《電工基礎(chǔ)（第二版）》 課件 模塊一　電路基礎(chǔ)知識(shí)

模塊一電路基礎(chǔ)知識(shí)1課題二電阻課題一電流和電壓課題三電功和電功率課題一電流和電壓3學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解電路的基本組成，熟悉電路圖中常用符號(hào)。2.理解電流的概念，了解直流電流和交流電流的特點(diǎn)。3.理解電壓、電位和電動(dòng)勢(shì)的概念。4.能用萬(wàn)用表正確測(cè)量電流和電壓。4一、電路和電路圖按圖a所示，用開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線將干電池（電源）和小燈泡連接起來(lái)，只要合上開(kāi)關(guān)，有電流流過(guò)，小燈泡就會(huì)亮起來(lái)。與此相似，將電風(fēng)扇接上電源，只要合上開(kāi)關(guān)，有電流流過(guò)，電風(fēng)扇就會(huì)轉(zhuǎn)起來(lái)，如圖b所示。5電路和電路圖像這樣有電流流通的路徑稱為電路。如上圖

c、d是用電氣符號(hào)描述電路連接情況的圖，稱為電路原理圖，簡(jiǎn)稱電路圖。如上圖

e是用功能塊表明電路中各部分之間關(guān)系的圖，稱為框圖。在上述電路中，電源是提供電能的裝置；開(kāi)關(guān)是控制裝置，控制電路的導(dǎo)通（ON）和斷開(kāi)（OFF）；小燈泡和電風(fēng)扇的電動(dòng)機(jī)是消耗電能的裝置，稱為負(fù)載，也稱用電器；導(dǎo)線在電路中起連接作用。為了保證電路的安全運(yùn)行，在有些電路中還安裝有熔斷器等保護(hù)裝置。電路的主要功能有兩類：一類是進(jìn)行能量的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換。另一類是實(shí)現(xiàn)信息的傳遞和處理。6二、電流電荷有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)稱為電流。電流是一種客觀存在的物理現(xiàn)象。1.電流的方向習(xí)慣上規(guī)定正電荷移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颍虼穗娏鞯姆较驅(qū)嶋H上與電子移動(dòng)的方向相反。7若電流的方向不隨時(shí)間的變化而變化，則稱其為直流電流，簡(jiǎn)稱直流，用符號(hào)DC表示。其中，電流大小和方向都不隨時(shí)間變化而變化的電流，稱為穩(wěn)恒直流電流，如圖a所示；電流大小隨時(shí)間的變化而呈周期性變化，但方向不變的電流，稱為脈動(dòng)直流電流，如圖b所示。本書(shū)中所說(shuō)的直流電流，如無(wú)特殊說(shuō)明，均指穩(wěn)恒直流電流。若電流的大小和方向都隨時(shí)間而變化，如圖c所示，則稱其為交變電流，簡(jiǎn)稱交流，用符號(hào)AC表示。上圖所示電路中，小燈泡由直流電源（干電池）供電，是直流電路；電風(fēng)扇由交流電源供電，是交流電路。89直流和交流a）穩(wěn)恒直流電流b）脈動(dòng)直流電流c）交變電流在分析和計(jì)算較為復(fù)雜的直流電路時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到某一電流的實(shí)際方向難以確定的問(wèn)題，這時(shí)可先任意假定電流的參考方向，然后根據(jù)電流的參考方向求解。10電流的參考方向和實(shí)際方向a）I>0b）I<02.電流的大小在單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，表示流過(guò)該導(dǎo)體的電流越大。若在時(shí)間t內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量是Q，則電流I可用下式表示：式中，I、Q、t的單位分別為安培（A）、庫(kù)侖（C）、秒（s）。常用的電流單位除安培（簡(jiǎn)稱安）外，還有千安（kA）、毫安（mA）和微安（μA）。它們之間的換算關(guān)系為1kA=1000A1A=1000mA1mA=1000μA113.電流的測(cè)量電流的大小可以用電流表或萬(wàn)用表等儀表進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量電流時(shí)應(yīng)注意：?對(duì)交、直流電流應(yīng)分別使用交流電流表和直流電流表測(cè)量。?電流表或萬(wàn)用表必須串接到被測(cè)量的電路中。（1）用直流電流表測(cè)量直流電流直流電流表如圖所示，表殼接線柱上標(biāo)有表明極性的記號(hào)。測(cè)量時(shí)，直流電流應(yīng)從“0.6A”“3A”等代表正極的一端流進(jìn)，“-”端流出，不能接錯(cuò)，否則指針會(huì)反偏，既影響正常測(cè)量，也容易損壞電流表。