电工学(第二版)0电工学目录 1直流电路.ppt
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1、主编 王浩 中国电力出版社,电工学,李薇薇,内容提要(电工技术部分),直流电路 电容元件与电感元件 正弦交流电路 铁磁材料与磁路 变压器 电机 发电厂厂用电及低压电动机的控制 常用电工仪表及使用,内容提要(电子技术部分),半导体二极管及整流电路 半导体三极管及放大电路 数字电路基础 组合逻辑电路 时序逻辑电路 模/数转换器和数/模转换器,第一章 直流电路,1.9节点电压法,1.8两种电源模型及其等效互换,1.7电阻的串联与并联,1.6基尔霍夫定律,1.5电路的三种状态,1.4电阻元件及欧姆定律,1.3电功率与电能,1.2电流、电压及电动势,1.1电路及电路模型,1.10叠加定理,1.11戴维南
2、定理,小结,习题一,返 回 总 目 录,1.1电路及电路模型,概念:电流流经的路径。 组成:由电源、负载和中间环节组成。,电路各部分的功能 电源:产生电能,将其他能量转换为电能 负载:用电设备总称,将电能转换为其他能 中间环节:电路中传输、分配、控制电能作用。,一、电路,电路元件概念: 为了对电路进行分析计算,常常将实际电器元件近似化和理想化 ,把在一定条件下忽略次要电磁因素,仅考虑其主要电磁特性的理想元件,称为电路元件。 电路模型:用国家标准规定的电路元件图形符号代替实际电路器件所绘制的电路,称为电路模型,亦叫原理电路图,简称电路图。,二、电路模型,手电筒 实际电路图,手电筒 原理电路图,退
3、出,一、电流,电流概念:电荷的定向移动称为电流。 电流强度:单位时间内通过导体截面的电荷量,简称电流。用于衡量电流大小。,1.2电流、电压和电动势,电流方向: 正电荷运动方向,习惯称为电流的实际方向。,直流电流:大写 I 表示,电流单位:安培(安),A 千安,kA 毫安,mA,电压概念:在电场力的作用下,单位电荷从一点移到另一点的能量改变量称为这两点间的电压,u表示。,二、电压,电压方向:正电荷运动其能量减少的方向,习惯称为电压的实际方向。,电压单位:伏特(伏),V 千伏,kV 毫伏,mV 微伏,V,直流电压:大写U 表示,参考方向概念:对于一个元件,在电压(或电流)可能的两个方向中任选的一个
4、方向称为参考方向。,三、电流、电压的参考方向,正负号问题:若实际方向与参考方向相同,前加正号;若实际方向与参考方向相反,前加负号。,有关参考方向的注意事项: 电路中,电流、电压的参考方向用实线箭头表示,需要时,用虚线箭头表示其实际方向。,1)电流、电压的方向客观存在,参考方向人为选定。 2)同一电流(或电压),参考方向选择不同,其表示结果为等大异号。如:Uab=-Uba , Iab=-Iba 3)无特殊说明,电流、电压均为带有正负号的参考量,不指明参考方向谈正负毫无意义。参考方向一经选定不能随意变动。,关联参考方向与非关联参考方向 对某一段电路或某一元件,若选择电流、电压参考方向一致,称关联参
5、考方向;如不一致,称非关联参考方向。,如果采用关联方向,在标示时标出一种即可。,电位概念:在电路中,任选一点为参考点,则某一点到参考点之间的电压,称作该点的电位。 用V表示。单位同电压单位。,四、电位,选O点为参考点,Va=Uao Vo=0 ,参考点也叫零电位点,对上图,有: Va=Uao,Vb=Vbo , Uab=Uao+Uob=Uao-Ubo=Va-Vb,结论:两点间的电压等于两点间的电位差。所以电压也叫电位差。亦可知电压方向是高电位指向低电位。,选用不同的参考点,各点电位的数值不同,但任意两点之间的电压不随参考点的改变而变化。,参考点的选择:电力系统,常以大地,电子设备,常选机壳。,电动
