电气工程师自学一本通

第1章 电路基础与安全用电 ? 1
1．1 电路基础 ? 1
1．1．1 电路与电路图 ? 1
1．1．2 电流与电阻 ? 1
1．1．3 电位、电压和电动势 ? 3
1．1．4 电路的三种状态 ? 4
1．1．5 接地与屏蔽 ? 5
1．2 欧姆定律 ? 6
1．2．1 部分电路欧姆定律 ? 6
1．2．2 全电路欧姆定律 ? 6
1．3 电功、电功率和焦耳定律 ? 7
1．3．1 电功 ? 7
1．3．2 电功率 ? 8
1．3．3 焦耳定律 ? 8
1．4 电阻的串联、并联和混联 ? 9
1．4．1 电阻的串联 ? 9
1．4．2 电阻的并联 ? 9
1．4．3 电阻的混联 ? 10
1．5 直流电与交流电 ? 10
1．5．1 直流电 ? 10
1．5．2 单相交流电 ? 11
1．5．3 三相交流电 ? 13
1．6 安全用电与急救 ? 15
1．6．1 电流对人体的伤害 ? 15
1．6．2 人体触电的几种方式 ? 16
1．6．3 接地与接零 ? 18
1．6．4 触电的急救方法 ? 19

第2章 电工工具 ? 20
2．1 常用测试工具 ? 20
2．1．1 氖管式测电笔 ? 20
2．1．2 数显式测电笔 ? 21
2．1．3 校验灯 ? 22
2．2 绝缘导线 ? 23
2．2．1 绝缘层的剥离 ? 23
2．2．2 绝缘导线间的连接 ? 25
2．2．3 绝缘导线与接线柱的连接 ? 28
2．2．4 绝缘层的恢复 ? 29

第3章 电工仪表 ? 30
3．1 指针式万用表的使用 ? 30
3．1．1 面板介绍 ? 30
3．1．2 使用准备 ? 31
3．1．3 测量直流电压 ? 33
3．1．4 测量交流电压 ? 33
3．1．5 测量直流电流 ? 34
3．1．6 测量电阻 ? 35
3．1．7 万用表使用注意事项 ? 36
3．2 数字式万用表 ? 37
3．2．1 面板介绍 ? 37
3．2．2 测量直流电压 ? 38
3．2．3 测量交流电压 ? 38
3．2．4 测量直流电流 ? 39
3．2．5 测量电阻 ? 39
3．2．6 测量线路通/断 ? 40
3．3 电能表 ? 41
3．3．1 种类与外形 ? 41
3．3．2 单相电能表的接线 ? 41
3．3．3 三相电能表的接线 ? 42
3．3．4 机械式电能表与电子式电能表的区分 ? 42
3．3．5 电能表的型号与铭牌含义 ? 43
3．3．6 电能表的电流规格选用 ? 44
3．4 钳形表 ? 45
3．4．1 钳形表的结构与测量原理 ? 45
3．4．2 指针式钳形表的使用 ? 45
3．4．3 数字式钳形表的使用 ? 47
3．5 摇表（兆欧表） ? 49
3．5．1 实物介绍 ? 49
3．5．2 工作原理 ? 50
3．5．3 使用方法 ? 51
3．5．4 使用注意事项 ? 53

第4章 低压电器 ? 54
4．1 开关 ? 54
4．1．1 照明开关 ? 54
4．1．2 按钮开关 ? 54
4．1．3 闸刀开关 ? 56
4．1．4 组合开关 ? 56
4．1．5 倒顺开关 ? 57
4．1．6 万能转换开关 ? 57
4．1．7 行程开关 ? 58
4．1．8 开关的检测 ? 58
4．2 熔断器 ? 59
4．2．1 RC 插入式熔断器 ? 60
4．2．2 RL 螺旋式熔断器 ? 60
4．2．3 RM 无填料封闭式熔断器 ? 60
4．2．4 RS 有填料快速熔断器 ? 61
4．2．5 RT 有填料封闭管式熔断器 ? 61
4．2．6 熔断器的检测 ? 62
4．3 断路器 ? 62
4．3．1 外形与符号 ? 62
4．3．2 结构与工作原理 ? 62
4．3．3 面板参数的识读 ? 63
4．3．4 断路器的检测 ? 64
4．4 漏电保护器 ? 64
4．4．1 外形与符号 ? 64
4．4．2 结构与工作原理 ? 65
4．4．3 面板参数的识读 ? 65
4．4．4 漏电模拟测试 ? 66
4．4．5 漏电保护器的检测 ? 67
4．5 交流接触器 ? 68
4．5．1 结构、符号与工作原理 ? 68
4．5．2 外形与接线端 ? 68
4．5．3 辅助触点组的安装 ? 69
4．5．4 面板参数和型号识读 ? 69
4．5．5 交流接触器的检测 ? 70
4．5．6 交流接触器的选用 ? 71
4．6 热继电器 ? 72
4．6．1 结构与工作原理 ? 72
4．6．2 接线端子与操作部件 ? 73
4．6．3 面板参数的识读 ? 73
4．6．4 选用 ? 74
4．6．5 热继电器的检测 ? 75
4．7 中间继电器 ? 76
4．7．1 外形与符号 ? 76
4．7．2 参数与触点引脚图的识读 ? 76
4．7．3 选用 ? 77
4．7．4 中间继电器的检测 ? 77
4．8 时间继电器 ? 78
4．8．1 时间继电器的外形与符号 ? 78
4．8．2 时间继电器的种类与特点 ? 79
4．8．3 时间继电器的选用 ? 79
4．8．4 时间继电器的检测 ? 80