1213直流電流表每個(gè)電流表都有一定的測(cè)量范圍，稱為電流表的量程。一般被測(cè)電流的數(shù)值在電流表量程的一半以上，讀數(shù)較為準(zhǔn)確。因此，在測(cè)量之前應(yīng)先估計(jì)被測(cè)電流大小，以便選擇適當(dāng)量程的電流表。若無(wú)法估計(jì)，可先用電流表的最大量程擋測(cè)量，當(dāng)指針偏轉(zhuǎn)不到1/3刻度時(shí)，再改用較小量程擋去測(cè)量，直到測(cè)得準(zhǔn)確數(shù)值為止。為了在接入電流表后，對(duì)電路原有工作狀況影響較小，電流表的內(nèi)阻應(yīng)盡量小。14（2）用萬(wàn)用表測(cè)量直流電流萬(wàn)用表是一種多用途、多量程的電工測(cè)量?jī)x表。常用的萬(wàn)用表有模擬式和數(shù)字式兩大類，如圖所示。15萬(wàn)用表a）模擬式b）數(shù)字式使用萬(wàn)用表應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1）使用前必須仔細(xì)閱讀使用說(shuō)明書(shū)，了解轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的功能。2）對(duì)于模擬式萬(wàn)用表，必須先調(diào)準(zhǔn)指針的機(jī)械零點(diǎn)，如圖所示。16模擬式萬(wàn)用表機(jī)械調(diào)零3）使用萬(wàn)用表測(cè)量時(shí)，必須正確選擇參數(shù)和量程，同時(shí)應(yīng)注意兩支測(cè)量表筆的正、負(fù)極性。對(duì)于模擬式萬(wàn)用表，選擇電流量程時(shí)，最好使指針處在刻度尺1/3~2/3的位置。4）在進(jìn)行大電流測(cè)量時(shí)，必須注意人身和儀表的安全，嚴(yán)禁帶電切換轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。5）測(cè)量結(jié)束后，應(yīng)將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于空擋或交流電壓最高擋，以防下次測(cè)量時(shí)由于疏忽而損壞萬(wàn)用表。17三、電壓、電位和電動(dòng)勢(shì)1.電壓在金屬導(dǎo)體中雖然有許多自由電子，但只有在外加電場(chǎng)的作用下，這些自由電子才能做有規(guī)則的定向移動(dòng)而形成電流。電場(chǎng)力將單位正電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn)所做的功，稱為a、b兩點(diǎn)間的電壓，用Uab表示。電壓的單位為伏特，簡(jiǎn)稱伏，符號(hào)是V。18除此之外還有千伏（kV）、毫伏（mV）和微伏（μV）。它們之間的換算關(guān)系為1kV=1000V1V=1000mV1mV=1000μV電壓與電流的關(guān)系和水壓與水流的關(guān)系有相似之處。19在如圖所示裝置中，由于用水泵不斷將水槽乙中的水抽送到水槽甲中，使A處比B處水位高，即A、B之間形成了水壓，水槽中的水便由A處向B處流動(dòng)，從而推動(dòng)水車旋轉(zhuǎn)。20水壓與水流在如圖所示電路中，由于電源的正、負(fù)極間存在著電壓，電路中便有正電荷由正極流向負(fù)極（實(shí)際上是負(fù)電荷由負(fù)極流向正極），從而使燈泡發(fā)光。21電壓與電流電壓的實(shí)際方向即正電荷在電場(chǎng)中的受力方向。在計(jì)算較復(fù)雜電路時(shí)，電壓的實(shí)際方向常常難以判斷，因此也要先設(shè)定電壓的參考方向。原則上電壓的參考方向可任意選取，但如果已知電流參考方向，則電壓參考方向最好選擇與電流參考方向一致，稱為關(guān)聯(lián)參考方向。當(dāng)電壓的實(shí)際方向與參考方向一致時(shí)，電壓為正值；反之，為負(fù)值。電壓的參考方向有三種表示方法，如圖所示。22電壓參考方向的表示方法a）箭頭表示b）極性符號(hào)表示（參考方向由正指向負(fù)）c）雙下標(biāo)表示（參考方向由a指向b）2.電位如果在電路中選定一個(gè)參考點(diǎn)\，則電路中某一點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的電壓即該點(diǎn)的電位。電位的單位也是伏特（V）。電位通常用V或φ表示，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，本書(shū)仍用U表示電位，如a、b點(diǎn)的電位可分別記為Ua、Ub。原則上參考點(diǎn)可以任意選擇，但為了便于分析計(jì)算，在電力電路中常以大地作為參考點(diǎn)，電路符號(hào)為“

