电路与电工技术.ppt
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1、电路与电工技术1第第1章电路的基本概念和基本定律章电路的基本概念和基本定律1.1电路及电路模型1.2电路的基本物理量1.3电路的三种状态和电气设备的额定值1.4电路基本元件及其伏安关系电路与电工技术2第第1章电路的基本概念和基本定律章电路的基本概念和基本定律学习目的:1. 了解电路组成、电路的三种基本状态和各基本物理量及其方向。2. 理解电流、电流强度、电位、电压、电阻、电动势、端电压的概念及相互之间的关系,掌握电路中各点电位及任意两点间电压的计算方法。3. 掌握各种电路的欧姆定律、电源的外特性。4. 理解电能和电功率的概念,了解电流的热效应。学习重点:电路的组成,电路中各基本物理量的概念,电
2、路的三种基本状态,电路欧姆定律。学习难点:电路基本物理量的实际方向与参考方向的区别与联系。电路与电工技术1)1)电路的组成电路的组成 电路:电路:由电气器件或设备,按一定方式连接起来,完由电气器件或设备,按一定方式连接起来,完成能量的传输、转换或信息的处理、传递。成能量的传输、转换或信息的处理、传递。组成:组成:电源、负载和中间环节。电源、负载和中间环节。1.1 1.1 电路及电路模型电路及电路模型220V220V开关S S镇流器L L启辉器启辉器日光灯管R R日光灯实际电路日光灯实际电路2)2)电路的作用电路的作用 1. 1. 实现电能的传输、分配和转换。实现电能的传输、分配和转换。 2.
3、2. 完成信号的处理和传递。完成信号的处理和传递。电路与电工技术1.1.21.1.2电路模型电路模型实际电路的实际电路的分析方法分析方法 用仪器仪表对实际电路进行测量,把实用仪器仪表对实际电路进行测量,把实际电路抽象为际电路抽象为电路模型电路模型,用电路理论进行,用电路理论进行分析、计算。分析、计算。1) 1) 理想电路元件理想电路元件 实际的电路是由一些按需要起不同作用的元件或实际的电路是由一些按需要起不同作用的元件或器件所组成,如发电机、变压器、电动机、电池、电器件所组成,如发电机、变压器、电动机、电池、电阻器等,它们的电磁性质是很复杂的。阻器等,它们的电磁性质是很复杂的。电路与电工技术例
4、如:一个线圈在有电流通过时例如:一个线圈在有电流通过时R R L L 消耗电消耗电能能(电阻性)(电阻性) 产生产生磁场磁场储存磁场能量储存磁场能量(电感性)(电感性) 忽略忽略R R 为了便于分析与计算实际电路,在一定条件下为了便于分析与计算实际电路,在一定条件下常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质,常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质,把它看成把它看成理想电路元件理想电路元件。理想电路元件理想电路元件L L i+ +u u将实际电路中的元件用将实际电路中的元件用理想电路元件理想电路元件表示,称表示,称为实际电路的为实际电路的电路模型电路模型。电路与电工技术220V220V开
5、关开关S S镇流器镇流器L L启辉器启辉器Q Q日光灯管日光灯管R R实际电路实际电路s s R R L Lu us s +-电路模型电路模型2 2)电路模型)电路模型电路与电工技术1 1)电流定义)电流定义带电粒子或电荷在电场力作用下的定向运动形成电流。带电粒子或电荷在电场力作用下的定向运动形成电流。单单位时间内流过导体截面的电荷量定义为电流强度。位时间内流过导体截面的电荷量定义为电流强度。dtdqi 2 2)电流的单位)电流的单位A A(安培)、(安培)、mA(mA(毫安)、毫安)、A A(微安)(微安)1.21.2电路的基本物理量电路的基本物理量1.2.11.2.1电流电流3 3)电流的
6、实际方向)电流的实际方向 正电荷运动的方向。正电荷运动的方向。( (客观存在)客观存在)R Ri ia ab b电流的方向可用箭头表示电流的方向可用箭头表示, ,也可用字母也可用字母顺序表示顺序表示( )( )电路与电工技术1 1)电位)电位定义:定义:电场力把单位正电荷从一点移到电场力把单位正电荷从一点移到参考点参考点所做所做 的功。的功。单位:单位:V V(伏特)、(伏特)、kVkV(千伏)、(千伏)、mV(mV(毫伏)毫伏)(电路中电位(电路中电位参考点:参考点:接地点,接地点,V Vo o= 0= 0)1.2.21.2.2电压、电位、电动势及其参考方向电压、电位、电动势及其参考方向2
