电工多量程直流电压表电流表的设计.docx

电工多量程直流电压表电流表的设计.docx

《电工多量程直流电压表电流表的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工多量程直流电压表电流表的设计.docx（6页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

电工多量程直流电压表电流表的设计

电工多量程直流电压表电流表的设计

电工技术项目教程 电工多量程直流电压表电流表的设计 【项目内容】电路模型和电路中的物理量;电路中常用元器件的认识;电源和负载;基尔霍夫定律及应用。

电压源、电流源及等效变换;戴维南定理;多量程直流电压表、电流表电路的设计。

【项目知识目标】了解电路的组成,电路模型的概念;理解电路中的物理量的意义,电流、电压的正方向和参考正方向的概念;掌握电路中电位的计算方法、电功率的计算;理解电阻串联电路的等效变换及分压公式,电阻并联电路的等效变换及分流公式,较熟练地进行一般电阻混联电路的等效变换;掌握基尔霍夫电流和电压定律,掌握支路电流法,能较熟练地利用支路电流法求解较复杂的电路;理解电压源和电流源的特性,掌握两种电源模型的等效变换的方法;理解戴维�1�7�1�7定理,掌握用戴维南定理求解电路的方法;能分析实际的直流电路。

电工技术项目教程任务2.1认识电路〖任务描述〗在人们的生活实践、生产实践及其他各类活动中,已普遍地使用电能,可以说人们已离不开电能的使用。

电路是传输或转换电能不可缺少的"载体"。

本任务学习电路的组成及作用、理想电路元件及电路模型;电路中的物理量;电阻器、电容器、电感器的参数,电流与电压的关系;简单直流电路的连接及测试。

〖任务目标〗了解电路的组成,电路模型的概念,电阻器、电容器、电感器的作用;理解电路中的物理量的意义,电流、电压的正方向和参考正方向的概念;掌握电路中电位、电功率的计算方法,电阻、电容、电感的电流与电压的关系;掌学习安装简单直流照明电路;学会使用稳压电源、直流电压表、电流表的使用方法。

电工技�1�7�1�7项目教程1.电路的组成及作用2.理想电路元件及电路模型3.电路中的物理量例2.1如图2.3所示电路,已知E1=140V,E2=90V,R1=20,R2=5,R3=6,I1=4A,I2=6A,I3=10A,试求分别以A点、B点为参考点时,各点的电位VA、VB、VC、VD及UCD。

解以A点为参考点时VA=0V（零电位点的电位为零）VB=-I3R3=10×6=60（V）VC=I1R1=4×20=80（V）VD=I2R2=6×5=30（V）UCD=VC-VD=8030=50（V）以B点为参考点时VB=0VVA=I3R3=10×6=60（V）VC=E1=140（V）VD=E2=90（V）UCD=VC-VD=14090=50（V）SRLRoE图2.2电路模型图2.3例2.1图E2E1R1R2R3ABI1I2I3CD电工技术项目教程例2.2图2.6所示为某电路的部分电路,已知E=4V,R=1Ω,求

（1）当Uab=6V,I=

（2）当Uab=1V,I=bI图2.6例2.2图ERa解

（1）设定电路中物理量的参考方向如图2.6所示�1�7�1�7（A）I>0表明电流的实际方向与参考方向一致。

（2）（A）I<0表明电流的实际方向与参考方向相反。

bI图2.6例2.2图ERaEIRUab2146abREUI3141abREUI电工技术项目教程例2.3在如图2.8所示的电路中,已知I=1A,U1=12V,U2=8V,U3=4V。

求各元件功率,并分析电路的功率平衡关系。

图2.8例2.3图IU3U1U2ACB解元件A:

电压U1和电流I为非关联参考方向P1=-U1I=-12×1=-12（W）P1<0,说明元件产生12W功率,元件A为电源。

元件B:

电压U2和电流I为关联参考方向P2=U2I=8×1=8（W）P2>0,说明元件吸收8W功率,元件B为负载。

元件C:

电压U3和电流I为关联参考方向P3=U3I=4×1=4（W）P3>0,说明元件C吸收10W功率,元件C为负载。

P1+P2+P3=-12+8+4=0,功率平衡。

图2.8例2.3图IU3U1U2ACBIUO（a）UU1U2R1R2I（b）RIU电工技术项目教�1�7�1�7�1�7例2.4现有一个量程Ug为3V的电压表,表头内阻Rg为300Ω,如图2.11所示。

