本书介绍了矿井维修电工的基础理论知识和实际操作技能，内容有电工基础，电子技术基础，变压器、电动机基础，矿山供电系统，电气设备防爆，机械基础，煤矿井下高低压电气设备，矿井提升机的电气控制管理系统，各种仪表的原理与使用等；并附有相关的法律、法规，矿井维修电工的技能鉴定标准和井下防爆电气检查标准，以方便学习和掌握。

  山西焦煤集团有限责任公司为创建学习型企业，全方面提高员工素质，为员工学习技术、参加技能大赛和技能鉴定提供统一的标准教材和学习资料，组织编写了山西焦煤集团有限责任公司员工职业技能培训丛书。矿井维修电工为该丛书之一，供从事该工种的技术工人学习使用。

  矿井维修电工主要是使用仪表、工具，从事矿井大型专用设备及矿井电气设备的维护、检修工作。从事该工种的工人在电气方面需要有较扎实的理论基础知识，所以在教材编写中以电气方面的知识为主，由浅入深，通俗易懂，概念清楚，内容少而精，力求满足多种层次维修电工的学习和工作需要。

  本书第一章至第六章是基础知识，包括电工基础、电子技术基础、变压器和电动机基础、矿山供电系统、电气防爆知识、机械基础；第七章至第九章是实际操作技能，包括常用仪器、仪表的原理及使用方法，井下常用电气设备工作原理与应用，TDK-A电控系统工作原理；附录简要介绍了相关的法律法规和初级维修电工、中级维修电工、高级维修电工、技师、高级技师技能鉴定标准。在基础知识中，涉及的一些理论和计算公式对初级和中级维修电工只要求一般了解，高级维修电工、技师、高级技师，要求对全书内容必须全面学习，深入领会，并能灵活地运用到实际工作中。在对不一样的层次的维修电工进行培训时，应根据培训时间长短、培训对象的层次、工作需要和接受能力选取相应内容。为便于学习和培训的安排，每章均有［学习提示］，以便不一样的层次人员按相应要求学习。

  在实际操作技能的学习中，一定要理论联系实际，注重实际操作，了解相关仪表的工作原理，掌握相关仪表的使用方法，能利用仪表检测分析一般的电气故障。

  本章介绍了电路的基本概念及组成；电路中涉及的主要物理量，包括电流、电压、电阻、电动势、电功率、电能、电容等；欧姆定律、基尔霍夫定律；电磁与电磁感应；正弦交流电路、三相交流电路等内容。

  从事矿井维修电工的人员，无论是初级工、中级工、还是高级工、技师、高级技师，对本章内容都必须认真学习，理解电路中各物理量的定义，掌握欧姆定律及其应用，为电路的分析计算奠定基础。

  电源是供给电能的装置，它将非电能转换为电能，也可以将一种形式的电能转换为另一种形式的电能。

  单位时间内通过某一导线截面的电量称为电流强度，简称电流，用符号i表示，即

  在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安（A），还有千安（kA）、毫安（mA）、微安（μA），其换算关系为：

  习惯上把正电荷移动的方向规定为电流的方向。电流的实际方向是一定的，但在分析与计算电流时，电流的真实方向往往难以在电路中标出。例如，交流电路中的电流方向随时间变化，很难用一个固定的箭头来表示真实方向；即使在直流电路中，在求较复杂的电流时，也往往难以事先判断出电流的真实方向。为便于计算，我们大家可以任意选定一个电流方向，作为电流的正方向。当电流的实际方向与电流的正方向一致时，则电流为正值；当电流的实际方向与正方向相反时，则电流为负值。

  在电场中，电场力将单位正电荷从a点移到b点所做的功，称为该两点间的电压，用符号 Uab表示，即

  在电源中，外力将单位正电荷从电源的负极移到正极所做的功，称为电源的电动势，用符号E表示，即

  电压的方向规定为由高电位端指向低电位端，即电位降低的方向。电源电动势的方向规定为在电源中由低电位端指向高电位端，即电位升高的方向。

  和电流一样，在电路图中也需要为电压和电动势规定正方向，也可以用箭头及“+”、“-”符号表示，“+”表示高电位端，“-”表示低电位端。

  由于电压和电流的实际方向都从高电位指向低电位，在选定电压正方向时，常使其与电流的正方向一致。在选定电动势的正方向时，常使其与电压的正方向相反，如图1—2所示。在国际单位制中，电压和电动势的的单位都是伏特，简称伏（V）。还有千伏（kV）、毫伏（mV）或微伏(μV)等单位。

  导体对电流的阻碍作用称为电阻，用符号R表示。电阻的单位为欧姆，简称欧（Ω）。对于大电阻常用单位有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）。

