轨道交通电工电子技术课件：简单直流电路的分析与实践

简单直流电路的分析与实践

直流电路在日常生活中随处可见，如手电筒电路、电动汽车电路、电子产品内部电子电路、应急照明灯电路等，有的电路结构复杂，有的电路相对简单。但电路的运行都是电能向其他形式能转化的过程。如何搭建电路？如何阅读电路？如何分析电路？如何测量电路？是本项目要解决的主要问题。一知识目标二三能力目标素养目标1.理解电路及电路模型的基本概念。2.掌握电路中主要物理量的概念。3.理解电流、电压的参考方向。4.掌握电路中各点电位的计算方法。5.掌握欧姆定律及基尔霍夫定律。6.理解电路主要元件的伏安特性。7.掌握串并联电路及简单混联电路的分析和计算方法。8.掌握万用表的使用。1.能建立一般电路的电路模型。2.能对简单直流电路进行分析计算。3.能描述电路的工作状态。4.能识别常用电路元件。5.能正确计算电路中的电功率与电能、电位。6.能正确使用万用表，进行简单直流电路的测试。7.能对混联电路进行等效变换。1.培养主动探究、积极思考，扎实学识的精神。2.培养理论联系实际，分析问题、解决问题的能力。3.培养规范使用仪表的意识，养成爱护实验设备的习惯。任务1电路模型的建立

手电筒电路是最简单的直流电路，具有代表性。为建立其电路模型，需明确它的组成及各部分在电路中所起的起作用，从而用标准符号来表征实际电路。2.1电路模型的建立一、电路的组成及作用

1.电路的概念及组成

电路是电流流通的路径，由各种电气器件（或电工设备）按一定方式联接起来的一个整体。复杂的电路呈网状，又称为网络。2.1电路模型的建立一、电路的组成及作用123电源（提供电能元件）：是将非电能转换成电能的装置。在电子电路中发出电信号的装置也称为电源。负载：是消耗电能的设备，电流通过负载，将电源的电能转化为热能、机械能、光能等其他形式的能。中间环节：是将电源和负载连接起来形成闭合回路，实现电能或电信号传输与分配，并对电路起控制作用。如各种开关、空气开关、测量仪表、联接导线等。电路的组成2.1电路模型的建立常见电源实物常见负载实物常见中间环节实物2.1电路模型的建立一、电路的组成及作用

2.电路的作用

（1）实现电能的传输、分配和转换。2.1电路模型的建立一、电路的组成及作用

2.电路的作用

（2）实现信号的传递和处理。2.1电路模型的建立二、电路模型

为了便于对电路进行分析和计算，常用理想电路元件来代替实际的电路元件，即在一定条件下，突出元件的主要电磁性质，忽略其次要性质，把实际元件加以近似化、理想化，我们把这种元件称为理想电路元件。由理想电路元件构成的电路称为实际电路的“电路模型”。（a）实物电路

（b）电路模型2.1电路模型的建立二、电路模型理想电路元件电气符号电磁性质电路模型符号电阻元件R消耗电能电感元件L储存磁场能电容元件C储存电场能理想电压源US产生电能理想电流源IS产生电能想一想电路由哪几部分组成？各部分有什么作用？举例说明。电路的作用有哪些？日光灯的工作电源与手电筒的电源有什么区别？任务2熟悉电路基本物理量

在日常生活和生产实践中，当电路接通时，我们就会看到照明灯点亮，电炉发热，电动机转动等现象。这些电路中涉及哪些物理量，它们之间有什么关系？日常生活中负载消耗的电功率是如何计算的？电能又是如何度量的？本任务将带你学习电路的几个主要物理量。2.2熟悉电路基本物理量一、电流1.电流的形成在电场力的作用下带电粒子（电荷）的定向运动形成电流。2.2熟悉电路基本物理量一、电流

2.2熟悉电路基本物理量一、电流2.电流的方向

习惯上，规定正电荷移动的方向为电流的实际方向。2.2熟悉电路基本物理量一、电流2.电流的方向（b）复杂电路SRLAUS+_R0II1BI2AB?BA?R1R2（a）简单电路2.2熟悉电路基本物理量一、电流2.电流的方向

参考方向：在一段电路或一个电路元件中，任意选定一个方向作为电流的参考方向，以此参考方向作为分析计算电路的依据。其表示方法如下：①用虚线箭头表示电流的实际方向，用实线箭头表示电流的参考方向，如图所示。②用双下标表示，IAB表示其电流参考方向由A指向B。ABRI箭头：双下标：IAB2.2熟悉电路基本物理量一、电流2.电流的方向

