直流電路基礎(chǔ)知識(shí)-文檔資料

1、2021/4/6,1,項(xiàng)目一 直流電路基礎(chǔ)知識(shí),2021/4/6,2,項(xiàng)目一 直流電路基礎(chǔ)知識(shí),知識(shí)目標(biāo)： 了解電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)的基本概念，掌握其單位及單位的換算； 了解電阻的概念和電阻與溫度的關(guān)系； 掌握歐姆定律，熟練應(yīng)用歐姆定律進(jìn)行計(jì)算； 理解電能和電功率的概念，掌握焦耳定律，掌握電能、電功率的計(jì)算。 技能目標(biāo)： 會(huì)使用直流電壓表、電流表 會(huì)用萬用表測(cè)量直流電壓、直流電流和電阻。,2021/4/6,3,任務(wù)一 電路及電路圖,1.1 電路的組成 電路是電流流通的途徑，電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能要通過閉合電路來完成。因此，為了利用電能，必須組成各種形式的電路。電路是由電源、導(dǎo)線、開關(guān)和負(fù)載四大部

2、分組成。下圖是直流電動(dòng)機(jī)控制回路，當(dāng)開關(guān)閉合，電池給電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)開關(guān)斷開，電流不能形成回路，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。,2021/4/6,4,（1）電源 電源是電路的源泉，它為電路提供電能?，F(xiàn)在應(yīng)用的電源有各種干電池電源、太陽能電源、風(fēng)力發(fā)電電源、火力發(fā)電電源、水力發(fā)電電源、核能發(fā)電電源等。 （2）導(dǎo)線 導(dǎo)線構(gòu)成電路的通路。因?yàn)橛猛静煌?，?dǎo)線的種類繁多，主要用于電力系統(tǒng)作為輸電導(dǎo)線。 （3）開關(guān) 開關(guān)是控制電路通、斷的電器（設(shè)備），根據(jù)用途不同，其體積、形狀差別很大。用在電子儀器、設(shè)備上的有微型開關(guān)；用在電力設(shè)備上的有耐高壓、大電流的高壓開關(guān)，用在運(yùn)動(dòng)設(shè)備上有接近開關(guān)，用在一般設(shè)備上的有刀

3、開關(guān)、空氣開關(guān)等。 （4）負(fù)載 負(fù)載是消耗電能的設(shè)備，電路通過負(fù)載，將電源的電能轉(zhuǎn)化為熱能、機(jī)械能、光能等其他形式的能，為人們所用。電路的負(fù)載常用的有以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的各種機(jī)械；以電阻加熱的電爐、電熱器、電吹風(fēng)、電烙鐵等；以發(fā)光為目的的各種電光源；在電子電路中的各種耗能器件，發(fā)射裝置等，都可以視為電源的負(fù)載。,2021/4/6,5,圖1-4各類開關(guān),（b）低壓電器斷路器,（c）電子接近開關(guān),（d）電路符號(hào),（a）低壓電路翹板開關(guān),圖1-5電路負(fù)載,（a）電動(dòng)機(jī),（b）節(jié)能燈,（c）電暖器,（d）電路符號(hào),2021/4/6,6,1.2 電路的物理量 1.2.1 電流 1.電流的形成。電流就是電子在電

4、場(chǎng)力作用下有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)。 在導(dǎo)體中形成電流的條件是：有可以移動(dòng)的電荷和維持電荷作定向移動(dòng)的電場(chǎng)。 2.電流強(qiáng)度 單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體截面電荷量的多少稱為電流強(qiáng)度。它是表征電流大小的物理量。 電流強(qiáng)度的單位為安培，簡(jiǎn)稱安，符號(hào)為A。,圖1-6電流的形成 （a）未通電狀態(tài)（b）通電狀態(tài),2021/4/6,7,設(shè)在t時(shí)間內(nèi)，流過截面S的電荷量為Q，則電流強(qiáng)度為 如果電流的大小和方向都不隨時(shí)間的變化而變化，則稱為穩(wěn)恒直流電，簡(jiǎn)稱直流電。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 3.電流的正方向 在電路的計(jì)算中，電流的實(shí)際方向有時(shí)不好確定，為了計(jì)算方便，可先假定一個(gè)電流的正方向，這個(gè)假定的電流正方向稱為參考方向，并在電路中用箭

5、頭標(biāo)出。 通過計(jì)算后，如果計(jì)算值為正，則電流的實(shí)際正方向與假定的參考方向相同；如果計(jì)算值為負(fù)，則電流的實(shí)際正方向與假定的參考方向相反。,I,I0,I,I0,實(shí)際方向,參考方向,（a）參考方向與實(shí)際方向相同,（b）參考方向與實(shí)際方向相反,2021/4/6,8,1.2.2 電壓、電位、電動(dòng)勢(shì) 1電壓 下圖是水的循環(huán)流動(dòng)示意圖。我們以水的循環(huán)流動(dòng)來說明電流在電路中的流動(dòng)原理。 流和水流有著相似的規(guī)律，如圖1-10所示，要想形成圖中電流，必須在白熾燈兩端存在電位差（類似水槽的水位差）。 A、B極板之間的電位差稱為A、B兩點(diǎn)之間的電壓UAB。 電壓的正方向規(guī)定為：由高電位指向低電位，即從電源的正極指向負(fù)

6、極。電壓的方向用“”、“-”號(hào)來表示。 電壓的單位是伏特，簡(jiǎn)稱伏，符號(hào)為V。,圖1-9水流方向,圖1-10電動(dòng)勢(shì)、電壓說明圖,2021/4/6,9,2.電位 電位的定義：取電路中任一點(diǎn)作為參考點(diǎn)，并規(guī)定為零電位，電路中任一點(diǎn)到參考點(diǎn)之間的電壓，就稱為該點(diǎn)的電位。 電位的方向：當(dāng)某點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓為正時(shí)，則該點(diǎn)的電位為正；當(dāng)某點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓為負(fù)時(shí)，則該點(diǎn)的電位為負(fù)。電位用符號(hào)“V”來表示。 電壓是電路中的兩點(diǎn)電位之差，電路中任意兩點(diǎn)間的電壓大小，僅取決于這兩點(diǎn)電位的差值，與電位參考點(diǎn)的選擇無關(guān)。電位的單位與電壓的單位相同。 3.電動(dòng)勢(shì) 電動(dòng)勢(shì)就是表征電源力對(duì)電荷做功能力的物理量。電動(dòng)勢(shì)的方向規(guī)

7、定為由電源的負(fù)極指向正極，用“”、“-”號(hào)來表示，如圖1-10所示。 電動(dòng)勢(shì)的方向規(guī)定為由電源的負(fù)極指向正極，用“”、“-”號(hào)來表示。 電動(dòng)勢(shì)的單位也是伏，符號(hào)為V 。,2021/4/6,10,1.2.3 電流、電壓的測(cè)量 1電流的測(cè)量 測(cè)量時(shí)將表的兩個(gè)接線端串聯(lián)在電路中（千萬不可并聯(lián)在電路上），表的“”端為電流的流入端；表的“”端為電流的流出端。根據(jù)表針?biāo)甘镜目潭?，讀出電流的大小。,2021/4/6,11,2電壓的測(cè)量 測(cè)量時(shí)將表的兩個(gè)接線端并聯(lián)在被測(cè)電壓的兩端 ，測(cè)量時(shí)表的“+”接線端接被測(cè)電壓的正極，“-”接線端接被測(cè)電壓的負(fù)極。根據(jù)表針?biāo)甘镜目潭?，讀出電壓的大小。,2021/4/6

