实用电工基础与测量.ppt

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1、实用电工基础与测量,主编 陶 健 2008年10月,项目一 电路的基本知识和基本定律,能独立按电路图组装实际电路 会正确用电流表电压表测电流、电压、电位 会正确用万用表测电流、电压、电阻 会用功率表测电功率 会用电桥测电阻,知识目标:,技能目标:,掌握电路及组成 掌握电流、电压、电位、电动势、电阻、电功率、电能的基本知识、基本概念 掌握欧姆定律、电阻定律、基尔霍夫定律的基本知识和基本内容并能灵活运用 了解电阻串并联知识并会分析具体电路,任务一 电路及电路图 任务二 电流 任务三 电压、电位与电动势 任务四 电阻和电导 任务五 欧姆定律 任务六 电功与电功率 任务七 电阻连接 任务八 电桥电路

2、任务九 基尔霍夫定律,项目一 电路的基本知识和基本定律,任务一 电路及电路图,任务目标： 1）掌握电路和电路的组成 2）了解电路图 3）能正确区分电路的三种工作状态,知识1 电路和电路组成,电路的组成：,1、电源：,将其他形式的能转变为电能,2、负载：,将电能转变为其他形式的能,3、导线和开关：,电源和负载之间必不可少的 连接和控制部分,知识2 电路图,电路图一般可以分为原理接线图和装配图两种，原理接线图只表示线路接法，并不反映线路的几何尺寸和各零件的实际形状。装配图除了表示电路实际接法外，还要画出相关部分装置和结构，,知识3 电路的工作状态,1、通路：,电源与负载接通的电路,2、断路（开路）

3、：,电路中某处断开不成通路,3、短路：,电路或电路中的一部分被短接,任务二 电流,任务目标： 1）了解电流的形成； 2）掌握电流的大小、方向； 3）了解电流的密度。,知识1 电流的形成,电荷有规则的定向移动就形成了电流。,自由电子在外电场作用下有规则运动形成电流。,阴离子或阳离子在电场力作用下有规则运动形成电流,金属导体中：,某些液体和气体中：,规定:正电荷的运动方向为电流的正方向。,知识2 电流的方向,金属导体中电流方向与电荷运动方向相反。,电流方向用一个箭头表示。,任意假设的电流方向称为电流的参考方向。,如果求出的电流值为正，说明参考方向与实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。,知

4、识3 电流的大小,电流的大小用电流强度表示。 电流强度:单位时间内通过导体某一截面的电量。,直流电：,交流电：,单位：安培（A）,1安培=1库仑/1秒,知识4 电流密度,电流密度：单位截面通过的电流。,在直流电路中电流是均匀分布在导体横截 面上的。当导线中通过的电流超过允许电流 时，导线会发热，甚至造成事故。,任务三 电压、电位与电动势,任务目标： 1）理解电压、电位与电动势的概念； 2）掌握电压与电位、电压与电动势的关系； 3）会计算简单电路的电位。,知识1 电压,电路中a、b两点间的电压定义为单位正电荷 由a点移至b点电场力所做的功。,单位：伏特（V）,知识2 电位,参考点：假设电位为零的

5、点，也叫零电位点。,电路中某点a的电位定义为电场力移动单 位电荷从该点到参考点所做的功。,单位：伏特（V）,知识3 电动势,为了得到持续不断的电流，在电源极板间必 须有一种力，叫电源力。正电荷在电源力作用下 由低电位移到高电位，负电荷则由高电位向低电 位移动。,在电源内部，电源力将单位正电荷从电源 负极移动到正极，所做的功叫电源电动势。,单位：伏特（V） 方向：由电源负极指向正极,知识4 电压与电位的关系,电路中两点之间的电压等于两点之间的电位差。,如果 ，则 ，说明a点比b点电位在降低，即a点比b点电位高； 如果 ，则 ，说明a点比b点电位在升高，即a点比b点电位低。,例1-2 在图1.11