”；在電子電路中常以多條支路匯集的公共點(diǎn)或金屬底板、機(jī)殼等作為參考點(diǎn)，電路符號(hào)為“

”或“

”。高于參考點(diǎn)的電位取正，低于參考點(diǎn)的電位取負(fù)。電路中任意兩點(diǎn)之間的電位差等于這兩點(diǎn)之間的電壓，即Uab=Ua-Ub，故電壓又稱電位差。233.電動(dòng)勢(shì)電源將正電荷從電源負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極的能力用電動(dòng)勢(shì)表示，電動(dòng)勢(shì)符號(hào)為E，單位為V。電源電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于電源沒(méi)有接入電路時(shí)兩極間的電壓。電動(dòng)勢(shì)的方向規(guī)定為在電源內(nèi)部由負(fù)極指向正極，如圖所示。24直流電動(dòng)勢(shì)的兩種符號(hào)對(duì)于一個(gè)電源來(lái)說(shuō)，既有電動(dòng)勢(shì)，又有端電壓。電動(dòng)勢(shì)只存在于電源內(nèi)部；而端電壓則是電源加在外電路兩端的電壓，其方向由正極指向負(fù)極。在有載情況下，電源的端電壓在數(shù)值上總是低于電源內(nèi)部的電動(dòng)勢(shì)，只有當(dāng)電源開(kāi)路時(shí)，電源的端電壓在數(shù)值上才等于電源的電動(dòng)勢(shì)。254.電壓的測(cè)量電壓的大小可以使用電壓表或萬(wàn)用表等儀表進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量電壓時(shí)應(yīng)注意：?對(duì)交、直流電壓應(yīng)分別采用交流電壓表和直流電壓表測(cè)量。?電壓表必須并聯(lián)在被測(cè)電路的兩端。（1）用直流電壓表測(cè)量直流電壓直流電壓表如圖所示，表殼接線柱上標(biāo)有表明極性的記號(hào)。測(cè)量時(shí)，直流電壓表上的記號(hào)應(yīng)和被測(cè)兩點(diǎn)的電位相一致，即“3V”“15V”等代表正極的一端接高電位，“-”端接低電位，如圖所示，不能接錯(cuò)，否則會(huì)因指針?lè)崔D(zhuǎn)而損壞直流電壓表。2627直流電壓表直流電壓的測(cè)量應(yīng)注意合理選擇電壓表的量程，其方法和電流表相同。為了在接入電壓表后對(duì)電路的原有工作狀況影響較小，電壓表的內(nèi)阻應(yīng)盡量大，使通過(guò)電壓表的電流相對(duì)于正常工作電流小到可以忽略不計(jì)。（2）用萬(wàn)用表測(cè)量直流電壓萬(wàn)用表使用前的準(zhǔn)備工作及使用中的注意事項(xiàng)與測(cè)量電流時(shí)基本相同。要特別注意：萬(wàn)用表必須與被測(cè)電路并聯(lián)；選擇電壓量程時(shí)，最好使指針處在刻度尺1/3~2/3的位置。28課題二電阻29學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握電阻、電阻率的概念和電阻的計(jì)算式。2.了解熱敏電阻等敏感電阻的特點(diǎn)。3.能用萬(wàn)用表測(cè)量電阻，用絕緣電阻表測(cè)量絕緣電阻。30一、電阻與電阻率導(dǎo)體在使電流通過(guò)的同時(shí)也對(duì)電流起著阻礙作用，這種對(duì)電流的阻礙作用稱為電阻。導(dǎo)體的電阻用R表示。在各種電路中，經(jīng)常要用到具備一定電阻值的元件———電阻器，電阻器也簡(jiǎn)稱電阻。電阻的單位為歐姆（Ω），比較大的單位還有千歐（kΩ）、兆歐（MΩ）。它們之間的換算關(guān)系為1MΩ=1000kΩ1kΩ=1000Ω31導(dǎo)體的電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)。