电工技术基础与技能.ppt

电工技术基础与技能 电类专业通用 电工技术基础与技能 电类专业通用 返回 第1章安全用电 第1章安全用电 返回 1 1供电配电系统 电能由发电厂产生 通过输电线输送 最后分配给各个生产单位及其他用户 这就构成了发电 输电和配电的完整系统 发电厂按照所利用的能源种类可分为水力 火力 风力 核子能 太阳能 沼气等几种 现在世界各国建造得最多的 主要是水力发电厂和火力发电厂 我国主要利用火力发电 我国国家标准中规定输电线的额定电压为35kV 110kV 220kV 330kV 500kV等 第1章安全用电 1 1供电配电系统 如下图所示的是一个发电 输电和配电系统的简图 电能通过输电线末端的发电厂变电所分配给各工业企业和城市 工业企业设有区域变电所和工厂变电所 小规模的企业往往只有一个变电所 区域变电所将电能分配到各车间 再由工厂变电所或配电箱 配电板 将电能分配给各用电设备 发电 输电和配电系统简图 第1章安全用电 在工业企业中 用电设备直接使用的电源 绝大多数是低压电源 一般是线电压为380V 中性点接地的三相电源 动力负载一般是对称三相负载 采用三相三线制 照明等单相负载虽在连接时尽量分配在三相上 但很难做到时时对称 因此采用三相四线制 这是应用最多的低压供电系统 电源设备的额定电压一般比用电设备的额定电压高5 以补偿部分线路电压降 例如 用电设备额定电压为380V 而变压器的额定输出电压则为400V 我国交流电力网额定频率为50Hz 偏差不应超过 0 2Hz 1 1供电配电系统 1 2 1常用电工工具 1 2认识电工实训室 第1章安全用电 1 试电笔试电笔是检验导线和电气设备是否带电的一种电工常用工具 是广大电工常用的安全工具 通常分为螺丝刀式和钢笔式两种 其结构图下图所示 试电笔的外形结构 返回 第1章安全用电 1 2认识电工实训室 使用试电笔时 必须按照如右图所示的正确方法进行操作 以手指触及尾部的金属体 使氖管小窗背光朝向自己 便于观察 要防止金属探头部分触及皮肤 以避免触电 当用验电器测试带电体时 电流经带电体 验电器 人体到大地形成通电回路 只要带电体与大地之间的电位差超过60V 验电器中的氖管就会发光 试电笔检测电压的范围为60 500V 试电笔使用时的握法 1 2 1常用电工工具 第1章安全用电 1 2认识电工实训室 2 螺钉旋具螺钉旋具又称螺丝刀 它是一种紧固或拆卸螺钉的工具 按照其功能和头部形状不同可分为一字螺钉旋具和十字螺钉旋具 如下图所示 按握柄材料的不同 又可分木柄和塑料柄两大类 螺钉旋具的外形 1 2 1常用电工工具 3 钳子钳子根据用途可分为 钢丝钳 尖嘴钳 斜口钳 卡线钳 剥线钳和网线压线钳等 1 钢丝钳钢丝钳又叫平口钳 老虎钳 是电工用于剪切或夹持导线 金属丝 工件 金属薄板的常用钳类工具 电工钢丝钳由钳头和钳柄两部分组成 钳头由钳口 齿口 刀口和铡口4部分组成 如下图所示为钢丝钳的外形 第1章安全用电 1 2认识电工实训室 钢丝钳的外形图 1 2 1常用电工工具 钢丝钳的不同部位有不同的用途 钳口用来弯绞或钳夹导线线头或其他金属 非金属物体 齿口用来紧固或松动螺母 刀口用来剪切导线 起拔铁钉或剖削软导线绝缘层 铡口用来铡切电线线芯 钢丝或铅丝等软硬金属 其用途右图所示 第1章安全用电 1 2认识电工实训室 钢丝钳的用途 1 2 1常用电工工具 第1章安全用电 1 2认识电工实训室 2 尖嘴钳及偏口钳 1 尖嘴钳 尖嘴钳的头部尖细 适用于狭小的工作空间操作 尖嘴钳有铁柄和绝缘柄两种 其中绝缘柄为电工用尖嘴钳 绝缘柄的耐压为500V 其外形 构造下图所示 尖嘴钳的外形和构造 1 2 1常用电工工具 第1章安全用电 尖嘴钳的握法如下图所示 尖嘴钳的规格以其全长的毫米数表示 有130mm 160mm 180mm等几种 1 2认识电工实训室 尖嘴钳的握法 1 2 1常用电工工具 第1章安全用电 1 2认识电工实训室 2 偏口钳 偏口钳又称斜口钳或断线钳 其头部扁斜 钳柄有铁柄 管柄和绝缘柄3种型式 其中电工用的绝缘柄断线钳的外形如下图所示 其耐压为1000V 断线钳专供剪断较粗的金属丝 线材及电线电缆等用 偏口钳的外形 1 2 1常用电工工具 第1章安全用电 1 2认识电工实训室 3 剥线钳剥线钳是用于剥落小直径导线绝缘层的专用工具 其外形如下图所示 其钳口部分设有几个咬口 用以剥落不同线径导线的绝缘层 其手柄是绝缘的 耐压为500V 剥线钳外形 1 2 1常用电工工具 4 电工刀 电工刀是用来剖削电线线头 切割木台缺口 削制木槽的专用工具 其外形如下图所示 使用电工刀时 应将刀口朝外剖削 以免伤手 剖削导线绝缘层时 应使刀面与导线成45 角切入 以免割伤导线 第1章安全用电 1 2认识电工实训室 电工刀外形 1 2 1常用电工工具 5 扳手1 活络扳手活络扳手又称活络扳头 是用来紧固和松动螺母的一种专用工具 活络扳手由头部和柄部组成 头部由活络扳唇 呆扳唇 扳口 蜗轮和轴销等组成 其外形如下图所示 旋动蜗轮可调节扳口的大小 第1章安全用电 1 2认识电工实训室 活络扳手外形 1 2 1常用电工工具 第1章安全用电 1 2认识电工实训室 活络扳手的使用方法如下图所示 应注意的是 活络扳手不可反方向用力 以免损坏活络扳唇 也不可用钢管接长手柄来施加较大的扳拧力矩 另外 活络扳手不得当做撬棒或手锤使用 