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1、第1章 直流电路低压变频器应用与维护 主讲 王兆义 高等教育出版社（第4 版） 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路【知识学习知识学习】1.1 电路的基本概念电路的基本概念 电能做功，是在闭合回路中进行的。凡是电路，工作时必电能做功，是在闭合回路中进行的。凡是电路，工作时必须构成闭合回路，不工作时要将回路切断。须构成闭合回路，不工作时要将回路切断。 （1）电路图）电路图1.1.1 电路的组成电路的组成 电路是电能做功的途电路是电能做功的途径。电能通过电路完成做径。电能通过电路完成做功的全过程。电路由电源、功的全过程。电路由电源、负载、连接导线和控制装负载、连接导线和控制装置四个部分组成。
2、置四个部分组成。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量电流电流 带电粒子带电粒子在导体中的在导体中的定向移动定向移动形成电流。电流可以是负电荷，形成电流。电流可以是负电荷，也可以是正电荷的定向移动。也可以是正电荷的定向移动。 电流的大小，用单位时间内通过导体截面电荷量的多少来表示，电流的大小，用单位时间内通过导体截面电荷量的多少来表示，称为电流。表达式为称为电流。表达式为式中，式中，I 为电流，单位为（安）；为电流，单位为（安）； Q 为电荷量，单位为（库）；为电荷量，单位为（库）； t为时间，单位为为时间，单位为 （秒）。（秒）。 如果电荷量为如
3、果电荷量为1C，时间为，时间为1s，则电流，则电流为为1A。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路 如果电流的大小和方向都随时间的变化而变化，则称为变动如果电流的大小和方向都随时间的变化而变化，则称为变动电流，变动电流的数学表达式为电流，变动电流的数学表达式为 电流的方向：电流的方向：电流是一个具有大小和方向的物理量，在电电流是一个具有大小和方向的物理量，在电路图中用带有箭头的直线来表示。当不知道实际电流的流向路图中用带有箭头的直线来表示。当不知道实际电流的流向时，先假定一个方向（时，先假定一个方向（参考方向参考方向），当计算出的电流为负值，），当计算出的电流为负值，实际方向与标定方向相
4、反；实际方向与标定方向相反；当计算出的电流为正当计算出的电流为正值，实际方向与标值，实际方向与标定方向相同。定方向相同。如图示如图示 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路1.2.2 电压与电位电压与电位 1. 电压电压 在电路中，电荷的堆积产生电场；正负堆积电荷之间产生在电路中，电荷的堆积产生电场；正负堆积电荷之间产生电压。正负堆积电荷是因为外力对电荷做功形成的。见下图电压。正负堆积电荷是因为外力对电荷做功形成的。见下图 因为电压是由电场形成的，因为电压是由电场形成的，电压具有能量，当在电压两端电压具有能量，当在电压两端接上负载，在负载中出现电荷接上负载，在负载中出现电荷的定向移动，产生
5、电流，对负的定向移动，产生电流，对负载做功。电压是用单位电荷做载做功。电压是用单位电荷做功的大小来定义的：功的大小来定义的： 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路2.电位电位 定义：在电路中任选定义：在电路中任选 一点作为电位的零参考点，电路中一点作为电位的零参考点，电路中任一点到参考点之间的电压，就称为该点的电位。参考点用任一点到参考点之间的电压，就称为该点的电位。参考点用接地符号接地符号“ ” 表示。表示。 在图中，若选定在图中，若选定 极板为电位的参考点，则极板的电极板为电位的参考点，则极板的电位为位为 即即A板的电位为板的电位为A、B板两点的板两点的电位之差：电位之差： 第第 1
6、 1 章章 直直 流流 电电 路路1.2.3 电动势电动势 电动势是表示外力对电源做功能力大小的物理量。电动势是表示外力对电源做功能力大小的物理量。 定义：电源力将单位正电荷从极板移动到极板所做的功定义：电源力将单位正电荷从极板移动到极板所做的功 WBA，称为，称为BA两点间的电动势两点间的电动势 电动势的方向是从负指向正电动势的方向是从负指向正，是外力对电荷做功的过程；电压是外力对电荷做功的过程；电压的方向是从正指向负，是电荷做的方向是从正指向负，是电荷做功的过程。根据能量守恒，在数功的过程。根据能量守恒，在数值上电源电动势和电压大小相等，值上电源电动势和电压大小相等，方向相反。方向相反。
