电工基本知识及技能课件.ppt

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1、电工基本知识及技能,项目1电路基本物理量及其原件识别,项目1 电路基本物理量及其元件识别,【学习目标】 1了解电路的基本组成及各部分的作用； 2理解电动势、电位、电功率的概念； 3掌握电压、电流的概念；理解电压、电流的参考方向； 4. 能够进行简单直流电路的测试。【重点难点】 1电压、电流和电功率的定义、方向的理解和掌握； 2电流和电压的参考方向的理解。 3. 掌握电阻定律、欧姆定律、焦耳定律，了解电阻与温 度的关系。,一、电路的基本结构,1.电路的概念： 电流所流过的路径称为电路。它是为了某种需要由电工设备或元件按一定方式组合起来的。,2.典型的生产任务：电路的结构形式和所能完成的任务是多种

2、多样的，最典型的是照明电路和手电筒电路。,照明电路实物图,照明电路原理图,电路的组成,手电筒电路,手电筒电路实物图,手电筒电路模型图,3.电路的组成,（3）中间环节：,传递信号、传输、控制、分配电能。如连接导线、控制和保护电路的元件，开关、按钮熔断器、接触器、各种继电器等。,电路的基本组成包括以下三个部分：,（1）电源(供能元件)：把其他形式的能转化为电能的装置（产生电能的装置）。如：发电机、干电池、蓄电池等。,（2）负载(耗能元件)：把其他形式的能转化为电能的装置。如：发电机、干电池、蓄电池等。,各种蓄电池和干电池由化学能转换成电能。,电源,汽轮发电机和风力发电机将机械能转换成电能。,如图所

3、示电力网系统,电源: 提供电能的装置,负载: 取用电能的装置,中间环节：传递、分配和控制电能的作用,信号源: 提供信息,信号处理：放大、调谐、检波等,直流电源: 提供能源,负载,电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。,如话筒电路,4. 电路的作用,(1) 实现电能的传输、分配与转换,(2)实现信号的传递与处理,二、电路的状态,1通路（闭路）：电路各部分联接成闭合回路，有电流通过。电气设备或元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转换。,2开路（断路）：电路断开，电路中无电流通过,也称为空载。,下图中开关 S 闭合时为通路； S 断开时为开路。,I =

4、 0；R0I = U0 = 0,根据 U = E - R0I U = E,PS = PL = P0 = 0,3短路（捷路）：电源两端或电路中某些部分被导线直相连接，短路时电流很大，会损坏电源和导线，应尽量避免。输出电流过大对电源来说属于严重过载，如没有保护措施，电源或电器会被烧毁或发生火灾，所以通常要在电路或电气设备中安装熔断器、保险丝等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果。,图中电源短接时为短路。,故障电路,断路：,短路：,电路被切断，没有电流通过,电路中电流很大，会烧坏电源，引起火灾,被短路的用电器不能工作,三、电路模型,1电路图：用规定的图形符号表示电路连接情况的图。（如下图),2电路

5、模型：用理想化元器件模型构成的电路。,将实际电器元件，只考虑其主要物理性质，并近似看成理想元件，就是将实际元件等效成电路模型；,实际电器元件的模型表示，构成了电路模型电路图。,实际电器的模型是在一定的条件下形成的。,例如：一个由导线绕制的线圈就有几种模型形式。,实际线圈,电路是由电特性相当复杂的器件组成的，为了便于使用数学方法对电路进行分析，可将电路实体中的各种电器设备和元器件用一些能够表征它们主要电磁特性的理想元件(模型)来代替，而对它的实际上的结构、材料、形状等非电磁特性不予考虑。,理想元件,理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。,理想无源元件,理想电源元件,由实际电

