电工学课件.ppt
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1、电 工 学,电工学研究电工技术和电子技术 的理论及其应用的科学技术。,电工技术 (上册),电子技术 (下册),电路分析基础,磁路与电机,模拟电子技术,数字电子技术,大学工科各专业的技术基础课 电工理论是在实验基础上发展起来的一门学科 本课程具有理论与实践紧密结合的特点 是后续专业课程及以后从事工业技术的必要基础,课程的性质,考核方式,1、平时成绩:30,作业、出勤、课堂表现:10,实验:20,2、期终考试:70,第一章 电路的基本 概念、定律与分析方法,1.1 电路的基本概念,1.2 电路的基本元件,1.3 电路的基本状态和电气设备的额定值,1.4 电路中电位的概念及计算,1.6 电路的分析方
2、法,1.5 基尔霍夫定律,1.了解电路模型及理想电路元件的意义; 2.理解电压与电流参考方向的意义;掌握电源 与负载的判别。 3. 理解电路的基本定律并能正确应用; 4. 了解电源的有载工作、开路与短路状态, 理解电功率和额定值的意义; 5. 掌握分析与计算电路中各点电位的方法。,本章要求:,1.1 电路的基本概念,电路:电流所通过的路径。它是由电路元件按 一定方式组合而成的。,电路的作用一: 实现电能的传输和转换,一、电路的组成和作用,电源:将非电能转换成电能的装置,或提供电能的装置。 例如:发电机、干电池,负载:将电能转换成非电能的装置,或消耗电能的装置。 例如:电动机、电炉、灯,中间环节
3、:连接电源和负载的部分,起传输和分 配电能的作用。例如:输电线路,电路的作用之二:传递和处理信号。,电路的组成:电源、负载、中间环节三部分,二、 电路模型,理想电路元件:在一定条件下,突出其主要电磁性能, 忽略次要因素,将实际电路元件理想化 (模型化)。 主要有电阻、电感、电容元件、电源元件。 电路模型:由理想电路元件所组成的电路,就是实 际电路的电路模型。,三、 电压和电流的参考方向,电路中物理量的方向,物理量的方向:,实际方向: 物理中对电量规定的方向。,参考方向: 在分析计算时,对电量人为规定的方向。,物理量的实际方向,电路分析中的参考方向,问题的提出:在复杂电路中难于判断元件中物理量
4、的实际方向,电路如何求解?,电流方向 AB?,电流方向 BA?,(1) 在解题前先设定一个方向,作为参考方向;,解决方法,(3) 根据计算结果确定实际方向: 若计算结果为正,则实际方向与假设方向一致; 若计算结果为负,则实际方向与假设方向相反。,(2) 根据电路的定律、定理,列出物理量间相互关 系的代数表达式;,例,已知:E=2V, R=1 问: 当U分别为 3V 和 1V 时,IR=?,E,R,a,b,+,_,(3) 为了避免列方程时出错,习惯上把 I 与 U 的方向 按相同方向假设。(关联参考方向),(1) “实际方向”是物理中规定的,而“参考方向”则 是人们在进行电路分析计算时, 任意假
5、设的。,(2) 在以后的解题过程中,注意一定要先假定物理量 的参考方向,然后再列方程 计算。 缺少“参考方向”的物理量是无意义的.,四、功率,做功的速率:,关联参考方向下,吸收功率 负载;,非关联参考方向下,发出功率 电源,1.1.3/7 图1.1.9中,哪些元件吸收功率,哪些元件提供功率,并求出吸收与提供的功率大小。,1.2 电路元件,二端元件:,电阻 电感 电容 电压源 电流源,一、电阻元件 R :(单位:、k、M ),线性电阻:电阻值与它所通过的电流 和所施加 的电压无关。即电阻值固定不变. 也可以说满足欧姆定律的电阻为线性电阻.,欧姆定律,关联参考方向下,非关联参考方向下,伏 - 安
6、特性,电导,单位S(西门子),伏 - 安 特性,2.非线性电阻元件,二、电感元件 L:,单位电流产生的磁链 (单位:H, mH, H),1. 电感中电流、电压的关系,2. 电感的功率和储能,关联方向下,三、电容元件 C :,单位电压下存储的电荷,(单位:F, F, pF),1. 电容上电流、电压的关系,2. 电容的功率和储能,关联方向下,无源元件小结,理想元件的特性 (u 与 i 的关系),L,C,R,关联参考方向,1.3 电路的基本状态和电气设备的额定值,伏安特性(外特性),1.3.1 电源有载工作 (开关合上),1. 电压与电流 关系,R0R时,UE,单位:w、Kw,式中: PE=EI-是
