整套课件教程:电工电子技术及应用-第十五套.ppt
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- 整套 课件 教程 电工 电子技术 应用 第十五
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1、电工电子技术及应用目目 录录0前言前言下一页返回目目 录录1243 35项目一项目一 汽车照明电路的制作与检测汽车照明电路的制作与检测项目二项目二 家用照明电路的连接与检测家用照明电路的连接与检测 项目三项目三 三相电源在自动卷帘门中的应用三相电源在自动卷帘门中的应用项目四项目四 变压器在变电所的应用变压器在变电所的应用 项目五项目五 交流电动机的应用交流电动机的应用 下一页返回上一页目目 录录6793 810项目六项目六 简易助听器的制作简易助听器的制作项目七项目七 电冰箱冷藏室温控器的安装电冰箱冷藏室温控器的安装与调试与调试项目八项目八 直流稳压电源的设计、安装直流稳压电源的设计、安装与调
2、试与调试项目九项目九 故障监测报警电路的制作故障监测报警电路的制作项目十项目十 抢答器的设计与仿真抢答器的设计与仿真返回下一页上一页目目 录录1122项目十一项目十一 数字时钟电路的制作与调试数字时钟电路的制作与调试项目十二项目十二 简易灯光控制电路简易灯光控制电路返回上一页前言电工电子技术是高职高专工科院校的专业基础课程,是一门实用性很强的学科,也是电气自动化技术、汽车制造、汽车电子、数控维修、矿山机电类等专业学科的先修课程。本书的编写是以电子信息技术、电气自动化技术、机电一体化等专业学生的就业为导向,根据行业专家及企业技术人员对专业所涵盖的岗位群进行的工作任务和职业能力分析,以电工电子信息
3、技术专业岗位具备的能力为依据,紧密结合职业资格证书对电工电气技能的要求,确定项目模块化的课程内容。在编写过程中,力求讲清基本概念,分析准确,减少数理论证,做到深入浅出,通俗易懂。本书在编写时注意突出以下几点:(1)本书分为电工技术和电子技术两部分,条理清晰,从而更加便于老师根据不同的侧重点教学,也便于学生学习。下一页返回前言(2)本书在项目化编写中设计了项目目标、项目情境、理论知识、实践知识、项目实施、习题及拓展训练等模块,突出知识的实用性。(3)概念描述言简意赅,文字表述逻辑清晰,使学生易于理解、记忆。考虑到学生的能力培养和学习基础,尽量进行举例说明问题,并与实际应用相结合,在此基础之上进行
4、理论说明。(4)每个项目的实施均采取由浅入深的原则,符合高职学生的学习认知规律。(5)本书编写力求以实用为目的,对重要知识进行归纳,并配有适量针对性习题,便于练习巩固所学知识。为加强实践环节,采用任务驱动的项目化教学,引导学生自主创新,激发学生的学习积极性和动手能力,加强学生的应用能力培养。下一页返回上一页前言本书共有12 个项目。具体内容包括:电工技术基础篇,包括基本直流电路部分、正弦交流电路部分、磁路与变压器部分、三相交流电路部分、异步电动机及其控制部分;电子技术基础篇,包括半导体及其常用器件部分、基本放大电路部分、组合逻辑电路部分等。本书由运城职业技术学院程珍珍担任主编,许国强、马卫超、
5、唐明涛担任副主编。其中项目一项目三由马卫超编写,项目四、项目五、项目十二由程珍珍编写,项目六项目八由唐明涛编写,项目九项目十一由许国强编写。由于编者的教学经验和学术水平有限,且时间比较仓促,书中疏漏之处在所难免,恳请专家、读者批评指正。编 者返回上一页谢谢观赏项目一项目一 汽车照明电路的制作与检测汽车照明电路的制作与检测1243 351.1 项目目标项目目标1.2 项目情境项目情境 1.3 理论知识理论知识1.4 实践知识实践知识汽车照明电路(日汽车照明电路(日光灯电路)的连接与测试光灯电路)的连接与测试1.5 项目实施项目实施返回1.1 项目目标 知识目标 掌握直流电路的基本理论和分析方法。
6、能力目标 掌握基尔霍夫定律及其应用,学会运用支路电流法分析计算复杂直流电路。情感目标 培养学生使用电路理论分析和解决问题的能力。返回1.2 项 目 情 境 图11 所示照明电路是汽车照明电路,为汽车的重要电路之一,在各种车辆中得到了广泛的应用。由于汽车上不方便取得220 V 交流电,且为了简化结构,保证安全,电路采用直流蓄电池电路供电。所以,要想理解此电路的工作原理,学生必须要掌握直流电路的基本理论和理解各种电路元件的作用。本章将对以上内容进行详细介绍。返回1.3 理 论 知 识 1.3.1 直流电路 一、直流电路的基本概念 1.电路 电路是由各种元器件为实现某种应用目的、按一定方式连接而成的
7、电流流动的通道。复杂的电路亦可称为网络。根据电路的作用,电路可分为两类:(1)用于实现电能的传输和转换的电路;(2)用于进行电信号的传递和处理的电路。根据电源提供的电流不同,电路还可以分为直流电路和交流电路两种。下一页返回1.3 理 论 知 识 综上所述,电路主要由电源、负载和中间环节等三部分组成,如图12 所示手电筒电路即为一简单的电路组成。电源是提供电能或信号的设备,负载是消耗电能或输出信号的设备;电源与负载之间通过中间环节相连接。为了保证电路按不同的需要完成工作,在电路中还需加入适当的控制元件,如开关、主令控制器等。上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 2.电路模型 电路是由电特性相
