自动控制原理试卷2

2019/12/191初级电工培训上海振华重工（集团）张家港港机有限公司2010年12月2019/12/192《电工基础知识》第一节直流电路培训要点：本节应重点掌握直流电路中物理量的概念及各物理量（电流、电压、电阻及电功率等）的计算；理解欧姆定律和基尔霍夫定律的内容并能应用定律；掌握电阻串联、并联及混联电路的计算。2019/12/193本节难点：基尔霍夫定律混联电路的分析（简化与计算）2019/12/194第一节直流电路一、直流电路的基本概念理解：电是物质运动；电是一种能量。物质是有原子构成的。原子是有带正电的原子核和带负电的电子组成。因电子数量和核内质子数相等，物质一般不显电性。在特定的条件下，（比如给金属导体加电压）金属物质内的电子因获得能量成为自由电子作定向移动，与此同时原子核内的质子也（与自由电子分离）做反方向的定向移动。2019/12/195金属导体电运动图解：2019/12/196电是什么？实质上是自由电子（即负电荷）在物质内的移动（定向运动）。自由电子定向运动是谁在起作用？电场力物质从一种状态到另一种状态是受力的作用，在电工学中把推动电荷定向运动的力称为电场力。当给金属物体加电源电压，则在金属导体内形成电场，电荷（正电荷和负电荷）在电场中受到电场力的作用，因此电压造成电荷定向运动。2019/12/197电既然是物质内自由电子的定向运动，那么运动就会有运动方向和运动速度大小。根据运动方向与大小，电分为直流和交流直流电是什么？大小和方向随时间都不变化的电荷运动。（二）直流电路的组成电路是由电源（E）、负载（EL）、控制电器（S）、保护装置熔断器（FU）、连接导线组成。UIELSE+—FU导线（2）各部分作用①电源（符号：E）——提供电能的装置。包括各种电池。作用：提供电能。②负载（符号：EL）——消耗电能的装置，包括各种用电器，负荷。作用：转化电能。2019/12/1910③控制电器（符号：SA）——控制负载运行的电器装置，包括各种接触器、继电器和照明开关等。作用：在电路中接通和断开电路，起着控制和分配电能的作用。④导线：电路的连接线，包括铝线、铜导线及各种合金导线等。作用：传输电能。2019/12/1912二、电路的基本物理量1、电流的形成：电荷有规则的定向移动形成电流。2、电流的方向：习惯上规定正电荷的运动方向为电流方向,与自由电子的运动方向相反。图2—2（见教材）（一）电流+—电流EEL2019/12/19133、电流的大小（符号I）定义：单位时间内通过导线某一截面的电荷量（电量）的多少来衡量电流的强弱。①计算公式：I=Q/t或Q=It式中：I----电流，基本单位：A（安培）Q----电荷量，基本单位：C（库仑）t----时间，基本单位：s（秒）Qt2019/12/1914常用单位：kA（千安）;mA（毫安）;μA（微安）,换算关系如下：（见教材P7）③电流的分类直流：方向和大小都不随时间变化的电流。交流：方向和大小随时间做周期性变化的电流。（在书写时，为了与直流电的符号I区别，用i表示交流电．）2019/12/1915交流电的流向是正负交替的。直流电的流向是恒定不变的。2019/12/19164、例题：如果每秒钟通过导线电量5C，则电流是？如果10s通过100C，则电流就是10A。（I=100/10=10A）2019/12/1917二、电位、电压（电位差）电流说到底是电荷受电场力的作用．问题：那电场力是谁提供的呢？答案：电源电压（电位差）电荷在电场中受到电场力，而电场有电源电压提供的，因此电压是形成电流的原因2019/12/19181、电压（电压降、电位差）电压是指在电路中任意两点之间的电位差。在数值上等于电场力将单位正电荷从电路的一点移动到另一点所作的功。符号：U单位：基本单位伏特（V）常用单位千伏（KV），毫伏（mV）微伏（µV）单位换算：（见教材---P8）2019/12/1919电压的方向：高电位指向低电位。