渐降为零。此时电动势的方向正好与位置2、3、4 时相反。导线在不同时间、刁；同位置时，电动势变化的大小和方向曲线如图5—3所示。
5．1．3 交流电的基本物理量 5．1．3．1 瞬时值与最大值
交流电的大小是随时间变化的。交流电在某一时刻的值称为这一时刻交流电的瞬时值，用 小写字母e 、i 、u 表示。例如，在图5-4(a)中，t1时刻的瞬时值为J 。，，：时刻的瞬时值为 零。图5-4(a)也可以画成图5-4(b)的形式。
最大的瞬时值称为最大值，也称为幅值或峰值，用字母Jm 、um 、乙表示。在波形图上， 曲线的最高点对应的值，即为最大值。它常用来表示交流电的电流强弱或电压高低，在实际中 很有意义。例如电容器用于交流电路中时所承受的耐压值，就是指最大值，如果交流电最大值 超过电容器所承受的耐压值，那么电容器将被击穿。 5，1．3．2 周期、频率、角频率
周期、频率、角频率是用来表示交流电变化快慢的物理量。 1．周期
图5-5所示为一个按正弦规律变化的交流电动势。它从零开始逐渐增大到最大值，然后逐 渐减小到零，反向增大到最大值，再回到零。这样变化了一周，以后按同样规律循环下去。把 交流电完成一次周期性变化所需的时间称为交流电的周期，用符号T 表示，单位是秒，用s 第6章 三相正弦交流电路
前面所讲的单相交流电路中的电源只有两个输出端钮，输出一个正弦电压或电流，现在，世界上电力网几乎都是采用三相正弦交流电向用户供电。采用三相电源供电的主要原因有：①在输送功率相同、电压相同、距离相同，功率因数和线路损耗相等的情况下，采用三相输电比用单相输电可节约25％左右的材料；②作为生产机械主要动力的电动机，三相电动机比同容量的单相电动机结构简单、性能好、工作可靠、造价低。
三相电源是由三个频率相同、幅值相同、相位互差120°的正弦电压源按一定方式联结而成的。由三相电源供电的电路称为三相电路。本章主要讨论三相电路中电源和负载的联结，并对实际电路进行简单分析和计算。 6．1 三相正弦交流电动势的产生 6．1．1 三相电动势的产生
三相电动势是由三相交流发电机产生的。图6-1(a)为三相交流发电机的示意图，它主要由定子和转子构成。在定子中嵌入了三个绕组，每一个绕组为一相，合称三相绕组。三相绕组的始端分别用U1、V1、W1表示，末端用U2、V2、W2表示。转子是一对磁极的电磁铁，它以匀角速度d ／逆时针方向旋转。若各绕组的几何形状、尺寸、匝数均相同，安装时三个绕组彼此相隔120°，磁感应强度沿转子表面拉正弦规律分布，则在三相
绕组中可以分别感应出最大值相等、频率相同、相位互差120°的三个正弦电动势。这种三相电动势称为对称三相电动势。
6．1．2 三相正弦交流电动势的表示方法
当转子按逆时针方向旋转时，各绕组产生的正弦电动势eu 、ev 、ew 的变化曲线及相量图 第6章 三相正弦交流电路
前面所讲的单相交流电路中的电源只有两个输出端钮，输出一个正弦电压或电流，现在，世界上电力网几乎都是采用三相正弦交流电向用户供电。采用三相电源供电的主要原因有：①在输送功率相同、电压相同、距离相同，功率因数和线路损耗相等的情况下，采用三相输电比用单相输电可节约25％左右的材料；②作为生产机械主要动力的电动机，三相电动机比同容量的单相电动机结构简单、性能好、工作可靠、造价低。
三相电源是由三个频率相同、幅值相同、相位互差120°的正弦电压源按一定方式联结而成的。由三相电源供电的电路称为三相电路。本章主要讨论三相电路中电源和负载的联结，并对实际电路进行简单分析和计算。 6．1 三相正弦交流电动势的产生 6．1．1 三相电动势的产生
三相电动势是由三相交流发电机产生的。图6-1(a)为三相交流发电机的示意图，它主要由定子和转子构成。在定子中嵌入了三个绕组，每一个绕组为一相，合称三相绕组。三相绕组的始端分别用U1、V1、W1表示，末端用U2、V2、W2表示。转子是一对磁极的电磁铁，它以匀角速度d ／逆时针方向旋转。若各绕组的几何形状、尺寸、匝数均相同，安装时三个绕组彼此相隔120°，磁感应强度沿转子表面拉正弦规律分布，则在三相绕组中可以分别感应出最大值相等、频率相同、相位互差120°的三个正弦电动势。这种三相电动势称为对称三相电动势。 6．1．2 三相正弦交流电动势的表示方法
当转子按逆时针方向旋转时，各绕组产生的正弦电动势eu 、ev 、ew 的变化曲线及相量图
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分别如图6-I(b)和(c)所示。它们的瞬时表达式分别为
用符号法表示的表达式分别为
6．1．3 三相正弦电动势的相序
三相电动势随时间按正弦规律变化，它们到达最大值(或零值) 的先后次序，叫做相序。由图6-1(c)的相量图可以看出，三个电动势按顺时针方
向的次序到达最大值(或零值) ，即按u —v —w —u 的顺序，称为正序或顺序：若按逆时针方向的次序到达最大值(或零值) ，即按u —W —V —u 的顺序，称为负序或逆序。
6．2 三相电源绕组的连接
三相交流发电机的每相绕组原则上可以作为一个独立的电源，各用一对导线来接通它的负载，如图6-2所示。由于这种三相电路，相与相之间彼引独立，互不相关，需用六根输电线很不经济，所以，三相发电机的三个绕组一般采用星形连接和三角形连接两种连接方式。
6．2．1 三相电源绕组的星形连接
将发电机三相绕组的末端U2、V2、W2连在一起，首端U1、V1、W1分别与负载连接，这种连接方式称为星形接法或Y 接法，如图6-3所示。末端接成的一点称为中性点，以N 表示。从三个始端U1、V1、W1分别引出的三根接负载的导线，称为相线或端线。从中性点N 引出一根与负载相接的导线，叫做中线或零线„
有中线的三相制叫做三相四线制。无中线的三相制叫做三相三线制，如图6-4所示。
相线与中线之间的电压称为相电压，用Uu 、Uv 、Uw 表示。相电压的正方向规定从始端指向末端。相线与相线之间的电压称为线电压，用Uuv 、Uvw 、Uwu 表示。上述说明如图6-3所示。 第7章 非正弦交流电
7．1 非正弦交流电的产生
前面几章讨论的都是正弦交流电路，这种电路中的电动势、电压或电流都是按正弦规律变化的。但是，在实际工程中，还常会遇到电动势、电压或电流虽然是周期性变化的，但不是正弦波，这种可统称其为非正弦交流电。图7-1所示就是四种非正弦交流电的波形。
电路中出现非正弦交流电(电动势、电压、电流) ，通常有以下几种原因。 7．1．1 电路中有几个频率不同的正弦电动势
最常见的是一个直流电源和一个正弦交流电源串联起来，再与一个线性电阻相接，如图7，2(a)所示。设直流电源的电动势为Eo ，交流电动势为e1，那么总电动势e 为
总电动势e 的波形如图7-2(b)所示。显然，电动势e 不是正弦量。电路中的电流
此电流和电阻只两端的电压都不是正弦量
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7．1．2 电源电压是非正弦周期电压
例如工业供电的交流发电机，由于沿电枢表面的磁感应强度不是严格按正弦规律分布，因此在发电机电枢绕组中感应的电动势也就很难保证是正弦波。又如，音频放大器中的信号电流是随声波变化规律而变化的，也不是正弦波。 7．1．3 电路中存在非线性元件