它的大小取決于導(dǎo)體的材料、長(zhǎng)度和橫截面積，可按下式計(jì)算：式中，ρ為導(dǎo)體的電阻率，單位為歐·米（Ω·m）；l為導(dǎo)體的長(zhǎng)度，單位為m；S為導(dǎo)體的橫截面積，單位為m2。32電阻率的大小反映了各種材料導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱。電阻率小、電流容易通過(guò)的物體稱為導(dǎo)體；電阻率大、幾乎不能通過(guò)電流的物體稱為絕緣體；導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體是電子技術(shù)的基礎(chǔ)材料，其應(yīng)用十分廣泛，與人們的生產(chǎn)、生活和科技進(jìn)步緊密相關(guān)。在一定條件下，某些材料的電阻會(huì)變?yōu)榱?，稱為超導(dǎo)體。33從右圖中可以看出，純金屬的電阻率小，導(dǎo)電能力強(qiáng)，所以連接電路的導(dǎo)線一般用電阻率小的鋁或銅來(lái)制作，必要時(shí)還在導(dǎo)線上鍍金或銀。合金的電阻率較大，常用于制作電阻器、電爐電阻絲等。而為了保證安全，電線的外皮、常用電工工具的手柄外殼等都要用橡膠、塑料等絕緣材料制成。導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體的典型應(yīng)用示例如圖所示。34典型材料電阻率的對(duì)比35導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體的典型應(yīng)用示例二、穩(wěn)壓過(guò)程當(dāng)輸出電壓變化時(shí)，取樣電路電阻將其變化量的一部分送到比較放大電路。取樣電壓和基準(zhǔn)電壓UZ進(jìn)行比較放大，再控制調(diào)整管的基極電位，然后通過(guò)控制UCE1的變化調(diào)整輸出電壓，從而保證Uo基本穩(wěn)定。假設(shè)由于某種原因（如電網(wǎng)電壓波動(dòng)或者負(fù)載電阻變化等）使輸出電壓Uo有增加的趨勢(shì)，其穩(wěn)定過(guò)程可以表示如下：可見(jiàn)，串聯(lián)型穩(wěn)壓電路實(shí)質(zhì)上是靠引入深度負(fù)反饋來(lái)穩(wěn)定輸出電壓的。36各種材料的電阻率都隨溫度的變化而變化。一般來(lái)說(shuō)，金屬的電阻率隨溫度升高而增大；電解液、半導(dǎo)體和絕緣體的電阻率則隨溫度升高而減??；而有些合金，如錳銅合金和鎳銅合金的電阻率幾乎不受溫度變化的影響，常用來(lái)制作標(biāo)準(zhǔn)電阻器。37二、常用電阻常用電阻的外形和符號(hào)見(jiàn)下表。38常用電阻的外形和符號(hào)39常用電阻的外形和符號(hào)40常用電阻的外形和符號(hào)三、敏感電阻敏感電阻是指對(duì)溫度、電壓、濕度、光照、氣體、磁場(chǎng)、壓力等作用敏感的電阻，如光敏電阻、熱敏電阻、壓敏電阻等。部分敏感電阻的外形和符號(hào)見(jiàn)下表。41常用電阻的外形和符號(hào)敏感電阻在電子測(cè)量和自動(dòng)控制電路中有廣泛應(yīng)用。以熱敏電阻為例，電阻值隨溫度升高而減小的熱敏電阻稱為負(fù)溫度系數(shù)（NTC）的熱敏電阻，電阻值隨溫度升高而增大的熱敏電阻稱為正溫度系數(shù)（PTC）的熱敏電阻。如圖所示水溫測(cè)量電路中使用的是一種負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，若水的溫度升高，則熱敏電阻的電阻值減小，通過(guò)水溫表的電流增大，顯示的水溫值也相應(yīng)升高。42水溫測(cè)量電路四、電阻的測(cè)量1.用伏安法測(cè)量電阻如圖所示，把被測(cè)電阻Rx接到電源上，在通電的情況下，用電流表和電壓表測(cè)出流經(jīng)被測(cè)電阻Rx