8、当复杂的元器件组成的,为了便于使用数学方法对电路进行分析,可将电路实体中的各种电气设备和元器件用一些能够表征它们主要电磁特性的模型来代替,而对它实际上的结构、材料、形状等非电磁特性不予考虑,这种模型就是理想元件。如电阻元件就是电阻器、电炉子等实际电路元器件的理想元件,即“模型”,反映这些器件消耗电能的特征。同理,一定条件下,“电感元件”是电磁线圈的理想元件,“电容元件”是电容器的理想元件。由理想元件构成的电路叫作实际电路的电路模型,也叫作实际电路的电路原理图,简称电路图。例如,图13(b)所示的是图13(a)手电筒电路的电路模型。上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 二、电路的基本物理量
9、电路中的物理量主要包括电流、电压、电位、电动势以及功率等。1.电流及其参考方向 带电质点的定向移动形成电流。电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量。电流的实际方向习惯上是指正电荷移动的方向。电流分为两类:一类是大小和方向均不随时间变化,称为恒定电流,简称直流,用I 表示;另一类是大小和方向均随时间变化,称为交变电流,简称交流,用i 表示。上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 对于直流电流,单位时间内通过导体横截面的电荷量是恒定不变的,其大小为 对于交流,若在一个无限小的时间间隔dt 内,通过导体横截面的电荷量为dq,则该瞬间的电流为上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 在国际单
10、位制(SI)中,电流的单位是安培(A)。在复杂电路中,电流的实际方向有时难以确定。为了便于分析计算,便引入电流参考方向的概念。所谓电流的参考方向,就是在分析计算电路时,先任意选定某一方向,作为待求电流的方向,并根据此方向进行分析计算。若计算结果为正,说明电流的参考方向与实际方向相同;若计算结果为负,说明电流的参考方向与实际方向相反。图14 表示了电流的参考方向(图中实线所示)与实际方向(图中虚线所示)之间的关系。上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 2.电压及其参考方向 在电路中,电场力把单位正电荷(q)从a 点移到b 点所做的功(w)就称为a、b 两点间的电压,也称电位差,记为 对于直流
11、,则为上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 电压的单位为伏特(V)。电压的实际方向规定从高电位指向低电位,其方向可用箭头表示,也可用“+”“”极性表示,如图16 所示。若用双下标表示,如U ab 表示a 指向b。显然 U ba=U ab。值得注意的是电压总是针对两点而言的。和电流的参考方向一样,也需设定电压的参考方向。电压的参考方向也是任意选定的,当参考方向与实际方向相同时,电压值为正;反之,电压值则为负。上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 3.电位 在电路中任选一点作为参考点,则电路中某一点与参考点之间的电压称为该点的电位。电位用符号V 或v 表示。例如A 点的电位记为 V A或
12、v A。显然,V A=U AO,v A=u AO。电位的单位是伏特(V)。电路中的参考点可任意选定。当电路中有接地点时,则以地为参考点。若没有接地点时,则选择较多导线的汇集点为参考点。在电子线路中,通常以设备外壳为参考点。参考点用符号“”表示。有了电位的概念后,电压也可用电位来表示,即上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 因此,电压也称为电位差。还需指出,电路中任意两点间的电压与参考点的选择无关。即对于不同的参考点,虽然各点的电位不同,但任意两点间的电压始终不变。4.电动势 电源力把单位正电荷由低电位点B 经电源内部移到高电位点A 克服电场力所做的功,称为电源的电动势。电动势用E 或e 表
13、示,即上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 电动势的单位也是伏特(V)。电动势与电压的实际方向不同,电动势的方向是从低电位指向高电位,即由“”极指向“+”极,而电压的方向则从高电位指向低电位,即由“+”极指向“”极。此外,电动势只存在于电源的内部。5.功率 单位时间内电场力或电源力所做的功,称为功率,用P 或p 表示。即上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 若已知元件的电压和电流,功率的表达式则为 功率的单位是瓦特(W)。当电流、电压为关联参考方向时,式(18)表示元件消耗能量。若计算结果为正,说明电路确实消耗功率,为耗能元件。若计算结果为负,说明电路实际产生功率,为供能元件。当电流、