6、路元件组成的电路称为电路实体。,可将电路实体中各个实际的电路元件都用表征其物理性质的理想电路元件代替。,用理想电路元件组成的电路称为电路实体的电路模型。,理想电路元件,理想电阻元件（电阻）,（一）理想无源元件,理想电容元件（电容）,理想电感元件（电感）,进入理想电源元件,理想电路元件,（一）理想无源元件,返回理想无源元件,1、理想电阻元件,13,（一）理想无源元件,返回理想无源元件,、理想电容元件,14,3、理想电感元件,15,返回理想无源元件,理想电压源,（二）理想电源元件,进入理想无源元件,理想电流源,本身功耗忽略不计，只起产生电能的作用,理想电源元件的两种工作状态,返回理想电源元件,1、

7、理想电压源（恒压源）,特点,17,（二）理想电源元件,返回理想电源元件,1、理想电压源（恒压源）,特点,17,输出电压是由它本身确定的定值，与输出电流和外电路情况无关。输出电流不是定值，与输出电流和外电路情况有关。,（二）理想电源元件,返回理想电源元件,、理想电流源（恒流源）,特点,18,返回理想电源元件,2、理想电流源（恒流源）,输出电流是由它本身确定的定值，与输出电压和外电路情况无关。输出电压不是定值，与输出电压和外电路情况有关。,特点,18,返回理想电源元件,3、理想电源元件的两种工作状态,19,20,实际电源的模型,例题：在图示直流电路中已知理想电压源的电压US3V，理想电流源的电流I

8、S=3A，电阻R=3。求（1）理想电压源的电压和理想电流源的电流；（2）讨论电路的功率平衡关系。,21,手电筒的电路模型,例：手电筒,手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。,今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。,3作用：便于分析计算。,模拟手电筒电路,理想线圈模型,不能忽略线圈损耗的线圈模型,考虑线圈匝与匝之间电容效应的模型,电路图部分常用符号,交流电的实际方向随时间而变，必须规定电流的参考方向。,电流一词既阐述一种物理现象，又表示带电粒子定向运动强弱的物理量。,电流的强弱(或大小)：,电流的单位是安(A)；毫安(mA)、微安(A),1 A = 1

9、03 mA = 106 A,实际方向和参考方向的关系为： 电流实际方向和参考方向相同，电流为正值，反之取负值。如图所示。,电流对负载有各种不同的作用和效应，热和磁效应总是伴随电流一起发生。,电流的作用和效果,电流的作用效果,2.电压与电动势,电压：,维持电路中的电流，必须在它的两端保持电压；,电源在电路中能产生和保持电压; 电源内部的非静电力分离电荷，把其他形式能量转换成电能。,两种不同极性的电荷分离，电荷之间便产生了电压。,要把电荷分离，必须对电荷做功，而做功是由电源完成,的。发电机、电池就是电源。,电压,电场力把单位正电荷从电场中的a 点移动到b 点所作的功称为a、b 两点之间的电压。,实

10、际正方向：高电位指向低电位的方向假定正方向：任意选取的方向,实际方向和参考方向的关系为：,当电压实际方向与参考方向一致时，电压为正，反之，电压为负。如图所示。,发电机把机械能转化为电能，电池把化学能转化为电能。,常见电能转换装置：,(1)电磁感应：,将条形磁铁插入线圈再拔出，在磁铁的运动期间，电压表的指针摆动，利用电磁感应来产生电压。,(2)热电偶:,将一段铜丝和一段康铜丝绞合或焊接起来，用导线接上一个电压表，在铜丝和康铜丝的连接处加热。,铜和康铜张开两端之间产生电压。,(3)光敏元件：通过光来产生电压。,将光敏元件接在电压表上，用光源照射光敏器件，光敏元件的两端就会产生电压。,(4)压电效应

11、：,通过石英晶体的形变产生电压。,将压电晶体与高内阻的电压表相连接；,在其特定的表面施加压力或拉力；,晶体内部电荷将位移，进而产生电压。,反之在晶体上加电压，晶体将产生机械变形。,另外，对绝缘材料摩擦也可以产生电压。,产生电压过程是非静电力对电荷的做功过程，做的功越大，电源把其他形式的能量转化为电能的本领就越大。电源的这种本领用电动势表示 。,电动势：在电源内部，非静电力将正电荷从电源负极移到正极所做的功 WS 与其电量 Q 之比称为电动势，用 E 表示，即,E 的单位是伏(V)WS单位是焦耳(J) Q 的单位是库(C),电动势的方向：规定从电源负极指向电源正极即非静电力移动正电荷方向。,当外

