电工电子基础

电工电子基础课程

电路分析的主要任务在于解得电路物理量，其中最基本的电路物理量就是电流、电压和功率。1.1电路基本物理量为了某种需要而由电源、导线、开关和负载按一定方式组合起来的电流的通路称为电路。电路的主要功能：一：进行能量的转换、传输和分配。二：实现信号的传递、存储和处理。1.1.1电流电荷的定向移动形成电流。电流的大小用电流强度表示，简称电流。电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量。大写I表示直流电流小写i表示电流的一般符号正电荷运动方向规定为电流的实际方向。电流的方向用一个箭头表示。任意假设的电流方向称为电流的参考方向。

电流电流

如果求出的电流值为正，说明参考方向与实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。2006-12-01第5页1.1.2电压、电位和电动势

电路中a、b点两点间的电压定义为单位正电荷由a点移至b点电场力所做的功。

电路中某点的电位定义为单位正电荷由该点移至参考点电场力所做的功。

电路中a、b点两点间的电压等于a、b两点的电位差。电压的实际方向规定由电位高处指向电位低处。与电流方向的处理方法类似，可任选一方向为电压的参考方向电压、电位和电动势电压、电位和电动势

最后求得的u为正值，说明电压的实际方向与参考方向一致，否则说明两者相反。2006-12-01第8页u1=1Vu2=－1V例： 当ua=3Vub=2V时

对一个元件，电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定，但为了方便起见，常常将其取为一致，称关联方向；如不一致，称非关联方向。

如果采用关联方向，在标示时标出一种即可。如果采用非关联方向，则必须全部标示。电压、电位和电动势

电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功，称为电源的电动势。

电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定为由负极指向正极。电压、电位和电动势2006-12-01第11页第二章电路的基本概念和定律1.1电阻元件和欧姆定律目的与要求：1）掌握电阻元件上的欧姆定律2）理解电路短路、开路时的特点电路的基本概念1.电阻元件

电阻元件是一个二端元件,它的电流和电压的方向总是一致的,它的电流和电压的大小成代数关系。电流和电压的大小成正比的电阻元件叫线性电阻元件。元件的电流与电压的关系曲线叫做元件的伏安特性曲线。线性电阻元件的伏安特性为通过坐标原点的直线,这个关系称为欧姆定律。2006-12-01第12页电路的基本概念伏安关系（欧姆定律）：关联方向时：u=Ri非关联方向时：u=－Ri1．电阻元件符号：功率：电阻元件是一种消耗电能的元件。电功率

在电流和电压关联参考方向下,任何瞬时线性电阻元件接受的电功率为线性电阻元件是耗能元件。焦耳定律若电流不随时间变化,以上两式称为焦耳定律。如果电阻元件把接受的电能转换成热能,则从t0到t时间内。电阻元件的热［量］Q,也就是这段时间内接受的电能W为例2.1有220V,100W灯泡一个,其灯丝电阻是多少？每天用5h,一个月（按30天计算）消耗的电能是多少度？解:

灯泡灯丝电阻为：一个月消耗的电能为：电功率的计算

两种特殊情况

线性电阻元件有两种特殊情况值得注意:一种情况是电阻值R为无限大,电压为任何有限值时,其电流总是零,这时把它称为“开路”;另一种情况是电阻为零,电流为任何有限值时,其电压总是零,这时把它称为“短路”。伏安关系：2．电感元件符号：电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件，是实际电感器的理想化模型。Ｌ称为电感元件的电感，单位是亨利（Ｈ）。只有电感上的电流变化时，电感两端才有电压。在直流电路中，电感上即使有电流通过，但ｕ＝０，相当于短路。3．电容元件电容元件是一种能够贮存电场能量的元件，是实际电容器的理想化模型。伏安关系：符号：只有电容上的电压变化时，电容两端才有电流。在直流电路中，电容上即使有电压，但ｉ＝０，相当于开路，即电容具有隔直作用。C称为电容元件的电容，单位是法拉（F）。2.2.2有源元件1．电压源与电流源（1）伏安关系电压源：u=uS

