黄忠琴主编电工技术基础

1、电工技术基础第1章电路的基本概念和基本定律第2章直流电阻电路的分析第3章正弦交流电路第1章电路的基本概念和基本定律1.1电路及其组成1.2电路的基本物理量1.3电阻元件和欧姆定律1.4电能与电功率1.5电路的三种工作状态1.6电源1.7基尔霍夫定律1.1电路及其组成图1-1电路示意图1.1电路及其组成图1-2实际电路与电路模型1.1电路及其组成表1-1常见电路图形符号1.2电路的基本物理量1.2.1电流图1-3金属导体中的电流1.2电路的基本物理量图1-4电流的实际方向与参考方向1.2电路的基本物理量P4.TIF1)使用前应对万用表或电流表进行机械调零。2)选择电流表时，其内阻越小越好。1.2

2、电路的基本物理量3)使用直流电流表测量电流时，除了使电流表与被测支路串联外，还要使电流从“+”端流入，“-”端流出。4)测电流时，所选择的量程应使电流表的指针指在刻度标尺的后1/3段。5)若不知被测电流的大致数值，可先用最大量程测试，然后逐渐减小至合适量程。1)能正确选择电流表(交流表还是直流表)。2)能正确选择合适的量程。3)能理解直流电流表与被测支路的关系。1.2.2电压、电位与电动势1.电压1.2电路的基本物理量图1-5电压与电动势1.2电路的基本物理量P5.TIF1)使用前应对电压表或万用表进行机械调零。2)选择电压表时，其内阻越大越好。1.2电路的基本物理量3)使用直流电压表时，除了

3、使电压表与被测支路并联外，还要使电压表的“+”极与被测电路的高电位端相连，“-”极与被测电路的低电位端相连。4)交流电压表使用时不分“+”、“-”极，其指示值是交流电压的有效值。5)测电压时，所选择的量程应使电压表的指针指在刻度标尺的后1/3段。6)若不知被测电压的大致数值，可先用最大量程测试，然后逐渐减小至合适量程。1)测量干电池电压。2)测量直流稳压电源输出电压。3)测量交流电源电压。1.2电路的基本物理量2.电动势3.电位1)能熟练搭建一个含电源、开关、电阻的电路。2)用电压表测量电源的开路电压、电阻两端的电压。3)任选一个参考点，测量电路中其他各点的电位。4.单位和方向图1-6电压方向

4、的表示方法1.2电路的基本物理量图1-7例1-1图解：1)取Va=0由图可知：2)取Vd=0，再由图可知1.2电路的基本物理量图1-8单管放大电路1.3电阻元件和欧姆定律1.3.1电阻元件如果一个元件通过电流时总是消耗能量，且其电压和电流的实际方向总是一致的，则该元件就是电阻元件。电阻值愈大，阻碍电流的能力愈强。各种导线、绕组、电子线路和绝缘材料都具有电阻，小到几个微欧，大到若干兆欧。为了精确测量电阻，常将被测电阻分为三类：(1)小电阻约1以下，如短导线的电阻，匝数很少的绕组的电阻，开关的接触电阻，电流表的内阻，分流器的电阻等，由于被测电阻很小，常用双臂电桥法测量。(2)中值电阻约10.1M，

5、如电灯泡、变阻器、电阻箱、电位器、电机及电器中匝数较多的绕组，一般常用的碳膜电阻及一般的晶体管电路的输入电阻、输出电阻等。1.3电阻元件和欧姆定律(3)大电阻约0.1M以上，这类电阻主要是绝缘电阻，当绝缘材料因发热受潮、受污、老化或其他原因而使绝缘电阻降低时，可能会造成漏电、短路等事故，所以需经常测量设备的绝缘电阻。图1-9电阻元件实物图1.3电阻元件和欧姆定律图1-10元件的伏安特性曲线1.3电阻元件和欧姆定律P9.TIF1)首先进行机械调零、量程选择，测量前还应进行欧姆调零。1.3电阻元件和欧姆定律2)使用时将红表笔与“+”极性孔相连，黑表笔与“-”极性孔相连。3)选择电阻量程时，最好使指

