电工基础课件

模块一电路概念和基本定律电路和电路模型项目1电阻元件的识别项目3项目2电路的基本物理量请说出图示电路有哪几部分组成，并且各有什么作用。项目一电路和电路模型电路有四部分组成，即：一是电源，它的作用是将其他形式的能转化为电能。二是负载，又称为用电器，即将电能转化为其他形式能的装置，确切地说，就是消耗电能的装置。三是控制和保护装置，它的作用是接通或断开电路，或保护电路不被损坏等四是连接导线，连接电源、负载及保护控制装置，它的作用主要是形成传输电能的通道。任务一了解电路的概念和组成图1－2手电筒电路，是指电流通过的路径，因此，电路也叫做网络，它有两个作用：一是传输和转换电能，例如照明电路、电动机电路和电力传输系统等；二是传递和处理信号，例如电视机电路、计算机电路以及各种自动控制电路等。电路通常有三种状态，即：通路、开路和短路。（1）通路：又称闭路。电路构成闭合回路，有电流通过，负载正常工作。（2）开路：又称断路。电路中一处或多处呈断开状态，不能形成闭合回路，电路中没有电流，负载不能工作。（3）短路：又称捷路。由于意外或接线错误，使电源两端的导线直接相连，电源输出的电流不经过负载，只经过连接导线直接流回电源，称为短路。短路时，电路中的电阻很小，致使电流很大，容易损坏电源和导线，甚至引起火灾，短路是应当尽力避免的。电路的状态任务二熟悉电路模型理想元件：将组成电路的实际元器件加以近似化、理想化，保留它的一个主要性质，忽略其次要性质，并用一个足以反应其主要性质的模型来表示，这个模型人们习惯上称它为理想元件。电路模型用理想电路元件表示和代替实际电路元件，按照实际电路的逻辑规律连接，就形成了一种有理想元件构成的电路，我们称之为电路模型图1－3简单电路图图1－4常用元器件的图形符号和文字符号图1－5实验室电工技能考核装置实验室电工技能考核装置项目二电路的基本物理量任务一认识电流电流：电荷有规则的定向运动就形成了电流。通常用单位时间内通过导体横截面的电荷量的多少来表示电流的强弱，即电流强度，简称电流。若用△q表示在△t时间内通过导体横截面的电量，则电流的大小可以表示为电流是通过导体横截面的电量对时间的变化率。如果电流的大小和方向都不随时间变化，则称为恒定电流。这时电流的大小可以用下式表示电流常用的单位还有千安（kA）毫安（mA）和微安（μA），它们之间的进制为1kA=103A=106mA=109μA图1-6用电流表测量电流电流的测量：（1）确定被测量的电流是直流电流还是交流电流，选择相应的直流电流表或交流电流表。（2）估测被测量的电流，合理选择电流表的量程。若用小量程去测大电流，会烧坏电流表，若用大量程测小电流，测量值则误差大，准确度低。没法估计时，可先用大量程试测，然后选择较合适的量程。（3）将电流表串接在被测电路中。注意直流电流表接线柱上标明的“+”、“－”号，要使电流从“+”极流进，“－”极流出，不能接错，否则指针会反偏，甚至损坏电流表。在电工学中，一般规定正电荷移动的方向为电流的方向。在金属导体中，由于移动的是自由电子，因而其运动方向与电流的方向相反，如图1－7所示。参考方向：为了研究方便，给电流假设的一个方向。若求得的值是正值，说明电流的实际方向与参考方向相同；反之，若求得的值是负值，说明电流的实际方向与参考方向相反。图1－7金属导体中电流运动方向图1－8判断电流方向如图1－8所示，设流过导体的电流是0.5A，在图1－8（a）中，参考方向与实际方向相同，Iab=0.5A；在图1－8（b）中，参考方向与实际方向相反,Iab=－0.5A。电流的方向任务二认识电压图1-9正电荷在电场中运动电压又称为电位差，是衡量电场力做功能力强弱的一个物理量。