参考方向与实际方向的关系：2.2熟悉电路基本物理量二、电压1.电压的定义正电荷在电场力的作用下由正极A经导线和负载流向负极B，从而形成电流，在这个过程中，电场力对电荷做功，这种电场力对电荷做功本领的大小，用电压来衡量。2.2熟悉电路基本物理量二、电压

2.2熟悉电路基本物理量二、电压

2.2熟悉电路基本物理量二、电压

2.2熟悉电路基本物理量二、电压

2.2熟悉电路基本物理量三、电动势

2.2熟悉电路基本物理量四、电位

1.电位参考点（即零电位点）分析电路中的电位，也要先指定某一点O作为计算电位的参考点，这个参考点称为零电位点，即VO=0(V)。高于参考点的电位为正，低于参考点电位为负。零电位点可以任意选定，但习惯上，一般选大地为参考点，即视大地的电位为零电位。在电子仪器和设备中，常把金属机壳或电路的公共接点作为电路的零电位点，在电路图中用符号“⊥”表示。

2.2熟悉电路基本物理量四、电位

2.2熟悉电路基本物理量四、电位

2.2熟悉电路基本物理量四、电位

从上面例题可知，电路中某点电位是个相对辆，其大小与电位参考点的选取有关，参考点选取的不同，各点电位值也将不同。而电路中任意两点间的电压是绝对量，即电压值与电位参考点无关。2.2熟悉电路基本物理量五、电功率

2.2熟悉电路基本物理量五、电功率【例】电路中各元器件电压和电流的参考方向如图所示。已知I1=-2A、I2=2A、I3=1A、I4=3A，U1=3V、U2=5V、U3=U4=-2V。试求各元器件的功率，并说明是吸收功率还是发出功率，整个电路是否满足能量守恒定律。解：根据各元器件上电压和电流的参考方向，可得各元器件的功率元件1：P1=U1I1=3V×(-2)A=-6W，发出功率。元件2：P2=U2I2=5V×2A=10W，吸收功率。元件3：P3=-U3I3=-(-2)V×1A=2W，吸收功率。元件4：P4=U4I4=(-2)V×3A=-6W，发出功率。电路的总功率P=P1+P2+P3+P4=0，整个电路的能量是守恒的。2.2熟悉电路基本物理量六、电能电能是指在一定时间内电路元件（或设备）吸收或发出的电能量，用符号W表示，电能的计算公式为W=Pt=UIt日常生产和生活中，常用千瓦时表，也称电度表，测量电能的消耗量。通常电能用“度”表示其大小。

1度（电）=1kW·h即功率为1000W的供能或损耗元件，在1小时内所发出或消耗电能量为1度。

2.2熟悉电路基本物理量六、电能[例]有一功率为60W的电灯，每天使用的照明时间为4小时，如果平均每月按30天计算，那么这盏灯每月消耗的电能为多少？解：该电灯平均每月工作时间t=4=120hW=P∙t=60=7200"W"∙h=7.2"kW"∙h即每月消耗的电能为7.2"kW"∙h等于7.2度电。

想一想为什么要规定电压、电流的参考方向？负载两端有电动势吗？电源两端电动势与电压的区别是什么？

电位与电压的关系？任务3电路工作状态的分析负载通电运行时一定是安全、可靠、经济的吗？如何避免电气设备过热、烧毁、甚至发生火灾等现象？通过本任务学习电路在各工作状态的特点，并正确使用电气设备。2.3电路工作状态的分析

直接寻址电路工作状态空载状态通路状态短路状态SRLAUS+_R0IBI2一、空载状态

2.3电路工作状态的分析二、有载状态

2.3电路工作状态的分析三、短路状态

2.3电路工作状态的分析四、电气设备的额定值为了保证电气设备能安全、可靠、经济地工作，制造商规定了每种设备在工作时所允许的最大电流、最高电压和最大功率，这称为电气设备的额定值，常用下标符号“N”表示，如额定电流IN、额定电压UN和额定功率PN。这些额定值常标记在设备的铭牌上，故又称为铭牌值。通常，当实际使用值等于额定值时，电气设备工作在额定状态，这种状态又称为满载状态，此状态是电气设备理想的工作状态。当实际电流或功率低于额定值时，这种工作状态叫轻载（或欠载）状态，轻载时电气设备不能得到充分利用或无法正常工作。当实际电流或功率高于额定值时，这种工作状态叫过载（或超载）状态。过载时电气设备容易受损，影响使用寿命，甚至烧毁。2.3电路工作状态的分析想一想负载在什么状态下工作是最安全、最经济的？导致电源短路的原因有哪些？

采取哪些措施可有效避免电源短路？一个电池的空载电压与它的电动势有什么关系？电气设备有哪几个额定值？它们有什么的含义？任务4电路基本定律的应用简单电路的分析计算可以用欧姆定律来解决，复杂的电路网路可通过基尔霍夫定律来进行分析和计算电路。通过本任务学习、验证定律的内容，达到准确应用的目的。一、欧姆定律

