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电工基础教程.doc

上传人:j35w19 文档编号:7747107 上传时间:2019-05-25 格式:DOC 页数:52 大小:7.82MB
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资源描述

1、机电信息技术学院应用电工基础知识教程电工技术基础是研究电能在各个技术领域中应用的一门科学技术。电工技术的发展是和电能的应用紧密联系的。是机电一体化技术专业、农电企业专业的核心职业技术基础课也是核心技能课之一。 “电工技术基础”是教、做、学一体化教学模式。由“电工技术”实验室、 “维修电工”实验室和“电工技能”实训室。维修电工试验台电工技能一体化实训室第一章 安全用电及触电急救一、项目目的了解本课程的性质、目的、内容及要求,了解企业供配电常识,掌握安全用电操作规程,掌握触电原因、形式及急救方法,掌握电工工具及相关设备的使用。二、项目任务及能力安全用电及触电急救手段。达到安全用电防护及触电急救能力

2、。三、教学方法老师讲课为主,参观实验室为辅助。第一节 触电方式及其防护关 于 安 全 电 压 的 相 关 规 定 : 根据生产和作业场所的特点,采用相应等级的安全电压,是防止发生触电伤亡事故的根本性措施。国家标准安全电压(GB380583)规定我国安全电压额定值的等级为 42V、36V、24V、12V 和 6V,应根据作业场所、操作员条件、使用方式、供电方式、线路状况等因素选用。安全电压:是指不致使人直接致死或致残的电压,一般环境条件下允许持续接触的“安全特低电压”是 24V、36V 和 12V 三种。一般情况下可采用 36V和 24V 的安全电压,在非常潮湿的场所或容易大面积触电的场所,如坑

3、道内、锅炉内作业,应采用 12V 的安全电压。人体对电流的反应以工频电流为例, 当 1 毫安左右的电流通过人体时,会产生麻刺等不舒服的感觉;1030 毫安的电流通过人体,会产生麻痹、剧痛、痉挛、血压升高、呼吸困难等症状,但通常不致有生命危险;电流达到 50 毫安以上,就会引起心室颤动而有生命危险;100 毫安以上的电流,足以致人于死地。伤害程度与人体电阻的关系:一定的电压作用下,通过人体电流的大小就与人体电阻有关系。人体电阻因人而异,与人的体质、皮肤的潮湿程度、触电电压的高低、年龄、性别以至工种职业有关系,通常为 1000 2000,当角质外层破坏时,则降到 8001000。 根据欧姆定律(I

4、UR)可以得知流经人体电流的大小与外加电压和人体电阻有关。人体电阻除人的自身电阻外,还应附加上人体以外的衣服、鞋、裤等电阻,虽然人体电阻一般可达 2k,但是,影响人体电阻的因素很多,如皮肤潮湿出汗、带有导电性粉尘、加大与带电体的接触面积和压力以及衣服、鞋、袜的潮湿油污等情况,均能使人体电阻降低,所以通常流经人体电流的大小是无法事先计算出来的。因此,为确定安全条件,往往不采用安全电流,而是采用安全电压来进行估算:一般情况下,也就是干燥而触电危险性较大的环境下,安全电压规定为 24V、36V,对于潮湿而触电危险性较大的环境(如金属容器、管道内施焊检修),安全电压规定为 12V,这样,触电时通过人体

5、的电流,可被限制在较小范围内,可在一定的程度上保障人身安全。1、直接触电及其防护直接触电又可分为单相触电和两相触电。两相触电非常危险,单相触电在电源中性点接地的情况下也是很危险的。其防护方法主要是对带电导体加绝缘、变电所的带电设备加隔离栅栏或防护罩等设施。2、间接触电及其防护间接触电主要有跨步电压触电和接触电压触电。虽然危险程度不如直接触电的情况,但也应尽量避免。防护的方法是将设备正常时不带电的外露可导电部分接地,并装设接地保护等。第二节 接地与接零电气设备的保护接地和保护接零是为了防止人体接触绝缘损坏的电气设备所引起的触电事故而采取的有效措施。1保护接地电气设备的金属外壳或构架与土壤之间作良

6、好的电气连接称为接地。可分为工作接地和保护接地两种。(1)工作接地是为了保证电器设备在正常及事故情况下可靠工作而进行的接地,如三相四线制电源中性点的接地。工作接地就是为了电路或设备达到运行要求的接地,将变压器的中性点接地。其主要作用是系统电位的稳定性,即减轻低压系统由于一相接地,高低压短接等原因所产生过电压的危险性,并能防止绝缘击穿。(2)保护接地是为了防止电器设备正常运行时,不带电的金属外壳或框架因漏电使人体接触时发生触电事故而进行的接地。适用于中性点不接地的低压电网的三相三线制。就是说保护接地是指将电气装置正常情况下不带电的金属部分与接地装置连接起来,以防止该部分在故障情况下突然带电而造成

