《电工技术》教学教案

PAGE17PAGE57第页教学目标知识目标：了解电路中常用电气元件的种类、特性以及命名的方法；了解电气元件参数获取的途径和方法；了解万用表的工作原理及使用方法；了解常用电气元件的测试方法。能力目标：掌握电气元件的识别方法；掌握电气元件参数查找的方法，从而正确获取所需技术资料；掌握万用表的基本使用方法，能使用万用表测试电气元件的性能参数。素质目标：沟通、协作能力；观察、信息收集能力；分析总结能力。良好的职业道德和严谨的工作作风教学重点万用表的使用方法教学难点用万用表测试电气元件的性能参数教学手段理实一体实物讲解小组讨论、协作教学学时10教学内容与教学过程设计注释项目一电气元件及万用表的使用任务一识别电路中的电气元件〖任务目标〗了解电气元件的命名方法，学习电气元件参数获取的途径和方法；识别电阻器、电容器、电位器、二极管和三极管等电气元件的电气参数。〖知识链接〗一、电气元件的基本知识（一）电阻器1.电阻器的分类与命名方法1）电阻器的分类（1）电阻器按材料分主要有碳质电阻器、碳膜电阻器、金属膜电阻器和线绕电阻器等。（2）电阻器按结构分主要有固定电阻器和可变电阻器等。（3）电阻器按用途分主要有精密电阻器、高频电阻器、高压电阻器、大功率电阻器、热敏电阻器和限流电阻器等。2）电阻器的型号命名方法图1-3电阻器的型号组成2.电阻器的参数在挑选电阻器的时候主要考虑其阻值、额定功率及精度。1）电阻器的标称阻值及其允许误差允许误差是指实际阻值与标称阻值之间允许的最大偏差范围，一般采用标称阻值的百分数（％）表示，一般可分为±5％、±10％、±20％、＞±20％四个等级。2）电阻器的额定功率在环境温度下电阻器长期稳定工作所能承受的最大功率称为电阻器的额定功率。3.电阻器阻值的标注方法（1）直标法。用阿拉伯数字及文字符号单位在元件表面上直接标出电阻器的主要参数和技术性能。（2）文字符号法。将电阻器的主要参数和技术性能用阿拉伯数字及文字符号两者有规律的组合来标记在电阻器上。（3）色环标注法。小功率电阻器较多时候使用色环标注法。色环标注法使用颜色环表示电阻器的阻值和允许误差，用不同的颜色代表不同的数值。4.常用电阻器介绍（1）碳质电阻器。（2）线绕电阻器。线绕电阻器有很多特点，如耐高温(能在300℃的高温下稳定工作)、具有很好的线性关系、精度高、稳定性好等。（3）碳膜电阻器。稳定性好、高频特性较好，并能工作在较高的温度下(70℃)，改变碳膜的厚度和用刻槽的方法变更碳膜的长度，可以得到不同的阻值。（4）金属膜电阻器。主要特点是耐热性能好，其额定工作温度为70℃，最高可达155℃。与碳膜电阻器相比，金属膜电阻器的体积小、噪声低、稳定性好。它的工作频率也较宽，但成本稍高。（5）热敏电阻器。热敏电阻器从特性上可分为正温度系数电阻器和负温度系数电阻器两类。热敏电阻器在结构上分为直热式热敏电阻器和旁热式热敏电阻器两种。（6）贴片电阻器。体积很小，分布电感、分布电容也很小，适合在高频电路中使用。5.电阻器的选用在一般电路中可采用允许误差为±10％的E12系列的电阻器，在对电阻器要求高的电路中可采用精密电阻器。（二）电容器1.电容器的分类与命名方法1)电容器的分类（1）按结构分：固定电容器、微调电容器和可变电容器。（2）按介质材料分：气体介质电容器、液体介质电容器、无机固体介质电容器和电解电容器。（3）按阳极材料分：铝电解电容器、钽电解电容器、铌电解电容器和钛电解电容器等。（4）按极性分：极性电容器和无极性电容器。2)电容器的命名方法图1-12电容器的型号组成2.电容器的参数电容器的主要参数有电容器的标称容量、允许误差和耐压值等。3.电容器容量的标注方法1）直标法小于10000pF的电容器，一般只标注数值而省去单位，如“330”表示330pF。10000～1000000pF的电容器，以μF为单位，以小数点为标志，也只标注数值而省去单位，如“0.1”表示0.1μF，“0.022”表示0.022μF。电解电容器以μF为单位直接标印在电容器上，如“100μF/16V”表示标称容量为100μF，耐压为16V。2）数码表示法用三位数码表示容量大小，前两位数码是容量的有效数字，第三位数码是零的个数。3）色标法4.常用电容器介绍1）电解电容器在电解电容中，目前铝电容器用得较多，钽、铌、钛电容器相比之下漏电流小，体积小，但成本高，通常用在性能要求较高的电路中。电解电容器常用在电源滤波、耦合、旁路等电路中。2）云母电容器3）瓷质电容器4）玻璃釉电容器5）纸介电容器6）聚苯乙烯电容器7）片状电容器8）独石电容器9）可变电容器10）微调电容器5.电容器的选用在电源滤波电路中可选用电解电容器；在低频耦合、旁路电容等场合可选用纸介电容器和电解电容器；在高频电路中一般可选用云母电容器和瓷介电容器。（三）电感器1.电感器的分类电感器按形式可分为固定电感器、可变电感器和微调电感器；按磁体的性质可分为空心线圈电感器和磁心线圈电感器；按结构可分为单层线圈电感器和多层线圈电感器。2.电感器的主要参数1）电感量2）品质因数(Q值)3）分布电容4）额定电流3.电感量的标注方法电感量参数一般都直接标注在电感器上，在中、高频电路中的电感器均是特制的，它们的参数以某种型号所代替，如电视机高频调谐器中的电感器。电感量的其他标注方法还有色点标注法和色环标注法。4.常用电感器介绍1)固定电感线圈2)可变电感线圈3)微调电感器4)阻流圈（四）电位器1.电位器的分类与命名方法1)电位器的分类常见的有旋转式、推拉式、直滑式、带开关式和多圈式。按结构分，电位器可分为单圈、多圈；单联、双联；带开关；锁紧和非锁紧电位器。2）电位器的命名方法图1-18电位器的型号组成2.电位器的参数1）最大电阻值和最小电阻值每个电位器的外壳上标注的标称阻值指的是电位器的最大电阻值，即两定片之间的电阻值。最小电阻值又称为零位电阻，由于活动触点间存在接触电阻，因此最小电阻值不可能为零，在实际应用中，最小电阻值越小越好。2）阻值变化特性常见的电位器阻值变化规律有即直线式（X型）、指数式（Z型）和对数式（D型）。3.电位器的作用1）用作变阻器2）用作可分变压器（五）二极管1.二极管的基本结构及分类图1-19常用二极管的符号、结构和外形2.二极管的伏安特性1）正向特性当正向电压大于死区电压后，正向电流迅速增长，曲线接近上升直线，在伏安特性的这一部分，当电流迅速增加时，二极管的正向压降变化很小，硅管正向压降约为0.6～0.7V，锗管的正向压降约为0.2～0.3V。2）反向特性二极管加上反向电压时，形成很小的反向电流，且在一定温度下它的数量基本维持不变，因此，当反向电压在一定范围内增大时，反向电流的大小基本恒定，而与反向电压大小无关，故称为反向饱和电流。3）二极管的主要参数（1）最大整流电流IDM。（2）最大反向电压VRM。（3）反向峰值电流IRM。（4）最高工作频率fm。（六）三极管1.三极管的基本结构和类型图1-22三极管结构图及电路符号2.国产二极管、三极管型号的命名方法国产二极管、三极管型号的命名方法见表1-8。二、查找电气元件参数的方法国内常用的电气元件查询网站。中国电子技术论坛：/。21IC中国电子网：/。海威数据网：/。二、片状元器件1.片状电阻器1）片状电阻器的封装外形片状电阻器又称为表面组装电阻器。片状电阻器按封装外形，可分为矩形和圆柱形两种。矩形片状电阻器按制造工艺可分为厚膜型（RN型）和薄膜型（RK型）两大类。圆柱形片状电阻器主要有碳膜ERD型、金属膜ERO型及跨接用的0Ω电阻器三种。2）片状电阻器的外形尺寸片状电阻器是根据其外形尺寸的大小划分成几个系列型号的，欧美产品大多采用英制系列，日本产品大多采用公制系列，我国这两种系列均有使用。无论哪种系列，系列型号的前两位数字表示元件的长度，后两位数字表示元件的宽度。3）片状电阻器标称数值的标注1005、0603系列片状电阻器，元件表面不印刷它的标称数值(参数印在编带的带盘上)；3216、2012、1608系列的标称数值一般用印在元件表面上的三位数字表示(E24系列)，前两位数字是有效数字，第3位是倍率乘数(有效数字后所加“0”的个数)。