電工技術(shù)教程(完美版).ppt

電 工 技 術(shù),一、電能的應(yīng)用 電能應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門，在日常生活中也是不可缺少的。,緒論,1. 電能的優(yōu)越性 （1）便于轉(zhuǎn)換 （2）便于傳輸 （3）便于控制,2. 不足之處 難于儲(chǔ)存,二 、課程的目的和學(xué)習(xí)方法 目的獲得電的基本理論知識(shí)，為 今后的學(xué)習(xí)和工程技術(shù)研究打下基礎(chǔ)。 方法掌握好物理概念（多看參考 書）；多做習(xí)題。,三 、使用教材 秦曾煌主編電工學(xué)第五版 上冊(cè)電工技術(shù) 高等教育出版社出版,第 1 章 電路的基本概念與基本定律,1-1 電路的作用與組成部分 電路電流流經(jīng)的閉合路徑（由電工設(shè)備和元件 組成）。,一. 電路的組成 電源（信號(hào)源） 中間環(huán)節(jié) 負(fù)載,二. 電路的作用傳輸和轉(zhuǎn)換電能； 傳遞和處理信號(hào)。,電源：將非電能轉(zhuǎn)換成電能的裝置,(干電池,蓄電池,發(fā)電機(jī))或信號(hào)源。,中間環(huán)結(jié)：把電源與負(fù)載連接起來(lái)的部分,(連接導(dǎo)線,開關(guān)),負(fù)載：將電能轉(zhuǎn)換成非電能的用電設(shè)備,(電燈,電爐,電動(dòng)機(jī)),一. 電路的組成：,電路的組成,二. 電路的作用,1. 電能傳輸和轉(zhuǎn)換,發(fā)電機(jī),升壓變壓器,降壓變壓器,電燈電爐,熱能,水能,核能轉(zhuǎn)電能,傳輸分配電能,電能轉(zhuǎn)換為光能,熱能和機(jī)械能,2. 信號(hào)的傳遞和處理,放大器,揚(yáng)聲器,將語(yǔ)音轉(zhuǎn)換為電信號(hào),(信號(hào)源),信號(hào)轉(zhuǎn)換、放大、信號(hào)處理,(中間環(huán)節(jié)),接受轉(zhuǎn)換信號(hào)的設(shè)備,(負(fù)載),將實(shí)際元件理想化，由理想化的電路 元件組成的電路。,例如：,理想化導(dǎo)線,理想化元件,今后我們分析的都是 電路模型，簡(jiǎn)稱電路。,1-2 電路的模型,理想化電源,電路模型: 由理想元件組成的電路.,（一）理想無(wú)源元件(線性元件),1.電阻: 電路中消耗電能的理想元件,2.電容: 電路中儲(chǔ)存電場(chǎng)能的理想元件,3.電感: 電路中儲(chǔ)存磁場(chǎng)能的理想元件,線性電路: 由線性元件和電源元件組成的電路.,（二）理想電源元件,1.理想電壓源,恒壓源,2.理想電流源,恒流源,電路分析在已知電路結(jié)構(gòu)與元件參數(shù)情 況下研究電路激勵(lì)與響應(yīng)之間 的關(guān)系。,響應(yīng)由于電源或信號(hào)源的激勵(lì)作用，在 電路中產(chǎn)生的電壓與電流。,1-3 電壓和電流的參考方向,電路中的箭頭方向?yàn)殡妷号c電動(dòng)勢(shì)和電流的參考方向.,電路中物理量的正方向(參考方向),物理量的正方向：,物理量的實(shí)際正方向,一、電流,電流方向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向,（實(shí)際方向）。,電流參考方向任選一方向?yàn)殡娏髡较颉?正值,負(fù)值,Iab = - Iba,二、電壓,電壓方向由高電位端指向低電位端（實(shí)際方向）。,電壓參考方向任選一方向位為電壓正方向。,電壓表示方法：,Uab = -Uba,關(guān)聯(lián)正方向：,關(guān)聯(lián)正方向,三、電動(dòng)勢(shì),電動(dòng)勢(shì)的方向電位升高的方向（實(shí)際方向）。,電動(dòng)勢(shì)的參考方向任選一方向?yàn)殡妱?dòng)勢(shì)的正方向。,電動(dòng)勢(shì)的表示方法：,a.箭頭,b.正負(fù)號(hào),c.雙下標(biāo),電動(dòng)勢(shì)和電壓的關(guān)系：,電壓與電動(dòng)勢(shì)規(guī)定正方向相反時(shí),E=U,電壓與電動(dòng)勢(shì)規(guī)定正方向相同時(shí),E= -U,由以上關(guān)系可以看出：電壓源可由一個(gè)大小相等， 方向相反的外加電壓表示。,(U=E),電路分析中的假設(shè)正方向（參考方向）,問(wèn)題的提出：在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量 的實(shí)際方向，電路如何求解？,電流方向 AB？,電流方向 BA？,(1) 在解題前先設(shè)定一個(gè)正方向，作為參考方向；,解決方法,(3) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向： 若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與假設(shè)方向一致； 若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與假設(shè)方向相反。,(2) 根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān) 系的代數(shù)表達(dá)式并計(jì)算；,例,已知：E=2V, R=1 求： 當(dāng)Uab分別為 3V 和 1V 時(shí)，IR=?,(3) 數(shù)值計(jì)算,（實(shí)際方向與假設(shè)方向一致）,（實(shí)際方向與假設(shè)方向相反）,(4) 為了避免列方程時(shí)出錯(cuò)，習(xí)慣上把 I 與 U 的方向 按相同方向假設(shè)(關(guān)聯(lián)正方向）。,(1) 方程式U/I=R 僅適用于假設(shè)正方向一致的情況。,(2) “實(shí)際方向”是物理中規(guī)定的，而“假設(shè) 正方向”則 是人們?cè)谶M(jìn)行電路分析計(jì)算時(shí),任意假設(shè)的。,(3) 在以后的解題過(guò)程中，注意一定要先假定“正方向” (即在圖中表明物理量的參考方向)，然后再列方程 計(jì)算。缺少“參考方向”的物理量是無(wú)意義的.,提示,例,關(guān)聯(lián)正方向,非關(guān)聯(lián)正方向,1-4 歐姆定律,U和 I 為關(guān)聯(lián)正方向時(shí)：,U和 I 為非關(guān)聯(lián)正方向時(shí)：,線性電阻：遵循歐姆定律的電阻，其阻值的 大小和電流電壓無(wú)關(guān)。,注意：用歐姆定律列方程時(shí)，一定要在 圖中標(biāo)明正方向。,例：,廣義歐姆定律 (支路中含有電動(dòng)勢(shì)時(shí)的歐姆定律),當(dāng) UabE 時(shí)， I 0 表明方向與圖中假設(shè)方向一致 當(dāng) UabE 時(shí)， I 0 表明方向與圖中假設(shè)方向相反,1-5 電路的工作狀態(tài),（開路、短路和有載工作）,受控電源（后面介紹）,1.5.1 電源有載工作,（注意：電源輸出的功率和電流由負(fù)載決定。）,上式表明：當(dāng)R變化時(shí)，電源端電壓變化不大，則此電源帶負(fù)載的能力強(qiáng)。,當(dāng)RR0時(shí),UE,一、電壓和電流,電源的外特性曲線,表示電源端電壓與輸出電流之間的關(guān)系曲線，稱為外特性曲線。,U = IR = E IR0,二. 功率與功率平衡,電源的發(fā)出功率=負(fù)載的取用功率+電源內(nèi)阻上的消耗功率,P-電源輸出的功率 PE -電源產(chǎn)生的功率 P-電源內(nèi)阻上消耗的功率,功率平衡方程式：,在 U、 I 正方向選擇一致的前提下：,“吸收功率”（負(fù)載）,“發(fā)出功率”（電源）,若 P = UI 0,若 P = UI 0,三. 電源與負(fù)載的判別,當(dāng) 計(jì)算的 P 0 時(shí), 則說(shuō)明 U、I 的實(shí)際方向一致，此部分電路消耗電功率，為負(fù)載。,功率性質(zhì)判斷：,當(dāng)計(jì)算的 P 0 時(shí), 則說(shuō)明 U、I 的實(shí)際方向相反，此部分電路發(fā)出電功率，為電源。, 如果假設(shè) U、I 正方向一致。, 電源有時(shí)發(fā)出功率，有時(shí)消耗功率。,當(dāng)計(jì)算的電源功率PE 0 時(shí),則電源消耗功率，為負(fù)載； 當(dāng)計(jì)算的電源功率PE 0 時(shí),則電源發(fā)出功率，為電源.,例,P=UI=-10W0,發(fā)出功率，是電源。,P=-UI=10W0， 消耗功率，是負(fù)載。,P=-UI=-10W0， 發(fā)出功率，是電源。,四. 額定值與實(shí)際值,額定值: 制造廠為了使電子設(shè)備能在給定的工作條件下正常運(yùn)行而規(guī)定的正常允許值。,UN 、IN 、PN,使用時(shí)，電壓、電流、功率的實(shí)際值不一定等于額定值。,電器使用時(shí)的實(shí)際值不等于額定值的原因：,a.電器受外界影響如電壓波動(dòng)。,b.負(fù)載變化時(shí)，電流、功率通常不一定處于 額定工作狀態(tài)。,開關(guān)S斷開時(shí)，外電路的電阻無(wú)窮大, 電流為零，電源的端電壓U0等于電源電動(dòng)勢(shì)E。,二、開路（斷路或空載）,電路特征：,I = 0,U = 0 U0 = E,PE = P = 0,（其中：PE = EI、P = UI）,三. 短路,U=0 I=0,P=0,電路特征：,用來(lái)描述電路中各部分電壓或各部分電流間的關(guān)系,其中包括基氏電流和基氏電壓兩個(gè)定律。,術(shù)語(yǔ)：,網(wǎng)孔：不包含任何支路的回路,支路：電路中的每一個(gè)分支 （一個(gè)支路流過(guò)一個(gè)電流）,結(jié)點(diǎn)：三個(gè)或三個(gè)以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn),回路：電路中任一閉合路徑,1-6 基爾霍夫定律,支路：ab、ad、 . （共6條）,回路：abda、 bcdb、 . （共7 個(gè)）,結(jié)點(diǎn)：a、 b、 . (共4個(gè)）,例,對(duì)任何結(jié)點(diǎn)，在任一瞬間，流入結(jié)點(diǎn)的電流等于由結(jié)點(diǎn)流出的電流。,基氏電流定律的依據(jù)：電流的連續(xù)性,1.6.1 基爾霍夫電流定律（KCL),設(shè)：流入結(jié)點(diǎn)為正，流出結(jié)點(diǎn)為負(fù)。,在任一瞬間，一個(gè)結(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和為 0。,電流定律還可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面（廣義結(jié)點(diǎn)）。,I1+I2=I3,I=0,基氏電流定律的擴(kuò)展,I=?,對(duì)電路中的任一回路，沿任意循行方向的各段電壓的代數(shù)和等于零。,即：,1.6.2. 基爾霍夫電壓定律（KVL）,即：,在任一回路的循行方向上，電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和等于電阻上電壓降的代數(shù)和。,E、U和IR與循行方向相同為正，反之為負(fù)。,例如： 回路 a-d-c-a,或：,注意：與循行方向相同為正， 反之為負(fù)。,其中:US3 = - E3 ，US4= - E4,基氏電壓定律也適合開口電路。,例,由：,得：,網(wǎng)孔,網(wǎng)孔,設(shè)：電路中有N個(gè)結(jié)點(diǎn)，B個(gè)支路,N=2、B=3,小 結(jié),電路中的電位該點(diǎn)與參考點(diǎn)（零電位點(diǎn)）之間的電壓。 （參考點(diǎn)通常用“接地”符號(hào)表示，但該點(diǎn)沒(méi)有和大地相連。）,參考點(diǎn)選的不同，則各點(diǎn)的電位不同。 電流總是從高電位流向低電位。,例1,1-7 電路中電位的概念及計(jì)算,求：A點(diǎn)電位。,設(shè)b點(diǎn)為參考點(diǎn)：Vb=0,則：VA=0,設(shè)c點(diǎn)為參考點(diǎn)：Vc=0,則：,S斷開時(shí)：,S閉合時(shí)：,則：,解：將原圖電路改畫成上圖所示電路。,計(jì)算圖中A點(diǎn)的電位。,解： -24V電源的正極在接地點(diǎn)上， 12和36兩 電阻串聯(lián)，流過(guò)電流為： I=24/（12+36）=0.