综采维修电工培训教案解析

山西焦煤集团有限责任公司员工职业技能培训丛书

综采维修电工

主编郝利荣

煤炭工业出版社

内容提要

本书是山西焦煤集团有限责任公司员工职业技能培训丛书之一。内容包括：电工基础、电子技术基础、变压器与交流异步电动机、综采工作面安全供电及供电系统、综采电气设备、采煤机和刮板输送机的电气控制、矿用电缆等，并附有综采维修电工技能鉴定标准。

本书可作为参加煤炭行业职业技能鉴定、技能大赛的有关人员及综采维修电工技能培训的教材，也可供有关工程技术人员与管理人员学习参考。

2006年8月第1版2006年8月第1次印刷社内编号5589定价31.00元

前言

综合机械化采煤是煤矿现代化采煤的主要生产方式，它使回采工作面的主要生产工序连同平巷运输等环节都实现了机械化和连续化。随着我国煤炭工业的迅速发展，采煤工作面综合机械化的程度迅速提高，机电设备单机容量和总的容量不断增大，综采设备不断向重型化、强力化发展，结构系统越来越复杂，技术越来越先进，这就为综采设备的安装、回撤、使用、维护提出了较高的要求。

综采工作面电气设备的维修是综采工作面生产过程中极为重要的组成部分。由于综采电气设备的类型和数量很多，工作环境恶劣，所以要求有较多的备件和专门维护。在综采工作面，一个部件发生故障后，如果不及时修复或因配件供应不及时而无法更换，就有可能妨碍整个工作面的正常推进。因此，加强电气设备的维修具有重要的意义。

综采维修电工是指使用机具及仪表从事综采工作面的供电、通信、控制等电气设备的定检、维护、检修的技术工人。综采维修电工的职责是：保证本职范围内电气设备的安全、可靠运行；清楚工作环境的安全状况，熟知相关的规定和标准，熟悉维修范围内的供电系统、设备分布以及电缆、设备的运行情况；熟悉出现事故时停电顺序和人员撤离路线；掌握机电设备的结构、原理性能和事故的处理方法，忠于职守、精心维护、遵守各种规章制度。

为了创建学习型企业，全面提高员工素质，为员工学习技术、掌握技能和业务，以及为技能大赛和技能鉴定提供统一标准的教材和学习资料，山西焦煤集团有限责任公司组织编写了《山西焦煤集团公司员工必读丛书》，《综采维修电工》是这套丛书之一。该书按照中华人民共和国《工人技术等级标准》(煤炭行业)对综采维修电工的要求而编写的。

全书共分八章。第一章至第四章为基本知识和基本理论，主要内容有电工基础、电子技术基础、变压器与交流异步电动机、综采工作面安全供电及其供电系统等；第五章至第八章为实际操作技能，主要内容有综采电气设备的工作原理及其维护、检修、故障分析，矿用电缆，综采工作面通信控制和照明系统等。

在本书编写过程中，针对煤矿综采工作面电气设备的特点，努力贯彻“理论联系实际”的原则，在内容上由浅入深，循序渐进，既注重了基础知识和基本技能，又注重了知识的综合运用以及知识与能力的转化，使教材更贴近实际和应用。在文字的叙述上，力求简明、通俗，便于自学、易于理解。为了适应生产需要，书中还适当地编入了调压调频启动器、电牵引采煤机的电气控制等新技术和新设备。

本书由郝利荣任主编，裴剑平、邵佩林、张志高任副主编，参加编写的人员有邵佩林、韩锡钰、曹学贵、李双珠、张光斌、常玉春、任学明，书中插图由任学明绘制。

在本书编审过程中，得到了太原矿山机器集团有限公司、太原惠特科技有限公司、西山煤矿总公司设备租赁公司、西铭矿机电科、职教办等有关单位的大力支持和帮助，在此表示衷心的感谢。

由于时间仓促，水平有限，书中难免有不当之处，恳请广大读者批评指正。编者2006年6月

第一章电工基础 (3)

第一节直流电路的基本概念与基本定律 (3)

第二节电感、电容与电磁感应 (11)

第三节正弦交流电路 (18)

第四节三相正弦交流电路 (36)

第二章电子技术基础 (42)

第一节半导体的基础知识 (42)

第二节晶体二极管与三极管 (44)

第三节三极管的放大电路 (53)

第四节整流滤波与稳压电路 (62)

第五节数字电路基础知识 (72)

第三章变压器与交流异步电动机 (83)

第一节变压器 (83)

第二节交流异步电动机 (89)

第四章综采工作面安全供电及供电系统 (98)

第一节综采工作面安全供电 (98)

第二节综采工作面供电系统 (102)

第三节供电保护 (112)

第五章综采电气设备 (133)

第一节矿用隔爆高压配电装置 (133)

第二节移动变电站 (142)

第三节矿用低压馈电开关 (155)

第四节隔爆型电磁启动器 (164)

第六章采煤机和刮板输送机的电气控制 (185)

第一节采煤机电气控制 (185)

第二节刮板输送机电气控制 (211)