如果电路中有非线性元件，这样的元件在外加电压变化时，电路中产生的电流就不成正比变化。例如铁心线圈就是一种非线性元件，其电感量L 不是常数。那么，即使在一个铁心线圈两端加上正弦电压，其电流也不是正弦电流，如图7-3所示；再如图7-4(a)是一个二极管半波整流电路，虽然电源电压u 是正弦波，但由于二极管VD 具有单向导电性，使正弦交流电只能在一个方向通过，于是流过负载的电流便成为非正弦电流。
7．2 非正弦交流电的分解
为了进一步讨论非正弦交流电，先求两个不同频率的正弦电压之和，然后再讨论非正弦交 第8章 磁路与变压器
变压器是供电系统中的重要设备，因为变压器可以很方便地将电压升高和降低，使交流电获得了广泛的应用。 磁路的知识是掌握变压器原理的基础，也是后面学习电机、电磁电器的基础，因此本章先介绍磁路。 8．1 磁路及其基本定律 8.1．1 磁路的基本概念
磁通集中通过的闭合路径称为磁路。在工程上，为了获得较强的磁场，常常需要把磁通集中在某一定型的路径中。形成磁路的最好方法是利用磁性材料按照电器结构要求，做成各种形状的铁心，从而使磁通形成所需的闭合路径。图8-1所示就是几种电器设备中的磁路。
由于磁性材料的磁导率u 远远大于空气，所以磁通主要沿铁心而闭合，只有很少部分磁通经过空气或其他材料。把通过铁心的磁通称为主磁通，如图8-1中的d ，铁心外的磁通称为漏磁通，如图8-1(a)中的Фs，一般情况下，漏磁通很少，常略去不计。
和电路类似，磁路也分为无分支磁路和有分支磁路。图8-1(a)、(c)是无分支磁路，图8-1(b)是有分支磁路。
通常在线圈中通入电流产生磁路中的磁通，该电流称励磁电流，改变励磁电流I 或线圈匝数N, 磁通的大小就要变化。I 愈大，所产生的磁通Ф愈大：线圈的匝数愈多，所产生的磁通Ф也愈大。因此把励磁电流I 和线圈匝数N 的乘积称为磁动势。它是磁路中产生磁通的源泉，用符号9表示，即
F=IN
单位为安[培](A)。
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8．1．2磁路欧姆定律
在电路中有电阻R ，它与导线长度I 、导线截面积S 及导线的电阻率p 有关，即R=P*(l\s)。在电阻两端加电动势月就会产生电流／，电路的欧姆定律表示为
在磁路中也有磁阻Rm ，它对磁通起阻碍作用，磁阻与磁路的平均长度l 、磁路截面积s 及磁路材料的磁导率有关，即
在磁路加磁动势Fm 后，产生磁通Φ，这样磁路的磁动势、磁通及磁阻三者之间的关系可用磁路的欧姆定律表示，即
一段磁路的磁位差等于其磁阻与磁通的乘积，即
磁位差的单位与磁动势尸m 的单位一样，是安(A)。 电路与磁路的对照关系见表8-l 。
应当指出，一般情况下各种导体的电阻只是一个常数，所以常用电路的欧姆定律计算。而在磁路方面，非铁磁材料的uo 是常数，而铁磁材料的u 不是一个常数，因而磁阻Rm 也不是一个常数，它会随励磁电流I 的改变而改变，因而通常不能用磁路的欧姆定律直接计算，但借助式(8-1)可以分析很多磁路问题。
8．2 单相变压器的结构及工作原理
变压器是一种常用的电气设备，其功能是将某一数值的交变电压变换为同频率的另一数值 第9章 异步电动机的工作原理及应用
交流电机有异步电机和同步电机两大类。异步电机一般都作电动机用，因为异步发电机的性能较差。异步电动机是交流电动机中最常用的一种，它的作用是将交流电能转换成机械能。异步电动机有三相和单相两种，而三相异步电动机分笼型和绕线转子异步电动机。
三相异步屯动机应用最为广泛。因为它具有结构简单、运行可靠、维护方便、效率较高等特点，通常被用在金属切削机床、起重运输机械、中小型鼓风机和水泵等生产机械设备中；单相异步电动机则在实验室和家用电器产品中应用较多。但异步电动机也有一些缺点，最主要的是不能经济地实现范围较广的平滑调速：必须从电网吸取滞后的励磁电流，使电网功率因数降低。但是一般的生产机械并不要求大范围的平滑调速，而电网的功率因数又可以采取其他办法来进行补偿。特别是由于现代电子技术迅猛发展，采用由晶闸管组成的变频电源装置，使异步电动机应用更加广泛。据统计，全国电动机容量中90％左右是异步电动机，而在电网负载中，异步电动机的用量也占有60％以上。
9．1 三相异步电动机的结构及铭牌数据
9，1．1 结构
三相异步电动机由两个基本部分组成：定子(固定部分) 和转子(旋转部分) 。它的基本构造如图9-1所示。
1．定子
三相异步电动机的定子包括机座、装在机座内的圆筒形铁心以及嵌在铁心内的定子绕组，机座是用铸铁或铸钢制成的；铁心是由O.5mm 厚的硅钢片叠压而成，片间互相绝缘。三相异步电动机定子上共有三个绕组，每相一个，它们按照一定的规律，对称地放置在铁心线槽内，
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三相绕组的六个接线端从内部引出来，接到电动机定子外壳的接线盒上，便于使用时把三相绕组联结成星形或三角形。
2．转子
三相异步电动机的转子按照构造上的不同分为两种：笼型和绕线型。无论哪种转子其铁心部分都为圆柱状，都用硅钢片叠压而成，表面冲有管槽。铁心装在转轴上，转轴架在端盖轴承上，通过靠背栓可接机械负载。
笼型转子绕组的特点是在转子铁心的槽中放置铜条，其两端用端环连接，如图9-2所示，因其形状极似松鼠笼而得名。在实际制造中，对于中小型电动机，为了节省铜材，常采用在转子槽管内浇铸铝液的方式来制造笼型转子。现在100kW 以下的三相异步电动机，转子槽内的导体、两个端环以及风扇叶多是用铝铸成的，其各部分结构如图9-3所示。
绕线型转子绕组的形式与定子绕组基本上相同。三个绕组的末端连接在一起构成星形联结，而三个始端则连接在三个铜集电环上。环和环之间以及环和轴之间都彼此互相绝缘。启动变阻器和调速变阻器通过电刷与集电环和转子绕组相连接。它的构造如图9-4所示。
虽然笼型异步电动机和绕线转子异步电动机在转子结构上有所不同，但它们的工作原理是一样的。其中，由于笼型电动机构造简单、价格便宜、工作可靠、使用方便，因此在工业生产和家用电器上应用得最为广泛。
9．1．2 铭牌
每台电动机的外壳上都有一块铭牌，标出这台电动机的主要规格，如型号、额定数据、使用条件等项目。在实际工作中，要正确使用、维护、修理电动机，都必须要看得懂铭牌。现以图9-5所示的YRl80L-8型电动机为例，逐项说明它们的意义。
1. 型号
型号是不同规格电动机的代号，它的每一个字母都有一定含义。电动机的型号是由产品
第10章 直流电动机
10．1 直流电机的基本结构
直流电机主要由定子(固定不动的部分) 和转子(转动的部分—又称电枢) 两部分组成。图10-1为国产直流电动机外型图；而图10-2则为z3系列直流电动机的部件图。对直流电动机结构上的要求是：能产生足够的磁场：能承受额定电压和通过额定电流：能保持良好的绝缘性能；电机温升不允许超过规定值：运转灵活正常，有一定机械强度；使用及维护较方便，寿命较长；所需材料力求节省，价格较低：制造工艺力求简单等。