活络扳手的握法 1 2 1常用电工工具 第1章安全用电 1 2认识电工实训室 2 其他常用扳手扳手是用于螺纹连接的一种手动工具 种类和规格很多 下面介绍用于紧固 拆卸六角头螺钉和螺母的几种扳手 主要有固定扳手和套筒扳手 其外形结构如右图所示 固定扳手 套筒扳手 1 2 1常用电工工具 第1章安全用电 1 2认识电工实训室 6 电烙铁常用的电烙铁有外热式和内热式两大类 外热式电烙铁的外形及结构如右图所示 随着焊接技术的发展 已研制出恒温电烙铁和吸锡电烙铁 外热式电烙铁的外形及结构 1 2 1常用电工工具 第1章安全用电 电烙铁的握法和焊锡丝的拿法分别如下图所示 1 2认识电工实训室 电烙铁的握法 焊锡丝的拿法 1 2 1常用电工工具 第1章安全用电 1 2认识电工实训室 使用电烙铁的工作步骤 在手工使用电烙铁焊接时 特别是对初学者来说 一般可采用5步工序法 5步工序为 准备施焊 加热焊件 送入焊丝 移开焊丝 移开电烙铁 如下图所示 焊接工序示意图 1 2 1常用电工工具 第1章安全用电 1 2认识电工实训室 从总体上考虑 电烙铁的选用应遵循下面几个原则 1 电烙铁的形状要适应被焊物面的要求及焊点的密度 2 烙铁头顶端温度应适应焊锡的熔点 通常这个温度应比熔点高30 80 3 电烙铁的热容量应能满足被焊物的要求 4 烙铁头的温度恢复时间应能满足被焊物的要求 1 2 1常用电工工具 第1章安全用电 1 2认识电工实训室 电工仪表是实现电气测量所需仪表的总称 利用电工仪表通过一定的方法获得被求电量实际数值的过程 就是电工测量 电工仪表种类繁多 在电工实训中用到的仪表主要有万用表 指针式和数字式 电压表 电流表 示波器和信号发生器等 如右图所示为常用电工仪表的外形图 常用电工仪表的外形图 1 2 2常用电工仪表 第1章安全用电 1 3安全用电常识 1 3 1人体触电及预防 1 安全用电安全电压是指人体较长时间触电而不会发生触电事故的电压 世界各国对安全电压的规定各不相同 我国规定的安全电压额定等级为36V 24V 12V 6V 在我国一般采用36V安全电压 凡工作在潮湿或危险性较大的场所 应采用24V安全电压 凡工作在条件恶劣或操作者容易大面积接触带电体的场所 应采用不超过12V的安全电压 凡人体浸在水中工作时 应采用6V安全电压 当电气设备采用超过24V的安全电压等级时 仍然需要采取防止直接接触带电体的保护措施 返回 第1章安全用电 1 3安全用电常识 2 常见的触电形式按照人体触及带电体的方式和电流通过人体的途径 触电方式大致有3种 即单相触电 两相触电和跨步电压触电 1 单相触电指人体在地面或其他接地导体上 人体的某一部位触及一相带电体的触电事故 触电大部分都是单相触电事故 单相触电又分中性点接地系统单相触电和中性点不接地系统单相触电 如右图所示 一般来说 前者更具危险性 单相触电示意图 1 3 1人体触电及预防 第1章安全用电 1 3安全用电常识 2 两相触电如下图所示 是指人体两处同时触及两带电体的触电事故 这种触电方式人体承受的电压更高 是最危险的触电 两相触电示意图 1 3 1人体触电及预防 想一想 为什么两相触电比单相触电危险 第1章安全用电 1 3安全用电常识 3 跨步电压触电指人在接地点附近 由两脚之间的跨步电压引起的触电事故 当带有电的电线掉落到地面上时 以电线落地的一点为中心 画许多同心圆 这些同心圆之间有不同的电位差 即电压 跨步电压系指人站在地上具有不同对地电压的两点 在人的两脚之间所承受的电压差 如下图所示 跨步电压与跨步大小有关 人的跨步距离一般按0 8m考虑 跨步电压触电示意图 1 3 1人体触电及预防 第1章安全用电 1 3安全用电常识 3 触电事故的预防总结安全用电经验和教训 应采取以下措施预防触电事故 1 加强安全管理 建立和健全安全工作规程和制度 并严格执行 2 保证电气设备制造质量和安装质量 做好保护接地或保护接零 在电气设备的带电部分安装防护罩 防护网 3 使用 维护 检修电气设备 严格遵守有关安全规程和操作规程 4 尽量不带电作业 特别在危险场所 如高温 潮湿地点 严禁带电工作 必须带电作业时 应该用各种安全防护用具 安全工具 如使用绝缘棒 绝缘夹钳和必要的仪表 戴绝缘手套 穿绝缘靴等 并设专人监护 5 对各种电气设备按照规定进行定期试验 检查和检修 发现故障应及时处理 对不能修复的设备 不可使其带 病 运行 应立即更换 6 根据规定 在不宜使用220 380V电压的场所 应使用12 36V的安全电压 7 禁止非电工人员乱装乱拆电气设备 更不得乱接导线 8 加强技术培训和安全培训 提高安全生产和安全用电水平 1 3 1人体触电及预防 第1章安全用电 1 3安全用电常识 在用电过程中 一旦发生触电事故 应采用安全有效的方法使触电者迅速脱离电源 并迅速组织现场急救 以下为现场急救的一些方法 1 触电急救必须分秒必争 就地用心肺复苏法进行抢救 并坚持不断地进行 同时及早与医疗部门联系 争取医务人员尽快接替救治 2 触电急救时 首先要使触电者迅速脱离电源 3 触电者触及低压带电设备 救护人员应设法迅速切断电源 如拉开电源开关或刀闸 拔除电源插头等 使用绝缘工具 干燥的木棒 木板 绳索等不导电物质解脱触电者 抓住触电者干燥而不贴身的衣服 将其拖开 但一定要避免碰到金属物体和触电者的裸露身躯 