物业管理电工知识,蒙联光 主 编王宁川 韦穗林 罗启平 副主编,第一节 电工基础知识 第二节 直流电阻电路 第三节 单相交流电路 第四节 三相正弦交流电路 第五节 物业管理电工测量技能,第一章 电工基础知识及电气测量技术,第一章 电工基础知识及电气测量技术,【知识目标】 1、了解电路的组成，理解电路模型的概念及理想电路元件的伏安关系； 2理解电压与电流参考方向的意义，能对元件的电源或负载性质进行判断； 3掌握分析与计算简单直流电路和电路中各点电位的方法； 4、理解电路基本定律（欧姆定律、基尔霍夫电流定律、基尔霍夫电压定律）并能正确应用。,【能力目标】 1、具有分析电路一般问题和计算电路基本物理量的能力； 2、学会发现问题、探究问题和解决问题的方法，会应用电路理论解决生产、生活中的实际问题。 【技能目标】 1、掌握常用电工仪表（万用表、电流表、兆欧表、电能表和功率表等）的使用方法； 2、掌握电流、电压、电位的测量方法，能对测量的数据进行分析； 2、具有识读实验电路原理图、并根据电路图搭接电路和对各点电参数测试的能力。,第一节 电工基础知识,（一）电能的概念 电能是自然界中的一种能量。电能与其他形式的能量相比，其具有两个显著的特点：一是容易产生、输送、分配和使用；二是容易转换成其他形式的能量。 （二）电路及基本物理量 1、电路的组成 电路是为了某种需要而将某些电工设备或元件按一定方式组合起来所构成的电流通路。电路是由电源、负载和中间环节3个基本部分组成。,电源是提供电能的设备，其作用是将其他形式的能量转换为电能。此外，还有将某种形式的电能转换成另一种形式的电能的装置，通常也称为电源。负载是取用电能的设备，其作用是将电能转换为其他形式的能量。中间环节在电路中起传递、分配和控制电能的作用。最简单的中间环节是开关和连接导线，另外，还有保护和测量装置。,2、电路的功能 按工作任务划分，电路的主要功能有两类。电路的第一类功能是进行能量的转换、传输和分配。如图1-1所示。,图1-1,电路的第二类功能是实现信号的传递和处理等。输入信号称为激励(或信号源)，输出信号称为响应其示意图如图1-2所示。,图1-2,简单的电路如图1-3所示的手电筒电路。,图1-3,3、电流 电流是一种物理现象，又是一个表示电流强弱的物理量，在数值上等于单位时间内通过某一导体横截面的电量。 电流是由电荷有规则的定向运动形成的。在如图1-4所示的a、b导体内，设在时间dt内，通过导体横截面S的电量为dq， 则导体中的电流为：,图1-4,如果电流不随时间变化，则这种电流称为恒定电流简称直流。直流电流用大写字母I表示，所以上式可改写为：如果电流的大小和方向都随时间变化，则称为交变电流简称交流。交流电流用小写字母 i表示。,习惯上把正电荷定向运动的方向规定为电流的实际方向，在分析与计算电路时，常任意选定某一方向作为电流的方向，称为正方向或参考方向，它并不一定与电流的实际方向一致。当电流的实际方向与参考方向一致时，电流为正值，如图1-5(a)所示。当电流的实际方向与参考方向相反时，电流为负值，如图1-5(b)所示。,图1-5,4、电压、电位及电动势 （1）电压是衡量电场力做功能力的物理量。如图1-6所示，a和b是电源的两个电极，设a极带正电，b极带负电，因此在两极之间产生电场，其方向从a指向b。如果用导线将a和b连接起来，在 电场力的作用下，正电荷将从a极沿导线移至b极，这表明电场力对电荷做了功。,图1-6,电场力把单位正电荷从a点移动到b点所做的功，称为a、b两点间的电压，用u表示。设电场力将正电荷dq从a点移动到b点所做的功为dw，则a、b两点间的电压u为,大小和极性都随时间变化的电压称为交流电压，交流电压用小写字母u表示。大小和极性都不随时间变化的电压称为恒定电压或直流电压，直流电压用大写字母U表示，所以上式可改写为：,（2）电路中某一点到参考点之间的电压，称作该点的电位。