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10．1．1 定子
直流电机的定子主要由以下部件组成：机座、前端盖、后端盖、主磁极、电刷装置等。
1．机座
机座的作用一方面作为电机磁路的一部分：另一方面则在其上安装主磁极、换向极，并通过端盖支承转子部分。机座通常为铸刚件经机械加工而成，也有采用钢板焊接成，或直接用无缝钢管加工而成。
2．主磁极
简称主极，其作用是通入直流励磁电流，产生主磁场。它由主极铁心和主极绕组两部另组成。
(1)主极铁心；作为电机磁路的一部分。主极铁心一般用薄钢板冲制成型后再用柳钉柳紧成为一个整体，最后用螺钉固定于机座上，如图10-3所示。
(2)主极绕组：其作用是通入直流电流，产生励磁磁势。
3．换向极
又称附加极，用以产生换向磁场，以改善电机的换向。它由换向极铁心和换向极绕组组成．
(1)换向极铁心：一般电机的换向极铁心大多用整块的钢板加工而成，以简化加工工艺，但在大型电机和用晶闸管供电的功率较大的电机中，换向极铁心也采用叠片结构。
(2)换向极绕组；与主极绕组一样也是用铜线或扁铜线绕制而成，再经过绝缘处理后，套装在换向极铁心中，最后用螺钉固定在机座上。
4．前，后端盖
用以安装轴承和支承电枢，一般均为铸钢件。
5. 电剃装置
通过电刷与换向器表面的滑动接触，把电枢绕组中的电动势(电流) 引入与引出。
电刷装置一般由电刷、刷杆、刷握、刷杆座等部分组成，如图10-4所示。
第11章 特种电机
11．1 单相异步电动机
单相异步电动机是利用单相交流电源供电的一种小容量交流电机。由于它具有结构简单、成本低廉、运行可靠、维修方便等优点以及可以直接在单相220伏交流电源上使用的特点，被广泛采用于办公场所、家用电器等方面，在工、农业生产及其他领域也应用比较广。如台扇、吊扇、洗衣机、电冰箱、吸尘器、小型鼓风机、小型车床、医疗器械等。
单相异步电动机的不足之处是它与同容量的三相异步电动机相比较，体积较大、运行性能较差、效率较低。因此常被制成小型和微型系列电机，容量在几瓦到几百瓦之间。
11．1．1 基本类型
为了使单相感应电动机能够产生启动转矩，在启动时必须在电动机内部形成一个旋转磁场。根据获得旋转磁场的方式不同(也就是启动方法) ，单相感应电动机可分成下列几种主要类型。
11．1．1. 1 分相电动机
在分析交流绕组磁动势时曾得出一个结论，只要在空间不同相的绕组中通以时间不同的电流，其合成磁动势就是一个旋转磁动势，分相电动机就是根据这一原理设计的。
1．电阻分相电动机
这种电动机定子上嵌有两个单相绕组，一个称为主绕组(或称为工作绕组) ，一个称为辅助绕组(或称为启动绕组) 。两个绕组在空间相差90°电角度，它们接在同一单相电源上，如图11-1所示，其中S 为一离心开关，平时处于闭合状态。辅助绕组用较细的导线绕成，以增大电阻，匝数可以与主绕组相同，也可以不同。由于主辅助绕组的阻抗不同，流过两个绕组的电流的相位也不同。一般使辅助绕组中的电流领先于主绕组中的电流，形成了一个两相电流系统，这样就在电动机中形成旋转磁场，从而产生启动转矩。
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通常辅助绕组是按短时运行设计的，为了避免辅助绕组长期工作而过热，在启动后，当电动机转速达到一定数值时，离心开关s 自动断开，把辅助绕组从电源切断。
由于主、辅绕组的阻抗都是感性的，因此两相电流的相位差不可能很大，更不可能达到90°，由此而产生的旋转磁场椭圆度较大，所以产生的启动转矩较小，启动电流较大。
2．电容分相电动机
在结构上，它和电阻分相电动机相似，只是在辅助绕组中串入一个电容，如果电容选择恰当，有可能使辅助绕组中的电流领先主绕组电流接近90°，则可在电动机中建立起一个椭圆度较小的旋转磁场，从而获得较大的启动转矩。电动机启动后，也需将辅助绕组从电源切断。由于电容器是短时工作的，一般可用交流电解电容器。
11.1.1.2 电容电动机
这种电动机在结构上与电容分相电动机一样，只是辅助绕组和电容器都设计成能长期工作的，实质上这时成了一台两相电动机。它的运行性能较好。因为电容器要长期工作，所以一般选用油浸式电容器。为了保证电动机有较好的性能指标，电容电动机电容的电容量比电容分相电动机的电容量要小，启动转矩也小，因此启动性能不如电容分相电动机。
11.1．1．3 罩极电动机
1．凸极武罩极电动机
这种电动机的定子仍由硅钢片叠成，但做成有凸出的磁极，形成类似直流电动机的定子，如图11-2所示。每个极上装有集中绕组，称为主绕组。每个极的极靴上开一个小槽，槽中嵌入短路铜环，一般罩住极靴面积的1／3左右。当绕组中通过单相交流电时，产生一脉振磁通，一部分通过磁极的未罩部分，一部分通过短路环，后者必然在短路环中产生感生电动势，产生电流，根据楞次定律，该电流的作用总是阻止磁通变化的，这就使通过短路环部分的磁通与通过磁极未罩部分的磁通在时间上不同相，并且总要滞后一个角度。于是就会在电动机内产生一个类似于旋转磁场的“移动磁场”，移动的方向由磁极未罩部分向着短路环的方向。这种移动磁场实质是一种椭圆度很大的旋转磁场，从而使电动机获得一定的启动转矩。
2．隐极式罩极电动机
隐极式罩极电动机的定子铁心和一般三相感应电动机的定子铁心一样，但是在定子槽中嵌有两套绕组，即主绕组1和罩极绕组2。其中罩极绕组也可做成分布的。两个绕组在空间一般相距30°～60°，主绕组匝数多、导线细；罩极绕组导线粗、匝数少，一般为2～5匝，并
第12章 低压电器及其基本控制线路
凡是根据外界特定的信号或要求，自动或手动接通和断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电现象的切换、控制、保护、检测和调节的电气设备均称为电器。根据工作电压的高低，电器可分为高压电器和低压电器。低压电器通常是指工作在交流电压小于1200V 、直流电压小于1500V 的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器。低压电器作为基本器件，广泛应用于输配电系统和电力拖动系统中，在工农业生产、交通运输和国防工业中起着极其重要的作用。
12．1 低压电器与电气图的基本知识
12．1．1 低压电器的基本知识
1．低压电器的分类
低压电器种类繁多，分类方法有很多种。
(1)按动作方式可分为非自动切换电器和自动切换电器。
非自动切换电器：依靠外力(如人工) 直接操作来进行切换的电器，如刀开关、按钮开关等。
自动切换电器：依靠指令或物理量(如电流、电压、时间、速度等) 变化而自动动作的电器，如接触器、继电器等。
(2)按用途可分为低压控制电器和低压保护电器。
低压控制电器：主要在低压配电系统及动力设备中起控制作用，如刀开关、低压断路器等。
低压保护电器：主要在低压配电系统及动力设备中起保护作用，如熔断器、热继电器等。
(3)按动作原理可分为电磁式电器和非电量电器。
电磁式电器：它是根据电磁铁的原理工作的，如接触器、继电器等。
非电量电器：它是依靠外力(人力或机械力) 或某种非电量的变化而动作的电器，如行程开关、按钮等。
