直流電路的分析及計算

1、制造總部平板廠07年管理、技術(shù)人才培訓(xùn)班 主講人主講人 張軍委張軍委 二二七年四月三日七年四月三日通過此次培訓(xùn)，您能學(xué)到什么通過此次培訓(xùn)，您能學(xué)到什么？1.什么是直流電路？什么是直流電路？2.直流電路中有哪些基本的物直流電路中有哪些基本的物 理量？理量？2.如何對直流電路進行分析？如何對直流電路進行分析？3.如何計算電路中的參數(shù)？如何計算電路中的參數(shù)？電流、電壓參考方向及功率計電流、電壓參考方向及功率計算算常用電路元件的伏安特性常用電路元件的伏安特性 電路的負載、開路及短路狀態(tài)電路的負載、開路及短路狀態(tài) 額定值的意義額定值的意義 電位的概念及計算電位的概念及計算電路是為了某種需要而將某些電工設(shè)

2、備或元電路是為了某種需要而將某些電工設(shè)備或元件按一定方式組合起來的電流通路。由件按一定方式組合起來的電流通路。由電源電源、負載負載和和中間環(huán)節(jié)（導(dǎo)線）中間環(huán)節(jié)（導(dǎo)線）3部分組成。部分組成。一：進行能量的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配。一：進行能量的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配。二：實現(xiàn)信號的傳遞、存儲和處理。二：實現(xiàn)信號的傳遞、存儲和處理。電荷的定向移動形成電流。電荷的定向移動形成電流。電流大小：單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體截面積的電量電流大?。簡挝粫r間內(nèi)通過導(dǎo)體截面積的電量。大寫大寫 I 表示直流電流表示直流電流小寫小寫 i 表示電流的一般符號表示電流的一般符號dtdqi 正電荷運動方向規(guī)定為正電荷運動方向規(guī)定為電流的實際方向

3、電流的實際方向。電流的方向用箭頭或雙下標變量表示。電流的方向用箭頭或雙下標變量表示。任意假設(shè)的電流方向稱為任意假設(shè)的電流方向稱為電流的參考方向電流的參考方向。 如果求出的電流值為正，說明參考方向如果求出的電流值為正，說明參考方向與實際方向一致，否則說明參考方向與實際與實際方向一致，否則說明參考方向與實際方向相反。方向相反。I正值I負值(a)(b)電流的大小用電流強度來度量。在單位時間內(nèi)，通過某一截面積的電量稱為流過該截面積的電流強度。用符號“I”或“i”表示。 I=Qt_注意：1.以后我們把電流強度簡稱為電流 2.上式只適用于求恒定電流和平均電流。恒定電流或直流電流：電流的大小和方向在任何時刻

4、都不改變時，稱為恒定電流或直流電流脈動直流電流：電流的方向不改變，中是大小隨時間改變，這樣的電流稱為脈動直流電流直流電流用“DC”表示交流電流：如果電流的大小和方向都隨時間的變化而改變，則稱為交流電流。交流電流用“AC”表示1.1.電路中電路中a a、b b點兩點間的點兩點間的電電壓壓定義為單位正電荷由定義為單位正電荷由a a點移點移至至b b點電場力所做的功。點電場力所做的功。dqdWu 電路中某點的電路中某點的電位電位定義為單位正電荷由該定義為單位正電荷由該點移至參考點電場力所做的功。點移至參考點電場力所做的功。電路中電路中a a、b b點兩點間的電壓等于點兩點間的電壓等于a a、b b兩

5、點兩點的電位差。的電位差。baabVVU電壓的實際方向電壓的實際方向規(guī)定由電位高處指向電位低處。規(guī)定由電位高處指向電位低處。與電流方向的處理方法類似，與電流方向的處理方法類似，可任選一方向為可任選一方向為電壓的參考方向電壓的參考方向例：例： 當(dāng)當(dāng)ua =3V ub = 2V時時u1 =1V最后求得的最后求得的u為正值，說明電壓的實際方向為正值，說明電壓的實際方向與參考方向一致，否則說明兩者相反。與參考方向一致，否則說明兩者相反。u2 =1V+u1 abu2+ab 對一個元件，電流參考方向和電壓參考對一個元件，電流參考方向和電壓參考方向可以相互獨立地任意確定，但為了方便方向可以相互獨立地任意確定

6、，但為了方便起見，常常將其取為一致，稱起見，常常將其取為一致，稱關(guān)聯(lián)方向關(guān)聯(lián)方向；如；如不一致，稱不一致，稱非關(guān)聯(lián)方向非關(guān)聯(lián)方向。+u(a) 關(guān)聯(lián)方向abiu+(b) 非關(guān)聯(lián)方向abi 如果采用關(guān)聯(lián)方向，在標示時標出一種即如果采用關(guān)聯(lián)方向，在標示時標出一種即可。如果采用非關(guān)聯(lián)方向，則必須全部標示?？伞Ｈ绻捎梅顷P(guān)聯(lián)方向，則必須全部標示。 2.電位：是表示電路中某一點性質(zhì)的物理量，而且是相對于確定的參考點來說的。 電位與電壓的概念比較：電場中某點的電位就是該點別參考點之間的電壓。，電位的單位是伏特。并且規(guī)定，參考點的電位為零，所以參考點又叫零電位點。據(jù)此可知某點的電位就是單位正電荷在該點所具有的

7、電位能。電路中兩點之間的電壓就是這兩點的電位之差uA“vAvd。因此，電壓又叫電位差，它與參考點的選取無關(guān) 3、 電動勢是衡量外力即非靜電力做功能力的物電動勢是衡量外力即非靜電力做功能力的物理量。在電源內(nèi)，電源力將單位正電荷從電源的負理量。在電源內(nèi)，電源力將單位正電荷從電源的負極移到電源的正極所做的功，即稱為電動勢。對直極移到電源的正極所做的功，即稱為電動勢。對直流電動勢來說表示為：流電動勢來說表示為： 電動勢的符號為：電動勢的符號為： 電動勢的實際方向與電壓實際方向相反，規(guī)電動勢的實際方向與電壓實際方向相反，規(guī)定為由負極指向正極。定為由負極指向正極。E=qW電場力在單位時間內(nèi)所做的電場力在單

8、位時間內(nèi)所做的功稱為功稱為電功率電功率，簡稱功率。，簡稱功率。dtdWp 功率與電流、電壓的關(guān)系：功率與電流、電壓的關(guān)系：關(guān)聯(lián)方向時：關(guān)聯(lián)方向時：p =ui非關(guān)聯(lián)方向時：非關(guān)聯(lián)方向時：p =uip0時，表明該元件吸收（消耗）功時，表明該元件吸收（消耗）功率，是負載（或起負載作用）；率，是負載（或起負載作用）； p0時，時，表明該元件發(fā)出（產(chǎn)生）功表明該元件發(fā)出（產(chǎn)生）功率，是電源（或起電源作用）率，是電源（或起電源作用）。 根據(jù)能量守恒的原則，在任何一個電路中，根據(jù)能量守恒的原則，在任何一個電路中，某些元件所產(chǎn)生的功率之和必然等于該電路中某些元件所產(chǎn)生的功率之和必然等于該電路中其它元件所消耗的

9、功率之和，即，滿足功率平其它元件所消耗的功率之和，即，滿足功率平衡條件。衡條件。2、電功率用字母、電功率用字母“P”或者或者“p”表示，電功率表示，電功率是電功與時間的比值是電功與時間的比值: P A=U.Q Q=I.t P=U.I (焦耳焦耳/秒）秒）電功率的單位是：瓦特，簡稱：瓦電功率的單位是：瓦特，簡稱：瓦 用字母用字母“W”表示。常用的有千瓦（表示。常用的有千瓦（KW）、毫瓦（）、毫瓦（MW)做單位。做單位。 1W=103mW=10-3KWAt3.在工程上還應(yīng)用另一種功率的單位，稱馬力在工程上還應(yīng)用另一種功率的單位，稱馬力 1馬力馬力 736瓦瓦 1瓦瓦 0.00136馬力馬力1.36

10、X103馬力馬力 在電力工程中，電功的測量采用瓦時計（習(xí)稱電度在電力工程中，電功的測量采用瓦時計（習(xí)稱電度表，現(xiàn)國家規(guī)定稱表，現(xiàn)國家規(guī)定稱電能表）這時電功的單位是度，電能表）這時電功的單位是度，也稱千瓦小時。也稱千瓦小時。1千瓦小時（度）千瓦小時（度）1000瓦瓦X3600秒秒3.6X106焦耳焦耳+ U=5V (a)(b)I=2A+ U=5V I=-2A(c)+ U=5V I=-2A：求圖示各元件的功率：求圖示各元件的功率.（a）關(guān)聯(lián)方向，）關(guān)聯(lián)方向，P=UI=52=10W，P0，吸收，吸收10W功率。功率。（b）關(guān)聯(lián)方向，）關(guān)聯(lián)方向，P=UI=5(2)=10W，P0，吸收，吸收10W功率。

11、功率。是制造廠為了使產(chǎn)品能在給定的工作條是制造廠為了使產(chǎn)品能在給定的工作條件下正常運行而規(guī)定的正常容許值。額定值有件下正常運行而規(guī)定的正常容許值。額定值有額定電壓額定電壓UN與額定電流與額定電流IN或額定功率或額定功率PN 。必須。必須注意的是，電氣設(shè)備或元件的電壓、電流和功注意的是，電氣設(shè)備或元件的電壓、電流和功率的實際值不一定等于它們的額定值。率的實際值不一定等于它們的額定值。1.電器元件的額定值：電流經(jīng)過電器元件時所做的電功轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使電器元件生熱，這種現(xiàn)象稱為電流的熱效應(yīng)。我們在日常生活中常用的白熾燈電烙鐵和電爐等電熱器具都是利用電流的熱效應(yīng)來工作的。對電器元件消耗的功率，外加電壓，

12、通過的電流都限制在一定的數(shù)值下，這個值稱為額定值，又稱為標稱值（如額定電流、額定功率、額定電壓）。元器件在使用中不允許超過其額定值。如燈泡上常標有100W/220V表示為：使用220V的電路中，消耗功率為100W。 2.例：標稱值100W/220V和 25W/220V的兩燈泡，求它們在額定情況下工作的電流？電路中的通路、開路與短路一：通路（閉路）電路中有電流流過，我們稱為通路，因為通路一定是閉合的，所以也叫閉路。通路中電流一定是連續(xù)不斷的也叫負載狀態(tài)1、負載狀態(tài)、負載狀態(tài)I +US R0Rabcd+URRUI0SIRU 0SIRUUPPPEP=UI：電源輸出的功率：電源輸出的功率PS=USI：

13、電源產(chǎn)生的功率：電源產(chǎn)生的功率P=I2R0：內(nèi)阻消耗的功率：內(nèi)阻消耗的功率二：開路 電路中由于開關(guān)或某一元件、導(dǎo)線的斷來等，使電流不能流通，這時我們稱為開路也叫斷路，也叫空載狀態(tài)?？蛰d狀態(tài)空載狀態(tài)00S0CPUUUII +US R0SRabcd+U短路狀態(tài)短路狀態(tài)02E0SSC00RIPPPRUIIUI +US R0Rabcd+U三：短路 電路中本來不相聯(lián)接的點用導(dǎo)線聯(lián)接或直接碰接在一起，稱為短路，也叫短路狀態(tài)四 例 ： 設(shè) 圖 示 電 路 中 的 電 源 額 定 功 率四 例 ： 設(shè) 圖 示 電 路 中 的 電 源 額 定 功 率PN=22kW ，額定電壓，額定電壓UN=220V，內(nèi)阻，內(nèi)阻

14、R0=0.2，R為可調(diào)節(jié)的負載電阻。求：為可調(diào)節(jié)的負載電阻。求：（1）電源的額定電流）電源的額定電流IN；（2）電源開路電壓）電源開路電壓U0C；（3）電源在額定工作情況下的負載電阻）電源在額定工作情況下的負載電阻RN；（4）負載發(fā)生短路時的短路電流）負載發(fā)生短路時的短路電流ISC。 +US R0SRI+U +US R0SRI+UA10022010223NNNUPIV2401002 . 02200NNS0CRIUUU2 . 2100220NNNIURA12002 . 02400SSCRUI解：解：(1)電源的額定電流為：電源的額定電流為：(2)電源開路電壓為：電源開路電壓為：(3)電源在額定狀

15、態(tài)時的負載電阻為：電源在額定狀態(tài)時的負載電阻為：(4)短路電流為：短路電流為：伏安關(guān)系（歐姆定律）：伏安關(guān)系（歐姆定律）：關(guān)聯(lián)方向時：關(guān)聯(lián)方向時：u =Ri非關(guān)聯(lián)方向時：非關(guān)聯(lián)方向時：u =Ri符號：符號：Ri+u 功率：功率：RuRiuip22電阻元件是一種消耗電能的元件。電阻元件是一種消耗電能的元件。伏安關(guān)系：伏安關(guān)系：符號：符號：電感元件是一種能夠貯存磁場能量的元電感元件是一種能夠貯存磁場能量的元件，是實際電感器的理想化模型。件，是實際電感器的理想化模型。+u i LdtdiLu dtdiLu稱為電感元件的電感，單位是亨利（）。稱為電感元件的電感，單位是亨利（）。只有電感上的電流變化時，只有電感上的電流變化時，電感兩端才有電壓。在直流電感兩端才有電壓。在直流電路中，電感上即使有電流電路中，電感上即使有電流通過，但，相當(dāng)于短通過，但，相當(dāng)于短路。路。存儲能量：存儲能量：2L21LiW 電容元件是一種能夠貯存電場能量的元電容元件是