7、2)电压)电压电场力把单位正电荷电场力把单位正电荷从一点移到另一点所从一点移到另一点所做的功。做的功。单位:单位:定义:定义:V V(伏特)、(伏特)、kVkV(千伏)、(千伏)、mV(mV(毫伏)毫伏)实际方向:实际方向:由由高高电位端电位端指向低指向低电位端电位端电路与电工技术也可用字母顺序表示也可用字母顺序表示( )( ),R Ru ua ab b也可用也可用+ +,- - 号表示。号表示。电压的方向可用箭头表示电压的方向可用箭头表示, ,+ u u -电路与电工技术 定义:定义:电源力把单位正电荷从电源力把单位正电荷从 “-”-” 极极板经电源内部移到板经电源内部移到 “+”+” 极板
8、所极板所做的功。做的功。qAedd 单位:单位:3 3)电动势)电动势V V(伏特)、(伏特)、kVkV(千伏)、(千伏)、mV(mV(毫伏)毫伏)实际方向:实际方向: 由由低低电位端电位端指向高指向高电位端电位端电动势的方向用电动势的方向用+ +,- - 号表示,号表示,R R + +I IE EU U+-也可用箭头表示。也可用箭头表示。U = EU = E电路与电工技术 在电路的分析计算中,不仅要算出电压、电流、在电路的分析计算中,不仅要算出电压、电流、的大小,还要确定这些量在电路中的实际方向。的大小,还要确定这些量在电路中的实际方向。 在电路中各处电压、电流的方向很难事先判断出来。因在电
9、路中各处电压、电流的方向很难事先判断出来。因此电路内各处电压、电流的实际方向也就不能事先确定。此电路内各处电压、电流的实际方向也就不能事先确定。 为了解决以上的问题,在分析电路之前,为了解决以上的问题,在分析电路之前,首先假定首先假定一个电压或电流方向(参考方向)。一个电压或电流方向(参考方向)。 在复杂电路分析中,必须列写电路方程,但不知道电在复杂电路分析中,必须列写电路方程,但不知道电压、电流、的方向就写不出电路方程。压、电流、的方向就写不出电路方程。4 4)电流电压的参考方向)电流电压的参考方向电路与电工技术电流的实际方向:电流的实际方向: 正电荷运动的方向正电荷运动的方向( (客观存在
10、)客观存在)电流的参考方向:电流的参考方向:任意假定任意假定实际方向(实际方向(2A2A)参考方向参考方向(参考方向参考方向与与实际方向实际方向相同)相同)实际方向(实际方向(2A2A)参考方向参考方向(参考方向参考方向与与实际方向实际方向相反)相反)(1 1)电流的参考方向)电流的参考方向电路与电工技术(2 2)电压的参考方向)电压的参考方向电压实际方向:电压实际方向: 由由高高电位端电位端指向低指向低电位端电位端( (客观存在)客观存在)电压的参考方向:电压的参考方向:任意假定任意假定A AB B如果如果A A、B B的实际电位为:的实际电位为:U UU = U = 4 V4 VA AB
11、BU UU = - U = - 4 V4 V电路与电工技术电源两端的电压电源两端的电压电动势正方向表示电位电动势正方向表示电位升升电压正方向表示电位电压正方向表示电位降降E EU UV5BA VVUV5 EEU E EU UV5AB VVUEU A AB BA AB BV5 E结论:结论: 当当电压的参电压的参考方向与电动势考方向与电动势的参考方向相反的参考方向相反时时EU 当当电压的电压的参考方向与电参考方向与电动势的参考方动势的参考方向相同时向相同时EU 电路与电工技术注意:注意:1 1. i. i、u u、e e 的参考方向可任意假定。但的参考方向可任意假定。但一经选定一经选定,分析过,
12、分析过程中程中不应改变不应改变。2. 2. 电路中标出的方向一律指参考方向。电路中标出的方向一律指参考方向。3 3. . 同一元件的同一元件的 u u、 i i 同方向,称为同方向,称为关联参考方向关联参考方向。I IR RU U+I IR RU U+或或I IR RU U+I IR RU U+或或关联关联参考方向参考方向非关联非关联参考方向参考方向电路与电工技术功率功率是电场力在单位时间内所做的功。是电场力在单位时间内所做的功。 当电阻元件电流和电当电阻元件电流和电压的参考方向关联情况下,电压的参考方向关联情况下,电阻阻吸收的电功率吸收的电功率为:为:1 1)功率的计算)功率的计算I IR
13、RU U+关联参关联参考方向考方向UIP 电阻在电阻在t t 时间内消耗的电能:时间内消耗的电能:ptW 1kWh1kWh(1 1千瓦小时称为千瓦小时称为1 1度)度)1.2.31.2.3电功率和电能量电功率和电能量电路与电工技术若若 P P 0 0,电路实际,电路实际吸收吸收功率,元件功率,元件为负载为负载;若若 P P 0 0 0 吸收吸收P P 0 0 0 吸收能量吸收能量P P 0 0 0 吸收能量吸收能量P P 0 0 释放能量释放能量即即电路与电工技术U U、I I 参考方向相同时,参考方向相同时,( (关联参考方向)关联参考方向)U U、I I 参考方向相反时,参考方向相反时,(
