电工-直流电路基础知识

1、此电工误操作，全身已高压电被烧焦，腿已只剩下一条！第1页，共125页。第一页，共125页。 此人无事爬上电线杆，头部已经被电流烧焦。第2页，共125页。第二页，共125页。安全用电常识技能目标： 了解触电的现场处理措施，掌握防止触电的保护措施。 能正确选择电气火灾现场处理方法。知识目标： 了解人体触电的类型及常见原因。 了解电气火灾的防范及扑救常识。 了解电工实训室的电源配置，认识交、直流电源，认识常用电工工具。 了解电工实训室安全操作规程。触电与现场处理1电气火灾与现场处理2第3页，共125页。第三页，共125页。第1节 触电与现场处理 一、电流对人体的伤害 二、人体触电的类型与原因 三、触

2、电的现场处理 四、防止触电常识第4页，共125页。第四页，共125页。1. 电流对人体的伤害形式： 人体触及带电体时，电流通过人体，会对人体造成伤害，其伤害的形式有电击和电伤2 种。（1）电击。当人体直接接触带电体时，电流通过人体内部，对内部组织造成的伤害称为电击。（2）电伤。电伤是指电流对人体外部造成的局部伤害。2. 电流对人体伤害程度的主要影响因素：（1）电流大小（2）电流通过人体的路径。（3）通电时间。（4）电流频率。（5）电压高低。（6）人体状况。（7）人体电阻。一、电流对人体的伤害第5页，共125页。第五页，共125页。二、人体触电的类型与原因1. 人体触电的类型：（1）低压触电。

3、单相触电。人体的某一部位碰到相线或绝缘性能不好的电气设备外壳时，电流由相线经人体流入大地的触电现象，称为单相触电，也称单线触电。 两相触电。人体的不同部位分别接触到同一电源的两根不同相位的相线，电流由一根相线经人体流到另一根相线的触电现象，称为两相触电，也称双线触电。第6页，共125页。第六页，共125页。（2）高压触电： 高压电弧触电。人靠近高压线（高压带电体），因空气弧光放电造成的触电，称为高压电弧触电。 跨步电压触电。人走近高压线掉落处，前后两脚间电压超过了36V 造成的触电，称为跨步电压触电。第7页，共125页。第七页，共125页。2. 人体触电的原因（1）电工违规操作（2）用电人员安

4、全意识薄弱（3）电气设备绝缘受损（4）其他原因第8页，共125页。第八页，共125页。三、触电的现场处理 触电处理的基本原则是动作迅速、救护得法，不惊慌失措、束手无策。当发现有人触电时，必须使触电者迅速脱离电源，然后根据触电者的具体情况，进行相应的现场急救。1. 脱离电源 使触电者迅速脱离电源的常用方法如表1.1 所示。第9页，共125页。第九页，共125页。2、现场诊断3. 现场急救 触电的现场急救方法有口对口人工呼吸抢救法和人工胸外挤压抢救法。（1）口对口人工呼吸抢救法。第10页，共125页。第十页，共125页。（2）人工胸外挤压抢救法。第11页，共125页。第十一页，共125页。四、防止

5、触电常识 防止触电的基本原则是：不接触低压带电体，不靠近高压带电体，接触电线和电器前，要先把总开关断开，不得带电操作；判断电路是否有电，必须用验电笔检测；电工操作时注意绝缘，并尽可能单手操作。常用的触电防护措施如表1.2 所示。第12页，共125页。第十二页，共125页。第13页，共125页。第十三页，共125页。第2节 电气火灾与现电气火灾与现场处理 一、电气火灾的原因 二、电气火灾的现场处理 三、电气火灾的防范措施第14页，共125页。第十四页，共125页。一、电气火灾的原因（1）短路（2）过载（3）漏电第15页，共125页。第十五页，共125页。1. 尽快切断电源2. 选用合适的灭火机3

6、. 保持适当的距离二、电气火灾的现场处理三、电气火灾的防范措施1. 防止短路引起的火灾 2. 防止过载引起的火灾 3. 防止漏电引起的火灾第16页，共125页。第十六页，共125页。课堂练习1、家用电器的外壳应该： 火线零线 地线第17页，共125页。第十七页，共125页。 2、人接触220V的裸线就会触电，而小鸟却能很悠闲地站在高压线上，为什么小鸟不会触电？A.小鸟不是导体B.小鸟的身体体积小C.小鸟都是两只脚站在同一根电线上，体内不会有电流通过D.小鸟已经长期适应了第18页，共125页。第十八页，共125页。直 流 电 路第19页，共125页。第十九页，共125页。知识目标：1、了解电路组