第5章 电子元器件 ? 81
5．1 电阻器 ? 81
5．1．1 固定电阻器 ? 81
5．1．2 电位器 ? 85
5．1．3 敏感电阻器 ? 87
5．2 电感器 ? 89
5．2．1 外形与符号 ? 89
5．2．2 主要参数与标注方法 ? 90
5．2．3 性能 ? 91
5．2．4 检测 ? 93
5．3 电容器 ? 93
5．3．1 外形、结构与符号 ? 93
5．3．2 主要参数 ? 93
5．3．3 性能 ? 94
5．3．4 容量的标注方法 ? 97
5．3．5 检测 ? 97
5．4 二极管 ? 98
5．4．1 PN 结的形成 ? 98
5．4．2 二极管结构、符号和外形 ? 98
5．4．3 二极管的性能 ? 99
5．4．4 二极管的极性判别 ? 99
5．4．5 二极管的常见故障及检测 ? 100
5．4．6 二极管的常见应用：发光二极管 ? 101
5．4．7 二极管的常见应用：稳压二极管 ? 102
5．5 三极管 ? 102
5．5．1 外形与符号 ? 102
5．5．2 结构 ? 103
5．5．3 电流和电压规律 ? 104
5．5．4 检测 ? 105
5．6 其他常用元器件 ? 108
5．6．1 光电耦合器 ? 108
5．6．2 晶闸管 ? 109
5．6．3 场效应管 ? 110
5．6．4 IGBT ? 112
5．6．5 集成电路 ? 113

第6章 变压器与传感器 ? 115
6．1 变压器 ? 115
6．1．1 变压器的基础知识 ? 115
6．1．2 三相变压器及接线方式 ? 117
6．1．3 电力变压器 ? 120
6．1．4 自耦变压器 ? 121
6．1．5 交流弧焊变压器 ? 122
6．2 温度传感器 ? 124
6．2．1 金属热电阻温度传感器 ? 124
6．2．2 红外线温度传感器 ? 125
6．3 接近开关与光电开关 ? 127
6．3．1 电感式接近开关 ? 127
6．3．2 电容式接近开关 ? 128
6．3．3 霍尔式接近开关 ? 128
6．3．4 对射型光电开关 ? 129
6．3．5 反射型光电开关 ? 129
6．3．6 U 槽型光电开关 ? 130
6．3．7 接近开关的输出电路及接线 ? 130
6．3．8 接近开关的选用 ? 132
6．4 位移（测距）传感器 ? 132
6．4．1 电位器式位移传感器 ? 132
6．4．2 电感式位移传感器 ? 133
6．4．3 磁致伸缩位移传感器 ? 133
6．4．4 超声波位移传感器 ? 134
6．4．5 位移传感器的接线 ? 135
6．5 压力传感器 ? 135
6．5．1 种类与工作原理 ? 136
6．5．2 外形及型号含义 ? 136
6．5．3 接线 ? 137

