电工技术第一章分校ppt课件

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1、第一章第一章 电路根本定律与二端电阻性元件电路根本定律与二端电阻性元件1.1 1.1 电路的根本组成和电路模型电路的根本组成和电路模型1.2 1.2 电压及其参考方向电压及其参考方向1.4 1.4 电功率和电能电功率和电能1.5 1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.6 1.6 电阻元件电阻元件1.7 1.7 独立电源独立电源1.3 1.3 电流及其参考方向电流及其参考方向3中间环节：起保送、分配电能的作用。包括衔接导线、控制、维护安装等。如开关电器、熔断器、仪器仪表等。1电源：是将其他方式的能转换成电能的安装。它是电路中能量的提供者，如干电池、蓄电池、发电机或信号源等。2负载：是将电能转换成其

2、他方式能的器件或设备，是电路中能量的耗费者，如电灯、电炉、电动机等。负载是各类用电器的统称。手电筒电路手电筒电路一、一、电路的组成电路的组成1.1.1 1.1.1 电路的组成及各部分的作用电路的组成及各部分的作用1.11.1电路的根本组成和电路模型电路的根本组成和电路模型电路的定义：电流流过的途径。二、二、电路的作用电路的作用1.1.电能的传送、分配与转换强电电能的传送、分配与转换强电2.2.传送和处置信号弱电传送和处置信号弱电 发电厂中发电机发出的电能经过变压器、输电线等送到用电单位，将电并经过负载转换成其他方式的能量如热能、机械能等。经过电路将输入的信号进展转换、传送或加工处置，使之成为满

3、足一定要求的输出信号。对于实践电路是由实践的电路元件衔接而成的。而实践元件种类繁多，即使最简单的电路元件，其电磁性能也非常复杂，很难把其一切性能都思索进去，很难用一个简单的数学表达式表达出来。理想电路元件是一种理想化的模型,简称为电路元件：电阻元件是一种只表示耗费电能的元件;电感元件是表示其周围空间存在着磁场而可以储存磁场能量的元件;电容元件是表示其周围空间存在着电场而可以储存电场能量的元件等。实践电路可以用一个或假设干个理想电路元件经理想导体衔接起来模拟,这便构成了电路模型。在一定条件下对实践器件加以理想化,只思索其中起主要作用的某些电磁景象。1.1.2 1.1.2 理想电路元件和电路模型理

4、想电路元件和电路模型电路元件电路元件 无源二端元件有电阻元件无源二端元件有电阻元件R R、电感元件、电感元件L L、电容元件、电容元件C C。有源二端元件分为电压有源二端元件分为电压源元件和电流源元件。源元件和电流源元件。手电筒实践电路的电路模型手电筒实践电路的电路模型二端元件、多端元件二端元件、多端元件电荷的定向挪动构成电流。单位时间内经过导体某一横截面的电量称为电流强度电流。设在dt时间内经过导体截面的电荷量为dq，那么有：ddqit 电流的大小和方向均不随时间变化称为稳恒直流电流，简称直流DC，用大写字母I表示，即 QIt电流的单位是安培A。较小的单位有毫安mA、微安A、纳安nA。1.3

5、.1.3.电流及其参考方向电流及其参考方向1.3.1 1.3.1 电流的概念电流的概念电流的方向画电流的方向画图：图：1.正电荷运动的方向；2.电子流的反方向电流的分类电流的分类 恒定直流电：大小和方向均不随时间变化（用字母I 表示）（D C）脉动直流电：方向不随时间变化 正弦交流电：大小和方向随时间按正弦规律变化（用字母i 表示）非正弦交流电：大小和方向不按正弦规律周期性变化 交流电（A C）电流 直流电 各种电流的波形图如下图。一、为什么引入参考方向？图一、为什么引入参考方向？图1.3.2 1.3.2 电流的参考方向电流的参考方向二、参考方向的表示交通部门二、参考方向的表示交通部门(a)(

