电工电子技术教案.ppt
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1、电气技术基础1 (电工技术基础),南京工业职业技术学院,按要求参加实验 培养良好的实验素质 注重实践技能的培养 掌握常用实验仪器的功能及使用方法 理论与实践相结合,互相促进,全面提高 及时完成实验报告,课程的地位、作用及内容框架 1.电气类、电子类专业的基础课程,掌握电工基本知识及分析方法、掌握常用电工仪器仪表的使用,为后续课程学习及技能训练打下必要电工基本知识及技能基础。 2.课程内容共分为六个单元模块,每个单元设置所必须的知识点、基本技能训练及提高技能训练。 3.课程目标是培养学生电气技术术基础理论分析及应用能力,培养学生安全操作、仪器仪表使用、故障处理方法、实践操作规范、常用软件的使用等
2、基本实践能力。培养学生的团队协作、勇于创新、敬业乐业的工作作风。,课程整体预设能力目标 1. 常用电工仪器仪表熟练使用 2. 典型电路分析应用能力 3.电工操作技能:按图接线、数据测量 、故障分析 4. 电路仿真应用能力,课程单元任务: 1.阻抗匹配及负载最大功率测试 2.日光灯线路及功率因数提高 3.三相负载星型及三角形电路测试 4.微分及积分电路测试 5.同名端及变压器 6.非正弦信号仿真,后续相关课程: 电子技术基础、电机及其控制、 电力电子、检测、工厂供电、电气调速等,1 课程的主要内容:介绍教材目录内容 电路理论 直流电路 交流电路 暂态电路 非正弦周期电路 磁路理论 磁路 变压器
3、电磁铁,2 课程的实践动手能力要求:实验、实训要求 3 课程学习的要求:课堂学习、课后复习、 课 后作业及习题练习 4课程成绩:平时成绩:平时课堂学 习、出勤 、作业及配套练习册、实验、期末 5 作业一周交一次,模块一 直流电路(1),主要内容: 1. 电路的基本物理量 2. 电压和电流的正方向 3. 电路的工作状态 4. 电路的基本定律,电路和电路图,电路: 是电流的通过的路径.,一 电路的组成和作用,中间环节,负载,扩音机电路示意图,信号源 (电源),1. 电路的作用 (1)电能的传输和转换 (2)信号的传递和处理 2.电路的组成 (1)电源 (2)负载 (3)中间环节,电路的作用与组成部
4、分,电路元件的理想化,在一定条件下突出元件主要的电磁性质,忽略其次要因素,把它近似地看作理想电路元件。,由理想电路元件组成的电路就是电路的电路模型。,电路与电路模型,实际电路:,电路模型:,I,手电筒的电路模型,返回,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 表示电流的一般符号,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。,电压、电位和电动势,电路
5、中a、b点两点间的电压定义为单位正电荷由a点移至b点电场力所做的功。,直流U、交流u,单位、测量方法,电压的实际方向规定由电位高处指向电位低处。 与电流方向的处理方法类似, 可任选一方向为电压的参考方向,例: 当Va =3V Vb = 2V时,U1 =1V,最后求得的U为正值,说明电压的实际方向与参考方向一致,否则说明两者相反。,U2 =1V,+U1 -,U2,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,称关联方向;如不一致,称非关联方向。,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。,电动势是衡量外力即非静电
6、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。,1、电动势:电源力将单位正电荷从电源的负极移到 正极所作的功。 E= W/q 符号E,单位V 2、电动势的方向:规定为电源力推动正电荷运动的 方向,即从负极指向正极的方向,也就是电位升高的方向。 3、常用电压源: (1)电池 (2)太阳能电池 (3)发电机 (4)电子电源 4、电动势的符号和方向表示,电功率,电场力在单位时间内所做的功称为电功率,简称功率。,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,p0时吸收功率,p0时放出功率。,例:求图示各元件的功率. (
7、a)关联方向, P=UI=52=10W, P0,吸收10W功率。 (b)关联方向, P=UI=5(2)=10W, P0,吸收10W功率。,(2)电能,式中电压的单位为伏特【V】,电流单位为安培【A】,时间的单位用秒【s】时,电能(或电功)的单位是焦耳【J】。,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=3.6,2 电位,在分析电路时,常常要用到电位这个概念,两点间的电压就是这两点的电位差(电势差)。,电压是两点的电位差,而电路中某点的电位在计算中与零电位点的选择有关,没有确切值,只是一个相对值。应特别注意!,因此,在计算电位时,必须选择电路中某点作为参考点,其
