电路1-项目一-电路的基本分析与检测

项目一电路的基本分析与检测项目二电路的暂态分析与检测项目三单相交流电路的分析与检测项目四三相交流电路的分析与检测项目五变压器原理分析与检测项目六继电-接触器控制电路的设计与安装项目一电路的基本分析与检测项目一电路的基本分析与检测学习任务1)了解常用电工仪表的结构,掌握常用电工仪表的使用方法。2)理解电路的基本参数(电流、电压、电功率及电能)。3)掌握电路的基本分析方法(本项目以直流电路为例介绍)。任务1常用电工仪表的认识电气设备的安装、调试及检修过程中,要借助各种仪器仪表对电流、电压、电阻、电能等进行测量。本任务主要介绍万用表、绝缘电阻表(兆欧表)和电能表等常用仪表。1.1电路的基本参数1.电流图1-1导体中的电流(1)电流的大小带电粒子有规则的运动形成了电流。其中,大小和方向随时间做周期性变化的电流称为交变电流,简称交流(AC),用符号i表示。(2)电流的方向习惯上,规定正电荷移动方向为电流的正方向。d(11)dqit3361A10kA10mA10A图1-2电流实际方向与参考方向2.电压与电位(1)电压电压是衡量电场力移动电荷做功大小的物理量。abd(13)dWuq图1-3电压的参考方向与实际电压方向图1-4关联参考方向与非关联参考方向(2)电位在电路中任意选一个参考点,电场力把单位正电荷从a点移动到参考点所做的功称为a点电位,用符号Va表示。abab(14)UVV图1-5例1.1图【例1.1】如图1-5所示,试计算:(1)若以O点为参考点,各点的电位以及Ubc;(2)若以a点为参考点,各点的电位以及Ubc;(3)由此可得出什么结论?解:(1)O点为参考点,则acbbcbc10A144210V21V2V(1041)V6V(62)V4VIVVVUVV　(2)a点为参考点,(3)由以上可得到结论:电路中各点电位是随参考点改变而改变的,而电路中任意两点间的电压是不随参考点改变而改变的。3.电动势abcbcbc0V(41)V4V(441)V8V4V(8V)4VVVVUVV　电动势是一个专门描述电源内部特性的物理量。由图1-6可见,为了维持导体中电荷源源不断地移动,电源内必须有一种外力克服电场力将正电荷从b端移到a端,这种非电场力把单位正电荷在电源内部由低电位点b端移到高电位点a端所做的功,称为电动势,用E表示。4.电功率与电能(1)电功率电功率就是用来衡量电源输出电能和负载吸收电能本领大小的物理量,用P或p表示。ddd(15)dddWWqpuitqt【例1.2】如图1-7所示,I=2A,U1=12V,U2=-3V,U3=9V,试求各元件吸收(发出)的功率。元件3上的电压和电流的参考方向为非关联参考方向,其功率为 111222122W24W()(3)2W6W()PUIPUI　　　吸收功率　　　发出功率33392W18W()PUI　　　发出功率(2)电能电流所做的功称为电功。1.2万用表0d(17)tWpt611kWh1000W3600s3.610J度万用表有指针式和数字式两种。指针式万用表主要用于直流电流、直流电压、交流电压及电阻等的测量;数字式万用表除了具有指针式万用表的测量功能外,还增加了测量交流电流、电容及电感的功能,而且还可以用来检测二极管的性能、检查电路的通断及测量晶体管的电流放大系数hFE。图1-8MF-30型万用表面板1.结构(1)表头指针式万用表的表头多采用灵敏度高、准确度好的磁电式直流微安表,其满刻度偏转电流一般为几微安至几百微安。(2)测量电路指针式万用表利用同一只表头可以测量多种电量,并具有各种量程,其原因是内部有各种测量电路。(3)转换开关万用表的转换开关是用来选择测量过程中所需的不同档位及其量程的切换开关,一般采用多层、多刀、多掷波段开关或专用转换开关。2.测量原理我们以MF-30型万用表为例,介绍万用表各部分测量电路的原理。(1)直流电流的测量将万用表的转换开关旋至直流电流档()区域,这时万用表就相当于一个磁电式直流电流表。