6、针处在标度尺的中间位置。4)特别强调，严禁在被测电阻带电的情况下用万用表欧姆档去测量电阻。5)电阻测量值=电阻量程读数。1.3.2欧姆定律欧姆定律可用来确定电路中各部分电流与电压间的关系，是分析电路时采用的基本定律之一。1.一段无源电路的欧姆定律1.3电阻元件和欧姆定律图1-11欧姆定律1.3电阻元件和欧姆定律图1-12例1-2图解：对于图1-12a，有I=10/10A=1A2.一段有源电路的欧姆定律3.全电路欧姆定律1.3电阻元件和欧姆定律图1-13一段有源电路的欧姆定律1.3电阻元件和欧姆定律图1-14全电路欧姆定律解：选择回路电流方向如图所示，则1.3电阻元件和欧姆定律解：I=-/+=6

7、-(-9)/(100+50)1A图1-15例1-4的图1.4电能与电功率1.4.1电能图1-16简单电路1.4电能与电功率1.4.2电功率在工程上，习惯用电功率来衡量能量的交换。所谓电功率是指单位时间内电路各部分产生或消耗的能量，简称为功率，用大写字母P表示。根据定义，电源发出的功率为解：I=P/U=60/220A=0.273A1.4.3功率正、负的意义由功率的表达式P=UI可知，当U与I选定参考方向后，P就有正值、负值，即功率的正负值与电压、电流的参考方向有关。图1-17例1-6的图1.4电能与电功率解：由于U和I所取方向一致，则功率：1) P=UI=9(-3)W=-27W，P为负值，此时电

8、路产生功率。2) P=UI=(-9)(-3)W=27W，P为正值，此时电路消耗功率。1)了解电能表的结构和用途，掌握单相电能表的接线方法。2)能分析三相电能表的进线安装图。图1-18电能表进线安装图1.5电路的三种工作状态1.5.1电路的有载工作状态将图1 19a的开关合上，电源就向负载供电，电路处在有载工作状态。有载工作时的电路具有以下特点：图1-19电路的工作状态1.5.2电路的空载工作状态在图1 19a中，将开关打开，电源与负载断开，这时电路处在空载状态(也称开路状态)，处在空载状态时的电路具有以下特点：1.5电路的三种工作状态1.5.3电路的短路状态在图1 19b所示的电路中，当电源两

9、端被电阻接近为零的导线短接时，电路就处于短路工作状态，短路工作时的电路具有以下特点：解：I=E/R+=24/19+01A=12A1.5.4电气设备的额定值图1-20三相异步电动机的铭牌数据解：因为PN=INUN=2R1.6电源1.6.1电源的实际模型电源(如图1 21所示)是一个供能的二端元件，任何一个电源都有两种表示模型：一种是用电压的形式来表示，称为电压源，另一种是用电流的形式来表示，称为电流源。图1-21常用电源插座和电源1.电压源1.6电源图1-22实际电压源及其伏安特性1.6电源图1-23理想电压源及其伏安特性2.电流源1.6电源图1-24实际电流源及其伏安特性1.6电源图1-25理

10、想电流源及其伏安特性1.6.2电压源与电流源的等效互换1.6电源为了电路分析和计算的方便，有时要将电源的两种形式进行等效变换，而电压源与电流源进行等效变换的条件是它们应具有相同的外特性。图1-26实际电源等效变换的电路1)电压源与电流源等效变换关系只对外电路而言，内电路是不等效的。1.6电源2)变换时，两种电源的极性必须保持一致。3)理想电压源与理想电流源间不能互换。解：电源电动势E=U0=12V图1-27例1-10图解：先将图1-27a中的两个实际电压源模型转换为如图1-27b所示的实际电流源模型，1.7基尔霍夫定律图1-28电路举例1)节点：三根或三根以上导线的汇接点称为节点。1.7基尔霍

11、夫定律2)支路：电路中的每个分支都叫支路。3)回路：电路中任一闭合路径称为回路。4)网孔：至少包含一条新支路的回路称为网孔。1.7.1基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(KCL)，又称节点电流定律，是用来确定电路中连接在同一节点上的各支路电流间的关系的定律。其内容是：在任意时刻，流入某一节点的电流之和必等于流出该节点的电流之和。图1-29晶体管电路1.7基尔霍夫定律图1-30例1-11图解：由KCL可得I1-I2+I3+I4-I5=01.7基尔霍夫定律1.概述2.技术特性1)稳压：2路12V，1路5V，1路030V连续可调。P22.TIF1.7基尔霍夫定律2)输入电压：220(110%)V、50