戴绝缘手套或将手用干燥衣物等包起绝缘后解脱触电者 救护人员也可站在绝缘垫上或干木板上 绝缘自己进行救护 如果电流通过触电者入地 并且触电者紧握电线 可设法用干木板塞到触电者身下 使之与地面隔离 也可用干木柄斧子或有绝缘柄的钳子等将电线剪断 1 3 2触电急救 第1章安全用电 4 触电者触及高压带电设备 救护人员应迅速切断电源或用适合该电压等级的绝缘工具解脱触电者 5 如果触电者触及断落在地上的带电高压导线 且尚未证实线路无电 救护人员在未做好安全措施前 不能接近断线点 8 10m范围 防止跨步电压伤人 6 触电人员脱离电源后 如神志清醒 应使其就地躺平 严密观察 暂时不要站立或走动 7 触电人员如神志不清 应就地仰面躺平 且确保呼吸道通畅 并用5s时间 呼叫伤员或轻拍其肩部 以判定伤员是否意识丧失 禁止摇动伤员头部呼叫伤员 8 如触电者意识丧失 应在10s内 用看 听 试的方法 判定伤员呼吸 心跳情况 看伤员的脑部 腹部有无起伏动作 用耳贴近伤员的口鼻处 听有无呼气声音 试测口鼻有无呼气的气流 再用两手指轻试一侧喉结旁凹陷处的颈动脉有无搏动 1 3安全用电常识 1 3 2触电急救 第1章安全用电 9 触电伤员呼吸和心跳均停止时 应立即按心肺复苏法就地抢救 所谓心肺复苏法 就是支持生命的3项基本措施 即通畅气道 口对口 鼻 人工呼吸和胸外挤压 分别如下图所示 1 3安全用电常识 人工呼吸法施救图 胸外挤压法施救 1 3 2触电急救 第1章安全用电 1 3安全用电常识 电气火灾的扑救方法有以下几点 1 3 3电气火灾预防 1 先断电后灭火 2 带电灭火的安全要求 带电灭火时 应使用干粉灭火器 二氧化碳灭火器进行灭火 而不得使用泡沫灭火剂或用水泼救 用水枪带电灭火时 宜采用泄漏电流小的喷雾水枪 并将水枪喷嘴接地 灭火人员应戴绝缘手套 穿绝缘靴或穿均压服操作 喷嘴至带电体的距离 110kV及其以下者应不小于3m 220kV及其以上者应不小于5m 使用不导电的灭火剂灭火时 灭火器机体的喷嘴至带电体的距离 10kV及其以下者应不小于0 4m 35kV及其以上者应不小于0 6m 3 充油设备灭火的安全要求 充油设备着火时 应在灭火的同时考虑油的安全排放 并设法将油火隔离 旋转电机着火时 应防止轴和轴承由于着火和灭火造成的冷热不均而变形 并不得使用干粉 砂子 泥土灭火 以防损伤设备的绝缘 第2章直流电路 电阻元件和欧姆定律 返回 电源模型及其等效电路 2 5 2 3 电路及其工作状态电路是电流所经过的路径 由电源 负载 中间环节3部分组成 最简单的电路如右图所示 电源是一节干电池 负载是小灯泡 导线和开关是中间环节 将电池和小灯泡连接起来 形成一个简单的电流通路 实现照明功能 2 1电路和电路模型 第2章直流电路 返回 简单照明电路 2 1 1电路及其工作状态 1 电路 1 电源 电源是一种能产生电能的装置 在日常生产生活中 常用的电源有发电机 蓄电池 干电池等 它们分别把机械能 化学能等转换成电能 如右图所示为干电池 直流发电机 蓄电池等常见电源的实物图 第2章直流电路 各种常用电源电工技术基础与技能 2 1电路和电路模型 2 1 1电路及其工作状态 第2章直流电路 2 负载 负载是消耗电能的设备或者器件 其作用是把电能转化为其他形式的能 例如 电灯 电动机 扬声器等都是负载 3 中间环节 电路中的中间环节起着传输 分配和控制电能的作用 中间环节有的简单 也有的非常复杂 简单的可以只有一根导线 复杂的可以是超大规模集成电路或电力输送线路 而在一般的电路分析中 因为导线的电阻很小 所以常常把导线的电阻视为零 2 1电路和电路模型 2 1 1电路及其工作状态 第2章直流电路 2 电路的工作状态一个电路因导线的不同连接 可有三种不同的工作状态 1 通路 通路就是当电源与用电器接通 电路中有电流通过 电源向用电器输送电能 进行能量转化 又称为有载工作状态 2 断路 断路也称开路 就是电路中没有电流通过 不发生能量转化 又称为空载状态 当电路中的开关处于断开状态时 开路为正常状态 而当开关为闭合状态时 电路仍为开路状态 则属于电路故障 需要对电路进行检修 3 短路 短路就是电源两端被电阻接近零的导体接通 此时电路中的电流比正常通路时的电流大很多 如果没有保护措施 电源或用电器会被烧坏 容易发生火灾 因此 电路中不允许短路状态 2 1电路和电路模型 2 1 1电路及其工作状态 第2章直流电路 通路 断路和短路的状态如下图所示 电路的工作状态 2 1电路和电路模型 2 1 1电路及其工作状态 第2章直流电路 为了研究电路的特性和功能 必须对电路进行科学抽象 用一些模型来代替实际电气元件和设备的外部功能 这种模型称为电路模型 构成电路模型的元件称为理想电路元件 也称为电路元件或者模型元件 用国家规定的电气图形符号 文字符号来表示电路连接情况的图形 称为电路图 2 1电路和电路模型 2 1 1电路及其工作状态 2 2电路的基本物理量 第2章直流电路 1 电流的基本概念只有运动的电荷才能带动电器 物理学上把带电微粒的定向移动叫做电流 电流的大小为单位时间内通过某一导体横截面的电荷量 用I表示电流 q表示电荷量 t表示时间 则计算电流的公式为 式中 q为时间t内通过导体横截面的电荷量 2 2 1电流 返回 2 2电路的基本物理量 第2章直流电路 2 电流的参考方向带电微粒的定向移动形成了电流 