直流照明电路设计

工程一：直流照明电路设计工程描述:直流照明电路为电工课程中的根底局部，通过本章学习要使学生能做到确识解两种电源模型的等效变换方法；能对电路中各点电位的分析计算。学习内容电路故障的检查。任务1：直流电路根底内容力量目标：把握直流电路的根本内容，电流、电压、电阻等的生疏。一、电路的组成为用电器；连接导线起传输和安排电的作用。1-1所示。导线灯导线电 泡源 负载开关1-1用原理接线图表示电路1-2所示的样子。AIUAIU+U+U-E RB -B

IRR A+ -BU〔a〕用电动势表示电源；(b)用端电压表示电源； (c)图(b)的简化画法。图1-2电路图的几种画法电路有外电路和内电路之分。从电源一端经负载再回到电源另一端的电路称为外电路。电源内部的通路称为内电路。电路通常有三种状态：通路所以一般状况下都不允许消灭过负荷短路过大的短路电流将产生很大的电动力，也可能损坏电气设备。断路路。断路状态下电路中无电流，负荷不能运行。1、电流自由电子，在电场力的作用下作有规章的定向运动就形成了电流。单位时间内通过导体某一截面的电荷量称为电流强度〔简称电流，用符合I算式为式中Q――通过导线某一截面的电荷量，C；t――通过电荷量Q所用的时间，s〔秒。我国在工程计算中大多承受国际单位制(SI)。在国际单位制中，电流(强度)的单位是库仑／秒，称为安培，简称安(A)，千进制，常用的小电流单位有毫安(mA)和微安(µA)。1mA=l000µA=10-3A。本书如不特别说明均承受国际单位制，并且在电工学中的单位大多为千进制。〔即负电荷移动的反方向)为电流的实际方向。1-3电流方向电流的参考方向〔参考方向)：在分析和计算电路时，需要依据电路中各电流的方向，应用电路的根本定律写出分析计算式。电流的大小可以用电流表直接测量。对直流电流表测量时要留意以下几点：①电流表必需与被测电路串联，连接时应留意电流从表的“+”接线柱流入，从“-”接线柱流出，否则会损坏电流表。②使用电流表之前，应依据被测电流的大小选择适当的量程，在无法估量被测电流的范围时，应选用较大的量程开头测 1-4 直流电流表量。2、电位、电压与电动势〔1〕电位〔参考点的电位规定为零所做的功叫做该点的电位，用ψ表示。电场中某两点之间的电位差等于这两点间的电压。续水流的原理是由于它能保持两处之间的水位差处流向高水位处，这样，水就能连续不断地流通了。电位电源能维持两点间的电位差电压电压a和b间的电压Uab在数值上等于电场力把单位正电荷从a点移到b点所做的功，电压用字母u或U表示，则到电源负极。(或参考方向)。但是在电源以外的不能确定时，假设了电流的参考方向也就关联的设定了电压降的参考方向。电压的分类与电流一样，通常所说的直流电压均指恒定电压，用字母U表示，沟通电压是指正弦沟通电压，用u表示。电压的国际单位是伏特，简称伏。通常使用的单位还有：兆伏M，千伏毫伏m，微伏µV〕等。电压的大小可以用电压表直接测量。对直流电压表测量时要留意以下几点：①电压表必需与被测电路并联，连接时应留意电流从表的“+”接线柱流入，从“-”接线柱流出，否则会损坏电压表。②使用电压表之前，应依据被测电压的大小选择适当的量程，在无法估量被测电压的范围时，应选用较大的量程开头测量。 图1-5直流电压表电动势部移到正极所做的功，称为该电源的电动势，用符号E表示，即：其中E为电源电动势，单位是伏特。