例如，电阻器上印有“114”，表示电阻值为110kΩ；表面印有“5R6”，表示电阻值为5.6Ω；表面印有“R39”，表示电阻值为0.39Ω；跨接电阻采用“000”表示。4）片状电阻器的主要技术参数3216系列的阻值范围是0.39Ω～10MΩ，额定功率可达到1/4W，允许误差有±1%、±2%、±5%和±10%四个系列，额定工作温度上限是70℃。2.片状电位器片状电位器有下列几种常见结构。敞开式结构。（2）防尘式结构。（3）微调式结构。（4）全密封式结构。3.片状电容器1）片状多层陶瓷电容器片状多层陶瓷电容器内部电极以低电阻率的导体银连接而成，提高了Q值和共振频率特性，采用整体结构，具有高可靠性、高品质、高电感值等特性。2）片状电解电容器（1）铝电解电容器。主要应用于各种消费类电子产品中，价格低廉。按照外形和封装材料的不同，铝电解电容器可分为矩形（树脂封装）和圆柱形（金属封装）两类，以圆柱形为主。（2）钽电解电容器。是所有电容器中体积小而又能达到较大电容量的产品。目前生产的钽电解电容器主要有烧结型固体、箔形卷绕固体和烧结型液体三种。4.片状电感器5.片状分立器件片状分立器件包括各种分立半导体器件，有二极管、晶体管、场效应管，也有由两三只晶体管、二极管组成的简单复合电路。任务二用万用表测试常用电气元件〖任务目标〗学习万用表的基本使用方法；使用万用表测试电阻、电位器、电容、二极管和三极管的性能。〖知识链接〗一、万用表的基本知识（一）MF47型指针式万用表1.基本结构1）MF47型万用表面板结构MF47型万用表的基本结构分为面板、表头和表盘、测量线路及转换开关等四个部分。图1-37MF47型万用表面板结构2）表头与表盘图1-38MF47型万用表的表盘示意图3）转换开关万用表转换开关由多个固定触点和活动触点构成。当活动触点与某一个、两个或三个固定触点接触时，就可接通它们所控制的测量线路，完成一定的测量功能。活动触点称为“刀”，固定触点称为“位”，所以万用表转换开关由多刀和多位组成。2.MF47型万用表标度尺的读法3.万用表的基本使用方法1）使用前的检查与调整2）交流电压的测量方法与注意事项3）直流电压的测量方法与注意事项4）直流电流的测量方法与注意事项5）电阻的测量方法与注意事项4.指针式万用表的选择和使用注意事项对万用表的使用，一般应注意以下几点。（1）使用前，认真阅读说明书，充分了解万用表的性能，正确理解表盘上各种符号和字母的含义及各条标度尺的读法，了解和熟悉转换开关等部件的作用和用法。（2）使用前，观察表头指针是否处于零位(电压、电流标度尺的零点)，若不在零位，则应调整表头下方的机械调零旋钮，使其指零。否则，测量结果将不准确。（3）测量前，要根据被测电量的项目和大小，把转换开关拨到合适的位置。量程的选择应尽量使表头指针偏转到刻度尺满刻度偏转的左右。如果事先无法估计被测量的大小，可在测量中从最大量程挡逐渐减小到合适的挡位。每当拿起表笔准备测量时，一定要再核对一下测量项目，检查量程是否拨对、拨准。（4）测量时，要根据选好的测量项目和量程挡，明确应在哪一条标度尺上读数，并应清楚标度尺上一个小格代表多大数值，读数时眼睛应位于指针正上方。对有弧形反射镜的表盘，当看到指针与镜中像重合时，读数最准确。一般情况下，除了应读出整数值外，还要根据指针的位置再估读一位小数。测量过程中不得换挡。（5）测量完毕应将转换开关置空挡或OFF挡或电压最高挡。若长时间不用，应取出内部电池。（二）DT-890B+型数字万用表1.使用前的检查与注意事项2.基本使用方法1）测直流电压2）测交流电压3）测直流电流4）测交流电流5）测电阻6）测电容7）测二极管电阻8）测三极管放大倍数9）注意事项二、使用万用表测试常用电气元件的方法（一）电阻器与电位器的测试测量电阻器与电位器一般使用万用表的欧姆挡，具体测量方法如下。选择欧姆挡的量程。（2）万用表电阻挡调零。（3）观察电阻器引线有无折断及外壳烧焦现象。（4）用万用表的欧姆挡测量电位器的中间滑动端与两固定端间的电阻时，可缓慢转动电位器的转轴，万用表的指针应平稳连续移动，不应出现停顿或跳动现象，即电位器的中间滑动端与两固定端间的电阻应是连续变化的，而不是突跳。（二）电容器的测试1.极性电容器(如电解电容器)的测试1）极性电容器漏电电阻的测试2）极性电容器极性的测试2.非极性电容器容量的测试3.可变电容器漏电、碰片的检测（三）用万用表检测二极管具体的测量方法是将万用表的红、黑表笔分别接在二极管两端，若测得电阻比较小(几千欧以下)，再将红、黑表笔对调后连接在二极管两端，而测得的电阻比较大(几百千欧)，说明二极管具有单向导电性，质量良好。1.二极管好坏的判定1）正常二极管的判定2）短路二极管的判定3）断路二极管的判定2.二极管极性的判定（四）三极管的外形识别及简易测试1.三极管的外形识别图1-43常用小功率三极管的外形及其电极的位置2.用万用表对三极管的简易测试1）基极和三极管类型的判别2）发射极和集电极的判别3）测量三极管的放大倍数4）硅管和锗管的判别5）三极管性能好坏的判断明确任务目标。观察实物，总结电阻器的型号命名方法。教师介绍常用电阻器。用不同的方法标注电容器容量。理解电感器主要参数的含义。认识不同的二极管。理解二极管主要参数的含义。登陆网站，查询相关参数。结合图片，了解片状电位器几种常见结构。结合实物，讲解万用表的基本构成。学生识读万用表，总结标度尺的读法。用万用表测试交直流电压、直流电流、电阻，学生分组总结出使用方法。用万用表测试，掌握操作方法。教学目标知识目标：了解电路的组成及各部分的作用，了解电路中的基本物理量，并掌握其计算方法，了解构成电路的基本元件；了解电压、电流的方向问题，掌握电压、电流的测量方法；掌握欧姆定律并能用来分析和计算简单电路，进而掌握电阻串、并联电路的分析和计算；了解并掌握基尔霍夫定律，了解戴维南定理及叠加原理，进而掌握复杂电路的分析方法；了解电压源与电流源及其等效变换的方法。能力目标：掌握测量电路基本参数的方法；掌握电压表、电流表的使用方法；掌握仿真软件Multisim10的基本使用方法，能用仿真的方式验证基尔霍夫定律、戴维南定理及叠加原理。素质目标：沟通、协作能力；观察、信息收集能力；分析总结能力。良好的职业道德和严谨的工作作风教学重点电阻串、并联电路的分析和计算教学难点电路中基本物理量的计算方法教学手段理实一体实物讲解小组讨论、协作教学学时10教学内容与教学过程设计注释项目二直流电路的认识任务一建立电路模型〖任务目标〗在日常生产生活中，广泛应用着各种电路，它们是将实际器件按一定方式连接起来形成的电流通路。实际电路的种类很多，不同用途的电路，其形式和结构也各不相同。由于实际元件构成的实际电路分析起来不方便，为了更好地分析、研究电路，人们创造了由电路模型构成的电路图，同时也摸索出了很多分析电路的方法和规律。本任务就是通过建立电路模型，掌握分析电路的规律和方法。〖知识链接〗一、电路与电路模型（一）电路及电路组成图2-3电路的组成1.电源电源是供给电能的设备，它把其他形式的能转换成电能。2.负载负载是应用电能的装置，它把电能转换成其他形式的能量。3.导线和开关（二）电路模型及电路图图2-4所示是电工电子技术中经常使用的几种理想元件的电路符号。图2-4常用的几种理想元件的电路符号二、电路的工作状态和电气设备的额定值（一）电路的工作状态1.通路通路是指电源与负载接成闭合回路时的工作状态，这时电路中有电流通过。2.开路开路也称为断路，是指电源与负载未接成闭合电路时的工作状态，这时电路中没有电流通过。3.短路短路是指电源未经负载而直接由导线(导体)构成通路时的工作状态。短路时，电路中流过的电流远大于正常工作时的电流，可能烧坏电源和其他设备。所以，应严防电路发生短路。（二）电气设备的额定值三、电流、电压及电动势（一）电流的形成电流是由于电荷的定向移动形成的。