第7章 电动机及控制线路 ? 138
7．1 三相异步电动机 ? 138
7．1．1 三相异步电动机的外形与结构 ? 138
7．1．2 三相异步电动机的定子绕组接线方式 ? 140
7．1．3 三相异步电动机的绕组检测 ? 141
7．1．4 测量绕组的绝缘电阻 ? 141
7．2 三相异步电动机的常用控制线路 ? 142
7．2．1 简单的正转控制线路 ? 142
7．2．2 点动正转控制线路 ? 142
7．2．3 自锁正转控制线路 ? 144
7．2．4 接触器联锁正反转控制线路 ? 145
7．2．5 限位控制线路 ? 146
7．2．6 顺序控制线路 ? 148
7．2．7 多地控制线路 ? 149
7．2．8 星形-三角形降压启动控制线路 ? 149
7．3 单相异步电动机及控制线路 ? 151
7．3．1 单相异步电动机的结构与原理 ? 151
7．3．2 判别启动绕组与主绕组 ? 152
7．3．3 转向控制线路 ? 152
7．3．4 调速控制线路 ? 153
7．4 直流电动机 ? 155
7．4．1 工作原理 ? 155
7．4．2 外形与结构 ? 156
7．5 无刷直流电动机 ? 156
7．5．1 外形 ? 157
7．5．2 结构与工作原理 ? 157
7．5．3 驱动电路 ? 158
7．6 直线电动机 ? 161
7．6．1 外形 ? 161
7．6．2 结构与工作原理 ? 161
7．6．3 种类 ? 161

第8章 家装电工技能 ? 163
8．1 照明光源 ? 163
8．1．1 白炽灯 ? 163
8．1．2 荧光灯 ? 164
8．1．3 卤钨灯 ? 165
8．1．4 高压汞灯 ? 165
8．2 室内配电布线 ? 167
8．2．1 了解整幢楼的配电系统 ? 167
8．2．2 室内配电原则 ? 167
8．2．3 配电布线 ? 168
8．3 开关、插座和配电箱的安装 ? 173
8．3．1 开关的安装 ? 173
8．3．2 插座的安装 ? 174
8．3．3 配电箱的安装 ? 175

第9章 电工识图基础 ? 177
9．1 电气图的分类 ? 177
9．1．1 系统图 ? 177
9．1．2 电路图 ? 178
9．1．3 接线图 ? 178
9．1．4 电气平面图 ? 178
9．1．5 设备元件和材料表 ? 179
9．2 电气图的制图与识图规则 ? 180
9．2．1 图纸格式、幅面尺寸和图纸分区 ? 180
9．2．2 图线和字体等规定 ? 182
9．2．3 电气图的布局 ? 184
9．3 电气图的表示方法 ? 185
9．3．1 电气连接线的表示方法 ? 185
9．3．2 电气元件的表示方法 ? 188
9．3．3 电气线路的表示方法 ? 190
9．4 电气符号的含义、构成和表示方法 ? 191
9．4．1 图形符号 ? 191
9．4．2 文字符号 ? 193

第10章 照明与动力配电线路的识读 ? 194
10．1 基础知识 ? 194
10．1．1 照明灯具的标注 ? 194
10．1．2 配电线路的标注 ? 195
10．1．3 用电设备的标注 ? 196
10．1．4 电力和照明设备的标注 ? 196
10．1．5 开关与熔断器的标注 ? 197
10．1．6 电缆的标注 ? 197
10．1．7 常用电气设备符号的说明 ? 197
10．2 住宅照明配电电气图的识读 ? 199
10．2．1 整幢楼总电气系统图的识读 ? 199
10．2．2 楼层配电箱电气系统图的识读 ? 200
10．2．3 户内配电箱电气系统图的识读 ? 200
10．2．4 住宅照明与插座电气平面图的识读 ? 201
10．3 动力配电电气图的识读 ? 203
10．3．1 动力配电系统的三种接线方式 ? 203
10．3．2 动力配电系统图的识图实例 ? 204
10．3．3 动力配电平面图的识图实例 ? 205
10．3．4 动力配电线路图和接线图的识图实例 ? 206

第11章 PLC 基础与入门实战 ? 210
11．1 认识PLC ? 210
11．1．1 两种类型的PLC ? 210
11．1．2 PLC控制与继电器控制比较 ? 211
11．2 PLC 的组成与工作原理 ? 212
11．2．1 PLC的组成方框图 ? 212
11．2．2 输入接口电路 ? 212
11．2．3 输出接口电路 ? 213
11．2．4 PLC的工作方式 ? 214
11．2．5 实例：PLC 程序控制电气线路的工作过程 ? 215
11．3 三菱FX3U系列PLC 介绍 ? 216
11．3．1 面板组成部件 ? 216
11．3．2 规格概要 ? 217
11．4 PLC 入门实战 ? 218
11．4．1 PLC控制双灯先后点亮的硬件线路及说明 ? 218
11．4．2 DC 24V 电源适配器与PLC 的电源接线 ? 219
11．4．3 编程电缆（下载线）及驱动程序的安装 ? 221
11．4．4 编写程序并下载到PLC ? 223
11．4．5 实物接线 ? 225
11．4．6 实际通电操作测试 ? 226