7、对人体的伤害。2保护接零在中性点接地的电网中,由于单相对地电流较大,保护接地就不能完全避免人体触电的危险,而要采用保护接零。将电气设备的金属外壳或构架与电网的零线相连接的保护方式叫保护接零。保护接零是指电气设备正常情况下不带电的金属部分用金属导体与系统中的零线连接起来,当设备绝缘损坏碰壳时,就形成单相金属性短路,短路电流流经相线零线回路,而不经过电源中性点接地装置,从而产生足够大的短路电流,使过流保护装置迅速动作,切断漏电设备的电源,以保障人身安全。第三节 人体触电方式人体触电方式 人体触电方式,主要分为:单相触电:两相触电、跨步电压触电三种。 (一)单相触电 单相触电,是指人在地面或其它接地

8、体上,人体的某一部位触及一相带电体时的触电。触 电 是 指 电 流 通 过 人 体 引 起 不 适 , 伤 害 , 死 亡 的 事 件 。 一 般 为 非 故 意 ,不 小 心 , 缺 少 常 识 与 保 护 而 造 成 。 它 与 电 压 , 环 境 ( 绝 缘 ) , 各 人 的 身 体 条件 有 关 。 一 般 36V 电 压 以 下 为 安 全 电 压 。 单 相 触 电 是 个 通 俗 的 说 法 。 在 国 内 , 单 相 触 电 是 指 由 单 相 220V 交 流 电( 民 用 电 ) 引 起 的 触 电 。 大 部 分 触 电 事 故 是 单 相 触 电 事 故 .(二)两相

9、触电 两相触电,是指人体两处同时触及两相带电体时的触电。人 体 的 两 处 同 时 触 及 两 相 带 电 体 的 触 电 事 故 , 这 时 人 体 承 受 的 是 380V的 线 电 压 , 其 危 险 性 一 般 比 单 相 触 电 大 。 人 体 一 但 接 触 两 相 带 电 体 时 电 流 比较 大 , 轻 微 的 会 引 起 触 电 烧 伤 或 导 致 残 疾 , 严 重 的 可 以 导 致 触 电 死 亡 事 故 ,而 且 两 相 触 电 使 人 触 电 身 亡 的 时 间 只 有 12 秒 之 间 。(三)跨步电压触电 跨步电压触电,是指人进入接地电流的散流场时的触电。由于散

10、流场内地面上的电位分布不均匀,人的两脚间电位不同。这两个电位差称为跨步电压。跨步电压的大小与人和接地体的距离有关。当人的一只脚跨在接地体上时,跨步电压最大;人离接地体愈远。跨步电压愈小;与接地体的距离超过 20 米时,跨步电压接近于零。要远离断线点。第四节 静电防护与电气防火防爆1静电的危害及其防护静电防护措施:(1)利用控制工艺过程和控制工艺过程中所用材料的选择,使之不产生静电或少产生静电;(2)采取接地、增湿、加入抗静电添加剂等措施,加速静电的泄漏;(3)利用感应中和器、高压中和器、放射线中和器等装置,加速静电的中和;(4)改善生产环境,利用封闭的方法限制危害的产生,减小易燃易爆物散发的浓

11、度。2电气防火防爆电气防火防爆措施:严格遵守电气设备的铭牌值、操作规程、勤于观察和检测设备的运行情况、温升情况,以及设备的定期维修等,都可防止事故的发生。在易发生火灾危险的场所,应按国家有关技术规范选用封闭型、防尘型、防滴型或防爆型等电器设备。另外,可安装预防报警装置等监测设备,防止灾害的发生。一旦发生火灾,要积极组织扑救。根据不同的情况,采用相应的灭火方法。电气设备在切断电源后的灭火方法与扑救一般的火灾相同。在无法切断电源或者不能确定是否已切断电源的情况下,应采用带电灭火的方法,应用不导电的灭火剂带电灭火。3、新工人安全用电的要求有哪些?工厂里用电设备很多,每个工人接触电气设备的机会也多,但