A为外力所做的功，单位为焦尔。Q为外力分别电荷电量，单位为库仑。电动势的规定方向：是由低电位(负)端指向高电位(正)端．与电压的方向相反，由于电源内存在电源力，正电荷不能通过电源内部由(正)端回到(负)端。但当电源与外部负载电路(如热能)(负)指向高电位(正)端。1-6电动势方向电动势和电压的单位虽一样，但二者概念有区分：做功本领的物理量。由低电位指向高电位，是电位上升的方向。于电源的内部。3导体、绝缘体与半导体导体；而象玻璃、云绝缘体子核的联系很松弛的电子电的，只是它的导电力量与导体相比相差得格外悬殊而已。万倍地增加。电阻和电阻率阻碍作用，称为电阻。导电力量好；有的导体电阻很大，则表示它的导电力量差。电阻用R表示，单位是欧姆，其符号为“Ω〔KΩ〕和兆欧〔MΩ。1KΩ=1000Ω1MΩ=1000KΩ阻与导体横截面积成反比，与导体长度成正比，用公式表示为：式中：ρ为电阻率，L为导体长度，S为导体横截面积。在试验中觉察各种材料的电阻率会随温度而变化。一般金属电阻率随温度的上升而增阻。电阻器的分类按构造形式可分为一般电阻器、片形电阻器、可变电阻器〔电位器。按材料可分为合金型、薄膜型和合成型。另外，还有敏感电阻，也称为半导体电阻。有热敏、压敏、光敏、温敏、气敏、力敏等不同类型电阻，广泛应用于检测技术和自动掌握等领域。电阻器外形如图1-7所示。1-7各种电阻器、电位器的外形4〕电阻器的主要技术指标额定功率电阻器在电路中长时间连续工作不损坏或不显著转变其性能所允许消耗的最大功率为电阻器的额定功率。标称阻值与允许偏差和色标法。电阻器的测量与质量判别电阻器的好坏判别首先可以从电阻器的外观上来推断其好坏电阻器是坏的。电阻器的测量手指不要触碰被测电阻器的两根引线，避开人体电阻影响测量精度。三、欧姆定律1、局部电路欧姆定律1-8所示为不含电源的局部电路，当在电阻R两端加上电压U时，电路中有电流流过。当电阻R不变，假设电压U发生变化，则流过电阻的电流也随着变化。IRIR1-8局部电路路欧姆定律，其数学表达式为：由上式可得： UIR电阻值R与通过它的电流I和两端电压U无关(即R=常数)的电阻元件叫做线性电阻，其伏安特性曲线在I－U平面坐标系中为一条通过原点的直线。电阻值R与通过它的电流I和两端电压U有关(即R常数)的电阻元件叫做非线性电阻，其伏安特性曲线在U平面坐标系中为一条通过原点的曲线。通常所说的“电阻如不作特别说明，均指线性电阻。图1-9 线性电阻的伏安特性曲线2、全电路欧姆定律全电路是指含有电源的闭合电路，如图1-10所示。虚线框内R0表示电源内电阻。1-10全电路当开关S闭合后，电路中有电流流过，当电流流过电源内部时，在内阻上产生了电压降U，这样电阻R两端的电压U就不等于电源电动势，而应当等于电源电动势减去内部电0压降，即：UEUOU IR U IR将O O； 代入上式可得：阻之和成反比，这肯定律称为全电路欧姆定律。例题讲解，稳固练习【例题1-1】局部电路欧姆定路例题练习10Ω1.5A25Ω10Ω的电阻，电路中的电流为多少？解：10Ω时，由欧姆定律得：URI101.5V15V25Ω10ΩI’为：I”U15A0.6AR” 25【例题1-2】全电路欧姆定律分析0E=12V,R=2ΩR=10Ω，试求：电路中的电流、负载两端的电压、电源内阻上的电压降。0解：依据全电路欧姆定律：U由局部电路欧姆定律，可求负载两端电压：外