参考点也称零电位点。所以电位还可以定义为：在电路中，电场力把单位正电荷从某一点a移到零电位点所做的功等于该点的电位。电位的单位与电压相同，用伏特( V )表示。电路中两点间的电压也可用这两点间的电位差来表示,即： U ab = U a U b 电路中任意两点间的电压是不变的，与参考点的选择无关，但电位是一个相对量，其值随参考点选择不同而不同。,习惯上把电位降低的方向规定为电压的实际方向，用“+”、“ ”号表示，也可用箭头（“+”指向“ ”）或双下标（如Uab）的变量表示。如图1-7所示。图中方框为电路元件，其加两个端钮，表示任意二端元件。计算电路时，任意选定某一方向作为电压的参考方向，当电压实际方向与其参考方向一致时，电压为正值；当电压实际方向与其参考方向相反时，电压为负值。关联参考方向是指假定的电压正极到负极的方向也是假定电流的流动方向，即电流与电压降参考方向一致，如图1-8所示；若电压与电流参考方向不一致，则称非关联参考方向，如图1-9所示。,图1-7,图1-8,图1-9,（3）什么叫电动势？ 如图1-6所示，为了维持导线中的电流连续并保持恒定，必须使a、b间的电压保持恒定，即必须有另一种力能克服电场力而使电极b上的正电荷经过另一路径移向电极a。电源就能产生这种力，称为电源力。电源力将单位正电荷由低电位端b经过电源内部移动到高电位端a所做的功，称为电源的电动势，用e表示。,电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定为在电源内部由低电位端指向高电位端，即电位升高的方向。 电动势的单位与电压相同，用伏特(V)表示。5、电功率 电场力在单位时间内所做的功称为电功率，简称功率，用p表示。设电场力在dt时间内所做的功为dw，则功率为：在国际单位制中，功率的单位为瓦特，简称瓦(W)。,设元件的电压和电流为关联参考方向,得功率计算式：,p = u i,要注意：如果元件的电压和电流为非关联参考方向，则功率应该取负值。 其计算公式应为： p = u i,根据以上计算及定义，如果p 0表示元件吸收功率，元件是负载；如果 p0表示元件产生功率，元件是电源。,二、 电路模型,(一）电路模型的概念常常将实际元件理想化(也称模型化)。由理想电路元件组成的电路，称为电路模型。理想电路元件(此后理想两字略去)主要有电阻元件、电感元件、电容元件、理想电压源、理想电流源等。前3种元件不产生能量，称为无源元件，后两种元件是电路中提供能量的元件，称为有源元件。,如图1-3 所示的手电筒电路，其电路模型如图1-12所示。干电池是电 源元件，其参数为电动势E和内电阻R0；灯泡是电阻元件，其参数为电阻R；筒体是连接干电池和灯泡的中间环节(还包括开关)，其电阻值微少忽略不计。,图1-12,（二）理想电路元件,1、电阻元件 电阻元件是反映消耗电能这一物理现象的电路元件，符号如图1-10所示。在电压、电流为关联参考方向时，如图1-10 (a) 所示。线性电阻元件的电压与电流成正比。即：U I R （1-8）这个关系称为欧姆定律，比例常数R称为电阻。当电压的单位为V，电流的单位为A时，电阻的单位为欧姆，简称欧()。 电阻元件的功率为：P u i R i2 （1-9） 。,2、电感元件电感元件是反映电流产生磁场、存储磁场能量这一物理现象的电路元件，是一种储能元件。 其存储的磁场能量为：电路符号如图1-13所示。当电流i变化时，磁场也随之变化，并在线圈中产生自感电动势eL。根据法拉第电磁感应定律，当电压、电流为关联参考方向时，如图1-13所示。 电感的自感电动势为：所以，电感两端的电压为：,图1-13,比例常数L称为电感，是表征电感元件特性的参数。当电压的单位为V，电流的单位为A时，电感的单位为亨利，简称亨 ( H )。