8、,12,1.3 電阻 1.3.1導(dǎo)體的電阻 1.導(dǎo)體電阻的概念 圖1-14所示是電子在導(dǎo)體中流動(dòng)示意圖。圖1-14a和圖1-14b是不同的兩種導(dǎo)體材料，材料內(nèi)的原子結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)體對(duì)電子流動(dòng)呈現(xiàn)出的“阻力”不同；圖1-14c是同一種導(dǎo)體材料，由于材料的截面積不同，導(dǎo)體對(duì)電子流動(dòng)呈現(xiàn)出的“阻力”不同。導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用稱為導(dǎo)體的電阻，用符號(hào)“R”來表示，其基本單位為歐姆（）。較大的單位有k和M。 其換算關(guān)系為1M=1000k、1 k=1000,圖1-14 電子在導(dǎo)體中流動(dòng)示意圖 a)導(dǎo)體中“障礙物”少b)導(dǎo)體中“障礙物”多 c）導(dǎo)體截面積不同電子所受阻力不同,2021/4/6,13,2.導(dǎo)體的電

9、阻率與溫度系數(shù) 1）電阻定律 導(dǎo)體電阻的大小與導(dǎo)體的電阻率和導(dǎo)體長度成正比，與導(dǎo)體的橫截面S成反比，用公式表示為 當(dāng)溫度變化時(shí)，導(dǎo)體的電阻率也隨之變化。如果導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而升高，則為正溫度系數(shù)導(dǎo)體；反之，則為負(fù)溫度系數(shù)導(dǎo)體。所有金屬的電阻率都隨溫度的升高而增大，因此，金屬均為正溫度系數(shù)導(dǎo)體。當(dāng)溫度在0100 OC范圍內(nèi)變化時(shí)，大部分金屬的電阻率與溫度成如下的線性關(guān)系： 溫度為t時(shí)的電阻率，單位為m；0溫度為0時(shí)的電阻率；電阻的溫度系數(shù),2021/4/6,14,1.3.2電阻器 1.電阻器的作用和分類 電阻器是應(yīng)用具有一定電阻率的導(dǎo)電材料制成的電路元件。電阻器亦簡(jiǎn)稱為電阻，是工程技術(shù)中

10、用量最大的電路元件之一。 為了適應(yīng)不同電路和不同工作條件的需要，電阻器的品種規(guī)格繁多，按外形結(jié)構(gòu)可分為固定式和可變式兩大類。常用電阻器的外形及用途。 2.電阻元件模型及電路符號(hào) 實(shí)際電路中的電阻器、白熾燈、電爐、電烙鐵等電路器件，在電路中表現(xiàn)出來的都是電阻的特性，為了分析方便，就不考慮它們的結(jié)構(gòu)、形狀等次要因素，只考慮它的電阻，這個(gè)電阻就稱為實(shí)際電路器件的電阻元件模型。電阻元件模型也簡(jiǎn)稱為電阻，其電路符號(hào)如圖1-16所示。電阻是耗能元件，它將電能不可逆地轉(zhuǎn)換為熱能。,2021/4/6,15,電阻器的外形、特征及用途,2021/4/6,16,電阻的標(biāo)稱阻值的標(biāo)注方法,1.直標(biāo)法 主要參數(shù)直接標(biāo)注

11、在電阻器的外殼上。,表示電阻器的商標(biāo)；RJ“R”代表電阻器，“J”表示電阻器由金屬材料制作而成； 1W表示電阻器的額定功率為1W； 5.1k表示電阻器的的電阻值為5.1k； 5%電阻值的允許偏差值為5%。,2021/4/6,17,電阻的標(biāo)稱阻值的標(biāo)注方法,2.數(shù)碼法 用3或4位阿拉伯?dāng)?shù)字來標(biāo)注電阻的阻值,472表示： 104表示：,4501表示：,1123表示：,2021/4/6,18,電阻的標(biāo)稱阻值的標(biāo)注方法,3.色標(biāo)法 用不同顏色的色環(huán)或色點(diǎn)表示電阻的阻值和允許誤差。,使用最多的標(biāo)注方法,2021/4/6,19,電阻的標(biāo)稱阻值的標(biāo)注方法,2021/4/6,20,案例：色環(huán)電阻的識(shí)別,例：識(shí)

12、別某四環(huán)電阻電阻：,（棕綠紅金）,解 ：第一位有效數(shù)字：3； 第二位有效數(shù)字：3； 第三位10的5次方（即100000）； 第四位允許誤差為5% 即阻值為：33100000=3.3106=3.3M,2021/4/6,21,敏感電阻器實(shí)物,壓敏電阻,光敏電阻,正溫度熱敏電阻PTC,汽敏電阻,負(fù)溫度熱敏電阻NTC,濕敏電阻,2021/4/6,22,線性電阻和非線性電阻,電阻兩端的電壓與通過它的電流成正比，其伏安特性曲線為直線，這類電阻稱為線性電阻，其電阻值為常數(shù)；反之，電阻兩端的電壓與通過它的電流不是線性關(guān)系的電阻稱為非線性電阻，其電阻值不是常數(shù)。一般常溫下金屬導(dǎo)體的電阻是線性電阻，在其額定功率內(nèi)

13、，其伏安特性曲線為直線。電視機(jī)的消磁電阻在電視機(jī)正常工作時(shí)，它的阻值很大，耗電很少，然而在電視機(jī)剛剛接通電源的一剎那，消磁電阻的阻值因發(fā)熱阻值變得很大，做正常工作電流很小。消磁電阻就是非線性電阻。,2021/4/6,23,1.3.3 電阻的測(cè)量 測(cè)量電阻用歐姆表。圖1-17是用指針式萬用表的歐姆擋測(cè)量電阻，測(cè)量前先將萬用表的旋轉(zhuǎn)開關(guān)旋到電阻擋，然后將兩表筆短路校零（兩表筆短路的同時(shí)旋轉(zhuǎn)表盤上的校零可調(diào)電阻，使表針指到右邊零刻度）。測(cè)量時(shí)兩表筆搭在被測(cè)電阻的兩端，表針指示的刻度既是被測(cè)電阻的阻值。如果被測(cè)電阻連接在電路中，測(cè)量時(shí)必須將電阻與電路斷開，更不允許電路帶電測(cè)量。,圖1-16 電阻元件的

14、電路符號(hào),圖1-17電阻的測(cè)量,2021/4/6,24,1.4 歐姆定律 我們生活中有這樣的經(jīng)驗(yàn)：當(dāng)我們打開水龍頭時(shí)，如果水管中的壓力大，水流就大；如果水管中的壓力小，水流就?。ㄒ妶D1-18）。 在同一條水管中，水管中水的壓力大，水的流速大，反之，水的流速小。在廣場(chǎng)的音樂噴泉中，噴出的水柱高度隨著音樂的節(jié)奏跳躍變化，水柱高時(shí)水泵的出口壓力高；水柱低時(shí)水泵的出口壓力低。,圖2-18水管壓力不同，水的流速不同 （a）水管壓力小，水流緩慢 （b）水管壓力大，水流速度快,2021/4/6,25,在電阻電路中，電壓和電流也有著類似的規(guī)律：即加在同一個(gè)電阻上的電壓高，電阻中的電流大，反之，電流小。 1.4

15、.1電阻電路歐姆定律 一段只含有電阻、而不含有電源的電路，稱為電阻電路，如圖1-19所式。,a)關(guān)聯(lián)參考方向 b)非關(guān)聯(lián)參考方向 圖 1-19 部分電阻電路,2021/4/6,26,電阻電路的歐姆定律可表述為：流經(jīng)電阻的電流與加在電阻兩端的電壓成正比，與電阻的阻值成反比，其表達(dá)式為 或 （ 1-7） 在式1-7中，電壓與電流的正方向設(shè)定為一致，稱為關(guān)聯(lián)參考方向，如圖1-19a所示；如果電壓與電流的正方向設(shè)定相反,如圖1-19b所示, 則稱為非關(guān)聯(lián)參考方向，非關(guān)聯(lián)參考方向的表達(dá)式為 （1-8） 在以后的電路分析中，如不加特別說明，均為關(guān)聯(lián)參考方向。,a)關(guān)聯(lián)參考方向 b)非關(guān)聯(lián)參考方向 圖 1-

