电工电子技术基础课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,跳转到第一页,*,电工与电子技术,主编 宫迎新,制作 高英霞,2006年7月,电工与电子技术主编 宫迎新,1,学习要点,电流、电压的参考方向及功率的计算,理想电路元件的伏安特性,基尔霍夫定律,第一章 电路的基础知识,学习要点电流、电压的参考方向及功率的计算第一章 电路的基础,2,第一章 电路的基础知识,1.1 电路及其主要物理量,1.2 电气设备的额定值和电路的状态,1.3 理想电路元件及实际电源的两种电路模型,1.4 基尔霍夫定律,第一章 电路的基础知识1.1 电路及其主要物理量,3,1.1 电路及其主要物理量,一、电路的基本概念,1、电路：为实现和完成某种需求，由电源、导线、开关、负载等电气设备或元器件组合起来，能使电流流通的整体。简单地说，就是电流流过的路径。,2、电路的功能,（1）实现电能的传输、转换和分配。,（2）实现信号的传递和处理。,3、电路的组成,电源：提供电能的器件,负载：用电器件,中间环节：起传输和控制电能的作用。,1.1 电路及其主要物理量一、电路的基本概念,4,4、电路模型,在电路分析中为了简化分析和计算，通常在一定条件下，突出实际电路元件的主要电磁性质，忽略其次要因素，把它近似地看作,理想电路元件,。在电路分析中，常用的理想电路元件只有几个，它们可以用来表征千万种实际器件。,由理想电路元件构成的电路称为电路模型。,4、电路模型,5,二、电路的主要物理量,1、电流（,I,i,）,（1）电流：电荷的定向移动形成电流。,电流的大小用,电流强度,表示，简称电流。,电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量。,大写,I,表示直流电流,小写,i,表示交流电流,（2）电流的单位：,电流的单位是安培,(,A),。,计量微小的电流时以毫安（,mA,）,或微安（）做单位，其换算关系是。,二、电路的主要物理量大写 I 表示直流电流（2）电流的单位：,6,（3）电流的参考方向,正电荷运动方向规定为,电流的实际方向,。,电流的方向用一个箭头表示。,任意假设的电流方向称为,电流的参考方向,。,如果求出的电流值为正，说明参考方向与实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。,（3）电流的参考方向 如果求出的电流值为正，说,7,2,电压,(,U,、,u),（1）电压：是衡量电场力做功能力的物理量。,电路中,a、b,点两点间的,电压,在数值上等于单位正电荷,受电场力作用从电路的点,a,移到点,b,所做的功。,（2）电压的单位：在国际单位制中，电压的单位为伏特（,V），,也可用千伏（,k,V,）、毫伏（,mV）,和微伏（,V）,表示。,（3）电压的参考方向,习惯上把电位降低的方向规定为电压的实际方向，用、号表示，也可用箭头表示或用双下标的变量表示。,2电压(U、u)（3）电压的参考方向,8,计算较复杂的电路时，电压与电流一样，实际方向较难确定，,可任选一方向为,电压的参考方向,当电压实际方向与参考方向一致时，电压为正值；如果两者相反，则电压为负值,。,（4）关联参考方向：对一个元件，电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定，但为了方便起见，常常将其取为一致，称,关联参考方向,；如不一致，称,非关联参考方向,。,计算较复杂的电路时，电压与电流一样，实际方向较难确定，可任选,9,如果采用关联方向，在标示时标出一种即可。如果采用非关联方向，则必须全部标示。,关联参考方向,非关联参考方向,如果采用关联方向，在标示时标出一种即可。如果采,10,3、电位（,V，v）,（1）电位：电路中某一点与参考点（规定电位为零的点）之间的电压称为该点的电位，电位的单位与电压相同，用伏特（）表示。,电路中两点间的电压也可用这两点间的电位差来表示，即：,3、电位（V，v）,11,现以图,1-5,为例来讨论电位的计算。