电源内阻上的电压降为：U内R0I21V2V四、电功、电功率与热效应能量：就是物体所具有的作功的力量或作功的本领。能量有很多种，例如机械能、热能、电能、光能、化学能等。各种能量之间可以相互转电能转换成光能等。在能量转换的过程中，不行避开地有能量损失。如：水从前池经压力管、导水机构流进水轮机，并不能全部变成机械能，沿途有漏水损失、摩擦损失等等。水电站中水的动能与势能的和应等于推动水轮机的能量与漏水损失、摩擦损失等之和。能量的总和操持不变，这就是能量守恒定律。电能；在外电路中负载R要消耗电能。依据能量守恒定律，假设不考虑电源内部和导线中的能量损失，那么电源输出的电能就应当等于负载所消耗的电能。电能是指一段时间内电场力〔电源力〕所做的功。1、电功将电能转化成其他形式的能时，电流都要做功，电流所做的功叫电功。依据公式及UA和欧姆定律可得电功AQAUQIUtU2U或 AI2Rt tR电功的单位是焦尔J。2、电功率单位时间内电流所做的功叫电功率，用字母P表示，其表达式为PAt由局部电路欧姆定律可得常见功率的计算式。U2PIUI2RR〔WK〔m，它们之间的关系为：1KW=103W=106mW电源的电功率等于电源的电动势和电流的乘积。P1EI负载功率等于负载两端电压和通过负载的电流乘积。3、电流的热效应电流通过导体时所产生的热量和电流值的平方成正比。用公式表达就是：QI2Rt这个关系式又叫楞次——焦耳定律，热量Q的单位是J。为了避开设备过度发热，依据绝缘材料的允许温度，对于各种导线规定了不同截面下的最大允许电流值，又称安全电流任务2：设计简洁直流照明电路电路图设计：1-11简洁照明电路这是最为简洁的直流照明电路，通过前任务的学习我们可以对此电路进展分析与测量，并且通过测量的结果可以计算出此电路的电阻、功率等数值。在测量过程中需要用到万用表，下面我们来介绍一下万用表的状况。一、万用表的使用万用表的根本构造万用表主要由测量机构、测量线路、转换开关三局部组成。其外形构造图如图1-12所示。测量机构把过渡电量转换为仪表指针的机械偏转角，万用表的测量机构通常承受高，万用表的灵敏度一般用电压灵敏度来表示。测量线路的作用把各种不同的被测电量转换为磁电系测量机构所能承受的微小直流电流〔即过渡电量。转换开关的作用把测量线路转换为所需要的测量种类和量程。万用表的转换开关一般承受多层多刀多掷开关。1-12常用万用表的外形构造图万用表的使用方法使用之前调零为了减小测量误差，在使用万用表之前应先进展机械调零〔留意：此零位位于刻度盘的左边位置〕正确接线使用时将红表笔接“＋”接线柱，黑表笔接“﹡”接线柱。测量直流笔与内部电池的负极相接，黑表笔与内部电池的正极相接。量使指针指向标度盘的1/2～2/3处，然后再去读数。测量时，如无法估量被测电流、电压量程。正确测量电阻的测量在测电阻之前，应选择适宜的挡位，并进展调零〔留意，此零位位于标度盘的右边。具体做法是：将红黑两表笔短接，指针指向右边零位，通过调整旋钮来调整此零位。测量电将手接触电阻器的引脚，以免人体电阻影响测量精度。挡调一次零。直流电流的测量在被测电路中，电流流入端与红表笔相接，流出端与黑表笔相接。程。直流电压的测量上。结果，甚至损坏万用表及测量电路。带感抗电路的电压时，必需在切断电源前脱开万用表。2500V沟通电压的测量程。正确读数眼正视指针。将两表笔与电阻两端接触，使指针指向中心位置四周。此时，将指针所指读数乘以欧姆量程，就得出被测电阻的阻值。读数是反映测量结果的主要环节，测量电压和电流时看其次条刻度线。测量电阻时看第一条刻度线。留意观看电阻的刻度线，与其它刻度线的差异。维护保养最高挡；长期不用时应将电池取出。万用表在使用过程中留意事项使用中假设反复调整欧姆调零器，指针仍没有指在欧姆零位，就应当检查表内电1.2V。严禁在被测电阻带电的状况下用万用表的欧姆挡测量电阻，应将电阻临时脱离电路进展测量。在进展电流、电压测量时，严禁带电转换量程。用万用表测量电阻时，所选择的倍率挡应使指针处于表盘的中间段。