6、中知UAC=4V,UAB=3V,试分别以、 点为参考点求各点电位及B、C两点间电压BC。,图1.11,解: 以B为参考点， 即 因为 所以 又因为 所以,以C为参考点,即 因为 所以 因为 所以,结论:,参考点改变则各点电位也随着改变,各点电位高低与参考点选择有关；但不论参考点如何选择,任意两点间电位差不变，即，任意两点间电位差与参考无关。,电动势方向由电源负极指向正极，而电压方向则由高电位指向低电位，即电动势方向与电压方向是相反的。在不接负载的情况下，电源电动势与端电压在数值上是相等的。,知识5 电动势与端电压的关系,电源两端的电位差称为电源端电压，也称为电源电压。,若选电压参考方向与电动势

7、参考方向相反，则 。 若选电压参考方向与电动势参考方向相同，则 。,任务四 电阻和电导,任务目标： 1）掌握电阻及电阻定律、电导； 2）了解电阻与温度的关系； 3）了解几种常见的电阻器。,知识1 电阻和电阻定律,1、电阻,当电流通过导体时，由于自由电子在运动中不断与导体内分子原子发生碰撞，以及自由电子间相互碰撞，都会使其运动受到阻碍，导体对电流的阻碍作用就称为电阻，用字母R表示。,单位：欧姆（）,当导体两端的电压是1V，导体内通过电流是1A，这段导体电阻就是1。,2、电阻定律,在温度一定时，导体的电阻与导体长度成正比，与导体横截面积成反比，还与导体的材料有关。即：,其中：电阻率 l_导体长度

8、S 导体横截面积,3、电阻温度系数,导体的电阻还与温度有关,一般情况下,金属的电阻随温度升高而增大,碳、半导体、电解液，其电阻通常是随着温度的升高而减小。,电阻温度系数：温度升高1时，电阻所产生变动值与原电阻比值。用字母表示，单位是1/ 。,如果在温度t1时，导体的电阻为R1；在温度为t2时，导体的电阻为R2，那么电阻温度系数是：,知识2 常用电阻器,人们把具有一定阻值的实体元件称为电阻器，简称电阻。,1、电阻的分类,2、电阻器的主要指标,3、电阻器的标志方法,（1） 直标法：把电阻的额定功率、阻值、偏差等性能指标用数字或文字符号直接标在电阻器表面。,（2）色环法：用色环表示电阻器的各种参数，

9、并直接标志在产品上的一种标志方法。,色 环 法,知识3 电导,电阻的倒数叫电导，用符号G表示，即：,单位：西门子，简称西（S）,导体的电阻越小，电导越大，导体导电性能越好。在电工技术中，各种材料按它们导电能力一般分为导体、半导体、绝缘体和超导体。,任务五 欧姆定律,任务目标： 1）掌握欧姆定律； 2）掌握电源外特性。,知识1 部分电路欧姆定律,在电阻电路中， 电流的大小与导体两端电压成正比，而与导体电阻的阻值成反比，这就是欧姆定律，也称为部分电路欧姆定律，即：,或,例1-3 某白炽灯接在220V直流电源上，正常工作时流过的电流为455mA，求此电灯的电阻。,解：根据 ，有,知识2 电阻的伏安特

10、性,电阻阻值不随电压、电流变化而改变的称为线性电阻，其电压与电流关系符合欧姆定律；通过不同电流（或者加上不同电压）时，就会有不同阻值，称为非线性电阻，其电压与电流关系不适用于欧姆定律。,一般我们把电阻两端电压U和通过电阻的电流I之间的对应的变化关系，称为伏安特性，二者之间的变化关系曲线称为伏安特性曲线。,如果以电压、电流分别为坐标轴，我们可以得到线性电阻与非线性电阻伏安特性曲线 。,线性电阻的伏安特性曲线是一条通过原点的直线，非线性电阻的伏安特性曲线是一条曲线。,知识3 全电路欧姆定律,全电路是指含有电源的闭合电路。电源内部一般都有电阻，称为电源内阻，用r表示。,或,S闭合时，有：,结论：在一

11、个闭合电路中，电流强度与电源电动势成正比，与电路中内电阻与外电阻之和成反比。这个规律称全电路欧姆定律。,例1-4：有一电源电动势为3V，内阻r=0.4，外接负载R=9.6，求电源端电压和内压降。,解： 内电压 端电压 或,知识4 电源与外特性,由公式U=E-Ir知，在电源电动势E和内阻r不变时， 当负载电阻R趋于无穷大时，I=0，端电压U=E； 当R变小时，I 增加，内电压Ir 也增加，端电压U将 减小； 当R增加时，I将减小，U增加。,人们把电源端电压随负载电流变化的关系称为电源的外特性，绘成的曲线称为外特性曲线。,任务六 电功与电功率,任务目标: 1）掌握焦耳楞次定律； 2）掌握电功和电功