2．低压电器的基本结构与特点
低压电器一般都有两个基本部分：一个是感受部分，它感受外界的信号，作出有规律的反应，在自动切换电器中，感受部分大多由电磁机构组成，在非自动切换电器中，感受部分通常为操作手柄等；另一个是执行部分，如触点连同灭弧系统，它根据指令进行电路的接通或断开。
3．低压电器的型号含义
我国低压电器型号是按产品种类编制的，产品型号采用汉语拼音字母和阿拉伯数字组合表示，其组合方式如下；
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12．1．2 电气图形符号和文字符号
电气图是用电气图形绘制的图，用宋描述电气控制设备结构、工作原理和技术要求的图，它必须采用符合国家电气制图标准及国际电工委员会(1EC)颁布的有关文件要求，用统一标准的图形符号、文字符号及规定的画法绘制。
12．1．2．1 电气图中的图形符号
图形符号通常是指用于图样或其他文件表示一个设备或概念的图形、标记或字符。图形符号由符号要素、一般符号及限定符号构成。
(1)符号要素。符号要素是一种具有确定意义的简单图形，必须同其他图形组合才能构成一个设备或概念的完整符号。例如，三相异步电动机是由定子、转子及各自的引线等几个符号要素构成的，这些符号要求有确切的含义，但一般不能单独使用，其布置也不一定与符号所表示设备的实际结构相一致。
(2)一般符号。用于表示同一类产品和此类产品特性的一种很简单的符号，它们是各类元器件的基本符号。例如，一般电阻器、电容器和具有一般单向导电性的二极管的符号。一般符号不但广义上代表各类元器件，也可以表示没有附加信息或功能的具体元件。
(3)限定符号。限定符号是用以提供附加信息的一种加在其他符号上的符号。例如，在电阻器一般符号的基础上，加上不同的限定符号就可组成可变电阻器、光敏电阻器、热敏电阻器等具有不同功能的电阻器。也就是说使用限定符号以后，可以使图形符号具有多样性。
限定符号一般不能单独使用。一般符号有时也可以作为限定符号。例如，电容器的一般符号加到二极管的一般符号上就构成变容二极管的符号。 图形符号的几点注意：
(1)所有符号均应按无电压、无外力作用的正常状态。例如按钮未按下、闸刀未合闸等．
(2)在图形符号中，某些设备元件有多个图形符号，在选用时，应该尽可能选用优选形．在能够表达其含义的情况下，尽可能采用最简单形式，在同一图中使用时，应采用同一形式i 图形符号的大小和线条的粗细应基本一致。
(3)为适应不同需求，可将图形符号根据需要放大和缩小，但各符号相互间的比例应谨保持不变。图形符号绘制时方位不是强制的，在不改变符号本身含义的前提下，可将图形符号根据需要旋转或成镜像放置。
(4)图形符号中导线符号可以用不同宽度的线条表示，以突出和区分某些电路或连接线。一般常将电源或主信号导线用加粗的实线表示。
电和磁是相互联系不可分割的两类基本物质。很多电气设备如电机、变压器、电磁铁、电工测量仪表以及其他各种铁磁元件等，都是利用电与磁的基本原理进行工作的。
本章主要讨论基本磁现象及其规律、磁场的基本概念及其物理量、电磁感应现象及基本定律等内容。 3．1 磁的基本知识 3．1．1 磁体与磁极
物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。具有磁性的物体叫磁体。磁体分为天然磁体(俗称吸铁石) 和人造磁体，现在常见的各种磁体几乎都是人造的。如条形磁铁、蹄形磁铁和针形磁铁等，如图3—1所示。 磁体两端磁性最强的区域叫磁极。实验证明，任何磁体都具有两个磁极，而且无论怎样把磁体分割，它总是保持两个磁极。一端叫北极，用N 表示：一端叫南极；用s 表示。
与电荷间的相互作用力相似，磁极间也具有相互作用力，即同极相排斥，异极相吸引。磁极间的相互作用力叫磁力，如图3-2所示。指南针就是利用这种性质制作的，因为地球本身就是个大磁体，地磁的北极在地球南极附近，地磁的南极在地球北极附近。
3．1．2 磁场与磁力线
磁体周围存在磁力作用的空间，称为磁场。互不接触的磁体之间之所以具有相互作用力，就是通过磁场这一特殊物质进行传递的。磁场和电场一样，都是一种特殊物质，它们之所以被认为特殊，是因为它们不是由分子和原子所组成。
磁场和电场同样是有方向的。在磁场中某一点放一个能自由转动的小磁针，小磁针静止时N 极所指的方向，规定为该点的磁场方向。
为了形象地描述磁场而引出磁力线这一概念，规定在磁力线上每一点的切线方向表示该点的磁场方向。
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磁力线可以用实验的方法形象地表示出来。如在条形磁体上放一块玻璃或纸板，撒上一些铁屑并轻敲，铁屑便会有规则地排列成如图3-3(a)所示的线条形状，这些线条就显示出条形磁体的磁力线分布情况。
磁力线具有以下几个特征：
(1)磁力线是互不交叉的闭合曲线。在磁体外部由N 极指向s 极，在磁体内部由s 极指向N 极，如图3-3(b)所示。
(2)磁力线的疏密程度反映了磁场的强弱。磁力线越密表示磁场越强，越疏表示磁场越弱。 (3)磁力线上任意一点的切线方向，就是该点的磁场方向。 3．1．3 电流的磁场
磁铁并不是磁场的唯一来源。1820年丹麦物理学家奥斯特从实验中发现，放在导线旁边的磁针，当导线通入电流时，磁针会受到力的作用而偏转，如图3-4所示。这表明通电导线的周围存在着磁场，电与磁是有密切联系的。
1．通电直导线周围的磁场
通电直导线周围磁场的磁力线是一些以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在与导线垂直的平面上，如图3—5所示。
实验表明，改变电流的方向，各点的磁场方向都随之改变。
磁力线的方向与电流方向之间的关系可用安培定则(又称右手螺旋定则) 来判断，如图3-6所示，用右手握住通电直导线，让拇指指向电流方向，则四指环绕的方向就是磁力线的方向。
第4章 电容器
电容器是电路的基本元件之一，它的用途非常广泛，在电力系统中，电容器可作为功率因数的补偿元件；在电子电路中，电容器可用作滤波、耦合、调谐、旁路和选频等；在机械加工工艺中，利用它可以进行电火花加工等。
本章主要介绍电容器的基本概念、电容器的种类及选用方法、电容器的充放电过程及电容器的连接等，以达到识别和使用电容器的目的。 4．1 电容器及电容量 4．1．1 电容器
电容器就是储存电荷的容器。两金属导体，中间以绝缘介质相隔，并引出两个电极，就形成了一个电容器。其结构如图4-1(a)所示。被介质隔开的金属板叫极板，极板通过电极与电路连接。极板间的介质常用空气、云母、纸、塑料薄膜和陶瓷等物质。图4-1(b)是电容器的一般表示符号。
4．1．2 电容量
电容器最基本的特性是能够储存电荷。如果在电容器的两极上加上电压，则在两个极板上将分别出现数量相等的正、负电荷，如图4-2所示。电容器极板上所储存的电荷量与两极板间的电压的比值是一常数。这一比值称为电容量，简称电容，用字母c 表示。即
式中Q ——任一极板上的电量，c ； u ——两极板间的电压，v ； c ——电容量，P(法拉) 。
