项目一直流电路基础p义pt课件.ppt
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1、,项目一 直流电路基础,任务1.1 认识直流电路及工作状态 任务1.2 电气设备的额定值与电路的工作状态 任务1.3 识别电路的链接方式 任务1.4 掌握电压源、电流源及其等效变换 任务1.5 掌握直流电路分析方法,任务1.1 认识直流电路,知识与技能要点 直流照明电路安装; 电路模型概念及电路工作状态; 电压、电流等电路基本物理量的概念及功率的概念; 万用表使用。,1.1.1 导体、绝缘体和半导体,原子核中有质子和中子,其中质子带正电,中子不带电。,绕原子核高速旋转的电子带负电。,自然界物质的电结构:,导体的外层电子数很少且距离原子核较远,因此受原子核的束缚力很弱,极易挣脱原子核的束缚游离到
2、空间成为自由电子,即导体的特点就是内部具有大量的自由电子。,半导体的外层电子数一般为4个,其导电性界于导体和绝缘体之间。,绝缘体外层电子数通常为8个,且距离原子核较近,因此受到原子核很强的束缚力而无法挣脱,我们把外层电子数为8个称为稳定结构,这种结构中不存在自由电子,因此不导电。,当外界电场的作用力超过原子核对外层电子的束缚力时,绝缘体的外层电子同样也会挣脱原子核的束缚成为自由电子,这种现象我们称为“绝缘击穿”。绝缘体一旦被击穿,就会永久丧失其绝缘性能而成为导体。,1、绝缘体是否在任何条件下都不导电?,2、半导体有什么特殊性?,半导体的导电性虽然介于导体和绝缘体之间,但半导体在外界条件发生变化
3、时,其导电能力将大大增强;若在纯净的半导体中掺入某些微量杂质后,其导电能力甚至会增加上万乃至几十万倍,半导体的上述特殊性,使它在电子技术中得到了极其广泛地应用。,负载:,电路 由实际元器件构成的电流的通路。,1.电路的组成,电源:,电路中提供电能的装置。如发电机、蓄电池等。,在电路中接收电能的设备。如电动机、电灯等。,中间环节:,电源和负载之间不可缺少的连接、控制和保护部件,如连接导线、开关设备、测量设备以及各种继电保护设备等。,1.1.2 电路及电路图,电路可以实现电能的传输、分配和转换。,电力系统中:,电子技术中:,电路可以实现电信号的传递、存储和处理。,2.电路的功能,3.电路模型和电路
4、元件,电源,负 载,实体电路,中间环节,与实体电路相对应、由理想元件构成的电路图,称为实体电路的电路模型。,电路模型,负载,电源,开关,白炽灯的电路模型可表示为:,实际电路器件品种繁多,其电磁特性多元而复杂,采取模型化处理可获得有意义的分析效果。,如,R,L,消耗电能的电特性可用电阻元件表征,产生磁场的电特性可用电感元件表征,由于白炽灯中耗能的因素大大于产生磁场的因素,因此L 可以忽略。,理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似,其电特性单一、确切,可定量分析和计算。,白炽灯电路,请画出二地控制一盏灯原理示意图 ,根据实验室条件自行连接实际电路。,1.电流及其实际方向,电流的国际单位制是安培【
5、A】,较小的单位还有毫安【mA】和微安【A】等,它们之间的换算关系为:,1A=103mA=106A=109nA,电荷有规则的定向移动形成电流。电流的大小用电流强度表征,定义式为:,大小、方向均不随时间变化的稳恒直流电可表示为:,在电工技术分析中,仅仅指出电流的大小是不够的,通常以正电荷移动的方向规定为电流的实际方向。,1.1.3 电路的基本物理量、电路的功率及其测试,直流情况下,2.电压及其实际方向,高中物理课对电压的定义是:电场力把单位正电荷从电场中的一点移到另一点所做的功。其表达式为:,注意:变量用小写字母表示,恒量用大写字母表示。,电压的国际单位制是伏特V,常用的单位还有毫伏mV和千伏【
6、KV】等,换算关系为:,1V=103mV=103KV,电工技术基础问题分析中,通常规定电压的实际方向为电场力移动正电荷的定向移动方向。,在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向,电路如何求解?,问题的提出,实际电流方向 AB?,实际电流方向 BA?,3.电压、电流的正方向,(2) 参考方向的表示方法,电流:,电压:,(1) 参考方向,在分析与计算电路时,对电压、电流等电量任意假定的方向。,3.电压、电流的参考方向,箭标,实际方向与参考方向一致,电流(或电压)值为正值; 实际方向与参考方向相反,电流(或电压)值为负值。,(3) 实际方向与参考方向的关系,注意: 参考方向选定后,电流 ( 或电压
7、 )才有正负之分,不指定正方向,电流(或电压)的正负则无意义。,若 I = 5A,则电流从 a 流向 b;,例:,若 I = 5A,则电流从 b 流向 a 。,若 U = 5V,则电压的实际方向从 a 指向 b;,若 U= 5V,则电压的实际方向从 b 指向 a 。,注意:,(1) i、u的参考方向可任意假定。但一经选定,分析过程中不应改变。,(2) 电路中标出的方向一律指参考方向。,(3) 同一元件的 u、 i 同方向,称为关联参考方向。,或,或,关联参考方向,非关联参考方向,电位:电路中某点至参考点的电压,记为“VA”或 “ ”。,(1) 电位的概念,电位与参考点关系:各点的电位随参考点的
