电工基础与仪表使用(2013.11.12)

中山市安全生产监督管理局

中山市中等专业学校电工考证培训主讲：梁亨目录电工作业（初训）国家安全生产监督管理总局培训工作指导委员会编写《电工作业》中国三峡出版社第二章电工基础与仪表使用电工基础电工仪表与测量第二章电工基础知识几种常用电路、基本物理量电子技术基础电路的组成和基本物理量电路：电路就是电流流通的路径；电路是由电源、负载、连接导线与控制设备组成。电路：外电路；内电路；电路的三种状态：通路、短路、断路。基本物理量1、电流：电子（或电荷）有规则的定向运动形成了电流。人们习惯规定以正电荷运动的方向作为电流的方向。2、电流强度：电流的大小称为电流强度，是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量；每秒通过一库仑的电量称为一“安培”（Ampere）安培是国际单位制中的一种基本单位。常用的单位有毫安（mA）及微安（μA）；1A=1000mA1mA=1000μA1KA=1000A电压与电动势电压：是指电路中两点A、B之间的电位差(简称为电压)；其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所作的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。电压的国际单位制为伏特(V)，常用的单位还有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV)等。1kV=1000V=10^3V1V=1000mV=10^3mV1mV=1000μv=10^3μv电动势电动势：是电源将其它形式的能转化为电能的本领；电动势的大小，等于非静电力将单位正电荷从电源的负极通过电源内部移送到正极时所做的功；常用符号E（有时也可用ε）表示，单位是伏（V）；E=W/q（E为电动势）

E=U+Ir=IR+Ir

（U为外电路电压，r电源内阻，R为外电路电阻集总参数）

闭合电路欧姆定律：U=E－Ir

=IR导体、绝缘体、导体电阻导体：能传导电流的元件；半导体：把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。自由电子：在金属中，部分电子可以脱离原子核的束缚，而在金属内部自由移动，这种电子叫做自由电子；绝缘体：能可靠地隔绝电流的物体叫做绝缘体。绝缘体和导体，没有绝对的界限。电阻：对电流产生的阻碍作用的大小，R=U/I；单位有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）（兆=百万，即100万）1MΩ=1000KΩ；1KΩ=1000Ω

电阻值大小一般与温度有关，还与导体长度、粗细、材料有关；公式R=ρl/s其中的ρ就是电阻率，l为材料的长度，单位为m,s为面积,单位为m2。电阻值标法

电阻的阻值标法通常有色环法，数字法。色环法所谓色环法既是用不同颜色的色标来表示电阻参数。色环电阻有4个色环的，也有5个色环的，各个色环所代表的意义如下。（详细见彩色上图）颜色数值倍成数公差黑色0x1——棕色1x10正负1%红色2x100正负2%橙色3x1000——黄色4x10000——绿色5x100000正负0.5%蓝色6x1000000正负0.25%紫色7x10000000正负0.10%灰色8——正负0.05%白色9————金色——x0.1正负5%银色——x0.01正负10%无色环————正负20%读取色环电阻的参数，首先要判断读数的方向。一般来说，表示公差的色环离开其他几个色环较远并且较宽一些。判断好方向后，就可以从左向右读数。例如，某4色环电阻的颜色从左到右依次是红（2），紫（7），黄（x10000），银（正负10%），则此电阻的阻值为27Ωx10000=270000Ω，也就是270KΩ，公差为正负10%。再如，某5色环电阻的颜色从左到右依次是红（2），绿（5），蓝（6），红（x100），棕（正负1%），则此电阻的阻值为256Ωx100=25600Ω，也就是25.0KΩ，公差为正负1%。数字法