12、作为新工人必须掌握如下用电安全基础知识:(1)车间内的电气设备,不要随便乱动。自己使用的设备、工具,如果电气部分出了故障,不得私自修理,也不能带故障进行作业,应立即请电工检修。(2)自己经常接触和使用的配电箱、配电板、闸刀开关、按钮开关、插座、插销以及导线等,必须保护完好、安全,不得有破损或将带电部分裸露出来。(3)在操作闸刀开关、磁力开关时,必须将盖盖好,防止万一短路时发生电弧或熔丝熔断飞溅伤人。(4)使用的电气设备,其外壳按有关安全规程,必须进行防护性接地或接零。对于接地或接零的设施要经常进行检查。一定要保护连接牢固,接地或接零的导线不得有任何断开的地方,否则接地或接零就不起任何作用了。(

13、5)需要移动某些非固定安装的电气设备,如电风扇、照明灯、电焊机等时,必须先切断电源再移动。同进导线要收拾好,不得在地面上拖来拖去,以免磨损。如果导线被物体轧住时,不要硬拉,防止将导线拉断。(6)在使用手电钻、电砂轮等手用电动工具时,由于这些工具操作人员需要直接用手把握,同时又是到处移到,极不安全,很容易造成触电事故。为此必须注意如下事故:1)必须安设漏电保安器,同时工具的金属外壳应进行防护性接地或接零。2)对于使用单相的手用电动工具,其导线、插销、插座必须符合单相三眼的要求;对于使用三相的手用电动工具,其导线、插销、插座必须符合单相四眼的要求,其中有一项用于防护接零,同时严禁将导线直接插入插座

14、内使用。3)操作时应戴好绝缘手套和站在绝缘板上。4)注意不得将工件等重物压在导线上,防止轧断导线发生触电。(7)工作台上、机床上使用的局部照明灯,其电压不得超过 36V。(8)使用的行灯要有良好的绝缘手柄和金属护罩。灯泡的金属灯口不得外露,引线要采用有护套的双芯软装,并装有“T”形插头,防止插入高电压的插座上。行灯的电压在一般场所,不得超过 36V,在特别危险的场所,如锅炉、金属容器内、潮湿的地沟处等等,其电压不得超过 12V。(9)在一般情况下,禁止使用临时线。如必须使用时,必须经过机动部门和安技部门批准。同时临时线应按有关安全规定装好。不得随便乱拉乱拽。同时应按规定时间拆除。(10)在进行

15、容易产生静电火灾、爆炸事故的操作时(如使用汽油洗涤零件、擦拭金属板材等等)必须有良好的接地装置,以便及时导除聚集的静电。(11)在雷雨天,不要走近高压电杆、铁路、避雷针的接地导线周围 20m 之内,以免雷击时雷电流入地下产生跨步电压触电。(12)在遇到高压电线断落到地面时,导线断落点周围 10m 以内,禁止人员入内,以防跨步电压触电。如果此时已有人在 10m 之内,为了防止跨步电压触电,不要跨步奔走,应用单足或并足跳离危险区。(13)发生电气火灾时,应立即切断电源,用黄砂、二氧化碳、四氯化碳等灭火器材灭火,切不可用水或泡沫灭火器灭火,因为它们有导电的危险。救火时应注意自己身体的任何部分及灭火器

16、具不得与电线、电气设备接触,以防发生触电。(14)在打扫卫生、擦试设备时,严禁用水去冲洗电气设施,或者用湿抹布去擦试电气设施,以防发生短路和触电事故。第二章 常用电工仪表的种类、 特点及用途第一节 1. 电工仪表概述电气设备的安装、 调试及检修过程中, 要借助各种电工仪器仪表对电流、电压、 电阻、 电能、 电功率等进行测量, 称之为电工测量。 2. 电工仪表的分类电工仪表的种类繁多, 分类方法也各有不同。 按照电工仪表的结构和用途,大体上可以分为以下五类。(1) 指示仪表类: 直接从仪表指示的读数来确定被测量的大小。 (2) 比较仪器类: 需在测量过程中将被测量与某一标准量比较后才能确定其大小

17、。 (3) 数字式仪表类: 直接以数字形式显示测量结果, 如数字万用表、 数字频率计。(4) 记录仪表和示波器类: 如 X-Y 记录仪、 光线示波器。 (5) 扩大量程装置和变换器: 如分流器 、 附加电阻、 电流互感器、 电压互感器。 第二节 测量仪表的选用1). 电流的测量电流表是用来测量电路中的电流值的, 按所测电流性质可分为直流电流表、 交流电流表和交直流两用电流表。 就其测量范围而言, 电流表又分为微安表、 毫安表和安培表。 电流表扩大量程电路2) 电流表的使用。在测量电路电流时, 一定要将电流表串联在被测电路中。 磁电式仪表一般只用于测量直流电流, 测量时要注意电流接线端的“+”