12、Hz。3)输入功率：约200VA。4)环境温度：040。3.面板及操作说明(1)电流表可调稳压电源的负载电流指示，指示范围为02A。(2)电压表可调稳压电源的输出电压指示，指示范围为030V。(3)电压调节多圈调节电位器，改变输出电压，030V连续可调。(4)电源开关船型开关，上压时为接通交流电源。(5)可调稳压输出端子输出电压为030V。(6)外壳接地端子各组电源输出可浮空接地也可用共同接地。(7) 5V稳压输出端子输出电压为5V。1.7基尔霍夫定律(8) 12V稳压输出端子输出电压为12V。(9) 12V稳压输出端子输出电压为12V。(10)指示灯发光时对应于一组稳定电压的输出。4.使用方

13、法1)单机工作：四组独立电源输出端子可与“地”端子连接，成为正输出或负输出，输出端亦可不与“地”端子连接，均成为浮空电源输出。2)串联工作：两组或两组以上稳压电源可串联使用，输出电压为各串联组电压之和，仪器外壳接地端子只能与串联组的头或尾相接，成为正电源或负电源；不接“外壳接地”端子时，则为浮空电源组。1.7基尔霍夫定律3)需要提供双电源时，两路独立电源的头、尾相接作为“地”，两路电源的另一个头(正端)为双电源的正端，两路电源的另一个尾(负端)为双电源的负端。5.注意事项1)本电源工作时，应注意通风，不要靠近其他热源，在长期连续工作时，对输出电流要适当限制。2)本电源虽有负载短路保护电路，但当

14、负载短路时，一经发现，应立即切断电源或断开输出端子的连接线，必须排除故障后方可正常使用，长时间负载短路容易引起整机损坏。1)熟练搭建复杂直流电路。2)熟练测量各支路电流。3)选择任意节点验证基尔霍夫电流定律。1.7基尔霍夫定律4)掌握设立电流参考方向的意义。1.7.2基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(KVL)，又称为回路电压定律，是用来确定回路中各部分电压关系的定律，其内容是：沿任意一闭合回路顺时针(或逆时针)环行一周，在此方向上的电位降之代数和必等于电位升之代数和。即1)熟练测量各支路上的电压。2)选择任意一个闭合回路，验证基尔霍夫电压定律。4)掌握设立电压参考方向的意义。1.7基尔霍夫定律

15、图1-31例1-12图1.7基尔霍夫定律图1-32例1-13图解：1)沿ABCDA回路列出KVL方程为1.7基尔霍夫定律2) ABCA虽不是闭合回路，但可假想为一闭合回路，也可用列出KVL方程，即解：对回路bcdeb列出KVL方程，可得1.项目2.目的3.要求(1)用直流单臂电桥测量直流电阻1)直流单臂电桥简易原理。图1-33直流单臂电桥1.7基尔霍夫定律2)直流单臂电桥外壳上部件说明。检流计：当有电流流过检流计时，指针会发生偏转，流过电流的方向不同，指针偏转的方向不同。比例臂旋钮、比较臂旋钮：分别连接R1以及R2、R3电阻(实际电路中电阻有多组)，通过调节旋钮可以选择相应的电阻与之相连接，最

16、后的Rx读数为比例臂和比较臂读数的乘积。调零器：用于测量前的指针调零。必须先将检流计锁扣打开，才能进行调零。Rx接线柱：用以接被测电阻。检流计连接片：通常放在“外接”位置。为提高在高阻值测量中的精度，需外接高灵敏度检流计时，应将连接片放在“内接”位置，外接检流计接在“外接”两端钮上。1.7基尔霍夫定律检流计按钮“G”和电源按钮“B”：旋转90可锁住，测量过程中调平衡时按下按钮B，然后轻按检流计按钮G；在测量具有电感的元件(如线圈)后，须先松开检流计按钮，后松开电源按钮。3)直流单臂电桥测量过程。将被测电阻接入“Rx”接线柱两端。估计被测电阻值，选择比例臂的适当数值。检查无误后，先按下电源开关“

