电工技术教学PPT作者王海燕项目一电路的基本分析与检测复习过程.ppt
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1、电工技术教学PPT作者王海燕项目一电路的基本分析与检测任务1常用电工仪表的认识 1.1电路的基本参数1.电流(1)电流的大小 电流的大小(又称电流强度)规定是:单位时间内通过导体某横截面的电荷量。并以i(或I)表示。如图1-1所示。2022/12/42图1-1导体中的电流 大小和方向随时间做周期性变化的电流称为交变电流,简称交流(AC),用符号i表示。(1-1)2022/12/43 大小与方向都不随时间变化的电流称为直流电流,简称直流(DC),并用符号I表示。则式1-1可写成 (1-2)国际单位制中,电流的单位为安培(A)。此外还常用千安(kA)、毫安(mA)、微安(A)等单位,其换算关系是2
2、022/12/44(2)电流的方向 习惯上,规定正电荷移动方向为电流的正方向。图1-2电流实际方向与参考方向2022/12/452.电压与电位(1)电压 电路中a、b两点间的电压在数值上等于电场力把单位正电荷从a点移动到b点所做的功,以符号uab(或Uab)表示,用公式表示为 (1-3)2022/12/46图1-3电压的参考方向与实际电压方向 习惯上,规定两点间的电压为。有时也可以用字母脚标的先后顺序表示。在复杂电路中,可引用电压的参考方向来帮助分析电路。如图1-3所示。2022/12/47 在电路分析时,如果电压与电流参考方向相同,称为关联参考方向;如果电压与电流参考方向不相同,称为非关联参
3、考方向,如图1-4所示。图1-4关联参考方向与非关联参考方向 2022/12/48 在电路中任意选一个参考点,电场力把单位正电荷从a点移动到参考点所做的功称为a点电位,用符号Va表示。(2)电位 根据电位的定义可得,电路中任意两点之间的电压等于该两点间的电位之差,即 (1-4)2022/12/49图1-5例1.1图 【例1.1】如图1-5所示,试计算:(1)若以O点为参考点,各点的电位以及Ubc;(2)若以a点为参考点,各点的电位以及Ubc;(3)由此可得出什么结论?2022/12/410解解:(1)O点为参考点,则2022/12/411(2)a点为参考点(3)由以上可得到结论 电路中各点电位
4、是随参考点改变而改变的,而电路中任意两点间的电压是不随参考点改变而改变的。2022/12/412 电动势是一个专门描述电源内部特性的物理量。由图1-6可见,为了维持导体中电荷源源不断地移动,电源内必须有一种外力克服电场力将正电荷从b端移到a端,这种非电场力把单位正电荷在电源内部由低电位点b端移到高电位点a端所做的功,称为电动势,用E表示。3.电动势注意:电势的正方向是电源内部从低电位指向高电位。图1-6 2022/12/4134.电功率与电能(1)电功率 电功率就是单位时间内电流所做的功。即 (1-5)在直流电路中,式1-5应写为 (1-6)2022/12/414 对于电路中的元件而言,若其u
5、、i为关联参考方向,则若p0,说明该电路元件吸收了功率;若p 0,说明该电路元件发出(提供)了功率。【例1.2】如图1-7所示,I=2A,U1=12V,U2=-3V,U3=9V,试求各元件吸收(发出)的功率。解解:元件1、2上的电压和电流的参考方向,为关联参考方向,其功率分别为 2022/12/415图1-7 例1.2图 (吸收功率)(发出功率)元件3上的电压和电流的参考方向为非关联参考方向,其功率为 (发出功率)2022/12/416(2)电能电流所做的功称为电能,以符号W(或w)表示,其大小为在直流电路中,式1-7又变为电业部门用千瓦时测量用户消耗的电能。(1-8)(1-7)2022/12
6、/417 万用表有指针式和数字式两种。指针式万用表主要用于直流电流、直流电压、交流电压及电阻等的测量;数字式万用表除了具有指针式万用表的测量功能外,还增加了测量交流电流、电容及电感的功能,而且还可以用来检测二极管的性能、检查电路的通断及测量晶体管的电流放大系数hFE。1.2万用表2022/12/4181.结构(1)表头(2)测量电路 (3)转换开关 一般采用多层、多刀、多掷波段开关或专用转换开关。图1-8MF-30型万用表面板2022/12/419以MF-30型万用表为例介绍。(1)直流电流的测量 将万用表的转换开关旋至直流电流档()区域,这时万用表就相当于一个磁电式直流电流表。其测量原理电路
7、如图1-9所示。注意:注意:测量直流电流时,万用表应串入被测电路,且被测电流应从“+”端流入,从“-”端流出,同时选择合适的量程。2.测量原理2022/12/420 (2)直流电压的测量 将万用表的转换开关旋至直流电压()档的区域,万用表就变成了直流电压表。其测量电路如图1-10所示。图1-9 测量直流电流的原理电路图1-10 测量直流电压的原理电路2022/12/421 (3)交流电压的测量 若把万用表的转换开关旋至交流电压()档位,就可以测量交流电压。其测量电路如图1-11所示,图中 、为整流二极管。(4)电阻的测量 若把万用表的转换开关旋至电阻档()区域,就可以测量电阻。其测量电路如图1