16、19 部分電阻電路,2021/4/6,27,歐姆定律只適應(yīng)于線性電阻電路，即當(dāng)電壓和電流變化時(shí)，電阻的阻值不變。圖1-20a是線性電阻的伏安特性曲線。某些電阻元件，如半導(dǎo)體二極管的正向電阻、白熾燈的燈絲電阻，它們不遵循歐姆定律，伏安特性曲線是一條曲線，這種電阻稱為非線性電阻，它的阻值隨工作電壓的變化而變化，如圖1-20b所示。,a）線性電阻的伏安特性 b）非線性電阻的伏安特性 圖 1-20 電阻的伏安特性曲線,2021/4/6,28,1.4.2全電路歐姆定律 由含有內(nèi)阻的電源和負(fù)載電阻組成的閉合回路稱為全電路。最簡(jiǎn)單的全電路如圖1-21所示，圖中E 為電動(dòng)勢(shì)，RO為電動(dòng)勢(shì)的內(nèi)阻，R為外電路負(fù)載

17、電阻。,圖 1-21簡(jiǎn)單的全電路,2021/4/6,29,全電路的歐姆定律可表述為：通過全電路的電流與電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，與電路中的總電阻成反比，其表達(dá)式為 或 （1-9） 由式中可見，為外電路電阻上的電壓，令 ；為內(nèi)電路內(nèi)阻上的電壓，令 ，則有 （1-10） 此式稱為全電路電壓平衡方程式，它說明了在一個(gè)閉合電路中，電壓升（電動(dòng)勢(shì)E）等于電壓降（ ）。,歐姆定律的應(yīng)用并不是簡(jiǎn)單的套用公式，而往往是要分析解決實(shí)際問題。,2021/4/6,30,實(shí)訓(xùn)：電路物理量的測(cè)量,實(shí)訓(xùn)內(nèi)容：學(xué)習(xí)電阻的測(cè)量，驗(yàn)證歐姆定律， 計(jì)算電功率。 實(shí)訓(xùn)要求：測(cè)量電阻前要校零，學(xué)習(xí)電阻的測(cè)量和讀數(shù)；通過對(duì)電阻、電流、電壓三

18、個(gè)參數(shù)的測(cè)量，將測(cè)量值代入 以驗(yàn)證歐姆定律的正確性。,（b）測(cè)電阻,（a）電子調(diào)零,（c）測(cè)量電路中電流,（d）測(cè)直流電壓,2021/4/6,31,案例1 收音機(jī)電流調(diào)試,1.4.3 活學(xué)活用 1.確定電路的工作電流 大家知道，測(cè)量電流要將電流表串聯(lián)在電路中，需要將電路斷開將表串入，測(cè)量很不方便。我們又知道，測(cè)量電壓是將電壓表并聯(lián)在被測(cè)電路兩端，測(cè)量時(shí)很方便。在條件許可的情況下，都是利用測(cè)量電壓的方法，測(cè)量出電壓，再換算出電流。 案例敘述 圖1-23a、b是收音機(jī)的外形和內(nèi)部電路，圖1-23c是收音機(jī)的部分電路及測(cè)量圖。我們?cè)诮M裝收音機(jī)時(shí)，要調(diào)整電路的靜態(tài)電流，在調(diào)整時(shí)要測(cè)量電流的大小。,20

19、21/4/6,32,圖1-23 測(cè)量收音機(jī)的工作電流 a) 收音機(jī)外形 b) 收音機(jī)內(nèi)部電路 c) 收音機(jī)部分電路及測(cè)量方法,2021/4/6,33,案例分析 圖中電阻R17的工作電流要求為0.4 0.6mA，電阻的阻值為51。因?yàn)殡娏鞑环奖銣y(cè)量，我們用測(cè)量R17電阻兩端電壓的方法來間接的取得被測(cè)電流。根據(jù)歐姆定律 U=IR=（0.4 0.6）51V=(20.4 30.6)mV 即測(cè)出的電壓值在20.430.6mV之間時(shí)，電路中的電流值為合格。,2021/4/6,34,案例2 變頻器檢測(cè)過電流,案例敘述 圖1-24為變頻器（一種用于電動(dòng)機(jī)調(diào)速的電力電子設(shè)備）內(nèi)部電流檢測(cè)電路。該檢測(cè)電路為變頻器

20、的電子保護(hù)電路提供電流檢測(cè)信號(hào)。,圖中采用了電阻率很小的金屬板作為“檢測(cè)電阻”，當(dāng)工作電流流過檢測(cè)電阻，在電阻兩端產(chǎn)生電壓降，這個(gè)電壓降就是電流檢測(cè)信號(hào)。 檢測(cè)電阻的阻值為0.002，變頻器額定工作電流為100A。當(dāng)電流不超過100A時(shí)，變頻器不報(bào)警。,圖1-24 變頻器檢測(cè)電流的測(cè)量,2021/4/6,35,變頻器因?yàn)閳?bào)警過電流，維修人員對(duì)變頻器的工作電流進(jìn)行檢查?，F(xiàn)測(cè)得金屬板兩端的電壓為0.25V，請(qǐng)分析變頻器是否真的過電流。 案例分析 變頻器正常工作時(shí)金屬板兩端電壓為 U=IR=1000.002V=0.2V 測(cè)得值為0.25V時(shí)對(duì)應(yīng)的電流值為 I=U/R=0.25/0.002=125A

21、因?yàn)?25A100A,顯然變頻器是處于過電流狀態(tài)，要進(jìn)一步檢查變頻器的過電流原因。,2021/4/6,36,案例1 電烙鐵發(fā)熱量不足,2.電路參數(shù)發(fā)生了變化，使電路工作不正常 案例現(xiàn)象 某電氣維修工使用的一把電烙鐵發(fā)熱量不足，不知是什么原因。電烙鐵的正常工作參數(shù)為：電壓220V，電流90mA。,圖1-25 電烙鐵 a) 電烙鐵外形 b)等效電路,2021/4/6,37,案例分析 電烙鐵的發(fā)熱體就是一個(gè)線繞電阻，如圖1-25b所示。發(fā)熱量不足一是外加電壓低于220V，二是電烙鐵的工作電流小于正常值。 用電壓表測(cè)量220V電源電壓，為正常值；用電阻表（萬用表的歐姆檔）測(cè)量電烙鐵的發(fā)熱體電阻，阻值為

22、3.1k。 根據(jù)歐姆公式，計(jì)算電烙鐵的實(shí)際電流為 I=U/R=220/3.1k=71mA 由于71mA90 mA，使電烙鐵的發(fā)熱量不足。其原因?yàn)榘l(fā)熱體老化，阻值變大所至。,2021/4/6,38,案例2 豆?jié){機(jī)工作無力,案例現(xiàn)象 有人買了一臺(tái)新的豆?jié){機(jī)，在農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)內(nèi)賣鮮豆?jié){。發(fā)現(xiàn)豆?jié){機(jī)在工作中轉(zhuǎn)動(dòng)無力，不知什么原因。后來換了一臺(tái)新的機(jī)子仍然如此。 案例分析 該豆?jié){機(jī)離電源較遠(yuǎn)，配線較長，由于導(dǎo)線存在導(dǎo)體電阻，使豆?jié){機(jī)工作時(shí)在導(dǎo)線上產(chǎn)生了較大的電壓降落，加在電動(dòng)機(jī)上的電壓減小，造成電動(dòng)機(jī)工作無力。等效電路如圖1-26所示。,圖1-26 等效電路圖,2021/4/6,39,電動(dòng)機(jī)通電時(shí)用電壓表測(cè)量