电阻值标法电阻一般比较小的，很少被标上阻值，即使有，一般也采用数字法，即：101——表示10*10^1Ω即100欧的电阻；102——表示10*10^2Ω的电阻；10^3——表示10KΩ的电阻；10^4——表示100KΩ的电阻。如果一个电阻上标为22*10^3，则这个电阻为22KΩ。数码法用三位数字表示元件的标称值。从左至右，前两位表示有效数位，第三位表示10n（n=0～8）。当n=9时为特例，表示10^（-1）。塑料电阻器的103表示10*10^3=10k。片状电阻多用数码法标示，如512表示5.1kΩ。电容上数码标示479为47*10^（-1）=4.7pF。而标志是0或000的电阻器，表示是跳线，阻值为0Ω。数码法标示时，电阻单位为欧姆，电容单位为pF，电感一般不用数码标示。电阻器的电气性能指标通常有标称阻值,误差与额定功率等。它与其它元件一起构成一些功能电路，如RC电路等。电阻是一个线性元件。说它是线性元件，是因为通过实验发现，在一定条件下，流经一个电阻的电流与电阻两端的电压成正比——即它是符合欧姆定律：I=U/R欧姆定律欧姆定律：同一电路中，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻阻值成反比，这就是欧姆定律，基本公式是I=U/R。公式：R=U/I部分电路欧姆定律公式：I=U/R

或I=U/R=GU(I=U：R)

公式说明：其中G=1/R，电阻R的倒数G叫做电导，其国际单位制为西门子(S)。其中：I、U、R——三个量是属于同一部分电路中同一时刻的电流强度、电压和电阻。全电路欧姆定律

(闭合电路欧姆定律)公式：I=E/(R+r)=(Ir+U)/(R+r)I-电流安培（A）E-电动势伏特（V）R-电阻欧姆（Ω）r-内电阻欧姆（Ω）U-电压伏特（V）公式说明其中E为电动势,R为外电路电阻，r为电源内阻，内电压U内=Ir,E=U内+U外

适用范围：只适用于纯电阻电路电功电功：电流在一段时间内通过某一电路，电场力所做的功，称为电功。计算公式是W=pt，W表示电功，单位是焦耳（J）。电压U的单位用伏特(V)，电流I的单位用安培(A)，时间t的单位用秒(S)。电功W的单位用焦耳(J)，那么，计算电功的公式是：W=pt=UIt=uq（q为电荷）公式表明：电流所做的功跟电压、电流和通电时间成正比。

电能、电能表

电功通常用电能表（俗称电度表）来测定，把电能表接在电路中，电能表的计数器上前后两次读数之差，就是这段时间内用电的度数。生活中常用“度”做电功的单位，就是平常说的用了几度电的“度”。“度”在技术中叫做千瓦时，符号是kW·h1kW·h=3.6×10^6J1kW·h=1度电功率电功率：电流在单位时间内做的功叫做电功率。是用来表示消耗电能的快慢的物理量，用P表示，它的单位是瓦特（Watt），简称瓦，符号是W。计算电功率：P=U·I。对于纯电阻电路：P=I^2R和P=U^2/R。电器有一个正常工作的电压值叫额定电压，用电器在额定电压下正常工作的功率叫做额定功率，用电器在实际电压下工作的功率叫做实际功率。1瓦特（1W）=1焦/秒(1J/s)=1伏·安(1V·A)