第12章 PLC 编程软件的使用 ? 228
12．1 编程软件的安装 ? 228
12．1．1 安装软件环境 ? 228
12．1．2 安装GX Developer 编程软件 ? 228
12．1．3 软件启动、软件窗口及梯形图工具 ? 230
12．2 编程软件的使用 ? 233
12．2．1 创建新工程 ? 233
12．2．2 编写梯形图程序 ? 233
12．2．3 梯形图的编辑 ? 237
目 录
第13章 PLC 指令说明与应用实例 ? 240
13．1 PLC 指令说明 ? 240
13．1．1 逻辑取及驱动指令 ? 240
13．1．2 触点串联指令 ? 240
13．1．3 触点并联指令 ? 241
13．1．4 串联电路块的并联指令 ? 242
13．1．5 并联电路块的串联指令 ? 242
13．1．6 边沿检测指令 ? 243
13．1．7 多重输出指令 ? 244
13．1．8 主控和主控复位指令 ? 247
13．1．9 取反指令 ? 248
13．1．10 置位与复位指令 ? 248
13．1．11 结果边沿检测指令 ? 248
13．1．12 脉冲微分输出指令 ? 249
13．1．13 空操作指令 ? 250
13．1．14 程序结束指令 ? 251
13．2 PLC 基本控制线路与梯形图 ? 251
13．2．1 启动、自锁和停止控制的PLC 线路与梯形图 ? 251
13．2．2 正、反转联锁控制的PLC 线路与梯形图 ? 252
13．2．3 多地控制的PLC线路与梯形图 ? 253
13．2．4 定时控制的PLC线路与梯形图 ? 255
13．2．5 定时器与计数器组合延长定时控制的PLC 线路与梯形图 ? 257
13．2．6 多重输出控制的PLC 线路与梯形图 ? 258
13．2．7 过载报警控制的PLC 线路与梯形图 ? 259
13．2．8 闪烁控制的PLC线路与梯形图 ? 261
13．3 PLC 控制喷泉的开发实例 ? 262
13．3．1 控制要求 ? 262
13．3．2 PLC用到的I/O 端子与连接的输入/输出设备 ? 262
13．3．3 PLC控制线路 ? 263
13．3．4 PLC控制程序及详解 ? 263
13．4 PLC 控制交通信号灯的开发实例 ? 264
13．4．1 控制要求 ? 264
13．4．2 PLC用到的I/O 端子与连接的输入/输出设备 ? 265
13．4．3 PLC控制线路 ? 265
13．4．4 PLC控制程序及详解 ? 266

第14章 变频器的使用 ? 268
14．1 变频器的基本结构原理 ? 268
14．1．1 异步电动机的两种调速方式 ? 268
14．1．2 变频器的基本结构及原理 ? 269
14．2 变频器的操作面板组件（三菱FR-A740 型） ? 270
14．2．1 变频器的外形 ? 270
14．2．2 变频器的操作面板拆卸与安装 ? 271
14．3 变频器的端子功能与接线 ? 272
14．3．1 总接线图 ? 272
14．3．2 主回路端子接线及说明 ? 274
14．4 变频器的操作面板使用 ? 275
14．4．1 变频器的操作面板说明 ? 275
14．4．2 切换运行模式 ? 276
14．4．3 查看输出频率、输出电流和输出电压 ? 277
14．4．4 设置输出频率 ? 277
14．4．5 设置参数 ? 278
14．4．6 清除参数 ? 278
14．4．7 复制参数 ? 279
14．4．8 锁定操作面板 ? 279
14．5 变频器的运行操作 ? 280
14．5．1 面板操作 ? 280
14．5．2 外部操作 ? 281
14．5．3 组合操作 ? 283

