電工技術基礎（第5版）（微課版）（AR H5交互版）課件 項目2 電路基本電量及其測量

項目2電路基本電量及其測量任務2.1電流、電流定律及電流測量任務2.2電位、電壓及其測量任務2.3電能、電功率及其測量項目導入

電路的基本電量中，電流是電荷有規(guī)則的定向移動形成的，因此電流是一種物理現(xiàn)象，電流的大小通常用電流強度來表示，用I或i表示；電壓是電路中產(chǎn)生電流的根本原因，數(shù)量上等于電場力把單位正電荷從某點移到另一點所做的功，用U或u表示；電位是從能量角度上描述電路中某點性質的物理量，電路中某點電位的大小，表明單位正電荷由電路中某點移到參考點時電場力做的功，電位用V或v表示；電能表示電流做功所消耗或轉換的能量，因此電能的多少通常用電流做功的多少來衡量，電能用W或w表示；電流在單位時間內做的功稱為電功率，即電功率是用來衡量消耗電能快慢的物理量，用P或p表示。電路測量是電工技術中不可缺少的重要組成部分，其主要任務是借助各種電工儀器儀表對電壓、電流、電能、電功率等進行測量。以便了解和掌握電氣設備的特性、運行情況，檢查電氣元件的質量情況。因此，正確掌握電工儀器儀表的正確使用是工程技術人員的必須。

通過本項目的學習，可使學生增強對電路中基本物理量的認識，進一步理解和掌握電路的基本定律，加深對電氣設備的額定值以及電路的工作狀態(tài)的了解和熟悉程度，培養(yǎng)和鍛煉學生電路測量的基本技能，為后面的學習夯實基礎。技能目標了解電壓表、電流表和功率表的使用方法，掌握電壓表、電流表、功率表的正確連接和測量技能。提出問題什么是電流？電流強度是什么？電流測量中應注意哪些技術掌握？基爾霍夫電流定律你理解和掌握的如何？任務1.2電感的識別、應用和測量知識準備

電的發(fā)現(xiàn)可以說是人類歷史的革命，人對電的需求夸張的說其作用不亞于人類世界的氧氣，如果沒有電，人類的文明現(xiàn)在還會在黑暗中探索。2.1.1電流idqdt=……（2.1）I

Q

t=……（2.2）電荷有規(guī)則的定向移動形成電流。電流的大小用電流強度表征，定義式為：大小、方向均不隨時間變化的穩(wěn)恒直流電可表示為：

電學中各量的表示方法及正確書寫：按照慣例，不隨時間變動的恒定電量或其他恒定參量用大寫英文字母表示，如直流電壓和直流電流分別寫作“U、I”；隨時間變動的電量或其他參量通常用小寫英文字母表示，如交變電壓和交變電流分別寫作“u、i”。在電工技術分析中，僅僅指出電流的大小是不夠的，通常以正電荷移動的方向規(guī)定為電流的參考正方向。電流的國際單位制是安培【A】、毫安【mA】、微安【μA】和納安【nA】，其換算關系為：1A=103mA=106μA=109nA注意2.1.2基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律是將物理學中的“液體流動的連續(xù)性”和“能量守恒定律”用于電路中，電流定律指出：任一時刻，流入任一結點的電流的代數(shù)和恒等于零。I1I2I3I4a–I1+I2–I3–I4=0若以指向結點的電流為正，背離結點的電流為負，則根據(jù)KCL，對結點a可以寫出：數(shù)學表達式：例：解：求左圖示電路中電流i1、i2。i1i4i2i3?整理為：

i1+i3=i2+i4可列出KCL：i1–i2+i3–i4=0例：–i1–i2+10+(–12)=0→

i2=1A

–

4+7+i1=0→

i1=－3A

??7A4Ai110A-12Ai2其中i1得負值，說明它的實際方向與參考方向相反?；想娏鞫傻耐茝VI=?I1I2I3例例I1+I2=I3I=0IU2+_U1+_RU3+_RRR廣義節(jié)點電流定律還可以擴展到電路的任意封曲面。廣義節(jié)點2.1.3電流的測量毫安表

實際測量時，如果無法正確估算電流值的范圍，應把毫安表打到最大量程，再根據(jù)實際測量值調整到合適的量程（為使測量值誤差最小，應使測量值在指針偏轉的2/3及以上處）。

