报警器的制作

1、项目一 报警器的制作,本项目教学内容,一、工业用电与安全用电 二、电工测量（常用电工仪表的使用） 三、报警器的制作（实验） 四、电路的基本概念和定律 五、电路的等效变换 六、线性电路的基本定理与基本分析方法 七、Multisim软件学习与实验验证（实验）,教学知识点1,一、电力系统 二、工业企业配电 三、安全用电,教学知识点1,教学要求：,1.了解工业企业供配电的基本知识;,2.了解安全用电的基本常识。,1 电力系统,1.1 电力系统概述,电力是现代工业的主要动力，在各行各业中都得到了广泛的应用。电力系统是发电厂、变电站、配电所直到各个用户等环节所组成的电能生产消费系统。,由发电厂、电力网和电

2、能用户组成的一个集发电、输送电、变配电和用电的整体称为电力系统。,项目一 报警器的制作,电力系统示意图,2. 输电,输电就是将电能输送到用电地区或直接输送到大型用电户。输电网是由 35 kV 及以上的输电线路与其相连接的变电所组成，它是电力系统的主要网络。输电是联系发电厂和用户的中间环节。,输电过程中, 一般将发电机组发出的 610kV 电压经升压变压器变为 35 500kV 高压，通过输电线可远距离将电能传送到各用户，再利用降压变压器将35kV 高压变为 610kV 高压。,项目一 报警器的制作,发电机组发出的电压一般为 6 10 kV。,发电是将水力、火力、风力、核能和沼气等非电能转换成电

3、能的过程。我国以水利和火力发电为主，近年来也在发展风力发电、核能发电等。,1. 发电,3. 配电,配电是由 10kV 级以下的配电线路和配电(降压)变压器所组成。它的作用是将电能降为 380/220V 低压再分配到各个用户的用电设备。,电力网的电压等级,高压：1kV 及以上的电压称为高压。,有1, 3, 6, 10, 35, 110, 330, 550kV 等。,低压：1kV 及以下的电压称为低压。,有220，380V。,安全电压：36V以下的电压称为低压。,我国规定的安全电压等级有：12V、24V、36V等。,项目一 报警器的制作,利用输电线路把一个个独立运行的分散在各地的 发电厂联接成一个

4、整体电网，然后由电网向所覆盖的 地区范围内所有用户供电，就构成了具有现代意义的 电力系统,我国目前已有华东、华北、华中、东北、西北、南方等地区性电网。,4. 电力系统与交流输电,跳转,送电距离愈远，要求输电线的电压愈高。我国国家标准中规定输电线的额定电压为 35 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV、 750 kV、1000kV 。,项目一 报警器的制作,交流输电线路一例,市区一般输电电压为 10 kV 左右，通常需要设置降压变电所， 经配电变压器将电压降为 380/ 220 V，再引出若干条供电线到各用电点的配电箱上， 配电箱将电能分配给各用电设备。,项目一 报警器的

5、制作,5. 直流输电,直流输电能耗小，无线电干扰小，输电线路造价 较低，但逆变和整流部分较复杂。从三峡到华东地区和华南地区已建有 50 104 V的直流输电线路。,除交流输电外，还有直流输电。其结构原理图如图所示。,项目一 报警器的制作,2 工业企业配电,2.1 低压配电线路的结构,低压配电线路是由配电室 ( 配电箱 )、低压线路、用电线路组成。,通常一个低压配电线路的容量在几十千伏安到几百千伏安的范围, 负责几十个用户的供电。为了合理地分配电能，有效的管理线路，提高线路的可靠性，一般都采用分级供电的方式。,即按照用户地域或空间的分布，将用户划分成供电区和片，通过干线、支线向片、区供电。整个供

6、电线路形成一个分级的网状结构。,项目一 报警器的制作,2.1 低压配电线路的结构,从车间变电所或配电箱到用电设备线路属于低压 配电线路。其联接方式主要是放射式和树干式两种。,低压供电系统的两种接线方式,1. 放射式供电线路,特点: 供电可靠性高，便于操作和维护。但配电导线用量大，投资高。,适用场合： 负载点比较分散，而每个点的用电量又较大，变电所又居于各负载点的中央。,项目一 报警器的制作,适用场合: 负载比较集中，各负载点位于变电所或配电箱的同一侧时, 如图(a)所示。,负载比较均匀地分布 在一条线上, 如图(b)所示。,2. 树干式供电线路,特点: 供电可靠性差。但配电导线用量小，投资 费

7、用低，接线灵活性大。,项目一 报警器的制作,某校实验楼树形供电线路示意图,项目一 报警器的制作,3 安全用电,在生产中，不仅要提高劳动生产率，减轻繁重的体力劳动，而且要尽一切可能保护劳动者的人身安全。 以下介绍安全用电的几个问题。,3.1 电流对人体的危害,人体触电时，电流对人体会造成两种伤害：,电击：是指电流通过人体，影响呼吸系统、心脏和神经系统，造成人体内部组织的破坏乃至死亡。它多发生在对地电压为220V的低压线路或带电设备上。,电伤：是指在电弧作用下或熔断丝熔断时，对人体外部的伤害，如皮肤局部发红、起泡、烧焦或组织破坏，严重时也可危及人命。它多发生在1000V及1000V以上的高压带电体