在金属导体中，电子在外电场作用下有规则地运动就形成了电流。而在某些液体或气体中，电流则是由于正离子或负离子在电场力作用下有规则地运动而形成的。（二）电流的方向在不同的导电物质中，形成电流的运动电荷可以是正电荷，也可以是负电荷，甚至两者都有。习惯上把正电荷移动的方向规定为电流的正方向。（三）电流的大小通常用单位时间内通过导体横截面的电荷量来表示电流的大小，以字母“I”表示。若在ts内通过导体横截面的电荷量为q，则电流可表示为I=qt电流的单位是安培，简称安，用符号“A”表示；电荷量的单位是库仑，简称库，用符号“C”表示。电流的大小取决于在一定时间内通过导体横截面的电荷量的多少。在相同时间内通过导体横截面的电荷量越多，就表示流过该导体的电流越强，反之越弱。电流分直流和交流两大类。凡大小和方向都不随时间变化的电流，称为直流(简写作DC)；凡大小和方向都随时间变化的电流，称为交流(简写作AC)。一个实际电路中电流的大小可以用电流表(安培表)进行测量，测量时应注意以下几点。（1）对交、直流电流应分别采用交流电流表和直流电流表进行测量。（2）电流表必须串接到被测量的电路中。（3）直流电流表表壳接线柱上标明的“+”、“-”记号，应和电路的极性相一致，不能接错，否则指针要反转，既影响正常测量，也容易损坏电流表。（4）合理选择电流表的量程。（四）电压的基本概念电压是用来衡量电场力推动电荷运动，对电荷做功能力大小的物理量。电路中A、B两点之间的电压在数值上等于电场力把单位正电荷从A点移动到B点所做的功。若电场力移动的电荷量为q，所做的功为W，那么A与B点之间的电压为UAB=W/q式中，W是电场力把正电荷从A点移到B点所做的功（J）；q为被移动的正电荷的电荷量（C）；UAB为A、B两点的电压（V）。（五）电压的参考方向如图2-9所示的一段电路，规定A为高电位点，用“+”表示，B为低电位点，用“-”表示，即选取该段电路电压的参考方向从A指向B。当电压的实际方向与参考方向一致时，电压为正值，如图2-9(a)所示；当电压的实际方向与参考方向不一致时，电压为负值，如图2-9(b)所示。图2-9电压参考方向与实际方向的关系电流、电压参考方向的几点说明如下。(1)电流、电压的实际方向是客观存在的，有时容易确定，有时难以确定。它们的参考方向是由于计算需要人为确定的，在电路分析和计算过程中，以参考方向为基础。(2)同一段电路中，电流参考方向选择不同，其数值相等但符号相反，电压的情况也一样，因此电流值、电压值的正负只有在选定参考方向的情况下才有意义。(3)在电路分析和计算中，必须先标出电流和电压的参考方向，才能进行分析和计算。(4)为了方便分析电路，电路上的电流和电压一般选择关联的参考方向。（六）电压的测量电路中任意两点之间的电压大小，可用电压表进行测量，测量时应注意以下几点。（1）对交、直流电压应分别采用交流电压表和直流电压表。（2）电压表必须并联在被测电路的两端。（3）直流电压表表壳接线柱上标明的“+”、“-”记号应和被测两点的电位相一致，即“+”端接高电位，“-”端接低电位，不能接错。（七）电动势1.电动势的基本概念在电源内部，电源力把正电荷从低电位(负极)移到高电位(正极)反抗电场力所做的功W与被移动电荷的电荷量q的比值就是电源电动势。用公式表示为E=W/q其中，E为电源电动势（V）；W为电源力所做的功（J）。不同的电源由于电源力的来源不同，能量转换的形式也不同。化学电动势(干电池、纽扣电池、蓄电池等)的电源力是一种化学作用，电动势的大小取决于化学作用的种类，与电源大小无关，如干电池无论是1号、2号、5号，其电动势都是1.5V。2.电动势的参考方向电动势的作用是把正电荷从低电位点移动到高电位点，使正电荷的电势能增加，所以规定电动势的实际方向是由低电位指向高电位，即从电源的负极指向电源的正极。3.电源端电压与电动势的关系(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反映的是电源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。四、电功与电功率电功，简单地说就是电流所做的功。电流在经过电器设备时会发生能量的转换，能量转换的大小就是电流所做功的大小，用符号“W”表示，单位为焦耳(J)。电功率的符号用“P”表示，单位为瓦(W)。在电流、电压关联参考方向下，电功率的计算公式为P=Wt=UI。五、电阻元件及欧姆定律（一）电阻元件电阻元件是电路中使用最多的元件之一，常称为电阻器。电阻器的主要特征是变电能为热能，它是一个消耗电功率的元器件，在电路中主要起调节电流、电压以及将电能转换成热能的作用。线性电阻元件和非线性电阻元件一般常温下金属电阻器的电阻是线性电阻，在其额定功率内，其伏安特性曲线为直线，如图2-15(a)所示。但像热敏电阻、光敏电阻等，在不同的电压、电流情况下，电阻值不同，伏安特性曲线为非线性，如图2-15(b)所示。图2-15电阻器的伏安特性2.电阻器的选用在一般场合下，主要是根据阻值、额定功率和允许误差的要求来选择合适的电阻器。也就是说，电阻的标称阻值应和电路要求相符，额定功率应该是电阻器在电路中实际消耗的功率的1.5～2倍，允许误差在要求的范围之内。3.电导电阻的倒数称为电导，用符号“G”表示，即G=1/R。各种材料按照它们的导电能力，一般可分为导体、绝缘体、半导体和超导体。（二）欧姆定律1.部分电路欧姆定律在一段不包括电源的电路中，电路中的电流I与加在这段电路两端的电压U成正比，与这段电路的电阻R成反比，这一结论称为欧姆定律，它揭示了一段电路中电阻、电压和电流三者之间的关系。2.全电路欧姆定律全电路欧姆定律的内容是：全电路中的电流I与电源的电动势E成正比，与电路的总电阻(外电路的电阻R和内电路的电阻r0之和)成反比，即I=E/（R+r0）。式中,E为电源的电动势(V)；r0为电源内阻(Ω)。（三）电源的外特性图2-19电源的外特性曲线六、电位的概念及计算在电路中任选一个参考点（该点的电位值为零，又称为零电位点），电路中某一点到参考点的电压就称为该点的电位。电位的符号用“V”表示，如电路中某点a和参考点o间的电压Vao为a点的电位，记作Va，电位的单位也是伏特(V)。2.电位参考点的意义通常规定参考点的电位为零，因此参考点又称为零电位点，用接地符号“┴”表示。七、电阻的串并联连接及等效变换1.电阻串联电路图2-22电阻串联电路在电路中，若干个电阻依次连接，中间没有分岔支路的连接方式，称为电阻的串联。图2-22所示为3个电阻R1、R2和R3组成的电阻串联电路。图2-22电阻串联电路2.电阻并联电路图2-24电阻并联电路在电路中，将若干个电阻的一端共同连在电路的一点上，把它们的另一端共同连在另一点上，这种连接方式称为电阻的并联。图2-24(a)所示为三个电阻的并联电路，图2-24(b)所示为其等效电路。图2-24电阻并联电路3.电阻混联电路求电阻混联电路的等效电路的步骤如下。（1）先把电阻的混联分解成若干个串联和并联，按照串、并联电路的特点进行计算，分别求出它们的等效电阻。（2）用已求出的等效电阻去取代电路中的串、并联电阻，得到电阻混联电路的等效电路。（3）如果所求得的等效电路中仍然包含着电阻的串联或并联，可继续用上面的方法来化简，以求得最简单的等效电路。（4）利用已化简的等效电路，根据欧姆定律算出通过电路的总电流，再算出各支路上的电流及各电阻两端的电压、功率等。任务二仿真验证基尔霍夫定律〖任务目标〗实际电路中，除了简单电路外，还有复杂电路。对复杂电路的分析，欧姆定律就使用不上了，这时就需要用到基尔霍夫定律。由此可见基尔霍夫定律在电路中的重要作用。仿真是现代电路学习、分析的一种有效的方法和手段,Multisim10是电路仿真领域应用最广的一款软件，本任务通过仿真的方式学习并掌握基尔霍夫定律。〖知识链接〗一、基尔霍夫定律（一）电路结构中的几个名词1.