则电流是矢量 即有方向的量 通常规定正电荷运动的方向为电流的正方向 负电荷运动的方向为电流的负方向 由此可见 在金属导体内部 电流的方向和电子运动的方向相反 下图所示 电流的方向 2 2 1电流 第2章直流电路 2 2电路的基本物理量 为了方便电路的分析 往往在复杂电路中引入参考方向 其方法是 任意假设某一支路中的电流参考方向 把电流看做代数量 若计算结果为正 则表示电流的实际方向与假设的参考方向相同 若计算结果为负 则表示电流的实际方向与假设的参考方向相反 参考方向在图中用实线箭头标注 实际方向用虚线箭头标注 如下图所示 电流的实际方向与参考方向 2 2 1电流 第2章直流电路 2 2电路的基本物理量 3 电流的类型电流是既有大小又有方向的物理量 大小和方向不随时间变化的电流称为直流电流 用字母 DC 表示 在电路图中用 表示直流电流 大小和方向都随时间变化的电流称为交流电流 用字母 AC 表示 在电路图中用 表示交流电流 如下图所示为两种电流的波形图 电流的类型 2 2 1电流 第2章直流电路 2 2电路的基本物理量 1 电压电压是衡量电场力做功本领大小的物理量 在国际单位制中 电压的单位是伏特 V 如果设正电荷由A点移到B点时电场力所做的功为W 电场力把单位正电荷由A点移到B点所做的功在数值上等于A B两点间的电压 则A B两点间的电压为 式中 UAB为A B两点之间的电压 V W为电场力所做的功 J q为电量 C 2 2 2电压和电位 第2章直流电路 2 2电路的基本物理量 习惯上规定从高电位点指向低电位点为电压方向 实际方向 即电压降的方向 在分析电路时 也应选取电压的参考方向 当电压的实际方向与参考方向一致时 电压为正 U 0 相反时 电压为负 U 0 如右图所示 参考方向在电路图中可用箭头表示 也可用极性 表示 电压的方向图 想一想 为什么夏天用电高峰期灯暗一些 高峰期过后的深夜灯亮一些 2 2 2电压和电位 第2章直流电路 2 2电路的基本物理量 2 电位 电位是度量电势能大小的物理量 在数值上等于电场力将单位正电荷从该点移到参考点所做的功 即 式中 V为电位 V W为电场力所做的功 J q为电量 C 电压为两点间的电位差 用公式表示电压与电位的关系为 式中 UAB为A B两点间的电压 V VA为A点的电位 V VB为B点的电位 V 2 2 2电压和电位 第2章直流电路 2 2电路的基本物理量 2 2 3电动势 电动势是描述电源性质的重要物理量 在电源中 正电荷在电场力作用下不断从电源正极流向电源负极 同样 在电源内部 也有一种力将正电荷从电源负极移动到电源正极 这种力称为非静电力 非静电力不断地把正电荷从电源负极移动到电源正极 将其他形式的能转换为电能 使电源两端的电压保持不变 非静电力所做的功与被移动电荷的电量的比值 称为电源的电动势 如下图所示 锂电池上的标注 3 7伏 即为该电池的电动势标注 锂电池的电动势标注 第2章直流电路 2 2电路的基本物理量 1 电源端电压U反映的是电场力在外电路将正电荷由高电位点 正极 移向低电位点 负极 做功的能力 电动势E反映的是非静电力将电源内部的正电荷从低电位点 负极 移向高电位点 正极 做功的能力 2 若不考虑电源内损耗 则电源电动势在数值上与它的端电压相等 但实际方向相反 即E UAB 如右图所示 电源端电压和电动势之间的关系 3 电源对电路的作用效果可以用电动势来表示 也可以用电压来表示 电动势E和电压UAB反映的是同一件事 所以 在很多情况下 常常不是用电动势E而是用电源正负极之间的电压UAB来表示电源的作用效果 电源端电压是指电源两端的电压值 用U表示 它与电动势的关系可总结为以下几点 2 2 2电压和电位 第2章直流电路 2 2电路的基本物理量 1 电功电流流过负载时对负载所做的功称为电功 用符号W表示 在一段电路中 电流对导体所做的功与导体两端的电压U V 和通过导体的电流I A 以及通电时间t s 成正比 其计算公式为 电功的国际单位是焦耳 J 在工程上 常用的电功单位为千瓦时 kW h 俗称度 2 2 4电功和电功率 第2章直流电路 2 2电路的基本物理量 2 电功率不同的用电器在相同时间内的用电量是不同的 即电流做功快慢是不一样的 电流做功快慢用电功率描述 其大小等于时间t内电流所做的功W 即 电功率的国际单位为瓦特 简称瓦 W 常用的电功率单位还有千瓦 kW 毫瓦 mW 等 2 2 4电功和电功率 第2章直流电路 2 2电路的基本物理量 电流流过导体时会产生热量 称为电流热效应 英国物理学家焦耳通过大量的实验证明 电流流过导体时 导体产生的热量Q与电流强度I的平方 导体的电阻R及通电时间t成正比 这就是焦耳定律 其数学表达式为 电流的热效应在工业上的应用相当广泛 例如 照明灯是利用电流产生的热使灯丝达到白炽状态而发光的 熔断器是利用电流的热效应熔断熔丝切断电源的 电流的热效应也有不利的一面 如电路中的导线都有一定的电阻 在通电时会发热 若截面选择过小 电阻大 易造成发热严重 会加速导线外皮绝缘材料的老化 严重时会引起漏电或短路事故 若截面选择过大 则浪费材料 不经济 2 2 5焦耳定律 2 3电阻元件和欧姆定律 第2章直流电路 返回 2 3 1电阻定义及表达式 金属导体中的自由电子在运动的过程中会不断地与金属中的离子发生碰撞 从而阻碍了其定向移动 这种阻碍作用就称为电阻 