端电压为us，与流过电压源的电流无关，由电源本身确定，电流任意，由外电路确定。电流源：

i=iS流过电流为is，与电源两端电压无关，由电源本身确定，电压任意，由外电路确定。（2）特性曲线与符号电压源电流源一、电压源（二）图1.7电压源电压波形一、电压源（三）图1.8直流电压源的伏安特性图1.8是直流电压源的伏安特性。一.电压源2.电压为零的电压源相当于短路。

3.由图1.7(a)知,电压源发出的功率为

p＞0时,电压源实际上是发出功率；

p＜0时,电压源实际上是接受功率。1.电流源也是一个理想二端元件,它有以下两个特点:电流源向外电路提供的电流i(t)是某种确定的时间函数,不会因外电路不同而改变,即i(t)=is,is是电流源的电流。(2)电流源的端电压u(t)随外接的电路不同而不同。2.如果电流源的电流is=Is(Is是常数),则为直流电流源。二、电流源（一）二、电流源（二）图1.9电流源及直流电流源的伏安特性二、电流源（三）

3.电流为零的电流源相当与开路。

4.电流源发出的功率为5.电压源和电流源,称为独立源。在电子电路的模型中还常常遇到另一种电源,它们的源电压和源电流不是独立的,是受电路中另一处的电压或电流控制,称为受控源或非独立源例1.3（一）计算图1.10所示电路中电流源的端电压U1,5Ω电阻两端的电压U2和电流源、电阻、电压源的功率P1,P2,P3。图1.10例1.3图例1.3（二）电流源的电流、电压选择为非关联参考方向,所以P1=U1Is=13×2=26W(发出)电阻的电流、电压选择为关联参考方向,所以P2=10×2=20W(接受)电压源的电流、电压选择为关联参考方向,所以P3=2×3=6W(接受)解：第2章电工测量6.1电工仪表的类型、误差和准确度6.2指针式仪表的结构及工作原理6.3电流、电压、功率及电能的测量6.4电阻的测量2.1电工仪表的类型、误差和准确度电工仪表是实现电工测量过程所需技术工具的总称。电工仪表的测量对象主要是电学量与磁学量。电学量又分为电量与电参量。通常要求测量的电量有电流、电压、功率、电能、频率等；电参量有电阻、电容、电感等。通常要求测量的磁学量有磁感应强度、磁导率等。按测量方法可分为比较式和直读式两类。比较式仪表需将被测量与标准量进行比较后才能得出被测量的数量，常用的比较式仪表有电桥、电位差计等。直读式仪表将被测量的数量由仪表指针在刻度盘上直接指示出来，常用的电流表、电压表等均属直读式仪表。直读式仪表测量过程简单，操作容易，但准确度不可能太高；比较式仪表的结构较复杂，造价较昂贵，测量过程也不如直读法简单，但测量的结果较直读式仪表准确。2.1.1电工仪表的分类2.1.1电工仪表的分类

