电工技术-电路基本定律.ppt

电子信息工程学院电气教研室 目录 第1章电路的基本概念与基本定律第2章电路的分析方法第3章电路的暂态分析第4章正弦交流电路第5章三相电路第6章磁路与铁心线圈电路第7章交流电动机第10章继电接触器控制系统第11章可编程控制器及其应用第12章工业企业供电与安全用电 电工技术 第1章电路的基本概念与基本定律 1 1电路的作用与组成部分 1 2电路模型 1 3电压和电流的参考方向 1 4欧姆定律 1 5电源有载工作 开路与短路 1 6基尔霍夫定律 1 7电路中电位的概念及计算 绪论 电工学是高等学校非电专业的一门实践性较强的技术基础课程 随着现代化建设的进行 各行各业都朝着电气化 自动化的方向发展 所以 非电专业的工程技术人员和科研人员都必须掌握一定的电感与电子技术方面的知识 以便逐步掌握这些先进技术 使本专业能适应科学技术的发展 学习电工学的目的 使学生学到电工和电子技术的基本理论 基本知识和基本技能 培养学生自学能力 动手能力 使用电子设备的能力 为学习后续课程以及将来从事技术工作和科学研究打下基础 电工学的基本内容 电路电机与控制电子技术 电路 是电工学课程的基础 通过这一部分的学习 使学生掌握电路的基本概念 基本定律 基本的分析方法 电机与控制 使学生了解电动机的结构 工作原理和工作性能 熟悉控制电器及由控制电器构成的控制线路 电子技术 使学生掌握二 三极管的特性以及由它们构成的整流电路和放大电路的工作原理和特性 数字电路的工作原理和特性 学习方法 三大环节 通过课堂教学 掌握基本概念 基本定律 工作原理 分析方法 公式与电路与特性曲线对应 看电路列公式 学会分析电路 通过做一定数量的习题 培养分析和解决问题的能力 计算能力 理解和巩固课堂上所学的知识 要求 抄题 绘图用尺 标明单位 书写工整 培养良好的学习习惯 通过做实验培养动手能力 学会正确使用常用的电子仪器和电工仪表 培养工作能力 本章的主要内容 电压和电流的参考方向 基尔霍夫定律 电源的工作状态 电路中点位的概念及计算 1 1电路的作用与组成部分 什么是电路 为了获得电流而把电气设备加以适当组合而构成的总体 我们把它称为电路 简单的说 电路就是电流流过的路径 二 电路的作用 用于传输和分配电能 并将电能和其他形式的能量相互转换 2 进行信号的传递和处理 三 电路的组成 用导线将一个小灯泡的两端与一节干电池的正负极分别连起来 如图所示 小灯泡就亮了 所以 干电池 小灯泡 开关 连接导线就构成了一个最简单的电路 因此 电路主要由四个部分组成 1 电源 提供电能的装置 如发电机 干电池等 2 负载 取用电能的装置 如电灯 电动机 电炉等 3 连接导线 4 控制设备 开关 在电路中 电源或信号源 话筒 的电压或电流称为激励 它推动电路工作 由激励在电路中产生的电压或电流称为响应 对电路进行分析 实际上就是在已知电路结构和元件参数的条件下 讨论电路的激励与响应之间的关系 1 2电路模型 如果把实际设备用一些简单的符号来表示 就构成了实际电路的电路模型 理想电路元件主要有电阻元件 电感元件 电容元件和电源元件等 其符号 一个实际电路的各个部分用相应的理想元件表示 就获得一个理想化的电路 我们称之为电路模型 如 小灯泡电路的电路模型 1 3电压和电流的参考方向一 电流和电流的参考方向1 电流电流的大小用电流强度表示 电流的单位 安培A 如果在1秒钟内通过导体截面的电量是1库仑 这时电流就是1安培 即常用毫安 mA 和微安 A 1 A 103 mA 106 A 2 电流的方向电流的实际方向是正电荷运动的方向 3 电流的参考方向引入参考方向的原因 1 在复杂电路中 各支路电流的实际方向往往是未知的 只能事先假定各支路电流的参考方向 再根据电路的基本定律列出电路方程 得出各支路电流的实际方向 2 在交流电路中电流是交变的 很难在电路中反映电流的流向 标出参考方向 写出相应的方程式 才能得出电流的实际方向和大小 电流的参考方向是任意指定的 参考方向的表示方法 实际方向与参考方向的关系 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 电流 二 电压和电压的参考方向1 电压在电路ab段电场力移动电荷所做的功与电荷量的比值是一个恒定不变的量 这个比值只和电路的具体结构有关 可用来反映这段电路的性质 我们把这一比值称为AB两点间的电压用符号uAB来表示 电压的单位 伏特V 如果电场力移动1库仑电荷所做的功是1焦耳 则这时的电压就是1伏特 即 1伏特 常用单位 千伏 KV 毫伏 mv 和微伏 v 1kv 103V1V 103mv 106 v电压的方向规定为从高电位指向低电位端 即为电压降低的方向 2 电压的参考方向同样在电路中要给出电压的参考方向 参考极性 参考极性的指定是任意的 参考极性确定了 就可从数值上的正负来判明电压的实际方向 电压参考方向的表示方法 用箭头表示 用双下标表示uAB 用正负极性表示 1 4欧姆定律1 电阻元件 根据实际电阻器抽象出来的模型 电阻的电路符号 R 表示电阻的电阻值 单位 欧姆 常用千欧 k 兆欧 M 1k 103 1M 106 2 电阻元件的特性 消耗功率根据电阻发热的特点做成了一些有用的电器 