表盤指示屏量程選擇旋鈕出線端子進線端子

實用中，由于電流表的內阻數(shù)值都非常小，測量時不允許把電流表跨接在電源兩端，以免過大的電流把電流表燒毀。因此，電流表必須串接在被測支路中。而且在測直流電流時一定要注意電表極性不能接反。+－測量直流電流通常采用磁電式電流表，測量交流電流主要采用電磁式電流表。電流表必須與被測電路串聯(lián)，否則將會燒毀電表。此外，測量直流電流時還要注意儀表的極性。電流表擴大量程的方法是在表頭上并聯(lián)一個稱為分流器的低值電阻RA，分流器的阻值RA=R0/(n－1)。式中R0為表頭內阻，n=I/I0為分流系數(shù)，其中I0為表頭的量程，I為擴大后的量程。敢為人先，挑戰(zhàn)自我

從一名普通的維修電工成長為國家級技能大師，他用匠心鉆研，打破多項國外技術壟斷，填補工程機械行業(yè)AGV應用空白；他雖不善言辭，卻用行動甘為沃土廣育桃李。他就是全國勞動模范、全國五一勞動獎章獲得者——山東臨工工程機械有限公司技能大師邱峰。

上世紀90年代，山東臨工從國外進口了一批自動化設備，雖提高了工作效率，但又遇到了新麻煩。進口設備一旦發(fā)生故障，就得停工等著國外公司派人來修，一次下來就得花上好幾萬塊錢。

邱峰被國外技術壟斷深深刺痛了，如果不能掌握大型數(shù)控設備的維修技術，隨時會受制于人。不服輸?shù)那穹逭襾硪槐具M口設備說明書，一看卻傻眼了：說明書看不懂，英文的，買了本詞典，對著詞典查單詞，把單詞標到圖紙上邊，對著說明書找元件在什么地方。功夫不負有心人，憑著一股韌勁，邱峰不僅吃透了進口設備整個構造原理，還逐漸掌握了關鍵維修技術，一旦遇到維修難題，公司已不再邀請外國專家。

靠著對機械行業(yè)發(fā)自內心的熱愛，他三十年如一日，兢兢業(yè)業(yè)深耕行業(yè)技術，在平凡崗位創(chuàng)造了非凡業(yè)績，先后獲得山東省“首席技師”、全國“技術能手”、全國五一勞動獎章等榮譽稱號。匠心筑夢、行穩(wěn)致遠。如今，邱峰團隊繼續(xù)攻堅克難，研制出載重10噸的大型自動導引車，擁有自主知識產(chǎn)權的二代擰緊機等多項發(fā)明專利，將外國壟斷的核心技術，牢牢地掌握在自己手中。。拓展閱讀提出問題

你了解電位和電壓的概念嗎？電壓和電位有什么區(qū)別和聯(lián)系？基爾霍夫電壓定律你是如何理解和掌握的？電位和電壓的測量技能你掌握了嗎？任務2.2電位、電壓及其測量知識準備

電路中各點電位的高低，都是相對于電路參考點而言的，只有電路參考點確定了，電路中各點電位才是唯一和確定的，因此，電位是相對的量。電路中任意兩點間電位的差值稱為兩點間的電壓，電壓與參考點無關，其大小方向取決于兩點電位的差值，是絕對的量。2.2.1電位唐古拉山主峰格拉丹東雪峰海拔6,549米，珠穆朗瑪峰高達8844.43米……它們均以海平面作為參照高度之后才具有了可比性，才能確切地說出這些山峰的具體高度。電力系統(tǒng)中，通常選取大地作為參考點，且電路中的公共連接點也往往與機殼相連后“接地”，因此也常把參考點稱為“地點”，用接地符號“⊥”標示在在電路圖中。

電位在數(shù)值上等于電場力將單位正電荷從電場中某點移到參考點所做的功，即：va

dwadq=……（2.5）式中電功w的單位是焦耳[J]，電量q的單位是庫侖［C］，電位v的單位是伏特［V］。在大小和方向都不隨時間變化的直流電路中，上式改為：Va

WaQ=……（2.6）電位的單位還有毫伏和千伏，其換算關系為：1V=103mV=10－3kVVa=+5V

a

點電位：ab1

5Aab1

5A例例

電位具有相對性，規(guī)定參考點的電位為零電位。因此，相對于參考點較高的電位呈正電位，較參考點低的電位呈負電位。Vb=-5V

b點電位：2.2.2電位的計算＋－12V例求開關S打開和閉合時a點的電位值。－12V6kΩ4kΩ20kΩ＋12VS解畫出S打開時的等效電路：baSbadc6kΩ4kΩc20kΩ＋－12V顯然，開關S打開時相當于一個閉合的全電路，a點電位為：S閉合時的等效電路：6kΩ4kΩ20kΩ＋－12V＋－12VbacS閉合時，a點電位只與右回路有關，其值為：dd例電路如下圖所示，分別以A、B為參考點計算C和D點的電位。10V2