如图1－9所示，若电场力把正电荷q从A点移动到B点，所做的功为WAB，则功与电荷q的比值就称作AB两点间的电压，用UAB表示，即在国际单位制中，功的单位是焦耳（J），电量的单位是库仑（C），电压的单位是伏特（V）。若电场力将1C的电荷从A点移到B点所做的功是1J，则AB两点间的电压就是1V。电压常用的单位还有千伏（kV），毫伏（mV）等，其进制关系为1kV=103V=106mV图1-10用电压表测量电压电路中的电压的大小可以用电压表（伏特表）来测量，如图1－10所示。测量时要注意：（1）交流、直流电压的测量分别使用相应的交流电压表和直流电压表。（2）估测被测量电压时，合理选择电压表的量程。若用小量程去测大电压，会烧坏电压表，若用大量程测小电压，测量值误差大，准确度低。没法估计时，可先用大量程试测，然后用选择较合适的。（3）将电压表并联在被测电路中。注意直流电压表接线柱上标明的“+”、“－”号，要使电流从“+”号流进，“－”号流出，不能接错，否则指针会反偏，甚至损坏电压表。电压的测量图1-12电阻两端的电压电压的方向在电路中有两种表示方法，一是用“+”、“－”号表示，如图1－11（a）所示；另一种是用箭头表示，如图1－11（b）所示。对于负载来说，规定电流流进端为电压的“+”，电流流出端为电压的“－”；对于用箭头表示的，箭头从电流流进端指向电流流出端。在实际方向难以确定的情况下，可以先假设一个参考方向，计算所得的值为正，说明参考方向同实际方向相同；计算所得的值为负，说明参考方向同实际方向相反。对于同一个负载而言，如图1－12所示，有Uab=－Uba。图1－11电压的方向表示电压的方向电压的方向【例1－1】如图1－13所示，若U1=5V，U2=－5V，试说明电流I的正负。解：在图1－13（a）中U1=5V，是正值，说明参考方向同实际方向相同，电流的实际方向是从右端流向左端，与参考方向相同，故而，I取正值。同理可知在图1－13（b）中，U2=－5V，是负值，说明电压的参考方向与实际方向相反，电压的实际方向应是由右指向左，电流的实际方向也应由右指向左，与参考方向相反，故而I取负值。图1－13例1－1图【例题】任务三认识电位如图1－9所示，若以B为参考点，电场力将正电荷q从任意点A移到参考点所做的功WA跟电荷量q的比值，称作A点对参考点B的电位，记作图1-9正电荷在电场中运动电路中任意两点的电位差就是这两点间的电压，即UAB＝VA－VB参考点选择好以后，若计算的电位为正值时，说明其电位高于参考点电位；电位为负值时，说明其电位低于参考点的电位。【例1－2】如图1－14所示，试分析分别以A、B、C三点为参考点时的VA、VB和VC以及UAB、UBC和UAC。图1-14电压的判断解：以A为参考点时有VA＝0V，VB＝－3V，VC＝－4.5V,UAB＝VA－VB＝3V，UBC=VB－VC=1.5V,UAC=VA－VC＝4.5V。同理，当以B为参考点时，有VB＝0V，VA＝3V，VC＝－1.5V,UAB＝VA－VB＝3V，UBC=VB－VC=1.5V，UAC=VA－VC＝4.5V。当以C为参考点时，有VC＝0V，VA＝4.5V，VB＝1.5V,UAB＝VA－VB＝3V，UBC=VB－VC=1.5V，UAC=VA－VC＝4.5V。【例题】任务四认识电动势电动势是衡量电源将其他形式的能转化为电能的能力大小物理量，其定义为：在电源内，非电场力将单位正电荷从电源的负极经电源内部移到电源的正极所做的功，称为电动势。对直流电动势，表示为电动势的单位是伏特（V）。电动势的方向，一般规定为电动势在电源内部由电源负极指向正极。