7、成的基本要素，理解电路模型。2、理解电流、电位、电压、电动势、电阻、电能、电功率等电路的基本概念。3、掌握电阻定律、欧姆定律等电路的基本定律。技能目标：1、会识读简单电路图。2、能比较电位与电压、电压与电动势、电能与电功率，具有计算电路基本物理量的能力。3、会应用电阻定律、欧姆定律分析和解决生活生产中的实际问题。第20页，共125页。第二十页，共125页。 夜幕降临，人们回到了温馨的家，亮起电灯，打开电视，城市建筑物也被流光溢彩的灯光笼罩，变得分外美丽。这一切，都离不开“电”。第21页，共125页。第二十一页，共125页。认识电路1电路的基本物理量2电阻3欧姆定律4第22页，共125页。第二十

8、二页，共125页。第 一 节 电 路一、电路的基本组成二、电路模型三、电路的工作状态第23页，共125页。第二十三页，共125页。一、电路的基本组成1什么是电路 电路是由各种元器件(或电工设备)按一定方式连接起来的总体，为电流的流通提供了路径。2电路的基本组成 (1)电源(供能元件)：为电路提供电能的设备和器件(如电池、发电机等)。蓄电池干电池锂电池第24页，共125页。第二十四页，共125页。(2)负载(耗能元件): 使用(消耗)电能的设备和器件(如灯泡等用电器)。 电动机灯泡扬声器第25页，共125页。第二十五页，共125页。 控制电路工作状态的器件或设备(如开关等)。(3)控制器件：普通

9、开关空气开关第26页，共125页。第二十六页，共125页。将电器设备和元器件按一定方式连接起来(如各种铜、铝电缆线等)。(4)连接导线：单芯硬导线电缆线第27页，共125页。第二十七页，共125页。二、电路模型(电路图) 由理想元件构成的电路叫做实际电路的电路模型，也叫做实际电路的电路原理图，简称为电路图。例如手电筒的电路如图所示。 电路是由电特性相当复杂的器件组成的，为了便于使用数学方法对电路进行分析，可将电路实体中的各种电器设备和元器件用一些能够表征它们主要电磁特性的理想元件(模型)来代替，而对它的实际上的结构、材料、形状等非电磁特性不予考虑。理想元件手电筒的电路第28页，共125页。第二

10、十八页，共125页。常用理想元件及符号第29页，共125页。第二十九页，共125页。三、电路的工作状态 (1)通路(闭路)：电源与负载接通，电路中有电流通过，电气设备或元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转换。 (2)开路(断路)：电路断开，中没有电流通过，有称为空载状态。第30页，共125页。第三十页，共125页。螺旋式熔断器 圆筒形帽熔断器 螺栓连接熔断器 (3)短路(捷路)：电源两端或电路中某些部分被导线直相连接，输出电流过大对电源来说属于严重过载，如没有保护措施，电源或电器会被烧毁或发生火灾，所以通常要在电路或电气设备中安装熔断器、保险丝等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果。工程

11、应用 熔断器，俗称保险丝，是低压供配电系统和控制系统中最常用的安全保护电器，主要用于短路保护，有时也可用于过载保护。第31页，共125页。第三十一页，共125页。第二节 电路的基本物理量一、电流二、电压三、电位四、电源电动势五、电能和电功率第32页，共125页。第三十二页，共125页。一、电流及其参考方向 1. 电流产生的条件 自由电子的定向移动形成的电子流就称为电流。 要形成电流，首先要有可以移动的电荷自由电子。要获得持续的电流，导体两端必须保持一定的电位差（电压）。2. 电流 衡量电流大小或强弱的物理量叫做电流强度，简称电流。 电流的大小等于通过导体横截面的电荷量与通过这些电荷量所用的时间

