電工技術(shù)及技能訓(xùn)練演示文稿

電工技術(shù)及技能訓(xùn)練演示文稿當前1頁，總共87頁。優(yōu)選電工技術(shù)及技能訓(xùn)練當前2頁，總共87頁。任務(wù)1.1認識實際電路在日常生活或在生產(chǎn)實踐中我們會遇到各種各樣的電氣線路。例如照明線路，收音機線路，電視機線路，廠礦企業(yè)中大量使用各種控制線路等，這些線路我們稱為實際電路。實際電路是指用實際元器件連接成的線路。當前3頁，總共87頁。圖1.1

手電筒的實際電路

圖1.1為手電筒的實際電路，由二節(jié)1.5V的干電池，一只小燈泡，一段輸電導(dǎo)線和一個開關(guān)組成。其中干電池稱為電源，小燈泡稱為負載，開關(guān)稱為控制裝置。當前4頁，總共87頁。(a)手電筒電路

當前5頁，總共87頁。

(b)穩(wěn)壓電源電路

當前6頁，總共87頁。(c)音響控制電路

當前7頁，總共87頁。任務(wù)1.2了解電路模型圖1.1

手電筒的實際電路分析起來還算簡單，如果我們拆開一個電視機，去觀察它的實際電路會感覺眼花繚亂，無論是分析問題或解決問題都無從下手，因此，我們引入電路模型的概念，電路模型是指用電路符號代替實際元器件畫出的圖形，簡稱電路。圖1.2即為手電筒實際電路的電路模型，電路模型簡稱電路。無論簡單電路還是復(fù)雜電路，都是由電源、負載、輸電導(dǎo)線和控制裝置等組成。對電源來講，負載、輸電導(dǎo)線和控制裝置稱為外電路，電源內(nèi)部的一段稱為內(nèi)電路。下面就對電路的組成做簡要介紹。

當前8頁，總共87頁。

（a）手電筒電路模型

當前9頁，總共87頁。

(b)電動剃須刀電路模型

當前10頁，總共87頁。1.2.1電源電源是供應(yīng)電能的裝置，它把其他形式的能轉(zhuǎn)換為電能。例如，汽輪發(fā)電機把機械能轉(zhuǎn)換成電能，干電池把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。

當前11頁，總共87頁。1.2.2負載負載是使用電能的裝置，它把電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能。例如，電燈把電能轉(zhuǎn)換成光能，電爐把電能轉(zhuǎn)換成熱能，電動機把電能轉(zhuǎn)換成機械能。

當前12頁，總共87頁。1.2.3輸電導(dǎo)線輸電導(dǎo)線是電能的傳輸路徑，把電能從一個位置傳輸?shù)搅硪粋€位置。如汽輪發(fā)電機發(fā)出的電能通過輸電導(dǎo)線傳輸?shù)轿覀兊募彝セ驈S礦。

當前13頁，總共87頁。1.2.4控制裝置控制裝置是控制負載是否使用電能的裝置。如它能使電燈亮或暗，電動機?；蜣D(zhuǎn)。自己動手：觀察實際電源、負載、輸電導(dǎo)線、控制裝置（每人一套）

當前14頁，總共87頁。任務(wù)1.3區(qū)別電路狀態(tài)電路一般有三種狀態(tài)：通路狀態(tài)、斷路狀態(tài)和短路狀態(tài)。

當前15頁，總共87頁。1.3.1通路(工作狀態(tài))通路就是電源與負載接成閉合回路，即圖1.3所示電路中開關(guān)合上時的工作狀態(tài)。如忽略導(dǎo)線電阻,負載的電壓降就等于路端電壓。

當前16頁，總共87頁。由上式可見，越小，則越大越接近于，即帶負載能力越強。當前17頁，總共87頁。圖1.3通路(負載工作狀態(tài))當前18頁，總共87頁。1.3.2斷路(非工作狀態(tài))斷路就是電源與負載沒有接成閉合回路，如圖l.4所示電路中的開關(guān)斷開時的工作狀態(tài)。斷路狀態(tài)相當于負載為無窮大，電路的電流為零，即