支路2.节点3.回路4.网孔（二）基尔霍夫电流定律图2-35基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律简称KCL，又称节点电流定律，是反映电路中与同一节点相连的支路中电流之间关系的定律。其基本内容是：在任意瞬间，流进任一节点的电流之和恒等于流出这个节点的电流之和，即∑I入=∑I出。(三)基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律简称KVL，又称回路电压定律，它反映了回路中各电压间的相互关系。其基本内容是：在任意瞬间沿电路中任一回路绕行一周，各段电压的代数和恒等于零，即∑U=0。二、电压源与电流源及其等效变换（一）电压源任何一个实际电源，都可以用恒定电动势E和内阻r0串联的电路来表示，称之为电压源，。电压源是以输出电压的形式向负载供电的，输出电压的大小为U=E-Ir0。如果电源内阻r0=0，电源始终输出恒定电压U=E，把内阻r0=0的电压源称为理想电压源（二）电流源电流源是一种不断向外电路输出电流的装置。如光电池，在具有一定照度的光线照射下，光电池将被激发产生一定值的电流，电流大小与照度成正比。（三）电压源与电流源的等效变换在进行电源的等效变换时必须注意以下几点。(1)电压源与电流源的等效变换只是对外电路，即对图中虚线框的外部而言，两种电源内部并不等效。(2)由于理想电压源的内阻定义为零，理想电流源的内阻定义为无穷大，因此两者之间不能进行等效变换。(3)电压源中的电动势E和电流源中的恒定电流Is在电路中应保持方向一致，即Is的方向从E的“-”端指向“+”端。任务三仿真验证戴维南定理及叠加原理〖任务目标〗复杂电路的分析不能简单地用欧姆定律来解决，需要借助于基尔霍夫定律来分析讨论，常用的解决复杂电路的方法有支路电流法、叠加原理和戴维南定理等。〖知识链接〗一、支路电流法支路电流法是分析复杂电路的基本方法，对于一个复杂电路，在已知电路中各电阻和电动势的前提下，以各条支路电流为未知量，根据基尔霍夫第一定律和基尔霍夫第二定律分别列出电路中的节点电流方程及回路电压方程，然后联立求解，计算出各支路电流，这种分析电路的方法称为支路电流法。支路电流法的解题步骤可概括如下。(1)分析电路的结构，看有几条支路、几个网孔，选取并标出各支路电流的参考方向、网孔或回路电压的绕行方向。(2)根据KCL列出(n-1)个独立节点的电流方程（n为节点的数目）。(3)根据KVL列出m个网孔的电压方程（m为网孔的数目）。(4)代入已知的电阻和电动势的数值，联立求解以上方程得出各支路电流值。(5)由各支路电流可求出相应的电压和功率。二、叠加原理叠加原理是线性电路分析的基本方法，它的内容是：在线性电路中，任一支路中的电流(或电压)等于各个电源单独作用时，在此支路中所产生的电流(或电压)的代数和。三、戴维南定理1.二端网络在电路分析中，任何具有两个引出端的部分电路都可称为二端网络。二端网络中，如果含有电源就称为有源二端网络，如图2-59(a)所示；如果没有电源则称为无源二端网络，如图2-59(b)所示。电阻的串联、并联、混联电路都属于无源二端网络，它总可以用一个等效电阻来替代，而一个有源二端网络则可以用一个等效电压源来代替。图2-59二端网络2.戴维南定理戴维南定理可以表述如下：对外电路来说，线性有源二端网络可以用一个理想电压源和一个电阻的串联组合来代替。理想电压源的电压等于该有源二端网络两端点间的开路电压，用U0表示；电阻则等于该网络中所有电源都不起作用时(电压源短接，电流源切断)两端点间的等效电阻，用R0表示。应用戴维南定理求某一支路电流和电压的步骤如下。（1）把复杂电路分成待求支路和有源二端网络两部分。（2）把待求支路移开，求出有源二端网络两端点间的开路电压U0。（3）把网络内各电压源短路，切断电流源，求出无源二端网络两端点间的等效电阻R0。（4）画出等效电压源图，该电压源的电动势E=U0,内阻r0=R0，并将其与待求支路接通，形成与原电路等效的简化电路，用欧姆定律或基尔霍夫定律求支路的电流或电压。观察图2-3，想一想电路由哪些部分组成。学生思考通路状态需要注意的问题。设备在超过额定工作状态下运行，会发生什么危险？用安培表测电流。教师讲解电压的参考方向。学生实际测量电压，并总结注意事项。教师讲解电阻器的伏安特性。学生思考导体、绝缘体、半导体和超导体的不同。观察电阻串联电路，总结电路的特点。观察电阻并联电路，总结电路的特点。按照步骤解例2-14。依据基尔霍夫电流定律解例2-15。依据基尔霍夫电压定律解例2-16。按照支路电流法的解题步骤解例2-18。按步骤解例2-20。教学目标知识目标：熟悉常用电工工具的名称及作用，了解电工基本操作要求；了解测量绝缘电阻的目的，熟悉兆欧表的分类及作用；了解测量接地电阻的目的，熟悉接地电阻测量仪的使用。能力目标：掌握低压线路中导线连接的方法；掌握接头绝缘处理的技能及方法；掌握用兆欧表测量绝缘电阻的方法；掌握用接地电阻测量仪测量接地电阻的方法。素质目标：沟通、协作能力；观察、信息收集能力；分析总结能力。良好的职业道德和严谨的工作作风教学重点兆欧表和接地电阻测量仪的使用方法教学难点使用兆欧表和接地电阻测量仪的注意事项教学手段理实一体实物讲解小组讨论、协作教学学时12教学内容与教学过程设计注释项目三电工工具及测量仪表的使用〖任务目标〗电气工程中，导线的连接是电工基本工艺之一，导线连接的质量关系着线路和设备运行的可靠性和安全程度。本任务要求学生完成单股塑料铜芯导线的直线和T形连接、多股塑料铜芯导线的直线和T形连接并进行连接头处的绝缘处理。〖知识链接〗一、电工常用工具（一）螺丝刀1.螺丝刀的规格及选择一字形螺丝刀以握柄部以外的刀体长度表示规格，单位为毫米，电工常用的有100mm、150mm、300mm等几种。2.螺丝刀的使用1）大螺丝刀的用法2）小螺丝刀的用法3）中型螺丝刀的用法3.使用螺丝刀的注意事项（1）电工不可使用金属杆直通柄顶的螺丝刀，否则很容易造成触电事故。（2）使用螺丝刀紧固拆卸带电的螺钉时，手不得触及螺丝刀的金属杆，以免发生触电事故。（3）为了避免螺丝刀的金属杆触及皮肤或触及邻近带电体，应在金属杆上穿套绝缘管，起绝缘防触电的作用。（二）钳子1.钢丝钳电工钢丝钳由钳头和钳柄两部分组成，钳头由钳口、齿口、刀口和铡口四部分组成。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2）使用电工钢丝钳的安全知识（1）使用电工钢丝钳以前，必须检查绝缘柄的绝缘是否完好。（2）用电工钢丝钳剪切带电导线时，不得用刀口同时剪切相线和零线，或同时剪切两根相线，以免发生短路事故。2.尖嘴钳及斜口钳（1）尖嘴钳。尖嘴钳有铁柄和绝缘柄两种，绝缘柄为电工用尖嘴钳，绝缘柄的耐压为500V，尖嘴钳的规格以其全长的毫米数表示，有130mm、160mm、180mm等几种。（2）斜口钳。斜口钳专供剪断较粗的金属丝、线材及电线电缆等用。3.剥线钳使用剥线钳时，把待剥落的绝缘长度用标尺定好以后，即可把导线放入相应的刃口中(比导线直径稍大),用手将钳柄一握，导线的绝缘层即被剥落并自动弹出。使用剥线钳时，不允许用小咬口剥大直径导线，以免咬伤导线芯；不允许当钢丝钳使用。4.网线压线钳网线压线钳用来完成双绞网线的制作，具有剪线、剥线和压线三种用途。（三）电工刀及电工工具包1.电工刀电工刀的安全知识主要有以下几点。（1）使用电工刀时应注意避免伤手。（2）电工刀用毕，随即将刀身折进刀柄。（3）电工刀刀柄是无绝缘保护的，不能在带电导线或器材上剖削，以免触电。2.电工工具包电工工具包是用来放置电工随身携带的常用工具或零星电工器材的，一般包括验电笔、螺丝刀、电工刀、各种钳子等，便于安装和维修用电线路和电气设备。（四）活络扳手和其他常用扳手1.