12、的比值 在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号是A。电流的常用单位还有毫安（mA）和微安（A）：1A=103 mA=106A电流的方向习惯上规定为正电荷定向移动的方向。第33页，共125页。第三十三页，共125页。 如果电流的大小及方向都不随时间变化，即在单位时间内通过导体横截面的电量相等，则称之为稳恒电流或恒定电流，简称为直流 (Direct Current)，记为 DC 或 dc ，直流电流要用大写字母 I 表示。 如果电流的大小及方向均随时间变化，则称为变动电流。对电路分析来说，一种最为重要的变动电流是正弦交流电流，其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化，将之简称为交流(Al

13、ternating current)，记为 AC 或 ac ，交流电流的瞬时值要用小写字母 I 或 i(t) 表示。3. 电流的分类第34页，共125页。第三十四页，共125页。4、电流的参考方向 （1） 定义参考方向：在解题前任意假定一个方向作为电流的 参考方向。规定： 若参考方向与实际方向一致，则电流取正值； 若参考方向与实际方向相反，则电流取负值。 为了计算方便，常常事先假设一个电流方向，称为参考方向，用箭头在电路图中标明。 （2）电流参考方向的表示方法：Iab（表示从a流向b） 双下标箭 头+-IR第35页，共125页。第三十五页，共125页。（3）电流的参考方向与实际方向的关系：i

14、0i实际方向参考方向i 0U R0 时(相当于开路)，则 U = E；当 R 0时，表明电流的实际方向与所标定的参考方向一致；当 I 0 时，则表明电流的实际方向与所标定的参考方向相反。第89页，共125页。第八十九页，共125页。(1)对于电路中任意假设的封闭面来说,电流定律仍然成立。如图 3-3 中，对于封闭面 S 来说，有 I1 + I2 = I3 。 电流定律的应用举例(2) 电流定律的应用举例(1) (2)对于网络 (电路)之间的电流关系，仍然可由电流定律判定。如图中，流入电路 B 中的电流必等于从该电路中流出的电流。2. KCL的应用举例 第90页，共125页。第九十页，共125页

15、。(3)若两个网络之间只有一根导线相连，那么这根导线中一定没有电流通过。(4)若一个网络只有一根导线与地相连，那么这根导线中一定没有电流通过。【例】如图所示电桥电路，已知 I1 = 25 mA，I3 = 16 mA，I4 = 12 mA，试求其余电阻中的电流 I2、 I5、I6。 例题 第91页，共125页。第九十一页，共125页。解：说明：电流 I2 与 I5 均为正数，表明它们的实际方向与图中所标定的参考方向相同，I6 为负数，表明它的实际方向与图中所标定的参考方向相反。在节点 a 上：I1 = I2 + I3，则 I2 = I1 I3 = (25 16) mA = 9 mA在节点 d 上

16、：I1 = I4 + I5，则 I5 = I1 I4 = (25 12) mA = 13 mA在节点 b 上：I2 = I6 + I5，则I 6 = I2 I5 = (9 13) mA = 4 mA第92页，共125页。第九十二页，共125页。练一练：1)、第93页，共125页。第九十三页，共125页。三、基尔霍夫电压定律(回路电压定律) 1. 电压定律(KVL)内容 在任何时刻，沿着电路中的任一回路绕行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零，即 如图电路说明基夫尔霍电压定律。 图 电压定律的举例说明 第94页，共125页。第九十四页，共125页。沿着回路 abcdea 绕行方向，有 Uac =

17、 Uab + Ubc = R1I1 + E1， Uce = Ucd + Ude = R2I2 E2， Uea = R3I3， 则 Uac + Uce + Uea = 0即 R1I1 + E1 R2I2 E2 + R3I3 = 0上式也可写成R1I1 R2I2 + R3I3 = E1 + E2对于电阻电路来说，任何时刻，在任一闭合回路中，各段电阻上的电压降代数和等于各电源电动势的代数和，即第95页，共125页。第九十五页，共125页。(1) 标出各支路电流的参考方向并选择回路绕行方向(既可沿着顺时针方向绕行，也可沿着逆时针方向绕行)；(2)电阻元件的端电压为 RI，当电流 I 的参考方向与回路绕

