电工学教程.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章磁路和变压器,3.1,磁路及其分析方法,3.2,交流铁心线圈电路,3.3,变压器,3.4,电磁铁,退出,1.,磁感应强度,B,矢量,2.,磁通,F,标量,单位：,Wb,4.,磁场强度,H,矢量,定义：,H,=,B,/,3.,磁导率,真空,磁导率,0,=4,10,7,H/m,(,亨/米,),均匀磁场,磁场内各点的,B,大小相等，方向相同。,对于均匀磁场,F,=,B,S,相对,磁导率,r,=,/,0,对于铁,磁材料,r,=10,2,10,5,单位：,A/m,(,安培/米,),单位：,T,，,Gs,，,1 T=10,4,Gs,3.1,磁路及其分析方法,3.1.1,磁场的基本物理量,1.,高导磁性,在外磁场的作用下，磁性物质被强烈磁化,而呈现出很强的磁性。,H,m,H,m,B,r,H,C,B,H,3.1.2,磁性物质的基本性能,2.,磁滞性,B,的变化落后于,H,。,剩磁,矫顽力,3.,磁饱和性,H,增加，,B,增加很小的现象。,H,m,H,m,B,r,H,C,B,H,B,-,H,-,H,b,c,B,H,a,a,、,c,段,值大、过,c,点出现饱和,3.1.2,磁性物质的基本性能,磁路是研究局限于一定范围内的磁场问题。磁路与电路一样，也是电工学课程所研究的基本对象。,3.1.3,磁路的分析方法I,主磁通,漏磁通,铁心,线圈,磁路：磁通相对集中通过的路径。,1.,磁通连续性原理,通过任意闭合面的磁通量总为,0,。即穿入闭合面的,磁感线，必同时穿出该闭合面。,2.,安培环路定律,磁场强度沿任意闭合路径的线积分，等于穿过该,闭,合路径所包围的电流的代数和。,I,3,I,1,I,2,3.1.3,磁路的分析方法,得,H l=N I,磁,压降：,Hl,l,N,u,i,3.,磁路的欧姆定律,根据,磁通势：,F,=,NI,(,单位：,安,),=B S=,HS,磁路磁阻：,R,m,磁路欧姆定律：,+,返回,N,u,i,设,：,=,m,sin,t,3.2,交流铁心线圈电路,1.,感应电动势与磁通的关系,e,e,e=,-,N,m,cos,t,=,E,m,sin,(,t,-,90),感应电动势的有效值：,+,+,+,2.,外加电压与磁通的关系,u,F,m,=,i,N,u,R,=,i,R,(,主磁通,),(,漏磁通,),由,KVL,：,u,=,i,R,e,e,所以,u,e,因为,R,和,e,很小，,U,的有效值,U,E,=,4.44,f N,m,U,=,4.44,f,NB,m,S,N,u,i,e,e,+,+,+,N,i,(,4,),铜损,线圈电阻产生的损耗,(,1,),磁滞损耗,铁心反复,磁化时所消耗的功率。,(,2,),涡流损耗,在铁心中,产生的感应电流而引起的损耗。,(,3,),铁心损耗,磁滞损耗,+,涡流损耗,P,Cu,=,I,2,R,3.,功率损耗,3.2,交流铁心线圈电路,e,+,u,+,e,+,返回,按用途分,:,电力变压器，特种用途变压器。,按相数分,:,单相、三相和多相变压器。,按绕组数分,:,双绕组、多绕组及自耦变压器。,3.3,变 压 器,3.3.1,变压器的工作原理,2.,变压器的结构,1.,变压器的分类,变压器铁心,:,硅钢片叠压而成。,变压器绕组,:,高强度漆包线绕制而成。,其他部件,:,油箱、冷却装置、保护装置等。,变压器铁心,:,硅钢片叠压而成。,变压器绕组,:,高强度漆包线绕制而成。,其他部件,:,油箱、冷却装置、保护装置等。,铁心,线圈,壳式变压器,心式变压器,铁心,线圈,2.,变压器的结构,1,N,1,i,1,一次绕组,二次绕组,3.,变压器的工作原理,A,X,a,x,变压器符号,A,x,u,1,+,e,1,+,e,1,+,N,2,e,2,u,20,a,x,S,Z,L,i,2,+,+,S,|,Z,L,|,1,N,1,N,2,i,1,e,2,u,2,e,1,u,1,e,1,2,i,2,u,1,i,1,(,i,1,N,1,),1,e,1,e,1,i,2,(,i,2,N,2,),2,e,2,3.,变压器的工作原理,e,2,+,+,+,+,+,e,2,+,1,N,1,N,2,A,X,a,x,U,1,E,1,E,2,E,1,U,1,U,20U,1,U,20,=,=,K,N,1,N,2,U,20,=,E,2,I,0,U,1,U,20,E,1,E,2,4.44,f N,1,m,4.44,f