P—用电器的功率—瓦特（W）1kw=1000w1W=1000mW电流的热效应焦耳楞次定律：电流通过导体所产生的热量和电流的平方，导体本身的电阻值以及电流通过的时间成正比。这是英国科学家焦耳和俄国科学家楞次得出的结论。公式：Q=I2RtQ=W=UIT式中：I—通过导体的电流，单位是安培(A);R——导体的电阻，单位是欧姆；t——电流通过导体的时间，单位是秒(S)；Q——电流在电阻上产生的热量，单位是焦(J)。为了避免导线过热，不同截面的导线规定了允许最大通过的电流（安全电流）。导线截面越大，允许通过的电流也越大。串联电路串联电路：将电路元件(如电阻、电容、电感等)逐个顺次首尾相连接。串联电路的特点：1．串联电路电流处处相等：I总=I1=I2=I3=……=In2．串联电路总电压等于各处电压之和：U=U1+U2+U3+……+Un3．串联电阻的等效电阻等于各电阻之和：R总=R1+R2+R3+……+Rn4．串联电路总功率等于各功率之和：P总=P1+P2+P3+……+Pn5．串联电容器的等效电容量的倒数等于各个电容器的电容量的倒数之和：1/C总=1/C1+1/C2+……+1/Cn6．串联电路中，除电流处处相等以外，其余各物理量之间均成正比(串联电路又名分压电路)：（电流做的功指在通电相同时间内的大小）R1∶R2=U1∶U2=P1∶P2=W1∶W2=Q1∶Q2。7．串联电路中，只要有某一处断开，整个电路就成为断路。并联电路并联电路：使同一电压施加于所相连接器件的联结方式；电路中的元件并列地接到电路中的两点间，电路中的电流分为几个分支，分别流经几个元件的连接方式叫并联。并联电路中，电阻大小的计算公式为1/R=1/R1+1/R2+1/R3+……特点是：①组合中的元件具有相同的电压；②流入组合端点的电流等于流过几个元件的电流之和；串联和并联的区别：若电路中的各元件是逐个顺次连接来的，则电路为串联电路，若各元件“首首相接，尾尾相连”并列地连在电路两点之间，则电路就是并联电路。串联的时候各串联单元电流相等，电压相加，并联时各并联单元电压相等，电流相加。3.1正弦交流电的基本概念3.1.1正弦量的三要素3.1.2正弦量的相位差3.1.3正弦量的有效量3.1.1正弦量的三要素

大小和方向随时间按正弦规律变化的正弦电流、正弦电压、正弦电动势等物理量统称为正弦量。正弦量的三要素：幅值、频率和初相位。一个正弦交流电压的瞬时值可用三角函数式(解析式)来表示，即u(t)=Umsin(t

)同理,电流和电动势分别为i(t)=Imsin(t

)e(t)=Emsin(t

)

图3.1正弦交流电压1.幅值(或有效值)Im、Um、Em分别叫做正弦电流、电压、电动势的幅值(也叫做峰值或最大值)，它们反映了正弦量变化的大小。2.频率(或角频率、或周期)(1)周期：正弦交流电完成一次循环变化所用的时间，用字母T表示，单位为秒(s)。(2)频率：正弦量在单位时间内作周期性循环变化的次数用字母f表示，单位为赫兹(Hz)。(3)角频率：表示单位时间内正弦量变化的弧度数，用字母表示，单位为弧度/秒(rad/s)。=2f=注意：角频率与角速度是两不同的概念，角速度是机械上的空间的旋转角速度，而角频率泛指任何随时间作正弦变化量的频率f与2π的乘积。

例3-1已知某电网供电频率f为50Hz，试求角频率及周期T。解：角频率为=2f=2×50=100=314rad/s周期为T=0.02s3.初相位前面式中(t

)、(t

)、(t

)分别叫做正弦电压、电流、电动势的相位角，简称相位或相，单位为弧度rad或度(°)，用字母α表示。相位反映出正弦量变化的进程。当相位角随时间作连续变化时，正弦量的瞬时值也随之作相应变化。

t=0时的相位角称为初相位角，简称初相位或初相，用字母ψ表示。、、分别为正弦电流、电压、电动势的初相位，表示初始时刻(t=0时)正弦交流电所处的电角度。

通常，选择初相位的绝对值小于π，可正，也可负。

例3-2已知u=311sin(314t－60°)V，求幅值Em、频率f、角频率、初相位。解：根据式(3-1)u(t)=Umsin(t

)，可知幅值为Um=311V频率为f=50Hz角频率为=314rad/s初相位为ψ=-60°=-1/3π两个同频率正弦量的相位角之差，称为相位差，用表示。并规定≤180°≤π例如，i1和i2为两个同频率电流，i1=Im1sin(t