18、行方向一致时，选取“+”号；反之，选取“”号；(3) 电源电动势为 E，当电源电动势的标定方向与回路绕行方向一致时，选取“+”号，反之应选取“”号。 2利用 RI = E 列回路电压方程的原则 第96页，共125页。第九十六页，共125页。四、支路电流法 以各支路电流为未知量，应用基尔霍夫定律列出节点电流方程和回路电压方程，解出各支路电流，从而可确定各支路(或各元件)的电压及功率，这种解决电路问题的方法叫做支路电流法。对于具有 b 条支路、n 个节点的电路，可列出(n 1)个独立的电流方程和 b(n 1)个独立的电压方程。 第97页，共125页。第九十七页，共125页。想一想：US1R1R2R

19、3I1US2I2I3+-abR1R2+-USII=US/(R1+R2) I1、I2、I3如何计算呢?第98页，共125页。第九十八页，共125页。首先，用基尔霍夫电流定律列写节点KCL方程 对节点b列出KCL方程 I2+I3 =I1 可见，对具有两个节点的电路，应用基尔霍夫电流定律只能列出2-11个独立方程。 对节点a列出KCL方程I1= I2+I3 推广:一般来说，对具有n个节点的电路用基尔霍夫电流定律只能得到(n1)个独立节点KCL方程。(一)、支路电流法的推导US1R1R2R3I1US2I2I3+-ab第99页，共125页。第九十九页，共125页。其次，用基尔霍夫电压定律列出独立的KVL

20、方程。对网孔L2可列出 -R2I2+R3I3+US2=0 可见,对有2个节点3条支路的电路,用基尔霍夫电压定律可列出3-1个独立的KVL方程。 结论：对于n个节点,b条支路组成的电路，应用KCL和KVL，一共列出(n一1)个节点电流方程和b一(n一1)个回路电压方程，共b个方程，故可解出b个支路电流。对网孔L1可列出 R1I1+R3I3-US1=0L1L2US1R1R2R3I1US2I2I3+-ab新星中等专业学校 推广:对于n个节点,b条支路组成的电路中,可列出b-(n-1)个回路电压方程。第100页，共125页。第一百页，共125页。(二）、应用支路电流法的步骤1、首先分析电路,确定电路中

21、的节点数和支路数;2、假定各支路电流参考方向和网孔绕行方向；3、利用基尔霍夫电流定律，列出节点电流方程；4、选定回路，列出回路电压方程；5、联立方程组,代入参数求解;6、确定电流的实际方向新星中等专业学校第101页，共125页。第一百零一页，共125页。例 ：图中：若已知 US1=140V，US2=90V，R1=20， R2=5， R3=6。 求：各支路电流R1R2R3I1I2I3abUS2+-US1L1L2解：节点a： I1+I2=I3 2、假定各支路电流的参考方向和网孔的绕行方向；3、利用基尔霍夫电流定律，列出节点电流方程；4、选定回路，列出回路电压方程；网孔L1： R1I1+R3I3-U

22、S1=0 网孔L2： R2I2+R3I3-US2=01、分析电路,确定电路中有2个节点,3条支路;第102页，共125页。第一百零二页，共125页。5、联立方程组，代入参数求解。 R1R2R3I1I2I3abUS2+-US1L1L2解：I1+I2=I3 (1)20I1+6I3-140=0 (2)5I2+6I3-90=0 (3) I1+I2=I3 (1) R1I1+R3I3-US1=0 (2) R2I2+R3I3-US2=0 (3)例 ：图中：若已知 US1=140V，US2=90V，R1=20， R2=5， R3=6。 求：各支路电流第103页，共125页。第一百零三页，共125页。解： 电流

23、I1、I2、I3均为正值,说明各电流实际方向与假定电流参考相同.I1=4AI2=6AI3=10A解之得:例 ：图中：若已知 US1=140V，US2=90V，R1=20， R2=5， R3=6。 求：各支路电流R1R2R3I1I2I3abUS2+-US1L1L2第104页，共125页。第一百零四页，共125页。思 考R3I1I2I3abUS2+-US1R1R2改变电流的参考方向 和网孔的绕行方向后，电路的方程该怎么列，结果会有什么样的变化：图中：若已知 US1=140V，US2=90V，R1=20， R2=5， R3=6。求：各支路电流第105页，共125页。第一百零五页，共125页。练习：如