6、b)(c)(d)i参考方向实际方向ia babi参考方向实际方向ib aba电流的参考方向电流的参考方向1.预先恣意假定的电流方向称电流的参考方向或正方向。2.电流的参考方向在衔接导线上用箭头或用双下标表示。三、电流参考方向的意义三、电流参考方向的意义 交通部门交通部门 当参考方向与实践方向一致时电流值为正;当参考方向与实践方向相反时，电流值为负。根据参考方向，结合电流数值的正负，确定电流实践方向根据参考方向，结合电流数值的正负，确定电流实践方向留意：留意：2.交通部门例对同一电流，当参考方向改动时，电流值要改动符号。1.参考方向一经选定不要随意改动。3.没有参考方向，数值的正负没有意义。交通

7、部门abbaii 12ii 即：电流值为正，表示电流的实践方向与参考方向一致；电流值为负，表示电流的实践方向与参考方向相反。电路中A、B两点间的电压是单位正电荷在电场力的作用下由A点挪动到B点所减少的电能,即式中式中,dq,dq为由为由A A点挪动到点挪动到B B点的电荷量点的电荷量,dWABdWAB为挪动过程中电荷所减少的电能。为挪动过程中电荷所减少的电能。u电压的单位是伏特V。较大的单位有千伏kV，较小的单位有毫伏mV，微伏Vu1.2 1.2 电压及其参考方向电压及其参考方向1.2.1 1.2.1 电压的概念电压的概念dqdWuABAB电压的实践方向是正电荷在电场力的作用下电能减少的方向，

8、即从高位置指向低电位。电压的实践方向是正电荷在电场力的作用下电能减少的方向，即从高位置指向低电位。1.2.2 1.2.2 电压的参考方向电压的参考方向定义：恣意假设的电压方向称为电压的参考方向或正定义：恣意假设的电压方向称为电压的参考方向或正方向。方向。电压参考方向的表示电压参考方向的表示:关联参考方向、非关联参考方向：关联参考方向、非关联参考方向：当电压的实践方向与参考方向一致时，电压为正值；当电压的实践方向与参考方向相反时，电压为负值。即：电压值为正，电压的实践方向与参考方向一致；电压值为负，电压的实践方向与参考方向相反。参考方向的意义参考方向的意义P5例1-1 交直流电压定义和符号表示例

9、：电路如下图，例：电路如下图，各电量的参考方向在图中曾经标出。请问：1各段电路电流、电压的参考方向能否关联？2各段电路电流的实践方向如何？3AB段电压的实践方向如何？17 VU 13 AI 22 AI 35 AI 解：解：1 1一个两端元件假设电流从电压的正极流入、从一个两端元件假设电流从电压的正极流入、从负极流出，那么电压电流为关联方向；反之为非关联方向负极流出，那么电压电流为关联方向；反之为非关联方向。由图可知为关联方向为关联方向为非关联方向22UI、33UI、11UI、为正值，实践方向与参考方向一致13II、为负值，实践方向与参考方向相反2I因 U1的实践方向与参考方向相反，故B点的电位

10、高，A点的电位低。AB段电压的实践方向是由B指向A。17VU 1.2.3 1.2.3 电位电位 一、电位一、电位 任选电路中的一点任选电路中的一点o o为参考点，那么电路中的某点为参考点，那么电路中的某点a a与与参考点参考点o o间的电压就称为间的电压就称为a a点的电位，用点的电位，用a a 表示，单位也表示，单位也是伏特。是伏特。参考点的电位规定为零，故参考点又称为零电位点。1.物理学中常选无限远处或大地为参考点。2.电工学中假设研讨的电路有接地点，就选择接地点为参考点，用符号 表示。3.电子线路中，常取假设干导线聚集的公共点或机壳作为电位的参考点，用符号 表示。0aaU二、参考点的选择

11、二、参考点的选择三、电压与电位的关系三、电压与电位的关系即：电路中a、b两点间的电压等于a、b两点的电位之差。1.下标调，符号调；2.电压可以分段计算结论结论：结论：1.1.参考点选择不同，各点电位就不同参考点选择不同，各点电位就不同电位是电位是相对的；相对的；2.2.恣意两点间的电压与参考点的选择无关恣意两点间的电压与参考点的选择无关恣意两点间的电压是绝对的。恣意两点间的电压是绝对的。Uab =Uao+Uob=Uao-Ubo=a-b假设知a、b两点的电位各为a、b,那么此两点间的电压P5例1-4：在图1-13所示电路中，中选择4为参考点时，1、2、3各点电位分别为5V、3V、-6V。求电压U