按电流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。2006-12-01第33页2.2.1磁电式仪表直流电流I通过可动线圈时，线圈与磁场相互作用使线圈产生转动力矩，带动指针偏转。指针偏转后扭紧弹簧游丝，使游丝产生反抗力矩。当反抗力矩和转动力矩相平衡时，线圈和指针便停止偏转。由于在线圈转动的范围内磁场均匀分布，因此线圈的转动力矩与电流的大小成正比。又由于游丝的反抗力矩与线圈的偏转角度成正比，所以仪表指针的偏转角度与流过线圈的电流的大小成正比，即：α=KI。可见磁电式仪表标尺上的刻度是均匀的。2.2.1磁电式仪表磁电式仪表的优点：刻度均匀、灵敏度高、准确度高、消耗功率小、受外界磁场影响小等。磁电式仪表的缺点：结构复杂、造价较高、过载能力小，而且只能测量直流，不能测量交流。使用注意事项：电表接入电路时要注意极性，否则指针反打会损坏电表。通常磁电式仪表的接线柱旁均标有+、－记号，以防接错。2006-12-01第35页2.2.2电磁式仪表线圈通入电流时产生磁场，使其内部的固定铁片和可动铁片同时被磁化。由于两铁片同一端的极性相同，因此两者相斥，致使可动铁片受到转动力矩的作用，从而通过转轴带动指针偏转。当转动力矩与游丝的反抗力矩相平衡时，指针便停止偏转。由于作用在铁心上的电磁力与空气隙中磁感应强度的平方成正比，磁感应强度又与线圈电流成正比，因此仪表的转动力矩与电流的平方成正比。又由于游丝的反抗力矩与线圈的偏转角度成正比，所以仪表指针的偏转角度与线圈电流的平方成正比，即：α=KI2。可见电磁式仪表标尺上的刻度是不均匀的。2.2.2电磁式仪表推斥型电磁式仪表也可以测量交流，当线圈中电流方向改变时，它所产生磁场的方向随之改变，因此动、静铁片磁化的极性也发生变化，两铁片仍然相互排斥，转动力矩方向不变，其平均转矩与交流电流有效值的平方成正比。2.3电流、电压、功率及电能的测量

测量直流电流通常采用磁电式电流表，测量交流电流主要采用电磁式电流表。电流表必须与被测电路串联，否则将会烧毁电表。此外，测量直流电流时还要注意仪表的极性。2006-12-01第38页2.3.1电流的测量扩大量程的方法是在表头上并联一个称为分流器的低值电阻RA，分流器的阻值为：RA=Ro/(n－1)。式中Ro为表头内阻，n=I/Io为分流系数，其中Io为表头的量程，I为扩大后的量程。2.3.2电压的测量测量直流电压通常采用磁电式电压表，测量交流电压主要采用电磁式电压表。电压表必须与被测电路并联，否则将会烧毁电表。此外，测量直流电压时还要注意仪表的极性。扩大量程的方法是在表头上串联一个称为倍压器的高值电阻RV，倍压器的阻值为：RV=(m－1)Ro。式中Ro为表头内阻，m=U/Uo为倍压系数，其中Uo为表头的量程，U为扩大后的量程。常见测量仪表的使用2023/7/741万用表指针式数字式2023/7/742万用表的定义万用表也叫多用表，是电源维护中常用的测试仪表，一般万用表可以测试电压、电流、电阻、导线通断、二极管压降、三极管放电倍数、信号频率等，既可以测试交流电的电压、电流，又可以测试直流电的电压和电流，万用表通常用“─”或“DC”表示直流档，用“~”或“AC”表示是交流档，测试前要注意区分。万用表根据其显示方法不同又分为指针式和数字式两种类型。不同型号的万用表都有自己的量程，测量时要注意不要超过其量程，否则可能会损坏万用表2023/7/743指针式万用表的使用刻度盘指针调节螺钉调零旋钮选择与量程开关高压测量选择插孔大电流测量选择插孔三极管测量插孔正表笔插孔负表笔插孔2023/7/744刻度盘的识别1、电阻值是从右向左增大的。2、直流、交流电压、电流数值不在同以区间内。3、在测量时如发现表针突然猛打一边，超出量程，必须终止测量。2023/7/745电阻的测量先将表棒搭在一起短路，使指针向右偏转转，随即调整“Ω”调零旋钮，使指针恰好指到0。然后将两根表棒分别接触被测电阻（或电路）两端，读出指针在欧姆刻度线（第一条线）上的读数，再乘以该档标的数字，就是所测电阻的阻值。例如用R*100挡测量电阻，指针指在80，则所测得的电阻值为80*100=8K。由于“Ω”刻度线左部读数较密，难于看准，所以测量时应选择适当的欧姆档。使指针在刻度线的中部或右部，这样读数比较清楚准确。每次换档，都应重新将两根表棒短接，重新调整指针到零位，才能测准。2023/7/746测量电阻接线方式2023/7/747直流电压的测量首先估计一下被测电压的大小，然后将转换开关拨至适当的直流V量程，（如果不知道被测电压的大小，则应选用最大量程）将正表棒接被测电压“+”端，负表棒接被测量电压“-”端。然后根据该挡量程数字与标直流符号“DC-”刻度线（第二条线）上的指针所指数字，来读出被测电压的大小。如用V10伏档测量，可以直接读0-10的指示数值。如用V2.5伏档测量，只须将刻度线上25这个数字的小数点向前移一位就是你所测量的数值，例如用V2.5伏档测量直流电压，指针指在15，则所测得电压为1.5伏2023/7/748测量直流电压接线方式2023/7/749直流电流的测量先估计一下被测电流的大小，然后将转换开关拨至合适的mA量程，再把万用表串接在电路中，如图所示。同时观察标有直流符号“DC”的刻度线，如电流量程选在5mA档，这时，应把表面刻度线上50的数字，去掉一个“0”，看成5，又依次把20、10看成是2、1，这样就可以读出被测电流数值。例如用直流5mA档测量直流电流，指针在10，则电流为1mA。2023/7/750测量直流电流接线方式2023/7/751测量电压和电流时的注意事项注意测量电流和电压的区别：

