1、电工技术基础电工技术基础2.1 电流及其测量2.2 电位及其测量2.3 电压及其测量2.4 电能及其测量2.5 功率及其测量2.6 电气设备的额定值及电路的工作状态第第2单元单元 电路测量电路测量电路测量是电工技术中不可缺少的一个重要电路测量是电工技术中不可缺少的一个重要组成部分，它的主要任务是借助各种电工仪组成部分，它的主要任务是借助各种电工仪器仪表对电压、电流、电能、电功率等进行器仪表对电压、电流、电能、电功率等进行测量。以便了解和掌握电气设备的特性、运测量。以便了解和掌握电气设备的特性、运行情况，检查电气元件的质量情况。因此，行情况，检查电气元件的质量情况。因此，掌握电工仪器仪表的正确使
2、用是工程技术人掌握电工仪器仪表的正确使用是工程技术人员的必须。员的必须。第第2单元单元 电路测量电路测量2.1.1 电流电流 电流的国际单位制是安培电流的国际单位制是安培【A】，较小的单位还有毫安，较小的单位还有毫安【mA】和微安和微安【A】等，它们之间的换算关系为：等，它们之间的换算关系为：i dqdt=（2.1）I Q t=（2.2）电荷有规则的定向移动形成电流。电流的大小用电流强电荷有规则的定向移动形成电流。电流的大小用电流强度表征，定义式为：度表征，定义式为：大小、方向均不随时间变化的稳恒直流电可表示为：大小、方向均不随时间变化的稳恒直流电可表示为：在电工技术分析中，仅仅指出电流的大小
3、是不够的，通在电工技术分析中，仅仅指出电流的大小是不够的，通常以正电荷移动的方向规定为电流的常以正电荷移动的方向规定为电流的正方向。正方向。第第2单元单元 电路测量电路测量2.1.2 电流的测量电流的测量毫安表毫安表 实际测量时，如果无法正确实际测量时，如果无法正确估算电流值的范围，应把毫安估算电流值的范围，应把毫安表打到最大量程，再根据实际表打到最大量程，再根据实际测量值调整到合适的量程（为测量值调整到合适的量程（为使测量值误差最小，应使测量使测量值误差最小，应使测量值在指针偏转的值在指针偏转的2/3及以上处）。及以上处）。表盘指示屏表盘指示屏量程选择旋钮量程选择旋钮出线端子出线端子进线端子
4、进线端子 实用中，由于电流表的内阻实用中，由于电流表的内阻数值都非常小，测量时不允许数值都非常小，测量时不允许把电流表跨接在电源两端，以把电流表跨接在电源两端，以免过大的电流把电流表烧毁。免过大的电流把电流表烧毁。因此，电流表必须因此，电流表必须串接串接在被测在被测支路中。而且在测直流电流时支路中。而且在测直流电流时一定要注意电表极性不能接反。一定要注意电表极性不能接反。+第第2单元单元 电路测量电路测量 测量直流电流通常采用磁电式电流表，测量交流电流主要测量直流电流通常采用磁电式电流表，测量交流电流主要采用电磁式电流表。电流表必须与被测电路串联，否则将会采用电磁式电流表。电流表必须与被测电路
5、串联，否则将会烧毁电表。此外，测量直流电流时还要注意仪表的极性。烧毁电表。此外，测量直流电流时还要注意仪表的极性。电流表扩大量程的方法是在表头上并联一个称为分流器的电流表扩大量程的方法是在表头上并联一个称为分流器的低值电阻低值电阻RA，分流器的阻值，分流器的阻值RA=R0/(n1)。式中。式中R0为表头内为表头内阻，阻，n=I/I0为分流系数，其中为分流系数，其中I0为表头的量程，为表头的量程，I为扩大后的为扩大后的量程。量程。第第2单元单元 电路测量电路测量2.1.3 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 基尔霍夫电流定律是将物理学中的基尔霍夫电流定律是将物理学中的“液体流动的连续液体流动的连续