活络扳手规格以“长度×最大开口宽度”(单位为mm)来表示，电工常用的活络扳手有150×19(6英寸)、200×24(8英寸)、250×30(10英寸)和300×36(12英寸)等四种。2.其他常用扳手图3-11其他常用扳手3.活络扳手的使用方法（1）扳动较小螺母时，需用力矩不大，但螺母过小，易打滑，因此操作手应握在接近扳手端部的地方，以便随时调节蜗轮，收紧活络唇，防止打滑。（2）扳动大螺母时，需用较大力矩，手应握在接近扳手柄尾处。（3）活络扳手不可反方向用力，以免损坏活络扳唇，也不可用套接钢管接长手柄的方法来施加较大的扳拧力矩。（4）活络扳手不得当做撬棒或手锤使用，不能用于撬、砸等工作场所。（五）加热工具1.电烙铁1）电烙铁的种类及结构（1）外热式电烙铁。由烙铁头、传热筒、烙铁芯和支架等组成。（2）内热式电烙铁。具有发热快、耗电省、效率高、体积小、便于操作等优点。（3）恒温电烙铁。电烙铁通电时，软金属块具有磁性，发热器通电升温。（4）吸锡电烙铁。操作时先用吸锡式电烙头加热焊点，待焊锡熔化后，按动吸锡装置，即可把锡液从焊点上吸走，便于拆焊。2）电烙铁的使用（1）电烙铁的使用方法和焊锡丝的拿法。（2）使用电烙铁的工作步骤。准备施焊—加热焊件—送入焊丝—移开焊丝—移开烙铁。3）焊接的要求焊接的基本要求是：焊点必须牢固，焊锡必须充分渗透，焊点表面光滑有泽，应防止出现“虚焊”、“夹生焊”等现象。2.热风枪热风枪又称贴片电子元件拆焊台，它专门用于表面贴片安装电子元件（特别是多管脚的集成电路）的焊接和拆除。3.吸锡器吸锡器是拆卸电子元件时的必备工具，用于吸出焊点上的存锡。4.喷灯按使用燃油的不同，喷灯分煤油喷灯和汽油喷灯两种。（六）电动工具1.手电钻手电钻是利用钻头加工小孔的常用电动工具，分手枪式和手提式两种。一般手枪式电钻加工孔径为0.3～6.3mm；手提式电钻加工范围较大，加工孔径为6～13mm。使用时的注意事项。2.冲击钻冲击钻常用于在建筑物上打孔，把调节开关置于“钻”的位置，可作为普通电钻使用；置于“锤”的位置，钻头边旋转，边前后冲击，便于钻混凝土或砖结构建筑物上的孔，通常可冲打6～16mm的圆孔。使用时的注意事项。3.电锤电锤是装修工程常使用的一种工具，适用于混凝土、砖石等硬质建筑材料的钻孔，可替代手工进行凿孔操作。使用时的注意事项。4.电动螺丝刀在现代工厂生产中，多采用电动螺丝刀。它主要利用电力作为动力，使用时只要按动开关，螺丝刀即可按预先选定的顺时针或逆时针方向旋动，完成旋紧或松脱螺钉的工作。（七）其他电工常用工具1.钢锯钢锯常用于锯割各种金属板和电路板、槽板等。2.手锤和电工用凿可用手锤敲击来校直、凿削和装卸零件等。电工用凿主要用来在建筑物上打孔，以便下输线管或安装架线木桩，常用的电工用凿有麻线凿、小扁凿等。3.手摇绕线机手摇绕线机主要用来绕制小型电动机的绕组、低压电器线圈和小型变压器线圈。使用时的注意事项。二、导线的选择和连接（一）导线的选择1.导电材料导电材料一般分为良导体材料和高电阻材料。良导体材料分别为铜、铝、钢，主要用于制作导线或母线。高电阻材料如康铜、锰铜、镍铬和铁铬铝等，常用作电阻器和热工仪表的电阻元件等。2.导线电缆的种类、特点及用途按导线外表是否有绝缘层：裸导线和绝缘导线两大类；按制造工艺及使用范围：电磁线、电器装备用电线电缆、电力电缆及通信电线电缆。1）裸导线只有导体部分，没有绝缘和保护层结构的导线称为裸导线。根据裸导线的形态和结构可分为：圆单线，型线，软接线，裸绞线。2)绝缘导线(1)导线的金属线芯要求导电率高，机械抗拉强度大，耐腐蚀，质地均匀，表面光滑无氧化、裂纹等。(2)导线的绝缘包皮要求绝缘电阻值高，质地柔韧有相当机械强度，耐酸、油、臭氧等的侵蚀。3)电缆电缆线芯按使用要求可分为四种结构：硬型、软型、特软型和移动式电线电缆。电缆按线芯数又可分为四类：单芯、双芯、三芯、四芯。保护层的作用是保护绝缘层。可分为两种：固定敷设的电缆多采用金属护层；移动电缆多采用非金属护层。4)电磁线按绝缘材料：漆包线、丝漆包线、玻璃纤维包线和纱包线等多种；按截面的几何形状：圆形和矩形两种。（二）导线的连接1.导线绝缘层的剥削1）塑料硬线绝缘层的剥削对于规格大于4mm2的塑料硬线的绝缘层，由于导线较粗，用钢丝钳剥削较为困难，则可用电工刀剥削。2）塑料软线绝缘层的剥削除用剥线钳外，也可用钢丝钳根据剥削2.5mm2及以下的塑料硬线的方法进行，但不能用电工刀剥削。这3）塑料护套线绝缘层的剥削4）橡皮线绝缘层的剥削5）花线绝缘层的剥削6）橡套软线(橡套电缆)绝缘层的剥削7）铅包线绝缘层的剥削8）漆包线绝缘层的去除2.导线的连接1）单股导线的连接法（1）绞接法。（2）绑线法。（3）粗细不等单股导线的连接法。（4）软导线的连接法。2）多股导线的连接法（1）多股导线的直线绞接连接法。（2）多股导线的直线绑线连接法。（3）多股导线的T形连接法。3）导线接头与接线柱的连接(1)导线接头与针孔接线柱的连接。(2)导线接头与平压式接线柱的连接。(3)导线接头与瓦型连接柱的连接。4）导线的封端为了保证导线线头与电气设备的良好接触和其机械性能，导线截面积10mm2以下的单股铜芯导线、2.5mm2及以下的多股铜芯线和单股铝芯线能直接与电气设备连接，大于上述规格的多股或单股芯线，通常都应在线头处焊接或压接接线端子，这种工艺过程称为导线的封端。3.导线连接处绝缘层的恢复在电力线路上恢复接头绝缘层常用黄蜡带、涤纶薄膜带和黑胶带三种绝缘带。绝缘带宽度一般选20mm比较合适。任务二使用兆欧表测量绝缘电阻〖任务目标〗电气设备的绝缘性能是否良好，不仅关系到设备能否正常运行，而且关系到操作人员的生命安全。另外，电气设备由于工作时的发热、受潮及老化等原因，绝缘性能往往会达不到要求，需要检修，检修前后都需要用兆欧表测量绝缘电阻，所以绝缘电阻的测量也是电工从业人员必备的操作技能之一，本任务要求学生掌握用兆欧表测量绝缘电阻的方法。〖知识链接〗一、绝缘电阻的概念绝缘电阻是电气设备和电气线路最基本的绝缘指标。对于低压电气设备，常温下电动机、配电设备和配电线路的绝缘电阻不应低于0.5MΩ(对于运行中的设备和线路，绝缘电阻不应低于1MΩ)。低压电器及其连接电缆和二次回路的绝缘电阻一般不应低于1MΩ；在比较潮湿的环境不应低于0.5MΩ；二次回路小母线的绝缘电阻不应低于10MΩ。I类手持电动工具的绝缘电阻不应低于2MΩ。二、兆欧表1.兆欧表的结构与作用由两部分组成，一部分是由磁电系比率表组成的测量机构，另一部分是由手摇直流发电机组成的电源供给系统，包括接线柱(L、E、G)。也称为绝缘电阻表（俗称摇表），是检测电气设备、供电线路绝缘电阻的一种可携式仪表。2.兆欧表的选择兆欧表测量范围的选择主要考虑两点：一方面，测量低压电气设备的绝缘电阻时可选用0～200MΩ的兆欧表，测量高压电气设备或电缆时可选用0～2000MΩ的兆欧表；另一方面，因为有些兆欧表的起始刻度不是零，而是1MΩ或2MΩ，这种仪表不宜用来测量处于潮湿环境中的低压电气设备的绝缘电阻，因其绝缘电阻可能小于1MΩ，造成仪表上无法读数或读数不准确。3.使用兆欧表前的准备(1)测量前须先校表。(2)用兆欧表测量线路或设备的绝缘电阻，必须在不带电的情况下进行，绝对不允许带电测量。(3)测量前应先断开被测线路或设备的电源，并对被测设备进行充分放电，清除残存静电荷，以免危及人身安全或损坏仪表。4.用兆欧表测量绝缘电阻的方法及注意事项特别应该注意的是：测量电缆线芯和外表之间的绝缘电阻时,一定要接好屏蔽端钮“G”,因为当空气湿度大或电缆绝缘表面又不干净时,其表面的漏电流将很大,为防止被测物因漏电而对其内部绝缘测量所造成的影响,一般在电缆外表加一个金属屏蔽环与兆欧表的“G”端相连。任务三接地电阻的测量一、接地的概念所谓接地，就是把设备的某一部分通过接地装置同大地紧密连接在一起。（一）接地的作用1.防止人身遭受电击将电气设备在正常运行时不带电的金属导体部分与接地极之间作良好的金属连接，以保护人体的安全，防止人身遭受电击。2.