《电工技术基础与技能》课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电工技术基础与技能,演示文稿,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2,简单直流电路,2,简单直流电路,教学重点：,1,理解电动势、端电压、电位的概念。,2,掌握闭合电路的欧姆定律。,3,掌握电阻串联分压关系与并联分流关系。,4,了解万用表的基本构造和基本原理，掌握万用表的使用方法。,5,掌握电阻的测量方法。,6,.,学会分析计算电路中各点电位。,教学难点：,1,运用电阻串联分压关系与并联分流关系解决电阻电路问题、掌握扩大电压表与电流表量程的原理。,2,熟练分析计算电路中各点电位。,2,简单直流电路,2.1,电动势闭合电路的欧姆定律,2.2,电阻的串联,2.3,电阻的并联,2.4,电阻的混联,2.5,万用表,2.6,电阻的测量,2.7,电路中各点电位的计算,单元小结,第一节电动势闭合电路的欧姆定律,一、电动势,二、闭合电路的欧姆定律,一、电动势,电动势通常用符号,E,或,e,(,t,),表示，,E,表示大小与方向都恒定的,电动势,(,即直流电源的电动势,),，,e,(,t,),表,示大小和方向随时间变化的电动势，也可简记为,e,。电动势的国际单位制单位为伏特，记作,V,。,电源电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。,衡量电源的电源力大小及其方向的物理量称为电源的,电动势,。,电动势是一个标量。,电动势的方向规定为从电源的负极经过电源内部指向电源的正极，即与电源两端电压的方向相反。,电动势的大小,等于电源力把单位正电荷从电源的负极，经过电源内部移送到电源正极所作的功。如设,W,为电源中非静电力,(,电源力,),把正电荷量,q,从电源负极经过电源内部移送到电源正极所作的功，则,电动势大小,二、闭合电路的欧姆定律,图中,R,0,表示电源的内部电阻，,R,表示电源外部连接的电阻,(,负载,),。,闭合电路欧姆定律,的数学表达式为,E,RI,+,R,0,I,或,图,2-1,简单的闭合电路,R,0,【,例,2-1】,如图,2-2,所示，当单刀双掷开关,S,合到位置,1,时，外电路的电阻,R,1,=14,，测得电流表读数,I,1,=0.2 A,；当开关,S,合到位置,2,时，外电路的电阻,R,2,=9,，测得电流表读数,I,2,=0.3 A,。试求电源的电动势,E,及其内阻,R,0,。,图,2-2,例题,2-1,R,0,外电路两端电压 ，显然，负载电阻,R,值越大，其两端电压,U,也越大。当,R,R,0,时,(,相当于开路,),，则,U,=,E,；当,R,R,0,时,(,相当于短路,),，则,U,=,0,，此时一 般情况下的电流,(,I,=,E,/,R,0,),很大，电源容易烧毁。,解,:,根据闭合电路的欧姆定律，列出联立方程组,E,=,R,1,I,1,+,R,0,I,1,(,当,S,合到位置,1,时,),E,=,R,2,I,2,+,R,0,I,2,(,当,S,合到位置,2,时,),解得：,R,0,1,，,E,3 V,。本例题给出了一种测量直流电源电动势,E,和内阻,R,0,的方法。,2.2,电阻的串联,一、电阻串联电路的特点,二、应用举例,一、,串联电路的特点,图,2-3,电阻的串联,设总电压为,U,、电流为,I,、总功率为,P,，,1.,等效电阻,:,R,R,1,R,2,R,n,2.,分压关系,：,特例：两只电阻,R,1,、,R,2,串联时，等效电阻,R,=,R,1,R,2,则有分压公式,3.,功率分配,:,二、,应用举例,解：将电灯,(,设电阻为,R,1,),与一只分压电阻,R,2,串联后，接入,U,220 V,电源上，如图,2-4,所示。