+–5V+–3

BCDIA解以A點為參考電位時I=10+53+2=3AVC=3

3=9VVD=

3

2=–6V以B點為參考電位時VD=–5VVC=10V

電路中各點的電位均相對于電路參考點，其值隨參考點選擇的不同而改變。2.2.3電位的測量測量電路中某點電位時應用電壓表或萬用表的電壓檔。

測量電位時，應選擇合適的量程，讓黑表棒與參考點（電路中的公共連接點）相接觸，紅表棒與待測點相接觸，此時電表指示值即為待測的電位值。2.2.4

電壓電燈之所以被點燃，是因為在它兩端加上了220V的電壓。電動機之所以能夠運轉，也是因為其定子繞組上加了電壓。在電學中，電壓的大小等于電路中兩點電位的差值，即

電壓是產(chǎn)生電流的根本原因。電路中之所以能形成電流，是因為電路中存在電位差。電學中規(guī)定：電壓的實際方向由電位高的“+”端指向電位低“－”端，即電位降低的方向，因此電壓又常稱為電壓降。（2.7）在大小和方向都不隨時間變化的直流電路中，電壓用大寫英文字母“U”表示。1.幾個電路名詞支路：一個或幾個二端元件首尾相接中間沒有分岔，使各元件上通過的電流相等。（m）結點：三條或三條以上支路的聯(lián)接點。（n）回路：電路中的任意閉合路徑。（l）網(wǎng)孔：其中不包含其它支路的單一閉合路徑。m=3l=3n=2112332網(wǎng)孔=2+_R1US1+_US2R2R3ab2.2.5基爾霍夫電壓定律2.基爾霍夫電壓定律的內容及應用基爾霍夫電壓定律是用來確定回路中各段電壓之間關系的電壓定律。回路電壓定律依據(jù)“電位的單值性原理”，它指出：任一瞬間，沿任一回路參考繞行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。數(shù)學表達式為：ΣU=0然后根據(jù)：

U=0I1+US1R1I4US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4得：-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0–R1I1–US1+R2I2+R3I3+R4I4+US4=0–R1I1+R2I2+R3I3+R4I4=US1–US4電阻壓降可得KVL另一形式：∑IR=∑US電源壓升先標繞行方向根據(jù)ΣU=0對回路#1列KVL方程電阻壓降#1#2例電源壓升#3即電阻壓降等于電源壓升此方程式不獨立省略！對回路#2列KVL常用形式對回路#3列KVL方程I1I2I3R3US1+_US2_+R1R2#1方程式也可用常用形式

KVL方程式的常用形式，是把變量和已知量區(qū)分放在方程式兩邊，顯然給解題帶來一定方便。圖示電路KVL獨立方程為KVL

推廣應用于假想的閉合回路或寫作對假想回路列KVL：USIUR+_+_ABCUA+_UAB+_UB+_UA

UB

UAB=0UAB=

UA

UBUS

IR

U

=0U

=US

IR對假想回路列KVL：或寫作2.2.6電壓的測量理想電壓表的內阻無窮大，但工程實際中的電壓表，其內阻均為有限值。根據(jù)電壓表內阻的不同其精度也各不相同，精度越高的電壓表，其內阻值越大。在測量電路中某兩點間的電壓時，電壓表必須與被測支路相并聯(lián)。如果使用中誤將電壓表與被測電路相串聯(lián)，則由于其高內阻而電表不動作。此外，測量直流電壓時一定要注意儀表的極性不要接反。+－測量直流電壓通常采用磁電式電壓表，測量交流電壓主要采用電磁式電壓表。電壓表必須與被測電路并聯(lián)，否則將會燒毀電表。此外，測量直流電壓時還要注意儀表的極性。擴大量程的方法是在表頭上串聯(lián)一個稱為倍壓器的高值電阻RV，倍壓器的阻值RV=(m－1)R0。式中R0為表頭內阻，m=U/Uo為倍壓系數(shù)，U0為表頭的量程，U為擴大后的量程。提出問題

電能如何表述的？電能與電功有什么區(qū)別與聯(lián)系？你了解電度表的結構與工作原理嗎？電路中如何測量電能？你如何理解電功率概念？你對電功率常用的單位了解嗎？你是否掌握了負載獲得最大功率的條件？你會用功率表測量電功率嗎？什么是電氣設備的額定值？如果電氣設備實際電壓與額定電壓不符，會產(chǎn)生什么問題？你了解電路通常有哪些工作狀態(tài)嗎？任務2.3