8、上，它的危险虽不像电击那样严重，但也不容忽视。,项目一 报警器的制作,1. 人体电阻的大小,人体电阻因人而异，通常为 104 105 ，当角质外 层破坏时，则降到8001000。,3. 电流的大小,人体允许的安全电流: 30mAS 工频危险电流: 50mA,2. 电流通过时间的长短,电流通过人体的时间愈长，则伤害愈大。,触电电压越高，通过人体的电流越大就越危险。,因此，安全电压通常规定为36 V。但在潮湿地面和能导电的厂房，安全电压则规定为24V或12V。工厂进行设备检修使用的手灯及机床照明都采用安全电压。,项目一 报警器的制作,电击所引起的伤害程度与下列因素有关：,电流的路径通过心脏会导致神

9、经失常、心跳停止、 血液循环中断，危险性最大。其中电流的流经从左手(或右手) 到胸部的危险最高。,电流频率在40Hz 60Hz对人体的伤害最大。 实践证明，直流电对血液有分解作用，而高频电流不仅没有危害还可以用于医疗保健等。,4. 电流频率,项目一 报警器的制作,3.2 触电方式,1. 接触正常带电体,(1) 电源中性点接地的单相触电,通过人体电流:,式中: UP: 电源相电压 (220V) Ro: 接地电阻 4 Rb: 人体电阻 1000,这时人体处于相电压下，危险较大。,项目一 报警器的制作,(2) 电源中性点不接地系统的单相触电,R,对地绝 缘电阻,Ib,人体接触某一相时，通过人体的电流

10、取决于人体电阻Rb与输电线对地绝缘电阻R 的大小。 若输电线绝缘良好，绝缘电阻R 较大, 对人体的危害性就减小。,但导线与地面间的绝缘可能不良( R 较小), 甚至有一相接地，这时人体中就有电流通过。,项目一 报警器的制作,(3) 双相触电,双相触电,触电后果更为严重,通过人体的电流：,2. 接触正常不带电的金属体,当电气设备内部绝缘损坏而与外壳接触，将使其外壳带电。当人触及带电设备的外壳时，相当于单相触电。大多数触电事故属于这一种。,这时人体处于线电压下,Ib,项目一 报警器的制作,3. 跨步电压触电,电位分布,接地点,跨步电压,在高压输电线断线落地时，有强大的电流流入大地，在接地点周围产生

11、电压降。如图所示。,当人体接近接地点时，两脚之间承受跨步电压而触电。跨步电压的大小与人和接地点距离，两脚之间的跨距，接地电流大小等因素有关。,双脚跨步,一般在20m之外，跨步电压就降为零。如果误入接地点附近，应双脚并拢或单脚跳出危险区。,项目一 报警器的制作,3.3 接地和接零,为了人身安全和电力系统工作的需要，要求电气设备采取接地措施。按接地目的的不同，主要分为工作接地、保护接地和保护接零。,1. 工作接地,即将中性点接地。,目的：,(1) 降低触电电压,(2) 迅速切断故障 在中性点接地的系统中，一相接地后的电流较大，保护装置迅速动作，断开故障点。,(3) 降低电气设备对地的绝缘水平,项目

12、一 报警器的制作,2. 保护接地,当电气设备内部绝缘损坏发生一相碰壳时：由于外壳带电 , 当人触及外壳,接地电流 Ie 将经过人体入地后, 再经其它两相对地绝缘电阻R 及分布电容C 回到电源。当R 值较低、C 较大时，Ib 将达到或超过危险值。,电气设备外壳未装保护接地时,项目一 报警器的制作,电气设备外壳有保护接地时,通过人体的电流：,Rb与Ro并联，且 Rb Ro 通过人体的电流可减小到安全值以内。,利用接地装置的分流作用来减少通过人体的电流。,保护接地：将电气设备的金属外壳 (正常情况下是 不带电的)接地。 用于中性点不接地的低压系统 ,分布电容,项目一 报警器的制作,3. 保护接零（用

13、于 380V / 220V 三相四线制系统）,将电气设备的外壳可靠地接到零线上。,当电气设备绝缘损坏造成一相碰壳，该相电源短路，其短路电流使保护设备动作，将故障设备从电源切除，防止人身触电。,把电源碰壳，变成单相短路，使保护设备能迅速可靠地动作，切断电源。,项目一 报警器的制作,保护接地和保护接零同时使用时,当A相绝缘损坏碰壳时，接地电流,式中: R0: 保护接地电阻4 R0:工作接地电阻4,注: 中性点接地系统 (1)不允许采用保护接地，只能采用保护接零； (2)不准保护接地和保护接零同时使用。,此电流不足以使大容量的保护装置动作，而使设备外壳长期带电, 其对地电压为110V。,项目一 报警

14、器的制作,4. 工作零线与保护零线,N(工作零线),L(相线),PE(保护零线), 220V,(a),(b),(c),N,N,N,L,L,L,E,E,E,为了确保设备外壳对地电压为零, 专设保护零线 PE。,接零正确,接零不正确,忽视接零,项目一 报警器的制作,抢救迅速、救护得法、贵在坚持,触电后一分钟内抢救，90%能救活；一到四分钟内抢救， 60%能救活；超过十分钟抢救，获救的机率就很小了。 所以，救护要点为：抢救迅速、救护得法、贵在坚持,3.4 触电脱离方式,项目一 报警器的制作,正确的救人方式是：首先应切断电源，,案例：,项目一 报警器的制作,正确的救人方式是：无法切断电源时，可用干燥的