第七章矿用电缆 (215)

第一节概述 (215)

第二节电缆的敷设与维护 (220)

第三节电缆的连接 (221)

第四节电缆的现场修补 (223)

第五节电缆的故障及处理 (228)

第八章综采工作面通信控制与照明系统 (231)

第一节CK-2型通信控制系统 (231)

第二节ZXZ8-2.5（4）-Ⅱ（Ⅲ）型 (246)

第三节综采照明 (253)

附录：综采维修电工职业技能鉴定标准 (258)

参考文献 (265)

第一章电工基础

［学习提示］

本章主要介绍直流电路的基本概念与基本定律，电感、电容与电磁感应，正弦交流电路，三相正弦交流电路等。初级工应掌握电路的基本概念；中、高级工应掌握电路的基本原理，看懂电路图；技师、高级技师必须全面掌握电工基础知识，能看懂和绘制复杂的电路图。

第一节直流电路的基本概念与基本定律

一、电路的组成与作用

电路就是电流通过的路径。它的作用是实现电能的传输和转换。

电路主要由电源、负载、导线和控制设备四部分组成，可分为外电路和内电路。从电源一端经过负载再回到电源另一端的电路称为外电路。电源内部的通路称为内电路。

(1) 电源：电路中电能的来源，是将其他形式的能量转变成电能的装置，是电路中的原动力，如发电机、蓄电池等。

(2) 负载：即用电设施，也叫负荷，如电动机、灯泡等。

(3) 导线：连接电源与负载的装置。

(4) 控制设备：改变电路状态或保护电路不受损坏的装置，如开关、熔断器等。

二、电路的基本物理量

1.电流

在电场力的作用下，自由电子或离子所发生的有规则的运动称为电流。

为了计量电流的强弱，人们规定电流强度这一物理量。电流强度是在电场力的作用下单位时间内通过某一导体截面的电量。如果电流强度不随时间而变化，则称这种电流为直流电流，简称直流。电流强度简称电流，其表达式为：

电流的单位是安培（A），即在1 秒（s）内通过导体截面的电量为1库仑（C）时，则电流为1安培（A）。在计量小电流时，常用毫安（mA）、微安（μA）为单位，而计量大电流时则采用千安（kA）。其关系为

人们习惯上规定正电荷运动的方向（或负电荷运动的相反方向）为电流的方向。

2.电压和电位

电压是衡量电场做功能力大小的一个物理量。如图1-1所示，设在电场力F的作用下，正电荷Q由A移到B，移动距离为lAB，则电场力所做的功为

电场力把单位正电荷从A点移到B点所做的功，称为该两点间的电压UAB，

用公式表示为：

若电场力将1库仑（C）的正电荷从A点移到B点，所做的功是1焦耳（J），则A、B 间的电压值为1伏特（V），即

常用的单位还有千伏（kV）、毫伏(mV)、微伏(μV)。

如果选定电路中某一点为参考点，则电路中其他各点与参考点之间的电压就有一个确定的电压值（UAO、UBO），这些电压值称为以Ｏ为参考点的各点电位，用符号V表示，如图1-1所示。

