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1、 电工三星级培训 电路的基本概念定律 直流电路 一 电路1 电路的组成电路就是电流所流经的路径 它有电路元件组成 当合上电动机的倒闸开关时 电动机立即就转动起来 这是因为电动机通过导线经开关与电源结成了电流的通路 并将电能转换成为机械能 电动机 电源 导线 开关等叫做电路元件 直流电路 2 电路元件的作用电路元件大体可分为四类 1 电源 即发电设备 其作用是将其它形式的能量转换为电能 如电池是将化学能转换为电能 而发电机是将机械能转换为电能 2 负载 即用电设备 其作用是把电能转换为其他形式的能 如 电炉是将电能转换为热能 电动机是将电能转换为机械能 3 控制电器和保护电器 在电路中起控制作用
2、 如 开关 熔断器 接触器等 4 导线 有导体材料制成 其作用是把电源 负载和控制电器连接成一个电路 并将电源的电能传输给负载 由此可见 电路的作用是产生 分配 传输和使用电能 直流电路 3 电路图在实际工作中 为便于分析 研究电路 通常将电路的实际元件用图形符号表示在电路图中 称为电路原理图 也叫电路图 在电路中 只有两个端点与电路其它部分相连的无分支电路叫做支路 在电路中由支路组成的任一闭合路径叫做回路 在下图中共有3条支路 通常将3条支路以上的连接点称为节点 如下图中的A点和B点即为节点 直流电路 二 电路的欧姆定律欧姆定律的定义 通过电阻元件的电流与电阻两端的电压成正比 而与电阻成反比
3、 欧姆定律的公式 I U R式中I 电流 A U 电压 V R 电阻 欧姆 由欧姆定律可知 电阻有电流通过时 两端必须有电压 这个电压习惯上叫做电压降 通常导线都是有电阻的 当用导线传输电流时 就产生电压降 因此输电线路末端的电位总是比始端的电位低 输电线路上电压降低的数值叫做电压损失 如果线路较长 线路电流较大 其电压损失就较大 供给负载的电压就会明显下降 影响设备的正常工作 直流电路 三 电路的基尔霍夫定律欧姆定律可以确定电阻元件上电压与电流的关系 但只能用于无分支电路 对于一个比较复杂的电路 如图1 5所示 确定各支路的电流和各部分电压的关系 只用欧姆定律一般是不能解决的 必须利用基尔霍
4、夫定律才能表明支路电流之间的关系和回路电压的关系 1 基尔霍夫电流定律 对于电路中的任一节点 流入节点的电流之和必等于流出该节点的电流之和 基尔霍夫电流定律也叫基尔霍夫第一定律 它确定了电路中任一节点所连的各支路电流之间的关系 直流电路 在图1 5电路中 对于节点A I1 I2是流入节点的 而I3是由节点流出的 由基尔霍夫电流定律可将三个电流之间的关系表示为 I1 I2 I3如将上式I3移到左边可得I1 I2 I3 0即流入 流出电路中任一节点的各电流的代数和等于零 I 0式中符号 是 代数和 的意思 说明各相电流可为正或负 如果规定流入节点的电流为正 那么流出节点的电流就是负的 反之也成立
5、在应用时应注意各支路电流的方向 直流电路 2 基尔霍夫电压定律 对任一回路 沿任一方向绕行一周 各电源电势的代数和各电阻电压降的代数和 即 E IR或 E U基尔霍夫定律也叫基尔霍夫第二定律 它确定了电路任一回路中各部分电压之间的相互关系 在应用基尔霍夫电压定律时应注意 先选定绕行方向后 回路中凡是与绕行方向相同的电势或电流取正号 反之取负号 电势方向从负到正 直流电路 四 电阻的串联电路在电路中 电阻的连接方式是多种多样的 串联电路是最简单的一种 将两个以上的电阻 依次首尾相连 使电阻通过同一电流 这种连接方式叫做电阻的串联 下图为三个电阻的串联电路 直流电路 以上电路中 总电阻R R1 R