电容量是衡量电容器储存电荷本领的物理量。其国际单位是法拉，简称法，用符号F 表示。当电容器两端所加电压为1v 时，若在任一极板上储存1c 的电荷量，则该电容器的电容
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量就是1F 。在实际使用中，一般电容器的电容量都比较小，因而常用uF(微法) 和pF(皮法) 表示。它们之间的换算关系是
电容器制造好以后，电容量就是一个定值，不因极板上积累电荷的多少而改变。实验表明，电容量的大小决定于电容器的介质种类与几何尺寸。如果介质的介电常数越大，极板相对面积越大，极板间的距离越小，则电容量就越大。
应该注意的是，虽然电容器和电容量通常都称为电容，但两者的意义不同。前者表示元件的名称，后者表示物理量的名称。同时还应认识到，并不只是成品电容器中才有电容，实际上任何两个相邻的导体间都存在着电容。如图4-3所示，输电线之间、输电线与大地之间、晶体管各电极之间都存着电容。这种电容叫做分布电容或寄生电容。虽然它的数值比较小，但有时可能对线路和设备造成有害的影响。
[例4-1] 将一个电容量为4．7uF 的电容器接到电动势为1000V 的直流电源两端，充电结束后，求电容器极板上所带的电荷量。 解：由电容公式(4-1)可得
4．1．3 电容器的主要性能指标
电容器的性能指标有电容量、允许误差、额定工作电压、介质损耗和稳定性等。其中最主要的指标是电容量、允许误差和额定工作电压，一般都直接标在成品电容器的外壳上，常称为电容器的标称值。它是人们合理使用电容器的依据。 1．标称容量和允许误差
成品电容器上所标明的电容值称为标称容量。标称容量并不是一个准确值，它同该电容器的实际容量有一定的差额，但这一差额是在国家标准规定的允许范围之内，因而称为允许误差。
电容器的允许误差，按其精度可分为4-1％(00级) 、±2％(0级) 、4-5％(1级) 、4-10％ (Ⅱ级) 及+-20％(iii级) 五个等级。应用时，有的用误差百分数表示，有的用误差等级表示。 例如：51OOpF+-10％或5100pFlI 第5章 单相正弦交流电路
正弦交流电路是电工知识的重要内容，是学习电工与电子技术的理论基础，因此，分析研究正弦交流电路是十分重要的。。 本章主要介绍单相正弦交流电的基本概念与表示方法，重点研究单相正弦交流电路的分析与计算，在着重讨论R 、L 、c 单相正弦交流电路的基础上，利用矢量图法分析串、并联电路的电压、电流关系及功率关系。 5．1．1 交流电的概念
直流电路中所讨论的电压和电流，其大小和方向(或极性) 都是不随时间变化的，如图5-1(a)所示，但是在工农业生产、日常生活中广泛应用的是大小和方向均随时间作周期性变化的电压和电流。把这种大小和方向随时间作周期性变化的电流或电压称为交流电。其中随时间按正弦规律变化的交流电称为正弦交流电，其波形如图5-1(b)所示。随时间不按正弦规律变化的交流电，统称为非正弦交流电，图5-l(c)所示的电压波形就是一种非正弦交流电压。在交流电中，最常用的是正弦交流电。如果没有特别说明，本章所说的交流电都是指正弦交流电。
正弦交流电的优点是变化平滑，同频率的几个正弦量相加或相减，其结果仍为同频率的正弦量。另一方面，非正弦交流电，可以分解为许多不同频率的正弦分量，这就给电路的分析计算带来了很大的方便。 5．1．2 交流电的产生
正弦交流电是通过单相交流发电机产生的，如图5-2所示。单相交流发电机由定子和转子组成。定子中有绕组，且按顺时针方向在磁场中匀速旋转，绕组由于切割磁力线而产生交流电。
在图5—2中1、2、3、4、5、6、7、8的八个小圆圈表示导线截面，由于导线切割磁力线的位置在变化，其电动势e 的大小也随之变化。当导线在位置l 时，导线运动方向和磁力线平
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行，没有切割磁感线，此时电动势e 的大小为零。当导线到位置2时，导线斜方向切割磁力线， 导线中产生了电动势。当导线到位置3时，导线运动方向与磁力线相互垂直，切割磁力线最大。 当导线到位置4时，导线又变为斜方向切割磁感线，导线中产生的电动势又变小。当导线到位 置5与位置1时相同，导线中的电动势又为零。导线继续向6、7、8旋转时，与在位置2、3、 4时一样，电动势由零升高，到最大值后渐渐降为零。此时电动势的方向正好与位置2、3、4 时相反。导线在不同时间、刁；同位置时，电动势变化的大小和方向曲线如图5—3所示。
5．1．3 交流电的基本物理量 5．1．3．1 瞬时值与最大值
交流电的大小是随时间变化的。交流电在某一时刻的值称为这一时刻交流电的瞬时值，用 小写字母e 、i 、u 表示。例如，在图5-4(a)中，t1时刻的瞬时值为J 。，，：时刻的瞬时值为 零。图5-4(a)也可以画成图5-4(b)的形式。
最大的瞬时值称为最大值，也称为幅值或峰值，用字母Jm 、um 、乙表示。在波形图上， 曲线的最高点对应的值，即为最大值。它常用来表示交流电的电流强弱或电压高低，在实际中 很有意义。例如电容器用于交流电路中时所承受的耐压值，就是指最大值，如果交流电最大值 超过电容器所承受的耐压值，那么电容器将被击穿。 5，1．3．2 周期、频率、角频率
周期、频率、角频率是用来表示交流电变化快慢的物理量。 1．周期
图5-5所示为一个按正弦规律变化的交流电动势。它从零开始逐渐增大到最大值，然后逐 渐减小到零，反向增大到最大值，再回到零。这样变化了一周，以后按同样规律循环下去。把 交流电完成一次周期性变化所需的时间称为交流电的周期，用符号T 表示，单位是秒，用s 第6章 三相正弦交流电路
前面所讲的单相交流电路中的电源只有两个输出端钮，输出一个正弦电压或电流，现在，世界上电力网几乎都是采用三相正弦交流电向用户供电。采用三相电源供电的主要原因有：①在输送功率相同、电压相同、距离相同，功率因数和线路损耗相等的情况下，采用三相输电比用单相输电可节约25％左右的材料；②作为生产机械主要动力的电动机，三相电动机比同容量的单相电动机结构简单、性能好、工作可靠、造价低。
三相电源是由三个频率相同、幅值相同、相位互差120°的正弦电压源按一定方式联结而成的。由三相电源供电的电路称为三相电路。本章主要讨论三相电路中电源和负载的联结，并对实际电路进行简单分析和计算。 6．1 三相正弦交流电动势的产生 6．1．1 三相电动势的产生
三相电动势是由三相交流发电机产生的。图6-1(a)为三相交流发电机的示意图，它主要由定子和转子构成。在定子中嵌入了三个绕组，每一个绕组为一相，合称三相绕组。三相绕组的始端分别用U1、V1、W1表示，末端用U2、V2、W2表示。转子是一对磁极的电磁铁，它以匀角速度d ／逆时针方向旋转。若各绕组的几何形状、尺寸、匝数均相同，安装时三个绕组彼此相隔120°，磁感应强度沿转子表面拉正弦规律分布，则在三相
绕组中可以分别感应出最大值相等、频率相同、相位互差120°的三个正弦电动势。这种三相电动势称为对称三相电动势。
6．1．2 三相正弦交流电动势的表示方法
当转子按逆时针方向旋转时，各绕组产生的正弦电动势eu 、ev 、ew 的变化曲线及相量图 第6章 三相正弦交流电路