14、电压为非关联参考方向时,则式(18)表示元件产生能量。若计算结果为正,说明电路确实产生功率,为供能元件。若计算结果为负,说明电路实际消耗功率,为耗能元件。上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 三、电路的工作状态 电路在不同的工作条件下,会处于不同的状态,并具有不同的特点。电路的工作状态有三种:开路状态、短路状态和负载状态。1.开路状态(空载状态)在图110 所示电路中,当开关K 断开时,电源则处于开路状态。开路时,电路中电流为零,电源不输出能量,电源两端的电压称为开路电压,用U OC 表示,其值等于电源电动势E,即上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 2.短路状态 在图111 所示电路
15、中,当电源两端由于某种原因短接在一起时,电源则被短路。短路电流 ISC=E/R0很大,此时电源所产生的电能全被内阻 R 0 所消耗。短路通常是严重的事故,应尽量避免发生,为了防止短路事故,通常在电路中接入熔断器或断路器,以便在发生短路时能迅速切断故障电路。3.负载状态(通路状态)电源与一定大小的负载接通,称为负载状态。这时电路中流过的电流称为负载电流,如图112 所示。负载的大小是以消耗功率的大小来衡量的。当电压一定时,负载的电流越大,则消耗的功率亦越大,则负载也越大。上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 为使电气设备正常运行,在电气设备上都标有额定值,额定值是生产厂为了使产品能在给定的工
16、作条件下正常运行而规定的正常允许值。一般常用的额定值有:额定电压、额定电流、额定功率,用U N、I N、P N 表示。需要指出,电气设备实际消耗的功率不一定等于额定功率。当实际消耗的功率P 等于额定功率P N时,称为满载运行;若P P N,称为轻载运行;而当 P N P 时,称为过载运行。电气设备应尽量在接近额定的状态下运行。上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 1.3.2 电阻元件、电感元件和电容元件 一、电阻元件 1.电阻 电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件,例如灯泡、电热炉等电器。国际单位制(SI)中,电阻(R)的单位为欧姆()。常用电阻器如图113 所示。导体的电阻不仅和导体的
17、材质有关,而且还和导体的尺寸有关。实验证明,同一材料导体的电阻和导体的截面积成反比,而和导体的长度成正比。上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 我们常常把电阻的倒数称为电导,用字母G 来表示,即 国际单位制(SI)中,电导G 的单位为西门子(S)。2.电阻的伏安特性 对于线性电阻元件,其特性方程为:上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 可以把电阻两端的电压与电流的关系画在坐标平面上,用一条曲线(直线)表示其关系,这条曲线(直线)就称为电阻的伏安特性曲线。根据上述公式可知线性电阻的伏安特性曲线是一条过原点且具有正斜率的直线,如图114(a)所示。一般的电阻元件,均为线性电阻元件。非线性电
18、阻的伏安特性,由非线性电阻的伏安特性曲线图114(b)可以看出它是一条曲线,例如二极管就是一个典型的非线性电阻元件。由线性元件组成的电路称为线性电路,由非线性元件组成的电路称为非线性电路。上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 3.电能 电阻元件在通电过程中要消耗电能,是一个耗能元件。电阻所吸收的功率为 则t1 到t2 的时间内,电阻元件吸收的能量W 全部转化为热能。在直流电路中,上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 根据国际单位制(SI),电能的单位是焦耳(J),或千瓦时(kWh),简称为度。1度(电)=1 kWh=3.6106 J 即功率为1 000 W 的供能或耗能元件,在1 小时
19、的时间内所发出或消耗的电能量为1 度。二、电感元件 电感元件作为储能元件能够储存磁场能量,常用电感器如图115 所示,其电路模型如图116 所示。上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 从图115 中可以看出,电感器由一个线圈组成,通常将导线绕在一个铁芯上制作成一个电感线圈,如图117 所示。线圈的匝数与穿过线圈的磁通之积为N,称为磁链。当电感元件为线性电感元件时,电感元件的特性方程为 式中,L 为元件的电感系数(简称电感),是一个与电感器本身有关,与电感器的磁通、电流无关的常数,又叫作自感,在国际单位制(SI)中,其单位为亨利(H),有时也用毫亨(mH)、微亨(H)作单位,1 mH=103