)i2=Im2sin(t

)则这两个正弦量的相位差为

12=(t

)(t

)=－(3-7)可见，两个同频率正弦量的相位差即为初相位之差。相位差实质上反映了两个同频率正弦量变化进程的差异，表明在时间上的先后关系。3.1.2正弦量的相位差图3.2两同频率正弦量的相位关系(1)当12>0时，i1比i2先到达正最大值，此时称第1个正弦量比第2个正弦量的相位超前角12，如图3.2(a)所示；(2)当12<0时，i1比i2后到达正最大值，此时称第1个正弦量比第2个正弦量的相位滞后12角，如图3.2(a)所示，此时相位差须用绝对值不大于的角度来描述。(3)当12=0时，i1和i2同时到达正最大值，此时称第1个正弦量与第2个正弦量同相，如图3.2(b)所示；(4)当12=

或时，一个正弦量到达正最大值时，另一个正弦量到达负最大值，此时称第1个正弦量与第2个正弦量反相，如图3.2(c)所示；(5)当或时，一个正弦量到达零时，另一个正弦量到达正最大值(或负最大值)，此时称第1个正弦量与第2个正弦量正交。如图3.2(d)所示。例3-3已知两正弦量u=311sin(314t

30°)V，i=5sin(314t

90°)A，请指出两者的相位关系，并求当计时起点改为t=0.00333s时，u和i的初相位、瞬时值及其相位关系。解：相位差为相位关系为，u比i滞后，或i比u超前。当计时起点改为t=0.00333s时，u和i的初相位分别为相位关系为则u和i的瞬时值分别为u=311sin(314t

30°)=311sin(314×0.0033330°)=311sin(30°)=115.5Vi=5sin(314t

90°)=5sin(314×0.0033390°)=5sin(150°)=2.5A可见，当两个同频率正弦量的计时起点变化时，各自相位将发生变化，但其相位差不变。说明初相位的大小与计时起点的选择有关，而相位差与计时起点的选择无关。3.1.3正弦量的有效量利用电流的热效应来确定电流的大小。在热效应方面，交流电流与直流电流(i与I)是等效的，直流电流I的数值可以表示交流电流i的大小，于是把这一特定的数值I称为交流电流i的有效值。用大写英文字母I表示交流电流的有效值，和直流电流的表示一样。根据交流电流有效值的定义，交流电流i的有效值为