前面所讲的单相交流电路中的电源只有两个输出端钮，输出一个正弦电压或电流，现在，世界上电力网几乎都是采用三相正弦交流电向用户供电。采用三相电源供电的主要原因有：①在输送功率相同、电压相同、距离相同，功率因数和线路损耗相等的情况下，采用三相输电比用单相输电可节约25％左右的材料；②作为生产机械主要动力的电动机，三相电动机比同容量的单相电动机结构简单、性能好、工作可靠、造价低。
三相电源是由三个频率相同、幅值相同、相位互差120°的正弦电压源按一定方式联结而成的。由三相电源供电的电路称为三相电路。本章主要讨论三相电路中电源和负载的联结，并对实际电路进行简单分析和计算。 6．1 三相正弦交流电动势的产生 6．1．1 三相电动势的产生
三相电动势是由三相交流发电机产生的。图6-1(a)为三相交流发电机的示意图，它主要由定子和转子构成。在定子中嵌入了三个绕组，每一个绕组为一相，合称三相绕组。三相绕组的始端分别用U1、V1、W1表示，末端用U2、V2、W2表示。转子是一对磁极的电磁铁，它以匀角速度d ／逆时针方向旋转。若各绕组的几何形状、尺寸、匝数均相同，安装时三个绕组彼此相隔120°，磁感应强度沿转子表面拉正弦规律分布，则在三相绕组中可以分别感应出最大值相等、频率相同、相位互差120°的三个正弦电动势。这种三相电动势称为对称三相电动势。 6．1．2 三相正弦交流电动势的表示方法
当转子按逆时针方向旋转时，各绕组产生的正弦电动势eu 、ev 、ew 的变化曲线及相量图
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分别如图6-I(b)和(c)所示。它们的瞬时表达式分别为
用符号法表示的表达式分别为
6．1．3 三相正弦电动势的相序
三相电动势随时间按正弦规律变化，它们到达最大值(或零值) 的先后次序，叫做相序。由图6-1(c)的相量图可以看出，三个电动势按顺时针方
向的次序到达最大值(或零值) ，即按u —v —w —u 的顺序，称为正序或顺序：若按逆时针方向的次序到达最大值(或零值) ，即按u —W —V —u 的顺序，称为负序或逆序。
6．2 三相电源绕组的连接
三相交流发电机的每相绕组原则上可以作为一个独立的电源，各用一对导线来接通它的负载，如图6-2所示。由于这种三相电路，相与相之间彼引独立，互不相关，需用六根输电线很不经济，所以，三相发电机的三个绕组一般采用星形连接和三角形连接两种连接方式。
6．2．1 三相电源绕组的星形连接
将发电机三相绕组的末端U2、V2、W2连在一起，首端U1、V1、W1分别与负载连接，这种连接方式称为星形接法或Y 接法，如图6-3所示。末端接成的一点称为中性点，以N 表示。从三个始端U1、V1、W1分别引出的三根接负载的导线，称为相线或端线。从中性点N 引出一根与负载相接的导线，叫做中线或零线„
有中线的三相制叫做三相四线制。无中线的三相制叫做三相三线制，如图6-4所示。
相线与中线之间的电压称为相电压，用Uu 、Uv 、Uw 表示。相电压的正方向规定从始端指向末端。相线与相线之间的电压称为线电压，用Uuv 、Uvw 、Uwu 表示。上述说明如图6-3所示。 第7章 非正弦交流电
7．1 非正弦交流电的产生
前面几章讨论的都是正弦交流电路，这种电路中的电动势、电压或电流都是按正弦规律变化的。但是，在实际工程中，还常会遇到电动势、电压或电流虽然是周期性变化的，但不是正弦波，这种可统称其为非正弦交流电。图7-1所示就是四种非正弦交流电的波形。
电路中出现非正弦交流电(电动势、电压、电流) ，通常有以下几种原因。 7．1．1 电路中有几个频率不同的正弦电动势
最常见的是一个直流电源和一个正弦交流电源串联起来，再与一个线性电阻相接，如图7，2(a)所示。设直流电源的电动势为Eo ，交流电动势为e1，那么总电动势e 为
总电动势e 的波形如图7-2(b)所示。显然，电动势e 不是正弦量。电路中的电流
此电流和电阻只两端的电压都不是正弦量
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7．1．2 电源电压是非正弦周期电压
例如工业供电的交流发电机，由于沿电枢表面的磁感应强度不是严格按正弦规律分布，因此在发电机电枢绕组中感应的电动势也就很难保证是正弦波。又如，音频放大器中的信号电流是随声波变化规律而变化的，也不是正弦波。 7．1．3 电路中存在非线性元件
如果电路中有非线性元件，这样的元件在外加电压变化时，电路中产生的电流就不成正比变化。例如铁心线圈就是一种非线性元件，其电感量L 不是常数。那么，即使在一个铁心线圈两端加上正弦电压，其电流也不是正弦电流，如图7-3所示；再如图7-4(a)是一个二极管半波整流电路，虽然电源电压u 是正弦波，但由于二极管VD 具有单向导电性，使正弦交流电只能在一个方向通过，于是流过负载的电流便成为非正弦电流。
7．2 非正弦交流电的分解
为了进一步讨论非正弦交流电，先求两个不同频率的正弦电压之和，然后再讨论非正弦交 第8章 磁路与变压器
变压器是供电系统中的重要设备，因为变压器可以很方便地将电压升高和降低，使交流电获得了广泛的应用。 磁路的知识是掌握变压器原理的基础，也是后面学习电机、电磁电器的基础，因此本章先介绍磁路。 8．1 磁路及其基本定律 8.1．1 磁路的基本概念
磁通集中通过的闭合路径称为磁路。在工程上，为了获得较强的磁场，常常需要把磁通集中在某一定型的路径中。形成磁路的最好方法是利用磁性材料按照电器结构要求，做成各种形状的铁心，从而使磁通形成所需的闭合路径。图8-1所示就是几种电器设备中的磁路。
由于磁性材料的磁导率u 远远大于空气，所以磁通主要沿铁心而闭合，只有很少部分磁通经过空气或其他材料。把通过铁心的磁通称为主磁通，如图8-1中的d ，铁心外的磁通称为漏磁通，如图8-1(a)中的Фs，一般情况下，漏磁通很少，常略去不计。
和电路类似，磁路也分为无分支磁路和有分支磁路。图8-1(a)、(c)是无分支磁路，图8-1(b)是有分支磁路。
通常在线圈中通入电流产生磁路中的磁通，该电流称励磁电流，改变励磁电流I 或线圈匝数N, 磁通的大小就要变化。I 愈大，所产生的磁通Ф愈大：线圈的匝数愈多，所产生的磁通Ф也愈大。因此把励磁电流I 和线圈匝数N 的乘积称为磁动势。它是磁路中产生磁通的源泉，用符号9表示，即
F=IN
单位为安[培](A)。
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8．1．2磁路欧姆定律
在电路中有电阻R ，它与导线长度I 、导线截面积S 及导线的电阻率p 有关，即R=P*(l\s)。在电阻两端加电动势月就会产生电流／，电路的欧姆定律表示为
在磁路中也有磁阻Rm ，它对磁通起阻碍作用，磁阻与磁路的平均长度l 、磁路截面积s 及磁路材料的磁导率有关，即
在磁路加磁动势Fm 后，产生磁通Φ，这样磁路的磁动势、磁通及磁阻三者之间的关系可用磁路的欧姆定律表示，即
一段磁路的磁位差等于其磁阻与磁通的乘积，即
磁位差的单位与磁动势尸m 的单位一样，是安(A)。 电路与磁路的对照关系见表8-l 。