15、木棍挑开电线！,案例：,项目一 报警器的制作,正确的救人方式是：无法切断电源时，可用干燥的木棍挑开电线！,案例：,项目一 报警器的制作,无法切断电源时，可穿绝缘靴戴绝缘手套单手进行使触电者脱离电源！,案例：,项目一 报警器的制作,可用带有绝缘的工具一根一根地剪断电源线使触电者脱离电源！,案例：,项目一 报警器的制作,无法切断电源时，可穿绝缘靴、戴绝缘手套或用干澡的衣物包裹着手，单手拉着触电者干澡的衣物使触电者脱离电源！,案例：,项目一 报警器的制作,3.5 触电急救,项目一 报警器的制作,项目一 报警器的制作,3.5 触电急救,项目一 报警器的制作,3.5 触电急救,绝缘 它是防止人体触及，用

16、绝缘物把带电体封闭起来。瓷、玻璃、云母、橡胶、木材、胶木、塑料、布、纸和矿物油等都是常用的绝缘材料。,1,3.6 防止触电措施,项目一 报警器的制作,注意:检查绝缘部分是否已破损。,屏护 即采用遮拦、护照、护盖等把带电体同外界隔绝开来。 高压设备不论是否有绝缘，均应采取屏护。,2,间距 就是保证必要的安全距离。在低压工作中，最小检修距离不应小于0.1米。,3,4,接地和接零,接地 ：电气装置或其它装置正常时不带电的金属外壳与大地的连接叫接地。,接地和接零,保护接零 ：就是把电气设备在正常情况下不带电的金属外壳与电网的零线紧密地连接起来。应该注意，零线回路中不允许装设熔断器和开关。 （TN-C系

17、统）,4,5,装设漏电保护装置,为了保证在故障情况下人身和设备的安全，应尽量装设漏电流动作保护器。它可以在设备及线路漏电时自动切断电源，起到保护作用。,6,采用安全电压,凡手提照明灯、高度不足2.5米的一般照明灯，如果没有特殊安全结构或安全措施，应采用36伏安全电压。安全电压的工频有效值不超过50伏，直流不超过120伏。我国规定工频有效值的等级为42伏，36伏，24伏，12伏和6伏。,加强常识：不要靠近有这种标志牌的地方！,7,雷电是自然界中发生的放电现象，发生雷电时，在云层和大地之间雷电的路径上有强大的电流通过，会给人们带来危害！,加强常识：雷雨天，要避开空旷地带的大树！,不要接触低压带电体

18、 不要靠近高压带电体 （低压勿摸，高压勿近）,3.7 电工操作规程,1、电工必须经过专门培训、考核合格凭证上岗，严禁无证操作。,2 、工作前必须检查工具，测量仪表和防护用品是否完好。 3、电器设备不准在运行中拆卸修理必须在停车后切断电源，取下熔断器，挂上“有人工作，禁止合闸”的警示牌。 4、动力配电箱的闸刀开关，严禁带负荷拉开。 5 、带电工作，要在有经验的电工监护下，并将临近各相用绝缘垫，云母板绝缘板隔开方可带电工作带电工作必须穿好防护用品，使用有绝缘柄的工具工作严禁使用锉刀钢尺等 6、电器设备的金属外壳必须接地接零接地要符合标准有电设备不可断开外壳地线,3.7 电工操作规程,7、电器或线路

19、拆除后可能来电的线头必须及时用绝缘布包扎好，高压电器拆除后遗留线头必须短路接地 8、高空作业要系好安全带、戴好安全帽，使用梯子时梯子与地面角度以60为宜，在水泥地上使用梯子要有防滑措施 9、使用电动工具要带绝缘手套站在绝缘物上工作 10、电机电器检修完工后要仔细检查是否有错误和遗忘的地方，必须清点工具零件以防遗留在设备内造成事故,3.7 电工操作规程,11动力配电盘配电箱开关变压器等各种电器设备周围不准堆放易燃易爆潮湿和其他影响操作的物件 12电气设备发生火灾未切断电源严禁用水灭火要用四氯化碳或二氧化碳灭火器灭火 13. 不准酒后上班，更不可班中饮酒。 14. 检修电气设备时，须参照其它有关技

20、术规程，如不了解该设备规范注意事项，不允许私自操作 15. 严禁在电线上搭晒衣服和各种物品。 16. 严禁带电移动高于人体安全电压的设备。,3.7 电工操作规程,17. 每个电工必须熟练掌握触电急救方法，有人触电应立即切断电源按触电急救方案实施抢救。 18. 在巡视检查时如发现有故障或隐患，应立即通知上级，然后采取全部停电或部分停电及其它临时性安全措施进行处理，避免事故扩大。 19. 电流互感器禁止二次侧开路，电压互感器禁止二次侧短路和以升压方式运行。 20. 在有电容器设备停电工作时，必须放出电容余电后，方可进行工作。 21. 电气操作顺序：停电时应先断空气断路器，后断开隔离开关，送电时与上

21、述操作顺序相反。,3.7 电工操作规程,22. 万用表用完后，打到电压最高档再关闭电源，养成习惯，预防烧万用表。 23. 电气设备烧毁时，需检查好原因再更换，防止再次发生事故。 24. 配电室除电气人员，其他人严禁入内，配电室值班人员有权责令其离开现场，以防止发生事故。,3.7 电工操作规程,教学目的： 通过学习掌握电工测量的基础知识 学会电流电压的测量方法 熟练掌握万用表的使用方法 了解钳形电流表、功率表、兆欧表的使用方法 重难点： 万用表的使用,教学知识点2,电路中的各个物理量（如电压、电流、功率、电能及电路参数等）的大小，除用分析与计算的方法外，常用电工测量仪表去测量。,电工测量技术的应