I= (3-8)可见，交流电流的有效值也称为方均根值。其适用于周期性变化的物理量，但不能用于非周期性物理量。若i为正弦交流电流，即i=Imsint，则可见，正弦交流电流的有效值等于最大值的倍或0.707倍。同理，正弦交流电压、正弦交流电动势的有效值均为各自最大值的0.707倍。一般所指的正弦电流、电压或电动势的大小，都是指的有效值。例如，交流电流表和电压表测出的值是有效值，电气设备铭牌上标注的额定值也是有效值。我国的交流电源电压称为工频电压，它的有效值为220V、频率为50Hz。有效值、频率、初相这3个参数也可以合在一起叫做正弦交流电的三要素。谢谢大家下一页首页目录上一页谢谢大家！电工仪表与测量按测量方法可分为比较式和直读式两类。按被测量的种类可分为电流表、电压表、功率表、频率表、相位表等。按电流的种类可分为直流、交流和交直流两用仪表。按工作原理可分为磁电式、电磁式、电动式仪表等。按显示方法可分为指针式（模拟式）和数字式。指针式仪表用指针和刻度盘指示被测量的数值；数字式仪表先将被测量的模拟量转化为数字量，然后用数字显示被测量的数值。按准确度可分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共7个等级。1.3.1电工仪表的分类常用电工仪表的符号和意义常用电工仪表的符号和意义1.3.2电阻的测量一.万用表1、磁电式万用表（1）直流电流的测量。转换开关置于直流电流档，被测电流从+、－两端接入，便构成直流电流测量电路。图中RAl、RA2、RA3是分流器电阻，与表头构成闭合电路。通过改变转换开关的档位来改变分流器电阻，从而达到改变电流量程的目的。（2）直流电压的测量。转换开关置于直流电压档，被测电压接在+、－两端，便构成直流电压的测量电路。图中RVl、RV2、RV3是倍压器电阻，与表头构成闭合电路。通过改变转换开关的档位来改变倍压器电阻，从而达到改变电压量程的目的。（3）交流电压的测量。转换开关置于交流电压档，被测交流电压接在+、－两端，便构成交流电压测量电路。测量交流时必须加整流器，二极管D1和Dl组成半波整流电路，表盘刻度反映的是交流电压的有效值。RVl'、RV2'、RV3'是倍压器电阻，电压量程的改变与测量直流电压时相同。（4）电阻的测量。转换开关置于电阻档，被测电阻接在+、－两端，便构成电阻测量电路。电阻自身不带电源，因此接入电池E。电阻的刻度与电流、电压的刻度方向相反，且标度尺的分度是不均匀的。500型万用表有两个“功能/量程”转换旋钮，每个旋钮上方有一个尖形标志。利用两个旋钮不同位置的组合，可以实现交、直流电流、电压、电阻及音频电平的测量。如测量直流电流，先转动左边的旋钮，使“A”档对准尖形标志，再将右边旋钮转至所需直流电流量程即可进行测量。使用前注意先调节调零旋钮，使指针准确指示在标尺的零位置。2、数字式万用表数字式万用表由功能变换器、转换开关和直流数字电压表3部分组成，其原理框图如图所示。直流数字电压表是数字式万用表的核心部分，各种电量或参数的测量，都是首先经过相应的变换器，将其转化为直流数字电压表可以接受的直流电压，然后送入直流数字电压表，经模／数转换器变换为数字量，再经计数器计数并以十进制数字将被测量显示出来。1.3.3兆欧表兆欧表俗称摇表，是测量绝缘体电阻的专用仪表，主要由磁电式流比计与手摇直流发电机组成。兆欧表的接线端钮有3个，分别标有“G（屏）”、“L（线）”、“E（地）”。被测的电阻接在L和E之间，G端的作用是为了消除表壳表面L、E两端间的漏电和被测绝缘物表面漏电的影响。在进行一般测量时，把被测绝缘物接在L、E之间即可。但测量表面不干净或潮湿的对象时，为了准确地测出绝缘材料内部的绝缘电阻，就必须使用G端，图示为测量电缆绝缘电阻的接线图。MF-47万用表的使用结构使用办法MF-47万用表的使用万用表又称多用表，用来测量直流电流、直流电压和交流电流、交流电压、电阻等，有的万用表还可以用来测量电容、电感以及晶体二极管、三极管的某些参数。指针式万用表主要由表盘、转换开关、表笔和测量电路（内部）四个部分组成，常用的万用表的外形如右图所示，下面以MF-47型号为例作介绍。一、概述表盘与刻度第一条刻度：电阻值刻度（读数时从右向左读）第二条刻度：交、直流电压电流值刻度（读数时从左向右读）电阻值刻度交直流电流电压值刻度二.操作中的注意事项①进行测量前，先检查红、黑表笔连接的位置是否正确。红色表笔接到红色接线柱或标有“十”号的插孔内，黑色表笔接到黑色接线柱或标有“一”号的插孔内，不能接反，否则在测量直流电量时会因正负极的反接而使指针反转，损坏表头部件。②在表笔连接被测电路之前，一定要查看所选挡位与测量对象是否相符，否则，误用挡位和量程，不仅得不到测量结果，而且还会损坏万用表。在此提醒初学者，万用表损坏往往就是上述原因造成的。③测量时，须用右手握住两支表笔，手指不要触及表笔的金属部分和被测元器件。④测量中若需转换量程，必须在表笔离开电路后才能进行，否则选择开关转动产生的电弧易烧坏选择开关的触点，造成接触不良的事故。⑤在实际测量中，经常要测量多种电量，每一次测量前要注意根据每次测量任务把选择开关转换到相应的挡位和量程，这是初学者最容易忽略的环节。三、使用方法一）、使用前的准备1、上好电池(注意电池正负极)2、插好表笔。“－”黑；“＋”红3、机械调零：万用表在测量前，应注意水平放置时，表头指针是否处于交直流挡标尺的零刻度线上，否则读数会有较大的误差。若不在零位，应通过机械调零的方法（即使用小螺丝刀调整表头下方机械调零旋钮）使指针回到零位。测量电阻的方法机械调零旋钮4、量程的选择:第一步:试测先粗略估计所测电阻阻值,再选择合适量程,如果被测电阻不能估计其值,一般情况将开关拔在RX100或RX1K的位置进行初测,然后看指针是否停在中线附近,如果是,说明档位合适。