N,2,m,N,1,N,2,=,E,2,U,20,E,1,U,1,E,1,结论,变比,U,1,=,E,1,E,1,+,R,1,I,0,E,2,=,4.44,f N,2,m,(,1,),电压变换,变压器空载：,E,1,=,4.44,f N,1,m,+,+,+,+,a,S,Z,L,N,1,I,1,=N,2,I,2,N,1,N,2,A,X,x,I,1,E,2,U,2,E,1,U,1,E,1,I,2,结论,产生主磁通,的,磁动势,有效值,I,0,=I,1N,(,2.,5,),(,2,),电流变换,变压器接负载：,+,+,E,2,+,+,+,+,+,Z,L,=,U,1,I,1,Z,L,=,U,2,I,2,=,nU,2,I,2,/,K,=,K,2,U,2,I,2,=,K,2,Z,L,Z,L,=,K,2,Z,L,结论,I,2,K,Z,L,U,2,U,1,I,1,Z,0,Z,L,E,可利用变压器进行阻抗匹配,(,3,),阻抗变换,|,Z,L,|,=,K,2,|,Z,L,|,+,+,+,(,1,),额定容量,S,N,S,N,=,U,1N,I,1N,=,U,2N,I,2N,三相变压器,单相变压器,S,N,=,U,1N,I,1N,=,U,2N,I,2N,(,2,),额定电压,U,1N,和,U,2N,(,3,),额定电流,I,1N,和,I,2N,(,4,),额定频率,f,N,U,2N,一次侧加,U,1N,时，二次侧绕组的开路电压。,U,2N,应比满载运行时的输出电压,U,2,高出,5,%,10%,。,4.,变压器的铭牌数据,允许通过的最大电流。,例,1,有一台额定容量,50,kV,A,、,额定电压,3 300/220 V,的变压器，高压绕组为,6 000,匝，试求：,(,1,),低压绕组匝数；,(,2,),高压边低压边额定电流；,(,3,),当一次侧保持额定电压不变，二次侧达到额定电流，输出功率,9 kW,，,功率因数为,cos,=0,.8,时,的,副边端电压,U,2,。,解,(,1,),N,2,=,N,1,U,2N,U,1N,=400,6 000,220,3 300,=,(,3,),P,=,U,2,I,2N,cos,I,2N,=,K,I,1N,=,6 000,400,15.1=227 A,P,I,2N,cos,U,2,=,39,10,3,227,0.8,=,=215 V,S,N,U,1N,(,2,),I,1N,=,=15.1 A,=,50,10,3,3 300,例,2,如图所示，交流信号源,E,=220 V,，,内阻,R,0,=800,，,负载,R,L,=8,，,(,1,),当,R,L,折算到原边的等效电阻,R,L,=,R,0,时,，求变压器的匝数和信号源的输出功率；,(,2,),当将负载直接与信号源联接时，信号源输出多大功率,？,解,(,1,),R,L,=,K,2,R,L,=,R,0,I,2,K,R,L,U,2,U,1,I,1,R,0,R,L,E,+,+,+,(,2,),cos,=0.8,cos,=1,O,U,2,I,2,外特性,U,2,=f,(,I,2,),电压变化率,U,20,U,2,U,20,U,=,100,%,3.3.2,变压器的外特性,U,20,I,2N,I,2,K,R,L,U,2,U,1,I,1,R,i,U,S,+,+,+,1,.,损耗,P,=,P,Cu,+,P,Fe,铜损,2,.,效率,P,2,P1,=,100%,P,2,+,P,Cu,+,P,Fe,P,2,=,100%,=,(,90,99,),%,3.3.3,变压器的损耗与效率,铁损,P,Fe,与,B,m,有关,U,1,N,1,N,2,Z,L,U,2,I,=(1,),I,1,N,1,N,2,N,2,N,1,=(,1,),I,2,1.,自耦变压器,3.3.4,特殊,变压器,U,1,N,1,N,2,U,2,Z,L,I,1,I,2,I,2.,电流互感器,3.3.4,特殊,变压器,N,1,N,2,负载,A,i,1,i,2,用来扩大测量交流电流的量程,注意：测量时二次绕组电路不允许开路！,A,X,a,x,i,i,1,2,同名端,1.,同名端,感应电动势的同极性端,3.3.5,变压器绕组的极性,A,X,a,x,+,+,e,1,e,2,X,与,a,相连，两个,1,的方向相同,u=,e,1,e,1,+R,1,i+R,1,i,=,2,e,1,+,2,R,1,i,X,与,x,相连，两个,1,的方向相反,u=,e,1,+e,1,+,R,1,i+R,1,i=,2,R,1,i,正确联接方法,，,u,加在,Ax,端，,错误联接方法,，,u,加在,A a,端，,产生很大电流，不允许！