电工多量程直流电压表电流表的设计

1、电工多量程直流电压表电流表的设计电工技术项目教程电工多量程直流电压表电流表的设计【项目内容】电路模型和电路中的物理量电路中常用元器件的认识;电源和负载基尔霍夫定律及应用。电压源、电流源及等效变换戴维南定理多量程直流电压表、电流表电路的设计。【项目知识目标】了解电路的组成 ,电路模型的概念理解电路中的物理量的意义 ,电流、电压的正方向和参考正方向的概念; 掌握电路中电位的计算方法、电功率的计算 理解电阻串联电路的等效变换及分压公式 ,电阻并联电路的等效变换及分 流公式 ,较熟练地进行一般电阻混联电路的等效变换 掌握基尔霍夫电流和电压定律,掌握支路电流法 ,能较熟练地利用支路电 流法求解较复杂的电

2、路 ; 理解电压源和电流源的特性 ,掌握两种电源模型的等效变换的方法理解戴维 ? 1? 7? 1? 7 定理 ,掌握用戴维南定理求解电路的方法 能分析实际的直流电路。 电工技术项目教程 任务 2.1 认识电路 任务描述 在人们的生活实践、 生产实践及其他各类活动中 , 已普遍地使用电能 ,可以 说人们已离不开电能的使用。 电路是传输或转换电能不可缺少的 载体 。 本任务学习电路的组成及作用、理想电路元件及电路模型 ; 电路中的物理量 ; 电阻器、电容器、电感器的参数 ,电流与电压的关系 ; 简单直流电路的连 接及测试。 任务目标了解电路的组成 ,电路模型的概念 ,电阻器、电容器、电感器的作用

3、; 理解 电路中的物理量的意义 , 电流、电压的正方向和参考正方向的概念;掌握电 路中电位、电功率的计算方法 ,电阻、电容、电感的电流与电压的关系 ;掌 学习安装简单直流照明电路 ; 学会使用稳压电源、直流电压表、电流表的使用方法。电工技 ? 1? 7? 1? 7 项目教程1.电路的组成及作用2. 理想电路元件及电路模型3. 电路中的物理量例2.1如图2.3 所示电路,已知试求分别以 A 点、 B 点为参考点时,各点的电位 VA 、VB 、VC 、VD 及UCD 。 解以A点为参考点时V A =0V( 零电位点的电位为零 ) V B =-I 3 R 3=10 6=60(V) V C =I 1

4、R 1 =420=80(V) V D =I 2 R 2 =65=30(V)U CD =V C -V D =8030=50(V)以 B 点为参考点时VB=0VVA=I3R 3 =106=60(V) V C =E 1 =140(V) V D =E 2 =90(V) U CD =V C -VD =14090=50(V) S R L R o E 图2.2 电路模型 图 2.3例2.1图 E2E1R1R2R3ABI1I2I3CD电工技术项目教程例 2.2 图 2.6所示为某电路的部分电路,已知 E=4V, R=1,求(1) 当 Uab= 6V,I=(2)当 Uab=1V,I=bI 图 2.6 例 2.2

5、 图 ERa 解(1) 设定电路中物理量的参考方向如图 2.6 所示 ? 1? 7? 1? 7 (A) I0 表明电流的实际方向与参考方向一致。(2) (A) I0表明电流的实际方向与参考方向相反。b I 图 2.6 例 2.2 图电工技术项目教程例2.3 在如图 2.8 所示的电路中 ,已知 I=1A,U1=12V,U2=8V,U3=4V 。求各元件功率 ,并分析电路的功率平衡关系。图 2.8 例 2.3 图 IU3U1U2ACB 解元件 A:电压 U1 和电流 I 为非关联参考方向 P 1 =-U1I=-12 1=-12(W) P1 0, 说明元件吸收 8W 功率 ,元件 B 为负载。元件

6、 C:电压 U3 和电流 I 为关联参考方向 P3=U3I=4 1=4(W) P30, 说明元件 C 吸收10W 功率 ,元件 C 为负载。P1+P2+P3=-12+8+4=0,功率平衡。图2.8 例 2.3 图 I U 3 U 1 U 2 A C B I U O (a) U U 1 U 2 R 1 R 2 I (b)R I U 电工技术项目教 ? 1? 7? 1? 7? 1? 7 例 2.4 现有一个量程 Ug 为 3V 的电压表 , 表头内阻 Rg 为 300,如图 2.11 所示。若要测量 300V 的电压 ,应电压表上串联多大的分压电压电阻 Rf 解 用量程 Ug 为 3V 的电压表直