6、2 R3总电压U I R1 R2 R3 由串联电路的特点可看出 如果在电路中串联一个电阻 那么电路的等效电阻就要增大 在电源电压不变的情况下 电路中的电流将要减小 所以串联电阻可以起到限流作用 串联电阻的另一个用途就是可以起到分压作用 因为电阻通过电流要产生压降 承担了电路的一部分电压 例如 电阻分压器和多量程电压表就是利用了这个原理 例题一 若上图中 R1 10欧姆 R2 5欧 R3 20欧 电流为5A 求串联电路的总电压 解 U I R1 R2 R3 5 10 5 20 175 A 直流电路 串联电阻例题二 19 已知三只电阻分别为100 400 1000 试求三只电阻串联后的电阻值 直流
7、电路 例题三 20 已知一电压源为12V 两只电阻分别为R1 100 R2 20 两只电阻串联后接在电压源两端 试求通过两只电阻的电流 直流电路 21 一只电压表最大量程为250V 内阻是250k 现将其量程改为500V 试求分压电阻 直流电路 串联电阻例题三 20 已知一电压源为12V 两只电阻分别为R1 100 R2 20 两只电阻串联后接在电压源两端 试求通过两只电阻的电流 直流电路 五 电阻的并联电路几个电阻头尾分别连在一起 即电阻都接在两个节点之间 各电阻承受同一电压 这种连接方式叫做电阻的并联 图1 11即为三个电阻的并联电路 并联电路的总电流为各电阻支路电流之和 图1 11中的总
8、电流为I I1 I2 I3并联电路等效电阻的倒数为各电阻的倒数之和 由欧姆定律可知 图1 11中各支路的电流为I1 U R1 I2 U R2 I1 U R3 直流电路 因为总电流I U R1 U R2 U R3 U 1 R1 1 R2 1 R3 U R所以1 R 1 R1 1 R2 1 R3由并联电路的特点可以看出 当电路增加一并联电阻后则该电阻中将通过一定的电流 使总电流增大 并联电阻可以起分流作用 如 电流表并联一电阻后可以扩大电流表的量程 在并联电路中 并联电阻越多 其等效电阻越小 而且小于任一并联支路的电阻 所以在电路中并联一电阻后 总电流将增大 由欧姆定律可知 并联电路中各支路的电流
9、与其支路电阻成反比 直流电路 电阻并联例题一 22 已知两电阻都为50 试求两电阻并联后的电阻值 直流电路 电阻并联例题二 24 有一磁电系电流表 其满刻区偏转电流为500uA 内阻为200 若把它制成量程为5A的电流表 应并联多大的分流电阻 直流电路 六 电阻的混联电路电阻的串联与并联是电路最基本的连接形式 在一些电路中 可能既有电阻的串联 又有电阻的并联这种电路就叫电阻的混联电路 如图1 12所示 分析计算混联电路的方法如下 1 应用电阻的串联 并联逐步简化电路 求出电路的等效电阻 2 由等效电阻和电路的总电压 根据欧姆定律球电路的总电流 3 由总电流根据基尔霍夫定律和欧姆定律求各支路的电
10、压和电流 直流电路 串并联电路例题一 23 已知三只电阻接线如图所示 试求等效电阻 直流电路 串并联电路例题二 若在照明线路上使用照明时 电灯会明显变暗 这是由于电流增大后 在线路上的电压损失增加引起的 图1 14为给电灯 电炉供电的等效电路 设线路的起始端电压为220V 线路电阻RS为1 在线路端接有100W 220V电灯20盏 每盏灯的电阻为484 如果接入一个电阻为12 1 的4KW电炉 问电灯电压将要降到百分之几 直流电路 解 由于每盏电灯的电阻相同 20盏并联电灯的等效电阻为1 RD 1 R1 1 R2 1 R3 1 R2RD 484 20 24 2 接入电炉前的电流为I U RS
