电工技术第一章课件(修改).ppt

1、,第一章电路的基本知识,1.1 认识电路,1.3 电流、电压及其参考方向,1.2 电路模型的构建,1.4 电路的-电阻、电感、电容元件,1.5 电路的有源元件电压源与电流源,1.6 电路的3种状态及电气设备的额定值,1.1.1 电路的组成及各部分的作用,一个最简单的电路由电源、负载、中间环节3个部分组成。（1）电源：是将其他形式的能转换成电能的装置。它是电路中能量的提供者，如干电池、蓄电池、发电机或信号源等,1.1 认识电路,图1-1 手电筒电路,（2）负载：是将电能转换成其他形式能的器件或设备，是电路中能量的消耗者，如电灯、电炉、电动机等。负载是各类用电器的统称。 （3）中间环节：包括连接导

2、线、控制、保护装置等。连接导线的作用是输送、分配电能。控制、保护装置的作用是控制电路的通断、保护及检测电路等，如开关电器、熔断器、仪器仪表等。,1.1.2 电路的作用,1.电能的传送、分配与转换 发电厂中发电机发出的电能通过变压器、输电线等送到用电单位，将电并通过负载能转换成其他形式的能量（如热能、机械能等）。,2.传递和处理信号,通过电路将输入的信号进行转换、传送或加工处理，使之成为满足一定要求的输出信号。,1.2 电路模型的构成,电路中的元件在下表中列出最常见元件表示符号，而这些元件又分为有源元件和无源元件。,1.2.1 电路元件,无源二端元件有电阻元件R、电感元件L、电容元件C。,有源二

3、端元件分为电压源元件和电流源元件。,1.2.2 电路模型,用理想电路元件及其组合来模拟实际电路中的各个元器件，再用理想导线将各个理想电路元件进行串联或并联所组成的电路称为实际电路的电路模型。,手电筒实体电路的电路模型如图1-1（b）所示。,图1-1 手电筒电路,1.3 电流、电压及其参考方向,1电流的定义 电荷的定向移动形成电流。单位时间内通过导体某一横截面的电量称为电流强度（电流的大小），用小写字母i表示，即,电流的大小和方向均不随时间变化称为稳恒直流电流，简称直流（DC），用大写字母I表示，即,1.3.1 电流及其参考方向,2电流的单位,安培（A）。较小的单位有毫安（mA）、微安（A）、纳

4、安（nA）。 电流单位换算：,3电流的方向,图1-8 电流方向的表示方法,电流的实际方向规定为正电荷运动的方向，为了分析计算电路方便，预先假定的电流方向称电流的参考方向（或正方向）。电流的方向在连接导线上用箭头或用双下标表示，如图1-8所示。当参考方向与实际方向一致时电流为正;当参考方向与实际方向相反时，电流为负。,，,。,4电流的分类,各种电流的波形图如图1-9所示。,图1-9 电流的分类,5电流的测量,电流可用电流表来测量。测量接线时将电流表串联在电路中，用电流表接通电路。直流电流表有正、负两个接线端子，正极接电路的高电位端。交流电流表的两个接线端子无正、负之分。,1电压的定义 单位正电荷

5、在电场力的作用下从电路中的a点移动到b点，电场力所做的功称为a、b两点间的电压，即,电压的大小和方均不随时间变化时称为稳恒直流电压，用大写字母 表示；一般电压用小写字母 表示。,1.3.2 电压及其参考方向,2电压的单位,电压的基本单位是伏特（V）。较大的单位有千伏（kV），较小的单位有毫伏（mV），微伏（V） 电压单位换算：,电位降低的方向为电压的实际方向。任意假设的电压方向称为电压的参考方向（或正方向）。当电压的实际方向与参考方向一致时，电压为正值；当电压的实际方向与参考方向相反时，电压为负值。,3电压的方向,4电压方向的表示方法,5电压的测量,电压用电压表来测量，测量时将电压表并联在被测

6、元件两端。,并联定义：电流和电压的参考方向选为一致，称为关联正 方向；反之为非关联正方向。,例 1-1 电路如图1-12所示 各电量的参考方向在图中已经标出。请问：（1）各段电路电流、电压的参考方向是否关联？（2）各段电路电流的实际方向如何？（3）AB段电压的实际方向如何？,解：（1）一个两端元件若电流从电压的正极流入、从负极流出，则电压电流为关联方向；反之为非关联方向。,由图1-12可知,为关联方向,为关联方向,为非关联方向,为正值，实际方向与参考方向一致,为负值，实际方向与参考方向相反,因,U1 的实际方向与参考方向相反，故B点的电位高，A点的电位低。AB段电压的实际方向是由B指向A。,1