应当指出，一般情况下各种导体的电阻只是一个常数，所以常用电路的欧姆定律计算。而在磁路方面，非铁磁材料的uo 是常数，而铁磁材料的u 不是一个常数，因而磁阻Rm 也不是一个常数，它会随励磁电流I 的改变而改变，因而通常不能用磁路的欧姆定律直接计算，但借助式(8-1)可以分析很多磁路问题。
8．2 单相变压器的结构及工作原理
变压器是一种常用的电气设备，其功能是将某一数值的交变电压变换为同频率的另一数值 第9章 异步电动机的工作原理及应用
交流电机有异步电机和同步电机两大类。异步电机一般都作电动机用，因为异步发电机的性能较差。异步电动机是交流电动机中最常用的一种，它的作用是将交流电能转换成机械能。异步电动机有三相和单相两种，而三相异步电动机分笼型和绕线转子异步电动机。
三相异步屯动机应用最为广泛。因为它具有结构简单、运行可靠、维护方便、效率较高等特点，通常被用在金属切削机床、起重运输机械、中小型鼓风机和水泵等生产机械设备中；单相异步电动机则在实验室和家用电器产品中应用较多。但异步电动机也有一些缺点，最主要的是不能经济地实现范围较广的平滑调速：必须从电网吸取滞后的励磁电流，使电网功率因数降低。但是一般的生产机械并不要求大范围的平滑调速，而电网的功率因数又可以采取其他办法来进行补偿。特别是由于现代电子技术迅猛发展，采用由晶闸管组成的变频电源装置，使异步电动机应用更加广泛。据统计，全国电动机容量中90％左右是异步电动机，而在电网负载中，异步电动机的用量也占有60％以上。
9．1 三相异步电动机的结构及铭牌数据
9，1．1 结构
三相异步电动机由两个基本部分组成：定子(固定部分) 和转子(旋转部分) 。它的基本构造如图9-1所示。
1．定子
三相异步电动机的定子包括机座、装在机座内的圆筒形铁心以及嵌在铁心内的定子绕组，机座是用铸铁或铸钢制成的；铁心是由O.5mm 厚的硅钢片叠压而成，片间互相绝缘。三相异步电动机定子上共有三个绕组，每相一个，它们按照一定的规律，对称地放置在铁心线槽内，
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三相绕组的六个接线端从内部引出来，接到电动机定子外壳的接线盒上，便于使用时把三相绕组联结成星形或三角形。
2．转子
三相异步电动机的转子按照构造上的不同分为两种：笼型和绕线型。无论哪种转子其铁心部分都为圆柱状，都用硅钢片叠压而成，表面冲有管槽。铁心装在转轴上，转轴架在端盖轴承上，通过靠背栓可接机械负载。
笼型转子绕组的特点是在转子铁心的槽中放置铜条，其两端用端环连接，如图9-2所示，因其形状极似松鼠笼而得名。在实际制造中，对于中小型电动机，为了节省铜材，常采用在转子槽管内浇铸铝液的方式来制造笼型转子。现在100kW 以下的三相异步电动机，转子槽内的导体、两个端环以及风扇叶多是用铝铸成的，其各部分结构如图9-3所示。
绕线型转子绕组的形式与定子绕组基本上相同。三个绕组的末端连接在一起构成星形联结，而三个始端则连接在三个铜集电环上。环和环之间以及环和轴之间都彼此互相绝缘。启动变阻器和调速变阻器通过电刷与集电环和转子绕组相连接。它的构造如图9-4所示。
虽然笼型异步电动机和绕线转子异步电动机在转子结构上有所不同，但它们的工作原理是一样的。其中，由于笼型电动机构造简单、价格便宜、工作可靠、使用方便，因此在工业生产和家用电器上应用得最为广泛。
9．1．2 铭牌
每台电动机的外壳上都有一块铭牌，标出这台电动机的主要规格，如型号、额定数据、使用条件等项目。在实际工作中，要正确使用、维护、修理电动机，都必须要看得懂铭牌。现以图9-5所示的YRl80L-8型电动机为例，逐项说明它们的意义。
1. 型号
型号是不同规格电动机的代号，它的每一个字母都有一定含义。电动机的型号是由产品
第10章 直流电动机
10．1 直流电机的基本结构
直流电机主要由定子(固定不动的部分) 和转子(转动的部分—又称电枢) 两部分组成。图10-1为国产直流电动机外型图；而图10-2则为z3系列直流电动机的部件图。对直流电动机结构上的要求是：能产生足够的磁场：能承受额定电压和通过额定电流：能保持良好的绝缘性能；电机温升不允许超过规定值：运转灵活正常，有一定机械强度；使用及维护较方便，寿命较长；所需材料力求节省，价格较低：制造工艺力求简单等。
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10．1．1 定子
直流电机的定子主要由以下部件组成：机座、前端盖、后端盖、主磁极、电刷装置等。
1．机座
机座的作用一方面作为电机磁路的一部分：另一方面则在其上安装主磁极、换向极，并通过端盖支承转子部分。机座通常为铸刚件经机械加工而成，也有采用钢板焊接成，或直接用无缝钢管加工而成。
2．主磁极
简称主极，其作用是通入直流励磁电流，产生主磁场。它由主极铁心和主极绕组两部另组成。
(1)主极铁心；作为电机磁路的一部分。主极铁心一般用薄钢板冲制成型后再用柳钉柳紧成为一个整体，最后用螺钉固定于机座上，如图10-3所示。
(2)主极绕组：其作用是通入直流电流，产生励磁磁势。
3．换向极
又称附加极，用以产生换向磁场，以改善电机的换向。它由换向极铁心和换向极绕组组成．
(1)换向极铁心：一般电机的换向极铁心大多用整块的钢板加工而成，以简化加工工艺，但在大型电机和用晶闸管供电的功率较大的电机中，换向极铁心也采用叠片结构。
(2)换向极绕组；与主极绕组一样也是用铜线或扁铜线绕制而成，再经过绝缘处理后，套装在换向极铁心中，最后用螺钉固定在机座上。
4．前，后端盖
用以安装轴承和支承电枢，一般均为铸钢件。
5. 电剃装置
通过电刷与换向器表面的滑动接触，把电枢绕组中的电动势(电流) 引入与引出。
电刷装置一般由电刷、刷杆、刷握、刷杆座等部分组成，如图10-4所示。
第11章 特种电机
11．1 单相异步电动机
单相异步电动机是利用单相交流电源供电的一种小容量交流电机。由于它具有结构简单、成本低廉、运行可靠、维修方便等优点以及可以直接在单相220伏交流电源上使用的特点，被广泛采用于办公场所、家用电器等方面，在工、农业生产及其他领域也应用比较广。如台扇、吊扇、洗衣机、电冰箱、吸尘器、小型鼓风机、小型车床、医疗器械等。
单相异步电动机的不足之处是它与同容量的三相异步电动机相比较，体积较大、运行性能较差、效率较低。因此常被制成小型和微型系列电机，容量在几瓦到几百瓦之间。
11．1．1 基本类型
为了使单相感应电动机能够产生启动转矩，在启动时必须在电动机内部形成一个旋转磁场。根据获得旋转磁场的方式不同(也就是启动方法) ，单相感应电动机可分成下列几种主要类型。
11．1．1. 1 分相电动机
在分析交流绕组磁动势时曾得出一个结论，只要在空间不同相的绕组中通以时间不同的电流，其合成磁动势就是一个旋转磁动势，分相电动机就是根据这一原理设计的。
1．电阻分相电动机