在图（,a,）,中，选择点作参考点，即令,在图（,b,）,中，选择,B,点作参考点，即令,现以图1-5为例来讨论电位的计算。在图（a）中，选择点作参,12,在图（,c,）,中，以点为参考点，即令,结论:,电路中两点间的电压是不变的，但电位随参考 点（零电位点）选择的不同而不同。,图,1-6,是电路的一般画法与用电位表示的习惯画法对照。对此我们应该掌握和熟悉这种表示方法。,在图（c）中，以点为参考点，即令 结论:电路中两点间的,13,4、电动势（,E，e ）,电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功，称为,电源的电动势,。,电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定为由负极指向正极，即为外力推动正电荷运动的方向，也可用箭头在电路图中标明。,电动势的单位与电压相同，用伏特（,V）,表示。,4、电动势（E，e ）,14,5、电功率（,P，,p,）,电场力在单位时间内所做的功称为,电功率,，简称功率。,在国际单位制中，功率的单位为瓦特，简称瓦（,W,）。,功率与电流、电压的关系：,关联方向时：,p,=,ui,非关联方向时：,p,=,ui,p,0,时吸收功率，,属负载性质；,p,0,时放出功率。,属电源性质。,5、电功率（P，p）电场力在单位时间内所做的功称为电功率，简,15,【例1-1】某电路中的一段支路含有电源，如图,1-7,所示，支路电阻为,R,0,=0.6,，,测得该有源支路的端电压为,230,，电路中的电流,I=5A,，,并有关系,U=E-R,0,I,，,试求,(1),此有源支路的电动势；(2)此有源支路在电路中属于电源性质还是属于负载性质？,【解】,（）因为,所以,（）由于此有源支路的电动势大于外电压，故电流的实际方向如图1-7（,b）,所示。即与的实际方向相反，此有源支路在电路中是属于电源性质，它向外电路提供电能。,【例1-1】某电路中的一段支路含有电源，如图1-7所示，支,16,（）此支路电动势发出的功率为,此支路向外电路发出的功率为,此支路内阻消耗的功率为,功率平衡关系式为,计算表明，此有源支路中电动势发出功率,1165,，其中,15,消耗于内阻上，,1150,输送给外电路。,（）此支路电动势发出的功率为,17,一、电气设备的额定值,1、额定值的定义：,在实际电路中，所有的电气设备和元器件其工作电压、电流、功率（或容量）都有一个规定的、正常使用的限额，这种限额称为,额定值,。,2、额定值的意义：,额定值是制造厂综合考虑产品的可靠性、经济性和使用寿命等因素而制定的，它是使用者使用电气设备和元器件的依据。,通常，当实际使用值等于额定值时，电气设备的工作状态称为,额定状态（或满载）,；当实际功率或电流大于额定值时，电气设备工作在,过载（或超载）状态,；当实际功率和电流比额定值小很多时，电气设备工作在,轻载（或欠载）状态。,1.2,电气设备的额定值和电路的状态,一、电气设备的额定值1.2 电气设备的额定值和电路的状态,18,二、电路的状态,由于电源和负载之间联接方式及工作要求的不同，电路有空载、短路和负载三种状态。,1、空载状态,当电源没有与任何外电路接通时，如图1-11所示，电源输出电流等于零，则称电路处于开路状态（或断路状态），简称开路。,电路的特征：,I=0,U,OC,=E,P=0,二、电路的状态电路的特征：,19,2、短路状态,在图,1-12,中，当电源两端的两根导线由于某种原因（如电源线绝缘损坏，操作不慎等）而直接相连时，就称为电源短路。此时，电源输出电流未经负载只经连接导线直接流回电源。,电路特征：,电源短路是危险的，因为短路电流太大，以至电源本身和短路电流所经过的线路都不能承受而被烧坏。,2、短路状态电路特征：电源短路是危险的，因为短路电流太大，以,20,3、负载状态,如图,1-13,所示，此时电源与负载接通，电路处于通路状态，即有载工作状态，电路中有电流，有能量的转换。,电源的端电压总是小于电源的电动势。这是因为电源的电动势减去内阻压降后，才是电源的输出电压。