7、第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路【工程应用工程应用】1.3 电路知识的应用电路知识的应用 1. 有一台灯，将有一台灯，将220V电源插头插入墙壁上的插座中，闭电源插头插入墙壁上的插座中，闭合台灯上的电源开关，台灯的灯管不亮。合台灯上的电源开关，台灯的灯管不亮。分析：分析：灯管亮的基本条件是工作在闭合回路中，回路中要有灯管亮的基本条件是工作在闭合回路中，回路中要有电源。电源。检查：检查：将手机充电器插到该插座中，手机能够充电，说明电将手机充电器插到该插座中，手机能够充电，说明电源插座没有问题，问题出在台灯上。更换了一只灯管，再闭源插座没有问题，问题出在台灯上。更换了一只灯管，再闭合台灯
8、上的开关，灯亮了。原来是灯管损坏，已经开路。合台灯上的开关，灯亮了。原来是灯管损坏，已经开路。结论：结论：电路必须处在闭合状态才能工作。如果发现电路通电电路必须处在闭合状态才能工作。如果发现电路通电后不工作，电路电路可能存在开路点。后不工作，电路电路可能存在开路点。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路 2. 有人从国外带回一件电器，在国内插到有人从国外带回一件电器，在国内插到220V电源上一试电源上一试机，电器烧了。再看电器上的说明，原来该电器工作电压为机，电器烧了。再看电器上的说明，原来该电器工作电压为110V，耐压低于，耐压低于220V故而烧毁。故而烧毁。结论：结论：用电前必须检查
9、用电器和所用电源的电压是否匹配，用电前必须检查用电器和所用电源的电压是否匹配，如果不匹配，千万不要连接。如果不匹配，千万不要连接。 3. 课题总结课题总结 本课题主要介绍了电路和电压、电流、电动势几个基本概本课题主要介绍了电路和电压、电流、电动势几个基本概念，这是我们后续课程学习的基础，大家要掌握的一是物理念，这是我们后续课程学习的基础，大家要掌握的一是物理概念，二是物理量的单位，表示符号。概念，二是物理量的单位，表示符号。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路【知识学习知识学习】1.4 导体和欧姆定律导体和欧姆定律 电工技术起源于导电材料的基本特性应用，根据导电材料的基电工技术起源于导
10、电材料的基本特性应用，根据导电材料的基本特性，可开发出无穷的具体应用。欧姆定律又是计算导电材料物本特性，可开发出无穷的具体应用。欧姆定律又是计算导电材料物理量之间关系的基本公式。能够熟练的应用欧姆定律，就可以成为理量之间关系的基本公式。能够熟练的应用欧姆定律，就可以成为一个优秀的电工。一个优秀的电工。 1.4.1 导体导体 1. 导体的电特性导体的电特性 （1）导体的电阻）导体的电阻 电流流过导体呈现出的对电流阻碍能力的物理量，称为电阻。电流流过导体呈现出的对电流阻碍能力的物理量，称为电阻。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路 电阻用符号电阻用符号R表示，单位为表示，单位为（欧姆），如
11、果在导体两端加上（欧姆），如果在导体两端加上1V电压，流过导体的电流为电压，流过导体的电流为1A，则导体的电阻为，则导体的电阻为1。 电阻电阻的的 单位还有单位还有和和，其换算关系为电阻的，其换算关系为电阻的 单位还有单位还有k和和M，其换算关系为，其换算关系为 1k =103，1M=106 不同的电阻材料，呈现出的电阻值是不同的。为了区分不同不同的电阻材料，呈现出的电阻值是不同的。为了区分不同材料的电阻特性，引进了电阻率的概念。定义式为材料的电阻特性，引进了电阻率的概念。定义式为 式中，式中，l 为导体长度，单位为为导体长度，单位为m； S为导体截面积，单位为为导体截面积，单位为m2； 为比
12、例系数（电阻为比例系数（电阻 率）与导体材料性质有关，单位为率）与导体材料性质有关，单位为m。导体材料的电阻率是人们选择电阻材料的依据。导体材料的电阻率是人们选择电阻材料的依据。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路（2）导体的温敏特性）导体的温敏特性 导体的电阻除了与导体的材料、几何形状有关外，还与温导体的电阻除了与导体的材料、几何形状有关外，还与温度有关。度有关。 大多数金属在大多数金属在0 100内，电阻随温度变化的内，电阻随温度变化的相对值与温度的变化量成正比，即相对值与温度的变化量成正比，即 或：或：式中，式中， 为导体材料的电阻温度系数，单位为为导体材料的电阻温度系数，单位为