8、-12示,测量电阻需要接人电池(图中的1.5V)。2022/12/422图1-11 测量交流电压的原理电路 图1-12 测量电阻的原理电路 2022/12/423 使用万用表测量电阻时必须注意以下几点:2)不能在电路带电的情况下测量电阻,否则受被测电路电压的影响,不仅不能测到准确的电阻值,而且还可能损坏万用表。3)测量完毕,应将万用表的转换开关放置到交流电压的最高量程档,即500V档。1)测电阻前必须先调零。2022/12/4241.3绝缘电阻表 绝缘电阻表习称兆欧表,俗称摇表。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、电缆等的绝缘电阻,以便检验其绝缘程度的好坏。常见
9、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两部分组成,兆欧表的外形与工作原理如图 1-13所示。2022/12/425图1-13兆欧表的外形与工作原理2022/12/4261)检查绝缘电阻表是否正常。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绝缘电阻表,同时还可以减少测量误差。使用兆欧表前应进行以下准备工作:使用兆欧表前应进行以下准备工作:2022/12/427 1)绝缘电阻表必须水平放置于平稳、牢固的地方,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
10、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。正确使用正确使用兆欧表兆欧表: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%。2022/12/4284)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)绝缘电阻表未停止转动之前,切勿用手去触及设备的待测量部分或绝缘电阻表的接线柱。7)绝缘电阻表应定期校验,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
11、范围之内。2022/12/4291.4电能表 用来测量电能的仪表称为电能表(习称电度表)。电能表除必须具有测量功率的机构外。还应能计算负载用电的时间。并通过计度器把电能自动累计出来。单相感应系电度表是感应系电度表中最简单的种,也是构成其他感应系电度表的基础,其结构如图1-14所示。1.单相有功电能表的结构2022/12/430图1-14单相感应式电能表结构示意图1电压电磁铁2电流电磁铁 3铝盘4转轴5上轴承6下轴承7蜗轮8制动电磁铁 9计度器10接线端子11铭牌2022/12/431图1-15单相电能表的接线2.单相电能表的接线接线盒内有四个接线端子,一船应符合“火线1进2出”和“零线3进4出
12、”的原则接线,“进”端接电源,“出”端接负载,如图1-15所示。2022/12/432任务2电阻元件与欧姆定律2.1电阻元件 1.电阻元件的图形、文字符号 实际电路中的耗能元件均可用电阻元件等效,如白炽灯、电炉等。电阻以R表示,电阻的单位为欧姆,简称欧()。此外还常用千欧(k)、兆欧(M)等单位。图2-1所示为常用电阻的外形图,图2-2所示为电阻的图形符号。2022/12/433图2-1 常用电阻的外形 图2-2 电阻的图形符号 2022/12/4342.电阻的主要参数 电阻的主要参数有两个:电阻标称阻值和误差、额定功率。电阻标称阻值和误差可以通过外表的标识进行判定。电阻外表标识的方法通常有以
13、下两种。(1)直标法 即直接用数字表示电阻的标称阻值和误差,例如电阻上印有“52k 5%”,则表示该电阻的阻值为52k,误差为5%。2022/12/435 (2)色标法 即用不同颜色的色环表示电阻的阻值和误差,也称色码电阻。表2-1为四环电阻色环颜色与数值对照表。2.2欧姆定律 欧姆定律是指流过线性电阻的电流与其端电压成正比的关系。直流电路中,当电阻元件上的电压与电流为关联参考方向时,其关系式为 (2-1)2022/12/436表2-1四环电阻色环颜色与数值对照表2022/12/437如图2-3所示,图中色码电阻的阻值为:。图2-3 色码电阻的标注 图2-4 闭合回路 2022/12/438