8、变化而变,在同一电路中,只能选择一个参考点,参考点一旦选定,各点的电位是唯一确定的。和电压一样,电位也是一个代数量,凡比参考点电位高的各点为正电位,比参考点电位低的各点为负电位。 电压与参考点关系:电路中任意两点的电压与参考点的选择无关。即电路参考点不同,但电路中任意两点的电压不变。 电压与电位关系:电路中任意两点的电压等于这两点的电位差,4.电位,通常设参考点的电位为零,(2)电路中各点电位、电压与参考点的关系,日常生产和生活中,电能(或电功)也常用度作为量纲:1度=1KWh=1KVAh,5. 电能、电功率,(1)电能,电能的转换是在电流作功的过程中进行的。因此,电流作功所消耗电能的多少可以
9、用电功来量度。电功:,式中单位:U【V】;I【A】;t【s】时,电功W为焦耳【J】,1度电的概念,1000W的电炉加热1小时;,100W的电灯照明10小时;,40W的电灯照明25小时。,(2)电功率,传递转换电能的速率叫电功率, 简称功率,用p或P表示,(3)电源与负载的判别,U、I 参考方向非关联,P = -UI 0,负载; P =- UI 0,电源。,U、I 参考方向关联,P =UI 0,负载; P = UI 0,电源。,根据 U、I 的实际方向判别, 根据 U、I 的参考方向计算判别,U、I 实际方向相反,即电流从“+”端流出, (发出功率,电源),U、I 实际方向相同,即电流从“-”端
10、流出。 (吸收功率,负载),电功率国际单位制:P用瓦特【W】,通常情况下,用电器的实际功率并不等于额定电功率。当实际功率小于额定功率时,用电器实际功率达不到额定值,当实际功率大于额定功率时,用电器易损坏。,用电器额定工作时的电压叫额定电压,额定电压下的电功率称为额定功率;额定功率通常标示在电器设备的铭牌数据上,作为用电器正常工作条件下的最高限值。,任务1.2电气设备的额定值与电路的工作状态,(1) 电气设备的额定值,电气设备的三种运行状态,欠载(轻载): I IN ,P PN (不经济),过载(超载): I IN ,P PN (设备易损坏),额定工作状态: I = IN ,P = PN (经济
11、合理安全可靠),(2)电路的三种工作状态,1)通路,2)开路, U=US , U=0 ,IUS/RS,3)短路,短路通常是一种严重事故,应该尽力预防。,例:试 判断(a)、(b) 中元件是吸收功率还是发出功率。,解:(a),(b),吸收功率,负载。,元件电流和电压的参考方向为关联,发出功率,电源。,元件电流和电压的参考方向为非关联,任务1.3 识别电路的连接方式,知识与技能要点 电阻元件的参数定义、伏安关系及其功率; 欧姆定律及其运用; 电阻的联接;,1. 电阻元件,电阻产品实物图,电阻元件图符号,1.3.1 电阻元件及其检测,(1)实物图与电路符号,(2)电阻器的色环表示法,四环,五环,倍
12、率 10n,误 差,有效 数字,误 差,有效 数字,倍 率 10n,伏 - 安 特性,电阻 R,(常用单位:、k、M ),线性电阻,非线性电阻,(3)伏安特性,2. 欧姆定律,U、I 参考方向相同时,,U、I 参考方向相反时,,表达式中有两套正负号: 式前的正负号由U、I 正方向的关系确定;, U、I 值本身的正负则说明实际方向与正 方向之间的关系。,通常取 U、I 正方向相同。,U = I R,U = IR,解:对图(a)有, U = IR,例:应用欧姆定律对下图电路列出式子, 并求电阻R。,对图(b)有, U = IR,消耗能量,吸收功率,3.电阻元件的功率,(W),单位:P(W), t(
13、s) ,W(J) P(kW),t(h), W(kWh),电阻元件的功率是耗能元件,1.3.2 电阻的联接,(1)电阻的串联,特点: 1)各电阻一个接一个地顺序相联;,两电阻串联时的分压公式:,R =R1+R2,3)等效电阻等于各电阻之和;,4)串联电阻上电压的分配与电阻成正比。,2)各电阻中通过同一电流;,应用: 降压、限流、调节电压等。,(2)电阻的并联,两电阻并联时的分流公式:,3)等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和;,4)并联电阻上电流的分配与电阻成反比。,特点: 1)各电阻联接在两个公共的结点之间;,2)各电阻两端的电压相同;,应用: 分流、调节电流等。,(3)电阻的混联,解: Rab=
14、R1+ R6+(R2/R3)+(R4/R5),由a、b端向里看, R2和R3,R4和R5 均连接在相同的两点之间,因此是 并联关系,把这4个电阻两两并联 后,电路中除了a、b两点不再有结 点,所以它们的等效电阻与R1和R6 相串联。,电阻混联电路的等效电阻计算,关键在于正确找出电路的连接点,然后分别把两两结点之间的电阻进行串、并联简化计算,最后将简化的等效电阻相串即可求出。,分析:,电阻的混联计算举例,任务1.4 掌握电压源、电流源及其等效变换,知识与技能要点 独立源的特性; 实际电源两种组合模型及其等效变换。,电源的输出电压与外界电路无关,即电压源输出电压的大小和方向与流经它的电流无关,也就
15、是说无论接什么样的外电路,输出电压总保持为某一给定值或某一给定的时间常数.,是由内部损耗很小,以至可以忽略的实际电源得到的理想化二端电路元件,1. 4.1 认识电压源,独立电源:,是指其外特性由电源本身的参数决定,而不受电源之外的其他参数控制.,特 性,理想电压源:,电压源与电流源及其等效变换,理想电压源(交流),(1)电路符号,理想电压源(直流),或,(3)特点:电流及电源的功率由外电路确定,输出电 压不随外电路变化。,Us,(2)伏安特性,I,U,理想电压源伏安特性,1.4.2 认识电流源,理想电流源:电源的输出电流与外界电路无关,即电源输出电流的大小和方向与它两端的电压无关,也就是说无论
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