13、-1； R1为温为温度在度在 t1时导体的电阻，单位为时导体的电阻，单位为； R2为温度在为温度在 t2时导体的电时导体的电阻，单位为阻，单位为。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路（4）温差电特性）温差电特性 两种不同的金属连接在一起，由于各自的自由电荷量不同，其两种不同的金属连接在一起，由于各自的自由电荷量不同，其自由电荷的堆积不同，在接点处就产生电位差形成电流。温度越高，自由电荷的堆积不同，在接点处就产生电位差形成电流。温度越高，两金属之间的电位差越大，产生的电流越大。根据这个特点，人们两金属之间的电位差越大，产生的电流越大。根据这个特点，人们将两种不同的金属丝焊接在一起，用于检
14、测温度，称为将两种不同的金属丝焊接在一起，用于检测温度，称为热电偶热电偶。热。热电偶是现在测量高温的常用检测探头。电偶是现在测量高温的常用检测探头。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路 2. 电阻器及电阻元件电阻器及电阻元件 实际电路中，为满足电路限流、分流或电压分配的要求，常需实际电路中，为满足电路限流、分流或电压分配的要求，常需要不同阻值的电路器件。要不同阻值的电路器件。 根据导体的电阻特性，制成了各种各样根据导体的电阻特性，制成了各种各样的电阻器。的电阻器。 电阻器简称电阻，是工程技术上应用最多电阻器简称电阻，是工程技术上应用最多 的器
15、件之一，的器件之一，如各种绕线电阻、碳膜电阻、金属膜电阻、玻璃电阻等，常用电如各种绕线电阻、碳膜电阻、金属膜电阻、玻璃电阻等，常用电阻器类型与用途阻器类型与用途 见表见表-。 在工程技术中，作为负载应用的如白在工程技术中，作为负载应用的如白炽灯、电炉、电烙铁等，也可以看作电阻。炽灯、电炉、电烙铁等，也可以看作电阻。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路 碳膜电阻碳膜电阻金属膜电阻金属膜电阻电阻特性与选用：电阻特性与选用： 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路【工程应用工程应用】1.4.2 电工材料的性质与电工技术电工材料的性质与电工技术 科技发明源于材料的物理特性。科技发明源于材料
16、的物理特性。 在电工技术中，有很多新的发明，新的技术，新的工艺不断在电工技术中，有很多新的发明，新的技术，新的工艺不断涌现，这些发明和技术的革新都是在材料的原始物理特性上展开涌现，这些发明和技术的革新都是在材料的原始物理特性上展开的，原始物理特性应用的巧妙，就可以形成一个产业。温度传感的，原始物理特性应用的巧妙，就可以形成一个产业。温度传感器应用的是导体的温敏特性、压力传感器应用的是其压敏特性、器应用的是导体的温敏特性、压力传感器应用的是其压敏特性、地下探矿、找水设备应用的是不同材料电阻率不同的特点，电路地下探矿、找水设备应用的是不同材料电阻率不同的特点，电路测量工具采用的是温度系数非常小的导
17、体。测量工具采用的是温度系数非常小的导体。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路1. 电阻温敏特性的应用电阻温敏特性的应用 （1）温度检测的应用）温度检测的应用 导体存在温敏特性，即加在导体上的温度变化，其导体的阻导体存在温敏特性，即加在导体上的温度变化，其导体的阻值也随着变化，这一特性可用于温度的测量。采用温度系数线性值也随着变化，这一特性可用于温度的测量。采用温度系数线性比较好的材料做成温度检测探头，来检测不同应用场合的温度。比较好的材料做成温度检测探头，来检测不同应用场合的温度。现在进入到计算机控制时代，计算机是电子电器，只能处理电信现在进入到计算机控制时代，计算机是电子电器，只能
18、处理电信号，如果想让计算机进行温度控制，必须通过传感器将温度的变号，如果想让计算机进行温度控制，必须通过传感器将温度的变化转换为电量的变化，把变化的电量加到计算机上，计算机才可化转换为电量的变化，把变化的电量加到计算机上，计算机才可以对温度进行控制。统计分析，温度传感器用量占到传感器总量以对温度进行控制。统计分析，温度传感器用量占到传感器总量的的50%。 （2）电阻式温度传感器结构）电阻式温度传感器结构 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路 由金属丝作为温度传感器，主要用于由金属丝作为温度传感器，主要用于-200500温度范围内的温度范围内的温度测量。常用材料为铜丝或铂丝。铜丝用于温度测
19、量。常用材料为铜丝或铂丝。铜丝用于-50150的温度范的温度范围内测量，电阻与温度成线性关系；铂丝在围内测量，电阻与温度成线性关系；铂丝在0500范围内测量，范围内测量，电阻与温度有较好的线性关系。电阻与温度有较好的线性关系。 温度传感器由两部分组成，一是探头部分：由金属丝绕成圆柱温度传感器由两部分组成，一是探头部分：由金属丝绕成圆柱式或平面式，圆柱式的直径在式或平面式，圆柱式的直径在28mm之间，线圈绕完后装在不锈钢之间，线圈绕完后装在不锈钢套管中。平面式的把线圈做成片式，用于贴在设备上进行温度测量。套管中。平面式的把线圈做成片式，用于贴在设备上进行温度测量。二是放大部分：将探头输出的阻二是