这种电动机定子上嵌有两个单相绕组，一个称为主绕组(或称为工作绕组) ，一个称为辅助绕组(或称为启动绕组) 。两个绕组在空间相差90°电角度，它们接在同一单相电源上，如图11-1所示，其中S 为一离心开关，平时处于闭合状态。辅助绕组用较细的导线绕成，以增大电阻，匝数可以与主绕组相同，也可以不同。由于主辅助绕组的阻抗不同，流过两个绕组的电流的相位也不同。一般使辅助绕组中的电流领先于主绕组中的电流，形成了一个两相电流系统，这样就在电动机中形成旋转磁场，从而产生启动转矩。
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通常辅助绕组是按短时运行设计的，为了避免辅助绕组长期工作而过热，在启动后，当电动机转速达到一定数值时，离心开关s 自动断开，把辅助绕组从电源切断。
由于主、辅绕组的阻抗都是感性的，因此两相电流的相位差不可能很大，更不可能达到90°，由此而产生的旋转磁场椭圆度较大，所以产生的启动转矩较小，启动电流较大。
2．电容分相电动机
在结构上，它和电阻分相电动机相似，只是在辅助绕组中串入一个电容，如果电容选择恰当，有可能使辅助绕组中的电流领先主绕组电流接近90°，则可在电动机中建立起一个椭圆度较小的旋转磁场，从而获得较大的启动转矩。电动机启动后，也需将辅助绕组从电源切断。由于电容器是短时工作的，一般可用交流电解电容器。
11.1.1.2 电容电动机
这种电动机在结构上与电容分相电动机一样，只是辅助绕组和电容器都设计成能长期工作的，实质上这时成了一台两相电动机。它的运行性能较好。因为电容器要长期工作，所以一般选用油浸式电容器。为了保证电动机有较好的性能指标，电容电动机电容的电容量比电容分相电动机的电容量要小，启动转矩也小，因此启动性能不如电容分相电动机。
11.1．1．3 罩极电动机
1．凸极武罩极电动机
这种电动机的定子仍由硅钢片叠成，但做成有凸出的磁极，形成类似直流电动机的定子，如图11-2所示。每个极上装有集中绕组，称为主绕组。每个极的极靴上开一个小槽，槽中嵌入短路铜环，一般罩住极靴面积的1／3左右。当绕组中通过单相交流电时，产生一脉振磁通，一部分通过磁极的未罩部分，一部分通过短路环，后者必然在短路环中产生感生电动势，产生电流，根据楞次定律，该电流的作用总是阻止磁通变化的，这就使通过短路环部分的磁通与通过磁极未罩部分的磁通在时间上不同相，并且总要滞后一个角度。于是就会在电动机内产生一个类似于旋转磁场的“移动磁场”，移动的方向由磁极未罩部分向着短路环的方向。这种移动磁场实质是一种椭圆度很大的旋转磁场，从而使电动机获得一定的启动转矩。
2．隐极式罩极电动机
隐极式罩极电动机的定子铁心和一般三相感应电动机的定子铁心一样，但是在定子槽中嵌有两套绕组，即主绕组1和罩极绕组2。其中罩极绕组也可做成分布的。两个绕组在空间一般相距30°～60°，主绕组匝数多、导线细；罩极绕组导线粗、匝数少，一般为2～5匝，并
第12章 低压电器及其基本控制线路
凡是根据外界特定的信号或要求，自动或手动接通和断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电现象的切换、控制、保护、检测和调节的电气设备均称为电器。根据工作电压的高低，电器可分为高压电器和低压电器。低压电器通常是指工作在交流电压小于1200V 、直流电压小于1500V 的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器。低压电器作为基本器件，广泛应用于输配电系统和电力拖动系统中，在工农业生产、交通运输和国防工业中起着极其重要的作用。
12．1 低压电器与电气图的基本知识
12．1．1 低压电器的基本知识
1．低压电器的分类
低压电器种类繁多，分类方法有很多种。
(1)按动作方式可分为非自动切换电器和自动切换电器。
非自动切换电器：依靠外力(如人工) 直接操作来进行切换的电器，如刀开关、按钮开关等。
自动切换电器：依靠指令或物理量(如电流、电压、时间、速度等) 变化而自动动作的电器，如接触器、继电器等。
(2)按用途可分为低压控制电器和低压保护电器。
低压控制电器：主要在低压配电系统及动力设备中起控制作用，如刀开关、低压断路器等。
低压保护电器：主要在低压配电系统及动力设备中起保护作用，如熔断器、热继电器等。
(3)按动作原理可分为电磁式电器和非电量电器。
电磁式电器：它是根据电磁铁的原理工作的，如接触器、继电器等。
非电量电器：它是依靠外力(人力或机械力) 或某种非电量的变化而动作的电器，如行程开关、按钮等。
2．低压电器的基本结构与特点
低压电器一般都有两个基本部分：一个是感受部分，它感受外界的信号，作出有规律的反应，在自动切换电器中，感受部分大多由电磁机构组成，在非自动切换电器中，感受部分通常为操作手柄等；另一个是执行部分，如触点连同灭弧系统，它根据指令进行电路的接通或断开。
3．低压电器的型号含义
我国低压电器型号是按产品种类编制的，产品型号采用汉语拼音字母和阿拉伯数字组合表示，其组合方式如下；
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12．1．2 电气图形符号和文字符号
电气图是用电气图形绘制的图，用宋描述电气控制设备结构、工作原理和技术要求的图，它必须采用符合国家电气制图标准及国际电工委员会(1EC)颁布的有关文件要求，用统一标准的图形符号、文字符号及规定的画法绘制。
12．1．2．1 电气图中的图形符号
图形符号通常是指用于图样或其他文件表示一个设备或概念的图形、标记或字符。图形符号由符号要素、一般符号及限定符号构成。
(1)符号要素。符号要素是一种具有确定意义的简单图形，必须同其他图形组合才能构成一个设备或概念的完整符号。例如，三相异步电动机是由定子、转子及各自的引线等几个符号要素构成的，这些符号要求有确切的含义，但一般不能单独使用，其布置也不一定与符号所表示设备的实际结构相一致。
(2)一般符号。用于表示同一类产品和此类产品特性的一种很简单的符号，它们是各类元器件的基本符号。例如，一般电阻器、电容器和具有一般单向导电性的二极管的符号。一般符号不但广义上代表各类元器件，也可以表示没有附加信息或功能的具体元件。
(3)限定符号。限定符号是用以提供附加信息的一种加在其他符号上的符号。例如，在电阻器一般符号的基础上，加上不同的限定符号就可组成可变电阻器、光敏电阻器、热敏电阻器等具有不同功能的电阻器。也就是说使用限定符号以后，可以使图形符号具有多样性。
限定符号一般不能单独使用。一般符号有时也可以作为限定符号。例如，电容器的一般符号加到二极管的一般符号上就构成变容二极管的符号。 图形符号的几点注意：
(1)所有符号均应按无电压、无外力作用的正常状态。例如按钮未按下、闸刀未合闸等．
(2)在图形符号中，某些设备元件有多个图形符号，在选用时，应该尽可能选用优选形．在能够表达其含义的情况下，尽可能采用最简单形式，在同一图中使用时，应采用同一形式i 图形符号的大小和线条的粗细应基本一致。
(3)为适应不同需求，可将图形符号根据需要放大和缩小，但各符号相互间的比例应谨保持不变。图形符号绘制时方位不是强制的，在不改变符号本身含义的前提下，可将图形符号根据需要旋转或成镜像放置。
(4)图形符号中导线符号可以用不同宽度的线条表示，以突出和区分某些电路或连接线。一般常将电源或主信号导线用加粗的实线表示。