测量电压是采用并联的方法，而测电流是采用串联的连接方法。连接方法不能出错，尤其是测电流时决不可将万用表并联入电路。2023/7/752交流电压的测量测交流电压的方法与测量直流电压相似，所不同的是因交流电没有正、负之分，所以测量交流时，表棒也就不需分正、负。读数方法与上述的测量直流电压的读法一样，只是数字应看标有交流符号“AC”的刻度线上的指针位置。2023/7/753万用表使用注意事项测量电流与电压不能旋错档位。如果误将电阻档或电流档去测电压，就极易烧坏电表。万用表不用时，最好将档位旋至交流电压最高档，避免因使用不当而损坏。测量直流电压和直流电流时，注意“+”“-”极性，不要接错。如发现指针开反转，既应立即调换表棒，以免损坏万用表。如果不知道被测电压或电流的大小，应先用最高档，而后再选用合适的档位来测试，以免表针偏转过度而损坏万用表。所选用的档位愈靠近被测值，测量的数值就愈准确。2023/7/754万用表使用注意事项测量电阻时，不要用手触及元件的裸体的两端（或两支表棒的金属部分），以免人体电阻与被测电阻并联，使测量结果不准确。测量电阻时，如将两支表棒短接，调“零欧姆”旋钮至最大，指针仍然达不到0点，这种现象通常是由于表内电池电压不足造成的，应换上新电池方能准确测量万用表不用时，不要旋在电阻档，因为内有电池，如不小心易使两根表棒相碰短路，不仅耗费电池，严重时甚至会损坏万用表。万用表不用时应将电源开关置于OFF状态，或将旋转开关转到OFF档位。2023/7/755交直流钳形表固定钳口HOLD钮档位选择开关数值显示区表笔插孔活动钳口活动钳口按压手柄2023/7/756交直流钳形表的使用使用前应检查外观是否良好，绝缘有无破损，手柄是否清洁、干燥。测量时应戴绝缘手套或干净的线手套，并注意保持安全间距。测量过程中不得切换挡位。钳形电流表只能用来测量低压系统的电流，被测线路的电压不能超过钳形表所规定的使用电压。每次测量只能钳入一根导线。若不是特别必要，一般不测量裸导线的电流。测量完毕应将量程开关置于最大挡位，以防下次使用时，因疏忽大意而造成仪表的意外损坏。

2023/7/757兆欧表接线端子表盘防护罩表盘摇柄2023/7/758兆欧表的使用测量前，要先切断被测设备或线路的电源，并将其导电部分对地进行充分放电。用兆欧表测量过的电气设备，也须进行接地放电，才可再次测量或使用。测量前，要先检查仪表是否完好：将接线柱L、E分开，由慢到块摇动手柄约1分钟，使兆欧表内发电机转速稳定（约120转/分），指针应指在“”处；再将L、E短接，缓慢摇动手柄，指针应指在“O”处。测量时，兆欧表应水平放置平稳。测量过程中，不可用手去触及被测物的测量部分，以防触电。