23、ab和cd兩端電壓，測(cè)得值為Uab=220V,Ucd=160V，在導(dǎo)線上電壓損失了60V。 停機(jī)，將導(dǎo)線cd端連在一起，用電阻表測(cè)量a、b兩端電阻，阻值為15。 解決方案 顯然電動(dòng)機(jī)工作無力是因?yàn)閷?dǎo)線電阻太大，使加在電動(dòng)機(jī)上的電壓嚴(yán)重低于額定電壓（220V）造成的。 更換截面積大的導(dǎo)線，為了使電動(dòng)機(jī)兩端電壓不低于200V，更換的導(dǎo)線總電阻Rab要小于5。 該案例是應(yīng)用歐姆定律的概念分析解決問題。,2021/4/6,40,案例1 用手持試電筆測(cè)量220V電壓時(shí)，為什么沒有觸電的感覺,3.用歐姆定律分析工程現(xiàn)象 案例現(xiàn)象 圖1-27所示是用試電筆測(cè)試電路是否帶電。試電筆是電工測(cè)量電器是否帶電的常備

24、工具，其內(nèi)部裝有一只限流電阻和發(fā)光氖管，當(dāng)被測(cè)量的電器帶電時(shí)，電流通過限流電阻、發(fā)光氖管及人體入地，發(fā)光氖管發(fā)光指示有電。此時(shí)雖然有電流通過人體，但人們沒有觸電的感覺。 案例分析 試電筆限流電阻為880k，氖管的電阻和人體的電阻都比限流電阻小得多，可忽略不計(jì)。即認(rèn)為電路中只有限流電阻，如圖1-27b所示，根據(jù)部分電阻電路的歐姆定律，有,2021/4/6,41,即通過人體的電流為0.25mA 。由于電流微弱，對(duì)人體無害。,圖1-27 試電筆的使用 a) 試電筆測(cè)試示意圖 b) 測(cè)試等效電路,2021/4/6,42,案例2 家用電器的遙控器為什么都不設(shè)電源開關(guān),案例現(xiàn)象 空調(diào)器、電視機(jī)、投影儀等很

25、多電器用的遙控器，都不設(shè)電源開關(guān)，電池接上以后，電路總在通電狀態(tài)。如1-28b框圖所示。 案例分析 遙控器的內(nèi)部電路可以等效為一個(gè)阻值很大的電阻，在不工作時(shí)（沒有按下發(fā)射按鈕），電路的電流很小，只有A(5A),和電池的自然放電差不多，因此不用設(shè)電源開關(guān)，大大方便了應(yīng)用。,圖1-28 遙控器 a) 遙控器外形 b)遙控器內(nèi)部框圖,2021/4/6,43,1.5 電功與電功率 1.5.1電功 電流在電路中流動(dòng)，通過負(fù)載時(shí)要對(duì)負(fù)載做功。如電流流入電動(dòng)機(jī)的繞組，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載運(yùn)動(dòng)做功，電能通過電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 電能通過負(fù)載做功的大小，與流過負(fù)載的電流I、負(fù)載兩端的電壓U以及通電

26、時(shí)間t成正比，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 在工程上電功又稱電能，常用kWh(千瓦時(shí))表示，1kWh就是通常說的1度電。它與焦耳之間的換算關(guān)系為 1kWh =1000W3600s=3.6106J 在工程上電能是由電能表進(jìn)行測(cè)量的，電能表俗稱電度表，圖1-31是電能表的外形圖。電能表在測(cè)量過程中是通過表內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)字輪，由字輪上的數(shù)字指示出電路消耗的電能。,圖 1-31電能表,2021/4/6,44,1.5.2 電功率 在日常生活或工程中，不僅要了解電流做功的多少，還要知道電流做功的快慢。電流做功的快慢是用“電功率”來表示的。 1.電功率 電流在單位時(shí)間內(nèi)所做的功稱為電功率，用P來表示。其表達(dá)式為 電功率

27、的基本單位為W（瓦），還有kW（千瓦）和mW（毫瓦） 2.額定功率 為了使電器能安全、可靠地工作，對(duì)電器的工作電壓和電流都有一個(gè)規(guī)定值。這個(gè)規(guī)定值就稱為電器的額定電壓和額定電流。額定電壓和額定電流的乘積，稱為電器的額定功率。額定電壓、電流、電功率統(tǒng)稱為用電器的額定值，用電器的額定值都在銘牌上標(biāo)出，以方便使用。,2021/4/6,45,在應(yīng)用時(shí)，用電器所加電壓和電流不能高于或低于額定值。如所加電壓偏高，會(huì)影響用電器的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)還可能將用電器燒壞；當(dāng)所加電壓低于額定電壓時(shí)，用電器的輸出功率達(dá)不到額定值，不能正常工作。 3實(shí)際功率 用電器在實(shí)際電壓下工作時(shí)所消耗的功率為實(shí)際功率。用電器實(shí)際消耗

28、的功率，、 分別為用電器兩端實(shí)際電壓和通過用電器的實(shí)際電流。 1.5.3 電流的熱效應(yīng) 電流在通過導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體要消耗電能而發(fā)熱，這種現(xiàn)象稱為電流的熱效應(yīng)。電流的熱效應(yīng)在電器設(shè)備中得到廣泛地應(yīng)用，電烙鐵、電烤箱、電暖氣等都是利用電流的熱效應(yīng)加熱工作的。電流的熱效應(yīng)也有其不利的一面，它使工作中的電器設(shè)備發(fā)熱，這不但消耗了電能，還會(huì)造成電器設(shè)備過早老化，如果溫升超過允許值，還會(huì)燒壞電器設(shè)備，因此，常用給電器設(shè)備吹風(fēng)降溫的方法來減少電流的熱效應(yīng)造成的危害。,2021/4/6,46,案例1 電熱水器電線容量計(jì)算,1.5.3 活學(xué)活用 1.電參數(shù)測(cè)算 案例任務(wù) 有一家庭需安裝一臺(tái)額定電壓為220V、額定功

29、率為 1200W 的電熱水器（見圖1-32），請(qǐng)核算墻體內(nèi)的電源線容量是否能滿足需要。已知墻體電線為塑料絕緣銅導(dǎo)線，線徑為2.0mm，安全載流量為(58)A/mm2。,圖1-32 電熱水器安裝圖,2021/4/6,47,案例分析 1）墻體內(nèi)電源線電流容量等于： 單位截面積電流容量導(dǎo)線總截面積 =（58）A2=(1016)A 2）電熱水器總電流為 A 因?yàn)?.45A10A，即電熱水器的電流比電源線的下限電流容量還要小，因此電熱水器可以安全的工作。,2021/4/6,48,案例2 某企業(yè)電壓不穩(wěn)，造成用電器工作不正常,案例現(xiàn)象 某企業(yè)經(jīng)常自己發(fā)電，電壓穩(wěn)定性差，電壓在200240V之間波動(dòng)，車間用

30、的白熾燈忽明忽暗，經(jīng)常損壞。 案例分析 以額定電壓為220V、額定功率為40W的白熾燈為例。 若把它接在220V的電路中，通過燈泡的電流為 燈泡的電阻為,2021/4/6,49,當(dāng)電路電壓降為200V，輸出功率為 因?yàn)殡妷合陆?，白熾燈的功率?0W下降為33.1W，發(fā)光變暗。 當(dāng)電路電壓升為240V，輸出功率為 因?yàn)?7.64W40W，白熾燈處于較強(qiáng)的過載狀態(tài)，雖然發(fā)光亮度增加，但白熾燈的壽命大大下降。 案例總結(jié) 一切電器，工作在額定狀態(tài)是最佳狀態(tài)，我們要盡量使電氣設(shè)備工作在額定狀態(tài)。在購買電器設(shè)備時(shí)，要認(rèn)真核實(shí)設(shè)備的使用條件，一是要和電源相符；二是要和電器驅(qū)動(dòng)的設(shè)備相匹配。,W,2021/4