6、性性”和和“能量守恒定律能量守恒定律”用于电路中，电流定律指出：用于电路中，电流定律指出：。（直流电路的电流）（任意波形的电流）0 0IiI1I2I3I4a 若以若以结点的电流为结点的电流为，结点结点的电流为的电流为，则根据，则根据KCL，对结点，对结点 a 可可以写出：以写出：数学表达式：数学表达式：第第2单元单元 电路测量电路测量求左图示电路中电流求左图示电路中电流i1、i2。i1i4i2i3整理为：整理为：i1+i3=i2+i4 0)(ti根据出入的另一种形式：可得ii KCL可列出可列出KCL：i1 i2+i3 i4=0i1i2+10+(12)=0 i2=1A 4+7+i1=0 i1=
7、3A 7A4Ai110A-12Ai2其中其中i1得负值，说明它的实际方向与参考方向相反。得负值，说明它的实际方向与参考方向相反。第第2单元单元 电路测量电路测量基氏电流定律的推广基氏电流定律的推广I=?I1I2I3IU2+_U1+_RU3+_RRR广义节点广义节点电流定律还可以扩展到电路的任意封曲面。电流定律还可以扩展到电路的任意封曲面。广义节点广义节点第第2单元单元 电路测量电路测量2.2.1 电位电位 唐古拉山主峰格拉丹东唐古拉山主峰格拉丹东雪峰海拔雪峰海拔6,549米，珠穆朗米，珠穆朗玛峰高达玛峰高达8844.43米米它它们均们均以海平面作为参照高以海平面作为参照高度度之后才具有了可比性
8、，之后才具有了可比性，才能确切地说出这些山峰才能确切地说出这些山峰的具体高度。的具体高度。电路中各点电位的高低，同样也要涉及到电路中各点电位的高低，同样也要涉及到电路参考点电路参考点，只，只有电路参考点确定了，电路中各点的电位才是唯一和确切的。有电路参考点确定了，电路中各点的电位才是唯一和确切的。第第2单元单元 电路测量电路测量 电力系统中，通常选取大地作为参考点，且电路中的公共电力系统中，通常选取大地作为参考点，且电路中的公共连接点也往往与机壳相连后连接点也往往与机壳相连后“接地接地”，因此也常把参考点称，因此也常把参考点称为为“地点地点”，用，用接地符号接地符号“”标示在在电路图中。标示在
9、在电路图中。电位在数值上等于电场力将单位正电荷从电场中某点移到电位在数值上等于电场力将单位正电荷从电场中某点移到参考点所做的功，即：参考点所做的功，即：va dwadq=（2.5）式中电功式中电功w的单位是焦耳的单位是焦耳J，电量，电量q的单位是库仑的单位是库仑C，电位电位v的单位是的单位是伏特伏特V。在大小和方向都不随时间变化的。在大小和方向都不随时间变化的直流电路中，上式改为直流电路中，上式改为：Va WaQ=（2.6）第第2单元单元 电路测量电路测量 电位的单位还有毫伏和千伏，其换算关系为：电位的单位还有毫伏和千伏，其换算关系为：Va=+5V a 点电位点电位：ab1 1 5Aab1 1
10、 5A例例例例 电位具有电位具有，规定参考点的电位为，规定参考点的电位为。因此，。因此，相对于参考点较高的电位呈相对于参考点较高的电位呈，较参考点低的电位呈，较参考点低的电位呈。Vb=-5V b点电位点电位：第第2单元单元 电路测量电路测量2.2.2 电位的计算电位的计算12V求开关求开关S打开和闭合时打开和闭合时a点的电位值。点的电位值。12V6k4k20k12V画出画出S打开时的等效电路：打开时的等效电路：babadc6k4kc20k12VV4202046121212aV 显然，开关显然，开关S打开时相当于一打开时相当于一个闭合的全电路，个闭合的全电路，a点电位为：点电位为：S闭合时的等效
11、闭合时的等效电路：电路：6k4k20k12V12VbacS闭合时，闭合时，a点电位只与点电位只与右回路有关，其值为：右回路有关，其值为：V2420412aVdd第第2单元单元 电路测量电路测量例例电路如下图所示，分别以电路如下图所示，分别以A、B为参考点计算为参考点计算C和和D点的电位。点的电位。10 V2 +5 V+3 BCDIA 解解以以A点为参考电位时点为参考电位时I=10+53+2=3 AVC=3 3=9 VVD=3 2=6 V以以B点为参考电位时点为参考电位时VD=5 VVC=10 V 电路中各点的电位均相对于电路参考点，其值随参电路中各点的电位均相对于电路参考点，其值随参考点选择的
