電工技術及技能訓練演示文稿目前一頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點優(yōu)選電工技術及技能訓練目前二頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點任務1.1認識實際電路在日常生活或在生產(chǎn)實踐中我們會遇到各種各樣的電氣線路。例如照明線路，收音機線路，電視機線路，廠礦企業(yè)中大量使用各種控制線路等，這些線路我們稱為實際電路。實際電路是指用實際元器件連接成的線路。目前三頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點圖1.1

手電筒的實際電路

圖1.1為手電筒的實際電路，由二節(jié)1.5V的干電池，一只小燈泡，一段輸電導線和一個開關組成。其中干電池稱為電源，小燈泡稱為負載，開關稱為控制裝置。

目前四頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點(a)手電筒電路

目前五頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點

(b)穩(wěn)壓電源電路

目前六頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點(c)音響控制電路

目前七頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點任務1.2了解電路模型圖1.1

手電筒的實際電路分析起來還算簡單，如果我們拆開一個電視機，去觀察它的實際電路會感覺眼花繚亂，無論是分析問題或解決問題都無從下手，因此，我們引入電路模型的概念，電路模型是指用電路符號代替實際元器件畫出的圖形，簡稱電路。圖1.2即為手電筒實際電路的電路模型，電路模型簡稱電路。無論簡單電路還是復雜電路，都是由電源、負載、輸電導線和控制裝置等組成。對電源來講，負載、輸電導線和控制裝置稱為外電路，電源內(nèi)部的一段稱為內(nèi)電路。下面就對電路的組成做簡要介紹。

目前八頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點

（a）手電筒電路模型

目前九頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點

(b)電動剃須刀電路模型

目前十頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點1.2.1電源電源是供應電能的裝置，它把其他形式的能轉(zhuǎn)換為電能。例如，汽輪發(fā)電機把機械能轉(zhuǎn)換成電能，干電池把化學能轉(zhuǎn)換成電能。

目前十一頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點1.2.2負載負載是使用電能的裝置，它把電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能。例如，電燈把電能轉(zhuǎn)換成光能，電爐把電能轉(zhuǎn)換成熱能，電動機把電能轉(zhuǎn)換成機械能。

目前十二頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點1.2.3輸電導線輸電導線是電能的傳輸路徑，把電能從一個位置傳輸?shù)搅硪粋€位置。如汽輪發(fā)電機發(fā)出的電能通過輸電導線傳輸?shù)轿覀兊募彝セ驈S礦。

目前十三頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點1.2.4控制裝置控制裝置是控制負載是否使用電能的裝置。如它能使電燈亮或暗，電動機停或轉(zhuǎn)。自己動手：觀察實際電源、負載、輸電導線、控制裝置（每人一套）

目前十四頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點任務1.3區(qū)別電路狀態(tài)電路一般有三種狀態(tài)：通路狀態(tài)、斷路狀態(tài)和短路狀態(tài)。

目前十五頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點1.3.1通路(工作狀態(tài))通路就是電源與負載接成閉合回路，即圖1.3所示電路中開關合上時的工作狀態(tài)。如忽略導線電阻,負載的電壓降就等于路端電壓。

目前十六頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點由上式可見，越小，則越大越接近于，即帶負載能力越強。目前十七頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點圖1.3通路(負載工作狀態(tài))目前十八頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點1.3.2斷路(非工作狀態(tài))斷路就是電源與負載沒有接成閉合回路，如圖l.4所示電路中的開關斷開時的工作狀態(tài)。斷路狀態(tài)相當于負載為無窮大，電路的電流為零，即

→∞，→0 目前十九頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點圖1.4斷路(開路狀態(tài))

目前二十頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點此時電源不向負載供給電功率。這種情況稱為電源空載。電源空載時的端電壓稱為斷路電壓或開路電壓，電源的開路電壓就等于電源電壓。目前二十一頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點1.3.3短路(故障狀態(tài))

短路就是電源未經(jīng)負載而直接由導線接通成閉合回路，如圖1.5所示。圖1.5中折線是指明短路點的符號。電源輸出的電流就以短路點為回路而不流過負載。若忽略導線電阻，短路時回路中只存在電源的內(nèi)阻RS。這時的電流稱為短路電流。目前二十二頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點圖1.5短路(故障狀態(tài))目前二十三頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點因為電源內(nèi)阻RS一般比負載電阻小得多，所以短路電流總是很大。如果電源短路狀態(tài)不迅速排除，則由于電流熱效應，很大的短路電流將會燒毀電源、導線以及短路回路中接有的電流表、開關等甚至引起火災。所以電源短路是一種嚴重事故，應嚴加防止。目前二十四頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點為了避免短路事故引起嚴重后果，通常在電路中接入熔斷器(保險絲)或自動斷路器，以便在發(fā)生短路時能迅速將故障電源自動切斷。自己動手：觀察電路的三種狀態(tài)（采用安全電壓觀察，觀察時注意安全，每人一個電路）。目前二十五頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點任務1.4了解電路的基本物理量電路模型建立起來以后，要正確分析或計算，還要用到一些基本的物理量。1.4.1電流電流是電荷的定向移動。習慣上指正電荷運動的方向為電流的實際方向。在電路中某一段電路里電流的實際方向有時很難判定。為了分析電路的方便，引入電流“參考方向”的概念。