,2.,绕组的连接,A,X,a,x,i,i,1,1,e,1,e,1,+,+,A,X,a,x,i,i,1,1,e,1,e,1,+,+,返回,3.4,电磁铁,衔铁,铁心,铁心线圈,线圈,衔铁,结构：线圈、铁心、衔铁,利用电磁力实现某一机械发生动作的电磁元件。,1.,直流电磁铁,(,1,),电磁吸力,通入直流，无铁损，铁心用整块的铸钢、软钢。,F,对直流,U,=,IR,U,不变时，,I,不变,磁动势,F,m,=,IN,=,U,m,=,R,m,也,不变,R,m,=,R,m0,+,R,m1,R,m,=,R,m1,吸合,后,前,所以在,吸合后,B,0,S,不变,结论：吸力变大！,(,2,),吸合前后的电磁吸力 变化情况,(,1,),平均电磁吸力,铁心由硅钢片叠成；,有分磁环。,2.,交流电磁铁,(,2,),吸合前后的电磁吸力,不,变,根据,U,=,4.44,f N,m,当,U,f,N,不变,m,不变,B,m,不变,吸力,F,不变。,磁动势,F,m,=,i N,=,U,m,=,R,m,R,m,=,R,m0,+,R,m1,R,m,=,R,m1,吸合,后,前,所以在,吸合过程中，,吸力不变，励磁电流由大,变,小。,大,i N,有效值,I,大,小,i N,有效值,I,小,t,、,f,f,1,铁心,电磁吸力,由于,1,与,2,之间出现了相位差，,合成磁通所产生的电磁吸力就不会为零。,磁通为零，,吸力也为零,2,短路铜环,(,3,),分磁环结构,例,1,把一台,50 Hz,、,380 V,的交流电磁铁接在,50 Hz,、,220 V,的交流电源上，会出现什么问题？怎,样解决？,解,根据,U,4,.44,f N,m,U,m,F,吸力不足,减少,N,例,2,一台单相变压器，一次侧为两个绕组，额定电压均为,110 V,，,试问电源电压为,220 V,时，如何连接？,电源电压为,110 V,时，如何连接？,解,电源电压为,220 V,时，接线如右图所示；,电源电压为,110,V,时，接线如,下图所示。,A,X,a,x,A,X,a,x,u,A,X,a,x,u,电磁铁应用一例,M,3,抱闸,电磁铁,制动轮,弹簧,M,3,电磁铁应用一例,M,3,抱闸,电磁铁,制动轮,弹簧,返回,5.2,笼型电动机直接起动的控制线路,5.5,时间控制,5.6,应用举例,5.1,常用控制电器5.3,笼型电动机正反转的控制线路,第,5,章 继电接触器控制系统,5.4,行程控制,退出,5.1,常用控制电器,第,5,章 继电接触器控制系统,采用继电器、接触器及按钮等控制电器来实现电动机,的起动、停止、正反转、调速及制动的控制系统称为继电,接触控制系统。,5.1.1,组合开关,组合开关也称转换开关，在机床电气控制线路中常用作电源的引入开关，也可以用来直接起动和停止小容量笼型电动机和对电动机进行正、反转控制。,组合开关,图形符号,S,组合开关,文字符号,手柄,转轴,用组合开关起停电动机的接线图,M,3,静触片,动触片,转动手柄，转轴就可以带动三个动触片将三对静 触片,(,彼此相差一定角度),同时接通或断开。,用组合开关起停电动机的接线图,手柄,转轴,M,3,静触片,动触片,转动手柄，转轴就可将三个触点,(,彼此相差一个角度,),同时接通,或断开，从而控制电动机起动或停止。,组合开关有单极、双极、三极和四极几种，额定持续,电流有,10 A,、,25 A,、,60 A,和,100 A,等多种。,5.1.2,按钮,按钮,5.1.3,交流接触器,交流接触器,线圈,KM,交流接触器的图形和文字符号,辅助触点,主,触,点,动合触点,动断触点,5.1.4,中间继电器,中间继电器常用来传递多个信号和同时控制多个电路，,也可以直接控制小容量电动机或其它电气执行元件。,中间继电器的结构和交流接触器基本相同，只是电磁系,统小些，触点多些。,选用中间继电器主要考虑电压等级和触点数量。,5.1.5,热继电器,热继电器,熔断器俗称保险丝，是最简便而且最有效的短路保护电器。熔断器中的熔丝或熔片用电阻率较高的易熔合金制成。线路正常工作时，熔体不应熔断，当电路发生短路，熔体立即熔断，以保护电路及用电设备不遭损坏。,FU,5.1.6,熔断器,文字符号和图形符号,常用三种熔断器的结构图,选择熔丝的方法,(,1,),电灯支线熔丝,熔丝额定电流,支线上所有电灯的工作电流,(,2,),一台电动机的熔丝,熔丝额定电流,电动机的起动电流,2.5,5.1.6,熔断器,熔丝额定电流,电动机的起动电流,1.6 2,如果电动机起动频繁，则为,(,3,),几台电动机合用的总熔丝,熔丝额定电流,=,(,1.5 2.5,),容量最大的,电动机额定电流,+,其余电动机额定电流之和,熔丝的额定电流有,4 A,；,6 A,；,10 A,；,15 A,；,20 A,；,25 A,；,35 A,；,60 A,；,80 A,；,100 A,；,125 A,；,350 A,；,600 A,等多种。