12、不同而改变。考点选择的不同而改变。第第2单元单元 电路测量电路测量2.2.3 电位测量电位测量 测量电路中某点电位时应用电压表或万用表的电压档。测量电路中某点电位时应用电压表或万用表的电压档。测量电位时，应测量电位时，应选择合适的量程，选择合适的量程，让黑表棒与参考点让黑表棒与参考点（电路中的公共连（电路中的公共连接点）相接触，红接点）相接触，红表棒与待测点相接表棒与待测点相接触，此时电表指示触，此时电表指示值即为待测的电位值即为待测的电位值。值。第第2单元单元 电路测量电路测量2.3.1 电压电压 电灯之所以被点燃，是因为在它两端加上了电灯之所以被点燃，是因为在它两端加上了220V的电压。的
13、电压。电动机之所以能够运转，也是因为其定子绕组上加了电压。电动机之所以能够运转，也是因为其定子绕组上加了电压。在电学中，电压的大小等于电路中两点电位的差值，即在电学中，电压的大小等于电路中两点电位的差值，即 电压是产生电流的根本原因电压是产生电流的根本原因。电路中之所以能形成电流，。电路中之所以能形成电流，是因为电路中存在电位差。电学中规定：电压的实际方向由是因为电路中存在电位差。电学中规定：电压的实际方向由电位高的电位高的“”端指向电位低端指向电位低“”端，即电位降低的方向，端，即电位降低的方向，因此因此电压又常称为电压又常称为。bavvuab（2.7）在大小和方向都不随时间变化的直流电路中
14、，电压用大在大小和方向都不随时间变化的直流电路中，电压用大写英文字母写英文字母“U”表示。表示。baVVUab第第2单元单元 电路测量电路测量2.3.2 电压的测量电压的测量 理想电压表的内阻无穷大，但工程实际中的电压表，其理想电压表的内阻无穷大，但工程实际中的电压表，其内阻均为有限值。根据电压表内阻的不同其精度也各不相内阻均为有限值。根据电压表内阻的不同其精度也各不相同，精度越高的电压表，其内阻值越大。同，精度越高的电压表，其内阻值越大。在测量电路中某两点间的在测量电路中某两点间的电压时，电压时，电压表必须与被测电压表必须与被测支路相并联支路相并联。如果使用中误将电压表与被测电路相串联，则由
15、于其高内如果使用中误将电压表与被测电路相串联，则由于其高内阻而电表不动作。此外，测量直流电压时一定要注意仪表的阻而电表不动作。此外，测量直流电压时一定要注意仪表的极性不要接反。极性不要接反。+第第2单元单元 电路测量电路测量 测量直流电压通常采用磁电式电压表，测量交流电压主测量直流电压通常采用磁电式电压表，测量交流电压主要采用电磁式电压表。电压表必须与被测电路并联，否则要采用电磁式电压表。电压表必须与被测电路并联，否则将会烧毁电表。此外，测量直流电压时还要注意仪表的极将会烧毁电表。此外，测量直流电压时还要注意仪表的极性。性。扩大量程的方法是在表头上串联一个称为倍压器的高值扩大量程的方法是在表头
16、上串联一个称为倍压器的高值电阻电阻RV，倍压器的阻值，倍压器的阻值RV=(m1)R0。式中。式中R0为表头内阻，为表头内阻，m=U/Uo为倍压系数，为倍压系数，U0为表头的量程，为表头的量程，U为扩大后的量为扩大后的量程。程。第第2单元单元 电路测量电路测量2.3.3 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律1、几个电路名词、几个电路名词一个或几个二端元件首尾相接中间没有分岔，一个或几个二端元件首尾相接中间没有分岔，使各元件上通过的电流相等。（使各元件上通过的电流相等。（三条或三条以上支路的联接点。（三条或三条以上支路的联接点。（n）电路中的任意闭合路径。（电路中的任意闭合路径。（l）其中不包含其它支