12、电路闭合时，外电路中形成电场，在电场力的作用下，电荷经外电路移动形成电流 I。,静电力移动电荷做功，其大小用电压 U 表示,W：静电力移动电荷做的功；Q: 被移动电荷的电量；U：电压,电压的方向规定为由正极(高电位端)指向负极(低电位端)，单位为伏(V)。,与电流情况类似，电压和电动势未知方向时也可假设参考方向，结合计算结果的正、负来决定其实际方向。在电路分析时，经常采用关联参考方向。也就是说只需假定电流的参考方向，电压的极性按照电流流进为正，流出为负，这样可以简化电路的计算。,3.电位,电路中每一点都有一定的电位。在外电路，电位差形成电流；电流从高电位点流向低电位点。,* 电位用字母 V 表

13、示；,* 不同点电位用字母 V 加 下标表示；,* 衡量电位高低必须有一个计算电位的起点，称零电位点，该点电位为 0 V。,电位的计算,先选定零电位点，(一般用符号“”表示)，电路中任何一点与零电位点之间的电压，就是该点的电位。,例图示电路，E = 10 V， R1 = R2 = 2 ，求各点电位。,解该电路 c 点是零电位点I = 2.5 A，Va= Uac = 10 V，Vb = Ubc = 5 V，Vc = Vd= 0 V,电压等于电位差,例如，Uab = Va - Vb = 5 V,计数器用来记录电能,V、A、Hz 值是电压电流和频率的使用条件,2 500 r/ kWh 表示消耗 1

14、千瓦时(1 度)电能，铝转盘转过 2 500 转。,例额定功率 120 W 彩色电视机，每千瓦时的电费 0.45 元，工作 5 小时电费为多少？,【例1-1】有一功率为 60 W 的电灯，每天使用它照明的时间为 4 小时，如果平均每月按 30 天计算，那么每月消耗的电能为多少度？合为多少 J ?,解：该电灯平均每月工作时间 t = 4 30 = 120 h，则,W = P t = 60 120 = 7200 W h = 7.2 kW h,即每月消耗的电能为 7.2 度，约合为,3.6 106 7.2 2.6 107 J,6、电功率,电功率(简称功率)所表示的物理意义是电路元件或设备在单位时间内

15、吸收或发出的电能。两端电压为 U、通过电流为 I 的任意二端元件(可推广到一般二端网络)的功率大小为,P = UI,功率的国际单位制单位为瓦特(W)，常用的单位还有毫瓦(mW)、千瓦(kW)，它们与 W 的换算关系是,1 mW = 103 W； 1 kW = 103 W,用电设备单位时间消耗的电能叫做电功率，用字母 P 表示，即,单位：瓦(W)、或千瓦(kW),电功率可利用功率表测量。右图为功率表的接线图,例额定电压 220 V， 电流 5 A 的电炉功率为多大？,解P = UI = 220 5 W = 1 100 W,吸收或发出：一个电路最终的目的是电源将一定的电功率传送给负载，负载将电能转

16、换成工作所需要的一定形式的能量。即电路中存在发出功率的器件(供能元件)和吸收功率的器件(耗能元件)。,习惯上，通常把耗能元件吸收的功率写成正数，把供能元件发出的功率写成负数，而储能元件(如理想电容、电感元件)既不吸收功率也不发出功率，即其功率 P = 0。,通常所说的功率 P 又叫做有功功率或平均功率。,电阻与温度的关系,电阻元件的电阻值大小一般与温度有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高 1C 时电阻值发生变化的百分数。,如果设任一电阻元件在温度 t1 时的电阻值为 R1，当温度升高到 t2 时电阻值为 R2 ，则该电阻在 t1 t2 温度范围内的(平均)温度系数