需要注意的是:测量直流电流时,万用表应串入被测电路,且被测电流应从“+”端流入,从“-”端流出,同时量程还要选择得合理。(2)直流电压的测量将万用表的转换开关旋至直流电压()档的区域,万用表就变成了直流电压表。 (3)交流电压的测量若把万用表的转换开关旋至交流电压()档位,就可以测量交流电压。(4)电阻的测量若把万用表的转换开关旋至电阻档(Ω)区域,就可以测量电阻。 1)测电阻前必须先调零。2)不能在电路带电的情况下测量电阻,否则受被测电路电压的影响,不仅不能测到准确的电阻值,而且还可能损坏万用表。3)测量完毕,应将万用表的转换开关放置到交流电压的最高量程档,即500V档。1.3绝缘电阻表绝缘电阻表习称兆欧表,俗称摇表。是一种简便、常用的测量高电阻的仪表,主要用来检测供电线路、电机绕组、电缆等的绝缘电阻,以便检验其绝缘程度的好坏。常见的兆欧表主要由作为电源的高压手摇发电机和磁电式流比计两部分组成,兆欧表的外形与工作原理如图1-13所示。图1-13兆欧表的外形与工作原理1)检查绝缘电阻表是否正常。2)检查被测电气设备和线路,看其是否已全部切断电源。3)测量前应对设备和线路先行放电,以免设备或线路的电容放电危及人身安全和损坏绝缘电阻表,同时还可以减少测量误差。绝缘电阻表的正确使用要点如下:1)绝缘电阻表必须水平放置于平稳、牢固的地方,以免在摇动时因抖动和倾斜产生测量误差。2)接线必须正确无误,接线柱“E”(接地)、“L”(线路)和“G”(保护环或称屏蔽端子)与被测物的连接线必须用单根线,要求绝缘良好,不得绞合,表面不得与被测物体接触。3)摇动手柄的转速要均匀,一般规定为120r/min,允许有±20%的变化,但不应超过25%。4)测量完毕,应对设备充分放电,否则容易引起触电事故。5)严禁在雷电时或附近有高压导体的设备上测量绝缘电阻,只有在设备不带电又不可能受其他电源感应而带电的情况下才可进行测量。6)绝缘电阻表未停止转动之前,切勿用手去触及设备的待测量部分或绝缘电阻表的接线柱。7)绝缘电阻表应定期校验,其方法是直接测量有确定值的标准电阻,检查其测量误差是否在允许范围之内。1.4电能表用来测量电能的仪表称为电能表(习称电度表)。因为电能等于功率与时间的乘积,所以在电力系统中,电能的测量不仅应反映负载功率的大小,还能反映出电能随时间增长积累的总和。因此电能表除必须具有测量功率的机构外,还应能计算负载用电的时间,并通过计度器把电能自动累计出来。图1-14单相感应式电能表结构示意图1—电压电磁铁2—电流电磁铁3—铝盘4—转轴5—上轴承6—下轴承7—蜗轮8—制动电磁铁9—计度器10—接线端子11—铭牌图1-15单相电能表的接线1.单相有功电能表的结构单相感应式电能表是感应式电能表中最简单的一种,也是构成其他感应式电能表的基础,其结构如图1-14所示。它由电压电磁铁、电流电磁铁、铝盘、转轴、计度器等几部分组成。2.单相电能表的接线电能表的接线方式是电流线圈与负载串联、电压线圈跨接在线路两端。对于低电压(220V)、小电流(5~10A)的单相电路,电能表可以直接接入;对于低电压、大电流的单相电路,需经电流互感器接入。任务2电阻元件与欧姆定律2.1电阻元件1.电阻元件的图形、文字符号实际电路中的耗能元件均可用电阻元件等效,如白炽灯、电炉等。电阻以R表示,电阻的单位为欧姆,简称欧(Ω)。此外还常用千欧(kΩ)、兆欧(MΩ)等单位。2.电阻的主要参数电阻的主要参数有两个:电阻标称阻值和误差、额定功率。电阻标称阻值和误差可以通过外表的标识进行判定。电阻外表标识的方法通常有以下两种。(1)直标法即直接用数字表示电阻的标称阻值和误差,例如电阻上印有“52kΩ5%”,则表示该电阻的阻值为52kΩ,误差为5%。(2)色标法即用不同颜色的色环表示电阻的阻值和误差,也称色码电阻。