,【,例,2-3】,有一盏额定电压,U,1,40 V,，额定电流,I,5 A,的电灯，应该怎样把它接入电压,U,220 V,照明电路中？,图,2-4,例题,2-3,解法一：分压电阻,R,2,上的电压,U,2,=,U,U,1,=(,220,40)V,=,180 V,，且,U,2,=,R,2,I,，则,解法二：利用两只电阻串联的分压公式,可得,即将电灯与一只,36,的,分压电阻串联后，接入,U,=220 V,照明电路中即可。,【,例,2-4】,有一只电流表，内阻,R,g,1 k,，满偏电流为,I,g,100,A,，要把它改成量程为,U,n,3 V,的电压表，应该串联一只多大的分压电阻,R,？,解：如图,2-5,所示。,该电流表的电压量程为,U,g,=,R,g,I,g,=,0.1 V,，与分压电阻,R,串联后的总电压,U,n,=,3 V,，即将电压量程扩大到,n,=,U,n,/,U,g,=,30,倍。,利用两只电阻串联的分压公式，,可得,则,上例表明，将一只量程为,U,g,，内阻为,R,g,的表头扩大到量程为,U,n,，所需要的分压电阻,R,=,(,n,1,),R,g,，其中,n,=,(,U,n,/,U,g,),称为电压扩大倍数。,图,2-5,例题,2-4,A,2.3,电阻的并联,一、并联电路的特点,二、应用举例,设总电流为,I,，,总电压为,U,，总功率为,P,。,1.,等效电导,:,G,=,G,1,G,2,G,n,即,一、电阻并联电路的特点,图,2-6,电阻的并联,2.,分流关系：,R,1,I,1,=,R,2,I,2,=,R,n,I,n,=,RI,=,U,3.,功率分配：,R,1,P,1,=,R,2,P,2,=,R,n,P,n,=,RP,=,U,2,I,特例：两只电阻,R,1,、,R,2,并联时，等效电阻,则有分流公式,【,例,2-5】,如图,2-7,所示，电源供电电压,U,=,220 V,，每根输电导线的电阻均为,R,1,=,1,，电路中一共并联,100,盏额定电压,220V,、功率,40 W,的电灯。假设电灯正常发光时电阻值为常数。试求：,(,1,),当只有,10,盏电灯工作时，每盏电灯的电压,U,L,和功率,P,L,；,(,2,),当,100,盏电灯全部工作时，每盏电灯的电压,U,L,和功率,P,L,。,二、应用举例,图,2-7,例题,2-5,解,:,每盏电灯的电阻为,R,=,U,2,/,P,=,1210,，,n,盏电灯并联后的等效电阻为,R,n,=,R,/,n,根据分压公式，可得每盏电灯的电压 ，,功率,(,1,),当只有,10,盏电灯工作时，即,n,=,10,，则,R,n,=,R/n,=,121,，因此,(,2,),当,100,盏电灯全部工作时，即,n,=100,，则,R,n,=,R/n,=12.1,，,【,例,2-6】,有一只微安表，满偏电流,I,g,=100,A,、内阻,R,g,=1 k,，,要改装成量程为,I,n,=0.1A,的电流表，试求所需分流电阻,R,。,图,2-8,例题,2-6,解：如图,2-8,所示，,设,n,=,I,n,/,I,g,(,称为电流量程扩大倍数,),，,根据分流公式可得,I,n,，则,本题中,n,=,I,n,/,I,g,=1000,，,上例表明，将一只量程为,I,g,，内阻为,R,g,的表头扩大到量程为,I,n,，所需要的分流电阻,R,=,R,g,/,(,n,1,),，其中,n,=,(,I,n,/,I,g,),称为电流扩大倍数。,2.4,电阻的混联,一、混联电路分析步骤,二、解题举例,一、混联电路分析步骤,在电路中，既有电阻的串联又有电阻的并联，称为,电阻的混联,。