電工基礎（第2版）課件：電工常識和Ｍultisim電路仿真軟件

《電工基礎》

電

是一種自然現(xiàn)象，是一種能量。自然界的閃電就是電的一種現(xiàn)象。電是像電子和質(zhì)子這樣的亞原子粒子之間產(chǎn)生的排斥力和吸引力的一種屬性。它是自然界四種基本相互作用之一。電或電荷有兩種:我們把一種叫做正電，另一種叫做負電。

電是個一般術語，是靜止或移動的電荷所產(chǎn)生的物理現(xiàn)象。在大自然里，電的機制給出了很多眾所熟知的效應，例如閃電、摩擦起電、靜電感應、電磁感應等等。電的分類分類靜電直、交流電現(xiàn)象靜止的電荷(通常存在于絕緣體內(nèi)，如橡膠、毛皮、琥珀、云層)流動的電荷放電時間瞬間放電(皮秒~微秒)，通常是由于擊穿絕緣體導致的放電。持續(xù)放電(通常是存在于電路中的)能量由大到小可為:閃電、脫毛衣、塑料尺等由大到小可為:億萬伏發(fā)電機輸出電、工業(yè)用電、民用電、電池等人體感覺通常不易感(除閃電外)36V以上即可對人體造成傷害電的應用

電工常識和Ｍultisim電路仿真軟件萬用表1.4發(fā)電、輸電概述1.1工廠供電1.2

安全用電常識1.3Ｍultisim電路仿真軟件1.5目錄▲典型問題

電是怎么產(chǎn)生的？又是怎么輸送過來的？如何安全用電？怎么測量？電路中的物理量可以仿真測量么？▲知識能力目標1．了解電的產(chǎn)生及其輸送過程；掌握安全用電常識與急救常識。2．掌握使用萬用表測量電阻與電壓、電流的方法。3．掌握Ｍultisim電路仿真軟件的使用方法，能對電路基本物理量進行仿真測量1.1發(fā)電輸電概述1.1.1電能的產(chǎn)生1.1.2

電力系統(tǒng)的組成發(fā)電廠實景圖1.1發(fā)電、輸電概述1.1.1電能的產(chǎn)生電能是二次能源，是發(fā)電廠用其他形式的能量轉化而來的，按能源種類的不同，發(fā)電廠可分為：水力、火力、風力、核能、太陽能等發(fā)電廠。1.1.2電力系統(tǒng)的組成電力網(wǎng)：連接發(fā)電廠和用戶之間的環(huán)節(jié)稱為電力網(wǎng)。電力系統(tǒng)：

發(fā)電廠、電力網(wǎng)和用戶組成的統(tǒng)一整體稱為電力系統(tǒng)，實現(xiàn)電能的生產(chǎn)、傳輸與分配。

T1T2用戶T2用戶T2用戶

T1發(fā)電廠發(fā)電廠LLLL電力網(wǎng)圖1-1電力系統(tǒng)示意圖T1—升壓變壓器T2—降壓變壓器L—輸電線路1.發(fā)電廠核電廠:一次能源為核能。水力發(fā)電廠:一次能源為水勢能。火力發(fā)電廠:一次能源為煤、油、天然氣。風力發(fā)電廠:一次能源為風能。太陽能發(fā)電廠:一次能源為太陽能。

目前我國主要是火力發(fā)電和水力發(fā)電。光伏發(fā)電有望成為我國最主要能源之一。光伏發(fā)電我國近八成的土地光照充沛，光能資源分布較為均勻。與水電、風電以及核電等相比，太陽能發(fā)電沒有任何排放和噪聲，應用技術較成熟，除了日照外，不需任何“燃料”。從站址的選擇來說，城市中的樓頂、空地都可以被應用。除大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電和離網(wǎng)應用外，太陽能還可以通過抽水、超導、蓄電池和制氫等多種方式儲存。在全球低碳經(jīng)濟與新能源革命的大趨勢下，光伏發(fā)電有望成為我國未來份額最大的主導能源之一。國家能源局統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至去年底，我國光伏發(fā)電累計裝機容量達4318萬千瓦，成為全球光伏發(fā)電裝機容量最大的國家。變電所升壓變電所降壓變電所架空線路電力線路電纜線路2.電力網(wǎng)目前我國主要有：華東、華中、華北、東北、西北和南方六大電力網(wǎng)。電力網(wǎng)由變電所和輸電線路組成。變電所升壓變電所降壓變電所架空線路電力線路圖1-2架空線路的組成元件防震錘導線避雷線絕緣子桿塔線夾基礎接地裝置電纜線路