31、/6,50,案例1 電阻器體積與耗散功率,2.功率與體積 案例現(xiàn)象 阻值相同，功率不同的電阻器體積是否相同。 案例分析 電阻器是耗能器件，電能通過電阻器轉(zhuǎn)化為熱能。電阻器的應(yīng)用有兩個(gè)方面：一個(gè)是以發(fā)熱為目的的電阻器，如電烙鐵、電爐絲、電飯鍋、電暖器、電器設(shè)備專用的耗能電阻、企業(yè)加熱用的電阻爐等；另一個(gè)是以滿足電路功能需要為目的的電阻器。該類電阻器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。其體積隨著電阻器的耗散功率的增大而增大。 電阻器的本質(zhì)是消耗電能，消耗電能就要發(fā)熱，發(fā)熱就要散熱，散熱就要有一定的體積。因此，電阻器的體積與電阻器耗散功率成正比。,2021/4/6,51,電阻器除了標(biāo)明其阻值的大小之外，還要標(biāo)明電阻

32、器的耗散功率。電阻器的體積和阻值沒有關(guān)系，因其用途不同，消耗的功率不同，同一阻值的電阻器因其耗散功率不同，其體積不同。所以選擇電阻器時(shí)必須要有兩個(gè)參數(shù)：阻值和耗散功率。圖1-33a中電力電阻耗散功率大，體積也很大；圖1-33b為1/8W碳膜電阻，功率很小，體積也很?。粓D1-33c為電子線路板中的貼片電阻，因流過的電流很?。üβ屎苄。?，所以體積更小。,圖1-33 不同功率體積的電阻 a) 電力電阻 b)1/8W 碳膜電阻 c)安裝在電子電路板上的貼片電阻,2021/4/6,52,案例2 電氣設(shè)備的體積與功率,案例現(xiàn)象 各種電器設(shè)備，其輸出功率不同，體積是否也不同。 案例分析 在電氣設(shè)備中，一般規(guī)

33、律是輸出功率越大，設(shè)備的體積越大。以電動(dòng)機(jī)為例，電動(dòng)機(jī)的輸出功率大，輸出轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)子、機(jī)軸的直徑就大，相應(yīng)的體積就大。另一方面，電器設(shè)備的輸出功率大，其本身的損耗大，為了散熱，其體積也大。 在電子設(shè)備中，決定體積的因素一是器件的制作水平，二是使用方便，三是散熱情況。對(duì)于低能耗的電子設(shè)備，影響設(shè)備體積的主要是器件的制作水平和使用要求；高能耗的電子設(shè)備影響設(shè)備體積的主要因素是散熱情況。 最初的電子管計(jì)算機(jī)，計(jì)算功能非常有限，但體積和耗電量大的驚人，體積需要幾個(gè)房間才能裝的下，耗電功率160kW?，F(xiàn)在的計(jì)算機(jī)因?yàn)橛辛烁酉冗M(jìn)的低能耗電子器件，使計(jì)算機(jī)的體積大大減小，功能大大增強(qiáng)?，F(xiàn)在的臺(tái)式機(jī)耗電功率

34、200W左右，筆記本計(jì)算機(jī)耗電功率50W左右。這都?xì)w功于科學(xué)的進(jìn)步。,2021/4/6,53,任務(wù)二 直流電路分析,2.1 電阻的串并聯(lián) 2.1.1 電阻的串聯(lián) 將兩個(gè)或兩個(gè)以上的電阻首尾依次相接，這種連接方式稱為串聯(lián)，如圖2-2所示。 電阻串聯(lián)電路的特點(diǎn) （1）串聯(lián)電路的總電阻等于各串聯(lián)電阻之和 總電阻的表達(dá)式為,圖2-2 電阻的串聯(lián),2021/4/6,54,（2）各電阻中通過的是同一電流 根據(jù)歐姆定律，串聯(lián)電路的電流為 （3） 串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各電阻上的分電壓之和 總電壓的表達(dá)式為 （4）串聯(lián)電路具有分壓作用 串聯(lián)電路各電阻上的電壓與電阻的阻值成正比，阻值越大，所分得的電壓也越大，

35、各電阻上分得的電壓為,2021/4/6,55,案例1 將電流表改為電壓表,2活學(xué)活用 案例內(nèi)容 有一個(gè)電流表頭（如圖2-4a所示），內(nèi)阻R0=1000，滿偏電流I0=0.1mA（即滿偏電壓為0.1V）?，F(xiàn)將它改裝成量程U=10V的電壓表，怎樣改裝。 案例分析 根據(jù)串聯(lián)電路具有分壓作用的特點(diǎn)，在表頭上串聯(lián)一個(gè)合適的分壓電阻，即可將電流表改裝成一塊電壓表。改裝電路如圖2-4b所示。,圖2-4 擴(kuò)大電壓表量程 a) 電流表頭 b)改裝等效電路,2021/4/6,56,根據(jù)串聯(lián)電路總電阻等于分電阻之和，有 R = RO + RX k RX = R - RO =100 k- 1k=99 k 在表頭上串聯(lián)

36、一個(gè)99k的電阻，即可將表頭改裝為一只10V量程的電壓表。,2021/4/6,57,案例2 可調(diào)電阻原理分析,案例敘述：在電工和電子電路中，為了使電壓連續(xù)可調(diào)，需要一種可調(diào)整阻值大小的電阻器。 案例分析：根據(jù)電阻的分壓原理，如果用一可移動(dòng)的金屬觸點(diǎn)在電阻體上滑動(dòng)，就可以改變電阻的阻值，相應(yīng)的可以改變動(dòng)觸點(diǎn)到兩個(gè)端點(diǎn)的電壓值。,圖2-5 可調(diào)電阻外形 a) 帶手柄的可調(diào)電阻 b)微型可調(diào)電阻 c)等效電路,2021/4/6,58,圖2-5a、b是可調(diào)電阻的外形，圖2-5c是等效電路圖。圖中a、c兩點(diǎn)為可調(diào)電阻的端點(diǎn)，b為動(dòng)觸點(diǎn)。從等效電路中可見，當(dāng)將動(dòng)觸點(diǎn)向上移動(dòng)，a-b之間的電阻減小，b-c之

37、間的電阻增加。相應(yīng)的如果在a-c之間加上電壓U1，則動(dòng)觸點(diǎn)向上移動(dòng)時(shí)，U2電壓增加；反之，U2電壓下降。 由于改變可調(diào)電阻的動(dòng)觸點(diǎn)可以改變動(dòng)觸點(diǎn)到參考點(diǎn)的電位，因此又將帶手柄的可調(diào)電阻稱為電位器。,2021/4/6,59,案例3 利用電阻串聯(lián)降壓限流,案例敘述：圖2-6是電阻串聯(lián)電路，分析其工作原理。 案例分析：圖2-6a是指示燈電路(指示燈可等效為一個(gè)電阻)，為了限制指示燈中電流，根據(jù)串聯(lián)分壓原理，通過串聯(lián)電阻分壓，使加在指示燈上的電壓U2為合適值，使指示燈正常發(fā)光。圖2-6b降壓原理和圖2-6a相同，發(fā)光二極管也可以看作為一個(gè)電阻。該電路是電子設(shè)備上廣泛使用的一種指示電路。 圖2-6c是電

38、阻串聯(lián)在高壓電路中的一種應(yīng)用。電路總電壓為310V，為了提高電路的工作可靠性，降低加在電阻上的電壓值，采用了4個(gè)相同阻值的電阻相串聯(lián)，每個(gè)電阻上分得的電壓為310V/4=77.5V。 采用在一條支路中多個(gè)電阻串聯(lián)來均分功率、均分電壓，以此來提高電路的工作可靠性、方便電路的安裝，是電工和電子電路經(jīng)常采用的方法。,圖2-6 電阻串聯(lián)電路 a)電阻與指示燈串聯(lián) b)電阻與發(fā)光二極管串聯(lián) c)電阻在高壓電路中串聯(lián),2021/4/6,60,2.1.2 電阻的并聯(lián)和混聯(lián) 將兩個(gè)或兩個(gè)以上的電阻首、尾分別接在一起，使電流有多條通路，這種連接方式稱為并聯(lián)，如圖2-7所示。 1電阻并聯(lián)電路的特點(diǎn) （1）各并聯(lián)電