2023/7/759兆欧表使用的注意事项仪表与被测物间的连接导线应采用绝缘良好的多股铜芯软线，而不能用双股绝缘线或绞线，且连接线间不得绞在一起，以免造成测量数据不准。手摇发电机要保持匀速，不可忽快忽慢地使指针不停地摆动。测量过程中，若发现指针为零，说明被测物的绝缘层可能击穿短路，此时应停止继续摇动手柄。测量具有大电容的设备时，读数后不得立即停止摇动手柄，否则已充电的电容将对兆欧表放电，有可能烧坏仪表温度、湿度、被测物的有关状况等对绝缘电阻的影响较大，为便于分析比较，记录数据时应反映上述情况。2023/7/760第三章导线的连接和焊接导线绝缘层的剥离方法2006-12-01第61页电工电子基础3.1导线的连接、焊接及绝缘的恢复

3.1.1剥离线头绝缘层

图2.8用钢丝钳勒去导线绝缘层

电工电子基础1.塑料绝缘硬线

(1)用钢丝钳剖削塑料硬线绝缘层(2)用电工刀剖削塑料硬线绝缘层

电工电子基础2.塑料软线绝缘层的剖削

塑料软线绝缘层剖削除用剥线钳外，仍可用钢丝钳直接剖削截面为4mm2及以下的导线。方法与用钢丝钳剖削塑料硬线绝缘层相同。

电工电子基础3.塑料护套线绝缘层的剖削

塑料护套线只有端头连接，不允许进行中间连接。其绝缘层分为外层的公共护套层和内部芯线的绝缘层。公共护套层通常都采用电工刀进行剖削。电工电子基础4.花线绝缘层的剖削

花线的结构比较复杂，多股铜质细芯线先由棉纱包扎层裹捆，接着是橡胶绝缘层，外面还套有棉织管（即保护层）。剖削时先用电工刀在线头所需长度处切割一圈拉去，然后在距离棉织管10mm左右处用钢丝钳按照剖削塑料软线的方法将内层的橡胶层勒去，将紧贴于线芯处棉纱层散开，用电工刀割去。

电工电子基础5.橡套软电缆绝缘层的剖削

用电工刀从端头任意两芯线缝隙中割破部分护套层。然后把割破已分成两片的护套层连同芯线（分成两组）一起进行反向分拉来撕破护套层，直到所需长度。再将护套层向后扳翻，在根部分别切断。

电工电子基础6.铅包线护套层和绝缘层的剖削

铅包线绝缘层分为外部铅包层和内部芯线绝缘层。剖削时先用电工刀在铅包层上切下一个刀痕，再用双手来回扳动切口处，将其折断，将铅包层拉出来。内部芯线的绝缘层的剖削与塑料硬线绝缘层的剖削方法相同。

电工电子基础7.铅包线护套层和绝缘层的剖削操作过程如图3.9所示。

图3.9铅包线绝缘层的剖削

电工电子基础1.导线的连接

1．对导线连接的基本要求(1)接触紧密，接头电阻小，稳定性好。与同长度同截面积导线的电阻比应不大于１。(2)接头的机械强度应不小于导线机械强度的80%。(3)耐腐蚀。对于铝与铝连接，如采用熔焊法，主要防止残余熔剂或熔渣的化学腐蚀。对于铝与铜连接，主要防止电化腐蚀。在接头前后，要采取措施，避免这类腐蚀的存在。

(4)接头的绝缘层强度应与导线的绝缘强度一样。电工电子基础２．铜芯导线的连接

(1)单股铜芯线的直接连接

图3.10单股铜芯线的直接连

电工电子基础(2)单股铜芯线与多股铜芯线的分支连接

连接方法

图3.11单股铜芯线与多股铜芯线的分支连接

电工电子基础(3)多股铜芯导线的直接连接

连接方法

图3.127股铜芯导线的直接连接

电工电子基础(4)多股铜芯线的分支连接

连接方法