的電流I和被測(cè)電阻Rx

兩端的電壓U，根據(jù)部分電路歐姆定律I=

，可得Rx

=

，代入電壓和電流值即可計(jì)算出電阻值。43用伏安法測(cè)量電阻用伏安法測(cè)量電阻，雖然需要計(jì)算，而且測(cè)量誤差也較大，但它能在通電的工作狀態(tài)下測(cè)量電阻，這在有些場(chǎng)合是很有實(shí)際意義的，如測(cè)量燈泡點(diǎn)亮后的熱態(tài)電阻，測(cè)量二極管、三極管導(dǎo)通后的電阻等。442.用萬(wàn)用表測(cè)量電阻用萬(wàn)用表測(cè)量電阻時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）測(cè)量電路中的電阻前，應(yīng)切斷電源，嚴(yán)禁帶電測(cè)量電阻，如圖所示。45測(cè)量電阻前斷開(kāi)電源（2）估計(jì)被測(cè)電阻的大小，選擇萬(wàn)用表適合的倍率擋，然后進(jìn)行歐姆調(diào)零，即將兩支表筆相碰，旋動(dòng)歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指在電阻刻度尺的零位，如圖所示。一般情況下，測(cè)量電阻時(shí)指針位于刻度尺的1/3~2/3位置為宜。46萬(wàn)用表歐姆調(diào)零（3）測(cè)量時(shí)雙手不可觸碰電阻引腳及表筆金屬部分，以免接入人體電阻，引起測(cè)量誤差，如圖所示。47錯(cuò)誤的測(cè)量動(dòng)作（4）測(cè)量電路中某一電阻時(shí)，應(yīng)將電阻的一端斷開(kāi)，如圖所示。48測(cè)量時(shí)斷開(kāi)電阻一端3.用絕緣電阻表測(cè)量絕緣電阻電氣設(shè)備或線路的絕緣材料具有極高的電阻，常以兆歐（MΩ）為單位。當(dāng)絕緣材料受潮、老化或損壞時(shí)，絕緣電阻會(huì)減小，漏電流會(huì)增大，因此，必須經(jīng)常檢測(cè)電氣設(shè)備或線路的絕緣電阻，確保其符合標(biāo)準(zhǔn)。絕緣電阻表（又稱兆歐表）是一種專門用來(lái)測(cè)量絕緣電阻的儀表。如圖所示為發(fā)電機(jī)式兆歐表，表內(nèi)有一臺(tái)微型手搖發(fā)電機(jī)，測(cè)量時(shí)通過(guò)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生較高的電壓。手搖發(fā)電機(jī)的額定電壓主要有500V、1000V和2500V等幾種，可根據(jù)被測(cè)電氣設(shè)備或線路的額定電壓進(jìn)行選擇。4950發(fā)電機(jī)式兆歐表兆歐表的基本用法：將線路端（L）和接地端（E）分別接被測(cè)設(shè)備的相應(yīng)部分，由慢到快搖動(dòng)手柄，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到120r/min時(shí)，保持轉(zhuǎn)速均勻、穩(wěn)定，當(dāng)指針?lè)€(wěn)定時(shí)讀取數(shù)值，記錄數(shù)據(jù)。