→∞，→0 當前19頁，總共87頁。圖1.4斷路(開路狀態(tài))

當前20頁，總共87頁。此時電源不向負載供給電功率。這種情況稱為電源空載。電源空載時的端電壓稱為斷路電壓或開路電壓，電源的開路電壓就等于電源電壓。當前21頁，總共87頁。1.3.3短路(故障狀態(tài))

短路就是電源未經(jīng)負載而直接由導(dǎo)線接通成閉合回路，如圖1.5所示。圖1.5中折線是指明短路點的符號。電源輸出的電流就以短路點為回路而不流過負載。若忽略導(dǎo)線電阻，短路時回路中只存在電源的內(nèi)阻RS。這時的電流稱為短路電流。當前22頁，總共87頁。圖1.5短路(故障狀態(tài))當前23頁，總共87頁。因為電源內(nèi)阻RS一般比負載電阻小得多，所以短路電流總是很大。如果電源短路狀態(tài)不迅速排除，則由于電流熱效應(yīng)，很大的短路電流將會燒毀電源、導(dǎo)線以及短路回路中接有的電流表、開關(guān)等甚至引起火災(zāi)。所以電源短路是一種嚴重事故，應(yīng)嚴加防止。當前24頁，總共87頁。為了避免短路事故引起嚴重后果，通常在電路中接入熔斷器(保險絲)或自動斷路器，以便在發(fā)生短路時能迅速將故障電源自動切斷。自己動手：觀察電路的三種狀態(tài)（采用安全電壓觀察，觀察時注意安全，每人一個電路）。當前25頁，總共87頁。任務(wù)1.4了解電路的基本物理量電路模型建立起來以后，要正確分析或計算，還要用到一些基本的物理量。1.4.1電流電流是電荷的定向移動。習(xí)慣上指正電荷運動的方向為電流的實際方向。在電路中某一段電路里電流的實際方向有時很難判定。為了分析電路的方便，引入電流“參考方向”的概念。

當前26頁，總共87頁。

在一段電路或一個電路元件中事先假定一個電流的方向，這個假定的方向叫做電流的“參考方向”。我們規(guī)定：若電流的“參考方向”與實際方向相同，則電流值為正值，即i>0。如圖1.6所示。若電流的“參考方向”與實際方向相反，則電流值為負值，即i<0，如圖1.7所示。

當前27頁，總共87頁。圖1.6電流“參考方向”與實際方向相同

當前28頁，總共87頁。圖1.7電流“參考方向”與實際方向相反

當前29頁，總共87頁。自己動手：觀察直流電流的實際大小和方向（用指針式萬用表測量直流電流，觀察指針偏擺的方向和大小。改變電源的大小和正負極性，再測量一次，觀察指針偏擺的大小和方向。每人一個電路，一塊萬用表）。

當前30頁，總共87頁。電流不僅有方向，還有大小，電流的大小用電流強度來度量，簡稱電流。當前31頁，總共87頁。按照電流的方向和大小可分為兩類：一類是方向和大小均不隨時間變化的電流稱為恒定電流，如圖1.8所示，簡稱直流電流，它的大小在單位時間內(nèi)通過輸電導(dǎo)線橫截面的電荷量是不變的，用I表示，即電流I=（1.1）

當前32頁，總共87頁。圖1.8恒定電流

當前33頁，總共87頁。另一類是方向和大小都隨時間變化的電流稱為變動電流，如圖1.9所示。它的大小在不同時刻通過輸電導(dǎo)線橫截面的電荷量是變化的，用i表示，即電流

i=

（1.2）

當前34頁，總共87頁。圖1.9變動電流

當前35頁，總共87頁。在國際單位制中，電荷q的單位是庫侖，簡稱庫，符號為（C），時間t的單位是秒，符號為（S）,電流i的單位是安培，簡稱安，符號為(A)，有時還用到千安(kA)、毫安(mA)或微安(μA)，換算關(guān)系如下：

當前36頁，總共87頁。lkA=l000A=l03AlmA=l0-3A1μA=l0-6A當前37頁，總共87頁。其中一個周期內(nèi)電流的平均值為零的變動電流稱為交變電流，如圖1.10所示，簡稱交流電流。