注意：电感两端的电压等于电流的变化率乘电感量；通过电感中的电流不能“突变”。在直流电路中，电感元件虽有电流，但电流不变，故电压为零，这时电感元件相当于短路。由于电感电压取决于电感电流的变化率，即电流只有在动态（变化）的情况 下才能在电感两端产生电压，故电感元件称为动态元件。,3、电容元件 相互绝缘且靠近的两块金属极板就构成了常用的电容器。电路符号如图1-14所示。当在电容器两端加电压时，两块极板上将出现等量的异性电荷，并在两极板间形成电场。电容元件就是反映电荷产生电场、存储电场能量这一物理现象的电路元件，是一种储能元件。其存储的电场能量为： 电容器极板上的电量q与外加电压u成正比，即： q Cu比例常数C称为电容，是表征电容元件特性的参数。当电压的单位为V，电量的单位为库仑 ( C )时，电容的单位为法拉 ( F )。 当电容上的电压u和电流i为关联参考方向时，如图1-14所示,图1-14,两者的关系为：,注意：通过电容的电流等于其电压变化率乘电容量；加在电容两端的电压不能“突变”。在直流电路中，电容元件上虽然有电压，但电压不变化，放电流为零，这时电容元件相当于开路。由于通过电容的电流取决于电容两端电压的变化率，即加在电容两端的电压只有在动态（变化）的情况下才有电流。故电容元件也称动态元件。,4、理想电压源 理想电压源是一种能产生并能维持一定输出电压的理想电源元件，又称恒压源。恒压源的符号如图1-15所示。图中us电压源的电压，（a）作电源；（b）作负载；（c）直流恒压源；（d）直流恒压源的伏安特性曲线。 恒压源的电压us为确定的时间函数，与流过的电流无关。如果恒压源的电压是定值Us，则称为直流恒压源。直流恒压源也可用如图1-15 ( C ) 所示的符号表示，如图1-15( d )所示是直流恒压源的电压电流关系曲线(简称伏安特性曲线)。恒压源不能短路，否则流过的电流为无限大,图1-15,理想电压源实际上是不存在的，电源内部总是存在一定电阻，称之为内阻，用R0表示。以电池为例，当电池两端接上负载并有电流通过时，内阻就会有能量损耗，电流越 大，损耗越大，输出端电压就越低，因此电池不具有恒压输出的特性。,图1-16,实际电压源可以用一个恒压源US和内阻Ro串联的电路来表示，如图1-16( a )所示虚线框内的电路。图中RL为负载，即电源的外电路。( a ) 图叫电路模型，（b）图为输出伏安特性曲线。分析该电路的功率平衡情况有：US I UI I2 R0 从而得电压源的伏安关系为： US U I R0 上式说明，实际电压源端电压U低于恒压源的电压Us，其原因是存在内阻压降IRo。如图1-16(b)所示为实际直流电压源的伏安特性曲线。由上式或伏安特性曲线可以看出，IRo越小，其特性越接近恒压源。,5、理想电流源 理想电流源是一种能产生并能维持一定输出电流的理想电源元件，又称恒流源。恒流源的符号如图1-17(a)所示，其中I s为恒 流源的电流。图1-17(b) 所示是作为负载。 恒流源的电流Is为确定的时间函数，与两端的电压无关。如果恒流源的电流是定值IS，则称之为直流恒流源，如图1-17 ( c ) 所示 恒流源不能开路，否则其两端的电压为无限大。,图1-17,根据恒流源所连接的外电路，若恒流源两端电压u的实际方向与电流is方向相反，则恒流源发出功率，如图l-17(a)所示。若恒流源两端电压u的实际方向与电流is方向相同，则恒流源吸收功率，如图1-17(b)所示，这时恒流源是电路的负载。,实际电流源可用一个恒流源IS与内电阻R0并联的电路模型来表示，如图1-18所示虚线框内的电路表示一个实际电流源的电路模型。图中RL为负载，即电源的外电路。 电路的平衡情况：电流源的伏安关系为如图1-19所示是实际直流电流源的伏安特性曲线，实际电流源的内阻R0越大，内部分流越小其特性就越接近恒流源。,