,5.1.7,自动空气断路器,自动空气断路器,返回,5.2,笼型电动机直接起动的控制线路,为了读图和设计线路的方便，控制线路常根据其作用原,理画出，把控制电路和主电路分开。这样的图称为控制线路,原理图。,在控制线路原理图中，各种电器都用统一的符号来代表。同一电器的各部件是分散的。为了识别起见，它们用统一的符号表示。,在原理图中，规定所有电器触点均表示在起始情况下的位置，即在没有通电或没有发生机械动作时的位置。,在起始情况下，如果触点是断开的，则称为,动合触点,；,如果触点是闭合的，则称为,动断触点,。,笼型电动机直接起动的控制线路原理图,KM,1,2,FR,FU,SB,1,SB,2,KM,KM,FR,控制电路,主电路,S,M,3,若去掉自锁触点,KM,，,则可对电动机实行点动控制。,KM,1,2,FR,FU,SB,2,KM,FR,控制电路,主电路,S,M,3,闭合开关,S,接通电源,按,SB,2,KM,线圈得电,KM,主触点闭合,M,运转,松,SB,2,KM,线圈失电,动作次序,笼型电动机点动控制线路,M,3,KM,1,2,FR,FU,SB,2,KM,FR,控制电路,主电路,S,M,3,闭合开关,S,接通电源,按,SB,2,KM,线圈得电,KM,主触头闭合,M,运转,松,SB,2,KM,线圈失电,KM,主触头恢复,M,停转,动作次序,笼型电动机点动控制线路,返回,5.3,笼型电动机正反转的控制线路,FR,FU,KM,F,S,KM,R,要使电动机给够实现反转，只要把接到电源的任意两根联线对调一头即可。为此用两个接触器来实现这一要求。,设,KM,F,为实现电机正转的接触器，,KM,R,为实现电机反转的接触器。,AB,C,U,V,W,合上,S,接通电源,其主触点闭合,让,KM,F,线圈通电,三相电源,ABC,分别通入电机三相绕组,UVW,，,电动机正转,。,其主触点闭合,让,KM,R,线圈通电,三相电源,ABC,通入电机三相绕组变,为,A U,未变，但,B W,，,C V,。,电动机将反转,KM,F,线圈,断电，主触点打开，电机停。,M,3,电机正转并自锁,主电路,笼型电动机正反转的控制线路,KM,F,FR,FU,SB,1,SB,F,KM,F,KM,F,FR,S,M,3,KM,R,KM,R,SB,R,KM,R,KM,F,KM,R,控制电路,动作次序,按SB,F,KM,F,通电,动合触点闭合,实现互锁功能,合上,S,接通电源,动断触点打开,按,SB,1,KM,F,断电,电机停转,按,SB,R,KM,R,通电,动合触点闭合,实现互锁功能,动断触点打开,电机,反,转并自锁,缺点：要,想改变电机转,向，必须先按,停止按钮。,采用,复式按钮,笼型电动机正反转的控制线路,KM,F,FR,FU,SB,1,SB,F,KM,F,KM,F,FR,S,M,3,KM,R,KM,R,SB,R,KM,R,KM,F,KM,R,此电路要想改变电机转向，可不必先按,停止按钮。请自已分析线路的动作次序。,返回,5.4,行程控制,行程控制，就是当运动部件到达一定行程位置时采用,行程开关来进行控制。,行程的种类很多，它有动合触点和动断触点，由装在,运动部件上的挡块来撞动。当运动部件到达一定行程位置,时，其上的挡块撞动行程开关，使动合触点闭合，动断触,点断开。,行程控制,用行程开关控制工作台的前进与后退线路见动画。,动断触点,动合触点,行程开关符号,返回,5.5,时间控制,时间控制是指采用时间继电器进行延时控制。例如电动,机的,Y,起动。,在交流电路中常采用时间继电器进行延时控制。其结构,及原理见动画。