20、放大部分：将探头输出的阻值变化进行转换放大，输出值变化进行转换放大，输出010V变化电压或变化电压或020mA的变化电流，的变化电流，传到计算进行设备的温度控制。传到计算进行设备的温度控制。图图1-7是电阻式传感器外形。是电阻式传感器外形。 传感器探头传感器探头 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路 （2）导体电阻率特性的应用）导体电阻率特性的应用 在地球上，不同的物质具有不同的电阻率。金属矿山比非金属在地球上，不同的物质具有不同的电阻率。金属矿山比非金属矿山的电阻率小；含水量多的地下结构比含水量少的地下结构电阻矿山的电阻率小；含水量多的地下结构比含水量少的地下结构电阻率小；没有空洞的地
21、质结构比有空洞的地址结构电阻率小。根据这率小；没有空洞的地质结构比有空洞的地址结构电阻率小。根据这些特点，人们制造出了电阻率找矿仪、找水仪、考古仪等。图些特点，人们制造出了电阻率找矿仪、找水仪、考古仪等。图1-9（a）所示是某地下找水测量仪外形，应用时将接地探棒拉开一定）所示是某地下找水测量仪外形，应用时将接地探棒拉开一定距离，按图距离，按图1-9（b）横竖采点测量，测量数据组成垂直交叉矩阵，）横竖采点测量，测量数据组成垂直交叉矩阵，输入到仪器的计算机系统，便生成一个地下立体含水层断面（类似输入到仪器的计算机系统，便生成一个地下立体含水层断面（类似CT成像），供打井定位参考。成像），供打井定位
22、参考。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路 （a）仪器外形）仪器外形 （b）测量示意图）测量示意图 图图1-9 地下找水探测仪地下找水探测仪 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路【知识学习知识学习】1.4.3 欧姆定律欧姆定律 1. 部分电路欧姆定律部分电路欧姆定律 电路如图所示，此电路是闭合电路中的一段。电路如图所示，此电路是闭合电路中的一段。 在这段电路中，在这段电路中，不含有电动势，只含不含有电动势，只含 有电阻，故称为一段电阻电路。有电阻，故称为一段电阻电路。 部分电路欧部分电路欧姆定律的表述为：流经电阻的电流与加在电阻两端姆定律的表述为：流经电阻的电流与加在电阻两端 的
23、电压成正比，的电压成正比，与电阻的阻值成反比，数学表达式为与电阻的阻值成反比，数学表达式为 U=I R R=U/I 在电压、电阻、电流三个物理量中，在电压、电阻、电流三个物理量中，只要知道了其中两个物理量，就可以只要知道了其中两个物理量，就可以求出第三个物理量。求出第三个物理量。电阻图形符号电阻图形符号 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路 2.全电路欧姆定律全电路欧姆定律 由电源、负载和连接导线组成的闭合电路称为全电路，全电路是由电源、负载和连接导线组成的闭合电路称为全电路，全电路是电路的负载状态，即正常电路的负载状态，即正常 工作状态。工作状态。 下图所示为最简单的全电路，下图所示为
24、最简单的全电路，电路中电源的电动势为电路中电源的电动势为 E ，电源的内电阻为，电源的内电阻为 R0， 负负 载电阻为载电阻为R。全电路中电动势、电阻、电流之间的关系遵循欧姆定律。全电路中电动势、电阻、电流之间的关系遵循欧姆定律。 全电路全电路的欧姆定律的表述为：的欧姆定律的表述为： 通过全电路的电流与电源的电动势成正比，通过全电路的电流与电源的电动势成正比，与电路中的总电阻成反比，数学表达式为与电路中的总电阻成反比，数学表达式为或： 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路将上述公式整理，有将上述公式整理，有即电动势等于外电压之和。称为电压平衡方程式，是能量守恒的具即电动势等于外电压之和。
25、称为电压平衡方程式，是能量守恒的具体体现。体体现。【工程应用工程应用】1.4.4 欧姆定律的应用欧姆定律的应用 1. 电路匹配电路匹配 运算放大器是一个电子电压放大器，见下图。工作中只能在运算放大器是一个电子电压放大器，见下图。工作中只能在ab端输入端输入010V的电压信号才能工作，可输入的是的电压信号才能工作，可输入的是020mA电流，因为电流，因为量纲不同，电路不能工作。量纲不同，电路不能工作。 问题解决：问题解决：根据欧姆定律，根据欧姆定律，U=I R，在电路输入端并联一只，在电路输入端并联一只500 的电阻，的电阻，020mA电流流过电流流过500 的电阻，得到的电阻，得到010V电压