17、B”，再按下检流计按钮“G”(按钮“B”“G”旋转90可锁住)，调节比较臂的四个旋钮，使检流计指针指“0”。此时电桥平衡，被测电阻值等于比例臂读数乘比较臂读数(欧姆)。1.7基尔霍夫定律如无法估计被测电阻值，一般将比例臂放在1档，比较臂放在1000上，按下“B”按钮，然后轻按“G”按钮后即松开，如检流计指针摆向“+”的一边，说明被测电阻大于1000，可把比例臂放在10档，再次接下“B”、“G”按钮，如果指针仍在“+”边，可把比例臂放在100档。如果开始时指针摆向“-”边，则说明被测电阻小于1000，可把比例臂放在0.1档或0.01档上。如此，可得Rx的大约数值然后选定倍率，调节四个比较臂读数盘

18、，使检流计平衡。4)直流单臂电桥使用注意事项。使用前先把检流计锁扣或短路开关打开，并调节调零器使指针或光点置于零位。1.7基尔霍夫定律Rx接好后，先估计一下被测量电阻的阻值范围，选择合适的R2/R3比率，以保证比较臂R4的四档电阻都能充分使用。例如：Rx为几个欧姆时，应选比率为0.001。电源和检流计按钮的使用：测量时先按电源按钮“B”，再按检流计按钮“G”。在电桥调平衡过程中，不要把检流计按钮按死，应该是每改变一次比较臂电阻，按一次按钮测量一次，直至检流计偏转较小时，再按死检流计按钮。测量结束不再使用时，应将检流计的锁扣锁上。(2)用直流双臂电桥测量直流电阻用单臂电桥测量电阻时，其所测电阻值

19、一般可以达到四位有效数字，最高电阻值可测到106，最低阻值为1。1.7基尔霍夫定律1) QJ42型直流双臂电桥面板如图1-34所示。图1-34QJ42型直流双臂电桥面板2)使用方法：1.7基尔霍夫定律在仪器底部电池盒中装上35节1号干电池，或在外接电源接线柱“B外”上接入1.5V、容量大于10Ah的直流电源，并将“电源选择”开关拨向相应位置。将检流计指针调到“0”位置。将被测电阻Rx的四端接到双臂电桥的相应四个接线柱上，如图1-35所示。图1-35被测电阻的接线位置1.7基尔霍夫定律估计被测电阻值，将倍率开关旋到相应的位置上。当测量电阻时，先按“B”按钮，后按“G”按钮，并调节读数盘到某一示值

20、，使电流计重新回到“0”位。断开时应先放“G”按钮，后放“B”按钮。注意：一般情况下，“B”按钮应间歇使用。此时电桥已处平衡，被测电阻Rx为使用完毕，应把倍率开关旋到“G短路”位置上。(3)直读色环电阻的阻值色环电阻颜色和数字的对应关系见表1-2，下面介绍四色环电阻和五色环电阻。1)四色环电阻。1.7基尔霍夫定律表格2)五色环电阻。1.7基尔霍夫定律B1Z2.TIF(4)用兆欧表测三相异步电动机绕组间的绝缘电阻1.7基尔霍夫定律图1-36兆欧表外形1)兆欧表的正确使用方法：1.7基尔霍夫定律兆欧表的选择。主要是根据不同的电气设备选择兆欧表的电压及其测量范围。对于额定电压在500V以下的电气设备

21、，应选用电压等级为500V或1000V的兆欧表；额定电压在500V以上的电气设备，应选用10002500V的兆欧表。1.7基尔霍夫定律测量前的准备。测量前将被测设备切断电源，并短路接地放电35min，特别是电容量大的，更应充分放电，以消除残余静电荷引起的误差，保证正确的测量结果以及人身和设备的安全；绝缘物表面污染、受潮对绝缘的影响较大，而测量的目的是为了了解电气设备内部的绝缘性能，因此要求测量前用干净的布或棉纱擦净被测物，否则达不到检查的目的。兆欧表在使用前应平稳放置在远离大电流导体和有外磁场的地方。测量前还要对兆欧表本身进行检查：开路检查，两根线不要绞在一起，将发电机摇动到额定转速，指针应指