（电位值是下降的）电压的大小：Ｕab＝Φa－Φb＝Ｗab／Ｑ式中：Uab—ab点间的电压，单位（V）；Φa—a点电位；Φb—b点电位Wab—电场力作的功，单位焦耳（J）；Q—电量，单位库仑（C）2019/12/19202、电位电位是指在电路中（电场中）某点与零电位点之间的电压，在数值上等电场力将单位正电荷从该点移动到零电位点所作的功。零电位：任意人为指定的，通常把大地的电位作为零电位。零电位表注：或符号：V或Φ，如Va或Φa表示a点的电位。单位：伏特（V）2019/12/1921了解：Va=U=WaO/Q（根据定义而来）式中：Va—a点电位，单位伏特（V）；U—a点与零电位点之间的电压，WaO—电场力作的功，单位焦耳（J）；Q—电量，单位库仑（C）aOaO2019/12/1922电位和电压的区别电位与电压是紧密联系又有区别的。电路中各点的电位值与指定参考点的选取有关，是个相对量，因此电位有正、负。高于参考点电位为正，低于参考点电位为负。电路中任意两点间的电压是两点之间的电位差，是个绝对量。与参考点的选取无关。2019/12/1923类比有两座山A和B，以大地作为水平参考面，设山A高1000米，山B高800米；山A、B高度差200米。以大海为水平参考面，设山A高1080米，山B高880米；山A、B高度差还是200米。当选取水平参考面不同，山A和山B各自有不同的值，但这两座山A和B的高度差是固定不变的。2019/12/1924大家计算看一下！例如：VA=12VVA=6VVB=0VVB=-6VUAB=12－0=12VUAB=6－（－6）=12V注意：两个电路中A、B两点的电位同接地点的选择有关，A、B两点的电压同接地点的选择无关。12VAB12VAB+-+-ＥＥ2019/12/1925练习1：图中E=8V，R1=3Ω，R2=5Ω，I=2A，方向从A指向C，则ΦA为多少？AR1R2CIBE2019/12/1926练习2：在图示电路中，a、b两点之间的电压Uab是多少？b5V8VaＥ１Ｅ２2019/12/19273、电动势①电动势：指电源的非静电力将单位正电荷从电源的负极推向正极所作的功。了解：各种不同的电源尽管提供电能的方法不同，但它们都有一个共同点：就是能把电源内部存在的正、负电荷分别推向电源的两极，使得一个极带一定量的正电荷，另一极带一定量的负电荷，于是两极间形成一个电场，出现了电位差（即电压）电源内部这种能推动电荷移动的作用力称为电源力（非静电力）。Ｅ2019/12/1928电动势只针对而言。②符号：E③单位：V。④电动势方向：的负极指向正极。而电压的方向是高电位指向低电位。2019/12/1929⑤了解：电动势大小取决于电源本身的能力计算公式：Eba=Wba/Q：Eba——电源电动势（V）Wba——电源力所作的功（J）Q——电量（C）注意：当电源两端不接负载时，电源两端开路电压数值与电源的电动势相等。即Uab=Eba⑥、其它单位：mV、kV、μV2019/12/1930（三）、电阻1、电阻：导体中的自由电子在电场力的作用下作有规则的定向运动时，会和导体中其它运动着的分子、原子相碰撞，即受到阻力，这种阻碍电子运动的阻力，称为电阻。2、电阻是物质的一种物理性质．即无论何种物质都有一定的阻碍电流的属性．不管导体两端有无电压，其电阻始终存在。）2019/12/19313、符号：R图形表示：4、电阻单位：欧姆（Ω）千欧（KΩ）兆欧（MΩ）单位换算：1kΩ=103Ω；1MΩ=106Ω。5、电阻的计算：在同一温度下，电阻除了和导体材质有关外，同一导体的电阻与导体的长度成正比，而与导体的截面成反比。R2019/12/1932R=ρL/S式中：R——导体的电阻，单位：ΩL——导体的长度，单位：mS——导体的截面，单位：mm2ρ——导体的电阻率，单位：Ω·mm2/m根据ρ的不同，可把所有物质分为三类：导体、绝缘体和半导体。