26、。见电压。见下图。下图。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路 当输入当输入010V电压电压时，时，S1开关打开；当开关打开；当输入输入020mA电流时，电流时，S1开关闭合。开关闭合。 2.用于电路故障判断用于电路故障判断 根据欧姆定律，用万用表可判断电根据欧姆定律，用万用表可判断电路的断路、短路、电阻阻值发生变化等路的断路、短路、电阻阻值发生变化等故障。以右图为例，当图中故障。以右图为例，当图中6V电压正常，电压正常，S闭合，以闭合，以B点为参考点，测量点为参考点，测量A、C、D 三点电位，如三点电位，如C点电位为点电位为6V，C点以下有点以下有开路点；再测量开路点；再测量D点电位，
27、仍为点电位，仍为6V，R1电阻开路。电阻开路。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路总总 结结 在电工电路中，电阻、电流、电压，是最基本的三个物在电工电路中，电阻、电流、电压，是最基本的三个物理量，这个三个物理量几乎存在于所有的电路中。这三个物理量，这个三个物理量几乎存在于所有的电路中。这三个物理量又是按照欧姆定律成线性关系，所以，欧姆定律在电路理量又是按照欧姆定律成线性关系，所以，欧姆定律在电路设计、维修，是应用最频繁的一个公式。我们必须认真的加设计、维修，是应用最频繁的一个公式。我们必须认真的加以掌握。以掌握。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路【知识学习知识学习】1.5电能
28、和电功率电能和电功率 任何电器、电工材料都有其额定值（使用要求），在使用中必须任何电器、电工材料都有其额定值（使用要求），在使用中必须遵守其额定值（规定），电器才能正常工作。遵守其额定值（规定），电器才能正常工作。 在一个闭合的电路中进行着能量的转换过程，电流充当着能量转在一个闭合的电路中进行着能量的转换过程，电流充当着能量转换的媒体。换的媒体。 下面来分析电路中的电能和电功率。下面来分析电路中的电能和电功率。1.5.1 电能电能 电流在电路中流动要消耗电能对负载做功，电路消耗的电能电流在电路中流动要消耗电能对负载做功，电路消耗的电能 W 与电路两端的电压与电路两端的电压U、通过电路的电流、通
29、过电路的电流I I及通电的时间及通电的时间t成正比，用成正比，用公式表示为公式表示为： 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路当电路为纯电阻时，根据欧姆定律当电路为纯电阻时，根据欧姆定律U RI， 上式可写为上式可写为 或或 式中式中，W 为电能，单位为为电能，单位为（焦）（焦）。 当当U为为1V， R 为为，t为为1s 时，则时，则 W 为为 1J。 电能的常用单位还有电能的常用单位还有 kWh （千瓦时）（千瓦时）， 1kWh 俗称俗称度度电电， kWh 与与 J 的换算关系为的换算关系为1kWh10003600J3.610J 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路 1.5.2 电
30、功率电功率 单位时间内电路消耗的电能称为电功率，简称单位时间内电路消耗的电能称为电功率，简称功率功率。 它是表示它是表示电路消耗电能快慢的物理量，用公式表示为电路消耗电能快慢的物理量，用公式表示为电路为纯电阻时，根据欧姆定律电路为纯电阻时，根据欧姆定律URI， 有有式中，式中，P 为电功率，单位为为电功率，单位为 （瓦）。（瓦）。 电功率的常用单位还有电功率的常用单位还有（千瓦）和（千瓦）和 （毫瓦），它们（毫瓦），它们的换算关系为的换算关系为: , 由功率的表达式中可知，功率等于电压与电流的乘积，在相由功率的表达式中可知，功率等于电压与电流的乘积，在相同输入功率的情况下，电压高电流就小，电压
31、低电流就大。同输入功率的情况下，电压高电流就小，电压低电流就大。或： 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路 1.5.3 电能和电功率应用电能和电功率应用（1 1）电能应用）电能应用 电能是一个累积量，一般用于在一定时间内发电机产生了多少电能是一个累积量，一般用于在一定时间内发电机产生了多少电能或某用电设备消耗了多少电能。如国家计划某年度发电能或某用电设备消耗了多少电能。如国家计划某年度发电电亿亿kW h；一台风力发电机一年发电量一台风力发电机一年发电量kWh。一台设备一个月耗一台设备一个月耗电多少电多少kWh；一个家庭一个月用电量多少度一个家庭一个月用电量多少度（一度（一度=1kWh）等