22、在“”位置；短路检查，将两根线短接，缓慢转动发电机手柄，看指针是否指在“0”位置。若不能指到无穷大或零位，则说明兆欧表有毛病，必须进行检修。1.7基尔霍夫定律接线。一般兆欧表上有三个接线柱，“L”表示“线”(或相线)接线柱；“E”表示“地”接线柱，“G”表示屏蔽接线柱。当测量电力设备的对地绝缘电阻时，应将“L”接到被测设备上，“E”可靠接地(如图1-37所示)。如测量电动机的绝缘电阻，则“E”接电动机的外壳，“L”接电动机的绕组。一般情况下，用有足够绝缘强度的单相绝缘线将“L”和“E”分别接到被测物导体部分和被测物的外壳或其他导体部分(如测相间绝缘)。在特殊情况下，如被测物表面受到污染不能擦干

23、净、空气太潮湿或者有外电磁场干扰等，就必须将“G”接线柱接到被测物的金属屏蔽保护环上，以消除表面漏电流或干扰对测量结果的影响。1.7基尔霍夫定律图1-37兆欧表测量电气设备绝缘电阻接线示意图测量。摇动发电机使转速达到额定转速(120r/min)并保持稳定。一般采用1min以后的读数为准，当被测物电容量较大时，应延长时间，以指针稳定不变时为准。测量电动机的绝缘电阻时，E端接电动机的外壳，L端接电动机的绕组。1.7基尔霍夫定律拆线。在兆欧表没停止转动和被测物没有放电以前，不能用手触及被测物，也不能拆线，必须先将被测物对地短路放电，然后再停止兆欧表的转动，以防止电容放电损坏兆欧表。2)兆欧表测量电器

24、绝缘时的注意事项：兆欧表使用时必须平放。兆欧表转速为120rmin。自查：开路试验，兆欧表转数达到120r/min，指针应在“”处。短路试验，慢慢地转动兆欧表，指针应在“”处。电动机的绕组间、相与相、相与外壳的绝缘电阻应大于等于0.5M，移动电动工具绝缘应大于等于2M。测量线路绝缘时：相与相绝缘应大于等于0.38M、相与零绝缘应大于等于0.22M。1.7基尔霍夫定律中、小型电动机一般选用500V、1000V型。若测得这相电阻是零，则说明这相已短路。若测得这相电阻是0.1M或0.2M，则说明这相绝缘性能已降低。电器设备的绝缘电阻是愈大愈好。1)试标出各电压和电流的实际方向。2)判断哪些元件是电源

25、？哪些元件是负载？3)计算各元件的功率，并验证功率的平衡关系。4)试用电池、电阻画出电路模型。1.7基尔霍夫定律图1-38题1-1图1.7基尔霍夫定律图1-39题1-2图1)取Vf=0，求各点电位及电压Uaf、Uce、Ube、和Ubf。1.7基尔霍夫定律2)改以Vd=0，重求1)中各电位及电压。图1-40题1-3图1.7基尔霍夫定律1)额定工作状态下的电流和负载电阻值。图1-41题1-4图1.7基尔霍夫定律图1-42题1-5图2)开路状态下的电源端电压。1.7基尔霍夫定律3)电源短路状态下的电流。图1-43题1-6图1.7基尔霍夫定律图1-44题1-9图1.7基尔霍夫定律图1-45题1-10图

26、1.7基尔霍夫定律图1-46题1-11图1.7基尔霍夫定律图1-47题1-12图1.7基尔霍夫定律图1-48题1-13图1.7基尔霍夫定律图1-49题1-14图第2章直流电阻电路的分析2.1电阻的连接2.2直流电阻电路的分析2.3受控源电路的分析2.4最大功率传输定理2.1电阻的连接2.1.1电阻的串联电路中两个或两个以上的元件顺序相联，且各个连接点没有分支的连接方式称为串所示为两个电阻串联的电路，图2 1b是它的等效电路。串联电路具有以下特图2-1串联电路2.1电阻的连接图2-2例2-1图解：触点在R2最上端处，由分压公式得2.1电阻的连接图2-3多量程直流电压测量电路简图1)画出测量表头内