目前二十六頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點

在一段電路或一個電路元件中事先假定一個電流的方向，這個假定的方向叫做電流的“參考方向”。我們規(guī)定：若電流的“參考方向”與實際方向相同，則電流值為正值，即i>0。如圖1.6所示。若電流的“參考方向”與實際方向相反，則電流值為負值，即i<0，如圖1.7所示。

目前二十七頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點圖1.6電流“參考方向”與實際方向相同

目前二十八頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點圖1.7電流“參考方向”與實際方向相反

目前二十九頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點自己動手：觀察直流電流的實際大小和方向（用指針式萬用表測量直流電流，觀察指針偏擺的方向和大小。改變電源的大小和正負極性，再測量一次，觀察指針偏擺的大小和方向。每人一個電路，一塊萬用表）。

目前三十頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點電流不僅有方向，還有大小，電流的大小用電流強度來度量，簡稱電流。目前三十一頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點按照電流的方向和大小可分為兩類：一類是方向和大小均不隨時間變化的電流稱為恒定電流，如圖1.8所示，簡稱直流電流，它的大小在單位時間內(nèi)通過輸電導線橫截面的電荷量是不變的，用I表示，即電流I=（1.1）

目前三十二頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點圖1.8恒定電流

目前三十三頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點另一類是方向和大小都隨時間變化的電流稱為變動電流，如圖1.9所示。它的大小在不同時刻通過輸電導線橫截面的電荷量是變化的，用i表示，即電流

i=

（1.2）

目前三十四頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點圖1.9變動電流

目前三十五頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點在國際單位制中，電荷q的單位是庫侖，簡稱庫，符號為（C），時間t的單位是秒，符號為（S）,電流i的單位是安培，簡稱安，符號為(A)，有時還用到千安(kA)、毫安(mA)或微安(μA)，換算關系如下：

目前三十六頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點lkA=l000A=l03AlmA=l0-3A1μA=l0-6A目前三十七頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點其中一個周期內(nèi)電流的平均值為零的變動電流稱為交變電流，如圖1.10所示，簡稱交流電流。

目前三十八頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點圖1.10交變電流

(a)

(b)自己動手：

用示波器觀察交變電流的波形（每人一個示波器）。

目前三十九頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點1.4.2電壓在外電路中，正電荷受電場力作用由電源的“十”端通過負載移向電源的“—”端，正電荷所具有的電位能逐漸減小，從而把電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能，這個過程電場力做了功，做的功與被移動的電荷量的比值稱為兩端間的電壓。電壓的方向在內(nèi)電路是由“—”指向“十”，在外電路是由“十”指向“—”。目前四十頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點當電壓的“參考方向”與實際方向一致時，電壓值為正，即u＞0；反之，當電壓的“參考方向”與實際方向相反時，電壓值為負，即u＜0，如圖1.11所示。

目前四十一頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點圖1.11電壓的“參考方向”與實際方向的關系

(a)(b)目前四十二頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點電壓不僅有方向也有大小，按照方向和大小也分為兩類：一類是方向和大小均不隨時間變化的電壓稱為恒定電壓，簡稱直流電壓，它的大小：任一時間電場力對單位電荷做的功，用U表示，即電壓

U=

(1.3)目前四十三頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點另一類是方向和大小都隨時間變化的電壓稱為變動電壓，其中一個周期內(nèi)電壓的平均值為零的變動電壓稱為交變電壓，簡稱交流電壓，它的大?。涸诓煌瑫r間內(nèi)電場力對單位電荷做的功，用u表示，即電壓

u=

(1.4)

目前四十四頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點在國際單位制中，功W的單位為焦耳，簡稱焦，符號為（J）。電荷q的單位是庫侖，簡稱庫，符號為（C）。電壓u的單位是伏特，簡稱伏，符號為(v)。有時還需要用千伏(kv)，毫伏(mv)或微伏(μv)作單位。換算關系如下：

lkV=l000V=l03VlmV=l0-3V1μV=l0-6V目前四十五頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點一般情況下，電流參考方向的假定與電壓參考方向的假定是無關的。但是為了方便起見，對一段電路或一個電路元件，如果假定電流的參考方向與電壓的參考方向一致，即假定電流從標以電壓“十”極性的一端流入，從標以電壓“—”極性的另一端流出，則把電流和電壓的這種參考方向稱為關聯(lián)參考方向，簡稱關聯(lián)方向，如圖1.12所示。