在电场中任意两点间的电压称为两点间的电位差，即

电位的单位与电压的单位相同。

电压和电位是有区别的，电路中某两点间电压的大小是绝对的，与参考点无关；而某点电位的大小则是相对的，随参考点而变。电压的方向总是从高电位到低电位，即电位降的方向。

3.电动势

电动势是衡量电源将非电能转换成电能本领的物理量。

电源中，外力将单位的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E表示，即

电动势的单位也与电位的单位相同。电动势的方向是由电源的负极指向正极，因此电动势的方向与电压的方向相反，这是两者的区别。

在数值关系上，电动势等于电源内部电压降与负载两端的电压降之和，即

如忽略电源内部的电压降Ir，则电动势就等于负载两端的电压降，即

当外电路(即负载)开路时，则电动势就等于电路的开路电压。

4.电阻

导体对电流的阻碍作用称为电阻，用符号R表示，单位为欧姆（Ω），简称欧。如果导体的两端电压为1 V，通过电流为1 A，则该导体的电阻为1 Ω，即

电阻常用的单位还有千欧(kΩ)和兆欧(MΩ)，其换算关系为：

实验证明，导体的电阻与导体截面成反比，与导体长度成正比，并且还与导体的材料有关。用公式表示为：

三、欧姆定律、电功和电功率

1.欧姆定律

1）一段无源电路的欧姆定律

在一段电路中不含电动势，仅有电阻，如图1-2

所示。这段电路电阻中流过的电流与加在电阻两端

的电压成正比，与电阻的大小成反比，即

电阻的倒数称为电导，引用电导G后，欧姆定

律还可以写成：

2）全电路欧姆定律

全电路是含有电源的闭合电路，如图1-3所示。

图中E为电源电动势，r0为电源的内阻，R为负载

电阻。

全电路欧姆定律的内容是：全电路中的电流强度与电源的电动势成正比，与整个电路中（即内电路和外电路）的电阻成反比，其数学式为：

由上式可得

全电路中的电压与电流的变化规律表现为如下几个方面：

(1) 电路处于通路状态时，当负载电阻减小时，电路中电流增大，电源端电压

将略有下降。

(2) 电路处于断路状态时，如图1-4所示，电路的特征可用下列各式表示：

即：外电路电阻对电源来说等于无限大，电路中电流为零，电源端电压等于电源电动势，电源不输出电能。

(3) 短路状态时（电源的两端a和b由于某种原因连在一起）如图1-5所示，电路的特

征可用下列各式表示：

电源短路时，外电路电阻可视为零，电流不再流过负载，回路中仅含电源内阻，这时电流很大称为短路电流。短路电流可使电源遭受电磁力的冲击与热的损伤而损坏。电源所产生的能量全被内阻所消耗。

2.电功与电功率

1）电功

电流通过电动机会带动机器转动，电流通过电炉会发出大量的热，电流通过电灯会发光，这些能量的传递和转换，说明电流做功，电流所做的功称为电功，用符号W表示。

电功的大小跟通过电器的电流和加在用电器两端的电压及通电时间有关。其计算公式为：

电功的单位是焦耳(J)，但实用上焦耳太小，而用千瓦时(kW·h)，即度为单位，其换

算关系为：

2）电功率

电流在单位时间内所做的功称电功率。其计算公式为：

电功率常用的单位瓦特(W)、千瓦(kW)，其关系为：

由式(1-13)可以看出：

(1) 当电器的电阻一定时，电器消耗的功率与电流的平方或电压的平方成正比。例如，电流或电压是原来的2倍，功率则是原来功率的4倍。

(2) 当流过用电器的电流一定时，电功率与电阻成正比。在串联电路中，各电阻消耗的功率与电阻成正比。

(3) 当加在电器两端的电压一定时，功率与电阻成反比。并联电路，每个电阻消耗功率与其电阻成反比。

四、电阻的串、并联电路

1.电阻的串联

几个电阻一个接一个地连接起来，中间没有分支，这种连法称为串联。如图1-6（a）所示为两个电阻串联电路。

电阻串联的特点：

(1）通过各电阻的是同一个电流；

(2）总电压等于各电阻上电压之和，即

(3）等效电阻R等于各电阻之和，即

于是可以把电路等效成如图1-6（b）所示。

各电阻上的电压分别为：

可见，串联各电阻上的电压与相应的电阻成正比。

2.电阻的并联

几个电阻连接在两个公共节点之间，这种连法称为并联。如图1-7（a）所示，表示两个电阻并联。

电阻并联的特点：

(1）各电阻两端是同一电压；

(2）总电流I等于各并联电阻中电流之和，即

(3）等效电阻R的倒数，等于各电阻倒数之和，即

式(1-16)也可写成：

于是，可以把电路等效成如图1-7(b)所示。

两个电阻并联时，式（1-16）可以写成：

则两并联电阻上的电流分别为：

可见，并联各电阻上的电流与相应的电阻成反比。

3.电阻混联

电路中既有串联又有并联，这样的联接方式叫混联。对于这样的电路，首先将混联电路简化成一个无分支电路，再进行电流电压计算，简化方法是：

(1）找出混联电路中等电位点进行编号，将电阻对号接入各点；

(2）画出简化电路。

第二节电感、电容与电磁感应

一、电容器

1.电容器和电容量

被绝缘材料分隔开的两个导体，就组成一个电容器。图1-8所示为一个简单的平板电容器及其图形符号。金属板A、B称为极板，极板中间的绝缘材料称为介质。如果两极板接上直流电源，在电场力的作用下，自由电子由电源负极移到极板B上，使极板B带负电荷；同时极板A带等量的正电荷，直到极板间的电压与电源电压相等为止，这种现象叫充电。充电完成后，极板所带的电量与外加电压U的大小成正比，即

式中的比例常数C称为电容器的电容量，简称电容。它的大小完全取决于电容器的结构，是一个固定不变的量，与所带电量或两端电压大小无关。在同样电压下，C越大，则Q 越大，所以电容量表示单位电压下电容器1个极板上储存电荷量的能力，可写为：

当U=1 V时，Q=1 C时，电容器C=1法拉（F）。由于法拉这个单位太大，通常采用较小的单位微法（μF）和皮法(pF)，其换算关系为：

2.电容器的串联

两个或两个以上的电容器正、负极板依次连接的方式，叫电容器的串联，如图1-9所示。

串联电容器的特点是：

(1）每个电容器所带电量相等，并等于等效电容器上所带的电量，即

(2）总电压等于各电容器两端电压之和，即

(3）总电容的倒数等于各电容器电容的倒数和，即

由此得两个串联电容器的等效电容为：

(4) 串联电容器两端承受的电压与其电容量成反比,即

当两个电容器串联时，各电容器两端承受的电压分别为：

由此可见，电容器串联时总电容量比其中任一串联电容器的电容量小。串联电容器越多，总电容量越小。而且，电容器串联时，电容器电容量越小，承受的电压会越高。