二、如何安装白炽灯照明电路照明灯具按其配线方式、厂房构造、环境条件及比照明的要求不同而有吸顶式、壁式、嵌入式和悬吊式等几种方式，不管承受何种方式，都必需遵守以下各项根本原则。3m2.5m，如遇特别状况不能满足要求时，可实行相应的保护措施或改用安全电压供电。灯具安装应结实，灯具质量超过1千克时，必需固定在预埋的吊钩上。灯具固定时，不应当因灯具自重而使导线受力。灯架及管内不允许有接头。导线的分支及连接处应便于检查。导线在引入灯具处应有绝缘物保护，以免磨损导线的绝缘，也不应使其受到应力。〔零线〕良好连接。室内照明开关一般安装在门边便于操作的位置，拉线开关一般应离地2～3m，暗装1.3m150～200mm。1.4m300mm，同一场所暗装的插座高度应全都，其高度相差一般应不大于5mm；多个插座成排安装时，其高度差应不大2mm。白炽灯灯具低廉，装修便利。灯泡主要由灯丝、玻璃壳和灯头三局部组成。白炽灯的规格很多，按其工6V、12V、24V、36V、110V、220V36V灯泡的灯头有卡口式和螺口式两种，功率超过300W的灯泡，一般承受螺口式灯头，由于螺口式灯头在电接触和散热方面，都要比卡口式灯头好得多。白炽灯照明线路的安装依据安装要求，确定安装方案，预备好所需材料。检查元器件，如灯泡、灯头、开关及插座等。依据布线工艺，定位后布线。灯座的安装灯座有螺口和卡口两种样式，依据安装形式不同又分为平灯座和吊灯座。平灯座的安装1-13平灯座的安装①将圆木按灯座穿线孔的位置钻孔ф5mm，并将圆木边缘开出缺口。②剥去进入圆木护套线的护套层。③将导线穿出圆木的穿线孔，穿出孔后的导线长度一般为50mm，依据圆木固定孔的位置，用木螺钉将圆木固定在原先做好记号的位置上。90⑤零线接入螺口平灯座与螺纹连接的接线柱上。⑥用木螺钉将灯座固定在圆木上。线头接在连通中心簧片的接线柱上。接线方式如图1-13吊灯座的安装吊灯座必需用两根绞合的塑料软线或花线作为与挂线盒的连接线层削去，将上端塑料软线穿入挂线盒盖孔内打个结，使其承受吊灯的质量灯座上的两个接线柱上，罩上吊灯座盖子即可。开关的安装在木台上或直接安装在墙壁上。单联开关的安装进展接线，装上开关盖子即可。②盒装开关的安装a做好记号，固定开关盒。依据开关盒固定孔的位置用旋具将木螺钉旋入，使开关盒固定在原先做好记号的位置上，假设是砖墙应先打好木榫。BC20m场所应先用塑料包布包裹两层后，再用黑胶布包裹两层。双联开关的安装双联开关一般用于两处掌握一只灯的线路，双联开关掌握一只灯的线路安装如图1-14所示。两只双联开关中连铜片的柱头不能接错。1-14双联开关掌握一只灯的接线电路插座的安装插座依据电源电压的不同可分为三相〔即四孔〕插座和单相〔三孔或二孔〕插座，依据安装形式不同又可分为明装式和暗装式两种。1-15插座的内部接线图依据单相插座的接线原则，即“左零右火上接地”将导线分别接入插座的接线柱内里应留意接地线的颜色，依据标准规定接地线应是黄绿双色线。如图1-15通电检验检查电路是否正常。方法如下：用万用表电阻挡，将两表笔分别置于两个熔断器的出线端上进展检测。在线路正常状况下接通电源，扳动开关检查灯泡掌握状况。在线路正常的状况下，接上电源后，合上开关灯亮，断开开关灯灭。三孔插座的检查。将万用表置于沟通250V挡，两表笔分别插入相线与零线两孔内，万用表应显示220V，再将零线一端的表笔插入接地孔内，同样也应显示220V。3、白炽灯照明电路的修理根本操作步骤：了解故障现象现象可通过询问当事人，观看故障现场等手段猎取。故障现象分析供给方案。检修修理或更换。1-1开关常见故障及排解方法故障现象故障现象产生缘由接触内部有杂物，使开关触片不能接触机械卡死，拨不动排解方法翻开开关，紧固接线螺丝通接触不良开关烧坏翻开开关，去除杂物应更换开关断电后，去除污物断电后修理或更换开关减轻负载或更换容量大一级的开关重配全开关盖，并接好开关的电源连接线漏电压线螺丝松脱开关触头上有污物负载短路长期过载露受潮或受雨淋断电后进展烘干处理，并加装防雨措施1-2插座常见故障及排解方法故障现象 产生缘由