12、12、U23、U31；假设将参考点改为2，求其他各点电位和U12、U23、U31。在电子电路中，为了简化电路的绘制，常采用电位标注法。如图a所示电路用电位标注时，可简化成图b的方式电子线路习惯画法。例题四、电子线路习惯画法四、电子线路习惯画法1.2.4 1.2.4 电动势电动势一、电动势一、电动势 在电源内部，电源力将单位正电荷由低电位移到高电在电源内部，电源力将单位正电荷由低电位移到高电位所做的功定义为电源的电动势，电动势用符号位所做的功定义为电源的电动势，电动势用符号e e表示。表示。ddweq直流电源的电动势为WEQ二、电动势的图形符号二、电动势的图形符号维持电路中电流的流动三、电源电动

13、势三、电源电动势E E与其两端电压与其两端电压U U的关系的关系 电压源对外电路的作用效果既可以用电动势表示，电压源对外电路的作用效果既可以用电动势表示，也可以用电压表示。也可以用电压表示。沿电动势的方向电位升高了沿电动势的方向电位升高了E E伏，沿电压的方向电位伏，沿电压的方向电位降低了同样的数值，故有降低了同样的数值，故有abEU。结论：结论：U U参考方向与电动势参考方向与电动势E E实践方向实践方向-+-+一样一样 U=-E U=-E；U U参考方向与电动势参考方向与电动势E E实践方向实践方向-+-+相反相反 U=E U=E一、电功率一、电功率 单位时间内电流所做的功称为电功率，简称

14、功率，用符号p或P表示。ddddddww qpuitqt直流情况下PUI 1.4 1.4 电功率和电能电功率和电能 功率的单位为瓦特,简称瓦,符号为W,常用的有千瓦kW、兆瓦MW和毫瓦mW等。1当一段电路或一个元件的电流、电压参考方向关联时，p=ui定为吸收功率表达式，假设功率为正值时p0，这个元件是负载，它吸收耗费功率；假设功率为负值时p 0，这个元件是电源，它发出功率；假设功率为负值时p 0，这个元件起负载作用，它吸收功率。例：求图示各二端元件的功率，并阐明各功率的性例：求图示各二端元件的功率，并阐明各功率的性质。质。吸收10 W的功率。该元件为负载。0P 图b中电流、电压关联方向，因此产

15、生10 W的功率。该元件为电源。0P 图c中电流、电压非关联方向，因此吸收10 W的功率。该元件为负载。图d中电流、电压非关联方向，因此产生10 W的功率。该元件为电源。P=UI=5(-2)=-10W P=UI=5(-2)=-10W P=UI=52=10W P=UI=(-5)(-2)=10W解：图a中电流、电压关联方向，因此P8P8例例1-61-6二、电能二、电能 从t0到t时间内,电路吸收耗费的电能为ttpdtW0直流时，有)(0ttPW 电能的SI主单位是焦耳,符号为J,在实践生活中还采用千瓦小时kWh作为电能的单位,简称为1度电。JhkW63106.33600101 电阻元件是从实践电阻

16、器件中笼统出来的理想化模型。电阻元件在电路中只耗费电能。即它是耗能元件。其电压与电流实践方向总是一样的。在电路中总是吸收功率.1.6 1.6 电阻元件与欧姆定律电阻元件与欧姆定律一、电阻元件一、电阻元件二、电阻元件的伏安关系二、电阻元件的伏安关系 假设不加特殊阐明，电阻元件均指线性电阻元件，线性电阻元件简称电阻。电阻元件及线性、非线性电阻元件的伏安特性 电阻的倒数称为电阻元件的电导。令G=1/R，其单位是西门子S 在电流和电压关联参考方向下，任何瞬时线性电阻元件接纳的电功率为222upuiRiGuR电流、电压关联方向时电流、电压非关联方向时iGuiGu 三、电导三、电导四、电阻元件的功率四、电