當前38頁，總共87頁。圖1.10交變電流

(a)

(b)自己動手：

用示波器觀察交變電流的波形（每人一個示波器）。

當前39頁，總共87頁。1.4.2電壓在外電路中，正電荷受電場力作用由電源的“十”端通過負載移向電源的“—”端，正電荷所具有的電位能逐漸減小，從而把電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能，這個過程電場力做了功，做的功與被移動的電荷量的比值稱為兩端間的電壓。電壓的方向在內(nèi)電路是由“—”指向“十”，在外電路是由“十”指向“—”。當前40頁，總共87頁。當電壓的“參考方向”與實際方向一致時，電壓值為正，即u＞0；反之，當電壓的“參考方向”與實際方向相反時，電壓值為負，即u＜0，如圖1.11所示。

當前41頁，總共87頁。圖1.11電壓的“參考方向”與實際方向的關(guān)系

(a)(b)當前42頁，總共87頁。電壓不僅有方向也有大小，按照方向和大小也分為兩類：一類是方向和大小均不隨時間變化的電壓稱為恒定電壓，簡稱直流電壓，它的大小：任一時間電場力對單位電荷做的功，用U表示，即電壓

U=

(1.3)

當前43頁，總共87頁。另一類是方向和大小都隨時間變化的電壓稱為變動電壓，其中一個周期內(nèi)電壓的平均值為零的變動電壓稱為交變電壓，簡稱交流電壓，它的大?。涸诓煌瑫r間內(nèi)電場力對單位電荷做的功，用u表示，即電壓

u=

(1.4)

當前44頁，總共87頁。在國際單位制中，功W的單位為焦耳，簡稱焦，符號為（J）。電荷q的單位是庫侖，簡稱庫，符號為（C）。電壓u的單位是伏特，簡稱伏，符號為(v)。有時還需要用千伏(kv)，毫伏(mv)或微伏(μv)作單位。換算關(guān)系如下：

lkV=l000V=l03VlmV=l0-3V1μV=l0-6V當前45頁，總共87頁。一般情況下，電流參考方向的假定與電壓參考方向的假定是無關(guān)的。但是為了方便起見，對一段電路或一個電路元件，如果假定電流的參考方向與電壓的參考方向一致，即假定電流從標以電壓“十”極性的一端流入，從標以電壓“—”極性的另一端流出，則把電流和電壓的這種參考方向稱為關(guān)聯(lián)參考方向，簡稱關(guān)聯(lián)方向，如圖1.12所示。

當前46頁，總共87頁。圖1.12關(guān)聯(lián)參考方向

當前47頁，總共87頁。自己動手：觀察直流電壓的實際大小和方向（用指針式萬用表測量直流電壓，觀察指針偏擺的方向和大小。改變電源的大小和正負極性，再測量一次，觀察指針偏擺的大小和方向。每人一個電路，一塊萬用表）。

當前48頁，總共87頁。1.4.3功率直流電情況下，在時間t內(nèi)，電壓UAB使電荷q從A點移到B點形成電流I并做了功WAB。我們稱單位時間內(nèi)做的功為電功率，簡稱功率，功率用符號P表示，公式如下：

P＝

＝（1.5）UI＝當前49頁，總共87頁。在電壓和電流關(guān)聯(lián)參考方向下，當計算出功率值為正，即P＞0時，表明元件是吸收或消耗電能；當計算出功率值為負，即P＜0時，表明元件是發(fā)出電能，若在非關(guān)聯(lián)參考方向下，即

P＝—UI當前50頁，總共87頁。這樣規(guī)定之后，若P＞0時，表明元件吸收或消耗電能；若P＜0時，表明元件發(fā)出電能。在國際單位制中，功率的單位為瓦特，簡稱瓦，符號為(W)。有時還用到千瓦(kW)。功率只有正負，沒有方向。換算關(guān)系如下：lkW=l000W=l03W當前51頁，總共87頁。自己動手：用相同電壓的電池、不同功率的燈泡觀察燈泡亮度。通電一段時間后斷電測量電池的電壓（每人一個安全電壓電路，一塊萬用表）。