7、.3.3 电位,1电位 任选电路中的一点o为参考点，则电路中的某点a与参考点o间的电压就称为a点的电位，用 表示，单位也是伏特。,任选电路中的一点o为参考点，则电路中的某点a与参考点o间的电压为,参考点的电位规定为零，故参考点又称为零电位点。,2参考点的选择 物理学中常选无限远处或大地为参考点。 电工学中若研究的电路有接地点，就选择接地点为参考点，用符号 表示。,3电压与电位的关系,电路中a、b两点间的电压等于a、b两点的电位之差，即,电位是相对的，随参考点发生变化；但任意两点间的电压是绝对的，不随参考点变化。,电子线路中，常取若干导线汇集的公共点或机壳作为电位的参考点，用符号 表示。,例1-

8、2 电路如图1-13所示。求各点的电位及c、d间的电压 解：如果选b点为参考点，则,如果选d点为参考点，则,选用不同的参考点，各点电位的数值不同，但任意两点之间的电压不随参考点的改变而变化。,在电子电路中，为了简化电路的绘制，常采用电位标注法。如图1-14（a）所示电路用电位标注时，可简化成图1-14（b）的形式。,1.3.4 电动势,1电动势,在电源内部，电源力将单位正电荷由负极移到正极所做的功定义为电源的电动势，电动势用符号e表示。,直流电源的电动势为,2电动势的图形符号,3电源电动势和电压的关系,电压源对外电路的作用效果既可以用电动势表示，也可以用电压表示。,沿电动势的方向电位升高了E伏

9、，沿电压的方向电位降低了同样的数值，故有：,。,1.3.5 电能、电功率,1电能 电流所具有的能量称为电能。电能用电度表 测量。,电流做的功称为电功，用字母W表示。,电功的单位是焦耳（J）。,电功的实用单位是千瓦/时（kWh），简称“度”。,2电功率,单位时间内电路吸收或发出电能的速率称为电功率，简称功率，用符号p或P表示。习惯上常把吸收或发出电能说成是吸收或发出功率。,直流情况下,功率的单位为瓦特（W）。较小的单位有毫瓦（mW），较大的单位有（kW）、兆瓦（MW）等。,功率用功率表测量。,（4）功率正负的意义 在电路分析中，电功率有正、负之分：当一个电路元件的功率为正值时，即 这个元件起电源

10、作用，它发出功率，即向电路提供电能。 当一个电路元件的功率为负值时，即 这个元件是负载，它吸收（消耗）功率，即从电路取用电能。故电功率有以下两种计算公式：,，,当一段电路或一个元件的电流、电压参考方向关联时；,直流时为：,当一段电路或一个元件的电流、电压参考方向非关联时；,直流时为：,例1-3求图1-17中各二端元件的功率，并说明各功率的性质。 解：图1-17（a）中电流、电压关联方向，因此,吸收10W的功率。该元件为负载。,图1-17（b）中电流、电压关联方向，因此,产生10W的功率。该元件为电源。,产生10W的功率该元件为电源。,图1-17（d）中电流、电压非关联方向，因此,吸收10W的功

11、率。该元件为负载。,图1-17（c）中电流、电压非关联方向，因此,作 业 P12 思考与练习：第 1、4、7题,1.4.1 电阻元件与欧姆定律,电阻元件的伏安特性如图所示,2.电阻元件的伏安关系,电阻元件及线性、非线性电阻元件的伏安特性,电阻器、白炽灯、电热器等可视为电阻元件，电路中导线和负载上产生的热损耗通常也归结于电阻元件。,1.4、电路的无源元件电阻电感电容元件,1.电阻元件,若不加特殊说明，电阻元件均指线性电阻元件，线性电阻元件简称电阻。,3.电导 电阻的倒数称为电阻元件的电导。令 ，其单位是西门子（S）,在电流和电压关联参考方向下，任何瞬时线性电阻元件接收的电功率为：,电阻的粗略测量