7、接测量 300V 的电压 , 电压表会损坏。解决的办 法是在表头串联一个分压电阻 Rf,使得 Rf 上分到的电压为 Uf=(300-3)V= 297V, 而电压表两端的电压仍为 3V。 代入式 (2.13) 得 解得电工技术项目教程R f V U f R g U g U I R (b) U I I1 R 2 R 1 (a) U I 2 I U R R R Ui i 电工技术项目教程上式是两个电阻并联电路的分流公式。当总电流 I 求得后 ,利用此式可方便地求得各并联支路电流。2 1 2 1 2 1 1RUIIRRRIRRRUI211电工技术项目教程 例 2.5 如图 2.13 所示 , 用一个满

8、刻度偏转电流为 200A、内阻 Rg 为 0.8 的表头 制成量程为 1mA 的直流电流表, 应并联多大的分流电阻 R2 解 由题意已知,I1=Ig=200 A,R1=Rg=0.8,I=1mA, 代入式 (2.16)得 解得图2.13 例 2.5 图 电工技术项目教程 例 2.6 如图 2.14(a) 所示的电路 , 电阻值如图中所示 ,求 A、B 两点间的等效电 阻 RAB。 解 将电路图中间无电阻导线缩为一个点后 ,可看出左侧两个 2电阻为并联 关系 , 上面两个 4电阻为并联关系 ,将并联后的等效电阻替换图 2.14(a), 结 果如图 2.14(b) 。图 2.14(b) 中右侧两个

9、2电阻串联后与中间 4 电阻并联等效 为一个 2电阻 ,如图 2.14(c) 所示 ,由图 2.14(c) 得 5 . 1312312AB ? 1? 7? 1?224AB3212AB43212AB4电工技术项目教程1/20W 1/8W 1/4W 1/2W 1W 2W 3W 5W 7W10W C +q -q u i图 2.16 线性电容元件的图形符号u C + - +q -q- + u +q -q C 1 + u 1 - - +q -q C 2 + u 2 C +q -q u +q 2 +q 1 -q 2-q 1 C 1 C 2 u 电工技术项目教程 实践操作 1.实践操作的内容2.实践操作的要

10、求3. 设备器材4. 实践操作的步骤5. 注意事项i L +- u i i + -灯泡R o E电源A V图2.20实践操作电路图电工技术项目教程任务2.2电源和负载外特性的分析与测试任务描述实际的电源有两种表示形式。本任务学习电压源与电流源的概念、表示形式及实际电压源与电流源的等效变换; 电路的三种工作状态 ; 并对电路进行测试。 任务目标理解电压源和电流源的特性,掌握电压源与电流源的等效变换 ; 掌握电路三 种工作状态的特征。能正确测试电压及电流等相关数据并进行数据分析。电工技术项目教程 任务 2.2 电源和负载外特性的分析与测试 任务描述 实际的电源有两种表示形式。 本任务学习电压源与电

11、流源的概念、 表示形式 及实际电压源与电流源的等效变换 ; 电路的三种工作状态 ;并对电路进行测 试。 任务目标 理解电压源和电流源的特性 , 掌握电压源与电流源的等效变换 ;掌握电路三 种工作状态的特征。 能正确测试电压及电流等相关数据并进行数据分析。 电工技术项目教程 I U R LE R o 电 压 源 U 理想电压源 O I I S = E R o U oc =E I U R L E I U R L I S R o 电 流 源 U U oc =I S R o 理 想 电 流 源 O I I S = E R o I U R L I S I U R L E R o I U R L I S

12、R o 电工技术项目教程 E R RU L R o U R L R l I SC电工技术项目教程实践操作1. 实践操作的内容2.实践操作的要求3.设备器材4.实践操作的步骤5. 注意事项 6.考核标准灯泡 S R o E S R o E R L R P 电工技术项目教程任务 2.3 复杂直流电路的分析与测试 任务描述 仅用欧姆定理不能求解的电路称为复杂电路 ,为了求解复杂电路 ,本任务学 习基尔霍夫定律 ,叠加原理 ,戴维南定理及其应用与测试。 任务目标 理解掌握基尔霍夫定律、戴维南定理和叠加原理 ;能用基尔霍夫定律、戴维南求解较复杂电路 ;能进行电路的安装与测试。 电工技术项目教程 1.基尔