當前52頁，總共87頁。1.4.4電能在實際應(yīng)用中，常用到電能這個物理量，電能的單位常用千瓦小時(kW·h)或度表示，lkW·h的電能通常叫做一度電。一度電為lkW×lh=1000W×3600s=3.6×106J。在直流電路中，負載上的功率不隨時間變化，則電路消耗的電能為

W=Pt

（1.6）

當前53頁，總共87頁。若功率的單位為W，時間的單位為s，則電能的單位為焦耳(J)。自己動手：用相同電壓的電池、不同功率的燈泡，在相同時間內(nèi)測量燈泡溫度（每人一個安全電壓電路，一塊萬用表，一只溫度計）

當前54頁，總共87頁。1.4.5電阻電荷在電場力作用下沿輸電體作定向運動時要受到阻礙作用，這種阻礙作用稱為輸電體的電阻，用符號R來表示。電阻的單位是歐姆(Ω)。有時用到千歐(kΩ)、兆歐(MΩ)。換算關(guān)系如下：lkΩ=l000Ω=l03Ω1MΩ=l06Ω當前55頁，總共87頁。通過實驗可知，當溫度一定時輸電體的電阻不僅與它的長度和橫截面積有關(guān)，而且與輸電體材料的電阻率有關(guān)。即

R＝ρ

（1.7）

當前56頁，總共87頁。式中L為輸電體的長度，單位為米(m)；S為輸電體的橫截面積，單位為平方毫米(mm2)；ρ為輸電體的電阻系數(shù)，單位為Ω·mm2/m。

電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)，用G來表示，電導(dǎo)在國際單位制中單位為西門子，符號為(s)。

G=

當前57頁，總共87頁。電阻是物體本身固有的一種特性。如果我們把物體做成一定阻值的元件，我們稱這種元件為電阻元件，簡稱電阻。自己動手：用電橋測量相同長度、不同截面、同種材料的電阻或測量相同長度、相同截面、不同材料的電阻，驗證電阻的概念（一人一塊電橋，一人一段導(dǎo)線）。

當前58頁，總共87頁。任務(wù)1.5電流、電壓、電阻之間的關(guān)系（歐姆定律）我們已經(jīng)知道由于電壓的作用在閉合回路中產(chǎn)生了電流，電流的流動又受到輸電導(dǎo)體電阻的阻礙作用，那么電壓、電流、電阻三者之間是一種什么樣的關(guān)系呢？1827年德國科學(xué)家歐姆通過科學(xué)實驗總結(jié)出：施加于電阻元件上的電壓與通過它的電流成正比，在關(guān)聯(lián)參考方向下，如圖1.13(a)所示。即U＝RI(1.8)當前59頁，總共87頁。我們稱這一規(guī)律為部分電路歐姆定律，簡稱歐姆定律。遵循歐姆定律的電阻為線性電阻，即電阻的大小不隨電壓的高低和電流的大小變化而變化。

當前60頁，總共87頁。圖1.13電壓、電流、電阻三者之間的關(guān)系a)b)

當前61頁，總共87頁。如果電阻元件上電壓的參考方向與電流的參考方向為非關(guān)聯(lián)方向時，如圖1.13(b)所示，則歐姆定律為U＝－RI所以歐姆定律的公式必須與電壓、電流的參考方向配合使用。自己動手：用萬用表測量電阻和通過電阻的電流及電阻上的電壓，驗證三者之間的關(guān)系是否符合歐姆定律（每人一個安全電壓電路，一塊萬用表）。

當前62頁，總共87頁。任務(wù)1.6功率的計算在關(guān)聯(lián)方向下，我們知道功率P=UI，據(jù)歐姆定律，U=RI，則

P=UI=RII=RI2或P=UI=（1.9）當前63頁，總共87頁。在非關(guān)聯(lián)參考方向下P=—UI=—（—RI）I=RI2

或P=—UI=—U（—）從上面看出，對于線性電阻元件來說，無論電壓與電流參考方向是否關(guān)聯(lián)