18、、 “-”极性标记, 不可接错, 以免指针反打, 损坏仪表。 对于有两个量程的电流表, 它具有三个接线端, 使用时要看清楚接线端量程标记, 根据被测电流大小选择合适的量程, 将公共接线端一个量程接线端串联在被测电路中3) 电流表常见的故障及处理方法。电流表比较常见的故障是表头过载。 当被测电流大于仪表的量程时, 往往使表中的线圈、 游丝因过热而烧坏或使转动部分受撞击损坏。 为此, 可以在表头的两端并联两只极性相反的二极管, 以保护表头。电流互感器的二次侧绝对不允许断路; 二次侧必须接地。 4) 钳形电流表通常,当用电流表测量负载电流时, 必须把电流表串联在电路中。 但当在施工现场需要临时检查电

19、气设备的负载情况或线路流过的电流时, 如果先把线路断开, 然后把电流表串联到电路中, 就会很不方便。 此时应采用钳形电流表测量电流, 这样就不必把线路断开, 可以直接测量负载电流的大小了。钳形电流表 1-被测导线2-铁心3-二次线圈4-表头5-量程调节开关6-胶木手柄7-铁心开关钳形电流表的工作原理:钳形电流表是根据电流互感器的原理制成的, 其外形像钳子一样, 如图所示。 第三节 电压的测量电压表是用来测量电路中的电压值的, 按所测电压的性质分为直流电压表、 交流电压表和交直两用电压表。 就其测量范围而言, 电压表又分为毫伏表、 伏特表。 RLIA RF I E12345671 2 3 4 5

20、 6 7 1) 电压表的选择电压表的选择原则和方法与电流表的选择相同, 主要从测量对象、 测量范围、 要求精度和仪表价格等方面考虑。 2) 电压表的使用用电压表测量电路电压时, 一定要使电压表与被测电压的两端并联, 电压表指针所示为被测电路两点间的电压3) 电压表的选择和使用注意事项电压表及其量程的选择方法与电流表相同, 量程和仪表的等级要合适。 电压表必须与被测电路并联。 直流电压表还要注意仪表的极性, 表头的“+”端接高电位, “-”端接低电位。 电压互感器的二次侧绝对不允许短路;二次侧必须接地。 第三节 功率的测量1) 功率表的选择在选择功率表时, 首先要考虑的是功率表的量程, 必须使其

21、电流量程能允许通过负载电流, 电压量程能承受负载电压。2)功率表的使用(1) 功率表的正确接线。电动式功率表指针的偏转方向是由通过电流线圈的电流方向决定的, 如果改变其中一个线圈中电流的方向, 指针就将反转。 功率表的连接(2) 三相平衡负载电路总功率的测量。 三相平衡负载的每相负载所消耗的功率相同, 只需用一只功率表测量一相负载的功率, 然后乘以 3 即可得三相总功率。 (3) 三相四线制电路总功率的测量。在三相四线制电路中, 三相负载不平衡, 要测量其总功率需使用三只功率表。 第四节 万用表万用表又叫多用表、 复用电表, 它是一种可测量多种电量的多量程便携式仪表。 由于它具有测量种类多,

22、测量范围宽, 使用和携带方便, 价格低等优点, 因而常用来检验电源或仪器的好坏, 检查线路的故障, 判别元器件的好坏及数值等, 应用十分广泛下面分别讲述指针式、 数字式万用表的结构和使用方法。 1) 指针式万用表下面以电工测量中常用的 500 型万用表为例, 说明其工作原理及使用方法。500 型万用表的表头灵敏度为 40 A, 表头内阻为 3000 , 其主要性能见表 2-4, 外形如图 2.12 所示, 电路原理图如图 2.13 所示。 L L ( a )RWL L ( b )RW表 2-4 500-B 型万用表的性能 图 2.12 500 型万用表外形 使用万用表有以下注意事项: 量程转换

23、开关必须正确选择被测量电量的挡位, 不能放错; 禁止带电01022208561 01 5100024203050401001k10d B5 0 0 A - V - 4 0 0 0 / V2 0 0 0 0 / VA CD C6 0 0 1 m W0 d B =d B2 5 0 0 V *10502.5A1050250500500250VV10kmAV1k10010110050010150A4321转换量程开关; 切忌用电流挡或电阻挡测量电压。 在测量电流或电压时, 如果对于被测量电流、 电压的大小心中无数, 则应先选最大量程, 然后再换到合适的量程上测量。 测量直流电压或直流电流时, 必须注意