12、可用万用表的欧姆挡，电阻的精确测量用单、双臂电桥，绝缘电阻（大电阻）的测量用兆欧表，接地电阻（小电阻）的测量用接地摇表。,电流、电压关联方向时,电流、电压非关联方向时,1.4.2 电感元件,1电感线圈及电感元件,忽略电阻的电感线圈称为理想电感线圈或纯电感线圈，简称电感元件或电感。,单位电流产生的自感磁链称为电感线圈的电感量或自感系数（电感系数），用L表示。,电感量的单位是亨利（H）,1H=1WbA,若电感元件的电感量为常数，这样的电感元件称为线性电感元件，简称线性电感。例如，空心电感线圈可视为线性电感。,图1-24 线性电感元件的图形符号及韦安特性,2、电感元件的伏安（u-i）关系,电感元件的

13、伏安关系说明：当通入电感元件的电流为恒定直流 电时，电感两端电压为零。故；直流电流作用下电感元件相当 短路。当电压uL为有限值，电流的变化率也为有限值，所以， 电感元件的电流只能连续变化，不能跃变。电流变化时必有自 感电压产生，电感元件又称为动态元件。,3电感元件的储能,电感的单位是亨利（H），电流的单位是安培（A），磁能的单位是焦耳（J）。,4电感元件吸收的功率,1.4.3 电容元件,1电容器及电容元件,实际电容器的理想化电路模型称为电容元件，它的图形符号如图1-25（a）所示。电容元件的参数用电容量C表示。,若电量的单位是库仑（C），电压的单位是伏特（V），则电容量的单位为法拉（F）。,2

14、电容元件的伏安（u-i）关系,当电容元件两端加直流电压时，电容支路的电流为零，电容元件相当于开路,图1-25线性电容元件的图形符号及库伏特性,3电容元件的储能,电容的单位是法拉（F），电压的单位是伏特（V），电场能的单位是焦耳（J）。,4电容元件吸收的功率,1.5、电路的有源元件电压源与电流源,1.5.1 电压源,1理想电压源（恒压源）,图1-28 等效电压源示例,串联电压源的等效,2实际电压源,实际直流电压源 模型的伏安关系为：,实际直流电压源模型的伏安特性曲线如图1-29（b）所示。,1.5.2 电流源,1理想电流源（恒流源）,图1-32 等效电流源示例,2实际电流源,实际直流电流源模型的

15、伏安关系为,实际直流电流源模型的伏安特性曲线如图1-33（b）所示,1.6、电路的3种状态及电气设备的额定值,1.6.1 电路的3种状态,开路又称为断路，是电源和负载未接通时的工作状态。,1.开路状态,电源开路时的电路特征如下。 （1）电路中的电流I= 0。 （2）电源两端的开路电压UOC=E，负载两端的电压U=0。 （3）电源产生的功率与负载转换的功率均为零， 即：PE=P=0 这种电路状态又称为电源的空载状态。,2短路状态,电路中任何一部分负载被短接，使该两端电压降为零，这种情况称电路处于短路状态。,电源短路状态的特征如下: 电源的端电压U=0 电源发出及负载转换的功率均为零，即P=0；电

16、源产生的功率全消耗在内阻上，即,3有载工作状态,图1-37（a）所示电路中，开关S闭合后，电源与负载接通构成回路，电路中产生了电流，并向负载输出电功率，即电路中开始了正常的功率转换，电路的这种工作状态称为有载工作状态。,电路有载工作状态的特征如下: 电路中的电流： 负载端电压： 电源的外特性曲线如 图1-37（b）所示。 功率平衡关系：,图1-37 有载工作状态,1.6.2 电气设备的额定值,1额定值 电气设备在给定的工作条件下正常运行而规定的容许值称为额定值。电气设备的额定值一般包括额定电压UN、额定电流IN和额定功率PN（对电源而言称为额定容量SN）。,（1）额定电流：电气设备在一定的环境

17、温度条件下长期连 续工作所容许通过的最佳安全电流。 （2）额定电压：电气设备正常工作时的端电压。 （3）额定功率：电气设备正常工作时的输出功率或输入功 率。,2额定工作状态 若电气设备正好在额定值下运行，这种在额定情况下的有 载工作状态称为额定状态。这是一种使设备得到充分利用 的经济、合理的工作状态。 电气设备工作在非额定状态时有以下两种情况。 （1）欠载：若电气设备在低于额定值的状态下运行称为欠 载。这种状态下设备不能被充分利用，还有可能 使设备工作不正常，甚至损坏设备。 （2）过载：电气设备在高于额定值（超负荷）下运行称为过 载。若超过额定值不多，且持续时间不长，一般 不会造成明显的事故；若电气设备长期过载运， 必将影响设备的使用寿命，甚至损坏设备，