目前四十六頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點圖1.12關聯(lián)參考方向

目前四十七頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點自己動手：觀察直流電壓的實際大小和方向（用指針式萬用表測量直流電壓，觀察指針偏擺的方向和大小。改變電源的大小和正負極性，再測量一次，觀察指針偏擺的大小和方向。每人一個電路，一塊萬用表）。

目前四十八頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點1.4.3功率直流電情況下，在時間t內(nèi)，電壓UAB使電荷q從A點移到B點形成電流I并做了功WAB。我們稱單位時間內(nèi)做的功為電功率，簡稱功率，功率用符號P表示，公式如下：

P＝

＝（1.5）UI＝目前四十九頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點在電壓和電流關聯(lián)參考方向下，當計算出功率值為正，即P＞0時，表明元件是吸收或消耗電能；當計算出功率值為負，即P＜0時，表明元件是發(fā)出電能，若在非關聯(lián)參考方向下，即

P＝—UI目前五十頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點這樣規(guī)定之后，若P＞0時，表明元件吸收或消耗電能；若P＜0時，表明元件發(fā)出電能。在國際單位制中，功率的單位為瓦特，簡稱瓦，符號為(W)。有時還用到千瓦(kW)。功率只有正負，沒有方向。換算關系如下：lkW=l000W=l03W目前五十一頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點自己動手：用相同電壓的電池、不同功率的燈泡觀察燈泡亮度。通電一段時間后斷電測量電池的電壓（每人一個安全電壓電路，一塊萬用表）。

目前五十二頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點1.4.4電能在實際應用中，常用到電能這個物理量，電能的單位常用千瓦小時(kW·h)或度表示，lkW·h的電能通常叫做一度電。一度電為lkW×lh=1000W×3600s=3.6×106J。在直流電路中，負載上的功率不隨時間變化，則電路消耗的電能為

W=Pt

（1.6）

目前五十三頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點若功率的單位為W，時間的單位為s，則電能的單位為焦耳(J)。自己動手：用相同電壓的電池、不同功率的燈泡，在相同時間內(nèi)測量燈泡溫度（每人一個安全電壓電路，一塊萬用表，一只溫度計）

目前五十四頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點1.4.5電阻電荷在電場力作用下沿輸電體作定向運動時要受到阻礙作用，這種阻礙作用稱為輸電體的電阻，用符號R來表示。電阻的單位是歐姆(Ω)。有時用到千歐(kΩ)、兆歐(MΩ)。換算關系如下：lkΩ=l000Ω=l03Ω1MΩ=l06Ω目前五十五頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點通過實驗可知，當溫度一定時輸電體的電阻不僅與它的長度和橫截面積有關，而且與輸電體材料的電阻率有關。即

R＝ρ

（1.7）

目前五十六頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點式中L為輸電體的長度，單位為米(m)；S為輸電體的橫截面積，單位為平方毫米(mm2)；ρ為輸電體的電阻系數(shù)，單位為Ω·mm2/m。

電阻的倒數(shù)稱為電導，用G來表示，電導在國際單位制中單位為西門子，符號為(s)。

G=

目前五十七頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點電阻是物體本身固有的一種特性。如果我們把物體做成一定阻值的元件，我們稱這種元件為電阻元件，簡稱電阻。自己動手：用電橋測量相同長度、不同截面、同種材料的電阻或測量相同長度、相同截面、不同材料的電阻，驗證電阻的概念（一人一塊電橋，一人一段導線）。

目前五十八頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點任務1.5電流、電壓、電阻之間的關系（歐姆定律）我們已經(jīng)知道由于電壓的作用在閉合回路中產(chǎn)生了電流，電流的流動又受到輸電導體電阻的阻礙作用，那么電壓、電流、電阻三者之間是一種什么樣的關系呢？1827年德國科學家歐姆通過科學實驗總結出：施加于電阻元件上的電壓與通過它的電流成正比，在關聯(lián)參考方向下，如圖1.13(a)所示。即U＝RI(1.8)目前五十九頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點我們稱這一規(guī)律為部分電路歐姆定律，簡稱歐姆定律。遵循歐姆定律的電阻為線性電阻，即電阻的大小不隨電壓的高低和電流的大小變化而變化。

目前六十頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點圖1.13電壓、電流、電阻三者之間的關系a)b)