  导体的电阻还与温度有关。在0～100 ℃时，导体电阻所改变的数值，基本上可以认为与温度改变成正比，则

  α——电阻温度系数，1℃；它等于温度上升1℃时，每欧导体电阻增加的数值。

  在电压的作用下，电阻中会有电流通过，如图1—3所示。实验证明，通过电阻R中的电流I与电阻两端的电压成正比，与电阻R成反比，即

  如果电阻是一个常数，与通过它的电流无关，即它的电压和电流是直线关系，符合欧姆定律，这种电阻称为线性电阻。温度不变时大多数金属导体属于线性电阻。如果电阻与通过它的电流和施于其两端的电压有关，即它的电压和电流不是直线关系，不符合欧姆定律，这种电阻称为非线性电阻，例如钨丝、炭丝、半导体。由线性元件构成的电路叫做线性电路，含有非线性元件的电路叫做非线性电路。本书主要介绍线性电路，以后如不加说明，电阻均指线性电阻。

  可见，当电流一定时，电阻吸收的功率与电阻成正比；当电压一定时，电阻吸收的功率与电阻成反比。

  上列各式中的电流、电压、电阻分别以安、伏、欧为单位，则电功率的单位为瓦（W）。计量较大的电功率时用千瓦(kW)为单位，计量较小的电功率时用毫瓦（mW）为单位。

  式中当功率、时间分别用瓦、秒代入时，电能的单位为焦耳(J)。电能的常用单位为千瓦时(kW·h)。

  电阻通过电流消耗电能，将其转变为热能并使导体发热，这种现象叫做电流的热效应。

  在电路中，电阻的联接形式是多种多样的，其中最简单和最常用的是串联和并联。

  具有恒定不变的电动势和内电阻的电源，称为电压源，通常用一个电动势E和一个内电阻R0串联表示，如图1—6所示。电压源的输出电压与输出电流之间的关系为：

  当电源空载时，输出电流I=0，输出电压在数值上等于电源的电动势，即U=E。

  当电源带负载时，输出电压在数值上小于电源的电动势，相差的是内阻上的电压降。当外电路的电阻减小时，输出电流增大，输出电压U随之下降。

  当电源短路时，输出电压U=0，电动势全部作用在内阻上，短路电流仅受内阻的限制，即I=E/R0。

  除了电压源以外，还有一种电源叫电流源，它是一种能产生图1—7电流源电路电流的装置。例如，光电池在具有一定照度的光照下，将激发产生一定的电流Is，电流源产生的电流Is不会全部输送出去，内部要损失一小部分。所以，这种电源常用恒定不变的电流Is和内阻R0的并联来表示，如图1—7所示。电流源的输出电流与输出电压之间的关系为:

  当电流源带负载时，Is不能全部输送出去，有一部分由R0中通过。当负载电阻增大时，输出电压U增加，输出电流I将随之减小。

  当电流源空载时，输出电流I=0，Is全部由R0中通过。空载电压由内电阻限制，即U=R0 Is。

  在分析和计算电路时，常将电路中的某一点选作参考点，并将参考点电位规定为零。前面已经讲过，电压又叫“电位差”。因此，电路中任何一点与参考点之间电位便是该点的电位差。

  因此，电位虽然是指一点而言，但实际上还是两点之间的电压降，只是其中的一点为参考点。所以会计算电路中任意两点间的电压，也就会计算电位，方法完全相同。

  电路一定时，电路中各点之间的电压是一定的，而各点的电位则是相对的，视参考点而定。只有在参考点选定以后，电路中各点的电位才有规定的数值，这就是电位的单值性。

  原则上参考点能随意选择，但为统一起见，工程上常选大地为参考点。机壳需要接地的设备，就可以把机壳作为参考点，凡与机壳直接相连接的各点电位均为零。有些电子设备，机壳虽不一定接地，但许多元件需要接到某公共线上，通常就把这一公共线选作参考点，称之为地，在电路图中用符号“⊥”表示。

  基尔霍夫定律是电路的基本定律，在讨论该定律之前，先介绍几个名词，如图1—9所示。

  节点：3个或3个以上支路的连接点叫做节点，该电路共有2个节点，即a和b点。

  第一定律是表明同一节点处各支路之间的关系，称为电流定律。它指出：流入任意一个节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。

  由于电流的连续性，如果流入节点的电流不等于流出节点的电流，那么单位时间内流入节点的电荷与流出节点的电荷不相等，该节点处就要有电荷的产生或消灭，或者要有电荷的积累，这是不可能的。

  可见，如果将流入节点的电流取正号，流出节点的电流取负号，则第一定律又可表示为：流入节点的电流的代数和等于零，即

  节点电流定律不仅适用于电路中的任意节点，而且还可以推广应用于任意假定的闭合面。即通过任意闭合面的电流的代数和也等于零。

  第二定律的根据是电位单值性原理，当参考点选定后，电路中任意点的电位只有一个数值。即从电路中任意点出发绕行电路一周，期间所有电位升之和等于电位降之和，电位的变化等于零。