对混联电路的分析和计算大体上可分为以下几个步骤：,1,首先整理清楚电路中电阻串、并联关系，必要时重新画出串、并联关系明确的电路图；,2,利用串、并联等效电阻公式计算出电路中总的等效电阻；,3,利用已知条件进行计算，确定电路的端电压与总电流；,4,根据电阻分压关系和分流关系，逐步推算出各支路的电流或各部分的电压。,二、解题举例,【,例,2-7,】,如图,2-9,所示，已知,R,1,R,2,8,，,R,3,R,4,6,，,R,5,R,6,4,，,R,7,R,8,24,，,R,9,16,，电压,U,224 V,。,试求：,(,1,),电路总的等效电阻,R,AB,与总电流,I,；,(,2,),电阻,R,9,两端的电压,U,9,与通过它的电流,I,9,。,图,2-9,例,2-7,(,2,),利用分压关系求各部分电压：,U,CD,=,R,CD,I,=96 V,，,解,:,(,1,),R,5,、,R,6,、,R,9,三者串联后，再与,R,8,并联，,E,、,F,两端等效电阻,R,EF,(,R,5,R,6,R,9,),R,8,12,R,EF,、,R,3,、,R,4,三电阻串联后，再与,R,7,并联，,C,、,D,两端等效电阻,R,CD,(,R,3,R,EF,R,4,),R,7,12,总的等效电阻,R,AB,R,1,R,CD,R,2,28,总电流,I,U,/,R,AB,（,224/28,）,A,8 A,【,例,2-8】,如图,2-10,所示，已知,R,10,，电源电动势,E=,6 V,，内阻,r,0.5,，试求电路中的总电流,I,。,图,2-10,例题,2-8,的等效电路,解,:,首先整理清楚电路中电阻串、并联关系，并画出等效电路，如图,2-11,所示。,四只电阻并联的等效电阻为,R,e,R,/4,2.5,根据全电路欧姆定律，电路中的总电流为,图,2-11,例题,2-8,的等效电路,2.5,万用表,一、万用表的使用方法,二、万用表使用的主要事项,万用表又称为复用电表。它是一种可以测量多种电量的多量程便携式仪表，由于它具有测量的种类多，量程范围宽，价格低以及使用和携带方便等优点，因此广泛应用于电气维修和测试中。,一般的万用表可以测量,直流电压,、,直流电流,、,电阻,、,交流电压,等，有的万用表还可以测量音频电平、交流电流、电容、电感以及晶体管的,值等。,一、万用表的认识与使用,万用表的表头是进行各种测量的公用部分。表头内部有一个可动的线圈（称为动圈），它的电阻,R,g,称为表头的内阻。动圈处于永久磁铁的磁场中，当动圈通有电流之后会受到磁场力的作用而发生偏转。固定在动圈上的指针随着动圈一起偏转的角度，与动圈中的电流成正比。当指针指示到表盘刻度的满刻度时，动圈中所通过的电流称为满偏电流,I,g,。,R,g,与,I,g,是表头的两个主要参数。,1,直流电压的测量,将表头串联一只分压电阻,R,，即构成一个简单的直流电压表，如图,2-12,所示。,图,2-12,简单的直流电压表,测量时将电压表并联在被测电压,U,x,的两端，通过表头的电流与被测电压,U,x,成正比,在万用表中，用转换开关分别将不同数值的分压电阻与表头串联，即可得到几个不同 的电压量程。,解,:,利用电压表扩大量程公式,R,(,n,1,),R,g,，其中,n,(,U,n,/,U,g,),，,U,g,R,g,I,g,0.15 V,。