在測(cè)量電氣設(shè)備帶電部分與金屬外殼（地）之間的絕緣電阻時(shí)，金屬外殼（地）要接到E端，否則測(cè)量結(jié)果會(huì)不準(zhǔn)確。51如圖所示為數(shù)字式兆歐表。其輸出功率大，帶載能力強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)，量程可自動(dòng)轉(zhuǎn)換，一目了然的操作面板和液晶顯示屏（LCD）使測(cè)量十分方便和迅捷。數(shù)字式兆歐表使用時(shí)不需人力做功，優(yōu)先使用交流電供電，不接交流電時(shí)，使用電池供電。52數(shù)字式兆歐表用數(shù)字式兆歐表測(cè)量絕緣電阻時(shí)，線路端（L）與被測(cè)物體同大地絕緣的導(dǎo)電部分相接，接地端（E）與被測(cè)物體金屬外殼或接地部分相接，屏蔽端（G）與被測(cè)物體保護(hù)遮蔽部分或其他不參與測(cè)量的部分相接。在測(cè)量過(guò)程中，兆歐表“E”“L”端子之間有較高電壓，操作時(shí)要特別注意人體各部分不可觸及。53課題三電功和電功率54學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解電功、電功率的概念。2.掌握電功、電功率和焦耳熱的計(jì)算方法。3.理解電氣設(shè)備所標(biāo)額定值的含義。55一、電功搬運(yùn)工將重物搬到高處，這是人力做功，消耗的是體能；使用電動(dòng)葫蘆同樣也能把重物搬到高處，這是電流做功，消耗的是電能，如圖所示。56人力做功和電流做功a）搬運(yùn)工搬重物消耗的是體能b）電動(dòng)葫蘆搬重物消耗的是電能電流做功的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上就是將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過(guò)程。電流所做的功，簡(jiǎn)稱電功，用字母W表示。研究表明，電流在一段電路上所做的功等于這段電路兩端的電壓U、電路中的電流I和通電時(shí)間t三者的乘積，即W=UIt式中，W、U、I、t的單位分別為焦耳（J）、伏特（V）、安培（A）、秒（s）。電功的另一個(gè)常用單位是千瓦·時(shí)（kW·h），即通常所說(shuō)的“度”，它和焦耳的換算關(guān)系為1kW·h=3.6×106J57用來(lái)測(cè)量電流做功多少（也就是電路消耗電能多少）的儀表稱為電能表，如圖所示。58電能表a）電子式電能表b）預(yù)付費(fèi)IC卡式電能表c）智能電能表二、電功率在相同的時(shí)間內(nèi)，電流通過(guò)不同的用電器所做的功，一般并不相同。電流在單位時(shí)間內(nèi)所做的功稱為電功率，用字母P表示，單位為瓦特（W），簡(jiǎn)稱瓦。常用的電功率單位還有兆瓦（MW）和千瓦（kW）。它們之間的換算關(guān)系為1MW=1000kW1kW=1000W59電功率的計(jì)算式為式中，P、W、t、U、I的單位分別為W、J、s、V、A。對(duì)于純電阻電路，根據(jù)初中時(shí)學(xué)過(guò)的歐姆定律，上式還可以寫(xiě)為60電功率是利用功率表進(jìn)行測(cè)量的，如圖所示為D26-W型便攜式單相功率表。61D