39、阻兩端的電壓相等 ； （2）并聯(lián)電路的總電流等于各電阻中電流之和，即 (2-5) （3）并聯(lián)電路的總電阻的倒數(shù)等于各并聯(lián)電阻倒數(shù)之和，即,圖2-7電阻的并聯(lián),2021/4/6,61,（4）并聯(lián)電路具有分流作用，并聯(lián)電路中流過電阻的電流與電阻的阻值成反比，阻值越小，流過的電流越大；阻值越大，流過的電流越小。當(dāng)有兩個(gè)電阻并聯(lián)時(shí)，其分流公式為 ， （5）各并聯(lián)電阻上所消耗的功率與電阻的阻值成反比 并聯(lián)電路中電阻的阻值越小，消耗的功率越大；阻值越大，消耗的功率越小?？偣β实扔诟鞑⒙?lián)電阻功率之和，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 P = P1 + P2 + P3,2021/4/6,62,2. 電阻的混聯(lián) 在一個(gè)電路中，既

40、有電阻串聯(lián)又有電阻并聯(lián)，稱為混聯(lián)電路。圖2-9就是一個(gè)電阻混聯(lián)電路。在計(jì)算混聯(lián)電路時(shí)，將電路中串聯(lián)或并聯(lián)的電阻按串聯(lián)或并聯(lián)的計(jì)算方法一步步進(jìn)行化簡(jiǎn)，最后求出整個(gè)電路的等效電阻值。,圖2-9 電阻的混聯(lián)電路,2021/4/6,63,【例2-1】混聯(lián)電路如圖2-10所示，已知，V，試求電路的總電阻R和總電流I。 解：,圖2-10 例2-1圖,2021/4/6,64,案例1 工作在電網(wǎng)上的負(fù)載都為并聯(lián),3活學(xué)活用 案例敘述：工作在電網(wǎng)上的各種負(fù)載都為并聯(lián)工作，為什么？ 案例分析：圖2-11是電網(wǎng)中的一條火線和一條零線，火線和零線之間的電壓為220V。在火線和零線上并聯(lián)著各種用電負(fù)載。圖2-12是計(jì)算

41、機(jī)、掃描儀、打印機(jī)并聯(lián)在一起的情況。,圖2-11 并聯(lián)負(fù)載,2021/4/6,65,根據(jù)并聯(lián)電路各電阻上（各負(fù)載）所加電壓相同的特點(diǎn)，在電力供電系統(tǒng)中，采用負(fù)載并聯(lián)的運(yùn)行方式。供電系統(tǒng)為用電器提供一個(gè)相同的額定電壓，各種負(fù)載都要按照這個(gè)額定電壓設(shè)計(jì)電路。例如我國民用市電的額定電壓為220V，各種用電器的額定電壓也都是220V，只要買了按照我國標(biāo)準(zhǔn)電壓生產(chǎn)的電器，在我們國內(nèi)都能用。我們可以想象一下：如果我們國家的低壓（指220V）標(biāo)準(zhǔn)有多種，電器的電壓標(biāo)準(zhǔn)也有多種，使用起來是何等的麻煩。,圖2-12三個(gè)負(fù)載并聯(lián),2021/4/6,66,案例2 電阻并聯(lián)分流在工程中的應(yīng)用,案例敘述：在工程檢測(cè)中，

42、經(jīng)常對(duì)大電流進(jìn)行檢測(cè)量。被測(cè)電流小到幾十個(gè)安培，大到幾百安培，這樣大的電流是不能直接測(cè)量的，一般都采用間接測(cè)量的方法。 案例分析：根據(jù)并聯(lián)電路加的為同一電壓，又具有分流特性，當(dāng)測(cè)量大的電流時(shí)，我們?cè)陔娐分写?lián)上一個(gè)電流表和電阻并聯(lián)分流電路，如圖2-13所示。,圖2-13 分流電路,2021/4/6,67,圖2-13a是分流原理圖，設(shè)表頭的直流電阻為1k,滿偏電流為0.1mA，則表頭兩端滿偏電壓降為 U=RI=1k0.1mA=0.1V 設(shè)被檢測(cè)電流為100A，則檢測(cè)電阻的阻值為 R=U/I=0.1V/100A=0.001 因?yàn)槭菫榱藱z測(cè)電路中的電流，分流電路的損耗越小越好。該電路的電功率損耗為P

43、=0.1V100A=10W 該并聯(lián)電路通過分流的方法，解決了用一個(gè)小電流表頭，測(cè)量電路的大電流。圖2-13b是表頭和分流電阻的連接圖。 圖2-13的分流電路并聯(lián)的是一個(gè)表頭，直接由表頭指示出電路中的電流；該分流電路也可以作為電流檢測(cè)電子電路的取樣輸入端，0.1V電壓通過電子電路放大，作為其它控制之用。,2021/4/6,68,案例3 通過電阻并聯(lián)得到大電流和大的功率,案例敘述：在電子電路或電力電路中，經(jīng)常采用電阻并聯(lián)工作，請(qǐng)解釋原因。 案例分析：由于電阻并聯(lián)，電路中電流等于各個(gè)電阻中電流之和，功率也等于各個(gè)電阻的功率之和。在電子電路或電力電路中，當(dāng)一個(gè)電阻提供的電流不能滿足要求時(shí)，可以將幾個(gè)電

44、阻并聯(lián)使用。在工程中有的電阻由于發(fā)熱原因其功率（即電阻的體積）不能做的太大，當(dāng)一個(gè)電阻不能滿足電路的功率要求時(shí)，可以將幾個(gè)電阻并聯(lián)使用；有的設(shè)備（或電子電路板）因受到空間限制時(shí)，也可以將幾個(gè)電阻并聯(lián)應(yīng)用。圖2-14a是變頻器的制動(dòng)電阻，在制動(dòng)時(shí)有上百安培的電流通過，采用幾個(gè)電阻并聯(lián)工作；圖2-14b是電子電路的幾個(gè)電阻并聯(lián)，并聯(lián)減小了安裝體積，也把電阻的熱量通過幾個(gè)電阻均分。,圖2-14 電阻并聯(lián)應(yīng)用 a) 大功率電阻并聯(lián) b）小功率電阻并聯(lián),2021/4/6,69,案例4 電阻保護(hù)并聯(lián),案例敘述：在高壓電網(wǎng)和高壓電路中，為了防雷，裝有避雷器；在低壓電路中，為了防止電路過壓，安裝壓敏電阻，避雷

45、器和壓敏電阻是怎樣對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)的？,a) b),c) d) 圖2-15 電阻保護(hù)并聯(lián),2021/4/6,70,案例分析：電網(wǎng)防雷保護(hù)原理是根據(jù)電阻和電網(wǎng)并聯(lián)，電網(wǎng)和電阻上加的是同一電壓，當(dāng)雷電超過了電網(wǎng)的工作電壓（避雷器的導(dǎo)通電壓），避雷器導(dǎo)通，將雷電流通過避雷器旁路，保護(hù)了電網(wǎng)不會(huì)超壓而損壞。避雷器實(shí)際上是一個(gè)壓敏電阻，導(dǎo)通電壓值高于電網(wǎng)的正常工作電壓，又低于電網(wǎng)的損壞電壓值。當(dāng)避雷器導(dǎo)通后，雷電低于了一定值，避雷器又自動(dòng)關(guān)閉，不影響電網(wǎng)的正常工作。 電路中并聯(lián)壓敏電阻的保護(hù)原理為：壓敏電阻上所加電壓低于導(dǎo)通電壓時(shí)，其阻值很大，相當(dāng)于開路，當(dāng)高于導(dǎo)通電壓，電阻很小，相當(dāng)于短路。在電路中主要