2019/12/1933常见金属材料的电阻率（Ω·mm2/m）材料银铜铝钨黄铜康铜锰铜镍漯合金ρ0.0160.01720.0290.0550.0650.430.501.12019/12/19346了解：导体的电阻随温度的改变而改变。即导体电阻的大小还与温度有关，在不同温度时，同一导体的电阻也不同。通常，金属的电阻都是随温度的升高而增大。（如220V40W的白炽灯不通电时，其灯丝电阻约为100欧姆，而正常发光时灯丝电阻高达1210欧姆。）某些物质在温度下降到一定程度电阻突然为零的现象称为超导。（处于超导状态的导体叫做超导体。如钨在0.01K、铝在1K、锡在3.6K，铌锗化合物在23.2K，都能成为超导体。）2019/12/1935７、电导：表示导体传导电流能力大小的参数称为电导。用符号“G”表示。导线电阻越大，其传导电流的能力越小；导线电阻越小，其传导电流的能力越大。即电阻越大，电导越小；电阻越小，电导越大。电导与电阻的关系：G=1/R电导的单位：S（西门子）2019/12/1936习题：试计算长度为2Km、截面积为16mm2铝导线的电阻和电导。解：查表得：ρ=0.029Ω·mm2/mR=ρL/S=（0.029×2000）/16=3.63ΩG=1/R=1/3.63=0.275S2019/12/1937三、欧姆定律欧姆定律是电工学中最基本的定律之一，在工程中应用极为广泛，需要重点掌握。它表达了在电阻电路中电流I、电压U、电阻R三者之间的关系。（一）、部分电路欧姆定律部分电路欧姆定律内容：当导体温度不变时，流过电阻中的电流，与加在导体两端的电压成正比，而与其电阻成反比。公式：I=U/R（或I=UG）+－IRU一段无源支路2019/12/1939式中：I—导体中的电流（A）U—导体两端的电压（V）R—导体的电阻（Ω）变换公式：U=IR或R=U/I（注意：R=ρL/S也是计算电阻的另一公式，在具体问题是要根据提供不同的条件选用公式）注意：欧姆定律公式I=U/R变形公式U=IR或R=U/I通过上式不难可以看出，如果已知电压、电流、电阻中任意两个量的数值，就可以求出第三个量，顺便指出，欧姆定律也适用与交流电路。在R=U/I中，不能说，电阻R与两端电压U成正比，与流过的电流I成反比。即使两端电压值为0，电阻值依然不变。2019/12/1941你能判断哪个对，哪个错吗？以下判断正确的是：1、在欧姆定律中，电阻与两端电压成正比，与电流成反比。（？）2、在欧姆定律中，若电压不变，则流过的电流与电阻成反比。（？）3、在欧姆定律中，若电流不变，则两端电压与电阻成反比。（？）2019/12/1942例题（欧姆定律的应用）1、设人体电阻为1KΩ，如触及电压为220V，求流过人体的电流为多少？解：已知R=1000Ω，U=220V，I=U/R=220/1000=0.22A2、已知某白炽灯的额定电压是220V，正常发光时的流过的电流是0.18A，试求该灯丝的电阻。解：R=U/I=220/0.18≈1210Ω2019/12/1943练习：电炉丝采用铁铬铝丝，其中电阻率为1.4Ω·mm2/m,截面积为0.64mm2，接在220V电源上使用时，电流是10A，试计算电炉丝的电阻和长度？外电路（二）、全电路欧姆定律全电路是含有电源的闭合电路。全电路欧姆定律的内容：在只有一个电源的无分支闭合电路中，电流的大小与电源的电动势E成正比，与内、外电路的电阻之和（r0+R）成反比。EIr0UR+－最简单的全电路内电路U02019/12/1945公式：①I=E/（R+r0)式中：I—电路中的电流（A）E—电源的电动势（V）R—外电路的电阻（Ω）r0—内电路的电阻（Ω）变形式：②E=IR+Ir0=U+U0即，电源电动势E等于外电路负载上的电压降