12、率，了解功率平衡关系； 3）掌握负载获得最大功率条件。,知识1 电流热效应,当有电流通过金属导体时，导体就会发热，这种现象叫电流热效应。由实验知：电流通过导体时产生的热量和电流的平方、导体的电阻、通电时间成正比，即：,式中：I通过导体的电流，A； R导体的电阻，； t电流通过导体的时间，s; Q电流通过导体时产生的热量，J。,这个关系称之为焦耳楞次定律。,知识2 电功（电能）,把电能转变为其他形式能量时，电流都要做功。电流所做的功叫电功。,若a、b两点间电压为U，则将电量为q的电荷从a点移动到b点时电场力所做的功为：,由于,所以,则,单位：焦耳（J）或kWh。 1 kWh=3.6106,知识3

13、 电功率,人们把单位时间内电流所做的功，称为电功率，用字母P表示，即：,单位：瓦特（W）、千瓦（kW）。 1kW=1000W,例 1-5 一个100的电阻通过50mA电流时，求电阻上电压降和电阻消耗的功率，当电流通过1min时，电阻消耗的电能是多少？,解：1）电阻上电压 2）消耗功率 3）消耗电能,式中：EI电源产生功率； UI负载消耗功率； I2r电源内部消耗的功率。,知识4 功率平衡关系,在能量转换过程中，能量既不能创造，也不能消失，只能从一种形式转换到另一种形式，能量的总和保持不变，这个结论称为能量转换与守恒定律。,由式,得,两边乘以I，得,即电源产生的电功率等于负载获得的电功率与内电路

14、损失的电功率之和。,知识5 负载获得最大功率的条件,右图为一有负载R的闭合电路，R获得的功率为：,显然只有R=r时，P才能达到最大值：,即负载获得最大功率条件为：负载电阻等于电源电阻。,例 1-7 在图1.34中，E=36V，内阻r=0.5，R1=4，R2为变阻器，要使变阻器，获得功率最大，R2应为多少？R2获得最大功率是多少？,解：把R1看成电源内阻的一部分，利用负载获得最大功率的条件，有,任务七 电阻连接,任务目标: 1）掌握电阻串、并联概念； 2）掌握电阻串、并联电路特点； 3）会计算简单混联电路。,2）电路两端总电压等于各电阻两端电压之和，即,1）串联电路中各处电流相等，即,知识1 电

15、阻串联,1、电阻的串联,把几个电阻首尾相连地连接起来，在这几个电阻中通过的是同一电流。,2、串联电路的特点,3）电路总电阻（也叫等效电阻）等于各串联电阻之和。,由n个相等阻值R的电阻串联，总电阻为：,4）串联电路中各电阻上电压与电阻阻值成正比，即,5）串联电路中，各电阻消耗功率与电阻大小成正比，,例1-8 在如图1.36分压器中，已知：U=300V，d是公共点，R1=150k，R2=100 k，R3=50k，求输出电压Ucd，Ubd。,图1.36分压器,解:,知识2 电阻并联,1、电阻并联,把几个电阻并列地连接在两点之间，使每一个电阻两端都承受同一电压的连接方式。,2、并联电路的特点,1）并联

16、电路中各电阻两端电压相等，且等于电路两端电压，即,2）并联电路的总电流等于各支路电流之和，即,3）并联电路的总电阻（等效电阻）的倒数为各电阻倒数之和，即,两个电阻并联的总电阻：,n个相等电阻并联的总电阻：,4）并联电路中各支路分得电流与支路电阻阻值成反比，即,式中：,两个电阻并联，各电阻上分得电流为：,5）在并联电路中功率分配与电阻成反比，即阻值大的消耗功率小，阻值小的消耗功率大。,知识3 电阻混联,1、电阻混联,电路中电阻元件既有串联又有并联的连接方式称为电阻的混联。,2、电阻混联分析方法,1）应用电阻的串联并联特点逐步简化电路，求出电路等效电阻； 2）由电路等效电阻和电路总电压，据欧姆定律