,时间继电器,时间继电器的图形和文字符号,通电延时时间继电器,文字符号,KT,图形符号,断电延时时间继电器,图形符号,文字符号,KT,FU,1,KM,1,FR,SB,1,SB,2,KT,KM,2,FR,S,KT,KM,3KM,1,KM,2,KM,1,U,1,V,1,W,1,U,2,V,2,W,2,M,3,KT,FU,2,KM,3,KM,2,KM,2,KM,1,按SB,2,KM,1,通电,KT,通电,KM,2,断电,KM,3,通电,(,Y,起动,),KM,1,断电,KM,2,通电,KM,3,断电,(,运行,),KM,3,KM,1,通电,延时,线路动,作次序,笼型电动机,Y,起动控制线路,返回,主电路,5.6,应用举例,KM,F1,M,1,3,KM,R1,KM,F2,M,2,3,KM,R2,5.6.1,加热炉自动上料控制线路,炉门开闭电动机,推料机进退电动机,SB,1,KM,F1,SB,2,KM,F1,KM,R1,ST,d,ST,a,KM,F2,KM,F2,KM,R2,ST,a,ST,b,KM,R2,KM,R2,KM,F2,ST,b,ST,c,KM,R1,KM,R1,KM,F1,ST,c,ST,d,炉门开,推料机进,推料机退,炉门闭,炉,门,开,推料机进,推料机退,炉,门,闭,ST,d,SB,2,ST,c,ST,a,ST,b,加热炉自动上料控制线路,按,SB,2,KM,F1,通电,M,1,正转,炉门开,压,ST,a,KM,F1,断电,M,1,停转,KM,F2,通电,M,2,正转,推料机进，送料入炉，到料位,压,ST,b,KM,F2,断电,KM,R2,通电,M,2,反转,推料机退，到原位,KM,R1,断电,M,1,停转,KM,R1,通电,M,1,反转,炉门闭,KM,R1,断电,M,1,停转,ST,d,动,合触点闭合，为下次循环作准备,压,ST,c,压,ST,d,加热炉自动上料控制线路动作次序,M,1,3,KM,FR,1,SB,1,SB,2,KM,5.6.2 C620-1,型普通车床控制线路,M,2,3,FR,2,FU,1,FU,2,FU,3,FU,4,S,FR,2,FR,1,S,1,S,3,S,2,T,T,控制原理和动作,顺序请自行分析。,KM,返回,第,8,章 电工测量,8.1,电工测量仪表的分类,8.2,电工测量仪表的型式,8.3,电流的测量,8.4,电压的测量,8.5,万用表,8.6功率的测量,8.7,兆欧表,退出,第,8,章 电工测量,本章介绍几种常用的电工测量仪表的基本构造、工,作原理和正确的使用方法，以及电压、电流、电阻和功率,的测量方法。,8.1,电工测量仪表的分类,通常用的电工测量仪表按照下列几个方面分类：,1.,按照被测量的种类分类,2.,按照工作原理分类,3.,按照电流的种类分类,4.,按照准确度分类,1.,按照被测量的种类分类,符号,被测量的种类,仪表名称,电 流,电流表,电压表,电 压,电功率,电 能,毫安表,千伏表,功率表,千瓦表,电度表,A,kW,V,W,mA,kWh,kV,1.,按照被测量的种类分类,符号,被测量的种类,仪表名称,相位差表,频率表欧姆表,相位差,频 率,电 阻,兆欧表,M,f,2.,按照工作原理分类,型式,符号,被测量的种类,电流的种类与频率,磁电式,整流式,电磁式,电动式,电流、电压、电阻,电流、电压,电流、电压,电流、电压、功率、,、,功率因数、电能量,直流,工频及较高频率的,交流,直流及工频交流,直流及工频与较高,频率的交流,3.,按照电流的种类分类,电工测量仪表可分为直流仪表、交流仪表和交直流两用,仪表。,4.,按照准确度分类,准确度是电工测量仪表的主要特性之一。仪表的准确度,与其误差有关。一种是基本误差，另一种是附加误差。,仪表的准确度是根据仪表的,相对额定误差,来分级的。,相对额定误差,是指仪表在正常工作条件下进行测量可能产生的最大基本误差与仪表的最大量程,(,满标值,),之比，用百分数表示，则为,目前我国直读式电工测量仪表按准确度分为,0.1,，,0.2,，,0.5,，,1.0,，,1.5,，,2.5,和,5.0,七级。,例如有一准确度为,2.5,级的电压表，其最大量程为,50,V,，,则可能产生的最大基本误差为,4.,按照准确度分类,若用准确度为,2.5,级、最大量程为,50,V,的电压表,，,测量实,际为,10,V,的电压时，则相对测量误差为,而用它测量实际为,40,V,的电压时，则相对测量误差为,因此，在选用仪表 的量程时，应使被测量的值接近满,标值。一般应使被测量值超过仪表的满标值一半以上。,准确度等级较高的仪表常用来进行精密测量或校正准,确度等级较低的仪表。,电工测量仪表上的几种符号,符 号,意义,交流,直流,交直流,三相交流,仪表绝缘试验电压,2000,V,仪表直立位置,仪表水平位置,仪表倾斜,60,放置,_,_,或,3,2,kV,60,返回,8.2,电工测量仪表的型式,直读式仪表按照工作原理可分为：磁电式、电磁式,和电动式几种。,通常，直读式仪表主要由产生转动转矩部分、产生,阻转矩的部分和阻尼器等组成。,8.2.1,磁电式仪表,磁电式仪表,8.2.2,电磁式仪表,推斥式电磁式仪表,8.2,电工测量仪表的型式,8.2.3,电动式仪表,电动式仪表,8.3,电流的测量,通常测量直流电流用磁电式电流表，而测量交流电流主,要采用电磁式电流表。