32、。等。（2 2）电功率应用）电功率应用 电功率是衡量电器设备单位时间内产能的电能或消耗的电能的电功率是衡量电器设备单位时间内产能的电能或消耗的电能的物理量，一般用于计算设备做功的快慢。设备的电功率大，做功就物理量，一般用于计算设备做功的快慢。设备的电功率大，做功就快，反之做功就慢。快，反之做功就慢。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路 1.6 电流的热效应、额定值和电路的效率电流的热效应、额定值和电路的效率 电流的热效应电流的热效应 由于电路存在电阻（导线的体电阻、负载电阻、电路中的电阻由于电路存在电阻（导线的体电阻、负载电阻、电路中的电阻器件及接触电阻等），当电路中有电流流过时，电阻
33、消耗电能并器件及接触电阻等），当电路中有电流流过时，电阻消耗电能并转换成热能，使电器设备的温度上升。转换成热能，使电器设备的温度上升。 把电能转换成热能的现象把电能转换成热能的现象称为称为电流的热效应电流的热效应。 根据电能的表达式根据电能的表达式 W RI2t可知，可知， 当电流通过电阻时将电能不可逆地转化为热能。当电流通过电阻时将电能不可逆地转化为热能。 有利方面：有利方面：电烙铁、电烤箱、电暖气、电阻炉等电烙铁、电烤箱、电暖气、电阻炉等 不利方面：不利方面：它使工作中的电器设备发热，这不但消耗了电能，它使工作中的电器设备发热，这不但消耗了电能，还会造成电器设备过早老化甚至烧坏。还会造成电
34、器设备过早老化甚至烧坏。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路 1.6.2 电器设备的额定值电器设备的额定值 为了保证电子器件、电器设备为了保证电子器件、电器设备长期正常工作长期正常工作不被烧毁，对通过不被烧毁，对通过它的电量都有一个限定值，这个限定值就称为它的电量都有一个限定值，这个限定值就称为额定值额定值。1.电阻器件的额定值电阻器件的额定值 电阻器件的额定参数值有两个：一个是电阻的阻值大小（单位电阻器件的额定参数值有两个：一个是电阻的阻值大小（单位），另一个是额定耗散功率（单位），另一个是额定耗散功率（单位W），超过了标定的额定耗散），超过了标定的额定耗散功率功率W，电阻会过热损坏
35、。常用电阻的功率额定值系列为：，电阻会过热损坏。常用电阻的功率额定值系列为：1/16W、1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、4W、8W、10W、16W、25W。电阻的功率和体积的关系见图电阻的功率和体积的关系见图所示，功率越大，体积越大。所示，功率越大，体积越大。相同材料的电阻体积和功率成相同材料的电阻体积和功率成正比。正比。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路2.导线的额定载流量导线的额定载流量 导线的额定电流值是单位截面积（导线的额定电流值是单位截面积（A/mm2）通过的电流值。当）通过的电流值。当工作中超过了额定值，因导线发热量增大过热会引起火灾。下表是工作中超过了额定值，
36、因导线发热量增大过热会引起火灾。下表是导线架空敷设的载流量，如果是穿入线管敷设，其载流量下降，应导线架空敷设的载流量，如果是穿入线管敷设，其载流量下降，应用时查手册。用时查手册。 导线的安全载流量导线的安全载流量 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路 3.电器设备额定值电器设备额定值 额定值定义：电器设备长期工作不被烧毁的电压、电流、温度等额定值定义：电器设备长期工作不被烧毁的电压、电流、温度等物理量，称为电器设备的额定值。额定值一般都标注在设备的铭牌物理量，称为电器设备的额定值。额定值一般都标注在设备的铭牌上或写在设备的说明书中，使用时不能突破。上或写在设备的说明书中，使用时不能突破。
37、 常用的额定值一般有额定电压常用的额定值一般有额定电压UN、额定电流、额定电流IN、额定功率、额定功率PN等。等。在使用中不能突破，突破了电器就有损坏的可能。特别是在使用中不能突破，突破了电器就有损坏的可能。特别是UN和和IN。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路1.6.3 电器设备的效率电器设备的效率 电器设备的输出功率与输入功率之比，称为电器设备的效率，电器设备的输出功率与输入功率之比，称为电器设备的效率，用用表示，即表示，即 式中，式中，P 为电器设备的输出功率，单位为为电器设备的输出功率，单位为 ；P 为电器设备为电器设备的输入功率，单位为的输入功率，单位为 ；为电器设备的效率
38、。为电器设备的效率。 电器设备的效率表征了电器设备输入能量的利用率。电器设备的效率表征了电器设备输入能量的利用率。 效率低的效率低的电器设备不但输入能量的利用率低，而且由于有较大的输入能量损电器设备不但输入能量的利用率低，而且由于有较大的输入能量损耗在电器设备本身而引起发热。耗在电器设备本身而引起发热。 为了散热常常增大电器设备的体积，为了散热常常增大电器设备的体积，既浪费有色金属材料，又增加占地面积。既浪费有色金属材料，又增加占地面积。 因此，对电器系统的供配因此，对电器系统的供配电设备及用电量较大的电器设备，应尽可能地提高其运行效率。电设备及用电量较大的电器设备，应尽可能地提高其运行效率。