17、为,如果 R2 R1 ，则 0，将 R 称为正温度系数电阻，即电阻值随着温度的升高而增大；如果 R2 R1，则 0，将 R 称为负温度系数电阻，即电阻值随着温度的升高而减小。显然 的绝对值越大，表明电阻受温度的影响也越大。,R2 = R1 1 (t2t1) ,常见线性电阻的外形图,各式各样的电阻,RJ13.14.15型金属膜电阻器RJ13.14.15 Metal film Resistor,厚膜片式电阻器,电阻元件的参数可以用符号直接标注在电阻上，也可使用色环表明。,某电阻色环颜色,解,R = 27 102 = 2 700 ,允许误差 5,电阻色标如图示,依次为红、紫、红、金，求阻值为多少？,

18、例,色环含义：最后一环是允许误差，最后前一环为乘数，前面依次是有效数字。有效数字有两位或三位。,第一条为第一位数第二条为第二位数第三条为乘数第四条为允许误差,电阻色环颜色依次为橙、橙、红、红、棕，求阻值为多少？,想想看,你算对了吗？,第一条为第一位数第二条为第二位数第三条为第三位数第四条为乘数第五条为允许误差,答案：电阻 33 200 ，允许误差 1,6、电容器（电容器是 一种常用的电学仪器）,1）两个绝缘相离很近的导体极板,1.构造：,电介质,2）中间夹一层绝缘物物质电介质,注：任何两个彼此绝缘又相隔很近导体，都可以看成是一个电容器,3）两条引线,锡箔,绝缘纸,1. 定义：电容器所带的电荷量

19、Q与电容器两极板,3.公式：,2.物理意义：表征电容器容纳电荷本领的大小,C=,=,4.单位：,库/伏,1法拉1,法（F） 1 F1C/V,1F106uF1012pF微法(uF)皮法(pF),5影响因素：,数值上等于两板极间的电势差为1V时电容器需要的电荷量,由电容器自身（结构特点）决定，与电荷量Q及U无关,间电势差U的比值，叫做电容器的电容,二、电容 C,三、平行板电容器的电容,C,定义式：,C,理论与精确实验表明,1、平行板电容器C跟介电常数成正比，跟正对面积S成正比，跟极板间的距离d成反比,2、公式：,一般来说，电容器的电容是由两个导体的大小和形状、两个导体的相对位置以及极板间的电介质决

20、定,平行板电容器的电容,常用电容器,1、常用电容器从构造上看，分为固定电容器和可变电容器两类.（1）固定电容器：电容是固定不变的，常用的是以云母、陶瓷、聚苯乙烯等为电介质的电容器和电解电容器,聚丙烯电容器,电解电容器,电解电容器两接线电极有正、负之分，使用时极性不能接错,（2）可变电容器：电容是可以改变的，一般是以改变正对面积来改变电容的,可变电容器,电容器上的标称值：电容器上一般都标有电容器的电容和额定电压值,（1）击穿电压：加在电容器上的电压若超过某一限度，电介质将被击穿，这个极限电压称为击穿电压,（2）额定电压：是指电容器长期工作时所能承受的电压，它比击穿电压要低，电容器上的标称电压是额

21、定电压，电容器在不高于额定电压下工作都是安全、可靠的，不要误认为电容器只有在额定电压下工作才是正常的,7. 电感的识别与检测,电感器，简称电感，是将电能转换为磁能并储存起来的元件，在电子系统和电子设备中必不可少。其基本特性如下：通低频、阻高频、通直流、阻交流。电感在电路中主要用于耦合、滤波、缓冲、反馈、阻抗匹配、振荡、定时、移相等。,1电感的分类电感总体上可以归为两大类：一类是自感线圈或变压器；一类是互感变压器。1.1 电感线圈的外形及特点电感线圈有小型固定电感线圈、空心线圈、扼流圈、可变电感线圈、微调电感线圈等。1.小型固定电感线圈小型固定电感线圈是将线圈绕制在软磁铁氧体的基础上，然后再用环