若要测量300V的电压,应电压表上串联多大的分压电压电阻Rf解用量程Ug为3V的电压表直接测量300V的电压,电压表会损坏。

解决的办法是在表头串联一个分压电阻Rf,使得Rf上分到的电压为Uf=（300-3）V=297V,而电压表两端的电压仍为3V。

代入式（2.13）得解得Rf=29700Ω=29.7kΩURRRURIRUURRRURIRU22221111URRUii300300297ffRR电工技术项目教程RfVUfRgUgUIR（b）UII1R2R1（a）UI2IURRRURUIII21212111nRR1ii11nGG1ii电工技术项目教程上式是两个电阻并联电路的分流公式。

当总电流I求得后,利用此式可方便地求得各并联支路电流。

212121111RRRRRRR2121RRRRRIRRRIRRRUIIRRRIRRRUI211222212111电工技术项目教程例2.5如图2.13所示,用一个满刻度偏转电流为200μA、内阻Rg为0.8Ω的表头制成量程为1mA的直流电流表,应并联多大的分流电阻R2解由题意已知,I1=Ig=200μA,R1=Rg=0.8Ω,I=1mA,代入式（2.16）得解得R2=0.2Ω3221018.0200RRR2II2IgRgU图2.13例2.5图电工技术项目教程例2.6如图2.14（a）所示的电路,电阻值如图中所示,求A、B两点间的等效电阻RAB。

解将电路图中间无电阻导线缩为一个点后,可看出左侧两个2Ω电阻为并联关系,上面两个4Ω电阻为并联关系,将并联后的等效电阻替换图2.14（a）,结果如图2.14（b）。

图2.14（b）中右侧两个2Ω电阻串联后与中间4Ω电阻并联等效为一个2Ω电阻,如图2.14（c）所示,由图2.14（c）得Ω5.1312312AB�1�7�1�7）（）（R3Ω2Ω4Ω4Ω2Ω2Ω4ΩAB3Ω2Ω1Ω2ΩAB4Ω3Ω2Ω1Ω2ΩAB4Ω1.5ΩAB电工技术项目教程1/20W1/8W1/4W1/2W1W2W3W5W7W10W×C+q-qui图2.16线性电容元件的图形符号uC+-+q-q-+u+q-qC1+u1--+q-qC2+u2C+q-qu+q2+q1-q2-q1C1C2u电工技术项目教程〖实践操作〗1.实践操作的内容2.实践操作的要求3.设备器材4.实践操作的步骤5.注意事项iL+-uii+-u,S灯泡RoE电源AV图2.20实践操作电路图电工技术项目教程任务2.2电源和负载外特性的分析与测试〖任务描述〗实际的电源有两种表示形式。

本任务学习电压源与电流源的概念、表示形式及实际电压源与电流源的等效变换;电路的三种工作状态;并对电路进行测试。

〖任务目标〗理解电压源和电流源的特性,掌握电压源与电流源的等效变换;掌握电路三种工作状态的特征。

能正确测试电压及电流等相关数据并进行数据分析。

电工技术项目教程任务2.2电源和负载外特性的分析与测试〖任务描述〗实际的电源有两种表示形式。

本任务学习电压源与电流源的概念、表示形式及实际电压源与电流源的等效变换;电路的三种工作状态;并对电路进行测试。

〖任务目标〗理解电压源和电流源的特性,掌握电压源与电流源的等效变换;掌握电路三种工作状态的特征。

能正确测试电压及电流等相关数据并进行数据分析。

电工技术项目教程IURLERo电压源U理想电压源OIIS=ERoUoc=EIURLEIURLISRo电流源UUoc=ISRo理想电流源OIIS=ERoIURLISIURLERoIURLISRo电工技术项目教程ERRRUULoLLoSCREIESRlULRoURLRlESRlULRoURLRlISC电工技术项目教程〖实践操作〗1.实践操作的内容2.实践操作的要求3.设备器材4.实践操作的步骤5.注意事项6.考核标准灯泡SRoESRoERLRP电工技术项目教程任务2.3复杂直流电路的分析与测试〖任务描述〗仅用欧姆定理不能求解的电路称为复杂电路,为了求解复杂电路,本任务学习基尔霍夫定律,叠加原理,戴维南定理及其应用与测试。

〖任务目标〗理解掌握基尔霍夫定律、戴维南定理和叠加原理;能用基尔霍夫定律、戴维南求解较复杂电路;能进行电路的安装与测试。

电工技术项目教程1.基尔霍夫定律及应用例2.7如图2.33所示的电路为某电路的一部分,已知,I1=25mA,I3=10mA,I4=12mA,试求电流I2、I5、I6。

解电路中共有a、b、c三个节点,根据KCL可列三个节点电流方程。

a节点:

I1+I4=I2b节点:

I2+I5=I3c节点:

I5+I4=I6所以I2=25mA+12mA=37mAI5=I3-I2=10mA-37mA=-27mAI6=I5+I4=-27mA+12mA=-15mA求得I5、I6的值带负号,表示电流的实际方向与所标的参考方向相反。

aE1I1图2.32电路基本概念举例E2R1R2R3I2I3cedfb电工技术项目教程I6I5I3I2I1I4cabI3I1I2R1R2R5R3R4E1E2图2.35说明电压定律的电路图I1I3I2decabR1R3R2E1E2I1aR1R2I2I5R5E3R3I3I4cR4R6I6dbE2E1图2.36支路电流法举例ⅡⅠⅢ电工技术项目教程例2.8电路如图2.37所示,已知E1=15V,E2=10V,R1=2Ω,R2=4Ω,R3=12Ω,求电路中的各支路电流。

解1）假定各支路电流方向如图2.43所示。

2）由于该电路只有两个节点,故只能列一个KCL独立方程,这里取节点a为独立节点,其KCL方程为节点a3）按顺时针方向列出两个网孔的KVL独立方程网孔1R1I1-R2I2=E1-E2网孔2R2I2+R3I3=E24）将已知参数代入以所列方程,联立成方程组解此方程组得,A,A,A。

其中I2为负值,说明假定方向与实际方向相反。

1012410154203221321IIIIIII0321III图2.37例2.8图I1abE1R1R2R310VI3E2I221电工技术项目教程2.叠加原理例2.9在图2.38（a）所示的电路中,已知Ro=2Ω,R=1Ω,US=4.5V,IS=3A。

试用叠加原理求通过电阻R中的电流I。

解当电压源单独作用时,电流源开路,如图2.38（b）所示,则R中的电流为（A）当电流源单独作用时,电压源短路,如图2.38（c）所示,则R2中的电流为（A）两个独立源共同作用时,R中的电流为I=I+I=1.5+2=3.5ARoRUSIISRoRUSIRoRIIS5.1325.4oSRRUI23122SooIRRRI电工技术项目教程3.戴维南定理例2.10在图2.39（a）所示的电路中,�1�7�1�7�1�7知,E1=6V,E2=1.5V,R1=0.6Ω,R2=0.3Ω,R3=9.8Ω,求通过电阻R3的电流。

解将电路分成有源二端网络和待求支路两部分,其有源二端网络如图2.39（b）所示,由此图可求得即E=UOC（AB）=3V36.03.06.05.166121211OC（AB）RRREEEUR1E1R2BAR3E2R1E1R2BAE2R1R2BARoEBAR3电工技术项目教程例2.11如图2.40（a）所示的电路,已知,E=48V,R1=12Ω,R2=24Ω,R3=36Ω,R4=12Ω,R5=33Ω,求通过R5的电流。

解将电路分成有源二端网络和待求支路两部分,其有源二端网络如图2.40（b）所示,由此图可求得V即,E=UOC（AB）=20V将有源二端网络中的电源作零值处理,得无源二端网络,如图2.40（c）所示,由此图可求得Ro=R1‖R2+R3‖R4=12‖24+36‖12=17（Ω）将待求支路R5支路接入所求得的等效电压源上,如图2.40（d）所示,则可求得通过R5的电流203612364812241248343121ABOCRRRERRREU4.03317205o5RREIR电工技术项目教程BER1AR2R5R3R4BER1AR2R3R4BR1AR2R3R4RoEBAR3电工技术项目教程〖实践操作〗1.实践操作的内容2.实践操作的要求3.设备器材4.实践操作的步骤5.注意事项6.评分标准+-+-R1510ΩR2510ΩR31kΩI1I2I3E16VE212VABCDEF电工技术项目教程任务2.4多量程直流电压表电流表电路的设计〖任务描述〗在实际测量时,仅有一个量程是不够的,这时就需要进行量程的扩展,本任务进行设计多量程直流电压表电路、多量程直流电流表电路。