用符号R或r表示 电阻的定义为 当导体两端加1V电压 通过的电流是1A时 导体的电阻就是1 在国际单位制中 电阻的单位为欧姆 常用的电阻单位还有千欧 k 兆欧 M 等 在电路中 导线常被看做电阻为零的理想导体 但在实际电路中 线路电阻的存在是不容忽视的 在温度不变时 导线的电阻与导线所用材料的电阻率 长度成正比 与导线的横截面积成反比 即 式中 l为导线的长度 m S为导体的横截面积 为导线材料的电阻率 m 2 3电阻元件和欧姆定律 第2章直流电路 如下表所示是常用导线材料在20 时的电阻率 想一想 将一根电阻为10 的电阻丝 从中间剪为两段 则剪断后其中一段电阻丝的电阻值为多少 2 3 1电阻定义及表达式 2 3 2电阻器及其标注 2 3电阻元件和欧姆定律 第2章直流电路 电阻器是用碳及镍镉合金等材料制成的一种具有一定阻值的电气元件 在电路中能起降压和限流等作用 电阻器按阻值是否可变分为可变电阻器 固定电阻器和敏感电阻器三大类 常见电阻器外形如右图所示 2 3电阻元件和欧姆定律 第2章直流电路 电阻器有3个主要参数 分别为标称阻值 允许误差和额定功率 一般采用3种方法标注在电阻器上 1 直标法 把电阻值 电功率和误差直接标注在电阻器上 如下图所示 电阻的标称阻值为3 3k 允许误差为 5 额定功率为2W 2 文字符号法 用数字和文字符号 或者两者的结合标注电阻器的阻值 不管是3位文字符号标注还是4位文字符号标注 最后一位表示的都是电阻值的倍率 其余的数字位表示电阻值的有效数字 如363表示36 103 1505表示150 105 电阻器直标法 2 3 2电阻器及其标注 2 3电阻元件和欧姆定律 第2章直流电路 3 色标法 用电阻器上的4条或5条不同颜色的色环表示电阻值的标注方法 一般电阻器上多采用四色环标注法 其中3条表示电阻器的电阻值 一条表示误差 如下图所示 具体识别方法可查阅元件手册 2 3 2电阻器及其标注 2 3电阻元件和欧姆定律 第2章直流电路 1 部分电路欧姆定律不含电源的一段电路称为部分电路 如下图所示 流过导体的电流和这段导体两端的电压成正比 与导体的电阻成反比 这个结论称为欧姆定律 其数学表达式为 部分电路 2 3 3欧姆定律 2 3电阻元件和欧姆定律 第2章直流电路 电阻元件的特性一般用伏安特性来表示 伏安特性指的是电阻元件两端的电压U与通过其电流I的关系 当电阻器两端的电压与通过它的电流成正比 其伏安特性曲线为线性 反之 电阻两端的电压与通过它的电流不是线性关系的伏安特性曲线为非线性 如下图所示为伏安特性曲线 伏安特性曲线 2 3 3欧姆定律 2 3电阻元件和欧姆定律 第2章直流电路 2 全电路欧姆定律全电路是指含有电源的闭合电路 如下图所示 电源以外的电路称为外电路 外电路的电阻R称为外电阻 电源内部的电路称为内电路 电源的内部也有电阻r 称为内电阻 全电路中的电流强度I与电源的电动势E成正比 与整个电路的电阻 即内电路总电阻r和外电路总电阻R的总和 成反比 这个规律称为全电路欧姆定律 其数学表达式为 全电路 2 3 3欧姆定律 2 3电阻元件和欧姆定律 第2章直流电路 外电路总电阻R 负载电阻 上的电压称为外电压 也称为路端电压 根据部分电路欧姆定律可知 U IR E Ir 内电阻r上的电压称为内电压 根据部分电路欧姆定律可知 Ur Ir 对于给定的电源 E和r是不变的 当负载电阻R 即断路时 I 0 U E 即电源的电动势在数值上等于路端电压 利用这一特点 可用电压表测量电源的电动势 当负载R变小时 电流I变大 内电阻上的电压变大 路端电压U随之变小 当负载电阻R 0即短路时 I E r 由于内电阻r一般都很小 因而电路中的电流比正常工作电流大很多 如果没有熔断器 会导致电源和导线烧毁 2 3 3欧姆定律 2 3电阻元件和欧姆定律 第2章直流电路 1 电阻串联电路由两个或多个电阻一个接一个地连接 组成一个无分支电路 各电阻通过同一电流 这样的连接方式称为串联电路 如下图所示 串联电路 2 3 4电阻的串并联 2 3电阻元件和欧姆定律 第2章直流电路 串联电路的特点如下 1 等效电阻 串联电路等效电阻等于各分电阻之和 即R R1 R2 Rn 2 分压关系 串联电路中的电阻有分压作用 其计算公式为 3 功率分配 串联电路中各电阻的功率分配关系为 2 3 4电阻的串并联 2 3电阻元件和欧姆定律 第2章直流电路 串联电路的应用主要有以下几点 1 用于降压 当某一用电器的额定电压低于电源电压时 根据串联电路具有分压作用的特点 可在电路中串联一个适当电阻 降压电阻 使用电器分得的电压为额定电压 2 用电位器改变输出电压 3 用来控制负载电流 负载的工作状况与电流大小有直接关系 如直流电动机的转速就与电流大小有关 通过风扇电动机开关可以改变串接电阻的个数 达到改变风扇电动机转速的目的 想一想 在电路实验中 用电器的额定电压为4V 现在只有12V的电压和一个可变电阻器 如何才能让用电器在额定电压下工作 2 3 4电阻的串并联 2 3电阻元件和欧姆定律 第2章直流电路 2 电阻并联电路由两个或多个电阻连接在两个公共点之间 组成一个分支电路 各电阻两端承受同一电压 这样的连接方式称为并联电路 如下图所示 并联电路 2 3 4电阻的串并联 2 3电阻元件和欧姆定律 第2章直流电路 并联电路的特点如下 1 等效电阻 并联电路的等效电阻 