24、极性。 测量电流时, 应特别注意必须把电路断开, 将表串接于电路之中。 测量电阻时不可带电测量, 必须将被测电阻与电路断开; 使用欧姆挡时换挡后要重新调零。 每次使用完后, 应将转换开关拨到空挡或交流电压最高挡, 以免造成仪表损坏; 长期不使用时, 应将万用表中的电池取出。 2) 数字式万用表(1)下面以 DT890D 型数字式万用表为例进行介绍。 DT890D 型数字式万用表属中低档普及型万用表, 其面板如图 2.21 所示, 由液晶显示屏、 量程转换开关、 表笔插孔等组成。 液晶显示屏直接以数字形式显示测量结果, 并且还能自动显示被测数值的单位和符号(如 、 k、 M、 mV、 A、 F

25、等) , 最大显示数字为1999。 图 2.21 DT890D 型数字式万用表的外形(2) 参数测量。 电阻的测量。 二极管的测量。 A mU N F U S E D2 0 AM A Xm A C O M V / 2 0 0 m AM A X1 0 0 0 V D C7 0 0 V A CM A X2 02 02 0 0mA 2 0m2A V mh F ECE ECBBE EP N P N P ND T 8 9 0 DP O W E RF2 0 02 k2 0 k2 0 0 k2 M2 0 M2 0 0 M K M m AP n Fm V VA ChF E2 0 0 m2 0 m2 m2 02

26、 0 07 0 01 0 0 02 0 02 022 0 0 m2 2 0 2 0 0 n2 0 n2 0 0 0 pCx hFE 的测量。 交直流电压和电流的测量。 电容量的测量。 数字式万用表使用的注意事项。 使用数字式万用表前, 应先估计一下被测量值的范围, 尽可能选用接近满刻度的量程, 这样可提高测量精度。 数字式万用表在刚测量时, 显示屏的数值会有跳数现象, 这是正常的(类似指针式表的表针摆动) , 应当待显示数值稳定后(不超过 12 s) , 才能读数。 数字万用表的功能多, 量程挡位也多。 用数字万用表测试一些连续变化的电量和过程, 不如用指针式万用表方便直观。 测 10 以下的

27、精密小电阻时(200 挡) , 先将两表笔短接, 测出表笔线电阻(约 0.2 ) , 然后在测量中减去这一数值。 尽管数字式万用表内部有比较完善的各种保护电路, 使用时仍应力求避免误操作, 如用电阻挡去测 220 V 交流电压等, 以免带来不必要的损失。 为了节省用电, 数字万用表设置了 15 min 自动断电电路, 自动断电后若要重新开启电源, 可连续按动电源开关两次。 第五节 兆欧表兆欧表(又叫摇表)是一种简便、 常用的测量高电阻的仪表, 主要用来检测供电线路、 电机绕组、 电缆、 电器设备等的绝缘电阻, 以便检验其绝缘程度的好坏。 常见的兆欧表主要由作为电源的高压手摇发电机和磁电式流比计

28、两部分组成, 兆欧表的外形与工作原理如图 2.22 所示。 图 2.22 兆欧表的外形与工作原理(a) 外形; (b) 工作原理在使用兆欧表前应进行以下准备工作: (1) 检查兆欧表是否正常。 (2) 检查被测电气设备和线路, 看其是否已全部切断电源。 (3) 测量前应对设备和线路先行放电, 以免设备或线路的电容放电危及人身安全和损坏兆欧表, 同时还可以减少测量误差。 0 N M 2 M 12 1I 2I 1 R x R y S I M U( b )( a ) 直 流发 电 机RARVRxNS12屏 G线 L地 E+兆欧表的正确使用要点如下: (1) 兆欧表必须水平放置于平稳、 牢固的地方,

29、以免在摇动时因抖动和倾斜产生测量误差。 (2) 接线必须正确无误, 接线柱“E” (接地) 、 “L”(线路)和“G” (保护环或称屏蔽端子)与被测物的连接线必须用单根线, 要求绝缘良好, 不得绞合, 表面不得与被测物体接触。 (3) 摇动手柄的转速要均匀, 一般规定为 120 r/min, 允许有20%的变化,但不应超过 25%。 通常要摇动 1 min 待指针稳定后再读数。 (4) 测量完毕, 应对设备充分放电, 否则容易引起触电事故。 (5) 严禁在雷电时或附近有高压导体的设备上测量绝缘电阻, 只有在设备不带电又不可能受其他电源感应而带电的情况下才可进行测量。 (6) 兆欧表未停止转动之