20、 H,1 H=106 H,磁通 的单位是韦伯(Wb)。上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 当通过电感元件的电流发生变化时,电感元件中的磁通也发生变化,根据电磁感应定律,在线圈两端将产生感应电压,设电压与电流为关联参考方向时,电感线圈两端将产生感应电压 在一定的时间内,电流变化越快,感应电压越大;电流变化越慢,感应电压越小;若电流变化为零时(直流电流),则感应电压为零,电感元件相当于短路,故电感元件在直流电路中相当于短路。上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 当流过电感元件的电流为i 时,它所储存的能量为 从上式中可以看出,电感元件在某一时刻的储能仅与当时的电流值有关。三、电容元件 电
21、容元件作为储能元件能够储存电场能量,常见电容器如图118 所示。电容器的电路模型如图119 所示。上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 当电容为线性电容时,电容元件的特性方程为 式中,C 为元件的电容,是一个与电容器本身有关,与电容器两端的电压、电流无关的常数,在国际单位制(SI)中,其单位为法拉(F)。微法(F)、纳法(nF)、皮法(pF)也作为电容的单位。1 F=10 6 F,1 nF=109 F,1 pF=1012 F上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 从式(119)可以看出,电容的电荷量是随电容两端电压的变化而变化的,由于电荷的变化,电容中就产生了电流,则 i C 是电容由于
22、电荷的变化而产生的电流,将 i C代入式(120)中得上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 式(121)表示线性电容的电流与端电压对时间的变化率du/dt成正比。电容所储存的电场能为上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 1.3.3 电压源与电流源 电源是将其他形式的能量(如化学能、机械能、太阳能、风能等)转换成电能后提供给电路的设备。本节主要介绍电路分析中的基本电源:电压源和电流源。一、电压源和电流源 我们所讲的电压源和电流源都是理想化的电压源和电流源。1.电压源 电压源是指理想电压源,即内阻为零且电源两端的端电压值恒定不变(直流电压),如图120 所示。它的特点是电压的大小取决于电压
23、源本身的特性,与流过的电流无关。上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 流过电压源的电流大小与电压源外部电路有关,由外部负载电阻决定。因此,称之为独立电压源。电压为Us 的直流电压源的伏安特性曲线,是一条平行于横坐标的直线,如图121 所示,特性方程为 如果电压源的电压US=0,则此时电压源的伏安特性曲线,就是横坐标,也就是电压源相当于短路。上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 2.电流源 电流源是指理想电流源,即内阻为无限大、输出恒定电流IS 的电源,如图122 所示。它的特点是电流的大小取决于电流源本身的特性,与电源的端电压无关。端电压的大小与电流源外部电路有关,由外部负载电阻决定。
24、因此,也称之为独立电流源。电流为IS 的直流电流源的伏安特性曲线,是一条垂直于横坐标的直线,如图123 所示,特性方程为上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 如果电流源短路,流过短路线路的电流就是IS,而电流源的端电压为零。二、实际电源的模型 1.实际电压源 实际电压源可以用一个理想电压源US 与一个理想电阻r 串联组合成一个电路来表示,如图124(a)所示。特征方程为上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 实际电压源的伏安特性曲线如图124(b)所示,可见电源输出的电压随负载电流的增加而下降。2.实际电流源 实际电流源可以用一个理想电流源IS 与一个理想电导G 并联组合成一个电路来表示
25、,如图125(a)所示。特征方程为 实际电流源的伏安特性曲线如图125(b)所示,可见电源输出的电流随负载电压的增加而减小。上一页 下一页返回1.3 理 论 知 识 1.3.4 基尔霍夫定律 欧姆定律可以确定电阻元件的电压与电流的关系,但一般只用于简单电路,对于一个比较复杂的电路,如图126 所示的电路,各电源电压和各电阻已知时用欧姆定律是不能确定出各支路的电流。对于复杂电路要利用基尔霍夫定律进行求解。基尔霍夫定律是分析电路的重要定律,它包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。一、常用电路名词 以图126 所示电路为例说明常用电路名词。(1)支路:电路中具有两个端钮且通过同一电流的无 分支电路
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