即总电阻 的倒数等于各并联电阻的倒数之和 即 2 分流关系 并联电路的电阻有分流作用 各电阻的电压相等 电流 电阻和电压的关系式为 3 功率分配 并联电路中电阻的功率分配关系为 2 3 4电阻的串并联 2 3电阻元件和欧姆定律 第2章直流电路 并联电路的应用有 在电路中并联一个电阻 电流就多了一条通路 可以分去干路的一部分电流 并联电阻的这种作用称为分流作用 起分流作用的电阻称为分流电阻 因为 U IR 则支路电流为 2 3 4电阻的串并联 2 4基尔霍夫定律 第2章直流电路 2 4 1几个基本概念 1 支路由一个或一个以上的电路元件所组成的中间无任何分岔的电路称为支路 如右图所示 AaB AbB AdcB都是支路 而Ad不是支路 支路AaB AdcB中含有电源 称为含源支路 支路AbB中没有电源 称为无源支路 2 节点3条及3条以上支路的连接点称为节点 图中的A点和B点都是节点 如果电路中有n个节点 则该电路有n 1个是独立节点 3 回路电路中任一闭合路径称为回路 图中的AaBbA AdcBaA AdcBbA都是回路 只有一个回路的电路称为单回路电路 4 网孔在回路内部不含有任何支路的回路称为网孔 图中的AaBbA和AdcBbA都是网孔 而AdcBaA不是网孔 返回 第2章直流电路 2 4基尔霍夫定律 基尔霍夫电压定律简称为KVL 用以约束回路中的各支路电压之间的关系 KVL的内容为 在任一回路中 从任一点以顺时针或逆时针方向沿回路绕行一周 则所有支路或元件电压的代数和恒等于零 即 U 0上式称为KVL方程 关于KVL方程的应用 要注意以下几点 1 先设定回路的绕行方向 可选顺时针方向 也可选逆时针方向 2 确定各段电压的参考方向 电阻上电压的参考方向与所取电流的参考方向一致 电源部分的电压方向由电源的正极指向负极 3 凡是参考方向与绕行方向一致的电压取正 反之取负 4 电阻上电压的大小等于该电阻阻值与流经该电阻的电流的乘积 电源部分的电压等于该电源的电动势 5 沿回路绕行一周 列出KVL方程 2 4 1几个基本概念 第2章直流电路 2 4基尔霍夫定律 基尔霍夫电压定律不仅适用于闭合回路 也可以推广应用到回路的部分电路 广义回路 用于求回路的开路电压 例 如右图所示 求a b两点间的电压Uab 首先根据欧姆定律求出电路中的I1和I2 即对于回路abdca 由基尔霍夫电压定律得Uab I2R4 I1R3 0则Uab I1R3 I2R4应当注意的是 一般对独立回路列电压方程 网孔一般都是独立回路 2 4 1几个基本概念 第2章直流电路 2 4基尔霍夫定律 2 4 3基尔霍夫电流定律 基尔霍夫电流定律简称为KCL 又称为节点电流定律 它反映了电路中与同一节点相连的各支路中电流之间的关系 其内容为 在任一时刻 对电路中任一节点分析 流入该节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和 即 I入 I出上式为节点电流方程 又称为KCL方程 如果规定流入节点的电流为正值 流出节点的电流为负值 则KCL方程可表示为 I 0即在任一时刻 通过电路中任一节点的电流代数和恒等于零 这是KCL方程的另一种表达形式 第2章直流电路 2 4基尔霍夫定律 在应用基尔霍夫电流定律时 需要说明以下几点 1 KCL方程具有普遍意义 它通常用于电路中的节点 也可以推广应用于电路中的任一个封闭面或闭合回路 当该封闭面或闭合回路与电路的其余部分相连接时 则流入封闭面或闭合回路的电流等于流出封闭面或闭合回路的电流 若两个电路之间只有一根导线相连 则这根导线中的电流必定为零 2 列KCL方程前 首先要设每一条支路电流的参考方向 然后再根据参考方向是流入或流出列出KCL方程 当求出的某支路电流为正值时 说明电流的实际方向与参考方向相同 为负值时 则说明电流的实际方向与参考方向相反 3 KCL对电路中的每个节点都适用 如果电路中有n个节点 即可得到n个KCL方程 但其中只有n 1个KCL方程是独立的 2 4 1几个基本概念 2 5电源模型及其等效电路 第2章直流电路 电压源是实际电源的一种抽象 可以向外电路提供一定电压的电源称为电压源 实际的电压源可以用恒定的电动势和内阻串联起来的模型表示 如右图所示 实际电压源 若电源内阻r 0 则端电压U始终等于电源电动势E 与电流I无关 把内阻r为零的电压源称为理想电压源或恒压源 如右图所示为直流理想电压源的模型 理想电压源 应当注意的是 在实际生活中 理想电压源是不存在的 但有些实际电源在一定条件下可近似地看做理想电压源 例如 在一定条件下 电源的内阻很小 其输出电压几乎不随负载变化而变化 这样的电源可以看成是理想电压源 2 5 1电压源 返回 第2章直流电路 2 5电源模型及其等效电路 电流源是实际电源的一种抽象 可以向外电路提供一定电流的电源称为电流源 实际的电流源用IS和内阻r并联的模型来表示 如下图所示 当有电流流过内阻r时 必然会产生分流作用 实际电流源 2 5 2电流源 第2章直流电路 2 5电源模型及其等效电路 若内阻r为无穷大 输出电流I IS 电流源始终输出恒定的电流IS 把内阻r为无穷大的电流源称为理想电流源或恒流源 如右图所示为理想电流源的模型 应当注意的是 与理想电压源一样 在实际生活中 理想电流源也是不存在的 但有些实际电源在一定条件下可近似地看做理想电流源 