22、用主要有以下优点：,电工测量,1.电工测量仪表的结构简单，使用方便，并有足够的精确度。,2.电工测量仪表可以灵活地安装在需要进行测量的地方，并可实现自动记录。,3.电工测量仪表可实现远距离的测量问题。,4.能利用电工测量的方法对非电量进行测量。,1 电工测量仪表的分类,1.按照被测量的种类分类,2.按照工作原理分类,3. 按照电流的种类分类,电工测量仪表可分为直流仪表、交流仪表和交直流两用仪表。,4.按照准确度分类,最大基本误差,仪表的最大量程（满标值）,目前我国直读式电工测量仪表按照准确度分为0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5, 5.0七级。,准确度是电工测量仪表的主要

23、特性之一。,准确度较高（0.1， 0.2， 0.5）的仪表常用来进行精密测量或校正其他仪表。,相对额定误差,准确度是电工测量仪表的主要特性之一。仪表的准确度是根据仪表的相对额定误差来分级的。,例：一准确度为2.5级的电压表，其最大量程为50V，,正常情况下, 可认为最大基本误差是不变的, 所以被测量值比满标值愈小，则相对测量误差就愈大。,如用上述电压表来测量实际值为10V的电压时，相对误差为,测量实际值为40V的电压时，相对误差为,在选用仪表 的量程时，一 般应使被测量 的值超过仪表 满标值的一半 以上。,则可能产生的最大基本误差为,电工测量仪表上的几种符号,2 电工测量仪表的型式,直读式仪表

24、测量各种电量的基本原理 利用仪表中通入电流后产生电磁作用，使可动部分受到转矩而发生转动。转动转矩与通入的电流之间有,T = f ( I ),1）产生转动转矩 T 的部分 使仪表可动部分受到转矩而发生转动。,3）阻尼器 能产生制动力（阻尼力）的装置，使仪表可动部分能迅速静止在平衡位置。,直读式仪表的基本组成部分,2）产生阻转矩TC 的部分 当阻转矩TC等于转动转矩T 时，仪表可动部分平衡在一定的位置。,2 电工测量仪表的型式,2.1 磁电式仪表,1. 结构,螺旋弹簧,(1) 固定部分 马蹄形永久磁铁、极掌NS及圆柱形铁心等。,(2) 可动部分 铝框及线圈，两根半轴O和O，螺旋弹簧及指针。,极掌与

25、铁心之间的空气隙的长度是均匀的，其中产生均匀的辐射方向的磁场。,2. 工作原理,(1) 转动转矩T 的产生,(2) 阻转矩TC的产生,在线圈和指针转动时，螺旋弹簧被扭紧而产生阻转矩TC。,线圈通入电流 I 电磁力 F,线圈受到的转矩 T = k1I,线圈通入电流 I 电磁力 F 线圈受到转矩 T 线圈和指针转动，,弹簧的TC与指针的偏转角成正比， 即 TC= k2,当弹簧的阻转矩T与线圈受到的转矩TC达到平衡时，可动部分停止转动，此时有,T = TC,当弹簧阻转矩与转动转矩达到平衡即TC= T 时，可转动部分便停止转动， T = k1I ， TC= k2 。,仪表的标度尺上作均匀刻度。,3.

26、阻尼作用的产生,当线圈通入电流而发生偏转时，铝框切割磁通，在框内感应出电流，其电流再与磁场作用，产生与转动方向相反的制动力，于是可转动部分受到阻尼作用，快速停止在平衡位置。,即指针的偏转角,结论: 指针偏转的角度与流经线圈的电流成正比。,4.用途,5.优点： 刻度均匀；灵敏度和准确度高；阻尼强；消耗 电能量小；受外界磁场影响小。 缺点： 只能测量直流；价格较高；不能承受较大过载。,测量直流电压、直流电流及电阻。,2.2 电磁式仪表,1. 结构,主要部分是固定的圆形线圈、线圈内部有固定的铁片、固定在转轴上的可动铁片。,2. 工作原理,仪表的转动转矩 T = k I ,弹簧的阻转矩 TC = k2

27、,弹簧的阻转矩TC与指针的偏转角 成正比，即,当 T = TC 时，可动部分停止转动，,即指针的偏转角,结论: 指针偏转的角度与直流电流或交流电流 有效值的平方成正比。,线圈通入电流 I 磁场,线圈通入电流 I 磁场 固定和可动铁片均被磁化(同一端的极性是相同的),可动片因受斥力而带动指针转动，,交流为有效值,因指针的偏转角度与直流电流或交流有效值平方成正比，所以仪表标度尺上的刻度是不均匀的。,与轴相联的活塞在小室中移动产生阻尼力 空气阻尼器。,3. 用途,4. 优点： 构造简单；价格低廉；可用于交直流；能测量较大的电流；允许较大的过载。 缺点： 刻度不均匀；易受外界磁场及铁片中磁滞和涡流（测

28、量交流时）的影响，因此准确度不高。,测量交流电压、交流电流。,2.3 电动式仪表,1. 结构,有两个线圈：固定线圈和可动线圈。可动线圈与指针及空气阻尼器的活塞都固定在轴上。,2. 工作原理,固定线圈中的电流 I1 ( i1 ) 磁场 可动线圈中的电流 I2 ( i2 )与磁场相互作用电磁力 F 线圈受到转矩 T 线圈和指针转动，,仪表的转动转矩 通入直流时，T=k1I1I2,通入交流时， T=k1I1I2cos,i1和i2的有效值,i1和i2之间 的相位差,弹簧的阻转矩 TC = k2,弹簧的阻转矩TC与指针的偏转角 成正比，即,当 T = TC 时，可动部分停止转动，,即指针的偏转角,结论:

29、 指针偏转的角度与两个电流(对交流为有效值)的乘积成正比。,仪表的转动转矩 通入直流时，T=k1I1I2,通入交流时，T=k1I1I2cos, = kI1I2 （直流）, = kI1I2 cos （交流）,i1和i2之间 的相位差,4. 优点：可用于交直流；准确度较高。 缺点：受外界磁场影响大；不能承受较大过载。,3. 用途 测量交直流电压、电流及功率。,3 电流的测量,电流表的内阻要很小。,测量直流电流通常用磁电式电流表，,若要扩大电流表的量程，可在测量机构上并联一个分流电阻 RA 。,电流表应串联在电路中，,式中：R0 测量机构的电阻 RA 分流器的电阻,测量直流电流通常用磁电式电流表，测

30、量交流电流通常用电磁式电流表。,由,可得，分流电阻,可知，需扩大的量程愈大，则分流电阻应愈小。,例: 有一磁电式电流表，当无分流器时，表头的满标值电流为5mA，表头电阻为20 。今欲使其量程（满标值）为1A，问分流器的电阻应为多大？,4 电压的测量,表的内阻要很高。,测量直流电压通常用磁电式电压表，,若要扩大电压表的量程，可在测量机构上串联一个倍压电阻 RV 。,电压表应并联在被测电路两端，,式中：R0 测量机构的电阻 RV 倍压器的电阻,测量直流电压通常用磁电式电压表，测量交流电流通常用电磁式电压表。,由,可得，串联电阻,可知，需扩大的量程愈大，则串联电阻应愈大。,例: 有一电压表，其量程为

31、50V，内阻为2000 。今欲使其量程扩大到300V，问还需串联多大电阻的倍压器？,5.1 磁电式万用表,用来测量直流电流、直流电压、交流电压和电阻等,1.直流电流的测量,RA1 RA5是分流器电阻，改变转换开关的位置，就改变了分流器的电阻，从而改变了电流的量程。量程愈大，分流器电阻愈小。,5 万用表,直流调整电位器,5 万用表,5.1磁电式万用表,用来测量直流电流、直流电压、交流电压和电阻等,2. 直流电压的测量,RV1 RV3构成倍压器电阻，改变转换开关的位置，就改变了倍压器的电阻，从而改变了电压的量程。量程愈大，倍压器电阻愈大。,3.交流电压的测量,磁电式仪表只能测量直流，如果要测量交流

32、，需加整流元件，如图中D1和D2。,正半周时，电流流经D1和部分电流流经微安表流出。,负半周时，电流直接流经D2从“+”端流出。,可见，通过微安表的是半波电流，读数应为该电流的平均值。,可见，通过微安表的是半波电流，读数应为该电流的平均值。为此，加一交流调整电位器（图中600），用来改变表盘刻度；指示读数被折换为正弦电压有效值。,可见，通过微安表的是半波电流，读数应为该电流的平均值。为此，加一交流调整电位器（图中600），用来改变表盘刻度；指示读数被折换为正弦电压有效值。普通万用表只适合测量频率为451000Hz的电压。,4. 电阻的测量,测量电阻时，需接入电池，被测电阻愈小，电流愈大，则指针

33、偏转的角度愈大。,注意： (1) 测量前应先将“+”、“-”两端短接，看指针是否指在零，否则应调节调零电位器（图中 1.7k电阻）进行校正。,(2) 绝对不能在带电线路上测量电阻。用毕应将转换开关转到高电压档。,MF-30型万用表的面板图,5 万用表,零欧姆调整,机械零位调整,转换开关,5.2数字式万用表,今以DT-830型数字万用表为例来说明它的测量范围和使用方法。,1. 测量范围,（1）直流电压分为五档: 200mV,2V,20V,200V,1000V。,（2）交流电压分为五档: 200mV,2V,20V,200V,750V。,（3）直流电流分为五档: 200V,2 mA,20mA,200

34、mA,10A。,（4）交流电流分为五档: 200V,2 mA,20mA,200mA,10A。,（5）电阻分为六档: 200,2k ,20k ,200k,2M ,20M ,5.2数字式万用表,DT-830型万用表的面板图,2.面板说明,(2)电源开关：使用时将开关置于“ON”位置；使用完毕置于“OFF”位置。,(3)转换开关：用以选择功能和量程。根据被测的电量(电压、电流、电阻等)选择相应的功能位；按被测量程的大小性选择合适的量程。,(4)输入插座：将黑色测试笔插入“COM”的插座。红色测试笔有如下三种插法，测量电压和电阻时插入“V”插座；测量小于200mA的电流时插入“mA”插座；测量大于20

35、0mA的电流时插入“10A”插座。,(1) 显示器：显示四位数字，最高位只能显示1或不显 示数字，算半位，故称三位半（ ）。最大指示为 1999或-1999。当被测量超过最大指示值时，显示“1” 或“-1”。,6 功率的测量,6.1 单相交流和直流功率的测量,通常用电动式仪表来测量功率,功率表的接线图,负载,固定线圈：匝数少，导线粗，与负载串联，作为电流线圈。,可动线圈：匝数多，导线细， 与负载并联，作为电压线圈。,工作原理：,I2正比U，且可认为i2与u同相,所以：,6 功率的测量,6.2 三相功率的测量,在三相三线制中，广泛采用两功率表来测量三相功率。,两功率表测量三相功率,工作原理：,三