14、 (非关联参考方向)非关联参考方向)R RU U+ +I IR RU U+ +I I 表达式中有两套正负号:表达式中有两套正负号: 式前的正负号由式前的正负号由U U、I I 参考方向的关系确定;参考方向的关系确定; U U、I I 值本身的正负则说明实际方向与参考值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。方向之间的关系。 通常取通常取 U U、I I 参考方向相同。参考方向相同。U U = = I RI R U U = = IRIR1.5.11.5.1一段无源支路的欧姆定律一段无源支路的欧姆定律1.51.5欧姆定律欧姆定律电路与电工技术电路端电压与电流的关系称为伏安特性。电路端电压与
15、电流的关系称为伏安特性。I IU Uo o 遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻,它表示该段电路遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻,它表示该段电路电压与电流的比值为常数。单位为电压与电流的比值为常数。单位为 。线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性线性电阻的概念:线性电阻的概念:常数常数即:即: IUR 线性电阻的伏安特性是线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。一条过原点的直线。电路与电工技术解:解:对图(对图(a a)有,)有, U U = = IRIRR RU U6V6V+ +I I2A2AR R+ +U U6V6V I I2A2A例:例:应用欧姆定律对下图电路列出式子,并求电阻应用欧姆定律对下图电路
16、列出式子,并求电阻R R。(a a)(b b)对图(对图(b b)有,)有, U U = = IRIR326 IUR326 IUR电路与电工技术 开关闭合开关闭合, ,接通电源与接通电源与负载负载负载端电压负载端电压U U = = IRIR 特征特征:I=U/R+R:I=U/R+RO OI IR Ro oR R+ + - -E EU U+ + - -I I 电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。 在电源有内阻时,在电源有内阻时,I I U U 。或或 U U = = E E IRIRo o电源的外特性电源的外特性E EU UI I0 0 当当 R Ro oR R 时,则时,则U U E
17、E ,表明当,表明当负载变化时,电源的端电压变化不大,负载变化时,电源的端电压变化不大,即带负载能力强。即带负载能力强。1.5.3 1.5.3 全电路欧姆定律全电路欧姆定律电路与电工技术37第第2章章 直流电路的基本分析和计算直流电路的基本分析和计算2.1 电阻的连接2.2电压源与电流源及其等效变换2.3基尔霍夫定律2.4 电路中各点电位的计算2.5 支路电流法2.6节点电压法2.7戴维南定理2.8叠加定理电路与电工技术38第第2章章 直流电路的基本分析和计算直流电路的基本分析和计算学习目的:1. 掌握基尔霍夫定律,它是分析电路最基本的定律;能运用支路电流法分析电路。2. 能正确应用叠加定理和
18、戴维南定理分析和计算两个网孔以上的电路。3. 建立电压源和电流源的概念,了解它们的特性及等效变换。学习重点:基尔霍夫的两大定律,支路电流法、叠加定理和戴维南定理;电压源和电流源的等效变换。 学习难点:基尔霍夫电压定律,支路电流法和戴维南定理;电压源和电流源的等效变换。电路与电工技术1 1)串联定义)串联定义将两个或两个以上的电阻首尾依次相接,使电流只有一条将两个或两个以上的电阻首尾依次相接,使电流只有一条通路,这种连接方式称为串联。通路,这种连接方式称为串联。R R1 1R R2 2R R3 3U U= = I I ( (R R1 1 + + R R2 2 + + R R3 3) )I IR
19、R (= (= R R1 1 + + R R2 2 + + R R3 3) ) U UI I= = I IR R2.1.1 2.1.1 电阻串联电路电阻串联电路2.1 2.1 电阻的连接电阻的连接电路与电工技术2 2) 串联特点串联特点I=II=I0 0 = I= I1 1 = I= I2 2 = I= I3 3(2 2)串联电路)串联电路两端的总电压等于各部分电路电压之和两端的总电压等于各部分电路电压之和 U= U 1+U2+U3U= U 1+U2+U3(3 3)U=U=IRIR= U 1+U2+U3=IR1+IR2+IR3= U 1+U2+U3=IR1+IR2+IR3 R R=R1+R2+
20、R3=R1+R2+R3串联电路串联电路的总电阻等于各部分电路电阻之和的总电阻等于各部分电路电阻之和(1 1)串联电路)串联电路各处各处的电流相同的电流相同0 01 12 23 3电路与电工技术(4 4)串联电路)串联电路具有分压作用具有分压作用URRU22URRU33串联电路各电阻上的电压与电阻的阻值成正比,阻值越串联电路各电阻上的电压与电阻的阻值成正比,阻值越大,所分得的电压也越大大,所分得的电压也越大URRU11电路与电工技术例例: :有一个电流表有一个电流表G G,内阻,内阻R Rg g=10=10,满偏电流,满偏电流I Ig g=3mA=3mA。要把。要把它改装为量程为它改装为量程为0
21、 03V3V的电压表,要串联多大的电阻?改装的电压表,要串联多大的电阻?改装后的电压表内阻多大?后的电压表内阻多大?I Ig gR Rg gR RV VU U1000100033gIUR总解:解:990101000gRRR总串联的电阻值串联的电阻值电路与电工技术2.1.2 2.1.2 电阻并联电路电阻并联电路1 1)并联定义)并联定义将两个或两个以上的电阻首、尾分别接在一起,使电流有多将两个或两个以上的电阻首、尾分别接在一起,使电流有多条通路,这种连接方式称为并联。条通路,这种连接方式称为并联。R R1 1R R2 2R R3 3U UI I1 1I I2 2I I3 3I IU UI I=
22、= = = I I1 1 + + I I2 2 + + I I3 3U UR R3211111RRRR电路与电工技术0 01 12 23 34 45 56 6U U2 2) 并联特点并联特点(1 1)各并联电阻两端的电压相等)各并联电阻两端的电压相等(2 2)并联电路等于各电阻中电流之和)并联电路等于各电阻中电流之和 I=II=I1 1+I+I2 2+I+I3 3(3 3)并联电路的总电阻的倒数等于各并联电阻倒数之)并联电路的总电阻的倒数等于各并联电阻倒数之和和3211111RRRR当只有两只电阻并联时当只有两只电阻并联时,其总阻值为其总阻值为2121RRRRR电路与电工技术3 3)并联电路具
23、有分流作用)并联电路具有分流作用并联电路中流过电阻的电流与电阻的阻值成反比,阻值越小,并联电路中流过电阻的电流与电阻的阻值成反比,阻值越小,流过的电流越大;阻值越大,流过的电流越小。当有两个电阻流过的电流越大;阻值越大,流过的电流越小。当有两个电阻并联时,其分流公式为并联时,其分流公式为IRRI11IRRI22利用并联电阻的分流原理,利用并联电阻的分流原理,可以制成多量程的电流表可以制成多量程的电流表U UI IR Rg gI Ig gI IR RR R电路与电工技术4 4)各并联电阻上所消耗的功率与电阻的阻值成反比)各并联电阻上所消耗的功率与电阻的阻值成反比并联电路中电阻的阻值越小,消耗的功
24、率越大;阻值越大,消并联电路中电阻的阻值越小,消耗的功率越大;阻值越大,消耗的功率越小。总功率等于各并联电阻功率之和,其数学表达耗的功率越小。总功率等于各并联电阻功率之和,其数学表达式为式为 P P = = P P1 1 + + P P2 2 + + P P3 3 电路与电工技术2.1.3 2.1.3 电阻混联电路电阻混联电路1 1) 混联定义混联定义在一个电路中,既有电阻串联又有电阻并联,称为混联电路。在一个电路中,既有电阻串联又有电阻并联,称为混联电路。电路与电工技术2 2、 计算方法计算方法将电路中串联或并联的电阻按串联或并联的方法一步步进行将电路中串联或并联的电阻按串联或并联的方法一步
25、步进行化简,最后求出整个电路的等效电阻值。化简,最后求出整个电路的等效电阻值。电路与电工技术常用实际电源常用实际电源干电池、蓄电池、直流发电机、直流稳压电干电池、蓄电池、直流发电机、直流稳压电源等。源等。交流发电机、电力系统提供的正弦交流电源交流发电机、电力系统提供的正弦交流电源、交流稳压电源等。、交流稳压电源等。直流电源:直流电源:交流电源交流电源: : 一个实际电源可以用一个实际电源可以用两种模型两种模型来表示。用电压来表示。用电压的形式表示称为的形式表示称为电压源电压源,用电流的形式表示称为,用电流的形式表示称为电流源。电流源。2.22.2电压源与电流源及其等效变换电压源与电流源及其等效
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