,(,1,),求,R,1,：,n,1,(,U,1,/,U,g,),16.67,，,R,1,(,n,1,1,),R,g,47 k,(,2,),求,R,2,：把,R,g2,R,g,R,1,50 k,视为表头内阻，,n,2,(,U,2,/,U,1,),4,，则,R,2,(,n,1,),R,g2,150 k,(,3,),求,R,3,：把,R,g3,R,g,R,1,R,2,200 k,视为表头内阻，,n,3,(,U,3,/,U,2,),5,，则,R,3,(,n,5,1,),R,g3,800 k,【,例,2-9】,如图,2-13,所示，某万用表的直流电压表部分电路，五个电压量程分别是,U,1,2.5 V,，,U,2,10 V,，,U,3,50 V,，,U,4,250 V,，,U,5,500 V,，已知表头参数,R,g,3 k,，,I,g,50,A,。试求电路中各分压电阻,R,1,、,R,2,、,R,3,、,R,4,、,R,5,。,图,2-13,例,2-9,(,4,),求,R,4,：把,R,g4,R,g,R,1,R,2,R,3,1000 k,视为表头内阻，,n,4,(,U,4,/,U,3,),5,，则,R,4,(,n,1,),R,g4,4000 k,4 M,(,5,),求,R,5,：把,R,g5,R,g,R,1,R,2,R,3,R,4,5 M,视为表头内阻，,n,5,(,U,5,/,U,4,),2,，则,R,4,(,n,1,),R,g5,5 M,将表头并联一只分流电阻,R,，即构成一个最简单的直流电流表，如图,2-14,所示。设被测电流为,I,x,，则通过表头的电流与被测电流,I,x,成正比，即,分流电阻,R,由电流表的量程,I,g,和表头参数确定,2,.,直流电流的测量,图,2-14,简单的直流电流表,实际万用表是利用转换开关将电流表制成多量程的，,如图,2-15,所示。,图,2-15,多量程的直流电流表,A,万用表测量电阻,(,即欧姆表,),的电路如图,2-16,所示。,3,.,电阻的测量,图,2-16,电阻表原理,A,A,A,可变电阻,R,称为,调零电阻,，当红、黑表笔相接时,(,相当于,被测电阻,R,x,0,),，调节,R,的阻值使指针指到表头的满刻度，,即,万用表电阻挡的零点在表头的满刻度位置上。而电阻无穷大时,(,即红、黑表笔间开路,),指针,在表头的零刻度位置上。,当红、黑表笔间接被测电阻,R,x,时，通过表头的电流为,可见表头读数,I,与被测电阻,R,x,是一一对应的，并且成反比关系，因此电阻表刻度不是线性的。,万用表有红与黑两只表笔（测棒），表笔可插入万用表的“,、,-,”,两个极性插孔里，注意一定要严格将红表笔插入“,”极性插孔里，黑表笔插入“,-,”,极性插孔里。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挡位试测，如不合适再逐步改用较低的挡位，以表头指针移动到满刻度的三分之二位置附近为宜。,1,.,正确使用转换开关和表笔插孔,二、万用表使用的注意事项,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,在使用万用表的电阻挡测量电阻之前，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挡位。测量某电阻,R,x,时，一定要使被测电阻断电且不与其他电路有任何接触，也不要用手接触表笔的导电部分，以免影响测量结果。当利用电阻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,改变量程或挡位。,5,.,万用表的维护,万用表应水平放置使用，要防止受振动、受潮热，使用前首先看指针是否指在机械零位上，如果不在，应调至零位。每次测量完毕，要将转换开关置于空挡位或最高交流电压挡位上。在测量电阻时，如果将两只表笔短接后指针仍调整不到欧姆标尺的零位，则说明应更换万用表内部的电池。长期不用万用表时，应将电池取出，以防止电池受腐蚀而影响表内其他元件。