17、阻元件的功率 例：有220V,100 W灯泡一个,其灯丝电阻是多少？每天用5h,一个月按30天计算耗费的电能是多少度？解：灯泡灯丝电阻为48410022022PUR一个月耗费的电能为一个月耗费的电能为补充有源支路欧姆定律补充有源支路欧姆定律1.5 1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.5.1 1.5.1 有关的电路术语有关的电路术语1支路：以下图所示电路中，经过同一电流的分支称为支路。支路上经过的电流称为支路电流。如下图电路中的I1、I2、I3均为支路电流。2节点：3条或3条以上支路的衔接点称为节点，图所示电路中的节点a和节点b。3回路：电路中恣意一个闭合途径称为回路。如下图电路中的回路I、回路

18、II及 构成的大回路III。2211abaREER4网孔：网孔是回路的一种，是平面电路中特殊的回路。将电路画在平面上,在回路内部不另含有支路的回路称为网孔。如下图电路中的回路I、回路II即为网孔。大回路III不是网孔。图示电路有3条支路、2个节点、3个回路、2个网孔。1.5.2 1.5.2 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律KCLKCL1 1基尔霍夫电流定律内容基尔霍夫电流定律内容 在任一瞬时，流入恣意一个节点的电流之和必定等于在任一瞬时，流入恣意一个节点的电流之和必定等于从该节点流出的电流之和。即从该节点流出的电流之和。即II 入出或0I 2 2推行运用：推行运用：KCLKCL也适用于包围几个

19、节点的闭合曲面。也适用于包围几个节点的闭合曲面。如下图，其中的虚线圈内可看成一个封锁面如下图，其中的虚线圈内可看成一个封锁面闭合曲面闭合曲面。i1+i2+i3=0iB+ic-iE=01.5.31.5.3基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律KVLKVL1 1定律内容定律内容1 1任何时辰沿着任一个回路绕行一周，一切支路电压任何时辰沿着任一个回路绕行一周，一切支路电压的代数和恒等于零，即的代数和恒等于零，即0U2假设电路中只包含线性电阻和电压源，那么回路中一切电阻上电压降的代数和恒等于回路中电压源电压的代数和，即IRE 代数和正负号确实定：电流参考方向与回路绕行方向一致时代数和正负号确实定：电流参考方

20、向与回路绕行方向一致时IRIR前取正号，相反时取负号；电压源的方向低到高与回前取正号，相反时取负号；电压源的方向低到高与回路绕行方向一致时路绕行方向一致时E E 前取正号，相反时取负号。前取正号，相反时取负号。代数和正负号确实定：先要恣意规定回路绕行的方向及各支代数和正负号确实定：先要恣意规定回路绕行的方向及各支路元件电压的参考方向路元件电压的参考方向,凡支路元件电压的参考方凡支路元件电压的参考方向与回路绕行方向一致者向与回路绕行方向一致者,此电压前面取此电压前面取“+号号,支路元支路元件电压的参考方向与回路绕行方向相反者件电压的参考方向与回路绕行方向相反者,那么电压前面那么电压前面取取“-号

21、。号。解：由KCL得出：3210III，对回路由KVL得出：1122S1I RI RUab2233S1 90 10312(V)UI RI RU 例：如下图电路中，知例：如下图电路中，知S1S212 V3 VUU，1233910RRR，求：abUP22P22题题1-81-81.7 1.7 独立电源独立电源电压源与电流源电压源与电流源1.7.1 1.7.1 电压源电压源一、理想电压源一、理想电压源 理想电压源特点：1其端电压恒定不变 或按某一定规律随时间变化2)其输出电流大小随外电路负载)变动恒压源恒压源P16P16例例1-91-9二、实践电压源二、实践电压源实践直流电压源模型的伏安关系为：0UE