11、RD 220 1 24 2 8 73 A 电灯两端的电压为UD I RD U I RS 220 8 73 1 211 27 V 接入电炉后 电灯与电炉为并联 这时电路的等效电阻为R RS RDRL RD RL 1 24 2 12 1 24 2 12 1 9 07 直流电路 电路的总电流I 为I U R 220 9 07 24 26 A 这时电灯两端的电压为U D U I RS 220 24 26 1 195 74 V 电炉接入后 电灯电压降低的百分数为 UD U D UD 100 211 27 195 74 211 27 100 7 35 这说明电炉接入后 电流增大 在线路上的电压损失增加 使
12、得电灯两端的电压降低 因此电灯明显变暗 直流电路 七 电路的功率与电能1 电功率电功率就是单位时间内电场力所做的功 图1 15电路中R为一个电阻 它两端的电压是U 通过的电流是I 单位时间内电场力在电阻上做的功应为电压和电流的乘积 即 直流电路 上式中P 电功率 W G 电导 S 电功率的换算公式为 直流电路 例 一只220V 100W的灯泡 当接到电压为220V的电源上时 通过灯泡的电流为多大 灯泡的电阻是多大 解 或 直流电路 例 15 一只 12V 6W 的灯泡接入6V的电路中 灯泡的实际功率是多少 例 13 某户电度表的额定电流为25A 在同时使用65W电视机1台 300W电熨斗1个
13、30W风扇1台时 还可以同时使用几只40W的白炽灯 直流电路 直流电路 2 电能电动机 电灯的功率只表示它工作能力的大小 而它们所完成的工作量 不仅决定于其功率的大小 还与它们工作时间的长短有关 电能就是用来表示电场在一段时间内所做的功 即W Pt式中P 功率 KW t 时间 h W 电能 KWh 1KWh就是平常说的1度电 直流电路 例 一台10KW电炉 每天工作8小时 求一个月30天要用电多少千瓦时 解 电炉每天用电为 电炉30天用电位 直流电路 3 焦耳 楞次定律电流通过导体 电阻 时由于自由电子的碰撞 电能不断的转变为热能 这种电流通过导体 电阻 时会发热的现象叫电流的热效应 19世纪
14、的科学家焦耳和楞次通过大量的实验 几乎同时发现 电阻通过电流后所产生的热量与电流的平方 电阻及通电的时间成正比 这就是焦耳 楞次定律 电能转换为热能的关系表达式为式中I 电流 A R 电阻 t 时间 s Q 电阻上产生的热量 J 直流电路 例 一个电热器接在电压为220V电源上 通过电热器的电流为5A 试求通电1h所产生的热量 解 电热器产生的热量为 科学计数法 科学计数法的定义 将一个数字表示成a 10的n次方的形式 其中1 a 10 n为整数 这种记数方法叫科学记数法 法拉第电磁感应定律 电位与电压 电位与电压的单位都是V 看似一样 但电位需要有一个参考点 某点相对参考点的电压称作该点的电
15、位 而电压指电位差 任意两点间的电位差就是这两点间的电压 例如 我们认为大地的电位为0 这就是参考点 现在有A B两点 A点对地的电位是 5V B点对地的电位是 3V 我们可以说 A与地之间的电压是5V B与地之间的电压是3V 但A与B之间的 电位差 是8V 因此AB两点之间的电压是8V 频敏电阻器 所谓频敏 就是对频率敏感 其实 频敏电阻器就是一组电感器 对频率高的电压阻抗大 频率低的电压阻抗小 绕线转子式电机刚起动时 转子尚未转动 定子绕组产生的旋转磁场高速旋转 转子绕组相对高速切割磁场 产生高频率幅度亦很高的感生电压 转子回路的频敏电阻器呈现高阻抗 降低起动电流 转子旋转起来以后 随着转差率的降低 转子绕组切割磁场的相对速度降低 转子感生电压频率及幅度亦降低 频敏电阻器呈现低阻抗 起动完成后 转差率接近于0 转子感生电压频率亦接近于0 频敏电阻器阻抗接近于0 相当于短接转子绕组 电机正常运转