我國國家標準規(guī)定的電力網(wǎng)額定電壓有3、6、10、35、60、110、220、330、500kV。2.電力網(wǎng)目前我國主要有：華東、華中、華北、東北、西北和南方六大電力網(wǎng)。電力網(wǎng)由變電所和輸電線路組成。3.用戶

一但中斷供電，將造成人身事故，重大電氣設備損壞，使生產(chǎn)、生活秩序很難恢復。如大型醫(yī)院，煉鋼廠，石油提煉廠或礦井等。

一但中斷供電，將造成主要電氣設備損壞，造成較大經(jīng)濟損失，使生產(chǎn)、生活秩序受到一定影響。例如煤氣站的鼓風機、10噸以下的電弧煉鋼爐的低壓用電設備和剛玉冶煉電爐變壓器等。三級負荷:一級負荷、二級負荷以外的其他負荷。例如一般加工車間，倉庫，辦公室。供電方式無特殊要求。最少用兩個獨立電源供電，一個為備用電源。由兩個回路供電，分別引自不同變壓器或兩段母線。一級負荷:二級負荷:1.2工廠供電YY電動機電動機照明YY電動機電動機照明

廠總變電所車間變電所圖1-3工廠配電系統(tǒng)示意圖（放射式）廠總變電所6~10kV380/220V35~110kV工廠配電系統(tǒng)聯(lián)接方式有：放射式、樹干式和環(huán)式。1.3安全用電常識1.3.1安全用電的意義1.3.2電流對人體的傷害1.3.3

保護接地各保護接零1.3.4

安全用電措施1.3.5

觸電急救常識1.3.1安全用電的意義

在生產(chǎn)和生活中，電氣設備和家用電器的使用越來越廣泛，但在使用電能的過程中，如不注意安全用電，就可能造成人身觸電和設備的損壞，給生產(chǎn)、生活造成很大的影響，因此，注意安全用電是非常必要的。1.3.2電流對人體的傷害(一）觸電：人體因觸及帶電體面承受過高的電壓，以致死亡或局部受傷的現(xiàn)象。

觸電依據(jù)傷害程度不同，可分為電擊和電傷兩種。1、電擊：指因電流通過人體面使內(nèi)部器官受傷的現(xiàn)象。2、電傷：指人體外部由于電弧或熔斷器熔斷時飛濺起的金屬沫等而造成的燒傷現(xiàn)象。

這是最危險的觸電事故。通過人體的工頻電流超過10mA，或直流電流超過50mA時，就會產(chǎn)生呼吸困難、肌肉痙攣、中樞神經(jīng)遭受損害，從而使心臟停止跳動，以致死亡。

電擊傷害的程度取決于通過人體電流的大小、持續(xù)時間、電流的頻率以及電流通過人體的途徑等。

(一）觸電的形式:

單相觸電、雙相觸電、跨步電壓觸電。單相觸電：當人體接觸帶電設備或線路中的某一相導體時，一相電流通過人體經(jīng)大地回到中性點的觸電方式。(1)電源中性點接地系統(tǒng)的單相觸電，如圖1-4(a)。這時人體處于相電壓下，危險較大。(2)電源中性點不接地系統(tǒng)的單相觸電，如圖1-4(b)。圖1-4單相觸電圖2.雙相觸電

雙相觸電是指人體的不同部位分別同時接觸二條相線所引起的觸電事故。如圖1-5所示，這時人體處于線電壓下。圖1-5雙相觸電

3.跨步電壓觸電

在高壓輸電線斷線落地點周圍產(chǎn)生電壓降，人體走近時兩腳之間承受跨步電壓而觸電。如圖1-6所示。圖1-6跨步電壓觸電1、保護接地將電氣設備的金屬外殼或構架接地。