图1－15E和UAB方向的不同图1－16电动势的表示方法【例1－3】如图1－18所示，已知电动势E＝3V，试写出电压U的数值。解：图（a）中，电压与电动势规定正方向相反时U=E＝3V，图（b）中，电压与电动势规定正方向相同时U=－E=－3V。图1－18简单的电路【例题】任务五认识电功率电功率在数值上等于单位时间内电场力所做的功，即在国际单位中，电压的单位是伏特（V），电流的单位是安培（A），电功率的单位是瓦特（W），简称瓦。常用的单位还有千瓦（kW）、毫瓦（mW），其进制关系为1kW=103W=106mW如图（a）所示，选择元件两端电压U与流过元件的电流I的参考方向一致，称为关联参考方向；如图（b）所示，选择元件两端电压U与流过元件的电流I的参考方向相反，称为非关联参考方向。对于负载而言，常取关联参考方向，对于电源而言，常取非关联参考方向。通过功率计算判断元件消耗功率还是产生功率：（1）关联参考方向：若P=UI＞0，元件消耗功率，是负载；若P=UI＜0，元件产生功率，是电源。（2）非关联参考方向：若P=UI＞0，元件产生功率，是电源；若P=UI＜0，元件消耗功率，是负载。关联和非关联参考方向任务六认识和测量电能活动1了解电能的定义电流流过负载或电源时，若一段时间内电路消耗或产生的电能用W表示，则有W=Pt在国际单位制中，电能的单位是焦耳（J）。工程应用中，电器设备用电量常用千瓦时（kW·h）作为单位，俗称“度”，1度＝1kW·h＝3.6×106J【例1－5】某54cm彩色电视机的功率是75W，平均每天开机3小时，设每度电需交5角4分电费，那么，该用户一个月（30天）要交多少电费？解：消耗电能W=Pt＝75×10－3×3×30＝6.75kW·h需交电费6.75×0.54≈3.65元活动2学习电能的测量图1－22单相电度表【电气原理简介】1.单相电度表用来测量在一段时间内负载消耗的电能，其在单相交流电路中的接法采用跳入式，即：电源的进表线接1，3端钮，出表线分别接2，4端钮。2.利用单相电度表估测负载的有功功率根据电功率和电能的关系可得出式中，P为负载功率，C为电度表每度对应的铝盘转数，n为电度表在t时间内转动的圈数。图1－23单相电度表接线示意图1.按图1－23所示接线，教师检查无误后闭合开关，通电实验。2.记下电度表名牌C的数值，c＝r/kwh。3.估测标称值为（220V,40W）的白炽灯的功率。分别记下铝盘转动5，10，15圈所使用的时间，根据公式计算灯泡消耗功率并取平均值。铝盘所转圈数所用时间（秒）耗电（度）51015【电能测量活动步骤】数据分析表1项目三电阻元件的识别任务一认识电阻和电阻定律导体对电流的阻碍作用称为电阻，用文字符号R来表示。如图1－25所示，图（a）是几种常见的电阻实物，图（b）是图形符号。电阻单位是欧姆，用符号Ω表示，除欧姆外，常用的单位还有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）,其进制关系是1MΩ＝103kΩ＝106Ω图1－25电阻和电阻符号导体的电阻在材料确定的情况下，与导体的长度成正比，与导体的横截面积成反比，这个规律称为电阻定律，用公式表示为其中，ρ是导体的电阻率（定义为长为1m，截面为1mm2的导体在一定温度下的电阻值），单位是欧姆·米（Ωm）；L是导体的长度，单位是米（m）；S是导体的横截面积，单位是平方毫米（mm2）。电阻定律电器设备使用时规定的参数限额称为额定值，如220V和100W分别是额定电压和额定功率。这些限额一般包括额定电压、额定电流和额定功率等。电阻器在使用时，主要考虑额定电阻和额定功率两个因素。任务二掌握电阻器的识别与测试活动1电阻器的三种标称方法如图1－27所示，电阻值用数字与文字直接标出。