[如果指针太靠零,则要减小档位][如果指针太靠近无穷大,则要增大档位]示图2第二步：选择正确档位示图1测量时，指针停在中间或附近！方法：

将红黑两笔短接、看指针是否指在零刻度位置，如果没有，调节欧姆调零旋钮，使其指在零刻度位置。5、欧姆调零：

量程选准以后在正式测量之前必须调零，否则测量值有误差。注意：如果重新换档以后，在正式测量之前也必须调零一次。欧姆调零旋钮（二）、连接电阻测量注意：1、不能带电测量；2、被测电阻不能有并联支路。正确的测量方法1k0调零不正确的测量方法？因为造成了人体电阻与被测电阻并联万用表两表笔并接在所测电阻两端进行测量！！！（三）、读数阻值=刻度值╳倍率（四）、档位复位：将档位开关打在OFF位置或打在交流电压1000V档刻度值18阻值=18╳10K=180KΩ倍率╳10K请读出此时测量电阻的大小是多大？思考与练习R=9x100Ω=900Ω请读出此时测量电阻的大小是多大？思考与练习R=23x10KΩ=230KΩ请读出此时测量电阻的大小是多大？思考与练习R=?这种情况下读出来的数值准确吗?如果不准确,该怎办?测量交流电压的方法一）、使用前的准备1、上好电池。注意电池正负极2、插好表笔。“－”黑；“＋”红3、机械调零4、量程的选择：

将选择开关旋至交流电压挡相应的量程进行测量。如果不知道被测电压的大致数值，需将选择开关旋至交流电压挡最高量程上预测，然后再旋至交流电压挡相应的量程上进行测量。二）、开始测量将两表笔并接在被测电压两端进行测量（交流电不分正负极），如图示。三）、读数要根据所选择的量程来选择刻度读数！！！读数时选择第二条刻度！第二条刻度有三组数字，到底读哪一组数字呢？？四）、档位复位：将档位开关打在OFF位置或打在交流电压1000V档请读出此时测量电压的大小是多大？思考与练习U=85V请读出此时测量电压的大小是多大？思考与练习U=36V请读出此时测量电压的大小是多大？思考与练习U=225V请读出此时测量电压的大小是多大？思考与练习U=760V让我们一起来学习钳形电流表的使用与维护钳形电流表的最大优点钳形电流表是一种便携式仪表，主要能在不停电的情况下测量交流电流。分类：根据其结构及用途分为互感器式和电磁系两种。常用的是互感器式钳形电流表，由电流互感器和整流系仪表组成。它只能测量交流电流。电磁系仪表可动部分的偏转与电流的极性无关，因此，它可以交直流两用。钳形表原理结构图1－载流导线2－铁芯3－磁通4－线圈5－电流表6－改变量程的旋钮7－扳手指针式钳形电流表原理

握紧钳形电流表的把手时，铁心张开，将通有被测电流的导线放入钳口中。松开把手后铁心闭合，被测载流导线相当于电流互感器的一次绕组，绕在钳形表铁芯上的线圈相当于电流互感器的二次绕组。于是二次绕组便感应出电流，送入整流系电流表，使指针偏转，指示出被测电流值。（电流表的标度值是按一次侧电流刻度的）钳形电流表使用时的基本操作1）检查钳形表2）选择合适的量程3）测量电流4）记录测量结果5）维护保养1）检查钳形表使用前，检查钳形电流表有无损坏，指针是否指向零位。如发现没有指向零位，可用小螺丝刀轻轻旋动机械调