第15章 变频器与PLC 的应用电路 ? 286
15．1 变频器控制电动机正转的电路与参数设置 ? 286
15．1．1 开关控制式正转控制电路 ? 286
15．1．2 继电器控制式正转控制电路 ? 287
15．2 变频器控制电动机正、反转的电路与参数设置 ? 287
15．2．1 开关控制式正、反转控制电路 ? 287
15．2．2 继电器控制式正、反转控制电路 ? 288
15．3 工频/变频切换电路与参数设置 ? 289
15．3．1 变频器跳闸保护电路 ? 289
15．3．2 工频与变频的切换电路 ? 290
15．4 变频器控制电动机多挡转速的电路与参数设置 ? 291
15．4．1 多挡转速控制说明 ? 292
15．4．2 多挡转速控制参数 ? 292
15．4．3 多挡转速控制电路 ? 293
15．5 PLC 控制变频器驱动电动机正、反转的电路与程序 ? 294
15．6 PLC 控制变频器驱动电动机多挡转速运行的电路与程序 ? 296
目 录
第16章 触摸屏与PLC 的综合应用 ? 300
16．1 触摸屏的基础知识 ? 300
16．1．1 基本组成 ? 300
16．1．2 工作原理 ? 300
16．2 三菱触摸屏与硬件的连接 ? 301
16．2．1 参数规格 ? 302
16．2．2 型号含义 ? 302
16．2．3 连接硬件设备 ? 303
16．3 三菱触摸屏组态软件的使用 ? 304
16．3．1 软件的安装、启动及窗口介绍 ? 304
16．3．2 软件的使用 ? 307
16．3．3 画面数据的上传与下载 ? 310
16．4 用触摸屏操作PLC实现电动机正、反转控制的开发实例 ? 312
16．4．1 根据控制要求确定需要为触摸屏制作的画面 ? 312
16．4．2 用GT Designer 软件制作各个画面并设置画面切换方式 ? 312
16．4．3 连接计算机与触摸屏并下载画面数据 ? 317
16．4．4 用PLC 编程软件编写电动机正、反转控制程序 ? 318
16．4．5 触摸屏、PLC 和电动机控制电路的硬件连接和触摸操作测试? 318

第17章 步进电动机与步进驱动技术 ? 319
17．1 步进电动机 ? 319
17．1．1 步进电动机的外形 ? 319
17．1．2 步进电动机的工作原理 ? 319
17．2 步进驱动器 ? 322
17．2．1 步进驱动器的内部组成与工作原理 ? 322
17．2．2 步进驱动器的接线及说明 ? 323
17．2．3 步进电动机的接线及说明 ? 324
17．2．4 细分设置 ? 325
17．2．5 工作电流的设置 ? 326
17．2．6 静态电流的设置 ? 326
17．2．7 脉冲输入模式的设置 ? 327
17．3 步进电动机正、反向定角循环运行的电气线路及PLC程序 ? 327
17．3．1 控制要求 ? 327
17．3．2 电气线路及说明 ? 328
17．3．3 细分、工作电流和脉冲输入模式的设置 ? 329
17．3．4 PLC控制程序及说明 ? 329
17．4 步进电动机定长运行的电气线路及PLC 程序 ? 331
17．4．1 控制要求 ? 331
17．4．2 电气线路及说明 ? 332
17．4．3 细分、工作电流和脉冲输入模式的设置 ? 333
17．4．4 PLC控制程序及说明 ? 333

第18章 伺服电动机与伺服驱动技术 ? 336
18．1 交流伺服系统的三种控制模式 ? 336
18．1．1 交流伺服系统的位置控制模式 ? 336
18．1．2 交流伺服系统的速度控制模式 ? 336
18．1．3 交流伺服系统的转矩控制模式 ? 337
18．2 伺服电动机与伺服驱动器的说明 ? 337
18．2．1 伺服电动机 ? 337
18．2．2 伺服驱动器 ? 339
18．3 伺服电动机在速度控制模式下的应用电路与标准接线 ? 342
18．3．1 伺服电动机多段速运行的伺服驱动线路 ? 342
18．3．2 工作台往返限位运行的伺服驱动线路 ? 344
18．3．3 伺服电动机在速度控制模式下的标准接线 ? 347
18．4 伺服驱动器在转矩控制模式下的应用电路与标准接线 ? 348
18．4．1 卷纸机的收卷恒张力控制实例 ? 348
18．4．2 伺服驱动器在转矩控制模式下的标准接线 ? 350
18．5 伺服驱动器在位置控制模式下的应用电路与标准接线 ? 351
18．5．1 工作台往返定位运行的伺服驱动线路 ? 351
18．5．2 伺服驱动器在位置控制模式下的标准接线 ? 353

第19章 单片机入门实战 ? 354
19．1 单片机简介 ? 354
19．1．1 什么是单片机 ? 354
19．1．2 单片机应用系统的组成及实例 ? 355
19．1．3 单片机的分类? 356
19．1．4 单片机的应用领域 ? 357
19．2 实例：单片机应用系统的开发过程 ? 357
19．2．1 明确控制要求并选择合适型号的单片机 ? 357
19．2．2 设计单片机电路原理图 ? 358
19．2．3 制作单片机电路 ? 359
19．2．4 用Keil 软件编写单片机控制程序 ? 360
19．2．5 计算机、下载器和单片机的连接 ? 363
19．2．6 用烧录软件将程序写入单片机 ? 365
19．2．7 单片机电路的供电与测试 ? 367