,2.6,电阻的测量,一、电阻的测量方法,二、伏安法测电阻,三、惠斯通电桥,一、,电阻的测量方法,电阻的测量在电工测量技术中占有十分重要的地位，工程中所测量的电阻值，一般是在,10,-6,10,12,的范围内。为减小测量误差，选用适当的测量电阻方法，通常是将电阻按其阻值的大小分成三类，即小电阻,(,1,以下,),、中等电阻,(,1,0.1 M,),和大电阻,(,0.1 M,以上,),。测量电阻的方法很多，常用的分类方法如下：,1,.,按获取测量结果方式分类,(,1,),直接,测阻法,采用直读式仪表测量电阻，仪表的标尺是以电阻的单位（,、,k,或,M,),为,刻度的，根据仪表指针在标尺上的指示位置，可以直接读取测量结果。例如用万用表的电阻挡或兆欧,表等测量电阻，就是直接测阻法。,(,2,),比较测阻法,采用比较仪器将被测电阻与标准电阻器进行比较，在比较仪器中接有检流计，当检流计指零时，可以根据已知的标准电阻器阻值，获取被测电阻的阻值。,(,3,),间接测阻法,通过测量与电阻有关的电量，然后根据相关公式计算，求出被测电阻的阻值。例如得到广泛应用的、最简单的间接测阻法是电流表、电压表法测量电阻（即伏安法）。它是用电流表测出通过被测电阻中的电流，用电压表测出被测电阻两端的电压，然后根据欧姆定律即可计算出被测电阻的阻值。,2,.,按被测电阻的阻值的大小分类,(,1,),小,电阻的测量是指测量,1,以下的电阻。测量小电阻时，一般是选用毫欧表。要求测量精度比较高时，则可选用双臂电桥法测量。,(,2,),中等电阻的测量是指测量阻值在,1,0.1 M,之间的电阻。对中等电阻测量的最为方便的方法是用电阻表进行测量，它可以直接读数，但这种方法的测量误差较大。中等电阻的测量也可以选用伏安法，它能测出工作状态下的电阻值。其测量误差比较大。若需精密测量可选用单臂电桥法。,(,3,),大电阻的测量是指测量阻值在,0.1 M,以上的电阻。在测量大电阻时可选用兆欧表法，可以直接读数，但测量误差也较大。,图,2-17,伏安法测电阻,二、伏安法测电阻,图,2-17,(,a,),是电流表外接的伏安法，这种测量方法的特点是电流表读数,I,包含被测电阻,R,中的电流,I,R,与电压表中的电流,I,V,，所以电压表读数,U,与电流表读数,I,的比值应是被测电阻,R,与电压表内阻,R,V,并联后的等效电阻，,即,(,R,/,R,V,),U,/I,，所以被测电阻值为,如果不知道电压表内阻,R,V,的准确值，令 ，则该种测量方法适用于,R,R,A,的情况，即适用于测量阻值较大的电阻。,三、惠斯通电桥,惠斯通电桥法可以比较准确地测量电阻，其原理如图,2-18,所示。,R,1,、,R,2,、,R,3,为可调电阻，并且是阻值已知的标准精密电阻。,R,4,为被测电阻，当检流计的指针指示到零位置时，称为电桥平衡。此时，,B,、,D,两点为等电位，被测电阻,图,2-18,惠斯通电桥法测量电阻,惠斯通电桥有多种形式，常见的是一种滑线式电桥。,被测电阻为,2.7,电路中各点电位的计算,一、电位参考点,(,即零电位点,),二、电位的定义,一、电位参考点,(,即零电位点,),在电路中选定某一点,A,为,电位参考点,，就是规定该点的电位为零,即,V,A,0,。电位参考点的选择方法是：,(,1,),在工程中常选大地作为电位参考点；,(,2,),在电子线路中,常选一条特定的公共线或机壳作为电位参考点。,在电路中通常用符号“”标出电位参考点。,二、电位的定义,电路中某一点,M,的电位,V,M,就是该点到电位参考点,A,的电压，也即,M,、,A,两点间的电位差，即,V,M,U,MA,计算电路中某点电位的方法是：,(,1,),确认电位参考点的位置；,(,2,),确定电路中的电流方向和各元件两端电压的正、负极性；,(,3,),从被求点开始通过一定的路径绕到电位参考点，则该点的电位等于此路径上所有电压降的代数和。