適用于電源中性點不接地的三相三線制供電系統(tǒng)中。

當出現(xiàn)漏電或一相碰殼時，外殼未接地，人體觸及外殼時觸電。M3~rRIRCrDID圖1-7保護接地和短路電流rD一般為4

以下1.3.3保護接地和保護接零2、保護接零將電氣設備的金屬外殼或構架接零線。圖1-8保護接零ISCrDM3~

當出現(xiàn)漏電或一相碰殼時，外殼未接零線，人體觸及外殼時觸電。

適用于電源中性點接地的三相四線制供電系統(tǒng)中。3、工作接地工作接地即三相電源中性點（或變壓器中心點）接地，如圖1-9中NO所示。圖1-9電源中心點保護接地工作接地的作用：（1）降低人體觸電電壓。在中性點不接地的系統(tǒng)中，當一相接地而人體又觸及另一相時，人體將受到線電壓。但對中性點接地系統(tǒng)，人體受到的為相電壓。（2）迅速切斷故障。（3）降低電氣設備對地的絕緣水平。（4）中性點接地的低壓系統(tǒng)可以同時向用戶提供兩種電壓，即線電壓和相電壓。1.3.4安全用電措施

1.建立健全安全管理制度和操作規(guī)程,普及安全用電常識。2.電氣設備采用保護接地或保護接零。3.安裝漏電保護裝置。4.火線進開關。5.對一些特殊電氣設備或潮濕場所，采用安全電壓供電。我國規(guī)定工頻有效值42V、30V、24V、12V和6V為安全電壓。6．檢修電路時，必須在拉下總電閘或拔下保險盒的插蓋后才能操作。必要時要在總電閘位置掛上禁令閘警示牌。7．電工操作前的預防措施：穿上電工絕緣膠鞋；站在干燥的木凳或木板上；使用電工絕緣工具。8．日常生活中的安全用電1.3.5接電急救常識1．切斷電源，有3種處理方式：

（1）若開關不在附近時，可用有絕緣柄的鋼絲鉗一先一后分別切斷兩根電線。

（2）用干燥的木棒或竹竿將觸電身上的電線挑開（千萬不能用手去拉觸電者）。

（3）若觸電者在高處，還應防止觸電者脫離電源后摔傷。2．急救：人工呼吸；人工心外擠壓法。1.4萬用表1.4.1萬用表的結構1.4.2

萬用表測量方法1.4.3

萬用表測量電壓、電流與電阻的原理1.4.1萬用表結構萬用表的基本原理:

利用一只靈敏的磁電式直流電流表（微安表）做表頭。當微小電流通過表頭，就會有電流指示。但表頭不能通過大電流，所以，必須在表頭上并聯(lián)與串聯(lián)一些電阻進行分流或降壓，從而測出電路中的電流、電壓和電阻。指針式萬用表結構:

由上下兩部分組成。上半部分為表盤部分，包括機械調(diào)零和標度盤。下半部分為選擇開關部分包括0Ω旋扭、選擇開關（轉換開關）、量程、測試筆插座。如圖1-10所示。圖1-10萬用表面板圖1.4.2萬用表測量方法1.測量電阻兩根測試筆分別接觸被測電阻（或電路）（如圖1-11所示）兩端，讀出指針在歐姆刻度線（第一條線）上的讀數(shù)，再乘以該檔標的倍率，就是所測電阻的阻值。圖1-11萬用表測電阻注意:1.檔位開關轉到電阻檔;2.調(diào)零：先將測試筆搭在一起短路，指針將向右偏轉，隨即調(diào)整“Ω”調(diào)零旋鈕，使指針恰好指到0。3.要先估計所測電阻的大小,選擇合適的電阻檔,使測量時指針指在中間位置,測量較準確。2.測量直流電壓

首先估計一下被測電壓的大小，然后將轉換開關撥至適當?shù)闹绷麟妷毫砍?，將正表筆接被測電壓“+”端，負表筆接被測量電壓“-”端（如圖1-12所示）。然后根據(jù)該擋量程數(shù)字與標直流符號“DC-”刻度線（第二條線）上的指針所指數(shù)字，來讀出被測電壓的大小。圖1-12萬用表測電壓3.測量直流電流

先估計一下被測電流的大小，然后將轉換開關撥至合適的電流量程，再把萬用表串接在電路中（如圖1-13所示）,讀出指針所指電流讀數(shù)。圖1-13萬用表測直流電流4.測量交流電壓