17、求电路的总电流； 3）由总电流据欧姆定律和电阻串并联的特点求出各支路的电压、电流。,例：1-11电路如图 1.42所示。其中的R1=4，R2=6，R3=3.6，R4=4，R5=0. 6，R6=1,E=4V, 求各支路电流和电压UAB，UCB。,解：1）计算电路的等效电阻R：,2）求电路中总电流I：,3）求各支路电流及电压UAB、UCB：,任务八 电桥电路,任务目标： 1）了解电桥的结构原理； 2）掌握电桥的使用。,知识 电桥电路的结构,电桥电路如图1.43（a）所示，其中R1、R2、R3、R4是电桥四个桥臂，在电桥一组对角顶点a、b间接电阻R，另一组对角顶点c、d之间接电源。若所接电源为直流电

18、源则这种电桥称为直流电桥。,电桥平衡：当四个桥臂电阻值满足一定关系时，对角线a、b间无电流通过。可把R 去掉，如图1-43（b）。,电桥平衡条件：对臂电阻乘积相等，即,或,若把图1.43（a）中R换成检流计，R1换为被测电阻Rx，找R2、R3、R4做为标准可调电阻，则该电路变为直流单臂电桥原理电路，如图1.44。其中，R2、R3为比例臂，称之为比例臂率，R4是比较臂，R4也称为较臂电阻，调节R2、R3、R4，使电桥平衡，此时有,即： 电桥平衡时，被测电阻=比例臂率比较臂电阻。,任务九 基尔霍夫定律,任务目标： 1）了解几个基本概念； 2）掌握基尔霍夫第一、第二定律； 3）了解支路电流法和戴维南

19、定理。,知识1 几个基本概念,1、支路,由一个或几个元件，依次相接构成的无分支电路叫支路。在同一支路中，流过各元件电流相等，图1.52中，有三条支路，它们是bafe、bcde和be。含有电源的支路叫有源支路，不含电源的支路叫无源支路。,2、节点,三条或三条以上支路的汇交点，图1.52中的b、e都是节点。,3、回路,电路中任一闭合路径都叫回路，如图1.52中的abefa、bcdeb和acdfa都是回路。,4、网孔,不可再分的回路，即最简单的回路，图1.52中的abefa、bcdeb回路是网孔。,知识2 基尔霍夫定律,1、基尔霍夫第一定律（节点电流定律）,在电路中任一节点上，流进节点的电流之和等于

20、流出该节点的电流之和，这一规律称为基尔霍夫第一定律，用KCL表示，即,如果规定流入节点电流为正，则流出节点电流为负，那么对任一节点来说，流入（或流出）该节点电流代数和等于0，这便是基尔霍夫第一定律的另一种表述方式，即,2、基尔霍夫第二定律（回路电压定律）,对任一闭合回路沿任一方向绕行一周，各段电压的代数和等于零。即,一般式为：,1）假定各支路电流的参考方向和回路绕行方向； 2）将回路中全部电阻上电压IR写在等式一边，若通过电阻上的电流方向与回路绕行方向一致，则该电压取正，反之取负。 3）将回路中全部电动势写在等式另一边，若电动势方向与回路绕行方向一致，则该电动势取正，反之取负。,一般分析步骤为

21、：,知识3 支路电流法,所谓支路电流法，就是以各支路电流为未知量，应用基尔霍夫定律列出方程式，联立求解各支路电流的方法。,应用支路电流法解题时，若复杂电路有m条支路，n个节点，那么可列出n-1个独立节点电流方程和m-n+1个独立的回路电压方程。,知识4 戴维南定理,任何具有两个出线端的部分电路，都称为二端网络，含有电源的二端网络叫有源二端网络，如图1.59；不含电源的二端网络称为无源二端网络，如图1.60。,戴维南定理：任何一个含源二端线性网络，都可以用一个等效电源来代替。这个等效电源电动势E等于该网络的开路电压U0，内阻r等于该网络所有电源不作用（电压源短路，电流源开路）仅保留其内阻时，网络两端输入电阻（等效电阻）Ri，用戴维南定理可将图1.59（a）简化成（c） 。,谢谢观看!,