30、前, 切勿用手去触及设备的测量部分或兆欧表接线柱。 (7) 兆欧表应定期校验, 其方法是直接测量有确定值的标准电阻, 检查其测量误差是否在允许范围之内。 第三章 直流电路应用一、项目目的:掌握直流电路及各个物理量基本知识,普通照明灯电路接线,检修。绘制电路图,能分析电路并熟练计算。二、项目任务任务 1:绘制手电筒的电路图并分析计算任务 2:教室照明电路的绘制及检修三、教学方法老师讲课,学生绘制电路图。第一节 电路及基本物理量1. 电路的组成及功能电路的组成电路是为了某种需要而将某些电工设备或元件按一定方式组合起来的电流通路。由电源、负载和中间环节(导线和控制器件)3 部分组成。电源是提供电能的

31、设备,其作用是将其他形式的能量转换为电能。如干电池、发电机等。负载是用电能设备,其作用是将电能转换为其他形式的能量。如电灯、电炉、电动机等。中间环节在电路中起传递、分配和控制电能的作用。就是开关和连接导线。电路的主要功能及目的:一:进行能量的转换、传输和分配。二:实现信号的传递、存储和处理。直流电路是电压和电流的大小及方向不随时间变化的电路。如手电筒电路。U 、 I 分别表示。交流电路是电压和电流的大小及方向随时间变化的电路。、 分别表示。2电流电流电荷的定向移动形成电流。电流大小:单位时间内通过导体截面的电量大写 I 表示直流电流小写 i 表示电流的一般符号正电荷运动方向规定为电流的实际方向

32、。电流的方向用箭头或双下标变量表示。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。电流的单位:单位是安培,简称安(A) 。还有毫安(mA) 、微安(uA) 。1 A =103 mA =106 uA 其上式可改写为:tqI 3电压、电位和电动势1)电压 电路中 a、b 点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。2)电位 电路中某点的电位定义为单位正电荷由该点移至参考点电场力所做的功。电路中 a、b 点两点间的电压等于 a、b 两点的电位差。电压的实际方向规定由电位高处指向电位低处。与电流方向的处理

33、方法类似,可任选一方向为电压的参考方向dtqiI正 值I负 值(a) (b )dqWubaab VVU+ u 1 a b u 2 +a b例: 当 ua =3V ub = 2V 时u1 =1V u2 =1V最后求得的 u 为正值,说明电压的实际方向与参考方向一致,否则说明两者相反。电压用大写字母 U 表示。单位为伏特,简称伏(V)也可用千伏(kV) 、毫伏(mV) 、微伏(uV) 。1 kV=103 mv=106 uV对一个元件,电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定,但为了方便起见,常常将其取为一致,称关联方向;如不一致,称非关联方向。如果采用关联方向,在标示时标出一种即可。如果采

34、用非关联方向,则必须全部标示。3)电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功,称为电源的电动势。电动势的实际方向与电压实际方向相反,规定为由负极指向正极。单位是 V4电功率电场力在单位时间内所做的功称为电功率,简称功率。功率与电流、电压的关系:关联方向时: 非关联方向时:p =ui p = ui p0 时吸收功率, p0 时放出功率。例:求图示各元件的功率.(a)关联方向,P=UI=52=10W,P0,吸收 10W 功率。(b)关联方向,P=UI=5(2)=10W,P0,吸收 10W 功率。例: I=1A,U 1=10V,U 2=6V,

35、U 3=4V。求各元件功率,并分析电路的功率平衡关系。+ u (a ) 关 联 方 向a bi u +(b ) 非 关 联 方 向a bi dqWedtp+ U = 5 V ( a )( b )I = 2 A+ U = 5 V I = - 2 A( c )+ U = 5 V I = - 2 AI A B C + U1 + U3 + 2 qwU解:元件 A:非关联方向,P1=U 1I=101=10W,P10,产生 10W 功率,电源。元件 B:关联方向,P 2=U2I=61=6W,P 20,吸收 10W 功率,负载。P1+P2+P3=10+6+4=0,功率平衡。5.电能电 能 :Power 电