22、氧树脂或塑料封装起来制成。小型固定电感线圈外形结构主要有立式和卧式两种。,2. 空心线圈空心线圈是用导线直接绕制在骨架上而制成。线圈内没有磁芯或铁芯，通常线圈绕的匝数较少，电感量小。,3. 扼流圈扼流圈常有低频扼流圈和高频扼流圈两大类。（1）低频扼流圈低频扼流圈又称滤波线圈，一般由铁芯和绕组等构成。 （2）高频扼流圈高频扼流圈用在高频电路中，主要起阻碍高频信号的通过。,4.可变电感线圈可变电感线圈通过调节磁芯在线圈内的位置来改变电感量。5.印刷电感器印刷电感器又称微带线，常用在高频电子设备中，它是由印制电路板上一段特殊形状的铜箔构成。,三、万用表的使用,1.正确使用转换开关和表笔插孔,万用表有

23、红与黑两只表笔（测棒），表笔可插入万用表的“ 、”两个插孔里，注意一定要严格将红表笔插入“”极性孔里，黑表笔插入“”极性孔里。测量直流电流、电压等物理量时，必须注意正负极性。根据测量对象，将转换开关旋至所需位置，在被测量大小不详时，应先选用量程较大的高档试测，如不合适再逐步改用较低的档位，以表头指针移动到满刻度的三分之二位置附近为宜。,2.正确读数 万用表有数条供测量不同物理量的标尺，读数前一定要根据被测量的种类、性质和所用量程认清所对应的读数标尺。,3.正确测量电阻值 在使用万用表的欧姆档测量电阻之前，应首先把红、黑表笔短接，调节指针到欧姆标尺的零位上，并要正确选择电阻倍率档。测量某电阻Rx

24、时，一定要使被测电阻不与其它电路有任何接触，也不要用手接触表笔的导电部分，以免影响测量结果。当利用欧姆表内部电池作为测试电源时（例如判断二极管或三极管的管脚），要注意到黑表笔接的是电源正极，红表笔接的是电源负极。,4.测量高电压时的注意事项 在测量高电压时务必要注意人身安全，应先将黑表笔固定接在被测电路的地电位上，然后再用红表笔去接触被测点处，操作者一定要站在绝缘良好的地方，并且应用单手操作，以防触电。在测量较高电压或较大电流时，不能在测量时带电转动转换开关旋钮改变量程或档位。,500型万用表装配图,四、装配工艺,其装配工艺为：,（1） 预热电烙铁，整理元件，按实际元件安装的尺寸将引脚整理成型

25、。,（2）按照装配图，先进行转换开关上元件及连线的焊接。500型万用表的转换开关有两只：左边（从背面看）的一只主要是装电阻挡和电流挡的元件；右边的一只主要用来装直流电压挡、交流电压挡的元件。焊接时，既可以先从左边转换开关开始，也可以先从右边转换开关开始。但是，焊接开关上的元件时，一定要有先后次序，应该从上到下（或从下到上）一层一层地进行，要对好每个元件在开关上的位置，千万不能搞错；然后再焊接本开关上连线及两个开关之间的连线。焊接好后，再仔细对照装配图反复检查元件位置和连线是否正确。,（3）在转换开关上的元件安装好之后，将两个转换开关按照装配图上的位置固定到面板上，位置不能搞错，然后用尖嘴钳拧紧

26、螺母，对好转换开关旋钮的位置并装好。,（4）安装表头上的可变电阻。此电阻是一个绕线电阻，在安装时必须小心地把它折弯装入到表头的一个圆形的槽中。安装时引脚应从槽中向外伸出，如所示。装好后，再将两滑动铜片压在绕线电阻上。,绕线电阻的弯折方向示意图,（5）连接两个转换开关到接线柱、调零电阻，电池及表头的连线。,（6）完成上述步骤后，还要对照原理图、装配图进行仔细的检查，防止在装配时发生装错或遗漏。,直流电桥认识,直流电桥是一种比较式测量仪表，它可以用来测量电阻，还可测量温度、压力等非电量。直流电桥分单臂电桥（惠斯顿电桥）和双臂电桥（凯尔文电桥或汤姆森电桥）。单臂电桥用来精密测量中等阻值范围（1106