如电炉 电熨斗等 3 欧姆定律 流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比 2020 3 16 19 可编辑 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 称为关联参考方向 U IR 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 4 遵循欧姆定律的电阻是线性电阻R是正的实常数 其值不随电流 电压而改变 电阻元件的u i关系曲线是过原点的直线 R是这条直线斜率的倒数 欧姆定律是线性代数方程 所以R称为线性电阻 这条直线称为线性电阻的伏安特性曲线 伏安特性 线性电阻伏安特性 1 5电源有载工作 开路与短路在电路分析中 常涉及电路的三种工作状态 有载状态 开路状态和短路状态 了解三种状态的特点 有利于电路分析和求解 以简单的手电筒电路为例 E为电源电动势 R0为电源内阻 U为电源的端电压 1 5 1电源有载工作合上开关S 电路中有电流I流过 小灯泡发光 这种状态称为电路的有载状态 1 电路中的电流 当电源电动势E和内阻R0一定时 电流的大小取决于负载电阻R负载电阻R两端的电压U RI代入上式可得 U E IR0在电源有内阻时 I U 当R0 R时 则U E 表明当负载变化时 电源的端电压变化不大 即带负载能力强 电源的外特性曲线 2 功率与功率平衡电功率 电流在单位时间内所做的功 简称功率 符号P 即 功率的电位为瓦特 W 常用千瓦 kw 毫瓦 mw 1kw 103w1mw 10 3w功率平衡将公式U E IR0的等式两边同乘以电流I 得UI EI I2REI是电源产生的功率 设为PE I2R0是电源内阻上消耗的功率 设为 P UI是负载取用的功率 所以上式可写为P PE P 3 电源与负载的判别当U和I的参考方向与实际方向一致电源 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 吸收功率当U和I两者的参考方向选得一致时 P UI 0是电源 P UI 0是负载当U和I两者的参考方向选得相反时 P UI 0是负载 P UI 0是电源 4 电气设备的额定值各种电器设备 电路元件的电压 电流 功率都有规定的使用数据 我们称这些数据为额定值 用N下标表示 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 有下面三种情况 满载 设备按额定值使用 保证设备安全可靠的运行 保证设备的使用寿命 过载 超过额定值使用 少量过载是允许的 因为在设计产品时考虑了一定的安全系数 若超过额定值过多 会加速设备的绝缘老化 也会使绝缘遭到破坏 损坏设备 轻载 低于额定值使用 此时不能充分利用设备的能力 是一种浪费 若远低于额定值 设备就不会正常工作 1 5 2电源开路 空载 当电路中开关S断开时 电路就处于开路状态 电路在开路状态的特征 I 0 U 0P 0电源不输出电能 1 5 3电源短路 短路 是指电路里不同电位的两点直接相连 它可发生在电路的任何处 短路时的特征 U 0 I IS E R0 PE P I2R0 P 0 6基尔霍夫定律基尔霍夫定律是电路的基本定律 包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律 它反映了电路中所有支路电流和电压的约束关系 先根据下图介绍几个名词1 支路 branch 电路中的每一个分支 2 结点 node 三条或三条以上支路相连接的点 3 回路 loop 由支路构成的闭合路径 4 网孔 mesh 在确定的电路图中不能再分的简单回路 例1 支路 ab bc ca 共6条 回路 abda abca adbca 共7个 结点 a b c d 共4个 网孔 abd abc bcd 共3个 1 6 1基尔霍夫电流定律 KCL 在任何集总参数电路中 在任一时刻 对任一结点 所有流出结点的支路电流的代数和恒等于零 表示电流的代数和等于零 所以在运用这一公式时 必须先选定好各个支路的参考方向 如果流入结点的电流取正号 流出结点的电流就取负号 即 注意 因为 例KCL可推广应用于闭合面 I1 I2 I3 0 如图有I1 I2 I3 0即 I 0 1 6 2基尔霍夫电压定律 KVL 在集总电路中 在任一时刻 沿任一回路 所有支路电压的代数和为零 注意 应用KVL时 必须选定回路的绕行方向和各段电压的参考方向 然后按回路的绕行方向写方程式 式中 电压的参考方向与回路的绕行方向一致的取 号 与绕行方向相反的取 号 即 例 回路1 有E1 I1R1 I3R3回路2 有E2 I2R2 I3R3 基尔霍夫电压定律的推广 可应用于回路的部分电路 U UA UB UAB或UAB UA UB E U RI 0或U E RI 列方程时 要先在电路图上标出电流 电压或电动势的参考方向 返回 1 7电路中电位的概念及计算一 为什么引入电位在电子电路中常用到电位的概念 如二极管的阳极电位高于阴极电位时 管子导通 又如 在复杂电路中 先求出电位再求电压会使问题的分析简化 二 什么是电位电位 电路中某点至参考点的电压 记为 V0 通