保障电气系统正常运行电力系统接地一般为中性点接地，中性点的接地电阻很小，因此中性点与地间的电位差接近于零。3.防止雷击和静电的危害所有防雷装置和防止静电危害的措施中，最主要的方法就是设置接地装置。（二）电气接地的分类接地的目的是使设备正常安全地运行，以及为建筑物和人身的安全创造条件。常用的接地方式按作用或功能来分可分为(1)系统接地。(2)设备的保护接地。(3)防雷接地。(4)屏蔽接地。(5)防静电接地。(6)等电位接地。(7)电子设备的信号接地及功率接地。二、接地电阻对于不同的电气系统，接地电阻的要求是不一样的，具体数值可以查阅相应的电气规范。以下是标准接地电阻规范要求。(1)独立的防雷保护接地电阻应小于等于10Ω。(2)独立的安全保护接地电阻应小于等于4Ω。(3)独立的交流工作接地电阻应小于等于4Ω。(4)独立的直流工作接地电阻应小于等于4Ω。(5)防静电接地电阻一般要求小于等于100Ω。(6)共用接地体（联合接地）接地电阻应不大于1Ω。三、用接地摇表测量接地电阻的方法接地摇表又称为接地电阻摇表、接地电阻表或接地电阻测试仪。目前比较普及的是指针式或数字式接地摇表，在电力系统以及电信系统中比较普及的是钳式接地摇表。1.使用接地电阻测试仪准备工作2.使用接地电阻测试仪测量步骤学生按照使用方法使用螺丝刀，并总结注意事项。学生使用各种钳子，熟悉各种类钳子的功能。学生认识不同种类的常用扳手。教师讲解电烙铁的使用方法及注意事项。教师讲解各电动工具的使用方法及注意事项。学生连接导线，总结操作方法。组织学生使用兆欧表测量绝缘电阻，教师总结注意事项。学生思考身边什么情况运用了接地。以常用的ZC-8型接地电阻测试仪为例介绍测量接地电阻的方法。教学目标知识目标：了解正弦交流电的产生及其特征，掌握正弦交流电的表示方法，掌握单相交流电路的分析方法；了解交流电路中的谐振现象；了解常用电工仪表的工作原理，掌握常用交流电流表、电压表和功率表的使用方法；掌握交流电路中元件参数的测试方法；了解白炽灯的工作原理，了解白炽灯电路的安装过程及故障特点；了解日光灯的工作原理，了解日光灯电路的安装过程及故障特点。能力目标：掌握仿真软件测试单相交流电路的方法，掌握用示波器观察并测试谐振电路参数的方法；掌握交流电流表、电压表和功率表的使用方法，掌握单相交流电路元件参数的测量与计算方法；掌握白炽灯电路的安装方法及其电路的故障检修方法；掌握日光灯电路的安装方法及其电路的故障检修方法。素质目标：沟通、协作能力；观察、信息收集能力；分析总结能力。良好的职业道德和严谨的工作作风教学重点交流电流表、电压表和功率表的使用方法，常用电工仪表的工作原理教学难点白炽灯电路，日光灯电路的故障检修方法教学手段理实一体实物讲解小组讨论、协作教学学时12教学内容与教学过程设计注释项目四一般照明电路的安装与维修任务一仿真测试RLC串联电路〖任务目标〗交流电路要比直流电路复杂得多，所以交流电的学习难度要大于直流电的学习，本任务通过仿真测试交流RLC串联电路的方式，把抽象的理论学习变得形象直观，从而能更好地掌握交流电的知识，在这里，仿真测试是一种很好地学习交流电知识的方法。〖知识链接〗一、正弦交流电的基本概念（一）交流电的概念大小和方向随时间作周期性变化的电流或电压称为交流电。图4-1直流电和交流电波形图（二）正弦交流电的产生图4-2交流发电机的基本原理图正弦交流电是通过单相交流发电机产生的，交流发电机包括两大部分：一个可以自由转动的电枢(转子)和一对固定的磁极(定子)。电枢上绕有线圈，线圈切割磁力线便可产生感应电动势。电磁感应现象中，穿过闭合回路的磁通发生变化时，回路中将出现感应电流。交流电的产生就是利用了电磁感应的原理。（三）描述交流电的物理量1.周期、频率和角频率交流电完成一次周期性变化所需要的时间称为交流电的周期。周期通常用T表示，单位是秒(s)。如果利用角度来表征交流电，那么每秒内交流电所变化的角度被称为角频率。角频率通常用ω来表示，单位是弧度/秒(rad/s)。交流电的周期、频率和角频率主要是用来描述交流电变化快慢的物理量，它们之间的关系是f=1/T或T=1/fω=2π/T=2πf2.幅值交流电在每周变化过程中出现的最大瞬时值称为幅值，也称为最大值。3.初相位如果利用角度来表征交流电，那么t＝0时刻交流电对应的角度被称为初相位，简称初相。4.瞬时值交流电流、电压、电动势在某一时刻所对应的值称为它们的瞬时值。交流电的瞬时值取决于它的周期、幅值和初相位。用小写字母表示，如用i、u、e分别表示瞬时电流、瞬时电压、瞬时电动势等。交流电的幅值描述了交流电大小的变化范围，交流电的角频率描述了交流电变化的快慢，交流电的初相位描述了交流电的初始状态。这三个物理量决定了交流电的瞬时值，因此，将幅值、角频率和初相称为交流电的三要素。（四）相位差图4-7交流电的相位关系相位差指的是两个同频率正弦量之间的相位之差，由于同频率正弦量之间的相位之差实际上就等于它们的初相之差，因此相位差就是两个同频率正弦量的初相之差。需要注意的是，不同频率的正弦量之间是没有相位差的概念而言的。（五）交流电的有效值和平均值1.交流电的有效值交流电流i通过电阻R在一个周期内所产生的热量和直流电流I通过同一电阻R在相同时间内所产生的热量相等,则这个直流电流I的数值叫做交流电流i的有效值。通常说照明电路的电压是220V，就是指有效值，与其对应的交流电压的幅值是311V。各种交流电的电器设备上所标的额定电压和额定电流均为有效值。另外，利用交流电流表和交流电压表测量的交流电流和交流电压也都是有效值。2.交流电的平均值交流电半个周期内所有瞬时值的平均值称为交流电的平均值。二、正弦量的相量表示法（一）复数及四则运算1.复数A=4+3j在复平面上的表示如图4-9所示。图4-9复数在复平面上的表示2.复数的四则运算1)复数的加减法2）复数的乘除法（二）正弦量的相量表示法1.相量相量的本质是复数，用相量表示正弦量的基础就是用复数表示正弦量。需要注意的是，相量只是表示正弦量，不是等于正弦量；只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不能用相量表示；只有同频率的正弦量才能画在同一相量图上。2.相量图三、正弦电路中的电阻元件1.电阻元件上电压与电流的关系图4-14电阻元件交流电路2.电阻元件的功率由于在电阻元件的交流电路中u与i同相，它们同时为正，同时为负，所以瞬时功率总是正值，即p≥0。瞬时功率为正，这表明外电路从电源取用能量。电阻元件从电源取用能量后转换成了热能，这是一种不可逆的能量转换过程。通常这样计算电能：W=P·t。工程上都是计算瞬时功率的平均值,即平均功率,用大写字母P表示。P是一个周期内电路消耗电能的平均功率，即瞬时功率的平均值，称为平均功率，如图414（d）所示。在电阻元件电路中，平均功率为P=UI=I2R=U2/R平均功率又称为有功功率。功率的单位为瓦(W）,工程上也常用千瓦（kW）,其与瓦的换算关系为1kW=1000W。四、正弦电路中的电感元件1.电感元件上电压与电流的关系图4-16电感元件交流电路2.电感元件的功率与储能五、正弦电路中的电容元件1.电容元件上电流与电压关系图4-17电容元件交流电路2.交流电路中电容元件上的功率六、电阻、电感与电容串联的交流电路1.RLC串联交流电路中电流与电压的关系图4-19RLC串联的交流电路2.电流电压关系与电压三角形、阻抗与阻抗三角形3.电路的性质（1）如果XL>XC，则在相位上电流i比电压u滞后，φ>0，这种电路是电感性的，简称为感性电路。（2）如果XL<XC，则在相位上电流i比电压u超前,φ<0，这种电路是电容性的，简称为容性电路。（3）当XL=XC，即φ=0时，则电流i与电压u同相，这种电路是电阻性的，称之为谐振电路，谐振电路后面将介绍。七、阻抗的串联与并联1.阻抗的串联图4-23阻抗的串联2.阻抗的并联图4-24阻抗的并联八、功率因数的提高（一）正弦交流电路的功率1.瞬时功率瞬时功率有时为正，有时为负。