电流表应,串联,在电路中。为了使电路,的工作不受接入电流表的影响，电流表的内阻必须很小。,采用磁电式电流表测量电流时，为了扩大它的量程，应,在测量机构上并联一个称为,分流器,的低值电阻,R,A,。,返回,A,I,负,载,8.3,电流的测量,I,I,0,R,A,负,载,R,0,电流表与分流器,图中,I,0,与,I,的关系为,即,式中,R,0,是测量机构的电阻,8.3,电流的测量,例,1,有一磁电式表头，当无分流器时，表头的 满标,值电流为,5,mA,。,表头电阻为,20,。今欲使其量程为,1,A,，,问分流器的电阻应为多大？,解用电流互感器扩大电磁式电流表的量程，而不用分流器。,注意：,8.4,电压的测量,测量直流电压常用磁电式电压表，而测量交流电压常用电磁式电压表。电压表应,并联,在欲测电压的负载、电源或一段电路中。为了使电路的工作不受接入电压表的影响，电压表的内阻必须很大。,返回,8.4,电压的测量,为了扩大电压表的量程，应在测量机构上串联一个称为,倍压器,的高值电阻,R,V,。,V,负,载,+,U,R,A,负,载,R,0,U,0,+,+,U,电压表和倍压器,由图中可得,即,8.4,电压的测量,例,1,有一电压表，其量程为,50,V,，,内阻为,2 000,。今,欲使其量程扩大到,300,V,，,问还需串联多大电阻的倍压器？,解,8.5,万用表,万用表可测量多种电量，虽然准确度不高，但是使用,简单，携带方便，特别适用于检查线路和修理电气设备。,8.5.1,磁电式万用表,磁电式万用表由磁电式微安表、若干分流器和倍压器、,半导体二极 管及转换开关等组成，可用来 测量直流电流、,直流电压、交流电压和电阻等。,返回,8.5.1,磁电式万用表,1.,直流电流的测量,MF-30,型万用表面板图,测量直流电流原理电路,R,R,A1,A,500,mA,50,mA,5,mA,0.5,mA,50,A,R,A2,R,A3,R,A4,R,A5,+,+,被测电流从“,+”,、“,”,两端进出。,R,A1,R,A5,是分流器电阻，改变转换开关的位置，就可改变电流的量程。,8.5.1,磁电式万用表,2.,直流电压的测量,测量直流电压原理电路,被测电压加在“,+”,、“,”,两端。,R,V1,、,R,V2,是倍压器电阻，改变转 换开关的 位置，就可改变电压的量程。量程愈大，倍压器的电阻也愈大。仪表的,灵敏度,可以表明这一特征。,R,A,A,1,V,5,V,R,V1,R,V2,R,V3,+,+,R,25,V,仪表的,灵敏度,是用仪表总内阻除以电压量程。灵敏度愈高,被测电路受仪表的影响愈小。,MF-30,万用表在直流电压,25,V,挡上仪表的总内阻为,500,k,，,则这挡的灵敏度为,3.,交流电压的测量,测量交流电压原理电路,被测电压加在“,+”,、“,”,两端。在正半周时，设电流从“,+”,流进，经二极管,D,1,，,部分电流经微安表流出。在负半周时，电流直接经,D,2,从“,+”,端流出。可见，通过微安表的是半波电流，读数为该电流的平均值。为此，表中加一,600,交流调整电,8.5.1,磁电式万用表,100,V,10,V,R,V1,R,V2,+,+,R,A,D,1,D,2,600,万用表交流电压挡的灵敏度一般较直流电压挡低。,MF-30,万用表交流电压挡的灵敏度为,5,k,/V,。,位器，用来改变表盘刻度；,R,V1,、,R,V2,，是倍压电阻，用以改变电压量程。,4.,电阻的测量,测量电阻原理电路,被测电阻加在“,+”,、“,”,两端。测量前应将“,+”,、“,”,两端短接，看指针是否偏转最大而指在零，否则应转动零欧姆调节电位器进行校正。,注意：,使用电阻挡绝对不能在带电线路上测量电阻。用毕,将转换开关转到高电压挡。,8.5.1,磁电式万用表,+,+,R,1,k,A,1.7,k,10,100,+,1.5,V,调零,1.,测量范围,8.5.2,数字式万用表,DT-830,型万用表面板图,以,DT-830,型数字万用表为例说明它的测量范围和使用方法。,(,1,),直流电压分五挡,：,200 mV,，,2 V,，,20 V,，,200 V,，,1 000 V,。,输入电阻为,10,M,。,(,2,),交流电压分五挡：,200,mV,，,2 V,，,20 V,，,200 V,，,750 V,。,输入阻抗为,10,M,。,频率范围,40,Hz 500 Hz,。,(,3,),直流电流分五挡：,200,A,，,2 mA,，,20,mA,，,200 mA,，,10 A,。