例如 在一定条件下 电流源的内阻很大 其输出电流几乎不随负载变化而变化 这样的电流源就可以看成是理想电流源 理想电流源 2 5 2电流源 第2章直流电路 2 6戴维宁定理和叠加定理 任何一个通过两个端点与外电路相连接的网络 不管其内部结构如何 都称为二端网络 根据二端网络内部是否包含独立的电源 二端网络可分为有源二端网络和无源二端网络 如下图 a 所示的二端网络为无源二端网络 即网络内部不包含独立的电源 如下图 b 所示的二端网络内部包含独立的电源 称为有源二端网络 二端网络 2 6 1戴维宁定理 返回 第2章直流电路 2 6戴维宁定理和叠加定理 对于外电路来说 一个有源线性二端网络可以用一个电压源和电阻串联电路来等效 该电压源的电压等于有源二端网络的开路电压Uoc 电阻等于有源线性二端网络所有电源不作用后的等效电阻R0 这就是戴维宁定理 用一个电压源和电阻串联电路来等效的模型称为戴维宁等效模型 2 6 1戴维宁定理 第2章直流电路 2 6戴维宁定理和叠加定理 在电路中 电源是提供电能的装置 当一个电路中有多个电源时 各支路上的电流和电气元件两端的电压是这多个电源共同作用的结果 叠加定理是指在线性电路中 任一支路上的电流或元件两端的电压都是电路中各个电源单独作用时在该支路中产生的电流或元件两端电压的代数和 叠加定理是线性电路中的一个重要原理 它反映了线性电路的两个基本特点 叠加性和比例性 利用叠加定理解题的一般步骤 1 在原电路中标出各支路电流的参考方向 2 分别求出各个电源单独作用时的电流大小和实际方向 3 对各个支路进行叠加 求出最后结果 2 6 2叠加定理 第3章电容和电感 返回 3 1 1电容器及其参数1 常见电容器电容器是从实际电容器抽象出来的电路模型 电容器加上电压后 两块极板上将出现等量异号电荷 并在两极板间形成电场 储存电量 当忽略电容器的漏电阻和电感时 可将其抽象为只具有储存电场能量性质的电容元件 电容器的结构如下图所示 d为平板电容器两极板间的距离 S为平板电容器的极板面积 3 1电容和电容器 第3章电容和电感 返回 极板电容器结构 常见的电容器有陶瓷电容器 云母电容器 涤纶电容器 铝电解电容器 可变电容器和贴片电容器等 其外形如下图所示 3 1电容和电容器 第3章电容和电感 常见电容器外形 3 1 1电容器及其参数 2 电容器的参数电容器的主要参数有额定电压 标称容量和允许偏差等 1 额定电压 电容器的额定电压也称为耐压 是指在规定的温度范围内 可以连续加在电容器上而不会损坏电容器的最大直流电压值或者交流电压的有效值 在电容器的外壳上通常标注该电容器的额定电压 电容器使用时承受的实际电压不要超过其额定电压 2 标称容量和允许偏差 电容器的标称容量和允许偏差通常也标注在电容器的外壳上 标称容量为电容器上标注的电容量的值 允许偏差是指国家规定的电容器的误差范围 3 电容器的标注 1 直标法 直标法是将电容器的主要参数 标称电容量 额定电压及允许偏差 直接标注在电容器上 标称电容量的单位有微法 F 皮法 pF 普通电容的允许偏差有 5 10 20 等 精密电容器的允许偏差有 2 1 等 额定电压有16V 25V 32V 50V等 3 1电容和电容器 第3章电容和电感 3 1 1电容器及其参数 2 文字符号法 符号法是采用数字或字母与数字混合的方法来标注电容器的主要参数 数字标注法一般是用3位数字表示电容器的容量 其中前两位数字为有效值数字 第三位数字为倍乘数 即表示有效值后有多少个0 字母与数字混合标注法是用2 4位数字表示有效值 用p n m 等字母表示有效数后面的量级 3 1电容和电容器 第3章电容和电感 3 色标法 色标法是用在电容器上标注色环或色点的方法来表示电容量及允许偏差 其颜色和识别方法与电阻器色标法相同 3 1 1电容器及其参数 4 电容器的种类 3 1电容和电容器 第3章电容和电感 电容器的分类方法很多 如按照电解质分类 按用途分类 按电容量是否可变分类等 下面简要叙述按照电容量是否可变对电容器进行分类 按照电容量是否可变 电容器可以分为固定电容器 可变电容器和微调电容器 1 固定电容器 电容量固定不变的电容器为固定电容器 固定电容器的性能和用途与两极板间的介质有密切关系 使用固定电容器中的电解电容器时 应确保极板极性的正确连接 不可接到交流电路中 否则电解电容器会被击穿 2 可变电容器 电容量能够在一个较大的范围内调节的电容器称为可变电容器 它是通过改变极片间相对的有效面积或片间距离 实现电容量的变化的 可变电容器常用在无线电接收电路中作为调谐电容器改变谐振回路的频率 3 微调电容器 电容量能够在一个小范围内调整 并在调整后可固定于某个电容的电容器称为微调电容器 微调电容器常用在各种调谐及振荡电路中作为补偿电容器或校正电容器 3 1 1电容器及其参数 5 电容 3 1电容和电容器 第3章电容和电感 对任意一个电容器而言 电容器极板上储存的电量q与外加电压u成正比 比值是一个常数 但是不同的电容器 这一比值不同 因此 常用这一比值来表征电容器存储电荷的本领 该比值称为电容器的电容 其公式表示为C q U 式中 C称为电容 是表征电容元件特性的参数 在国际单位制中 电容的单位为法拉 F 当将电容器充上1V的电压时 极板上若储存了1C的电量 则该电容器的电容就是1F 工程上常采用微法 F 或皮法 pF 想一想 