电工学绪论课件

面向21世纪课程电工学课程性质电工学是非电专业的技术基础课程。通过本课程的学习，应使学生获得必要的基本理论、基本知识和基本技能，了解电工事业发展的概况，为学习后续课程和专业知识、以及毕业后从事工程技术工作和科学研究工作打下理论基础和实践基础，并具有将电工、电子技术应用于本专业和发展本专业的一定能力。课程内容电工技术直流电路电路的暂态分析交流电路供电与用电变压器异步电动机电气自动控制第1章 直流电路本章内容：1.1电路的作用与组成部分1.2电路状态1.3电路中的参考点1.5理想电路元件1.6基尔霍夫定律1.7支路电流法1.8叠加原理1.4电路中的参考方向1.9等效电源定理1.10非线性电阻电路1.1 电路的作用与组成部分第1章直流电路1-1电路中的作用与组成

电路---为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的电流通路。电路的作用：1.实现电能的传输和转换;2.用以传递和处理信号。电路的组成（三个环节）：1.电源（或信号源）：是将其它形式的能量转换为电能的设备。2.负载：是将电能转换成其它形式能量的设备。3.中间环节：是联接电源和负载的部分例：手电筒电路和电力系统.例：扩音机和收音机。

电路系统示意图（a）电力系统电灯电动

机降压变压器

升压变压器

发电机第1章直流电路1-1电路中的作用与组成

（b）扩音机放大器扬声器话筒1-2电路的工作状态RREI+=ooEU-=IRPPPED-=RIEIUI-=o2一、通路（有载工作状态）第1章直流电路1-1电路中的作用与组成

IURROEOUEI电源的外特性曲线电源的输出电压和电流:电路的功率:第1章直流电路1-1电路中的作用与组成

IURROE电源的输出电压和电流:电路的功率:二、开路三、短路电源的输出电压和电流:电路的功率:IURROE1-3电路中的（电位）参考点一、电位的概念和计算1.电位的概念：电位即电势。电路中某点的电位的大小是此点相对电位参考点（通常设电位参考点的电位等于零）的电压的大小。电压是绝对的，而电位是相对的。电位参考点选的不同，电路中的电位值随之改变，但是任意两点间的电压值是不变的。电位参考点在电路图上用“接地”符号标明。第1章直流电路1-3电路中的参考点

第1章直流电路1-3电路中的参考点

二、关于简化电路：在设定了参考点后，和参考点连接的电源不画出而标上电位值的电路形式，即为原电路的简化电路。abdc4A6A10A20Ω5Ω6Ω140V90V++－－图（a）电路举例b20Ω5Ω6Ω图（b）简化电路+90V+120V第1章直流电路1-4电路中的参考方向

1.4电路中参考方向一、电路的基本物理量（一）电流1.定义：电流在数量上等于单位时间内通过某一导体横截面的电荷。2.实际方向：正电荷移动的方向。(二)电压1.定义：a、b两点间的电压Uab在数值上等于电场力把单位正电荷从a点移到b点所做的功。电压常称为电位差，即Uab=Ua-Ub2．实际方向：高电位指向低电位的方向。（三）电动势1.定义：电源的电动势Eba在数值上等于电源力把单位正电荷从电源的低电位端b经电源内部（也是导体）移到高电位端a所做的功。2.实际方向：由低电位指向高电位的方向。第1章直流电路1-3电路中的参考点

二．物理量的参考方向为了对电路进行分析和计算，必须选定各物理量的参考方向。（可任意选定）需要注意两个问题：1．物理量出现正负值：“+”表示物理量的参考方向与实际方向相同；“-”表示物理量的参考方向与实际方向相反。2．电路公式出现不同形式。第1章直流电路1-4电路中的参考方向

举例说明参考方向的应用问题：I=0.28AU=2.8VRROE物理量的表示法公式的形式I’=－0.28AU’=－2.8V公式的形式第1章直流电路1-5理想电路元件

1.5 理想电路元件

电路模型:为了便于对实际电路进行分析和数学描述，将实际元件理想化（或称模型化），即在一定条件下突出其主要的电磁性质，忽略其次要因素把它近似地看作理想电路元件。所组成的电路，就是实际电路的电路模型。㈠理想无源元件理想无源元件的性质:①一个元件只具有一种参数，即所谓的单一参数元件；②元件的参数都是恒定不变的常数，不随电流、电压和频率的变化而变化。理想无源元件的种类:①电阻（耗能元件）：在电路中消耗电能的理想元件；②电容（储能元件）：在电路中储存电场能的理想元件；③电感（储能元件）：在电路中储存磁场能的理想元件。几点强调：①输出电压U与内阻R0有关：R0愈大，U下降的幅度愈大；而R0=0时，U=E，即为理想电压源。理想电压源：输出电压恒定，而输出电流的大小和方向由外部电路决定。②当R0不变时，负载的大小将直接影响输出电压。开路（负载无穷大）：I=0，U=U0（开路电压）=E短路（负载无穷小）：U=0，I=IS（短路电流）=E/R0第1章直流电路1-5理想电路元件

⑵

电流源①结构：电流源由一理想电流源IS（IS=E/R0）和内阻R0并联构成。如下图所示。第1章直流电路1-5理想电路元件

IURROISIIIRERUSOO-=-=IRUIOS+=即令电压源的外特性方程两端除以Ro可得：根据此式即可确定实际电源的电流源的电路模型。②电流源外特性方程如下：0RUIIIISiS-=-=第1章直流电路1-5理想电路元件