電能、電功率及其測量知識準備

電能是指電流做功的能力，是一種經(jīng)濟、實用、清潔且容易控制和轉換的能源形態(tài)，是科學技術的發(fā)展、人民經(jīng)濟飛躍的主要動力，在人類文明世界中起到重大的作用。

電功率是衡量電流在單位時間內所做的功，用電器上面標定的額定電功率，其數(shù)值大小反映了用電器能量轉換的本領。

電氣設備的額定值是根據(jù)設計、材料及制造工藝等因素，由制造廠家給出的設備各項性能指標和技術數(shù)據(jù)。按照額定值使用電氣設備時，安全可靠且經(jīng)濟合理。

電路工作時的狀態(tài)可分為三種：通路、開路（斷路）和短路。2.3.1電能電流所具有的能量稱為電能。電能可以用電度表來測量，其國際單位制是焦耳［J］，常用的單位是度［kW·h］，二者之間的單位換算關系為：1度電的概念1000W的電爐加熱1小時100W的燈泡照明10小時40W的燈泡照明25小時電能的多少通常可用電功來量度。電功的計量公式為：（2.9）式中:U的單位為

[V]，I

的單位為[A]，t的單位為[s]時，電能的單位就是焦耳[J]。

?日常生活中，用電度表測量電功。當用電器工作時，電度表轉動并且顯示電流作功的多少。顯然電功的大小不僅與電壓電流的大小有關，還取決于用電時間的長短。結構圖中的電壓線圈1、電流線圈2和鋁制轉盤3組成驅動機構，用來產(chǎn)生轉動力矩。當電壓線圈和電流線圈通過交流電流時，就有交變的磁通穿過轉盤，在轉盤上感應出渦流，渦流與交變磁通相互作用產(chǎn)生轉動力矩，從而使轉盤轉動。圖中：1－電壓線圈2－電流線圈3－鋁盤4－轉軸

5－上軸承6－下軸承7－蝸桿8－永久磁鐵9－磁軛電度表工作原理2.3.2電能表及其測量①在不超過500伏的低電壓和幾十安以下電流的情況下，電能表可直接接入電路進行測量。②在高電壓或大電流情況下，電能表不能直接接入線路，需配合電壓互感器或電流互感器使用。③對于直接接入線路的電能表，要根據(jù)負載電壓和電流選擇合適的規(guī)格，使電能表的額定電壓和額定電流，等于或稍大于負載的電壓或電流。另外，負載的用電量要在電能表額定值的10％以上，否則計量不準。甚至有時根本帶不動鋁盤轉動。所以電能表不能選得太大；選擇太小又容易燒壞電能表。④單相電能表與電路相連接時，應注意其正確連接方法：通常在電能表連線盒內有向外引出的4個連線端子，從左往右數(shù)第1和第3個端子與戶外引入的火線與零線相連；第2和第4個端子和戶內引出的火線與零線相連。電能的測量電能表（電度表）的接線示意圖

圖示為單相電度表的接線方法。當線路電流大于電度表允許電流時，就必須通過電流互感器接入。被測電能為：W=KW讀。（K為電表系數(shù)）1.電功率2.3.3電功率及其測量

單位時間內電流所作的功稱為電功率，電功率的大小表征了設備能量轉換的本領。P=UI=I2R=U2/R式中：U【V】，I【A】，電功率P的單位是瓦特【W(wǎng)】。

用電器的銘牌數(shù)據(jù)值稱為額定值，額定值指用電器長期、安全工作條件下的最高限值，一般在出廠時標定。額定電功率反映了設備能量轉換的本領。例如額定值為“220V、1000W”的電動機，是指該電動機運行在220V電壓時、1秒鐘內可將1000焦耳的電能轉換成機械能和熱能；“220V、40W”的電燈，表明該燈在220V電壓下工作時，1秒鐘內可將40焦耳的電能轉換成光能和熱能。電功率的測量采用電動式儀表。測量時儀表的固定線圈又叫電流線圈，與負載串聯(lián)，反映負載中的電流；可動線圈又叫電壓線圈，與負載并聯(lián)，反映負載兩端電壓。連接方法如下：功率表電壓線圈其中一個端鈕上有標記“＊”號，電流線圈其中一個端鈕上也有標記“＊”號，它們分別稱為電壓線圈和電流線圈的發(fā)電機端。這兩個端子應用一根短接線相連后，與電源的火線相接，稱之為前接法。2.電功率的測量功率表分格常數(shù)：被測功率：3.功率表的正確讀值在多量程功率表中，刻度盤上只有一條標尺，它不標瓦特數(shù)，只標示分格數(shù)，因此，被測功率須按所選量程正確讀出?？潭缺P上的標尺格數(shù)為