《电工与电路》PPT课件.ppt

电工电路,杨楠 信息学院计算机系 Tel ： 82500902(O),1,教学宗旨、方法：,“听过的会忘记，见过的会记住，做过的才会真正懂得“。 电工电路课程的宗旨是将基础知识与实际动手实验想结合，让同学们在通识教育中，学习一些生活中遇到的电工电路常识知识并加以理解掌握。 教学方法：以实验项目为单元，讲解和实践并重，穿插教学。 考核方法：平时实验占40%，课堂作业占20%，期末考试40%,2,参考书籍,电工与电路基础及应用 主编： 杨小平 中国人民大学出版社,3,模块一 直流电路的基本概念和基本定律分析与测试,1、电路和电路模型 2、电路元件 3、电路的基本物理量 4、电路的基本分析方法-基尔霍夫定律 5、等效电路及电路的分析方法 6、叠加定理 7、等效电源定理 完成两个实验：叠加定理和戴维宁定理,4,1 电路和电路组成,定义： 电路（circuit）的定义：就是电流(current)所通过的路径。或者说就是由金属导线和电子部件按需要组成的导电回路，称为电路。 直流电（Direct Current-DC）通过的电路称为“直流电路”； 交流电（alternating current-AC）通过的电路称为“交流电路”。,5,电路和电路组成,电路的种类很多，但一般电路的作用可以描述为： 一是传输和转换能量； 二是传递和处理信号。 如：照明电路中的电能通过导线传输给照明灯转换为光能； 通信电路可以实现信号的传输和处理。 现代的网络时代也离不开电路的连接，连接电源与用电器的线路等。,6,7,实际电路电路组成,实际电路都是由电源、负载、导线、辅助设备四大部分组成,8,1.电源：为电路提供电能的设备，如干电池、发电机。 2.负载：取用电能并将电能转换成所需的光能、机械能、热能或其它形式能量的设备，如电灯、电动机、电炉。 3.连接线：连接电源、负载及其他设备或元件形成电流的通路，如金属导线。 4.辅助设备： 控制装置：用以控制电路的工作，如开关、继电器。 保护装置：当电路出现故障时能及时断开电路的器件，如熔断器。 实际应用的电路都比较复杂，因此，为了便于分析电路的实质，通常用符号表示组成电路实际原件及其连接线，即画成所谓电路图或称电路原理图。其中导线和辅助设备合称为中间环节。,电路模型,电路模型是实际电路抽象而成，它近似地反映实际电路的电气特性。 这种抽象的电路模型中的元件均为理想元件。 几种理想元器件符号(见书P2),9,表征电路中电能消耗的理想元件： R,理想电阻元件 （电阻）,理想电容元件 （电容）,理想电感元件 （电感）,（理想）电阻元件 （电阻）,（理想）电容元件 （电容）,（理想）电感元件 （电感）,u =R i,表征电路中电场能储存的理想元件： C,表征电路中磁场能储存的理想元件： L,R、L、C图片,理想无源元件,2 电路元件,电源、电阻元件、电容元件和电感元件是组成电路的最基本的电路元件； 电源 电路所需的能量由电源提供，电源有直流电源和交流电源之分。 获取直流电源的方法有两种：电池、交直流变换器。 手机电池 手机,11,2 电路元件,关于绝缘,12,绝缘是个相对的概念，同样是纸，在高压下能击穿成导体，但在低压确是绝缘体，如果遇到水又成导体了。常见的绝缘体有陶瓷、橡胶、干布、干木头、塑料制品、空气、纯净的水、玻璃、经过加工的绝缘油、电木、云母、聚氯乙烯都是绝缘体。,2 电路元件,电压源 一般使用的电池，内部电阻忽略不计，可用理想电压源代替，输出电压为电池的电动势。 理想电源称为电压源，也称为恒压源，图形符号如下所示,13,2 电路元件,电压源开路 电源开路是指电源开关断开、电源的端电压等于电池的电动势、电源电流为0，电路输出功率为0。 电压源短流：非常危险 电源短路是指电源两端由于某种原因：被导线、小电阻元器件直接连接形成回路。此时，电路的负载电阻为0，电路内部形成很大的电流（理论上无穷大），其结果直接导致电源损毁。,14,电压源开路和短路的示意图,15,2 电路元件,电流源 电流源的特点和电压源类似，理想电流源称为恒流源。电流源输出的电流大小和外部负载无关，但输出的电压不是定值，如果电流有负载，电流和电压符合欧姆定理。电流源如下图所示。