36、相瞬时功率：,所以， p = uA iA + uB iB + uC(iA iB) iC = (uA uC ) iA + ( uB uC ) iB = uAC iA + uBC iB = p1+ p2,p = pA+ pB+ pC = uA iA + uB iB + uC iC,因为，iA+ iB+ iC= 0,可见，三相功率可用两个功率表来测量。,式中 为uAC和iA之间的相位差。,式中 为uBC和iB之间的相位差。,两功率表读数之和为 P = P1+ P2 = UAC IA cos + UBC IB cos ,当负载对称时，,P1 = UAC IA cos,= Ul Il cos (30 )

37、,P2 = UBC IB cos ,= Ul Il cos (30+ ),由相量图可知，两功率表的读数为,两功率表读数之和为 P = P1+ P2 = Ul Il cos (30 )+ Ul Il cos (30+ ),可见，采用两表法可测量三相功率。,当 60时，P1和P2 均为正值，P = P1+P2,当 60时，P1为正值，P2为负值，P = P1 P2,三相功率应是两个功率表读数的代数和，其中任意一个功率表的读数是无意义的。,实用中，常用一个三相功率表（二元功率表）代替两个单相功率表来测量功率，,7 兆欧表,兆欧表：用于检查电机、电器及线路的绝缘情况和测量高值电阻。,1. 结构,兆欧表

38、构造示意图,两个线圈固定在同一轴上且相互垂直。一个线圈与电阻R串联，另一个线圈与被测电阻Rx串联，两者并联接于直流电源。,永久磁铁,线圈,手摇直流发电机,磁场是不均匀的,2. 工作原理,在测量时，通过线圈的电流,线圈受到磁场的作用，产生两个方向相反的转矩，,f1 ()和 f2 ()分别为两个线圈所在处的磁感应强度与偏转角之间的函数关系。,T1 = k1 I1 f1 (),T2 = k2 I2 f2 (),仪表的可动部分在转矩的作用下发生偏转，直到两个线圈产生的转矩平衡。,2. 工作原理,当两个线圈产生的转矩平衡时，有 T1 = T2,即 k1 I1 f1 () = k2 I2 f2 (),上式

39、表明，偏转角 与两线圈中电流之比有关， 故称为流比计。,因,所以,结论：1. 偏转角与被测电阻Rx有一定的函数关系，所以角可以反映出被测电阻的大小。,2. 仪表的偏转角与电源电压U无关，所以手摇发电机转动的快慢不影响读数。,教学目的： 掌握电路的概念和基本物理量及组成电路的理想电路元件 熟练掌握基尔霍夫电压、电流定律 熟练掌握电压源与电流源的等效变换、电阻元件串联和并联 重难点： 基尔霍夫电压、电流定律 电压源与电流源的等效变换,教学知识点3 电路的基本概念和定律,电路的组成,手电筒照明电路示意图：,电源：将非电能转换成电能的装置（干电池、蓄电池、发电机）或信号源。 中间环节：把电源与负载连接

40、起来的部分（连接导线，开关） 负载：将电能转换成非电能的用电设备（电灯、电炉、电动机）,电路的组成,1、传输分配电能 电力电路,电路的作用,2、信号的传递与处理 电子电路,电路的作用,理想元件,在工程上，分析电路时，常常没有必要把器件的全部物理特性都加以考虑，把问题复杂化。为了便于对实际电路进行分析和数学表述，将实际电路元件理想化（模型化），即在一定条件下突出其主要的电磁性质，忽略其次要性质，把它近似地看作理想元件。理想元件，是假想出来的、只具有单一物理特性的元件。理想元件又可称为实际器件的理想化型,例如,理想化,下图为理想电阻、电容、电感元件的电路符号。,理想元件,具有相同的主要电磁性能的实

41、际电路部件， 在一定条件下可用同一模型表示；如灯泡、电炉丝等。 同一实际电路部件在不同的应用条件下，可以有不同的模型。如电感。,电感线圈的电路模型,注意,由一些理想元件所组成的电路就是实际电路的电路模型（circuit model）。将电路中实际各部件用理想元件符号表示，这样画出的电路图称为实际电路的电路模型图，也称作电路原理图。手电筒的电路模型图如下图所示。,电路模型,电流的大小,1、电流的大小（强度） 电荷的定向移动形成电流。它的大小用电流强度来描述。 电流的大小：单位时间内通过导体截面的电荷量。用符号i表示 大写I表示直流电流 小写i表示交流电流 单位：安培（A）、毫安（mA）、微安（A

42、）、千安（kA),电流的参考方向,实际方向-正电荷定向运动的方向。 电流的参考方向-任选一方向为电流正方向。 图 电流的实际方向与参考方向,电压（voltage）是描述电场力对电荷做功大小的物理量。在电路中，任意两点之间的电位差称为这两点的电压。,大写U表示直流电压 小写u表示交流电压 单位：伏特（V）、毫伏（mV）、微伏（V）、千伏（kV),电压的大小,电压的参考方向,电压实际方向-由高电位端指向低电位端。 “+”表示假定的高电位端，“-”号表示假定的低电位端。 电压参考方向-任选一方向位为电压正方向。 图 电压的参考方向与实际方向,电压的表示方法,注：Uab表示电压的参考方向由a指向b，

43、脚标中第一个字母 a表示假设电压参考方向的正极性端，第二个字母 b表示假设电压参考方向的负极性端。,电源的电动势-电源内部通过电源力建立的电场正极与负极之间的电位差。用E或e表示，单位为伏特。 电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定为由负极指向正极。,电动势的大小,电动势的实际方向-电位升高的方向 电动势的参考方向-任选一方向为电动势的正方向 电动势和电压的关系：,电动势和电压的关系,关联参考方向,电压、电流参考方向选得一致的情况称为关联参考方向（关联正方向），可简称为电压电流关联；反之，电流、电压的参考方向相反称为非关联参考方向。,例,电压电流参考方向如图中所标，问：对A、B两部分电路电压