17、路的单一闭合路径。其中不包含其它支路的单一闭合路径。m=3l=3n=2112332网孔=2+_R1US1+_US2R2R3第第2单元单元 电路测量电路测量2、基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 基尔霍夫电压定律是用来确定回路中各段电压之间关系基尔霍夫电压定律是用来确定回路中各段电压之间关系的电压定律。的电压定律。回路电压定律依据回路电压定律依据“电位的单值性原理电位的单值性原理”，它指出：，它指出：任一瞬间，沿任一回路参考绕行方向，回路中各段电压任一瞬间，沿任一回路参考绕行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。数学表达式为：的代数和恒等于零。数学表达式为：U=0然后根据：然后根据：U =0I1+
18、US1R1I4US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4得：得：-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0R1I1US1+R2I2+R3I3+R4I4+US4=0R1I1+R2I2+R3I3+R4I4=US1US4电阻压降电阻压降可得可得KVL另一形式：另一形式：IR=US电源压升电源压升先标绕行方向先标绕行方向第第2单元单元 电路测量电路测量根据根据 U=0对回路对回路#1列列KVL方程方程电阻压降电阻压降#1#2例例0S13311URIRI电源压升电源压升#3即电阻压降等于电源压升即电阻压降等于电源压升）（）（2 1 S23322S13311URIRIURIRI此方程式不独立此方程式不
19、独立省略！省略！对回路对回路#2列列KVL常用形式常用形式S23322URIRI对回路对回路#3列列KVL方程方程S1S22211UURIRII1I2I3R3US1+_US2_+R1R2#1方程式也可用常用形式方程式也可用常用形式 KVL方程式的常用形式，方程式的常用形式，是把变量和已知量区分放在是把变量和已知量区分放在方程式两边，显然给解题带方程式两边，显然给解题带来一定方便。来一定方便。图示电路图示电路KVL独立方程为独立方程为 S13311URIRI第第2单元单元 电路测量电路测量或写作或写作对假想回路列对假想回路列 KVL：USI IUR+_+_ABCUA+_UAB+_UB+_UA U
20、B UAB=0UAB=UA UB US IR U=0U=US IR对假想回路列对假想回路列 KVL：或写作或写作第第2单元单元 电路测量电路测量2.4.1 电能电能 电流所具有的能量称为电能。电能可以用电度表来测量，电流所具有的能量称为电能。电能可以用电度表来测量，其国际单位制是焦耳其国际单位制是焦耳J，常用的单位是度，常用的单位是度kWh，二，二者之间的单位换算关系为：者之间的单位换算关系为：焦耳）度J(103.6)h(1kW6的概念的概念1000W的电炉加热的电炉加热1小时小时100W的灯泡照明的灯泡照明10小时小时40W的灯泡照明的灯泡照明25小时小时第第2单元单元 电路测量电路测量 电
21、能的多少通常可用电功来量度。电功的计量公式为：电能的多少通常可用电功来量度。电功的计量公式为：UItW（2.9）式中式中:U的单位为的单位为 V，I的单位为的单位为 A，t的单位为的单位为 s时，时，电能的单位就是焦耳电能的单位就是焦耳J。日常生活中，用电度表测量电功。当用电器工作时，电日常生活中，用电度表测量电功。当用电器工作时，电度表转动并且显示电流作功的多少。显然电功的大小不仅度表转动并且显示电流作功的多少。显然电功的大小不仅与电压电流的大小有关，还取决于用电时间的长短。与电压电流的大小有关，还取决于用电时间的长短。第第2单元单元 电路测量电路测量2.4.2 电度表电度表 结构图中的电压