表2-1四环电阻色环颜色与数值对照表表2-1四环电阻色环颜色与数值对照表2.2欧姆定律欧姆定律是指流过线性电阻的电流与其端电压成正比的关系。直流电路中,当电阻元件上的电压与电流为关联参考方向时,其关系式为(21)UIR任务3基尔霍夫定律在介绍基尔霍夫定律之前,先介绍几个有关的名词。图3-11)支路(branch):电路中每个无分支的路径叫做支路。2)节点(node):电路中3条或3条以上支路的连接点叫做节点。3)回路(loop):电路中任何一个闭合路径叫做回路。4)网孔(mesh):内部不含支路的回路叫做网孔。1.基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(Kirchholf􀆳sCurrentLaw)也称为节点电流平衡方程式,简称KCL。其内容为:在任一时刻,对于电路中的任一节点,流过节点的电流的代数和为零。即0(31)i13524(33)iiiii11231223123312300(35)0iiiiiiiii图3-4例3.1图【例3.1】如图3-4所示,已知I=5A,I1=3A,I4=2A,求I2,I3,I5。解:图示电路有4个节点a、b、c、d,根据基尔霍夫电流定律列出各节点的KCL方程。对节点a:I=I1+I2得I2=I-I1=(5-3)A=2A对节点d:I1+I4+I5=0得I5=-(I1+I4)=-(3+2)A=-5A对节点c:I3=I+I4得I3=I+I4=(5+2)A=7A核算节点b:I2=I3+I5满足KCL。2.基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(Kirchholf􀆳sVoltageLaw)也称为回路电压平衡方程式,简称为KVL。其内容为:在任一时刻,对于电路中的任一回路,沿任意给定的绕行方向,组成该回路的所有元件端电压的代数和为零。即0(36)U【例3.2】图3-5表示一复杂直流电路中的一个回路。已知各元件的电压:U1=2V,U2=3V,U3=4V,试求U4。解:设回路绕行方向为顺时针方向,由KVL得将已知数据代入上式得 基尔霍夫电压定律不仅适用于闭合回路,也可以推广应用于假想回路(开口电路)。12340UUUU4123(234)V1VUUUU如图3-6所示的电路,对1、2两点之间可以假想有一个元件与其他元件构成回路,而假想元件的端电压就是U12。任务4电源及电源等效变换1.电压源理想电压源的电路符号如图4-1所示,其伏安特性如图4-2所示。电压源有两个基本性质:①电压源两端的输出电压为恒定值US,因此电压源又称恒压源。②通过电压源的电流取决于外电路。SiUUIR【例4.1】如图4-4所示,已知直流电压源的输出电压US=10V。求:1)R→时的电压U,电流I;2)R=10Ω时的电压U,电流I;3)R→0时的电压U,电流I。解:1)R→ 时,US为理想电压源,故2)R=10Ω时,U=US=10V,S10V0AUUUIR　　3)R→0时,U=US=10V,则2.电流源10A1A10UIRSUUIRR理想电流源是由实际电源抽象出来的又一种理想二端电路元件,其电路符号如图4-5所示,箭头指向电流源输出电流的方向,其伏安特性如图4-6所示。Si'?UIIR【例4.2】如图4-8所示,已知直流电流源的输出电流IS=1A。求:1)R→时的电压U,电流I;2)R=10Ω时的电压U,电流I;3)R→0时的电压U,电流I。 2)R=10Ω时,I=IS=1A,则3)R→0时,S1AIIUIR　　S110V10VUIRIR3.电源的等效变换由分析可知,一个实际电源既可以用电压源表示也可以用电流源表示,也就是说,两种电源模型对同一外电路而言相互之间可以等效变换,变换后保S10V0VUIRIR图4-9电压源和电流源的等效变换1)实际电压源和电流源等效变换仅仅是对外电路是等效的。2)电压源的极性与电流源的方向必须一致。Si(42)'?UIIRiiSS