6、势概念:电源力将单位正电荷从电源的负极移动到正极所做的功,称为电源的电动势。 电动势方向:电源负极指向电源正极。 电动势的实际方向与电压实际方向相反 单位:同电压,伏特(V),五、电动势,直流电源:电动势的大小和方向不随时间变化的电源。E表示其电动势。 一般符号:,电池类直流电源符号:,注意:当不考虑电源内阻,电源电动势大小与电源端电压大小相等。,当方向相反:,当方向相同:,退出,1.3 电功率与电能,功率概念:单位时间内电源力或电场力所做的功称为电功率,简称功率。,单位:瓦特(W),千瓦(kW),毫瓦(mW) 1kW=103W 1mW=10-3W,功率与电压电流的关系:,一、电功率,直流电路
7、功率: P=UI,二端网络概念:电路中,对外只有两个端钮的一段电路 两种情况: 1)接受功率:二端网络端口电压电流方向相同,该网络接受功率为负载; 2)发出功率:二端网络端口电压电流方向相反,该网络发出功率为电源。,电源:U和I的 实际方向相反,电流 从端流出,发出功率 负载:U和I的实际方向相同,电 流从端流入,吸收功率,负载有时指用电设备,有时指功率。,电压电流关联方向时: P =UI,电压电流非关联方向时: P =UI,P0时接受功率,P0时发出功率。,功率与电流、电压的关系:,概念:在一段时间内电场力做功的总和称为电能,用W表示。 直流电路: W=Pt=UIt 电能单位:焦耳(J),实
8、用用千瓦时(kWh) 1kWh=1000W3600s=3.6106J=1度,二、电能,退出,电阻概念:导体或半导体对电流的阻碍作用称为电阻。 电阻元件的特性:流过电流生热,消耗电能。 电阻元件:理想的二端元件,其电压、电流方向总一致,不断消耗电能。简称为电阻。 符号: R表示其阻值。 线性电阻元件:电压与电流的大小成正比的电阻。否则为非线性电阻元件。 线性电路:由线性元件组成的电路。否则为非线性电路。,1.4 电阻元件与欧姆定律,一、电阻元件,线性电阻元件伏安特性:,电阻:,电导:,电阻单位:欧姆(),千欧(k);兆欧(M) 1 k=103; 1 M=103k=106,电导单位:西门子(西),
9、符号S。,当U、I 取关联参考方向相同时,,U、I 取非关联参考方向时,,说明: 式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定;, U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。,通常取 U、I 参考方向相同,即取关联参考方向。,U = I R,U = IR,对于线性电阻元件,,二、欧姆定律,以上两式皆为欧姆定律式,电阻功率:,三、电阻元件的功率,电阻实际应用:电热设备,如电热水器、电熨斗、电烤箱、电炉等,电阻是耗能元件,按电压电流关联参考方向,,退出,1.5 电路的三种状态,一、工作状态,R0、UO分别为电源内阻和端电压,RL为负载电阻。 开关S处于1位置,电路处于工作状态,电气设备
10、的额定值: 为了保证电路的正常工作,厂家对其生产的电气设备的工作电压、电流、功率等都规定了一个正常的使用值,称为电气设备的额定值。 又称为铭牌值。,电气设备的工作状态: 电气设备在实际使用时其电压、电流和功率的实际值不一定等于它们的额定值。 满载电气设备工作在额定值。 过载电气设备超过额定值使用。 轻载电气设备低于额定值使用。,额定值的表示:PN、UN、IN,对于电阻:,二、电源开路,当开关S处于2位置,电路处于开路状态。,三、电源短路,当开关S处于3位置,电路处于短路状态。,短路电流很大,应避免短路,用短路保护,低压供电系统,用熔断器(保险丝)保护,退出,1.6 基尔霍夫定律,支路、节点、回
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