測交流電壓的方法與測量直流電壓相似，所不同的是因交流電沒有正、負之分，所以測量交流時，表筆也就不需分正、負。1.4.3

萬用表測量電壓、電流與電阻的原理1.測直流電流原理

如圖1-14（a）所示，在表頭上并聯(lián)一個適當?shù)碾娮瑁ń蟹至麟娮瑁┻M行分流，就可以擴展電流量程。改變分流電阻的阻值，就能改變電流測量范圍。圖1-14萬用表測量電壓、電流與電阻的原理圖2.測直流電壓原理

如圖1-14（b）所示，在表頭上串聯(lián)一個適當?shù)碾娮瑁ń斜对鲭娮瑁┻M行降壓，就可以擴展電壓量程。改變倍增電阻的阻值，就能改變電壓的測量范圍。圖1-14萬用表測量電壓、電流與電阻的原理圖3.測交流電壓原理如圖1-14（C）所示，因為表頭是直流表，所以測量交流時，需加裝一個并、串式半波整流電路，將交流進行整流變成直流后再通過表頭，這樣就可以根據(jù)直流電的大小來測量交流電壓。

擴展交流電壓量程的方法與直流電壓擴大量程的方法相似。圖1-14萬用表測量電壓、電流與電阻的原理圖4.測電阻原理

如圖1-14（d）所示，在表頭上并聯(lián)和串聯(lián)適當?shù)碾娮?，同時串接一節(jié)電池，使電流通過被測電阻，根據(jù)電流的大小，就可測量出電阻值。

改變分流電阻的阻值，就能改變測電阻檔的量程。

圖1-14萬用表測量電壓、電流與電阻的原理圖習題1-12用萬用表的歐姆檔測某一電阻的阻值時，分別用×1、×10、×100三個電阻檔測了三次，指針所指的位置如圖所示。其中1是

檔，2是用

檔，3是用

檔。為提高測量精度應該用

檔，被測電阻約為

歐姆。習題已經(jīng)某電路元件兩端直流電壓在200-300V之間，現(xiàn)在指針式萬用表的直流500V檔測量，測得指針如圖所示。問：如果有250V刻度線，讀得刻度值是

，倍率

，讀數(shù)

V。若用50V這條刻度線，則刻度值是

，倍率

，讀數(shù)

V。測試：1.指針式萬用表測量電阻時標度尺最右側是___。（單選題）A.0；B.∞；C.10002.萬用表的電壓、電流及電阻檔的刻度都是均勻的。（單選題）3.改變?nèi)f用表電阻擋倍率后，測量電阻之前必須進行電阻調(diào)零。（單選題）A.正確B.錯誤A.正確B.錯誤測試答案：1.A2.B3.A四、數(shù)字萬用表優(yōu)點：精度高，尤其是測試電壓能精確到0.001V，讀數(shù)方便，抗電磁干擾能力強，便于攜帶。缺點：屬于有源設備，反應速度慢，對部分半導體器件不能準確測試，不能測試元器件漏電等。優(yōu)點：指針式萬用表屬于無源設備，靈敏度高、反應速度快、通過指針的擺動，能直觀的顯示被測元器件的物理性能。缺點：抗電磁干擾能力差，讀數(shù)不方便、抗震能力差，測試電阻時需要歐姆調(diào)零，只能測試0.5V以上電壓，測試弱電電壓精確度不夠，不方便攜帶。指針萬用表數(shù)字萬用表四、數(shù)字萬用表北京普源深圳鼎陽臺灣固緯深圳勝利價格功能精度可靠性小結一、萬用表的結構二、萬用表測量方法三、萬用表測量電壓、電流與電阻的原理四、數(shù)字萬用表1.測量電阻2.測量直流電壓3.測量直流電流4.測量交流電壓1.測直流電流原理2.測直流電壓原理3.測交流電壓原理4.測電阻原理ThankYou!1.5Multisim的用戶界面及基本操作1.5.1Multisim用戶界面1.5.2仿真基本操作1.5.1Multisim用戶界面

電子設計自動化（EDA）技術，使得電子線路的設計人員能在計算機上完成電路的功能設計、邏輯設計、性能分析、時序測試直至印刷電路板的自動設計。

Multisim來源于加拿大圖像交互技術公司（InteractiveImageTechnologies，簡稱IIT公司）推出的以Windows為基礎的電路仿真軟件，原名EWB(Electronics