39、 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路1.6.4 断路和短路断路和短路1.断路断路 在图中，当在图中，当QS没有闭合，电路没有加上电压，称为断路状态。没有闭合，电路没有加上电压，称为断路状态。当闭合当闭合QS，由电动势，由电动势E和负载电阻和负载电阻R构成闭合回路，在电路中产生构成闭合回路，在电路中产生回路电流回路电流I，电路处于工作状态。如果闭合，电路处于工作状态。如果闭合QS，回路中没有电流，回路中没有电流，也称为断路状态。这种断路状态就是回路出现了断点，即所谓的也称为断路状态。这种断路状态就是回路出现了断点，即所谓的电路发生了故障。电路发生了故障。 第第 1 1 章章 直直 流流
40、电电 路路2. 短路短路 电源、负载被电阻接近电源、负载被电阻接近0的导体短接，称为短路。电路正常工的导体短接，称为短路。电路正常工作中出现短路，是作中出现短路，是非常严重的一种故障非常严重的一种故障。在下图中，无论是电源。在下图中，无论是电源或是负载出现短路情况，都会使电源输出很大的短路电流，由于或是负载出现短路情况，都会使电源输出很大的短路电流，由于电流的热效应，会引起火灾。电流的热效应，会引起火灾。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路【工程应用工程应用】1.6.5 功率、额定值、效率、断路、短路概念的应用功率、额定值、效率、断路、短路概念的应用 电路工作的目的之一就是做功。通过做
41、功，完成我们赋予电路电路工作的目的之一就是做功。通过做功，完成我们赋予电路的任务。电路做功，就要发热，热量超过了允许值，会造成电路的任务。电路做功，就要发热，热量超过了允许值，会造成电路损坏。特别是大功率的电器设备，散热问题是使用中一个重要的损坏。特别是大功率的电器设备，散热问题是使用中一个重要的方面。方面。 1.应用应用案例案例 （1）螺栓松动造成过热螺栓松动造成过热 有一大型设备，工作电流有一大型设备，工作电流100A，因为接头螺栓拧紧转矩不够，造因为接头螺栓拧紧转矩不够，造成接触电阻大，螺栓发热严重。成接触电阻大，螺栓发热严重。见图所示。见图所示。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电
42、路路（2）CPU芯片要充分散热芯片要充分散热 计算机计算机CPU，耗电量在，耗电量在50-100W左右，体积只有指甲盖大小。左右，体积只有指甲盖大小。这么小的体积热容量非常小，瞬间就可以达到几百这么小的体积热容量非常小，瞬间就可以达到几百度度，必须加装，必须加装散热器，并且对散热器进行风冷。见图散热器，并且对散热器进行风冷。见图1-171-17（b b）所示。当风扇堵）所示。当风扇堵塞，转速下降，就会造成散热不良，使计算机速度减慢或死机。塞，转速下降，就会造成散热不良，使计算机速度减慢或死机。CPU散热器散热器 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路（3）穿墙管散热不良引起火灾穿墙管散热不
43、良引起火灾 建筑物中的导线都是穿在一根管子里，如果用电超负荷，使导建筑物中的导线都是穿在一根管子里，如果用电超负荷，使导线发热，热量散不出去就会将塑料绝缘融化，造成短路。导线的线发热，热量散不出去就会将塑料绝缘融化，造成短路。导线的接头年久锈蚀，使接触电阻增大，发热量增加引起火灾。接头年久锈蚀，使接触电阻增大，发热量增加引起火灾。下下图是图是火灾现场。火灾现场。 电线故障引发的大火电线故障引发的大火 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路 2. 设备的散热设备的散热 电器设备都含有电阻，电阻工作就发热，如果发热量很大，要电器设备都含有电阻，电阻工作就发热，如果发热量很大，要采取相应的冷却方
44、式。采取相应的冷却方式。 风冷风冷：功率比较大的器件功率比较大的器件，通过风扇吹风将热量带走。通过风扇吹风将热量带走。如：如：电电脑的脑的CPU吹风冷却吹风冷却、吹风机、吹风机、电动机电动机、变频器、大型开关柜等变频器、大型开关柜等。 自然冷却自然冷却：小功率设备。如：小功率设备。如：手机、电视机、音响设备、电子手机、电视机、音响设备、电子仪器等仪器等。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路【能力培养】【能力培养】 1.6.6 以下问题请给出解决方案以下问题请给出解决方案 1. 一台电暖气，电源插头已经插好，但是不制热。电暖气等效电一台电暖气，电源插头已经插好，但是不制热。电暖气等效电路