,16,17,电池,电池的种类 ： 原电池(一次电池) 蓄电池(二次电池) 燃料电池 太阳能电池 原子能电池,3 电路的基本物理量,电流 电压 功率,18,19,电流,电流及其参考方向：单位时间内通过导体截面的电量。 本书以正电荷流动方向作为实际电流流动方向。小写 表示时变电流 大写字母I表示直流电流。 电流的基本单位为安培（简写为 A) 电流常用的单位还有千安（kA）、毫安（mA）、微安（A）及纳安（nA）等，它们的关系为： 1kA103A 1mA10-3A 1A10-6A 1nA10-9A 对于较复杂电路难以直观判断电流的实际方向，为便于分析预先标定的电流方向称为参考方向。 电量Q的单位为库仑（C）,20,例：图示电路E-10V R=100，试确定电流的大 小和方向。 用欧姆定理 I=E/R， 电流方向： 从电源负极出发流向正极。如图所示。 电流大小： I=10/100=0.1A,21,电压及其参考方向,两点之间的电位之差即是两点间的电压。在图1-28电路中，ab两点间的U电压为： U=UaUb 式中的Ua为a点的电位，Ub为b点的电位。电位也称电势,指对零电位点(参考点)的电压.,22,从电场力做功概念定义，电压就是将单位正电荷从电路中一点移至电路中另一点电场力做功的大小。用数学式表示，即为 式中dq为由a点移至b点的电荷量,单位库仑(C)；dw是为移动电荷dq电场力所做的功，单位焦耳(J)。u是ab两点间的电压,用小写字母u表示时变量。 大写字母U表示直流电压。电压的单位是伏特(V),1V电压相当于移动1C正电荷电场力所做的功为1J。 有时用千伏(kV)、毫伏(mV)、微伏(V)作电压单位。,23,规定电位真正降低的方向为电压的实际方向。电压参考极性用“”、“”号表示， “”号表示高电位端， “”号表示低电位端 。 在电路中，电压的实际方向不易判别，为便于解题，常任意假定一电压的参考方向。 电流电压的关联参考方向 1、对于一个电路元件,当它的电压和电流的参考方向一致时,通常称为关联参考方向； 2、当一个电路元件的电压和电流的参考方向相反时,通常称为非关联参考方向； 本课程中为了统一期间，后面均采用关联参考方向。,24,功率,单位时间做功大小称为功率。 在电压、电流取关联参考方向的条件下：p=ui或P=UI(直流) 对于电阻元件,因为u=Ri或U=RI(直流), 所以p=Ri2或P=RI2 电阻元件的功率大于零，是消耗功率。 p0 吸收功率 如电阻 p0 发出功率 如电池,25,例1-5 在图1-29电路中，已知U=7V,I=-4A,试求元件A的吸收功率。 解: 由于U、I为关联方向，所以 P=UI=74=28W 说明元件A吸收功率28W,26,自测题： 1.设电路的电压与电流参考方向如图1-30所示，已知 ，问ab两点哪个电位高？电流的实际方向是由b到a对吗？ 2.如图1-31所示，若已知元件A吸收功率10W，则电压为_V。,4 电路的基本分析方法,电路的工作状态 有载 开路 短路 基尔霍夫定律,27,28,基尔霍夫定律及应用,定律有关的术语。 支路：电路中流过相同电流的分支（有时将每个元件看成一条支路） 节点：三条或以上支路的结点（两条支路的结点，因流过相同电流看成一条支路） 回路：由多条支路构成的闭合路径称作回路。 图136，两个节点a、b 三个回路。,29,1 基尔霍夫电流定律（KCL) (Kirchhoffs Current Law）,在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为零。用代数式可表示为 对节点a： I1+I2-I3=0 对节点b： -I1-I2+I3=0 列写节点方程时，习惯上将变量写在 方程左边，流入电流取负号，流出电 流取正号。方程右边为0。,30,2 基尔霍夫电压定律（KVL） (Kirchhoffs Voltage Law),沿任一回路绕行方向（顺时针或逆时针方向），回路中各段电压的代数和等于零。基尔霍夫电压定律应用于回路。用数学式表示为： 对图139回路 abef -US1 +I1R1 -I3R3=0 对回路bcd I3R3 -I2R2+US2=0 确定系数的正、负号： 电压降方