目前六十一頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點如果電阻元件上電壓的參考方向與電流的參考方向為非關聯(lián)方向時，如圖1.13(b)所示，則歐姆定律為U＝－RI所以歐姆定律的公式必須與電壓、電流的參考方向配合使用。自己動手：用萬用表測量電阻和通過電阻的電流及電阻上的電壓，驗證三者之間的關系是否符合歐姆定律（每人一個安全電壓電路，一塊萬用表）。

目前六十二頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點任務1.6功率的計算在關聯(lián)方向下，我們知道功率P=UI，據(jù)歐姆定律，U=RI，則

P=UI=RII=RI2或P=UI=（1.9）目前六十三頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點在非關聯(lián)參考方向下P=—UI=—（—RI）I=RI2

或P=—UI=—U（—）從上面看出，對于線性電阻元件來說，無論電壓與電流參考方向是否關聯(lián)

P＝RI2≥0也就是說，任何時刻電阻元件只能從電路中吸收電能，所以電阻元件是耗能元件。目前六十四頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點例1.1把一個1KΩ/1W的碳膜電阻誤接到220V電源上，會有什么后果?目前六十五頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點解：這時碳膜電阻吸收功率為

P=2202/1000=48.4W但是這個碳膜電阻只能承受1W的功率，所以立即引起冒煙起火或碎裂，有可能引起人身傷害。目前六十六頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點任務1-7電能的計算在實際應用中，常用到電能這個物理量，電能的單位常用千瓦小時（kW·h）或度表示，1kW·h的電能通常叫做一度電。一度電為1kW×1h＝1000W×3600s＝3.6×106J。在直流電路中，負載上的功率不隨時間變化，則電路消耗的電能為W＝Pt

（1.6）若功率的單位為瓦（W），時間的單位為秒（s），則電能的單位為焦耳（J）?！咀约簞邮帧坑孟嗤妷旱碾姵亍⒉煌β实臒襞?，在相同時間內(nèi)測量燈泡溫度（每人一個安全電壓電路，一塊萬用表，一只溫度計）。目前六十七頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點任務1.8了解電壓源和電流源電源分電壓源和電流源。目前六十八頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點1.8.1電壓源電壓是由電壓源產(chǎn)生的。端電壓始終保持不變的電壓源稱為理想電壓源。大多數(shù)實際電壓源如干電池、鉛蓄電池及一般直流發(fā)電機都可近似看作為理想電壓源。其符號如圖1.14(a)所示。理想電壓源的內(nèi)阻Rs=0，輸出的電壓U總是等于它的端電壓Us，其外特性就是U=Us這樣一條水平直線，如圖1.14(b)所示。目前六十九頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點圖1.14理想電壓源a)

b)目前七十頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點而實際電壓源是有內(nèi)阻的，所以實際電壓源可用圖1.15(a)所示的理想電壓源和內(nèi)阻的串聯(lián)組合來表示。我們稱這一規(guī)律為全電路歐姆定律。

目前七十一頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點圖1.15實際電壓源

a)b)

c)

目前七十二頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點實際電壓源接上負載后，其端電壓就會降低，如圖1.15(b)所示，其端電壓

U=Us－IRs

由式可知，負載電流越大，端電壓越小。實際電壓源的伏安特性見圖1.15(c)。

目前七十三頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點1.8.2電流源能輸出恒定電流的電源稱為理想電流源，其符號和伏安特性如圖1.16所示。理想電流源的內(nèi)阻為無窮大，電源輸出的電流等于電源電流，即I=IS，而實際上，電源的電阻不可能無窮大，所以實際電流源可用理想電流源與電阻的并聯(lián)來表示，如圖1.17所示。實際電流源接上負載后電流會有所減小。

目前七十四頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點圖1.16理想電流源

目前七十五頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點

圖1.17實際電流源

目前七十六頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點1.8.3電壓源與電流源的等效互換在電路分析中，為了分析問題的方便起見，有時一個實際電源可以看作理想電壓源和內(nèi)阻串聯(lián)，如圖1.18(a)所示；也可以看作理想電流源和內(nèi)阻并聯(lián)，如圖1.18(b)所示。這就要求在兩者之間進行等效互換，這里所說的等效變換是指外部等效，就是變換前后端口處伏安關系不變，即A、B兩端口電壓均為U，端口處流出(或流入)的電流I相同。

目前七十七頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點圖1.18電壓源與電流源的等效互換

a)b)

目前七十八頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點圖1.18電壓源與電流源的等效互換圖1.18(a)中，其輸出電流為I=圖1.18(b)中，其輸出電流為 I=IS—根據(jù)等效的要求，上面兩個式子中對應項應該相等，即

IS

或RS2=RS1

（1.10）

目前七十九頁\總數(shù)八十七頁\編于十八點

這是實際電壓源與實際電流源等效變換的條件。變換中要注意：如果A點是電壓源的參考正極性，變換后電流源其電流的參考方向應指向A點。另外，還必須