22、IR 实践直流电压源模型的伏安特性曲线如图b所示:开路：I=0，U=E,短路：U=0，I=E/RO；有载：U=E-IR1.7.2 1.7.2 电流源电流源一、理想电流源一、理想电流源 理想电流源特点：1其输出电流恒定不变或按某一定规律随时间变化2)其端电压大小随外电路负载)变动恒流源恒流源P18P18例例1-101-10ui(a)is0ui(b)Is二、实践电流源二、实践电流源实践直流电流源模型的伏安关系为：SSUIIR 实践直流电流源模型的伏安特性曲线如图b所示：开路：I=0，U=IsRs，短路：U=0,I=Is,有载：I=Is-U/Rs2 AU1U25 U3 3 V例:计算图 示电路中电流

23、源的端电压U1,5电阻两端的电压U2和电流源、电阻、电压源的功率P1,P2,P3。解：电流源的电流、电压选择为非关联参考方向,所以P1=U1Is=132=26W(发出)电阻的电流、电压选择为关联参考方向,所以P2=102=20W(接受)电压源的电流、电压选择为关联参考方向,所以P3=23=6W(接受)VUUUVU1331010253212补充：电路的补充：电路的3 3种形状及电气设备的额定值种形状及电气设备的额定值一、电路的一、电路的3 3种形状种形状 开路又称为断路，是电源和负载未接通时的任务形状。1.1.开路形状开路形状电源开路时的电路特征如下。1电路中的电流I=0。2电源两端的开路电压U

24、OC=E，负载两端的电压U=0。3电源产生的功率与负载转换的功率均为零，即PE=P=0这种电路形状又称为电源的空载形状。二、短路形状二、短路形状 电路中任何一部分负载被短接，使该两端电压降为电路中任何一部分负载被短接，使该两端电压降为零，这种情况称电路处于短路形状。零，这种情况称电路处于短路形状。图a所示电路是电源被短接的情况，其等效电路如图b所示。电源短路形状的特征如下:电源的端电压U=0电源发出及负载转换的功率均为零，即P=0；电源产生的功率全耗费在内阻上，即SC0EIIR2E0PI R三、有载任务形状三、有载任务形状图a所示电路中，开关S闭合后，电源与负载接通构成回路，电路中产生了电流，

25、并向负载输出电功率，即电路中开场了正常的功率转换，电路的这种任务形状称为有载任务形状。电路有载任务形状的特征如下:电路中的电流：负载端电压：电源的外特性曲线如图b所示。功率平衡关系：0EIRR0UIREIREPPP 二、二、电气设备的额定值电气设备的额定值1额定值电气设备在给定的任务条件下正常运转而规定的允许值称为额定值。电气设备的额定值普通包括额定电压UN、额定电流IN和额定功率PN对电源而言称为额定容量SN。1额定电流：电气设备在一定的环境温度条件下长期延续任务所允许经过的最正确平安电流。2额定电压：电气设备正常任务时的端电压。3额定功率：电气设备正常任务时的输出功率或输入功率。2 2额定

26、任务形状额定任务形状假设电气设备正好在额定值下运转，这种在额定情况下假设电气设备正好在额定值下运转，这种在额定情况下的有载任务形状称为额定形状。这是一种使设备得到充分的有载任务形状称为额定形状。这是一种使设备得到充分利用的经济、合理的任务形状。利用的经济、合理的任务形状。电气设备任务在非额定形状时有以下两种情况。电气设备任务在非额定形状时有以下两种情况。1 1欠载：假设电气设备在低于额定值的形状下运转欠载：假设电气设备在低于额定值的形状下运转称为欠载。这种形状下设备不能被充分利用，还有能够使称为欠载。这种形状下设备不能被充分利用，还有能够使设备任务不正常，甚至损坏设备。设备任务不正常，甚至损坏设备。2 2过载：电气设备在高于额定值超负荷下运转过载：电气设备在高于额定值超负荷下运转称为过载。假设超越额定值不多，且继续时间不长，普通称为过载。假设超越额定值不多，且继续时间不长，普通不会呵斥明显的事故；假设电气设备长期过载运转，必将不会呵斥明显的事故；假设电气设备长期过载运转，必将影响设备的运用寿命，甚至损坏设备，呵斥电火灾等事故影响设备的运用寿命，甚至损坏设备，呵斥电火灾等事故。普通不允许电气设备长时间过载任务。普通不允许电气设备长时间过载任务。4 4本章终了，谢谢！本章终了，谢谢！