14、对于闭合电路,如图2-4所示,回路的电压、电流之间也必须遵守欧姆定律,其计算公式如下 式2-2中的分母是该闭合回路所有电阻的代数和;分子是该闭合回路所有电势的代数和。当电势与电流的方向一致时,电势取“+”,反之取“-”。(2-2)2022/12/439 在介绍基尔霍夫定律之前,先介绍几个有关的名词。图3-1 任务3基尔霍夫定律 1)支路(branch)电路中每个无分支的路径叫做支路。图3-1示电路中有 bae、bce、bde 3 条支路。2022/12/440 2)节点(node)电路中3条或3条以上支路的连接点叫做节点。图3-1示电路中有 b、e 2 个节点。3)回路(loop)电路中任何一
15、个闭合路径叫做回路。图3-1示电路中有baedb、baecb、bdecb 3 个回路。4)网孔(mesh)内部不含支路的回路叫做网孔。图3-1示电路中有 baedb、bdecb 2 个网孔。2022/12/441 1.基尔霍夫电流定律 Kirchholf s Current Law也称为节点电流平衡方程式,简称KCL。其内容为:在任一时刻,对于电路中的任一节点,流过节点的电流的代数和为零。即(3-1)图3-2所示是某电路中的一个节点,如果规定流入节点的支路电流取“+”,流出节点的支路电流取“-”,则有 2022/12/442 式3-2还可以写为式3-3表明,流入一个节点的电流和等于从这个节点流
16、出的电流和。即基尔霍夫电流定律又可表示为 (3-4)(3-2)(3-3)图3-2 基尔霍夫电流定律示例 2022/12/443 基尔霍夫电流定律也可以推广应用于包含几个节点的一个封闭面。例如在图3-3所示的电路中封闭面内有三个节点1、2、3,在这三个节点处,分别有:图3-3 广义节点(3-5)2022/12/444将式3-5中的三个方程相加,得 可见,汇集于任一封闭面的电流的代数和也恒等于零。这种假想的封闭面,叫做电路的广义节点。2022/12/445图3-4例3.1图【例3.1】如图3-4所示,已知I=5A,I1=3A,I4=2A,求I2、I3、I5。2022/12/446 解解:图示电路有
17、4个节点a、b、c、d,根据基尔霍夫电流定律列出各节点的KCL方程。对节点a:I=I1+I2 得 I2=I-I1=(5-3)A=2A 对节点d:I1+I4+I5=0得 I5=-(I1+I4)=-(3+2)A=-5A 对节点c:I3=I+I4 得 I3=I+I4=(5+2)A=7A 核算节点b:I2=I3+I5满足KCL。2022/12/447 2.基尔霍夫电压定律 Kirchholf s Voltage Law也称为回路电压平衡方程式,简称为KVL。其内容为:在任一时刻,对于电路中的任一回路,沿任意给定的绕行方向,组成该回路的所有元件端电压的代数和为零。即 (3-6)【例3.2】图3-5表示一
18、复杂直流电路中的一个回路。已知各元件的电压:U1=2V,U2=3V,U3=4V,试求U4。2022/12/448解解:设回路绕行方向为顺时针方向,由KVL得将已知数据代入上式得图3-5 例3.2图 2022/12/449基尔霍夫电压定律不仅适用于闭合回路,也可以推广应用于假想回路(开口电路)。如图3-6所示的电路,对1、2两点之间可以假想有一个元件与其他元件构成回路,而假想元件的端电压就是U12。图3-6 2022/12/450任务4电源及电源等效变换 1.电压源 理想电压源的电路符号如图4-1所示,其伏安特性如图4-2所示。电压源有两个基本性质:(1)电压源两端的输出电压为恒定值US,因此电
19、压源又称恒压源。(2)通过电压源的电流取决于外电路。2022/12/451图4-1 电压源符号 图4-2 电压源的伏安特性2022/12/452 实际电压源可以看成理想电压源US与电阻 的串联组合,如图4-3(a)所示。其中 称为电压源的内阻。图4-3(b)所示为实际电压源的伏安特性。显然,越小,实际电压源越趋近理想电压源。2022/12/453图4-3 实际电压源模型及伏安特性(a)实际电压源模型(b)实际电压源的伏安特性(a)(b)2022/12/454 解解:1)R 时,US为理想电压源,故 【例4.1】如图4-4所示,已知直流电压源的输出电压US=10V。求:1)R 时的电压U,电流I
20、;2)R=10时的电压U,电流I;3)R0时的电压U,电流I。图4-4 例4.1 2022/12/4552)R=10时,U=US=10V,则3)R0时,U=US=10V,则 2022/12/4562.电流源 理想电流源是由实际电源抽象出来的又一种理想二端电路元件,其电路符号如图4-5所示,箭头指向电流源输出电流的方向,其伏安特性如图4-6所示。2022/12/457 图4-5电流源符号 图4-6 电流源伏安特性 2022/12/458 电流源有两个基本性质(1)电流源的输出电流为恒定值IS,因此电流源又称恒流源。(2)通过电流源的电压取决于外电路。实际电流源可以看成理想电流源IS与电阻的 并联
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