27、）的电阻，双臂电桥主要用来测量1以下的小阻值电阻。,通常将R1、R2制成比率臂电阻，将这两只电阻做在一起，用一个转换开关来调整R1/R2之值，而R3则为读数臂电阻，,电压表的使用,调节点,电流表的使用,1、调零：使用前检查指针是否指在零刻度线-调零,测量通过小灯泡的电流时电流表的接法,1、要测量某一部分电路中的电流，必须把电流表串联在这部分电路里,电流表的使用,2、必须使电流 从“十”接线柱流进电流表 从“一”接线柱流出电流表,电流表的使用,、绝对不允许不经过用电器而把电流表直接接到电源的两极上（短路），否则电流表将很快烧坏。,电流表的使用,电流表的使用,、先大后小：,先试用大量程，如电流表的

28、示数,在小量程范围内，再改用小量程。被测电流不能超过电流表的量程 （试触）,第一任务 电阻测量方法的分类1、电阻的分类 工程中 将电阻的大小分为三类，大电阻：0.1M以上，中等电阻：10.1M,小电阻：1以下，另外还有接地电阻。2、电阻的测量方法分类电阻的测量方法有以下三类(1)直接法即采用直读式仪表测量电阻的方法，例如用欧姆表测量电阻就属于直接法。(2)间接法即测量与电阻有关的其他量，然后利用有关公式求出电阻的方法。例如用伏安法测量电阻就属于间接法(3)比较法即采用比较仪表测量电阻的方法，例如用直流单臂电桥测量电阻的方法就属于比较法,第二任务 伏安法测电阻伏安法测电阻：用一只电压表测量电阻两

29、端的电压，用一只电流表测量通过电阻的电流，然后再用欧姆定律求出被测电阻的方法。它分以下两种情况（1） 电压表前接法：时电压表所测的电压包括电流表内阻上的电压和电阻上的电压，电流表所测量的电流为通过电阻的电流。所以采用这种方法计算的电阻为测量结果的绝对误差为 只有当 的情况下,才有 ,所以该方法只适用于被测电阻远远大于电流表内阻的情况。,B、测量电感：a、将“选择测量”电感挡上时，内部电路及接成了马克斯威尔-维恩电桥。如图4-15所示 b、当接上被测电感时，先旋动“量程”开关，把它选到适当的位置上，然后反复调节“读数”开关和“量程”开关直到电桥平衡为止。c、计算被测电感LX和品质因数QXLx=“

30、量程”示值“读数”示值 QX=“损耗倍率”示值“损耗平衡”示值,C、测量电阻a、将“选择测量”电阻挡上时，内部电路及接成了直流单臂电桥。如图4-16所示b、当接上被测电阻时，先旋动“量程”开关，把它选到适当的位置上，然后反复调节“读数”开关和“量程”开关直到电桥平衡为止。c、计算被测电阻RXRx=“量程”示值“读数”示值,（2）电源：在测电阻时采用9V的直流电源，测其它量则采用由晶体振荡器产生的1KHZ的交流电源。（3）检流计：采用磁电系检流计,测量通过小灯泡的电流时电流表的接法,1、要测量某一部分电路中的电流，必须把电流表串联在这部分电路里,电流表的使用,2、必须使电流 从“十”接线柱流进电

31、流表 从“一”接线柱流出电流表,电流表的使用,、绝对不允许不经过用电器而把电流表直接接到电源的两极上（短路），否则电流表将很快烧坏。,电流表的使用,电流表的使用,、先大后小：,先试用大量程，如电流表的示数,在小量程范围内，再改用小量程。被测电流不能超过电流表的量程 （试触）,仪表,电流表,电压表,元件符号,使用规则,接法,接线 柱,量程,能否直接连到电源两极上,学生用表,量程,分度值,读数,V,A,串联,并联,电流从“+”进从“-”出,电流从“+”进从“-”出,不能超过表的量程，先要试触,不能超过表的量程，先要试触,不能,能,00.6安,0.02安,03安,0.1安,03伏,0.1伏,015伏,0.5伏,先看量程再读,先看量程再读,电压表和电流表的异同:,