22、线圈结构图中的电压线圈1、电、电流线圈流线圈2和铝制转盘和铝制转盘3组成驱动组成驱动机构，用来产生转动力矩。机构，用来产生转动力矩。当电压线圈和电流线圈通过当电压线圈和电流线圈通过交流电流时，就有交变的磁通交流电流时，就有交变的磁通穿过转盘，在转盘上感应出涡穿过转盘，在转盘上感应出涡流，涡流与交变磁通相互作用流，涡流与交变磁通相互作用产生转动力矩，从而使转盘转产生转动力矩，从而使转盘转动。动。图中：图中：1电压线圈电压线圈 2电流线圈电流线圈 3铝盘铝盘 4转轴转轴 5上轴承上轴承 6下轴承下轴承 7蜗杆蜗杆 8永久磁铁永久磁铁 9磁轭磁轭电度表工作原理电度表工作原理第第2单元单元 电路测量电
23、路测量在不超过在不超过500伏的低电压和几十安以下电流的情况下，电伏的低电压和几十安以下电流的情况下，电能表可直接接入电路进行测量。能表可直接接入电路进行测量。在高电压或大电流情况下，电能表不能直接接入线路，需在高电压或大电流情况下，电能表不能直接接入线路，需配合电压互感器或电流互感器使用。配合电压互感器或电流互感器使用。对于直接接入线路的电能表，要根据负载电压和电流选择对于直接接入线路的电能表，要根据负载电压和电流选择合适的规格，使电能表的额定电压和额定电流，等于或稍大合适的规格，使电能表的额定电压和额定电流，等于或稍大于负载的电压或电流。另外，负载的用电量要在电能表额定于负载的电压或电流。
24、另外，负载的用电量要在电能表额定值的值的10以上，否则计量不准。甚至有时根本带不动铝盘转以上，否则计量不准。甚至有时根本带不动铝盘转动。所以电能表不能选得太大；选择太小又容易烧坏电能表。动。所以电能表不能选得太大；选择太小又容易烧坏电能表。单相电能表与电路相连接时，应注意其正确连接方法：通单相电能表与电路相连接时，应注意其正确连接方法：通常在电能表连线盒内有向外引出的常在电能表连线盒内有向外引出的4个连线端子，从左往右个连线端子，从左往右数第数第1和第和第3个端子与户外引入的火线与零线相连；第个端子与户外引入的火线与零线相连；第2和第和第4个端子和户内引出的火线与零线相连。个端子和户内引出的火
25、线与零线相连。2.4.3 电能的测量电能的测量第第2单元单元 电路测量电路测量电能表（电度表）的接线示意图电能表（电度表）的接线示意图 图示为单相电度表的接线方法。当线路电流大于电度表图示为单相电度表的接线方法。当线路电流大于电度表允许电流时，就必须通过电流互感器接入。允许电流时，就必须通过电流互感器接入。被测电能为：被测电能为：W=KW读读。（K为电表系数）为电表系数）第第2单元单元 电路测量电路测量2.5.1 功率功率单位时间内电流所作的功称为电功率，电功率的大小表征单位时间内电流所作的功称为电功率，电功率的大小表征了设备能量转换的本领。了设备能量转换的本领。式中：式中：U【V】，I【A】
26、，电功率，电功率P的单位是瓦特的单位是瓦特【W】。用电器的铭牌数据值称为额定值，额定值指用电器长期、用电器的铭牌数据值称为额定值，额定值指用电器长期、安全工作条件下的安全工作条件下的，一般在出厂时标定。，一般在出厂时标定。额定电功率反映了设备能量转换的本领。例如额定值为额定电功率反映了设备能量转换的本领。例如额定值为“220V、1000W”的电动机，是指该电动机运行在的电动机，是指该电动机运行在220V电压电压时、时、1秒钟内可将秒钟内可将1000焦耳的电能转换成机械能和热能；焦耳的电能转换成机械能和热能；“220V、40W”的电灯，表明该灯在的电灯，表明该灯在220V电压下工作时，电压下工作
27、时，1秒秒钟内可将钟内可将40焦耳的电能转换成光能和热能。焦耳的电能转换成光能和热能。第第2单元单元 电路测量电路测量2.5.2 负载获得最大功率的条件负载获得最大功率的条件RLSUSIR0L2L002SL2L0LL0LL2S2L0L2SL2L0SL2L)(4/)(/4/)()(RRRRURRRRRRRRURRRURRRURIP 当第二项中的分子为零时，分母最小，此时负载上获得最当第二项中的分子为零时，分母最小，此时负载上获得最大功率，最大功率为：大功率，最大功率为：02SmaxL4RUP第第2单元单元 电路测量电路测量 功率测量采用电动式仪表。测量时仪表的固定线圈又叫电功率测量采用电动式仪表