图1－27用数字与文字直接标出电阻1.直标法用文字、数字和数字符号有规律地组合在一起标志在产品表面，表示电阻值。阻值标志单位符号有：欧姆Ω、千欧kΩ、兆欧MΩ、吉欧GΩ、太欧TΩ。例如，如图1－28中“4K7”表示4.7kΩ，0.33Ω可以标成Ω33，5.1Ω标成5Ω1，2.7MΩ标成2M7。2.文字符号法图1－28用文字符号标出电阻用电阻上不同颜色环来表示不同标称阻值和允许偏差。如图1－29所示。3.色标法图11－29色标法标注电阻颜色有效数字乘数允许偏差/％黑色0100棕色1101±1红色2102±2橙色3103黄色4104绿色5105±0.5蓝色6106±0.25紫色7107±0.1灰色8108白色9109+50/－20金色10－1±5银色10－2±10无色±20附表1不同颜色所表示的数值和允许偏差标称阻值为27×103＝27000Ω＝27kΩ色标举例活动2用万用表测试电阻器一、用指针式万用表测量电阻的方法：1、取一色环电阻，估计它的数值，选择合适的倍率挡（读数时以指针在刻度盘中间位置为最好），将转换开关指向“Ω”项目内的相应倍率挡，如图1－31右上角所示。2、将表笔短接，检查指针是否指在右端零刻度处，如图1－31左上角所示；若不指零，应调节“电阻调零旋钮”使指针指零，如图1－31右下角所示。图1－32测量方法和读数3、将表笔接被测电阻两端，此时指针所指刻度乘以所选定挡位的倍率即为被测电阻的阻值，如图1－32所示。图1－31选量程和调零将数字万用表的黑表笔插入“COM”插孔，红表笔插入“V·Ω”插孔；把量程开关置于“Ω”范围内2KΩ挡位，按下数字万用表的电源开关进行测量，在液晶显示器直接窗口读出数值。若显示屏左端出现“1”，表示测量结果已超出该挡最大值，应转换一个更大量程挡测量如图1－33所示。二、用数字式万用表测量电阻的方法：图1－33选量程、调零与测试（a）测色环电阻（b）测电烙铁的电阻任务二熟悉欧姆定律部分电路的欧姆定律：电路中的电流强度I跟加在这段电路两端的电压U成正比，跟这段电路的电阻R成反比，我们称之为欧姆定律用公式表示如下图1-35包含电源在内的闭合电路全电路欧姆定律：闭合电路中的电流强度跟电源电动势成正比，跟电路的总电阻（外电阻R和内电阻r之和）成反比。这一规律，称为全电路欧姆定律。项目四认识电压源和电流源在电路中，常用来表示实际电源的，一种是理想电压源串联内电阻的模型，称为电压源模型；另一种是理想电流源并联内电阻的模型，称为电流源模型。任务一认识电压源模型电源两端保持固定电压值的电源就称为理想电压源，图1－37所示的两种表示方法。图1－38所示是直流理想电压源的伏安特性曲线，是一条与横轴平行的直线。图1－37理想电压源图1－38直流理想电压源特性曲线我们常把实际电压源等效成一个理想电压源E（或Us）和一个内阻r串联的形式，我们称这种电路模型为电压源模型，如图1－39所示。图1-39电压源模型图1－40不间断电源电压源模型任务二认识电流源模型能够对外电路提供一定电流的装置，我们就可以称它为电流源。一个理想的电流源将对外输送稳定数值的电流，且不受外电阻的影响。理想电流源的特点是：它的电流是定值，其端电压可以是任意值，而且它的端电压由与之相连的外电路决定。理想电流源的表示方法如图1－41（a）所示，图1－41（b）是其伏安特性曲线，从图中可以看出，它的伏安特性曲线也是一条平行于横轴的直线。图1－41理想电流源通常把实际的电流源看作是一个理想电流源IS和内电阻r并联的模型，我们称为电流源模型,如图1－42所示。实际电流源的伏安特性曲线如图1－43所示。电流源模型图1－42电流源模型图1－43电流源的伏安特性曲线