⑶

电压源与电流源的等效变换等效变换的条件是：0REIS=注：外特性上等效的电压源和电流源在内部特性上是不等效的。（可以从开路和短路的情况来认识。）R0IsR0E+--[例]电路如图所示。计算U和I，并讨论各电源的工作状态。IS+--EUI（a）+--(b)IS+--EUI+--第1章直流电路1-5理想电路元件

解：（a）根据理想电压源和理想电流源的性质可得U=E I=IS

理想电流源E的电压和电流的实际方向相反，具有电源作用，输出电能；理想电流源IS的电压和电流的实际方向相同，具有负载作用，获取电能。解：（b）

U=E I=-IS理想电压源E的电压和电流的实际方向相同，具有负载作用，获取电能；理想电流源IS的电压和电流的实际方向相反，具有电源作用，输出电能。E2abR1R2R3E1一、基尔霍夫电流定律（KCL）（一）定义：在任一瞬时，流向某一节点的电流之和应该等于由该节点流出的电流之和。或曰：在任一瞬时，一个节点上电流的代数和恒等于零。ΣI入=ΣI出或ΣI=0第1章直流电路1-6基尔霍夫定律321III=+0321=-+III

或对于节点a：I1I2I3(二)说明两个问题1.在应用ΣI=0时，要对各电流前的正负号作出规定，如规定正方向向着节点的电流取正号，则背着节点的电流取负号。2.关于广义节点：广义节点即某一电路中包围部分电路的任一假设的闭合面。在应用KCL对电路进行分析和计算时，如不涉及闭合面内的电路，则可以将这一闭合面当成一节点。例如：电动机和三极管。第1章直流电路1-6基尔霍夫定律二、基尔霍夫电压定律（KVL）（一）定义：在任一瞬间，沿任一回路循环方向（顺时针方向或逆时针方向），回路中的电位升之和等于电位降之和。或曰：在任一瞬间，沿任一回路循环方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。（如果规定电位升取正号，则电位降就取负号。）åå=降升UUå=0U或第1章直流电路1-6基尔霍夫定律E2abR1R2E1I1I2U1U2U3U43241UUUU+=+04321=+--UUUU2．关于广义回路所谓广义回路即电路中没有闭合的假设回路，如下图所示。

对于图1.6.6(b)所示电路，可列出其电压方程为IREU-=ABCUAUBUAB（a）EIRU(b)第1章直流电路1-6基尔霍夫定律1.7支路电流法一、支路电流法概述

以支路电流作为未知量，应用KCL和KVL分别对节点和回路列出足够而独立的方程而后联立求解各未知电流的方法。二、支路电流法步骤（1）确定各未知电流并选定其参考方向。如图所示。（2）对（n-1）个节点列出(n-1)个独立节点电流方程。（3）选定回路的绕行方向，根据KVL列出[b-(n-1)]个独立的回路电压方程（可取各网孔作为独立回路）。（4）联立上面（n-1）+[b-(n-1)]=b个独立方程，求解各未知的支路电流。第1章直流电路1-7支路电流法三、支路电流法举例（以图示电路为例，其中支路数b=3，节点数n=2，网孔数=2）：abdcI1I2I3R1R2R3E1E2++----第1章直流电路1-7支路电流法回路1回路2回路3(1)(2)(3)节点a节点b应用KCL:应用KCL:1-8 叠加原理一、叠加原理定义在有多个电源作用的线性电路中，任一支路上的电流（元件上的电压），都可看成是由各个电源单独作用时分别在该支路（元件）上产生的电流（电压）的代数和。E2abI1″I2″I3″R1R2R3+--E2abI1I2I3R1R2R3E1++----abI1′I3′R1R2R3E1+--I2′=+第1章直流电路1-8叠加原理根据叠加原理二、几点说明（1）计算某电源单独作用的电路时，将不作用的理想电压源视为短路；将不作用的理想电流源视为开路。（2）在计算某电源单独作用的电流（或电压）时，如果设定的参考方向与原电路相同，则取正值；否则取负值。（3）叠加原理只适用于线性电路。（4）叠加原理既可计算电流，又可用来计算电压（线性电路中电压和电流成正比关系），但不能用来计算功率。因为功率与电流或电压是二次函数而非正比关系。第1章直流电路1-8叠加原理1-9 戴维宁定理与诺顿定理名词介绍二端网络（一端口网络）：就是具有两个出线端的电路。根据内部是否含有电源分为有源二端网络和无源二端网络。等效电源定理等效电压源定理（戴维宁定理）：是将有源二端网络变换成电压源的定理。等效电流源定理（诺顿定理）：是将有源二端网络变换成电流源的定理。第1章直流电路1-9戴维宁定理(一)戴维宁定理任何一个线性有源二端网络可以用一个理想电压源E和内阻R0相串联的支路来等效代替。其中：

电动势E

等于有源二端网络端口的开路电压U0。

内阻R0

等于有源二端网络中除去所有电源（理想电压源开路；理想电流源短路）后所得到的无源网络端口间的等效电阻。第1章直流电路1-9戴维宁定理（1）戴维宁定理定义有源二端网络UOababRoE[例]电路如下图所示。已知：E1=140v,E2=90v,R1=20Ω，R2=5Ω，R1=20Ω，应用戴维宁定理计算U和I3。abR1R2E1E2++----解:（1）划去R3，变为一有源二端网络。（2）求开路电压UO+_UO第1章直流电路1-9