P＝RI2≥0也就是說，任何時刻電阻元件只能從電路中吸收電能，所以電阻元件是耗能元件。當前64頁，總共87頁。例1.1把一個1KΩ/1W的碳膜電阻誤接到220V電源上，會有什么后果?當前65頁，總共87頁。解：這時碳膜電阻吸收功率為

P=2202/1000=48.4W但是這個碳膜電阻只能承受1W的功率，所以立即引起冒煙起火或碎裂，有可能引起人身傷害。當前66頁，總共87頁。任務(wù)1-7電能的計算在實際應(yīng)用中，常用到電能這個物理量，電能的單位常用千瓦小時（kW·h）或度表示，1kW·h的電能通常叫做一度電。一度電為1kW×1h＝1000W×3600s＝3.6×106J。在直流電路中，負載上的功率不隨時間變化，則電路消耗的電能為W＝Pt

（1.6）若功率的單位為瓦（W），時間的單位為秒（s），則電能的單位為焦耳（J）?！咀约簞邮帧坑孟嗤妷旱碾姵?、不同功率的燈泡，在相同時間內(nèi)測量燈泡溫度（每人一個安全電壓電路，一塊萬用表，一只溫度計）。當前67頁，總共87頁。任務(wù)1.8了解電壓源和電流源電源分電壓源和電流源。當前68頁，總共87頁。1.8.1電壓源電壓是由電壓源產(chǎn)生的。端電壓始終保持不變的電壓源稱為理想電壓源。大多數(shù)實際電壓源如干電池、鉛蓄電池及一般直流發(fā)電機都可近似看作為理想電壓源。其符號如圖1.14(a)所示。理想電壓源的內(nèi)阻Rs=0，輸出的電壓U總是等于它的端電壓Us，其外特性就是U=Us這樣一條水平直線，如圖1.14(b)所示。當前69頁，總共87頁。圖1.14理想電壓源a)

b)當前70頁，總共87頁。而實際電壓源是有內(nèi)阻的，所以實際電壓源可用圖1.15(a)所示的理想電壓源和內(nèi)阻的串聯(lián)組合來表示。我們稱這一規(guī)律為全電路歐姆定律。

當前71頁，總共87頁。圖1.15實際電壓源

a)b)

c)

當前72頁，總共87頁。實際電壓源接上負載后，其端電壓就會降低，如圖1.15(b)所示，其端電壓

U=Us－IRs

由式可知，負載電流越大，端電壓越小。實際電壓源的伏安特性見圖1.15(c)。

當前73頁，總共87頁。1.8.2電流源能輸出恒定電流的電源稱為理想電流源，其符號和伏安特性如圖1.16所示。理想電流源的內(nèi)阻為無窮大，電源輸出的電流等于電源電流，即I=IS，而實際上，電源的電阻不可能無窮大，所以實際電流源可用理想電流源與電阻的并聯(lián)來表示，如圖1.17所示。實際電流源接上負載后電流會有所減小。

當前74頁，總共87頁。圖1.16理想電流源

當前75頁，總共87頁。

圖1.17實際電流源

當前76頁，總共87頁。1.8.3電壓源與電流源的等效互換在電路分析中，為了分析問題的方便起見，有時一個實際電源可以看作理想電壓源和內(nèi)阻串聯(lián)，如圖1.18(a)所示；也可以看作理想電流源和內(nèi)阻并聯(lián)，如圖1.18(b)所示。這就要求在兩者之間進行等效互換，這里所說的等效變換是指外部等效，就是變換前后端口處伏安關(guān)系不變，即A、B兩端口電壓均為U，端口處流出(或流入)的電流I相同。

當前77頁，總共87頁。圖1.18電壓源與電流源的等效互換

a)b)

當前78頁，總共87頁。圖1.18電壓源與電流源的等效互換圖1.18(a)中，其輸出電流為I=圖1.18(b)中，其輸出電流為 I=IS—根據(jù)等效的要求，上面兩個式子中對應(yīng)項應(yīng)該相等，即

IS

或RS2=RS1

（1.10）

當前79頁，總共87頁。

這是實際電壓源與實際電流源等效變換的條件。變換中要注意：如果A點是電壓源的參考正極性，變換后電流源其電流的參考方向應(yīng)指向A點。另外，還必須指出