36、能 是 表 示 电 流 做 多 少 功 的 物 理 量 电 能 指 电 以 各 种 形 式 做 功 的 能 力 ( 所 以 有 时 也 叫 电 功 ) 。 分 为 直流 电 能 、 交 流 电 能 , 这 两 种 电 能 均 可 相 互 转 换 。电 能 的 单 位 ,它 的 学 名 叫 做 千 瓦 时 (kW.h)。 在 物 理 学 中 , 更 常 用 的 能 量 单 位 ( 也 就 是 主 单 位 , 有 时 也 叫 国 际 单 位 )是 焦 耳 , 简 称 焦 , 符 号 是 J。 它 们 的 关 系 是 : 1kW.h=3.6106J 电 能 公 式 : W=UIT W=PT 1J =

37、 1VA第二节 电路模型1 电路模型的概念为了便于对电路进行分析计算,常常将实际电路元件理想化,也称模型化,即在一定条件下突出其主要的电磁性质,忽略次要的因素,用一个足以表征其主要特性的理想元件近似表示。由理想电路元件所组成的电路,称为电路模型。常见的电路元件有电阻元件、电容元件、电感元件、电压源、电流源。 电路元件在电路中的作用或者说它的性质是用其端钮的电压、电流关系即伏安关系(VAR)来决定的。 2 理想电路元件1) 电阻元件电阻元件是一种消耗电能的元件。伏安关系(欧姆定律):关联方向时: 符号:u =Ri非关联方向时: 功率:u = Ri2) 电感元件电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件

38、,是实际电感器的理想化模型。伏安关系: 符号:只有电感上的电流变化时,电感两端才有电压。在直流电路中,电感上即使有电流通过,但,相当于短路。称为电感元件的电感,单位是亨利() 。存储能量:3) 电容元件Ri+ u Ruiip22+ u i L dtiui2L1LiW电容元件是一种能够贮存电场能量的元件,是实际电容器的 符号:理想化模型。伏安关系:只有电容上的电压变化时,电容两端才有电流。在直流电路中,电容上即使有电压,但,相当于开路,即 电容具有隔直作用。C 称为电容元件的电容,单位是法拉(F) 。存储能量:4) 理想电压源(1)伏安关系 (2)特性曲线与符号 u=uS 端电压为 us, 与流

39、过电压源的电流无关,由电源本身确定,电流任意,由外电路确定。5) 理想电流源(1)伏安关系 (2)特性曲线与符号i=iS流过电流为 is, 与电源两端电压无关,由电源本身确定,电压任意,由外电路确定。3. 实际电源的两种模型可见一个实际电源可用两种 实际电源的伏安特性电路模型表示:一种为电压源 Us和内阻 Ro 串联,另一种为电流源Is 和内阻 Ro 并联。 或实际使用电源时,应注意以下 3 点:(1)实际电工技术中,实际电压源,简称电压源,常是指相对负载而言具有较小内阻的电压源;实际电流源,简称电流源,常是指相对于负载而言具有较大内阻的电流源。(2)实际电压源不允许短路由于一般电压源的 R0

40、 很小,短路电流将很大,会烧毁电源,这是不允许的。平时,实际电压源不使用时应开路放置,因电流为零,不消耗电源的电能。(3)实际电流源不允许开路处于空载状态。空载时,电源内阻把电流源的能量消耗掉,而电源对外没送出电能。平时,实际电流源不使用时,应短路放置,i C+ u dtitCi2C21uWuUsO tU s+ us+ i Is O uis+UsI(b)电 压 源 串 联 内 阻 的 模 型Ro+U+UI(c)电 流 源 并 联 内 阻 的 模 型Is RoIIsUUs0(a)实 际 电 源 的 伏 安 特 性 oIsoRIIs因实际电流源的内阻 R0 一般都很大,电流源被短路后,通过内阻的电

41、流很小,损耗很小;而外电路上短路后电压为零,不消耗电能。第三节 电气设备的额定值及电路的工作状态1 电气设备的额定值额定值是制造厂为了使产品能在给定的工作条件下正常运行而规定的正常容许值。额定值有额定电压 UN与额定电流 IN或额定功率 PN 。必须注意的是,电气设备或元件的电压、电流和功率的实际值不一定等于它们的额定值。2 电路的工作状态1) 、负载状态P=UI:电源输出的功率PE=USI:电源产生的功率P=I 2R0:内阻消耗的功率 2) 、空载状态3) 、短路状态例:设图示电路中的电源额定功率 PN=22kW ,额定电压 UN=220V,内阻R0=0.2, R 为可调节的负载电阻。求:(