正值时，表示负载从电源吸收功率，负值表示从负载中的储能元件(电感、电容)释放出能量送回电源。2.有功功率(平均功率)和功率因数把一个周期内瞬时功率的平均值称为“平均功率”,或称为“有功功率”,用字母“P”表示。在交流负载中只有电阻部分才消耗能量，在RLC串联电路中电阻R是耗能元件，则有P=UR/I=I2R。3.无功功率由于电路中有储能元件电感和电容，它们虽不消耗功率，但与电源之间要进行能量交换。用无功功率表示这种能量交换的规模，用大写字母Q表示，对于任意一个无源二端网络的无功功率可定义为Q=UIsinφ上式中的φ角为电压和电流的相位差，也是电路等效复阻抗的阻抗角。4.视在功率在交流电路中，端电压与电流的有效值乘积称为视在功率，用S表示。即S=UI视在功率的单位为伏安(VA)或千伏安(kVA)。（二）功率因数电路所具有的参数不同，电压与电流之间的相位差φ也就不同，在同样的电压U和电流I下，电路的有功功率和无功功率也就不同。因此，电工学中将P=URI=I2R=UIcosφ中的cosφ称为功率因数。国家电业部门规定，用电企业的功率因数必须维持在0.85以上。高于此指标的给予奖励，低于此指标的则罚款，而低于0.5者停止供电。功率因数的高低为什么如此重要，功率因数低有哪些不利？从以下两方面来说明。（1）电源设备的容量不能充分利用。（2）增加输电线路上的功率损失。（三）功率因数提高的方法提高功率因数的简便而有效的方法，是给电感性负载并联适当大小的电容器，其电路图和相量图如图4-29所示。图4-29功率因数的提高九、电路的谐振（一）RLC串联谐振的条件与谐振频率图4-30串联谐振电路（二）电感与电容并联谐振1.并联谐振的条件2.并联谐振电路的特点(1)电路两端电压与电流同相位，电路呈电阻性。(2)电路的并联阻抗最大，即等于电阻值。因此当电压一定时，电路中的电流达到最小值。(3)电感电流与电容电流大小相等，相位相反，互为补偿，电路总电流等于电阻支路电流。(4)谐振时IL=IC，但它们比并联总电流可以大许多倍，因此，并联谐振也称为电流谐振。谐振时支路电流与总电流之比也称为谐振电路的品质因数，用Q表示。任务二单相交流电路实验〖任务目标〗交流电路中元件参数的测量与计算是交流设备维修的重要环节，本任务通过单相交流电路实验来进行元件参数的测试，来准确判断元件的好坏，也为元件的检修和更换准备技术数据，从而使交流设备能正常地工作。〖知识链接〗一、常用电工仪表及使用（一）电工测量仪表的分类1.指示仪表指示仪表有如下几种分类方法。（1）根据测量对象分类，可以分为电流表、电压表、功率表、相位表、频率表、千瓦小时计、万用表等。（2）根据工作原理分类，可以分为磁电系、电磁系、电动系、静电系、感应系、整流系等。（3）根据仪表工作电流的性质分类，可以分为直流仪表、交流仪表和交直流两用仪表。（4）根据准确度等级分类，共分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共七个等级。2.数字式仪表优点：读数方便，没有视差。准确度高。测量速度快。灵敏度高。（5）输入阻抗高，仪表功耗小。（6）便于输送。3.比较仪表比较类仪表的优点是测量准确度较高，缺点是测量过程复杂，测量速度较慢。4.其他电工仪表分流器、测量用的互感器等。（二）常用电工仪表的符号及型号1.常用电工仪表的符号常用电工仪表的符号见表4-5。2.电工仪表的型号图4-38安装式指示仪表型号组成（三）电工仪表的工作原理1.电工仪表的组成常用电工仪表主要由外壳、有标度尺和有关符号的面板、测量线路、表头、电磁系统、指针、阻尼器、转轴、轴承、游丝、零位调整器等组成。2.电工仪表的工作原理图4-39磁电式仪表的原理结构图4-40电磁式仪表的原理结构（四）电工仪表的测量误差及消除1.电工指示仪表的选择（1）要考虑工作条件。（2）要正确选择仪表的量限。（3）仪表经长期工作后，其准确度会发生变化，因此，要根据电气计量部门的规定，定期进行校验和维修。2.测量误差及其消除方法仪表的指示值和被测量的真实值之间会有一个差别，称为误差。误差越小，说明仪表的准确度越高。造成误差有两类原因。第一是仪表本身固有的因素造成的，第二是由于使用不当造成的误差。测量误差可分为以下三类。1）系统误差譬如，由于仪表放置不当造成的误差，若能正确安装或放置仪表，误差即可消除。但是多数情况下，产生这种误差的原因是无法消除的，只能采取一些特殊的测量方法减小这种误差。2）偶然误差偶然误差是不可能在一次测量中加以消除的，必须多次测量从偶然误差的总和中，用概率论来指出偶然误差的可能必然性较大的界限，衡量测量的准确度以及确定测量结果与被测量实际值的接近程度。3）疏失误差疏失误差是一种严重歪曲测量结果的误差，它是由于测量者在测量过程中的粗心和疏忽造成的，如读数错误或记录错误等。这样的测量结果是不可取的，消除疏失误差的根本方法是加强测试人员的责任感，倡导认真负责和一丝不苟的工作精神。对由于疏失获取的测量结果，必须剔除。（五）常用电参数的测量1.电流的测量2.电压的测量3.功率的测量1）单相交流和直流功率的测量用功率表测量直流或单相交流电路的功率时，功率表的正确接线如图4-46所示。图4-46功率表的接线方法2）功率表的读数功率表的量程包括电流量程、电压量程和功率量程。装在开关板上的安装式功率表，通常只有一挡量程，可以直接读数。二、单相调压器的使用使用自耦变压器时应注意：输入端接交流电源，输出端接负载。不能接错，否则有可能将变压器烧毁。使用完毕后，手柄应退回零位。任务三白炽灯电路的安装与维护〖任务目标〗白炽灯电路是日常照明常用电路，因此掌握白炽灯电路的安装与维护就显得特别重要，只有了解了白炽灯的工作原理，才能更好地排除白炽灯电路中的故障。〖知识链接〗一、白炽灯的工作原理1.白炽灯基本性能白炽灯的额定电压有12V、24V、36V和220V等，其中36V及以下的白炽灯属于低压安全灯，常用于机床照明灯等。在使用时，要注意灯泡的额定电压必须与线路电源电压相符，否则会造成发光暗或灯泡损坏。2.白炽灯的灯座白炽灯的灯座又称灯头，主要用来安装灯泡。它的种类很多，常用的灯座外形结构见表4-7。3.白炽灯的开关白炽灯开关的常见故障：拉线容易断裂。接触不良。控制失灵。二、白炽灯常见故障及排除方法白炽灯常见故障及排除方法见表4-8。任务四日光灯电路的安装与维护〖任务目标〗日光灯电路也是日常照明常用电路，随着日光灯光源的改进，其应用已大有替代白炽灯的趋势，因此掌握日光灯电路的安装与维护就成了电业从业人员的一项必备技能，只有了解了日光灯的工作原理，才能更好地排除日光灯电路中的故障。〖知识链接〗一、日光灯的结构和工作原理（一）日光灯的结构1.灯管灯管由灯座(俗称灯脚)、灯头、灯丝、荧光粉和玻璃管等构成。2.镇流器镇流器作用：限制灯丝预热时流经灯丝的电流值，防止预热温度过高烧坏灯丝；维持灯管启辉工作后的工作电压限制在额定范围内，以保证灯管能稳定工作。3.启辉器启辉器又称为启动器，荧光灯启辉器最常用的是辉光式。启辉器的常用规格有4～8W、15～20W和30～40W，以及通用型4～40W等。选用时应选择与所用日光灯管相同的功率参数。4.灯座灯座有开启式和弹簧式两种。（二）日光灯的工作原理图4-68荧光灯的工作原理图二、日光灯常见故障及排除方法日光灯常见故障及排除方法见表4-9。区分直流电和交流电的不同。教师讲解交流发电机的基本原理。结合例4-4讲解相位差的概念。以图4-9为例，讲解复数的概念。结合例4-10，4-11讲解相量图的画法。结合例4-18讲解教师讲解功率因数的概念，并结合实际说明其重要性。结合4-30电路图，讲解谐振的条件，频率及特点。学生分组讨论各类仪表的优缺点。结合表格内容，熟悉常用电工仪表的符号。以常用的磁电式仪表和电磁式仪表为例，讲解电工仪表的工作原理。思考如何减少或避免误差的产生。根据表格内容，熟悉白炽灯常见故障及解决方法。根据表格内容，熟悉日光灯常见故障及解决方法。