45、如图所示，图中路如图所示，图中R为电暖气的等效电阻，为电暖气的等效电阻，S是手动开关。手头有是手动开关。手头有一块可测量电压、电流、电阻的万用表。请给出查找电暖气不热原一块可测量电压、电流、电阻的万用表。请给出查找电暖气不热原因的测量方案。因的测量方案。 2.一职业技术学院，计划在礼堂举行一场大型演出，需要接入一职业技术学院，计划在礼堂举行一场大型演出，需要接入容量为容量为220V/2kW 的灯光设备的灯光设备5台。已知礼堂电源线的载流量为台。已知礼堂电源线的载流量为220V/40A，请计算一下电源线的载流量能否满足要求。，请计算一下电源线的载流量能否满足要求。 第第 1 1 章章 直直 流流
46、 电电 路路 3.假如你在电子企业工作，生产中需要温度稳定性比较好的电阻假如你在电子企业工作，生产中需要温度稳定性比较好的电阻器，由你制定采购计划，你选用哪一类电阻器。器，由你制定采购计划，你选用哪一类电阻器。 4.在生活中，经常因为用电过程中引起火灾，你上网查一下，在生活中，经常因为用电过程中引起火灾，你上网查一下，引起火灾的原因有哪些，并用电流的热效应、电功率等概念解释这引起火灾的原因有哪些，并用电流的热效应、电功率等概念解释这些起火的原因。些起火的原因。 总总 结结 本课题主要介绍了电能、电功率、效率等本课题主要介绍了电能、电功率、效率等几个基本概念几个基本概念、了解了了解了它们的符号、
47、单位等信息，知道了它们之间的关系。它们的符号、单位等信息，知道了它们之间的关系。 知道了电路知道了电路工作时必须遵守的工作时必须遵守的额定值及其意义，对电路的短路、断路状态认识额定值及其意义，对电路的短路、断路状态认识并能避免。并能避免。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路 【知识学习知识学习】 1.7 电阻的串并联 电阻串并联的特点是根据电阻器件总结出的规律，这些规律的应电阻串并联的特点是根据电阻器件总结出的规律，这些规律的应用已经大大超出电阻本身。用已经大大超出电阻本身。 1.7.1 电阻的串联电阻的串联 1. 串流定义串流定义 将多个电阻首、尾依次相接，将多个电阻首、尾依次相接，
48、使电流只有一条通路，这样的连使电流只有一条通路，这样的连接方式称为电阻的串联，如图接方式称为电阻的串联，如图所示所示图图-19 电阻串联电路电阻串联电路 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路 2. 电阻串联电路特点电阻串联电路特点 （1）各电阻中通过的为同一电流。各电阻中通过的为同一电流。 因电路没有分支，故通过的为同一电流。因电路没有分支，故通过的为同一电流。 （2）电路中的总电压等于各电阻上电压之和，即电路中的总电压等于各电阻上电压之和，即 （3）电路中总功率等于各个分功率之和，即电路中总功率等于各个分功率之和，即 P=P1+P2+P3+Pn （4） 电路中的总电阻等于各串联电阻之和
49、，即电路中的总电阻等于各串联电阻之和，即 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路（5） 电阻电阻串联串联电路有分压作用电路有分压作用 串联电阻电路中，每个电阻上都分担一定的电压。串联电阻电路中，每个电阻上都分担一定的电压。 根据串联根据串联电阻电路的特性可知，电路中各电阻两端的电压与它的阻值成正比，电阻电路的特性可知，电路中各电阻两端的电压与它的阻值成正比， 即即根据欧姆定律根据欧姆定律IUR，UnRnI， 可求得每个电阻分得的电压为可求得每个电阻分得的电压为串联电路中，电阻越大分得的电压越大；电阻越小分得的电压越小。串联电路中，电阻越大分得的电压越大；电阻越小分得的电压越小。（6） 电路
50、中各电阻消耗的功率与它的阻值成正比，即电路中各电阻消耗的功率与它的阻值成正比，即电阻串联电路中，阻值越大的电阻消耗的功率越大；阻值越小的电电阻串联电路中，阻值越大的电阻消耗的功率越大；阻值越小的电阻消耗的功率越小。阻消耗的功率越小。 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路 电阻的并联电阻的并联1.1.并联电路定义并联电路定义 将多个电阻的首、尾各自相接，使电流有多条通路，这样的连将多个电阻的首、尾各自相接，使电流有多条通路，这样的连接方式称为电阻的并联，如图接方式称为电阻的并联，如图下下所示所示。图图1-12电阻并联电路电阻并联电路 第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路 2. 电阻并