13、霍夫定律及应用例2.7如图2.33所示的电路为某电路的一部分,已知 ,I1=25 mA,I3=10 mA, I4=12 mA,试求电流I2 、I5、I6 。 解电路中共有 a、b、c 三个节点 ,根据 KCL 可列三个节点电流方程。a节点 :I1+I4=I2 b节点 :I2+I5 =I3 c节点 :I5+I4 =I6所以 I2 =25mA+12 mA =37 mA I5=I3-I2=10 mA-37mA=-27mAI6=I5+I4=-27mA+12 mA=-15mA求得 I5 、I6 的值带负号 ,表示电流的实际方向与所标的参考方向相反。a E 1 I 1图 2.32 电路基本概念举例 E 2

14、 R 1 R 2 R 3 I 2 I 3 c e d f b电工技术项目教程 I 6 I 5I 3 I 2 I 1 I 4 c a b I 3 I 1 I 2 R 1 R 2 R 5 R 3 R 4 E 1 E 2图 2.35说明电压定律的电路图 I 1 I 3 I 2 d e c a b R 1 R 3 R 2 E 1 E 2 I 1 a R1 R 2 I 2 I 5 R 5 E 3 R 3 I 3 I 4 c R 4 R 6 I 6 d b E 2 E 1图 2.36支路电流法举例 电工技术项目教程 例 2.8电路如图 2.37所示,已知 E1=15V, E2=10V,R1=2,R2=4,

15、R3=12,求电路中的各支路电流。 解 1) 假定各支路电流方向如图 2.43 所示。2)由于该电路只有两个节点 ,故只能列一个KCL 独立方程 , 这里取节点 a 为独立节点 , 其 KCL方程为 节点 a 3) 按顺时针方向列出两个网孔的KVL 独立方程 网孔 1 R1I1-R2I2=E1-E2网孔 2 R2I2+R3I3=E2 4)将已知参数代入以所列方程 ,联立成方程组解此方程组得 ,A,A,A。其中 I2 为负值,说明假定方向与实际方向相反。I I图 2.37 例 2.8 图 I 1 a b E 1 R 1 R 2 R 3 10V I 3 E 2 I 2 2 1电工技术项目教程2.叠

16、加原理例 2.9 在图 2.38(a) 所示的电路中 , 已知Ro=2 ,R=1 ,US=4.5V,IS=3A 。试用叠加原理求通过电阻 R 中的电流 I 。 解 当电压源单独作用时 ,电流源开路 , 如图 2.38(b) 所示 , 则 R中的电流为 (A) 当电流源单独作用时 , 电压源短路 ,如图 2.38(c) 所示 , 则 R2 中的电流为 (A) 两个独立源共同作用时 ,R 中的电流为R R I 电工技术项目教程3.戴维南定理例 2.10在图 2.39(a) 所示的电路中 ,? 1? 7? 1? 7? 1? 7知,E1=6V,E2=1.5V,R1=0.6 , R2=0.3 ,R3=9

17、.8 ,求通过电阻 R3 的电流。 解 将电路分成有源二端网络和待求支路两部分 ,其有源二端网络如图 2.39(b) 所示 ,由此图可求得 即RRREEEUR1E1R2BAR3E2R1E1R2BAE2R1R2B电工技术项目教程例 2.11 如图 2.40(a) 所示的电路 ,已知 ,E=48V,R1=12,R2=24,R3 =36 ,R4=12,R5=33, 求通过 R5 的电流。 解 将电路分成有源二端网络和待求支路两部分 , 其有源二端网络如图 2.40(b) 所示 ,由此图可求得 V即 将有源二端网络中的电源作零值处理 ,得无源二端网络 ,如图 2.40(c) 所示 , 由此图可求得R2