,(,4,),交流电流分五挡：,200,A,，,2 mA,，,20,mA,，,200 mA,，,10 A,。,8.5.2,数字式万用表,(,5,),电阻分六挡：,200,，2,k,，,20 k,，,200 k,，,2 M,，,20 M,。,此外，还可检查二极管的导电性能，并能测量晶体管的电流放大系数和检查线路通断。,2.,面板说明,(,1,),显示器显示四位数字，最高位只能显示,1,或不显示数字，算半位，故称三位半,。,最大指示值为,1 999,或,1,999,。当被测量超过最大指示值时，显示“,1”,或“,1”,。,(,3,),转换开关根据被测的电量选择相应的功能位；按被测量的大小选择适当的量程,。,(,2,),电源开关使用时置于“,ON”,；,使用完毕置于“,OFF”,。,8.5.2,数字式万用表,(,4,),输入插座将黑色测试笔插入,“,COM,”,插座,；,红色测试笔在测量电压和电阻时，插入,“,V,”,插座，测量小于,200,mA,电流时，插入,“,mA,”,插座，测量大于,200,mA,电流时，插入“,10,A”,插座,。,8.6,功率的测量,电路中的功率与电压和电流的乘积有关，因此常用电,动式仪表来测量功率。,在线圈通入交流时，,电动式仪表指针偏转的,角度,负,载,+,_,*,*,可动线圈,固定线圈,8.6.1,单相交流和直流功率的测量,返回,由于在功率表中，并联线圈电路串有高阻值的倍压器，它的感抗与电阻相比可以忽略不计，故可以认为其中电流,i,2,与,u,同相。,负,载,+,_,*,*,因此,可以写成,可见，电动式功率表中指针偏转角,与电路的平均功率,P,成正比。,使用时，功率表两个线圈的始端,(,标以,“,”,或,“,”,号,),均应联在电源的同一端。,电动式功率表也可以测量直流功率。,8.6.1,单相交流和直流功率的测量,8.6.2,三相功率的测量,三相三线制电路中，广泛采用两功率表法测量三相功率。,i,A,i,B,i,C,A,B,C,*,*,*,W,1,*,W,2,图中，三相瞬时功率为,因为,所以,8.6.2,三相功率的测量,第一个功率表,W,1,的读数为,式中,为,u,AC,和,i,A,之间的相位差。,式中,为,u,BC,和,i,B,之间的相位差。,两功率表的读数,P,1,与,P,2,之和即为三相功率,当负载对称时,第二个功率表,W,2,的读数为,8.6.2,三相功率的测量,因此，两功率表读数之和为,当相电压与相电流同相时，两个功率表的读数相等。当相电流比相电压滞后的角度,60,时，,P,2,为负值，因此必须将功率表的电流线圈反接。这时三相功率等于第一个功率表的读数减去第二个功率表的读数，即,三相功率应是两个功率表读数的,代数和,。其中任何一个功率表的读数是没有意义的。,返回,8.7,兆欧表,兆欧表是一种利用磁电式流比计线路来测量高电阻的仪表。其构造是在永久磁铁的磁极间放置着固定在同一轴上而相互垂直的两个线圈。一个线圈与,R,串联，另一个线圈与被测电阻,R,X,串联，然后两者并接在端电压为,U,的手摇发电机上。,测量时两线圈中的电流分别为,两线圈受磁场作用产生两个方向相反的转矩，分别为,平衡时,即,8.7,兆欧表,或,偏转角,与两线圈中电流之比有关，故称为流比计。,由于,所以,可见,与被测电阻有一定的函数关系，因此仪表刻度尺,可以直接按电阻来分度。,仪表的读数与电压,U,无关，手摇发电机的转动的快慢不,影响读数。,返回,第,9,章 半导体二极管和三极管,9.2,半导体二极管,9.3,稳压管,9.4,半导体三极管,9.1,半导体的导电特性,退出,第,9,章,半导体二极管和三极管,9.1,半导体的导电特性,本征半导体就是完全纯净的、具有晶体结构的半导体。,9.1.1,本征半导体,自由电子,空穴,共价键,Si,Si,Si,Si,本征半导体中自由,电子和空穴的形成,用得最多的半导体是硅,或,锗,它们都是四价元素。将硅或锗材料提纯并形成单晶体后，便形成共价键结构。在获得一定能量,(,热、光等,),后，少量价电子即可挣脱,共价键的束缚成为,自由电子,，同时在共价键中就留下一个空位，称为,空穴,。自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断复合。,在外电场的作用下，自由电子逆着电场方向定向运动形成,电子电流,。带正电的空穴吸引相邻原子中的价电子来填补，而在该原子的共价键中产生另一个空穴。空穴被填补和相继产生的现象，可以看成空穴顺着电场方向移动，形成,空穴电流,。