Workbench)。從EWB6.0版本開始，IIT對EWB進行了較大變動，名稱改為Multisim（多功能仿真軟件）。后被美國國家儀器（NI，NationalInstruments）公司收購，軟件更名為NIMultisim。Multisim的特點：

（1）采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路。

（2）軟件儀器的控制面板外形和操作方式都與實物相似，可以實時顯示測量結果。

（3）Multisim帶有豐富的電路元件庫，提供多種電路分析方法。

（4）作為設計工具，它可以同其它流行的電路分析、設計和制板軟件交換數(shù)據(jù)。

（5）Multisim還是一個優(yōu)秀的電子技術訓練工具，可以用比實驗室中更靈活的方式進行電路實驗，仿真電路的實際運行情況，熟悉常用電子儀器測量方法。1.5.1Multisim軟件界面1．

Multisim的主窗口，如圖1-16所示。圖1-16Multisim主窗口2．菜單欄，如圖1-17所示。

圖1-17菜單欄3．工具欄，如圖1-18～1-20所示.圖1-18主工具欄圖1-18是主工具欄及按鈕名稱，圖1-19是元器件工具欄及按鈕名稱，圖1-20是虛擬儀器工具欄及儀器名稱。圖1-19元器件工具欄圖1-19是元器件工具欄及按鈕名稱圖1-20虛擬儀器工具欄圖1-20是虛擬儀器工具欄及儀器名稱1.5.2Multisim仿真基本操作方法Multisim12仿真的基本步驟：（1）建立電路文件（2）放置元器件和儀表（3）元器件編輯（4）連線和進一步調(diào)整（5）電路仿真（6）輸出分析結果１．創(chuàng)建電路具體建立電路文件的方法有以下幾種：（1）打開Multisim時，自動打開空白電路文件Design1*，保存時可以重新命名（2）菜單File/New（3）工具欄New按鈕（4）快捷鍵Ctrl+N２．放置元器件和儀表放置元器件的方法有以下幾種：（1）菜單PlaceComponent(放置組件)（2）在元件工具欄，用鼠標直接點到某個器件庫，單擊

左鍵即可在彈出的元器件符號庫中選擇需要的器件。（3）在繪圖區(qū)單擊鼠標右鍵，利用彈出菜單中進行選擇的

方法，進行放置。（4）快捷鍵Ctrl+W

放置儀表可以點擊虛擬儀器工具欄相應按鈕，或者使用菜單方式。3.元器件編輯（1）元器件參數(shù)設置

雙擊元器件，彈出相關對話框，選項卡包括：

Label：標簽，Refdes即編號，由系統(tǒng)自動分配，可以修改，但須保證編號唯一Display：顯示Value：數(shù)值，交流與直流Fault：故障設置，None－無故障（默認）；Open－開路；Short－短路；選中“Leakage”表示元件漏電Pins：引腳，設置各引腳編號、類型、電氣狀態(tài)4.連線和進一步調(diào)整連線：（1）自動連線：單擊起始引腳，鼠標指針變?yōu)椤笆弊中?，移動鼠標至目標引腳或?qū)Ь€，單擊，則連線完成。當導線連接后呈現(xiàn)丁字交叉時，系統(tǒng)自動在交叉點放節(jié)點（Junction）。（2）手動連線：單擊起始引腳，鼠標指針變?yōu)椤笆弊中魏螅谛枰諒澨巻螕?，可以固定連線的拐彎點，從而設定連線路徑。添加節(jié)點可以使用菜單Place/Junction，或者使用快捷鍵Ctrl+J。（3）關于交叉點，Multisim12默認丁字交叉為導通，十字交叉為不導通。對于十字交叉而希望導通的情況，可以分段連線，即先連接起點到交叉點，然后連接交叉點到終點；也可以在已有連線上增加一個節(jié)點（Junction），從該節(jié)點引出新的連線，添加節(jié)點可以使用菜單Place/Junction，或者使用快捷鍵Ctrl+J。進一步調(diào)整：（1）調(diào)整位置：單擊選定元件，移動至合適位置；（2）改變標號：雙擊進入屬性對話框更改；（3）顯示節(jié)點編號以方便仿真結果輸出：菜單Options/SheetProperties/Sheetvisibility/NetNames，選擇ShowAll；（4）導線和節(jié)點刪除：右擊/Dele