8、电位称为参考电位,通常设其为零。,求S打开和闭合时a点电位为多少?,S闭合时b点电位为“地”电位0,S打开时电路为一个闭合全电路,a,a,电位值是相对的,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,说 明 :,电压和电位的单位都是V(伏特)、kV(千伏)或mV(毫伏)等。,参考点在电路图中应标上“接地”符号“ ”,含义为电位等于0V (0伏特)。,例题:如图,(a)图可根据电位的概念等效为(b)图。,欧姆定律,欧姆定律: 流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。,或者表示为:,欧姆定律的单位: 在SI中,电
9、阻为欧姆() 或者为千欧(k) 、兆欧(M),根据电路上所选电压和电流方向的不同,欧姆定律的表达式有着不同的符号:,当电流和电压的正方向定义为关联方向时,欧姆定律如(1)式,(1),欧姆定律,当电流和电压的正方向定义为非关联方向时欧姆定律如(2)式,(2),应用欧姆定律对如下各图列出表达式,并求出电阻值。,例题,对于(a)图,对于(b)图,对于(c)图,对于(d)图,例题,计算图中电阻R的值,已知Uab=-12V,解:a点电位比b点电位低12V n点电位比b点电位低7V m点电位比b点电位高3V 于是: n点电位比m 点电位低7+3=10V 即 Unm =-10V,电路的工作状态,最简单的电路
10、为直流电路,本节讨论电路的工作状态、开路状态和短路状态,所讨论的内容有电流、电压及功率等方面的特性。,如图电路:,Us 为电源的电压,U 为电源的端电压,R0 为电源的内阻,R 为电路负载电阻,一. 有载工作状态,当开关闭合,电源与负载接通,即电路处于有载工作状态。,电路中的电流为 I=Us/(R0+R),当电源电压 Us和内阻R0一定时负载电阻R愈小,则电流I愈大。,或写成 U=Us-IR0,可见电源端电压小于电源电压,二者之差为电源内阻的电压降IR0 即 U=Us-IR0 为电源外特性关系式,有载工作状态,当式U=Us-IR0各项乘以电流I时,得到 UI= UsI-I2R0 或 P = P
11、E - P,单位:在SI中功率的单位是瓦特(W)或千瓦(kW),例题,已知:电路中,U=220V,I=5A,内阻R01= R02= 0.6。 求:(1)电源的电动势Us1和负载的反电动势Us2 ; (2)说明功率的平衡关系。,例题1-3.,解:(1) 对于电源 U= Us1-IR01 即 Us1 =U +IR01 =220+50.6=223V U=Us2+IR02 即 Us2 =U -IR01 =220-50.6=217V,例题,(2)由上面可得,Us1=Us2 +IR01+IR02 等号两边同时乘以 I,则得 Us1 I =Us2 I +I2R01+I2R02 代入数据有 223 5=217
12、 5+52 0.6+ 5+52 0.6 1115W=1085W+15W+15W。,其中Us1I是电源产生的功率;Us2I是负载取用的功率;I2R01是电源内阻上损耗的功率;I2R02是反电动势电源(负载)内阻上损耗的功率。 可见电路具有功率平衡特性。,电气设备的名牌.,电气设备或元器件的标定值通常标注在其名牌上或记载在说明书中,这些标定值都是给定的额定值,如UN表示额定电压、IN表示额定电流、PN表示额定功率。 在使用电气设备或元器件时不得超过其额定值,以免影响其正常使用甚至使其遭到损坏。,注意:电气设备工作时的实际值不一定都等于其额定值,要能够加以区别。,满载、过载、欠载,额定值为1W、10
13、0的碳膜电阻,在使用时电流和电压不得超过多大值?,答:由功率P与电阻R的关系公式 P = I2 R 或 P= U2/R,二. 开路工作状态,如图电路:当开关断开时,电路则处于开路(空载)状态。,开路时,外电路的电阻为无穷大,电路中的电流 I 为零。,电源的端电压(称为开路电压或空载电压 U0 ) 等于电源的电动势,电源不输出电能。,电路开路时的特征为,I = 0,U = U0 = Us,P = 0,三. 短路工作状态,当电源两端由于某种原因而联在一起时,称电源被短路。,短路时,可将电源外电阻视为零,电流有捷径流过而不通过负载。,由于R0很小,所以此时电流很大,称之为短路电流 Isc 。,U =
14、 0,I = Isc = Us / R0,P = P = I2 R0,电路短路时的特征为,基尔霍夫定律,根据欧姆定律分析电路,已是中学物理中常用的分析方法,但对某些电路有时是无能为力的。,为此本节讨论基尔霍夫定律,它亦是分析与计算电路的基本方法,适合线性电路及非线性电路。,名词、概念,1. 支路:电路中的每一个分支,称为支路。它是由若干个二端元件串联而成。,2. 节点:电路中三条或三条以上的支路相联结的点称为节点。,a,b,c,d,一条支路中各部分都流过一个相同的电流,称为支路电流。,名词、概念,回路:,网孔:网孔是回路,,a,b,c,d,定律(1)KCL,a,c,d,如图 节点 a : I1
15、 + I2 = I3,b,c,在任一瞬时,流向某一节点的电流之和等于由该节点流出的电流之和。,由此,KCL亦可表示为:,如图:3个电阻的节点A、B和C可看成为广义节点。,A,B,C,IAB,ICA,IBC,IA,IB,IC,对于节点A、B及C,可分别列出KCL方程:,IAIABICA,IBIBCIAB,ICICAIBC,IA+IB+IC=0 即 I=0,广义节点:,广义节点,I1+I2=I3,广义节点,I=0,定律(2)KVL,由KVL可得: Us2 =I2R2 +I3R3,基尔霍夫定律(KVL):对电路中的任一回路,沿任意绕行方向转一周,其电位降等于电位升。或,电压降的代数和恒为零。,a,c
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