,可见在半导体中有,自由电子,和,空穴,两种载流子，它们都能参与导电。,空穴移动方向,电子移动方向,外电场方向,Si,Si,Si,Si,Si,Si,Si,9.1.2 N,型半导体和,P,型半导体,1.N,型半导体,在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷，当某一个硅原子被磷原子取代时，磷原子的五个价电子中只有四个用于组成共价键，多余的一个很容易挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子。因而自由电子的数量大大增加，是多数载流子，空穴是少数载流子，将这种半导体称为,N,型半导体。,Si,Si,Si,Si,Si,Si,Si,P,多余价电子,本征半导体中由于载流子数量极少，导电能力很低。如果在其中参入微量的杂质,(,某种元素,),将使其导电能力大大增强。,2.P,型半导体,在硅或锗的晶体中掺入三价元素硼，在组成共价键时将因缺少一个电子而产生一个空位，相邻硅原子的价电子很容易填补这个空位，而在该原子中便产生一个空穴，使空穴的数量大大增加，成为多数载流子，电子是少数载流子，将这种半导体称为,P,型半导体。,Si,Si,Si,Si,Si,Si,Si,B,空位,B,空穴,价电子填补空位,9.1.3 PN,结及其单向导电性,1.PN,结的形成,用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上，形成,P,型半导体区域和,N,型半导体区域，在这两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为,PN,结。,P 区,N 区,N,区的电子向,P,区扩散并与空穴复合,PN,结,内电场方向,2.PN,结的单向导电性,(,1,),外加正向电压,内电场方向,E,外电场方向,R,I,P 区,N 区,外电场驱使,P,区的空穴进入空间,电荷区抵消一部分负空间电荷,N,区电子进入空间电荷区,抵消一部分正空间电荷,空间电荷区变窄,扩散运动增强，形,成较大的正向电流,P 区,N 区,内电场方向,E,R,空间电荷区变宽,外电场方向,I,R,2.,外加反向电压,外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走,少数载流子越过,PN,结形成很小的反向电流,多数载流子的扩散运动难于进行,返回,9.2,半导体二极管,9.2.1,基本结构,将,PN,结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二极管。按结构分，有点接触型和面接触型两类。,点接触型,表示符号,正极,负极,金锑,合金,面接触型,N,型锗,正极引线,负极引线,PN 结,底座,铝合金小球,引线,触丝,N型锗,外壳,9.2.2,伏安特性,二极管和,PN,结一样，具有单向导电性，由伏安特性曲线可见，当外加正向电压很低时，电流很小，几乎为零。正向电压超过一定数值后，电流很快增大，将这一定数值的正向电压称为死区电压。通常，硅管的死区电压约为,0.5V,，,锗管约为,0.1V,。,导通时的正向压降，硅管约为,0.6 0.7V,，,锗管约为,0.2 0.3V,。,60,40,20,0.02,0.04,0,0.4,0.8,25,50,I,/,mA,U,/V,正向特性,硅管的伏安特性,死区电压,击穿电压,U,(BR),反向特性,I,/,mA,U,/V,0.2,0.4,25,50,5,10,15,0.01,0.02,锗管的伏安特性,0,在二极管上,加,反向电压时，反向电流很小。但当反向电压增大至某一数值时，反向电流将突然增大。这种现象称为击穿，二极管失去单向导电性。产生击穿时的电压称为反向击穿电压,U,(BR),。,9.2.3,主要参数,1.,最大整流电流,I,OM,最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过二极管,的最大正向平均电流。,2.,反向工作峰值电压,U,RWM,它是,保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是,反向击穿,电压的一半或三分之二。,3.,反向峰值电流,I,RM,它是指二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。,例,1,在图中，输入电位,V,A,=+3 V,，,V,B