27、阻的电路原理图。2.1电阻的连接2)画出直流10V量程的电路原理图。2.1.2电阻的并联图2-4并联电路2.1电阻的连接图2-5多量程直流电流测量电路简图2.1电阻的连接图2-6例2-2图解：由图可知2.1电阻的连接1)画出测量表头内阻的电路原理图。图2-7例2-3的图2)画出直流10mA量程的电路原理图。2.1电阻的连接2.1.3电阻的混联电路中既有串联又有并联的连接方式称为混联。如图2 7为一简单的混联电路。分析混联电路必须根据电阻串、并联的特征进行简化。解：R3与R4串联，则图2-8例2-4图2.1电阻的连接解：图2-8a电路的模型不能直观地看出电阻间的关系，我们将电路模型适当变形，等效

28、变换为图2-8b所示，这样，a、b间的等效电阻为2.1.4电阻的星形联结与三角形联结图2 9a电路中，五个电阻间的连接既非串联又非并联，不能用电阻的串、并联来化简。但它们在电路上有着特殊的连接方式：星形()联结或三角形()联结。图2-9等效变换一例2.1电阻的连接图2-10等效变换2.1电阻的连接图2-11三相异步电动机的联结和联结2.2直流电阻电路的分析2.2.1支路电流分析法含有两个或两个以上节点且不能用串、并联法求等效电阻的电路称为复杂电路，对于复杂电路，目前已有很多简化计算方法，支路电流法就是分析计算复杂电路的一个基本方法。1)标出各支路电流的参考方向及所需回路的绕行方向。2)首先根据

29、基尔霍夫电流定律列出(m-1)个独立的节点电流方程。3)再根据基尔霍夫电压定律列出n-(m-1)个回路(通常选择网孔)电压方程。4)联立求解方程组，得出各支路电流，然后根据欧姆定律求出各段电压。2.2直流电阻电路的分析图2-12例2-5图解：1)各支路电流的参考方向及所选回路的绕行方向如图2-12所示2.2直流电阻电路的分析。2)由KCL列出(2-1)=1个节点电流方程，对节点a，有3)再根据KVL列出所需的网孔电压方程。4)将已知数据代入，解联立方程组。解之得：解：由KCL列出节点a、b的电流方程：图2-13例2-6图2.2直流电阻电路的分析2.2.2节点电压分析法在电路分析计算时，经常遇到

30、一些节点较少、支路很多的电路，此时，若使用支路电流法求解，则联立方程数很多，计算就会显得很麻烦，而利用节点电压法分析计算，将会使电路的解题过程大大简化。图2-14例2-7图2.2直流电阻电路的分析解：该电路有2个节点，5条支路，如果用支路电流法求解，则要联立5个方程组，若用节点电位法求解，则只需一个方程即可。设A、B两点间的电压为U，则解：该电路有两个节点a、b，则由弥尔曼定理得2.2.3叠加定理在多个电源共存的线性电路中，各支路电流(或电压)等于各电源单独作用时在相应支路上产生的电流(或电压)的代数和，这就是叠加定理。图2-15叠加定理2.2直流电阻电路的分析图2-16例2-9图解：根据叠加

31、定理，将原电路转换为图2-16b、c电路。2.2直流电阻电路的分析表2-12.2直流电阻电路的分析2.2.4戴维南定理与诺顿定理在分析计算电路时，有时只需计算某一支路的电流或电压，为简化计算通常使用戴维南定理或诺顿定理来分析。1.戴维南定理图2-17戴维南定理2.2直流电阻电路的分析解：1)求开路电压。图2-18例2-10图2)求无源二端网络的等效电阻。3) 求支路电流。2.2直流电阻电路的分析图2-19例2-11图解：电流方向如图2-19a所设，则2.诺顿定理2.2直流电阻电路的分析图2-20诺顿等效电路解：根据题意，图2-21a所示电路可等效为如图2-21b所示的诺顿等效电路。2.2直流电阻电路的分析图2-21例2-12图2.2直流电阻电路的分析图2-22戴维南等效电路1)搭建如图2-22a所示的含源电路，2.2直流电阻电路的分析直接读出毫安表上显示的电流值。2)用戴维南定理测