电阻元件电压降写成,RI,形式，当电流,I,的参考方向与路径绕行方向一致时，选取“,”号；反之，则选取“,”号。电源电动势写成,E,形式，当电动势的方向与路径绕行方向一致时，选取“,”号；反之，则选取“,”号。,【,例,2-10,】,如图,2-19,所示电路，已知：,E,1,45 V,，,E,2,12 V,，电源内阻忽略不计；,R,1,5,，,R,2,4,，,R,3,2,。求,B,、,C,、,D,三点的电位,V,B,、,V,C,、,V,D,。,图,2-19,例,2-10,解,:,电路中,A,点为电位参考点,(,零电位点,),，电流方向为顺时针方向,B,点电位：,V,B,=,U,BA,=,R,1,I,=,15,V,C,点电位：,V,C,=,U,CA,=,E,1,R,1,I,=,(,45,15,),V=30 V,D,点电位：,V,D,=,U,DA,=,E,2,R,2,I,=,(,12,12,),V=24 V,必须注意的是，电路中两点间的,电位差,(,即电压,),是,绝对的，不随电位参考点的不同发生变化，即,电压值与电位参考点无关,；而电路中某一点的,电位则是相对电位参考点而言的,，电位参考点不同，该点电位值也将不同。,例如，在上例题中，假如以,E,点为电位参考点，则,B,点的电位变为,V,B,=,U,BE,=,R,1,I,R,2,I,=,27 V,；,C,点的电位变为,V,C,=,U,CE,=,R,3,I,E,2,=,18 V,；,D,点的电位变为,V,D,=,U,DE,=,E,2,=,12,V,。,单元小结,一、闭合电路的欧姆定律,二、电阻的串联,三、电阻的并联,四、万用表,五、电阻的测量,六、电路中各点电位的计算,负载,R,获得最大功率的条件,是,R,=,R,0,，,此时负载的最大功率值,一、闭合电路的欧姆定律,三、电阻的并联,1.,等效电导,:,G,=,G,1,G,2,G,n,即,2.,分流关系：,R,1,I,1,=,R,2,I,2,=,=,R,n,I,n,=,RI,=,U,3.,功率分配：,R,1,P,1,=,R,2,P,2,=,=,R,n,P,n,=,RP,=,U,2,1.,等效电阻,:,R,=,R,1,R,2,R,n,2.,分压关系：,3.,功率分配：,二、电阻的串联,万用表的基本原理是建立在欧姆定律和电阻串联分压、并联分流等规律基础之上的。一般的万用表可以测量直流电压、直流电流、电阻、交流电压等。,五、电阻的测量,1.,直接测阻法,采用直读式仪表测量电阻，仪表的标尺是以电阻的单位,(,、,k,或,M,),为,刻度的，可以直接读取测量结果。例如用万用表的,挡测量电阻，就是直接测阻法。,2.,比较测阻法,采用比较仪器将被测电阻与标准电阻器进行比较，在比较仪器中接有检流计，当检流计指零时，可以根据已知的标准电阻器阻值，获取被测电阻的阻值。,四、万用表,3,.,间接测阻法,通过测量与电阻有关的电量，然后根据相关公式计算，求出被测电阻的阻值。例如得到广泛应用的、最简单的间接测阻法是,伏安法,。它是用电流表测出通过被测电阻中的电流、用电压表测出被测电阻两端的电压，然后根据欧姆定律即可计算出被测电阻的阻值。,。,惠斯通电桥法,可以比较准确地测量电阻，电桥平衡时，被测电阻为,惠斯通电桥有多种形式，常见的是一种滑线式电桥，被测电阻为,在电路中选定某一点,A,为电位参考点，就是规定该点的电位为零,即,V,A,0,。电路中某一点,M,的电位,V,M,就是该点到电位参考点,A,的电压，也即,M,、,A,两点间的电位差，即,V,M,U,MA,。,六、电路中各点电位的计算,