46、是進(jìn)行過壓保護(hù)，一但過壓，壓敏電阻短路，將電路的保護(hù)熔斷器熔斷，切斷電源，保護(hù)了負(fù)載不被燒毀。圖2-15c是壓敏電阻在電路中的連接圖，圖2-15d是壓敏電阻外形。,2021/4/6,71,2.2 電池 2.2.1電池簡(jiǎn)介 電池是將化學(xué)能或其它形式的能變換成電能的裝置，常見電池外形如圖2-16所示。 1.一次電池 電能用完不能再充電的電池稱為一次電池。常見的有錳鋅干電池、堿錳干電池、水銀電池與堿性電池等。 （1）錳鋅干電池 是一次電池的代表性產(chǎn)品，其性能一般，且電壓穩(wěn)定性差，但因其價(jià)格低廉，所以銷量位居一次電池首位，擁有最廣大的應(yīng)用市場(chǎng)。錳鋅電池主要應(yīng)用在照明（手電筒）、音響（收放音機(jī)）、家庭用

47、品、電動(dòng)玩具等。,圖2-16幾種電池外形,2021/4/6,72,（2）水銀電池 放電電壓穩(wěn)定，性能好，但因?yàn)槭褂盟y，價(jià)格較高且有污染。水銀電池研發(fā)于二戰(zhàn)期間，當(dāng)時(shí)僅供軍用。目前主要應(yīng)用在相機(jī)、手表、助聽器、醫(yī)療儀器等小型電子產(chǎn)品上。 （3）堿錳干電池 此電池用二氧化錳取代水銀。其電壓穩(wěn)定性雖不如水銀電池高，但價(jià)格比水銀電池便宜三分之二左右，使用壽命為錳鋅電池的兩倍以上，因現(xiàn)在高性能堿錳電池陸續(xù)開發(fā)成功，其性能價(jià)格比具有很大優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)階段主要應(yīng)用于音響、相機(jī)、家庭用品及電動(dòng)玩具等。 （4）氧化銀電池 大多為鈕扣型，其性能比水銀電池更好，低溫特性極佳，適合小型高能量輸出場(chǎng)合，也因使用銀之故，價(jià)格

48、三倍于水銀電池，目前主要應(yīng)用于手表及照相機(jī)。 （5）鋰一次電池 有工作電壓及放電電壓平穩(wěn)及自放電性低的特點(diǎn)，并具有高能量密度。主要用于電子表、計(jì)算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等。,2021/4/6,73,2.二次電池 可以充電、能多次反復(fù)使用的電池稱為二次電池。常見的二次電池有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、二次鋰電池、鋰離子電池和高分子鋰電池等。 （1）鉛酸電池 又稱鉛酸蓄電瓶，體積大、輸出電流大，價(jià)格低。廣泛應(yīng)用于汽車、船舶等電路中。 （2）鎳鎘和鎳氫電池 鎳鎘電池和鎳氫電池的容量較小，鎳鎘電池有堅(jiān)固耐用和價(jià)格適中的優(yōu)點(diǎn)，是家用和移動(dòng)電器的常用電源。其最大的缺點(diǎn)就是必須等到電池電力完全用盡才能再次充電，而且

49、充電時(shí)必須完全充滿，否則電池儲(chǔ)存電力的容量就無法發(fā)揮到最大限度。,2021/4/6,74,3.燃料電池 燃料電池是一種將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。如果保證源源不斷地從外部向燃料電池供給燃料和氧化劑時(shí)，它就可以連續(xù)發(fā)電，所以也稱為聯(lián)蓄電池。依據(jù)電解質(zhì)的不同，燃料電池又分為氫氧燃料電池、堿性燃料電池、磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池等。 燃料電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高，潔凈、無污染、噪聲低；模塊結(jié)構(gòu)、積木性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。既可以集中供電，也適合分散供電；高溫型燃料電池可實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供。燃料電池將是21世紀(jì)最有競(jìng)爭(zhēng)力的全新的高效、清潔發(fā)電方式，在潔凈煤燃料電池電站、

50、燃料電池汽車、移動(dòng)電源、不間斷電源、潛艇及空間電源等方面，有著廣泛的應(yīng)用前景和巨大的潛在市場(chǎng)。,2021/4/6,75,太陽能光伏電池是一種將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件。太陽能是無污染、取之不盡的可再生能源，太陽能光伏電池的最大優(yōu)點(diǎn)就是取自太陽能。太陽能光伏電池的發(fā)展很快，發(fā)電效率也在不斷提高。已經(jīng)應(yīng)用于較大規(guī)模的太陽能太陽能發(fā)電站。在邊遠(yuǎn)無電地區(qū)、高空障礙燈、光伏水泵、高速公路無線電話亭、海洋檢測(cè)設(shè)備、氣象觀測(cè)設(shè)備以及太陽能路燈等方面得到廣泛應(yīng)用。 太陽能光伏電池的輸出具有恒流特性，圖2-18b是太陽能光伏電池串聯(lián)的UI 特性曲線。由圖中可見，輸出電壓在05V之間變化時(shí)，輸出電流的變化很小

51、。,圖2-18 光伏電池 a) 光伏電池板 b）光伏電池UI 特性曲線,2021/4/6,76,2.2.2 電池的聯(lián)接方式 每種電池都有額定電動(dòng)勢(shì)和額定放電電流。如用單個(gè)電池對(duì)負(fù)載供電不能滿足要求時(shí)，可將相同規(guī)格的幾個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)在一起使用。 電池的串聯(lián) 當(dāng)負(fù)載需要較高電壓，而單個(gè)電池不能滿足要求時(shí)，可以采用多節(jié)電池串聯(lián)。它是將電池的正極、負(fù)極依次相接，總電動(dòng)勢(shì)由終點(diǎn)引出，如圖2-19所示。,圖2-19電池串聯(lián),2021/4/6,77,電池串聯(lián)后的總電動(dòng)勢(shì)等于各個(gè)電池電動(dòng)勢(shì)之和，即 電池串聯(lián)后電池組的總內(nèi)阻等于每個(gè)電池的內(nèi)阻之和，即 式中， 電池組的總電阻； 、 、 各電池的內(nèi)阻。 當(dāng)將電池

52、連接成串聯(lián)電池組時(shí)，負(fù)載電流不能超過任何一個(gè)電池的額定電流。同時(shí)，應(yīng)特別注意串聯(lián)時(shí)極性不要接反。,2021/4/6,78,電池的并聯(lián) 當(dāng)單個(gè)電池的額定放電電流不能滿足負(fù)載的要求時(shí)，可以采用電池并聯(lián)。它是將幾個(gè)電池的正極、負(fù)極分別接在一起，如圖1-20所示。,圖1-20 電池的并聯(lián),電池并聯(lián)時(shí)，并聯(lián)電池的電動(dòng)勢(shì)必須相同，其內(nèi)阻亦應(yīng)相同，并聯(lián)后的總電動(dòng)勢(shì)與單個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)相同。,2021/4/6,79,當(dāng)電池的內(nèi)阻相等時(shí)，并聯(lián)電池組的內(nèi)阻為 （2-12） 采用電池并聯(lián)供電，要求各個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)相等，否則電動(dòng)勢(shì)大的電池將對(duì)電動(dòng)勢(shì)小的電池放電，在電池內(nèi)部形成一個(gè)環(huán)流，使電池?fù)p壞。此外，各電池內(nèi)阻也要基