,电源的输出功率为,电路中的电流为：,负载两端电压为：,电源端电压为：,3、负载状态电源的端电压总是小于电源的电动势。这是因为电源的,21,【例,1-2,】某直流电源的额定功率为,200,，额定电压为,50,，内阻为,0.5,，负载电阻可以调节，如图,1-14,所示，试求：（,1,）额定状态下的电流及负载电阻；（,2,）空载状态下的电压；（,3,）短路状态下的电流。,【解】（）额定电流,负载电阻,（）空载电压,（）短路电流,可见：短路电流是额定电流的 倍，若没有短路保护，则在发生短路后，电源将会烧毁。,【例1-2】某直流电源的额定功率为200，额定电压为50,22,1.3,理想电路元件及实际电源的两种电路模型,理想电路元件简称电路元件。通常采用的电路元件有电阻元件、电感元件、电容元件、理想电压源、理想电流源。前三种元件均不产生能量，称为无源元件；后两种元件是电路中提供能量的元件，称为有源元件。元件有线性和非线性之分，线性元件的参数是常数，与所施加的电压和电流无关。,1.3 理想电路元件及实际电源的两种电路模型,23,1.3.1 无源元件,伏安关系（欧姆定律）：,关联方向时：,u,=,Ri,非关联方向时：,u,=,Ri,1电阻元件,功率：,电阻元件是一种消耗电能的元件。,图1-16（,b）,是伏安特性曲线，它是一条通过原点的直线。通常我们把伏安特性为直线的电阻称为线性电阻。,1.3.1 无源元件伏安关系（欧姆定律）：关联方向时：非,24,伏安关系：,当电压、电流、电动势的参考方向如图1-17所示，则有：,2电感元件,电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件，是实际电感器的理想化模型。,当电感线圈中通以电流后，将产生磁通，在其内部及周围建立磁场，储存能量。根据电磁感应定律，当电感线圈中的电流变化时，磁场也随之变化，并在线圈中产生自感电动势。,伏安关系：当电压、电流、电动势的参考方向如图1-17所示，则,25,上式表明，电感元件两端的电压，与它的电流对时间的变化率成正比。比率系数称为电感，是表征电感元件特性的参数。电流变化越快，电感元件产生的自感电动势越大，与其平衡的电压也越大。当电感元件中流过稳定的直流电流时，故 ，这时电感元件相当于短路。,在国际单位制中，电感的单位是亨利（），当电感线圈中电流变化率为，产生的感应电动势时，则该电感线圈的电感为。由于亨利单位太大，工程上一般用毫亨（,m,）或微亨（）。,将上式两边乘上 并积分，则得电感元件中储存的磁场能量为：,说明，电感元件在某时刻储存的磁场能量，与该时刻流过的电流的平方成正比。,上式表明，电感元件两端的电压，与它的电流对时间的变化率成正比,26,3电容元件,电容元件是一种能够贮存电场能量的元件，是实际电容器的理想化模型。,实际电容器通常由两块金属极板中间充满介质（如空气、云母、绝缘纸、塑料薄膜、陶瓷等）构成，电容器加上电压后，两块极板上将出现等量异号电荷，并在两极板间形成电场，储存电场能。电容器极板上储存的电量 与外加电压 成正比，即,：,式中比例系数称为电容，是表征电容元件特性的参数。,符号：,3电容元件电容元件是一种能够贮存电场能量的元件，是实际电容,27,上式表明，电容元件上通过的电流，与元件两端的电压对时间的变化率成正比。,电压变化越快，电流越大。,在直流电路中，电容上即使有电压，但，相当于开路，即 电容具有,隔直作用,。,将上式两边乘上并积分，可得电容元件极板间储存的电场能量为：,在国际单位制中，电容的单位是法拉（）。由于法拉的单位太大，工程上一般采用微法（）或皮法（）。当电压和电流的参考方向一致时，则有,：,上式表明，电容元件上通过的电流，与元件两端的电压对时间的变化,28,1.3.2 有源元件,1理想电压源与理想电流源,（1）伏安关系,理想电压源：,u,=,u,S,端电压为,u,s，,与流过电压源的电流无关，由电源本身确定，电流任意，由外电路确定。,理想电流源,：,i,=,i,S,流过电流为,i,s，,与电源两端电压无关，由电源本身确定，电压任意，由外电路确定