42、1)电源的额定电流 IN;(2)电源开路电压 U0C;(3)电源在额定工作情况下的负载电阻 RN;(4)负载发生短路时的短路电流 ISC。解:(1)电源的额定电流为RI0SIU0SIPE I+U SR 0Rabcd+U00S0CPUUI I+ US R0 S R a b c d + U 02E0SSC0IPII I +US R0 R a b c d + U + US R0 S R I + U A10203NUI(2)电源开路电压为:(3)电源在额定状态时的负载电阻为:(4)短路电流为:第四节 简单电路的分析简单电路就是可以利用电阻串、并联方法进行分析的电路。应用这种方法对电路进行分析时,先利用

43、电阻串、并联公式求出该电路的总电阻,然后根据欧姆定律求出总电流,最后利用分压公式或分流公式计算出各个电阻的电压或电流。1.电阻的串联 I R1 + U R2 Rn R I + U + U1 + U2 + Un n 个电阻串联可等效为一个电阻分压公式V240102.02NNS0C RIUU .1NNIR A1202.040SSC RUInRRR21两个电阻串联时2.电阻的并联n 个电阻并联可等效为一个电阻分流公式两个电阻并联时第五节 复杂电路分析复杂电路就是不能利用电阻串并联方法化简,然后应用欧姆定律进行分析的电路。解决复杂电路问题的方法有两种。一种方法是根据电路待求的未知量,URRIRU kk

44、k URR2111RRU212R 1I+UR 2+U 1+U 2I1 I2 InR 1I+UR 2 R n RI+UnRRR1121 IRRUI kkk IRRI2121II 2112 I 1 I 2R 1I+UR 2直接应用基尔霍夫定律列出足够的独立方程式,然后联立求解出各未知量。另一种方法是应用等效变换的概念,将电路化简或进行等效变换后,再通过欧姆定律、基尔霍夫定律或分压、分流公式求解出结果。基尔霍夫定律支路、节点、回路电路中两点之间通过同一电流的不分叉的一段电路称为支路。电路中 3 条或 3 条以上支路的联接点称为节点。电路中任一闭合的路径称为回路。回路内部不含支路的称网孔。图示电路有

45、3 条支路、两个节点、3 个回路、两个网孔。1.基尔霍夫电流定律(KCL)表述一在任一瞬时,流入任一节点的电流之和必定等于从该节点流出的电流之和。所有电流均为正。表述二在任一瞬时,通过任一节点电流的代数和恒等于零。可假定流入节点的电流为正,流出节点的电流为负;也可以作相反的假定。KCL 通常用于节点,但是对于包围几个节点的闭合面也是适用的。例:列出下图中各节点的 KCL 方程解:取流入为正节点 a I1 I4 I60节点 b I2 I4 I50节点 c I3 I5 I60以上三式相加: I1 I2 I3 0 2. 基尔霍夫电压定律(KVL)表述一在任一瞬时,在任一回路上的电位升之和等于电位降之

46、和。所有电压均为正。表述二在任一瞬时,沿任一回路电压的代数和恒等于零。电压参考方向与回路绕行方向一致时取正号,相反时取负号。 对于电阻电路,回路中电阻上电压降的代数和等于回路中的电压源电压的代数和。在运用上式时,电流参考方向与回路绕行方向一致时 iR 前取正号,相反+US1I1R1I2I3R2R3+US2abc d出入 II0II4I2I6I5I3I1abc降升 UU0sUIR时取负号;电压源电压方向与回路绕行方向一致时 us 前取负号,相反时取正号。KVL 通常用于闭合回路,但也可推广应用到任一不闭合的电路上。例:列出下图的 KVL 方程例:图示电路,已知 U1=5V,U3=3V, I=2A

47、 ,求 U2、 I2、 R1、 R2 和 US。解: I2=U32=32=1.5AU2= U1 U3=53=2VR2=U2 I2 =21.5=1.33 I1=I I2=21.5=0.5A R1=U1 I1 =50.5=10 US= U U1=235=11V例:图示电路,已知 US1=12V,US2=3V, R1=3, R2=9,R3=10,求 Uab。解:由 KCL I3= 0, I1=I2由 KVL I1 R1 I2 R2=US1解得: A19321S2 由 KVL 0S23ab RIIU解得: V123109S232aURI3.基尔霍夫定律在直流电路中的应用1) 、支路电流法支路电流法是以支路电流为未知量,直接应用 KCL 和 KVL,分别对节点和回路列出所需的方程式,然后联立求解出各未知电流。一个具有 b 条支路、 n 个节点的电路,根据 KCL 可列出( n1)个独立的节点电流方程式,根据 KVL 可列出 b(n1)个独立的回路电压方程式。图示电路(1)电路的支路数 b=3,支路电流有 I1 、 I2、 I3 三个。+

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