44、电流参考方向关联否？,答：A 电压、电流参考方向非关联； B 电压、电流参考方向关联。,u为正值说明电压的实际方向与参考方向一致，否则说明两者相反。,例如：,功率,单位时间做功大小称为功率（power），或者说做功的速率称为功率。在电路中所述的电功率即是电场力做功的速率，以符号或p表示。,单位：瓦（W），1W = 1 J/S = 1VA,计算一段电路的吸收电功率时会有以下两个公式：,当电压、电流选用关联参考方向时，,当电压、电流选用非关联参考方向时，,当p时，电路实际吸收功率；当p时，电路实际发出功率。若计算一段电路的产生功率，无论、参考方向关联或非关联情况，所用公式与计算吸收功率时的公式恰恰

45、相反。,功率,注意,对一完整的电路，满足：发出的功率吸收的功率 当元件吸收功率大于零时，此元件在电路中起负载作用，当元件产生功率大于零时，此元件在电路中起电源作用,例,求图示电路中各方框所代表的元件吸收或产生的功率。,已知： U1=1V, U2= -3V，U3=8V, U4= -4V, U5=7V, U6= -3V，I1=2A, I2=1A,，I3= -1A,功率,解,两端元件：凡具有两个端钮可与外部电路相连接的元件称为两端元件。图中所示的电路中含有5个两端元件。 支路-电路中两点之间通过同一电流的不分叉的一段电路称为支路。 节点-电路中3条或3条以上支路的联接点称为节点。 回路-电路中任一闭

46、合的路径称为回路。 网孔-回路内部不含支路的回路称为网孔。,基本概念,表述一 在任一瞬时，流入任一节点的电流之和必定等于从该节点流出的电流之和。 所有电流均为正。 表述二 在任一瞬时，通过任一节点电流的代数和恒等于零。 可假定流入节点的电流为正，流出节点的电流为负；也可以作相反的假定。,基尔霍夫电流定律（KCL),KCL通常用于节点，并且对于包围几个节点的闭合面也是适用的。 【例】列出下图中各节点的KCL方程,基尔霍夫电流定律（KCL),【例】在下图所示的电路中，I1=2A,I2=5A,I3=-3A，求电流I4。 解：I1+I2+I3+I4=0 例】如下图所示，I1=4A,I2=1A,I4=-

47、3A,I5=-2A,求电流I3的数值。 解：I1-I2+I3-I4-I5=0,表述一 在任一瞬时，沿任一回路电压的代数和恒等于零。 电压参考方向与回路绕行方向一致时取正号，相反时取负号。 表述二 在任一瞬时，在任一回路上的电位升之和等于电位降之和。 所有电压均为正。,基尔霍夫电压定律（KVL）,对于电阻电路，回路中电阻上电压降的代数和等于回路中的电压源电压的代数和。 在运用上式时： 电流参考方向与回路绕行方向一致时IR前取正号，相反时取负号；电压源电压方向与回路绕行方向一致时Us前取负号，相反时取正号。,基尔霍夫电压定律（KVL）,【例】电路的支路数b=3，支路电流有I1、I2、I3三个，节点

48、数n=2。 （1）可列出2-1=1个独立的KCL方程。 节点a I1+I2-I3=0 (2)独立的KVL方程数为：3-（2-1）=2个。 回路1：I1R1+I3R3=Us1 回路2：I2R2+I3R3=Us2,【例】如图所示，已知U1=5V,U3=3V,I=2A,求U2、I2、R1、R2和Us。,解：I2=U3/2=1.5A R1=U1/I1=10 I1=I-I2=0.5A R2=U2/I2=1.33 U2=U1-U3=2V Us=U+U1=11V,KVL通常用于闭合回路，但也可推广应用到任一不闭合的电路上。 【例】列出下列的KVL方程,基尔霍夫电压定律（KVL）,【例】,1、电阻元件 电阻元

49、件是一种消耗电能的元件 伏安关系： 欧姆定律 伏安特性 从上式可看出，不论u,i是正值还是负值，p总是大于零，说明电阻元件总是消耗电功率的，与电压、电流的实际方向无关，故电阻是耗能元件。,电阻、电容及电感元件,2、电容元件 当电容的端电压和通过电流的参考方向一致时，则有。 伏安关系： 只有电容上的电压变化时，电容两端才有电流。在直流电路中，电容上即使有电压，但i=0，相当于开路。 存储能量： 上式说明，电容元件在某时刻储存的电场能量与元件在该时刻所承受的电压的平方成正比，电容元件不消耗能量，故称为储能元件。,电阻、电容及电感元件,3、电感元件 当电感线圈中通以电流后，将产生磁通，在其内部及周围

50、建立磁场，储存能量，可将其抽象为只具有储存磁场性质的电感元件。 电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件，是实际电感器的理想化模型。 根据电磁感应定律，当电压、电流、电动势的参考方向如图所示，则有 伏安关系：,电阻、电容及电感元件,3、电感元件 存储能量： 上式说明，电感元件在某时刻储存的磁场能量，与该时刻流过的电流的平方成正比，电感元件不消耗能量，故称为储能元件。,电阻、电容及电感元件,1、负载状态 S合上，电路中产生了电流I，电路处于负载状态。 电流的大小： 负载两端的电压：,电路的三种状态,1、负载状态 电源的内阻R0一般很小，即R0R，负载两端的电压UUs,说明电路带负载能力较强。将两边乘