  在列公式(1—16)时，常常要规定一个绕行回路的方向，凡电压的正（或实际）方向与回路的绕行方向一致者，电压前取正号；反之，则取负号。

  图1—10给出图1—9a所示电路的一个回路,绕行回路的方向如图虚线箭头所示。按图中所指定的各段电压的正方向，式（1—16）可写为：

  按图所示的参考方向，将有Uad=E2，Udb=－R2I2，Ubc=R1I1，Uca=－E1，将它们代入上式经整理后得

  因此，第二定律也可以表示为：在任意回路内，电阻上电压降的代数和等于电动势的代数和。其中，电流的正方向与回路绕行方向一致者，前面取正号，如E1；反之，则取负号，如－E2。

  磁体周围存在磁力作用的空间，叫做磁场。磁场是一种特殊物质，它具有力和能的特性。磁体周围的磁场可以用磁感线来描述：在磁体外部，磁感线从N出发，经过外部空间进入S极，然后由S极经过磁体内部回到N极；磁感线任一点的切线方向代表该点的磁场方向；磁感线的疏密则反映磁场各点磁性强弱的程度。磁感线是连续闭合的曲线。

  通电导体周围产生磁场，其方向可以用右手螺旋定则来判断。即以右手握住导体，使伸直的拇指指向电流方向，则握拢的四指所指的方向就是磁场的方向，如图1—11所示。

  通电导体在磁场中所受到的电磁力F，除了与电流强度I和垂直于磁场的导线长度l成正比外，还与磁场的强弱有关。用以表示某点磁场强弱的量称为磁感应强度，用B表示。在数值上它等于垂直于磁场的单位长度导体通以单位电流所受的电磁力，即

  磁场的强弱可以用磁感线的密度表示，所以磁感应强度的大小也可以用垂直穿过单位面积的磁感线条数来表示。

  磁感应强度的单位为特斯拉（T）或每平方米韦伯(Wb/m2)。另一个较小的单位为高斯(Gs)。

  穿过磁场中某一个面的磁感应强度矢量的通量叫做磁通。例如，在均匀磁场中，穿过垂直于磁场方向的磁通Φ等于磁感应强度B与这个面积S的乘积，即

  磁通也可以用垂直穿过某一面积的磁感线条数来表示。磁通的单位为韦伯（Wb）。

  通有电流的直导体，在其周围产生磁场（图1—12）。实验表明：磁场内a点的磁感应强度B与通过导体的电流I成正比，与通过该点的磁感线πr）成反比，并与周围介质有关，即

  磁导率是表示介质磁性大小的量，决定于介质对磁场的影响程度。磁导率的单位是享/米(H/m)。

  由实验测得，线H/m，它是一个常数。任一物质的磁导率μ和线的比值，称为该物质的相对磁导率μr，即

  上述分析表明：磁感应强度与介质有关。即对于通有相同电流的同样导体，在不同于介质中，磁感应强度不同。而介质对磁场的影响，常常使磁场的分析变得复杂。为便于磁场的计算，人们又引入了磁场强度，用符号H表示。磁场中某点的磁场强度H，就是该点磁感应强度B与介质磁导率μ的比值，即

  例如，载流直导体周围a点的磁场强度可由式（1—19）和式（1—21）得到，即

  显然，磁场强度的大小仅与电流和空间位置有关，而与介质无关。它的方向与该点磁感应强度方向一致，其单位是安/米(A/m)。

  四、 磁化曲线）能得出B=μH，根据这一关系画出来的曲线，叫做磁化曲线。很多材料的磁化曲线可以由试验得出。把导线绕在不同的材料上，使通入线圈的电流改变，用磁通表测得磁通密度的大小，即可画出磁化曲线。

  如果在磁化过程中，磁场强度的大小和方向都不断改变，则叫做反复磁化。反复磁化时，磁场强度H与磁感应强度B的关系曲线所示。当线圈的铁心通一定的电流时，铁心就磁化了。在达到物质的磁性饱和后，即图中a点，如果把磁场强度H逐渐减小，但磁感应强度B却不按原磁化曲线a段变化。当H减小到零时，磁感应强度仍保留一个值Bb，此值称为剩磁感应或剩磁，是因为当外磁场消失时，取向的小磁体没有完全恢复原来位置。随着磁场强度在反方向逐渐增大，使铁磁材料被反向磁化；当负方向的磁场强度值达到-Hc时，磁感应强度则为零，此时磁铁的磁性才消失，所以称-Hc为矫顽力。随着磁场在反方向继续增大到－Hm，磁感应强度也在反方向上沿ca′增大到－Bm。当磁场强度由－Hm又逐渐减小到零，磁感应强度沿a′b′减小，在b′点出现反向剩磁。当磁场强度再次从零增大到+Hm时，磁感应强度就沿着b′c′a回到a点。从图中能够准确的看出，磁性材料在反复磁化的过程中，磁感应强度B的变化始终落后于磁场强度H的变化，此现状叫做磁滞。