教学目标知识目标：了解三相交流电源的连接，进而了解三相四线制供电方式的特点；了解三相负载的连接方法，了解三相功率的问题，掌握三相负载的有关计算；了解低压配电电器的相关知识，进而掌握小型配电箱的安装方法；了解单相和三相电度表的工作原理，了解安全用电的常识。能力目标：掌握三相交流电路的仿真测试方法；掌握三相交流负载电路的参数测量，掌握三相功率的测量方法；掌握常用低压配电电器的选用方法，掌握小型配电箱的安装方法；掌握单相和三相电度表的安装方法。素质目标：沟通、协作能力；观察、信息收集能力；分析总结能力。良好的职业道德和严谨的工作作风教学重点三相交流电路的仿真测试，常用低压配电电器的选用方法教学难点三相负载的计算教学手段理实一体实物讲解小组讨论、协作教学学时10教学内容与教学过程设计注释项目五三相交流电路的连接〖任务目标〗与单相交流电路相比，三相交流电路具有更多的优越性，现代的供电体制就是三相交流电的供电方式，因此，掌握三相交流电的有关知识，才能更好地在实际工作中用好交流电。低压配电电器、电度表等是现代工业及民用电中不可或缺的电器仪表，掌握好它们的使用特点，才能更好地完成实际用电中的线路安装、检修、电能度量等任务。〖知识链接〗一、三相对称电动势的产生图5-1三相交流发电机原理图三相交流电按其到达正的(或负的)最大值的先后顺序称为相序。在图5-1中，如果转子以顺时针方向旋转，首先是A相电动势先达到正幅值，继而是B相，最后是C相，这种从A—B—C的相序称为顺序（或正序）；如果转子转向不变，把B相绕组与C相绕组对调，则相序变成从A—C—B，称为逆序（或反序）。二、三相交流电源的连接1.三相电源的星形(Y形)连接如图5-4所示，将发电机绕组的末端X、Y、Z连接在一起，这个连接点N称为中性点，自该点引出的导线称为中性线，中性线通常与大地相连，此时又称之为零线或地线。从三相绕组的首端A、B、C分别引出3根导线统称为端线或相线(俗称火线)，常用A、B、C表示，也有用L1（U）、L2（V）、L3（W）表示的。这种具有中性线的三相供电方式称为三相四线制。如果无中性线引出只有3根相线的供电方式称为三相三线制。图5-4三相电源绕组的星形(Y形)连接图2.三相电源的三角形(△形)连接将对称三相电源中的三个绕组按相序依次连接，如图5-7所示，由三个连接点引出三条端线，这样的连接方式称为三角形（也称△形）连接。图5-7三相电源的三角形连接任务二三相照明电路的测量〖任务目标〗实际工作生活中，使用最为广泛的交流电供电方式为三相四线制供电，这就存在着作为用电的负载，如何与三相四线制供电系统正确连接的问题，若连接不合适则可能造成设备的损坏或是不能正常工作，同时，负载连接到三相四线制供电系统后，还有电路参数的测量问题，通过这些电路参数，才能判断负载工作的正常与否，以及功率消耗等问题。本任务就是解决三相负载如何连接、三相功率如何测量、计算等问题的。〖知识链接〗一、三相负载的连接（一）三相负载的星形连接图5-13所示为三相负载的星形连接，点N′称为负载的中点，因有中性线NN′，所以是三相四线制电路。图中通过端线的电流称为线电流，通过每相负载的电流称为相电流。显然，在星形连接时，某相负载的相电流就是对应的线电流，即相电流等于线电流。图5-13三相负载的星形连接三相对称负载2.三相不对称负载（二）三相负载的三角形连接三相负载的三角形连接，每一相负载都直接接在相应的两根火线之间，这时负载的相电压就等于电源的线电压。不论负载是否对称，它们的相电压总是对称的。三相负载接成星形，还是接成三角形，取决于以下两个方面。(1)电源电压。(2)负载的额定相电压。二、三相功率任务三小型配电箱的安装与调试〖任务目标〗低压配电箱简称配电箱，是用来配电和控制、监视动力、照明电路及设备的装置，是配电系统中最末一级的电器控制设备，分布在各种用电场所，是保障电力系统安全正常运行的最基础环节。配电箱的组成根据工作性质，可以选用不同的低压配电电器，本任务通过小型配电箱的安装与调试，达到掌握低压配电电器选用的目的。〖知识链接〗一、配电箱的作用与分类低压配电箱有标准配电箱和非标准配电箱两类。按配电用途的不同，配电箱又分为照明配电箱和动力配电箱两类，按配电箱的安装方式又分为嵌入式配电箱和悬挂式配电箱两种。（一）常用配电箱1.XM系列照明配电箱2.XL系列动力配电箱3.X（R）J系列照明配电箱4.PZ-30型配电箱（二）非标准配电箱工作中根据需要在工作现场制作的配电箱，称为现制配电箱(在施工图中一般称为非标准配电箱)。现制配电箱包括盘面板和箱体两部分(有时还包括控制面板)。1.盘面板的组装1）盘面板的制作盘面板四周与箱体边之间应有适当的缝隙，以便在配电箱内安装固定。为了节约木材，盘面板的材质已广泛采用塑料代替。2）电器排列将盘面板放平，把全部仪表、电器、装置等置于上面，先进行实物排列，一般将仪表放在上方，各电路的开关以及熔断器要互相对应，放置的位置要便于操作和维护，并使盘面板的外形整齐美观。3）电器排列间距4）盘面板的加工5）电器的固定2.盘面板的布线1）导线的选择根据仪表和电器的规格、容量以及安装位置，按设计要求选取导线截面和长度。2）导线的敷设盘面导线布置必须排列整齐、绑扎成束，一般用卡钉固定在盘面板的背面，不能使导线在盘面上摇摆。盘后引入和引出的导线应留出适当余量，以用于检修。3）导线的连接导线敷设好之后，即可将导线按设计要求依次正确地与电器元件进行连接。导线出线端的弯圈、封端等工作可参照导线接线的安装要求进行。3.配电盘面板的安装要求1）电源连接2）接零母线3）相序分色4）卡片框5）加包铁皮二、低压配电电器（一）熔断器熔断器是一种常用在低压电路和电动机控制电路中用作短路保护和过载保护的电器，熔断器由熔体、绝缘熔管和底座等组成。1.常见分类（1）磁插式熔断器。（2）螺旋式熔断器。（3）有填料封闭管式熔断器。（4）无填料封闭管式熔断器。2.熔断器的型号含义3.熔断器参数熔断器参数包括额定电压、额定电流和熔体的额定电流三个参数。4.熔断器的选择与使用（1）照明电路：熔体额定电流≥被保护电路上所有照明电器工作电流之和。（2）单台直接起动电动机：熔体额定电流＝（1.5～2.5）×电动机额定电流。（3）多台直接起动电动机：总保护熔体额定电流＝（1.5～2.5）×各台电动机电流之和。（4）降压起动电动机：熔体额定电流＝（1.5～2）×电动机额定电流。（5）绕线式电动机：熔体额定电流＝（1.2～1.5）×电动机额定电流。（6）配电变压器低压侧：熔体额定电流＝（1.0～1.5）×变压器低压侧额定电流。5.熔断器的常见故障及修理方法熔断器的常见故障及修理方法见表5-6。6.熔断器使用注意事项（1）对不同性质的负载，如照明电路、电动机电路的主电路和控制电路等，应分别保护，并装设单独的熔断器。（2）安装螺旋式熔断器时，必须注意将电源线接到瓷底座的下接线端，即低进高出的原则，以保证安全。（3）瓷插式熔断器安装熔丝时，熔丝应顺着螺钉旋紧方向绕过去，同时应注意不要划伤熔丝，也不要把熔丝绷紧，以免减小熔丝截面尺寸或插断熔丝。（4）更换熔体时应切断电源，并应换上相同额定电流的熔体。（二）刀开关1.刀开关的型号含义2.刀开关的选择与使用（1）用于照明或电热负载时，负荷开关的额定电流等于或大于被控制电路中各负载额定电流之和，刀开关的额定电压应不小于电路实际工作的最高电压。（2）用于电动机负载时，开启式负荷开关的额定电流一般为电动机额定电流的3倍；封闭式负荷开关的额定电流一般为电动机额定电流的1.5倍。3.刀开关的常见故障及修理方法刀开关的常见故障及修理方法见表5-7。4.刀开关使用时的注意事项（1）刀开关应垂直安装在控制屏或开关板上使用，静触点应在上方。（2）安装刀开关时，要把电源进线接在静触点上，负载接在可动的触刀一侧，这样当断开电源时触刀就不会带电；负载则接在下接线端，便于更换熔丝。（3）大电流的刀开关应设有灭弧罩；封闭式刀开关的外壳应可靠地接地，防止意外漏电使操作者发生触电事故。（