排解方法或接触不良插座烧坏

片接触不良造成时通时断插头接触不上引起接触不良插座长期过载插座连接线处接触不良

剪断插头端部一段导线，重连接良好重连接插座电源线，并旋紧螺丝减轻负载或更换容量大的插座紧固螺丝，使导线与触片连接好并去除生锈物插座局部漏电引起短路短路插座短路 碰连引起短路插头内部接线螺丝脱落引起短路光短路

更换插座刺去除断电后，翻开插座修理重把紧固螺丝旋进螺母位置，固定紧消退负载短路故障后，断电更换同型号的插座1-3白炽灯常见故障及排解方法故障现象 产生缘由灯泡钨丝烧断

更换灯泡

排解方法灯泡不亮时烧毁忽亮忽熄熔丝烧断

灯座或开关触点接触不良停电或电路开路电源熔断器熔丝烧断〔俗称搭丝〕〔或接线〕松动，或〔铝质导线、触点易消灭〕〔通常四周有大容量负载常常启动引起。导线连接处松散碰、短路。线路短路用电器发生短路灯泡内钨丝挥发后积聚在玻璃壳内通量减小。

完好的触点。修复线路更换灯泡换用额定电压与电源电压全都的灯泡线，或去除触点的氧化层。更换配电所变压器，增加容量。重连接导线。重接线头检查灯座并扳准中心铜片修复线路正常现象灯光暗淡 灯座、开关或导线对地严峻漏电接触电阻增加电源电压过低

更换完好的灯座、开关或导线修复、接触不良的触点，重连接接头调整电源电压三、简单直流电路〔如下图〕这时电路中电阻如何计算呢？1-16简单电路这就需要用到了串联电路与并联电路的学问，下面我们来学习电路的串、并联学问。1、电路的串联电路。1-17电阻的串联UIP。1 2 等效电阻: R=RR…1 2 U U U U分压关系：

1 2 n I功率安排：

R R1 2P P

R RnP P I1 2 n 2R R R R1 2 n= 特例：两只电阻R、R串联时，等效电阻R R R,= 1 2 1 2U 1二、应用举例

R1R R11

U， U 2

R U2R R21 21-3】U1U=220V照明电路中。

=40V、额定电流为I=5A的电灯，应当怎样把它解：将电灯(R)R串联后，1 2U=220V1-18所示。R上的电压为22U2=U－U1=22040=180VU2=RI，则2

1-18R U2180362 I 5解法二：利用两只电阻串联的分压公式RU 11 RR1 2

UR1

U 18，可得IR R2

UU1U

36136U=220V电源上即可。g1-4】Rg=1kI=100A，要把它改成量程为g=U 3V的电压表，应当串联一只多大的分压电阻R？=n解：1-19所示。= gg 该电流表的电压量程为Ug=RI=0.1V，与分压电阻R串联后的总电压U=3V，马上电压量程扩大到n U/= gg n g利用两只电阻串联的分压公式，可得RU g U ，则g R R ngUU U UR n gR

n1R

(n1)R

29kUU g g g gU

1-19U

Rg

的表头扩大到= 量程为U，所需要的分压电阻为R (n1)R，其中= n g(U/U)称为电压扩大倍数。n g2、电路的并联我们家庭中使用的电灯、电风扇、电视机、电冰箱、洗衣机等用电器，都是并列的连接连接起来，由同一电压供电，就组成了并联电路。IUP。等效电导: G

GG

…G

即 1

11

1= 1 2

R R R R1 2 n= = = = 分流关系： RI RI …RI RI U= = = = 11 22 nn= = = = 功率安排：RP RP …RP RP U= = = = 11 22 nnR、R并联时，等效电阻1 2RRRR1 2 ，则有分流公式

1-201RI 21 R

2 RI，I 1 I2R RR1 2 1 2二、应用举例