53、本相同，否則，內(nèi)阻小的放電電流會(huì)過大。因此，新舊電池不能并聯(lián)使用。,2021/4/6,80,案例1 一次電池和二次電池選用,2.2.3 活學(xué)活用 案例敘述：一次電池為一次性電池，二次電池可以反復(fù)充電使用，這兩種電池怎樣選擇。 案例分析：選擇電池的原則一個(gè)是應(yīng)用成本，一個(gè)是應(yīng)用方便。一次電池價(jià)格低，使用方便；二次電池價(jià)格高，使用時(shí)要進(jìn)行充電和維護(hù)。在放電電流比較小，一次性電池能用較長時(shí)間的場(chǎng)合，一般選擇一次性電池。如手表，遙控器、收音機(jī)、手電筒等。在放電電流比較大的場(chǎng)合，如手機(jī)、手提電腦的備用電源、電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車等，這些電器的用電量較大，必須采用二次電池。如果采用一次電池，手機(jī)兩三天換一塊

54、電池，電動(dòng)自行車一天換一塊電池，一是應(yīng)用成本非常高，二是使用也非常麻煩。,2021/4/6,81,在一些特殊場(chǎng)合，就必須采用二次電池了。例如太陽能發(fā)電，到了晚上沒有陽光，發(fā)電停止。為了在晚上也能用到電能，就必須配用二次電池，白天電池充電，晚上電池放電（配用電池如圖2-22所示），風(fēng)力發(fā)電也存在電能中斷的問題，當(dāng)沒有風(fēng)時(shí)，供電停止。為了保持連續(xù)供電，也要配用二次電池，有風(fēng)時(shí)充電，無風(fēng)時(shí)電池放電，保證用電器連續(xù)工作。,圖2-22 太陽能和風(fēng)力發(fā)電配用的鉛酸蓄電池,2021/4/6,82,案例2 二次電池的充電,案例敘述：二次電池在應(yīng)用中，要經(jīng)常充電，電池是怎樣充電的？ 案例分析：二次電池充電的條件

55、是：充電電壓要高于電池的電動(dòng)勢(shì)，才能形成充電電流。充電電路如圖2-23a所示，在回路中接有兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)E1和E2 ，當(dāng)E1 E2時(shí)， E1處于放電狀態(tài)， E2處于充電狀態(tài)，圖中R為限流電阻。充電狀態(tài)的電動(dòng)勢(shì)由于電流的方向和電動(dòng)勢(shì)的方向相反，處于吸能狀態(tài)，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來。當(dāng)充電到一定程度，電池內(nèi)完成了化學(xué)的轉(zhuǎn)化過程，充電就完成了。 在充電過程中，要注意兩個(gè)問題，一是不能過充。當(dāng)充電完成以后，要切斷充電電路，過充電對(duì)電池是非常不利的。對(duì)充電有嚴(yán)格要求的電池，在電池內(nèi)部都有防過充電保護(hù)電路（如手機(jī)電池），以防長時(shí)間過充電對(duì)電池的損害。二是不能欠充電，電池長期的欠充電，對(duì)電池也是很不利的，會(huì)

56、降低電池的使用壽命。,2021/4/6,83,給二次電池充電，很多都是取自電網(wǎng)的交流電，通過充電器中的電源變換電路，將交流電變?yōu)檫m合被充電電池的低壓直流電。充電器和電池有嚴(yán)格的電壓配套關(guān)系，一般不可互用，否則因?yàn)殡妷翰黄ヅ鋾?huì)造成事故。圖2-23b是電動(dòng)自行車的一種充電器。,圖2-23 充電電路與充電器 a)充電電路 b) 充電器,2021/4/6,84,2.3 電壓源和電流源及其應(yīng)用 2.3.1電壓源 電壓源是我們?cè)缫咽煜さ碾娫幢硎痉椒?，由?nèi)阻R0和電動(dòng)勢(shì)E相串聯(lián)。電壓源的符號(hào)如圖2-25a所示。當(dāng)電壓源的內(nèi)阻為零時(shí)，稱為理想電壓源或恒壓源，其電路符號(hào)如圖2-25b所示。,圖2-25 電壓源符

57、號(hào),2021/4/6,85,當(dāng)將電壓源與負(fù)載電阻相連時(shí)（如圖2-26a所示），由于電流通過電壓源內(nèi)阻時(shí)產(chǎn)生了電壓降，使電壓源的端電壓比電源的電動(dòng)勢(shì)要小,即 （2-13）,圖2-26電壓源供電電路,2021/4/6,86,2.3.2電流源 用一恒定電流與一內(nèi)阻相并聯(lián)來表示的電源稱為電流源。其符號(hào)如圖2-27a所示。電流源的內(nèi)阻越大，在上的分流越小，輸出電流越接近。當(dāng)內(nèi)阻為無窮大時(shí)（不存在），稱為理想電流源或恒流源，其輸出電流與端電壓無關(guān)，理想電流源的符號(hào)如圖2-27b所示。,圖2-27電流源,2021/4/6,87,在實(shí)際電源中，當(dāng)電源的內(nèi)阻時(shí)，在上的分流可以忽略，即可將其視為理想電流源。實(shí)際電

58、源中，光電池、串激直流發(fā)電機(jī)以及晶體管等的輸出特性，都比較接近恒流源。 如果將電流源接入負(fù)載電阻，如圖2-28a所示，則電路中的電流為 其UI特性曲線如圖2-28b所示，負(fù)載中的電流越小，輸出電壓越高。,圖2-28 電流源與輸出特性,2021/4/6,88,案例1 電源短路的危害,2.3.3 活學(xué)活用 案例敘述：電源在工作中或因事故造成短路會(huì)有什么危害？ 案例分析：我們?cè)诠ぷ髦校佑|到的大部分電源是恒壓性質(zhì)的電源，因?yàn)殡娫吹膬?nèi)阻很小，一但短路，將會(huì)引起很大的災(zāi)害。圖2-29a是電源短路的情況，由電路參數(shù)可知，短路電流可達(dá) I=U/R=220/(0.5+0.5+0.5)A=147A(歐姆定律)

59、每條導(dǎo)線上的短路功率和電源上的短路功率為 P=UI=I2R=14720.5W=10.8kW（電阻電路的電功率） 10.8kW的短路功率可引起導(dǎo)線嚴(yán)重發(fā)熱，點(diǎn)燃絕緣層引起火災(zāi)，造成財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失和人員傷亡。,2021/4/6,89,對(duì)于電氣設(shè)備上的小功率電源，因?yàn)樨?fù)載短路，可將電源燒毀。造成設(shè)備不能正常工作。所以，不管是大功率電源還是小功率電源，都不能短路。,圖2-29電源短路 a)電源短路示意圖 b）電源短路引起的大火,電源在工作中，除了短路造成災(zāi)害之外，如果超載工作，也會(huì)引起嚴(yán)重后果。一會(huì)議禮堂因?yàn)榻尤肓诉^多的大功率燈光設(shè)備，使電源導(dǎo)線超載過流發(fā)熱，引起大火，因人員來不及疏散，造成大量的人員

60、傷亡。,2021/4/6,90,案例2 高壓恒流除塵器,案例敘述：在水泥廠、發(fā)電廠等產(chǎn)生大量粉塵和煙霧的企業(yè)，要安裝除塵設(shè)備。在電子除塵設(shè)備中，采用高壓恒流源作為除塵器的電源，為什么要用恒流源？除塵器又是怎樣工作的？ 案例分析：除塵器的恒流高壓電源簡(jiǎn)稱“恒流源”，電源的內(nèi)阻很大，輸出電流恒定，根據(jù)恒流源的特點(diǎn)，輸出電壓隨負(fù)載的變化而變化（U=ISR），當(dāng)負(fù)載R的阻值變大，U上升，當(dāng)負(fù)載R的阻值變小，U下降，這個(gè)特性特別適應(yīng)于電子除塵。負(fù)載R就是除塵示意圖2-30a中a、b兩點(diǎn)間的等效電阻，U為a、b兩點(diǎn)間的等效電壓。,2021/4/6,91,圖2-30a是除塵示意圖，高壓恒流源的負(fù)極接到除塵器