〖任务目标〗了解多量程直流电压表、电流表的设计过程,理解多量程直流电压表、电流表的工作原理,能设计制作三量程直流电压�1�7�1�7�1�7、直流电流表。

电工技术项目教程1.多量程直流电压表电路例2.12已知磁电系电流表的表头参数为Ig=100μA,Rg=2000Ω。

试设计出的将此电流表改装成一只具有灵敏度为2kΩ/V的直流电压表,其量程分别为10V、50V、250V三档,求附加电阻。

解设计的多量程电压表电路如图2.43所示,IV=1/（2kΩ/V）=0.5mA,则是电流表的最小量程挡。

求分流电阻RS的值,选标称值RS=510Ω电压表的等效表头参数Ig=0.5mARfUf表头Rg、UgUIRgUgV1V2V3RV1RV2RV3IVRSS500Ω10）100500（20001010066gVggSIIRIRΩ37.40651020005102000//SggRRR电工技术项目教程附加电阻的设计RV1=10×2kΩ/V-Rg=20kΩ-406.37Ω=19.6kΩ,选标称值RV1=20kΩRV2=（50-10）×2kΩ/V=80kΩ,选标称值RV2=82kΩRV3=（250-50）×2kΩ/V=400kΩ,选标称值RV2=390kΩ2.多�1�7�1�7�1�7程直流电流表电路表头RgIRSERL被测电路IgIS分流电阻图2.44直流电流表基本原理图IgRgI1RS1I2RS2I3RS3S表头IgRgRS1S表头RS2RS3I1I2I3电工技术项目教程例2.13已知磁电系电流表的表头参数为Ig=157μA,Rg=2409Ω,要将此表头改装成具有0.5mA、10mA、100mA三档量程的电流表,试设计其分流电阻。

解设计的多量程电流表的其原理图如图2.45（b）所示,I3=0.5mA、I2=10mA、I1=100mA。

I3=0.5mA是最小量程,其分流电阻最大。

由式（2.32）可以求出总的分流电阻RS为由式（2.33）可以求出100mA（最大量程档）的分流电阻RS110mA档的分流电阻所以,RS2=55-5.5=49.5Ω,RS3=RS-（RS1+RS2）=1103-55=1048Ω环形分流器的分流电阻的标称值分别为:

RS1=5.6Ω,RS2=51Ω,RS3=1000ΩΩ110310）157500（24091015766g3ggSIIRIRΩ5.524091103101001015736O1g1S）（RIIRΩ552409110310101015736O2g2S1S）（RIIRR电工技术项目教程〖设计制作〗1.设计内容2.设计要求3.制作要求4.设计报告5.考核标准电工技术项目教程【项目小结】1.电路通常由电源、负载、中间环节三部分组成,主要作用是传输和变换电能与传递和处理信号。

实际电路可用由理想电器元件组成的电路模型表示。

2.电路中的主要物理量是电压、电流、电位、电动势、功率和能量,要了解它们的定义,掌握它们的单位。

3.在分析电路时,必须首先标出电流、电压的参考方向,在未标出参考方向的情况下,其正负是无意义的。

在参考方向下进行电路分析计算,若求得的为正值,表明实际方向与参考方向一致;若求得的为负值,表明实际方向与参考方向相反。

在电压、电流选取关�1�7�1�7�1�7参考方向时,P=UI。

P=UI>0,元件吸收功率。

P=UI<0,元件发出功率。

4.要确定电路中任意一点的电位,必须先选取电位参考点,任意一点的电位就是该点到参考点的电压。

参考点选的不同,各点电位也不同,但两点间的电位差（电压）不变。

电工技术项目教程5.电源可用两种等效电路表示。

电压源用电源电动势E与内阻Ro串联的电路模型表示;电流源用恒定电流IS与内阻Ro并联的电路模型表示。

理想电压源是内阻Ro=0的电压源,输出恒定的电压E,输出电流随负载而变;理想电流源,输出恒定的电流IS,输出电压随负载而变。

在分析复杂电路时,对外电路而言实际电压源与电流源可以相互转换,转换公式为IS=E/Ro,R-o的大小不变,只是连接位置改变。

6.基尔霍夫定律是电路的基本定律。

基尔霍夫电流定律,即适应于节点还可推广到闭合面;基尔霍夫电压定律或�1�7�1�7�1�7E=∑IR即适应于闭合回路还可推广到开口回路,运用两定律时要注意正、负号。

支路电流法以b个支路的电流为未知数,列（n-1）个节点电流方程,用支路电流表示电阻电压,列b-（n-1）个网孔回路电压方程,共列b个方程。

7.叠加原理适应于线性电路的电压和电流的计算。

依据叠加原理可将多个电源共同作用的复杂电路,分解为各个电源单独作用的简单电路,在各分解图中分别计算,最后代数和相加求出结果。

注意电压源不作用时短路,电流源不作用时开路,而电源内阻必须保留。

电工技术项目教程8.戴维南定理适应于求解线性含源二端网络中某一支路的电流。

戴维南定理将一个有源二端线性网络等效为一个电压源,等效电压源的源电压等于有源二端网络开路时的开路电压UOC,即=UOC;等效电压源的内阻Ro等于有源二端网络除去各电源（E短路,IS开路）后的等�1�7�1�7�1�7电阻。

9.设计多量程直流电压表时,根据量程的要求选取需串联的分压电阻,设计多量程直流电流表时,分流器有开路式和闭路式两种,一般采用闭路式分流器。

在设计制作时要考虑表头本身的电阻（即内阻）。