一个电容器的电容值为40 F 在其两端加上8V的电压 则电容器充电完毕后 两极板上的电荷量为多少 3 1 1电容器及其参数 3 1 2电容器的连接 3 1电容和电容器 第3章电容和电感 1 电容器串联电路由两个或多个电容器一个接一个地连接 组成一个无分支电路 各电容器通过同一电流 这样的连接方式称为电容器串联电路 如下图所示 电容器串联电路 3 1电容和电容器 第3章电容和电感 电容器串联电路的特点如下 1 电荷量关系 每个电容器极板带的电荷量相等 即q1 q2 qn 2 分压关系 串联电路中的电容器有分压作用 其计算公式为U U1 U2 Un 3 等效电容 串联电路中总电容和各个电容的关系为 3 1 2电容器的连接 3 1电容和电容器 第3章电容和电感 2 电容器并联电路 电容器并联电路 由两个或多个电容器连接在两个公共点之间 组成一个分支电路 各电容器两端承受同一电压 这样的连接方式称为电容器并联电路 如下图所示 3 1 2电容器的连接 3 1电容和电容器 第3章电容和电感 电容器并联电路的特点如下 1 等效电容 并联电路的等效电容等于各并联电容之和 即C C1 C2 Cn 2 电荷量关系 电容器上存储的电荷量是各电容电荷量的总和 即 3 电压关系 电容器两端的电压相等 即U1 U2 Un 3 1 2电容器的连接 3 1 3电容器的充放电 3 1电容和电容器 第3章电容和电感 使电容器带电 储存电荷和电能 的过程称为充电 使充电后的电容器失去电荷 释放电荷和电能 的过程称为放电 一般电容器的常见故障主要是短路 断路 容量减退 漏电4种 通常利用电容器的充放电特性来判别电容器的质量 使用的是万用表R 100或R 1k挡 1 如果电容器的质量良好 漏电很小 则万用表的指针偏转后能够很快回到起始位置 若电容器漏电很大 则指针不能回到起始位置 这时所指出的电阻值即为该电容器的漏电阻 2 将电容器放电 由指针的偏转判断电容器的容量 如果表针不摆动 说明电容器已经失去容量或者电容器内部已经断路 3 如果指针偏转到0 之后不再回去 说明电容器内部已经短路 3 2磁场的基本知识 第3章电容和电感 返回 1 磁场及磁力线磁场是电流 运动电荷 磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质 磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的 磁场是由运动电荷或变化电场产生的 由于磁体的磁性来源于电流 电流是电荷的运动 因而概括来说 磁场的基本特征是能对其中的运动电荷施加作用力 规定小磁针的北极在磁场中某点所受磁场力的方向为该磁场的方向 3 2 1磁场 3 2磁场的基本知识 第3章电容和电感 磁场虽然存在 却是看不见的 为了便于理解 英国物理学家法拉第认为由许多磁力线所构成的连续场就叫做磁场 磁力线是为形象描述磁场的强弱和方向而引入的假想线 如右图所示 磁力线 磁力线具有以下几个特点 1 磁场内部的磁力线为一组封闭的曲线 2 磁力线绝不相交 在磁体外部由N极指向S极 在磁体内部由S极指向N极 3 磁力线上任何一点的切线方向即为该点磁场的方向 4 磁力线越密磁场越强 磁力线越疏磁场越弱 磁力线均匀分布而又相互平行的区域称为均匀磁场 反之称为非均匀磁场 磁体两极的磁场最强 5 磁力线有排他性 故同性相斥 磁力线具有弹性 可自由缩短 故异性相吸 3 2 1磁场 3 2磁场的基本知识 第3章电容和电感 奥斯特实验 2 电流的磁效应1820年 丹麦物理学家奥斯特做实验时发现 当一根导线通上电流时 会使导线附近的磁针产生偏转 如右图所示 当电流由左边流向右边 磁针由水平方向变为垂直方向 奥斯特实验说明 电流的周围是存在磁场的 这引起了安培的注意 他集中全部精力研究 随后发表了关于磁针转动方向和电流方向的关系及右手定则的报告 此后这两个定则均被命名为安培定则 3 2 1磁场 安培定则 通电直导体 的内容如下 用右手握住通电直导体 大拇指表示导体中的电流方向 其余四指弯曲的方向则代表所产生的磁力线方向 根据安培定则可知 通电直导体产生的磁力线是以导体为圆心的同心圆 如右图所示 3 2磁场的基本知识 第3章电容和电感 通电直导体产生的磁力线 把导体绕成螺旋状并通入电流 也能产生磁场 通电螺旋状导体相当于一块条形磁体 其磁场强弱不仅与电流的大小有关 而且与线圈的匝数有关 磁场方向也可以用右手定则 安培定则 确定 具体为 用右手握住线圈 弯曲四指指向电流方向 则拇指所指的方向就是磁体N极的方向 3 2 1磁场 3 2 2磁场的基本物理量 3 2磁场的基本知识 第3章电容和电感 1 磁感应强度磁感应强度是表示磁场中某点的磁场强弱和方向的物理量 用符号B表示 它表征了磁场强弱和方向的物理特性 故把该比值定义为磁感应强度 定义式为 式中 F为垂直于磁场方向放置的通电导体受到的作用力 N I为导体中的电流 A L为导体在磁场中的有效长度 m B为磁感应强度 T 3 2磁场的基本知识 第3章电容和电感 把磁感应强度B 如果不是均匀磁场 则取其平均值 与垂直于磁场方向的面积S的乘积 称为穿过该面积的磁通量 简称磁通 用 表示 其大小可以用通过该面积的磁力线条数的多少形象地表征 在均匀磁场中 若B和S的夹角为 则磁通量的计算式为 2 磁通量 磁通量 的国际单位是韦伯 Wb 1Wb 1T