18、+R3 R4=12 24+36 12=17() 将待求支路 R5 支路接入所求得的等效电压源上 ,如图 2.40(d) 所示 ,则可求得 通过 R5 的电流电工技术项目教程BER1AR2R53 电工技术项目教程实践操作1. 实践操作的内容2. 实践操作的要求3.设备器材4. 实践操作的步骤5.注意事项6.评分标准+-+-R1510R2510R 3 1kI1I2I3E16VE212VABCD E F 电工技术项目教程 任务 2.4 多量程直流电压表电流表电路的设计 任务描述 在实际测量时 ,仅有一个量程是不够的 ,这时就需要进行量程的扩展 ,本任 务进行设计多量程直流电压表电路、 多量程直流电流

19、表电路。 任务目标 了解多量程直流电压表、电流表的设计过程 ,理解多量程直流电压表、 电流 表的工作原理 , 能设计制作三量程直流电压 ? 1? 7? 1? 7? 1? 7、直流电流表。 电工技术项目教程 1.多量程直流电压表电路 例 2.12 已知磁电系电流表的表头参数为 Ig=100 A,Rg=2000 。试设计出 的将此电流表改装成一只具有灵敏度为 2k/V 的直流电压表 , 其量程分别为 10V、50V、250V 三档 ,求附加电阻。解 设计的多量程电压表电路如图2.43 所示 ,IV=1/(2k /V)=0.5mA,则是电流表的最小量程挡。求分流电阻RS 的值,选标称值RS=510电

20、压表的等效表头参数Ig=0.5mA R f U f表头R g 、U g U I R g U g V 1 V 2 V 3 R V1 R V2 R V3 I V R S S 500IRIR37R 电工技术项目教程附加电阻的设计RV1=10 2k -/V-406.37 =19.6k 选,标称值RV1=20k RV2=(50-10)2k /V=80k选,标称值RV2=82kRV3=(250- 50)2k /V=400k选,标称值RV2=390k2多.? 1? 7? 1? 7? 1? 7 程直流电流表电路表头R g I R S E R L被测电路 I g I S分流电阻图 2.44 直流电流表基本原理图

21、I g R g I 1 RS1 I 2 R S2 I 3 R S3 S表头 I g R g R S1 S表头 R S2 R S3 I 1 I 2 I3 电工技术项目教程例 2.13 已知磁电系电流表的表头参数为Ig=157 A,Rg=2409 要,将此表头 改装成具有 0.5mA 、10mA 、 100mA 三档量程的电流表 ,试设计其分流电阻。 解 设计的多量程电流表的其原理图如图 2.45(b) 所示 ,I3=0.5mA 、I2=10mA 、 I1=100mA 。 I3=0.5mA 是最小量程 ,其分流电阻最大。 由式 (2.32) 可以求出总的分流电阻 RS 为 由式 (2.33) 可以

22、求出 100mA( 最大量程档)的分流电阻 RS1 10mA 档的分流电阻 所以,RS2=55- 5.5=49.5 ,RS3=RS-(RS1+RS2)=1103- 55=1048 环形分流器的分流电阻的标称值分别为 :RS1=5.6,RS2=51,RS3=电工技术项目教程 设计制作 1. 设计内容 2.设计要求 3.制作要求 4. 设计报告 5.考核标准 电工技术项目教程 【项目小结】 1. 电路通常由电源、负载、中间环节三部分组成 ,主要作用是传输和变换电能 与传递和处理信号。实际电路可用由理想电器元件组成的电路模型表示。 2.电路中的主要物理量是电压、电流、电位、电动势、功率和能量 ,要了

23、解它 们的定义 ,掌握它们的单位。 3.在分析电路时 ,必须首先标出电流、电压的参考方向 ,在未标出参考方向的 情况下 , 其正负是无意义的。在参考方向下进行电路分析计算,若求得的为正值 ,表明实际方向与参考方向一致;若求得的为负值 ,表明实际方向与参考方向相反。 在电压、电流选取关 ? 1? 7? 1? 7? 1? 7 参考方向时 ,P=UI 。P=UI0, 元件吸收功率。 P=UI0, 元件发出功率。 4.要确定电路中任意一点的电位 ,必须先选取电位参考点 ,任意一点的电位就 是该点到参考点的电压。参考点选的不同 ,各点电位也不同 ,但两点间的电位差(电压 )不变。 电工技术项目教程 5.电源可用两种等效电路表示。电压源用电源电动势 E 与内阻