28、。测量时仪表的固定线圈又叫电流线圈，与负载串联，反映负载中的电流；可动线圈又叫电流线圈，与负载串联，反映负载中的电流；可动线圈又叫电压线圈，与负载并联，反映负载两端电压。连接方法如下：压线圈，与负载并联，反映负载两端电压。连接方法如下：功率表电压线圈其中一个端钮上有标记功率表电压线圈其中一个端钮上有标记“”号，电流线号，电流线圈其中一个端钮上也有标记圈其中一个端钮上也有标记“”号，它们分别称为电压线号，它们分别称为电压线圈和电流线圈的发电机端。这两个端子应用一根短接线相连圈和电流线圈的发电机端。这两个端子应用一根短接线相连后，与电源的火线相接，称之为前接法。后，与电源的火线相接，称之为前接法。
29、2.5.3 功率的测量功率的测量第第2单元单元 电路测量电路测量(W/div)mNNaIUC CaP 功率表分格常数：功率表分格常数：被测功率：被测功率：功率表的正确读值功率表的正确读值 在多量程功率表中，刻度盘上只有一条标尺，它不标在多量程功率表中，刻度盘上只有一条标尺，它不标瓦特数，只标示分格数，因此，被测功率须按所选量程瓦特数，只标示分格数，因此，被测功率须按所选量程正确读出。正确读出。刻度盘上的标尺格数为刻度盘上的标尺格数为75格，而我们所选取的量格，而我们所选取的量程为程为U=300V，I=1A，所以功率表满量程的读数应为，所以功率表满量程的读数应为P=UI=3001=300W，因此
30、指针指示的数值应乘以，因此指针指示的数值应乘以4才是实际测量的功率瓦数。才是实际测量的功率瓦数。第第2单元单元 电路测量电路测量单相功率表在三相电路中的测量单相功率表在三相电路中的测量：用单相功率表测对称用单相功率表测对称三相电路的一相功率，然后乘三相电路的一相功率，然后乘以以3 3即得三相负载的总功率。即得三相负载的总功率。：此法只适用于三相三此法只适用于三相三线制电路。三相总功率为两个线制电路。三相总功率为两个 功率表的读数之和。功率表的读数之和。：用用3只单相功率表分只单相功率表分别测量三相功率，三相总功率别测量三相功率，三相总功率为为3个功率表的读数之和。个功率表的读数之和。第第2单元
31、单元 电路测量电路测量2.6.1 电气设备的额定值电气设备的额定值电气设备电气设备工作条件下的工作条件下的称为额定值称为额定值 电气设备的额定值是根据设计、材料及制造工艺等因电气设备的额定值是根据设计、材料及制造工艺等因素，由制造厂家给出用户使用时参考的技术数据。素，由制造厂家给出用户使用时参考的技术数据。IUS(RSRL)（1）通路）通路 U=USIRS RLS USRS（2）开路）开路U=USI0S USRSRLU=0IUS/RS（3）短路）短路RLS USRS2.6.2 电路的三种工作状态电路的三种工作状态第第2单元单元 电路测量电路测量右下图电路，若已知元件吸收功率为右下图电路，若已知
32、元件吸收功率为20W，电压电压U=5V，求电流，求电流I。+UI元元 件件由图可知由图可知UI为关联参考方向，因此为关联参考方向，因此:A4520UPI举例举例2：右下图电路，若已知元件中电流为右下图电路，若已知元件中电流为I=100A，电压电压U=10V，求电功率，求电功率P，并说明元件是电源还是负载。，并说明元件是电源还是负载。+UI元元 件件UI非关联参考，因此非关联参考，因此:元件吸收正功率，说明元件是负载。元件吸收正功率，说明元件是负载。W1000)100(10 UIPI为负值，说明它的实际方向与图上标示的参考方向相反。为负值，说明它的实际方向与图上标示的参考方向相反。第第2单元单元 电路测量电路测量