2.4电路基本定理的应用一、欧姆定律

2.4电路基本定理的应用一、欧姆定律

2.4电路基本定理的应用二、基尔霍夫定律的应用1.基本名词(1)支路：由一个或几个电路元件串联构成的无分支的一段电路，称为支路。同一支路上，流过各元件电流的大小、方向相同。下图有A-B、A-C-B、A-D-B三条支路。(2)节点：电路中三条或三条以上支路的联接点，称为节点。下图电路有A、B两个节点。(3)回路：电路中任意一个闭合的路径称为回路。下图电路有ABCA、ABDA、DACBD三个回路。(4)网孔：不含有分支的闭合回路,称为网孔。下图电路有ABCA、ABDA两个网孔。2.4电路基本定理的应用二、基尔霍夫定律的应用

2.4电路基本定理的应用二、基尔霍夫定律的应用

2.4电路基本定理的应用任务5基本电路元件的认知一、电阻元件1.常见电阻元件只消耗电能的理想电路元件，简称为电阻元件，习惯上常称为“电阻”。电阻器、电位器、白炽灯、电炉、电烙铁等都可以看成电阻元件。一、电阻元件

二、电感元件1.常见电感元件在日常生活、生产中常常见到各种电感线圈，如荧光灯镇流器线圈、收音机天线线圈、变压器线圈、电磁铁线圈、电动机线圈等。常见电感元件符号及实物如表2所示。二、电感元件

二、电感元件

三、电容元件1.常见电容元件两块平行的金属极板,中间隔以纸、云母、陶瓷等绝缘材料就构成一个电容器。在外电源的作用下，两个极板上能分别存贮等量的异性电荷形成电场。从实际电容器抽象出来，忽略其本身的漏电阻和电感作用，只具有储存电场能性质的元件，称之为理想电容元件，简称电容元件。三、电容元件

三、电容元件

四、理想电压源理想电压源是从实际电源中抽象出来的—种理想电路元件。如果电源内阻为零，电源将提供一个恒定不变的电压，这种电源称为理想电压源，简称恒压源。理想电压源电路符号如图（a）所示，理想直流电压源的伏安特性如图（b）所示：

（a）（b）五、理想电流源如果电源内阻无穷大，电源将提供一个恒定电流，这种电源称为理想电流源，简称恒流源。理想电流源电路符号如图（a）所示，理想直流电流源的伏安特性如图（b）所示。理想电流源的特点：提供的是恒定的电流，与施加在其上的电压无关，其端电压由与之相联的外电路决定。

（a）（b）任务6万用表的使用一、万用表的分类

直接寻址指针式数字式二、指针式万用表的使用类型使用说明测量直流电流将万用表串联到被测电路中，并选择好适当的直流电流量程。测量时应按电流从正到负的方向，即由红表笔流入，黑表笔流出。测量大于500mA的电流时，应将红表笔插到“5A”插孔内。测量电压将万用表并联在被测电路中并选择好适当的电压量程。测量直流红表笔应接被测电路的高电位端，黑表笔接低电位端。测量电阻先调整欧姆零点（每次变换倍率挡后，应重新调零）。选择好适当的电阻倍率，用红、黑两表笔接在被测电阻两端，为提高测量的准确度，选择量程时应使表针指在欧姆刻度的中间位置附近为宜，测量值由表盘欧姆刻度线上读数。被测电阻值＝表盘欧姆读数×挡位倍率二、指针式万用表的使用①在测量大电流或高电压时，禁止带电转换量程开关，以免损坏转换开关的触点。切忌用电流挡或电阻挡测量电压，否则会烧坏仪表内部电路和表头。②测量直流电量时，正负极性应正确，接反会导致表针反向偏转，引起仪表损坏。在不能分清正负极时，可选用较大量程的挡试测一下，一旦发生指针反偏，立即更正。③测量完毕后，将转换开关置于空挡或电压最高挡位置，以保护仪表。若仪表长期不用时，应取出内部电池，以防电解液流出损坏仪表。三、数字万用表的使用类型测量说明交直流电压的测量根据需要将量程开关拨至DCV（直流）或ACV（交流）的合适量程，红表笔插入V/Ω孔，黑表笔插入COM孔，并将表笔与被测线路并联，读数即显示被测电压。交直流电流的测量将量程开关拨至DCA（直流）或ACA（交流）的合适量程，红表笔插入mA孔（＜200mA时）或10A孔（＞200mA时），黑表笔插入COM孔，并将万用表串联在被测电路中即可。测量直流量时，数字万用表能自动显示极性。电阻的测量①将量程开关拨至Ω的合适量程，红表笔插入