51、以电流I，得到UI=UsI-I2R0，即 P=UI=I2R=U2/R：负载功率，电源输出的功率 PE=UsI：电源产生的功率 P=I2R0：内阻消耗的功率,电路的三种状态,2、空载（断路/开路）状态 如图中，S断开，称为开路状态，也可称为空载或断路状态，电源两端的电压称为开路电压或空载电压，用U0C表示，其值等于电源的电动势E，输出功率P等于零，电源不输出功率。,电路的三种状态,3、短路状态 将a、b两点用一根导线连接起来，称为短路状态，电流被称为短路电流。用Isc表示。 这时Uab=0，电阻吸收的功率P=0 电源产生的功率全部消耗在内电阻中。为如下式。 为了防止短路所造成的严重后果，通常在电

52、源开关后面安装熔断器（FU）。,电路的三种状态,【例】已知某电源的开路电压U0=5V,短路电流Is=50A,问该电源的电动势和内阻各是多少？,电路的三种状态,解：电源电动势E=U0=5V 电源的内阻R0=U0/Is=5/50=0.1,电路的三种状态,电阻的串联与并联,电阻的串联,如果电路中两个或多个电阻依次首尾连接，中间没有分支，这种连接方式叫做串联（series connection）。相串联的电阻流过的是同一个电流。,对于有多个电阻串联的情况，等效电阻为,电阻串联有分压关系,电阻的并联,如果电路中有两个或多个电阻联接在两个公共的结点之间，则这样的联接方式称为电阻的并联（parallel c

53、onnection）。并联电阻两端电压相同 .,如果有n个电阻并联，其等效电阻的倒数等于相并联各电阻倒数之和。,或写成,电阻并联有分流关系,理想电压源,理想电压源的VCR特性曲线,电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。,例,外电路,电压源不能短路！,通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。,理想电压源,实际电压源,电压源空载时，电源端电压,接上负载后,实际电压源可以用一个理想电压源和内阻相串联的模型来表示，如图中的虚线框内所示,理想电流源,电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关。,电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。,例,

54、外电路,电流源不能开路！,理想电流源,实际电流源,实际电流源可用一个理想电流源与内电阻相并联的电路模型来表示。图中的虚线框内所示为一实际电流源的电路模型。,实际电流源的外特性曲线,额定工作状态,额定值: 电气设备在正常运行时的规定使用值,例：一只220V, 60W的白炽灯, 接在220V的电源上，试求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作时的电阻。如果每晚工作3h(小时)，问一个月消耗多少电能?,注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其 额定值，要能够加以区别。,解: 通过电灯的电流为,电气设备的三种运行状态,欠载(轻载)： I IN ，P PN (不经济),过载(超载)： I IN ，P

55、 PN (设备易损坏),额定工作状态： I = IN ，P = PN (经济合理安全可靠),在220V电压下工作时的电阻,一个月用电,W = Pt = 60W(3 30) h = 0.06kW 90h = 5.4kW. h,例,计算图示电路各元件的功率,解,发出,吸收,吸收,满足：P（发）P（吸）,i,+,_,+,_,10V,5V,-,+,uR,例 求图中电压源产生的功率。,由KVL得,在图中标出求解所需各电流的参考方向。,由欧姆定律得,由KCL得,由KVL,电压源产生的功率,受控源,独立电源指电压源的端电压和电流源的电流都是由电源本身决定的，与电源以外的其他电路无关。而受控电源是非独立电源，

56、受控电源的输出电压或电流受到电路中某部分的电压或电流的控制。受控源是由电子器件抽象而来的一种模型。一些电子器件，如晶体管具有输入端的电压（电流）能控制输出端的电压或电流的特点，人们提出了受控源元件。,受控源是一种具有四个端子的元件，有两个控制端钮（又称输入端），两个受控端钮（又称输出端）。受控源可分为如下四种：电压控制电压源（voltage controlled voltage source，简称VCVS）、电压控制电流源（voltage controlled current source，简称VCCS）、电流控制电压源（current controlled voltage source，简称

57、CCVS）和电流控制电流源（current controlled current source，简称CCCS）。,电压控制的电压源 ( VCVS ),: 电压放大倍数,电流控制的电压源 ( CCVS ),r : 转移电阻,输入：控制部分,输出：受控部分,g: 转移电导,电压控制的电流源 ( VCCS ),电流控制的电流源 ( CCCS ), : 电流放大倍数,受控源与独立源的比较,独立源电压(或电流)由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压(或电流)由控制量决定。,独立源在电路中起“激励”作用，在电路中产生电压、电流，而受控源是反映电路中某处的电压或电流对另一处的电压或电流的控

58、制关系，在电路中不能作为“激励”。,电路中电位的计算,电位（electric potential）：某一点的电位就是单位正电荷由此点移至参考点所作的功，即该点与参考点之间的电压，单位为伏特。,参考点（reference）：又称零点、零电位点、接地点。在计算电位时，必须选定电路中某一点作为参考点。它的电位作为参考电位（reference potential），通常设参考电位为零伏 ,参考点的符号采用接地符号 “”,电位的符号：电位用 u(U)或v(V)加下标表示，例如a点电位可以表示为或Ua ,Va。,求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd 。,Vb=Uba= 106= 60V Vc=Uca = 420 = 80 V Vd =Uda= 65 = 30 V,设 b为参考点，即Vb=0V,Va = Uab=106 = 60 V Vc = Ucb = E1 = 140 V Vd = Udb =E2 = 90 V,b,a,c,20,4A,6,10A,E2 90V,E1 140V,5,6A,d,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb =