電工學基礎(chǔ)從零開始PPT

1、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,1.2 電路模型,1.3 電壓和電流的參考方向,1.4 歐姆定律,1.5 電源有載工作、開路與短路,1.6 基爾霍夫定律,1.7 電路中電位的概念及計算,本章要求: 1.理解電壓與電流參考方向的意義； 2. 理解電路的基本定律并能正確應(yīng)用； 3. 了解電路的有載工作、開路與短路狀態(tài)， 理解電功率和額定值的意義； 4. 會計算電路中各點的電位。,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,(1) 實現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換,(2)實現(xiàn)信號的傳遞與處理,1. 電路的作用,電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設(shè)備或

2、電路元件按一定方式組合而成。,電源或信號源的電壓或電流稱為激勵，它推動電路工作；由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。,電路分析，就是在已知電路的結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)的條件下，討論電路的激勵與響應(yīng)之間的關(guān)系。,電路分析與設(shè)計的區(qū)別,電路分析：已知電路結(jié)構(gòu)，得到電路的功能。應(yīng)用電路仿制，沒有知識產(chǎn)權(quán)。 電路設(shè)計：按照客戶的要求，構(gòu)建電路，使之實現(xiàn)相應(yīng)的功能。創(chuàng)新的工作，往往有知識產(chǎn)權(quán)。,1. 2 電路模型,如何理解模型： 模型往往是用數(shù)學的方法將研究對象理想化，使之反映事物的主要矛盾。 電路模型化：為了便于用數(shù)學方法分析電路, 用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來模擬實際電路中的器件，從而構(gòu)成與實

3、際電路相對應(yīng)的電路模型。（理論上的分析都是模型的分析?。?（如何理解“理想”？套用哲學的術(shù)語：理想的過程就是保留主要矛盾，舍去次要矛盾的過程?。?理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件。,例： 如一個白熾燈，一般將它理想化為純電阻，當實際上它還有少量的電感和電容存在，只是這些于電阻相比是次要矛盾，可以忽略。 另外在模擬電路中，同一個電路在不同的工作環(huán)境下（如高頻或低頻）它的模型也不一樣，主要也是矛盾發(fā)生了變化。,手電筒的電路模型,電池,導(dǎo)線,燈泡,開關(guān),電池是電源元件，其參數(shù)為電動勢 E 和內(nèi)阻Ro；,燈泡主要具有消耗電能的性質(zhì)，是電阻元件，其參數(shù)為電阻R；,筒體用來連接電池

4、和燈泡，其電阻忽略不計，認為是無電阻的理想導(dǎo)體。,開關(guān)用來控制電路的通斷。,今后分析的都是指電路模型，簡稱電路。它由理想元件組成。在電路圖中，各種電路元件都用規(guī)定的圖形符號表示。,1.3 電壓和電流的參考方向,物理中對基本物理量規(guī)定的方向,1. 電路基本物理量的實際方向,(2) 參考方向的表示方法,電流：,電壓：,(1) 參考方向,在分析與計算電路時，對電量任意假定的方向。,2. 電路基本物理量的參考方向,實際方向與參考方向一致，電流(或電壓)計算值為正值； 實際方向與參考方向相反，電流(或電壓)計算值為負值。,(3) 實際方向與參考方向的關(guān)系,注意： 在參考方向選定后，電流 ( 或電壓 )

5、值才有正負之分。,若 I = 5A，則電流從 a 流向 b；,例：,若 I = 5A，則電流從 b 流向 a 。,若 U = 5V，則電壓的實際方向從 a 指向 b；,若 U= 5V，則電壓的實際方向從 b 指向 a 。,1.4 歐姆定律（關(guān)聯(lián)）,結(jié)論：對歐姆定律而言，在電壓與電流處于關(guān)聯(lián)時，取正號，不關(guān)聯(lián)時取負號。,U = I R,U = IR,電壓與電流關(guān)聯(lián)：電壓降方向和電流方向一致；反之不關(guān)聯(lián)。上述的方向是指參考方向。,關(guān)聯(lián),不關(guān)聯(lián),解：對圖(a)，關(guān)聯(lián)，有, U = IR,例：應(yīng)用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻R。,對圖(b)，不關(guān)聯(lián)有, U = IR,電路端電壓與電流的關(guān)系稱為

6、伏安特性。,遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻，它表示該段電路電壓與電流的比值為常數(shù)。,線性電阻的概念：,線性電阻的伏安特性是一條過原點的直線。這個是電阻模型。另外也提供了一種測量電阻的方法。即伏安法。,1.5 電源有載工作、開路與短路,圖中電阻R為負載， R0為電源內(nèi)阻。根據(jù) 負載電阻R的不同將電源 分為三種工作狀態(tài)。 （1）有載：0R （2）開路：R（往往用開關(guān)斷開來實現(xiàn)） （3）短路：R0。,K,1.5 電源有載工作、開路與短路,有載：0R,負載端電壓： U = IR，或 U = E IR0,特征:,1.5.1 電源有載工作, 電流的大小由負載決定。,在電源有內(nèi)阻時，I U 。,當 R00時

7、，負載； 當p0時，電源。 討論課文p18,1.5.4,1. 根據(jù) U、I 的實際方向判別,2. 根據(jù) U、I 的參考方向判別,電源： U、I 實際方向相反，即電流從“+”端流出， （發(fā)出功率）；,負載： U、I 實際方向相同，即電流從“+”端流入。 （吸收功率）。,+ U ,(1)電源 UE1U1E1R01I,E1UR01I 2200.65=223V,（2）負載 UE2 U2E2R02I,E2UR02I220 0.65 R01217V,解：,E2I1085W,R01I215W,R02I215W,負載取用 功率,電源產(chǎn)生 的功率,負載內(nèi)阻 損耗功率,電源內(nèi)阻 損耗功率,電氣設(shè)備的額定值（一般下

8、標為N）,額定值: 電氣設(shè)備在正常運行時的規(guī)定使用值,電氣設(shè)備的三種運行狀態(tài),欠載(輕載)： I PN (設(shè)備易損壞),額定工作狀態(tài)： I = IN ，P = PN (經(jīng)濟合理安全可靠),特征:,開關(guān) 斷開，R,1.5.2 電源開路,1. 開路處的電流等于零； I = 0 2. 開路處的電壓 U E。,電路中某處斷開時的特征:,電源外部端子被短接，R0。,1.5.3 電源短路,1. 短路處的電壓等于零； U = 0 2. 短路處的電流 I 視電路情況而定。,電路中某處短路時的特征:,1. 6 基爾霍夫定律,支路：電路中的每一個分支。 一條支路流過一個電流，稱為支路電流。,結(jié)點：三條或三條以上支

9、路的聯(lián)接點。如a，b。,回路：由支路組成的閉合路徑。如：cabc，abda，cadba,c,d,例1：,支路：ab、bc、ca、 （共6條）,回路：abda、abca、 adbca （共7 個）,結(jié)點：a、 b、c、d (共4個）,網(wǎng)孔：abd、 abc、bcd （共3 個）,1.6.1 基爾霍夫電流定律(KCL定律) （應(yīng)用于節(jié)點）,1定律,即: 入= 出,在任一瞬間，流入任一結(jié)點的電流等于流出該結(jié)點的電流。, 實質(zhì): 節(jié)點不能存儲電荷。,或: = 0,對結(jié)點 a：,I1+I2 = I3,或 I1+I2I3= 0,注意：上面的流入和流出都是指電路的參考方向。,電流定律可以推廣應(yīng)用于包圍部分電

10、路的任一假設(shè)的閉合面。在任何一個時刻，流過任何一個閉合面的電流的代數(shù)和為0。,2推廣：從節(jié)點到閉合面,例:,廣義結(jié)點,IA + IB + IC = 0 （1）,問題：如果這個閉合面中包含電源，是不是還滿足Si0？,左圖式（1）可以用基爾霍夫節(jié)點電流定理來證明。,1.6.2 基爾霍夫電壓定律（KVL定律，應(yīng)用于回路),1定律,即： U = 0，U是指參考方向,對回路1：,對回路2：,E1 = I1 R1 +I3 R3,I2 R2+I3 R3=E2,或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0,或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0,在任一瞬間，沿任一回路循行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。

11、,1列方程前標注回路循行方向；,電位升 = 電位降 E2 =UBE + I2R2, U = 0 I2R2 E2 + UBE = 0,2應(yīng)用 U = 0列方程時，項前符號的確定： 如果規(guī)定電位降取正號，則電位升就取負號。,3. 開路電壓可按回路處理，就認為在此處連上了一個阻值為無窮大的電阻。,注意：,對回路1：,解：應(yīng)用基爾霍夫電壓定律列出 EBRBI2UBE0 得 I20.315mA EBRBI2R1I1US0 得 I10.57mA,應(yīng)用基爾霍夫電流定律列出 I2I1IB0 得 IB0.255mA,例：如圖：RB20K ， R110K ，EB6V US6V，UBE0.3V，試求電流IB ，I2

12、及I1。,例：,對網(wǎng)孔abda：,對網(wǎng)孔acba：,對網(wǎng)孔bcdb：,R6,I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0,I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0,I4 R4 + I3 R3 E = 0,對回路 adbca，沿逆時針方向循行：, I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0,應(yīng)用 U = 0列方程,對回路 cadc，沿逆時針方向循行：, I2 R2 I1 R1 + E = 0,1.7 電路中電位的概念及計算,電位：電路中某點至參考點的電壓，記為“VX” 。 通常設(shè)參考點的電位為零。 對電位而言，整個電路就一個參考點；對電壓來說，參考點是相對的。 電位與電壓的

13、關(guān)系：某一點a的電位Va的大小等于a點與電位參考點r 的電壓Uar. 類似海拔高度（電位）與相對地面的高度（電壓）。,1. 電位的概念,某點電位為正，說明該點電位比參考點高； 某點電位為負，說明該點電位比參考點低。,1.7 電路中電位的概念及計算,電位的計算步驟: (1) 任選電路中某一點為參考點，設(shè)其電位為零； (2) 標出各電流參考方向并計算； (3) 計算各點至參考點間的電壓即為各點的電位。,2. 舉例,求圖示電路中各點的電位:Va、Vb、Vc、Vd 。,解： 設(shè) a為參考點， 即Va=0V,Vb=Uba= 106= 60V Vc=Uca = 420 = 80 V Vd =Uda= 65

14、 = 30 V,設(shè) b為參考點，即Vb=0V,Va = Uab=106 = 60 V Vc = Ucb = E1 = 140 V Vd = Udb =E2 = 90 V,b,a,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,結(jié)論：,(1)電位值是相對的，參考點選取的不同，電路中 各點的電位也將隨之改變；,(2) 電路中兩點間的電壓值是固定的，不會因參考 點的不同而變， 即與零電位參考點的選取無關(guān)。,借助電位的概念可以簡化電路作圖,解：I1I2E1（R1R2） 6（42） 1A I30 VA R3I3E2R2I2 042 1 2V,或 VAR3I3E2R1I1E1 044 162V,例1：如圖已知：E16V E24V R14 R2R3 2 。求A點電位VA。,例1: 圖示電路，計算開關(guān)S 斷開和閉合時A點 的電位VA,解: (1)當開關(guān)S斷開時,(2) 當開關(guān)閉合時,電路 如圖（b）,電流 I2 = 0， 電位 VA = 0V 。,電流