24、图所示电路，已知：E1 = 42 V，E2 = 21 V，R1 = 12 ，R2 = 3 ，R3 = 6 ，试求：各支路电流I1、I2、I3 。第106页，共125页。第一百零六页，共125页。解：该电路支路数 b = 3、节点数 n = 2，所以应列出 1 个节点电流方程和 2 个回路电压方程，并按照 RI = E 列回路电压方程的方法：(1) I1 = I2 + I3( 任一节点 )(2) R1I1 + R2I2 = E1 + E2( 网孔 1 )(3) R3I3 R2I2 = E2( 网孔 2 )代入已知数据，解得：I1 = 4 A，I2 = 5 A，I3 = 1 A。电流 I1 与 I

25、2 均为正数，表明它们的实际方向与图中所标定的参考方向相同，I3 为负数，表明它们的实际方向与图中所标定的参考方向相反。第107页，共125页。第一百零七页，共125页。第三节两种电源模型的等效变换 一、电压源二、电流源三、两种实际电源模型之间的等效变换第108页，共125页。第一百零八页，共125页。一、电压源通常所说的电压源一般是指理想电压源，其基本特性是其电动势(或两端电压) US 保持固定不变 或是一定的时间函数 e(t)，但电压源输出的电流却与外电路有关。实际电压源是含有一定内阻 R0 的电压源。图 3-18电压源模型 第109页，共125页。第一百零九页，共125页。二、电流源通常

26、所说的电流源一般是指理想电流源，其基本特性是所发出的电流固定不变(Is)或是一定的时间函数 is(t)，但电流源的两端电压却与外电路有关。 实际电流源是含有一定内阻 Rs 的电流源。 图 电流源模型 第110页，共125页。第一百一十页，共125页。三、两种实际电源模型之间的等效变换实际电源可用一个理想电压源 US 和一个电阻 R0 串联的电路模型表示，其输出电压 U 与输出电流 I 之间关系为 U = US R0I实际电源也可用一个理想电流源 IS 和一个电阻 RS 并联的电路模型表示，其输出电压 U 与输出电流 I 之间关系为U = RSIS RSI对外电路来说，实际电压源和实际电流源是相

27、互等效的，等效变换条件是R0 = RS， US = RSIS 或 IS = US /R0第111页，共125页。第一百一十一页，共125页。【例 3-6】如图 3-18 所示的电路，已知电源电动势US = 6 V，内阻 R0 = 0.2 ，当接上 R = 5.8 负载时，分别用电压源模型和电流源模型计算负载消耗的功率和内阻消耗的功率。图 3-18例题 3-6 第112页，共125页。第一百一十二页，共125页。解：(1) 用电压源模型计算：电流源的电流 IS = US / R0 = 30 A，内阻 RS = R0 = 0.2 ，负载中的电流 两种计算方法对负载是等效的，对电源内部是不等效的。

28、负载消耗的功率 PL = I2R = 5.8 W，内阻中的电流(2) 用电流源模型计算： 负载消耗的功率PL = I2R = 5.8 W，内阻的功率 = I2R0 = 0.2 W 内阻的功率 = R0 = 168.2 W第113页，共125页。第一百一十三页，共125页。【例3-7】如图 3-19 所示的电路，已知：US1 = 12 V， US2 = 6 V，R1 = 3 ，R2 = 6 ，R3 = 10 ，试应用电源等效变换法求电阻R3中的电流。图 3-19例题 3-7 第114页，共125页。第一百一十四页，共125页。解: (1)先将两个电压源等效变换成两个电流源，如图 3-20 所示：

29、两个电流源的电流分别为：IS1 US1 /R1 4 A，IS2 US1 /R2 1 A 图 3-20 例题 3 - 7 的两个电压源等效成两个电流源 第115页，共125页。第一百一十五页，共125页。(3)求出 R3中的电流(2)将两个电流源合并为一个电流源，得到最简等效电路，如图 3-21 所示： 等效电流源的电流 IS IS1IS2 3 A，其等效内阻为 R R1R2 2 图 3-21 例题 3 -7 的最简等效电路 第116页，共125页。第一百一十六页，共125页。第四节戴维宁定理 一、二端网络的有关概念二、戴维宁定理第117页，共125页。第一百一十七页，共125页。一、二端网络的有关概念1. 二端网络：具有两个引出端与外电路相连的网络。又叫做一端口网络。图 3-9 二端网络 2. 无源二端网络：内部不含有电源的二端网络。3. 有源二端网络：内部含有电源的二端网络。第118页，共125页。第一百一十八页，共125页。 任何一个线性有源二端电阻网络，对外电路