7、电源产生的功率 P=R0I2-是电源内阻上所损耗的功率 P=UI-是电源输出的功率,2. 功率与功率平衡,3. 额定值与实际值,额定值概念:在实际电路中,电气设备的电压、电流 都有一个额定值,它是制造厂家综合考虑了用电设备的 工作能力、运行性能、经济性、可靠性及其使用寿命等 命等因素制定的。电路中通常以UN、IN、PN表示。 在使用时,电压、电流、功率的实际值不一定等于它 们的额定值。,1.3.2. 电源开路(开关断开),I=0 U=U0=E P=0,PE=0 , P=0,1.3.3. 电源短路,节点电位的概念:,1.4 电路中电位的概念及计算,电压的概念:两点间的电压就是两点的电位差,某点电
8、位值是相对的,参考点选得不同,电路中其它各点的电位也将随之改变; 电路中两点间的电压值是固定的,不会因参考点的不同而改变。,注意:电位和电压的区别,Uab=610=60V Uca=204=80V Uda=56=30V Ucb=140V Udb=90V,以a电为参考点 Vv-Va=Uba Vb=Uba=-60V Vc-Va=Uca Vc=Uca=+80V Vd-Va=Uda Vd=Uda=+30V,例,电位在电路中的表示法,参考电位在哪里?,(1)电路中某一点的电位等于该点与参考点(电位为零)之间的电压。 (2)参考点选的不同,电路中各点的电位值随着改变,但是任意两点间的电压值是不变的。所以各点
9、电位的高低是相对的,而两点间的电压是绝对的。,电位小结,1.4.7/20 求开关断开和闭合两种状态下A点电位,1.5 基尔霍夫定律(克希荷夫),支路:ab、ad、 . (共6条),回路:abda、 bcdb、 . (共7 个),节点:a 、 b、c 、d (共4个),例,1.5.1 基尔霍夫电流定律(KCL方程),对任何节点,在任一瞬间,流入节点的电流等于由节点流出的电流。或者说,在任一瞬间,一个节点上电流的代数和为 0。,基尔霍夫电流定律的依据:电流的连续性,或:,电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。,闭合面;I1 +I2=I3,I=0,基尔霍夫电流定律的扩展,I=?,1.5.2 基尔霍夫
10、电压定律(KVL方程),对电路中的任一回路,沿任意绕行方向转一周,其电位升等于电位降。或,电压的代数和为 0。,例如: 回路 a-d-c-a,即:,或:,或,注:电动势参考方向与回路绕行方向相同时取正, 否则取负;电阻电流方向与绕行方向相同是取正, 否则取负。,基尔霍夫电压定律也适合开口电路。,例,+,_,1.6 电路的分析方法,1.6.1 电路的等效化简,等效的概念,N1和N2等效,电阻串联,1. 定义: 若干个电阻元件一个接一个顺序相连, 并且流过同一个电流。,2. 等效电阻: Req=R1+R2+Rn=,电阻串并联的等效变换,3. 分压公式: 各段电压降与阻值成正比。,并且P1:P2=R
11、1:R2,I,1. 定义: 若干个电阻都连接到同一对节点上,并 联时各电阻承受同一电压。,2. 等效电阻:,电阻并联,3. 分流公式:,即电流分配与电阻成反比.,功率P1:P2=R2:R1,电压源,伏安特性,电压源模型,电源的两种模型:电压源和电流源。,理想电压源 (恒压源): RO= 0 时的电压源.,特点:(1)输出电 压不变,其值恒等于电动势。 即 Uab E;,(2)电源中的电流由外电路决定。,恒压源中的电流由外电路决定,设: E=10V,当R1 R2 同时接入时: I=10A,例,电流源,电流源模型,理想电流源 (恒流源): RO= 时的电流源.,特点:(1)输出电流不变,其值恒等于
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