电工技术电路基本概念.pptx

电工技术电工技术电工学电工学(1)理论学时理论学时:32 学分学分:2授课人:卢容德第第 一一 讲讲本次课教学要求本次课教学要求1、了解本课程的教学进度与安排;2、了解电工技术的发展历史;3、掌握电路的基本概念;4、熟练掌握欧姆定律,掌握电路中的功率关系。重点1、电路模型;2、电路的参考方向;3、欧姆定律。教学安排教材:电工学(第3版)张南 主编 高等教育出版社参考教材:1秦曾煌,电工学第5版,高等教育出版社2 2罗守信,电工学第3版,高等教育出版社3.其它冠名电工学电工技术的参考文献。学时分配Ch1 Ch1 电路分析基础电路分析基础电路分析基础电路分析基础 8 8Ch2 Ch2 单相正弦交流电路单相正弦交流电路单相正弦交流电路单相正弦交流电路 8 8Ch3 Ch3 三相交流电路三相交流电路三相交流电路三相交流电路 4 4 Ch5 Ch5 电动机电动机电动机电动机 2 2Ch6 Ch6 电气控制电气控制电气控制电气控制 2 2Ch7 Ch7 电力系统电力系统电力系统电力系统 4 4Ch4 Ch4 变压器变压器变压器变压器 2 2总复习总复习总复习总复习 2 2绪论0.1 电工技术的发展0.2 电工技术的应用0.1 电工技术的发展历史1750年年,富兰克林富兰克林发现雷电与摩擦生电的相同本质发现雷电与摩擦生电的相同本质,设计了避雷设计了避雷针针1800年年,伏打伏打创立了电位差理论创立了电位差理论1820年年,奥斯特奥斯特发现导线通电磁针偏转发现导线通电磁针偏转1831年年,法拉第法拉第完成磁生电实验完成磁生电实验,发现了电磁感应定律发现了电磁感应定律1865年年,麦克斯韦麦克斯韦发表电磁理论公式发表电磁理论公式1832年年,法国人毕克西法国人毕克西发明了手摇式直流发电机发明了手摇式直流发电机1834年年,俄罗斯的雅可比俄罗斯的雅可比试制出了由电磁铁构成的直流电动机试制出了由电磁铁构成的直流电动机1860年年,英国人斯旺英国人斯旺把棉线碳化后做成灯丝装入玻璃泡里把棉线碳化后做成灯丝装入玻璃泡里,发明了发明了碳丝灯泡碳丝灯泡1866年年,德国的西门子德国的西门子发明了自励式直流发电机。发明了自励式直流发电机。1867年年,西门子西门子研制成功世界第一台自激式发电机研制成功世界第一台自激式发电机,开创了发电机开创了发电机广泛使用的新纪元广泛使用的新纪元0.1 电工技术的发展历史1882年年,美国的戈登美国的戈登制造出了输出功率制造出了输出功率447KW,高高3米米,重重22吨的吨的两相式巨型发电机两相式巨型发电机1884年年,英国的霍普金森英国的霍普金森制成了闭合磁路式变压器。制成了闭合磁路式变压器。1885年年,西屋公司西屋公司开发出了实用的变压器。开发出了实用的变压器。1889年年,德国的多勃罗沃尔斯基德国的多勃罗沃尔斯基利用三相交流电的旋转磁场利用三相交流电的旋转磁场,制成制成了功率为了功率为100W的最早的三相交流电动机。同年又开发出了三相的最早的三相交流电动机。同年又开发出了三相四线制交流接线方式四线制交流接线方式,并在并在1891年年的法兰克福输电实验的法兰克福输电实验(150VA三三相变压器相变压器)中获得了圆满成功。中获得了圆满成功。1897年年,西屋公司西屋公司制成了感应电动机制成了感应电动机,设立专业公司致力于电动机设立专业公司致力于电动机的普及。的普及。1904年年,英国人弗莱明英国人弗莱明发明了真空二极管。发明了真空二极管。1907年年,美国的福雷斯特美国的福雷斯特发明了真空三极管。发明了真空三极管。0.1 电工技术的发展历史1896年年,马可尼马可尼发明电报发明电报,获获1908年诺贝尔奖年诺贝尔奖1897年年,汤姆荪汤姆荪发现电子发现电子,获获1906年诺贝尔奖年诺贝尔奖1904年年,英国人弗莱明英国人弗莱明发明了真空二极管。发明了真空二极管。1907年年,美国的福雷斯特美国的福雷斯特发明了真空三极管。发明了真空三极管。1938年年,萧克利等萧克利等提出提出PN结理论结理论1948年年,萧克利、巴丁、布拉顿萧克利、巴丁、布拉顿发明晶体管发明晶体管,获获1956年诺贝尔年诺贝尔奖奖1958年年,基尔比基尔比发明集成电路发明集成电路,获获2000年诺贝尔奖年诺贝尔奖1969年年,大规模集成电路大规模集成电路1975年年,超大规模集成电路超大规模集成电路0.1 电工技术的发展历史电工技术是基于电磁场理论的一门成熟技术。随着人电工技术是基于电磁场理论的一门成熟技术。随着人类对电磁场理论及应用的深入研究类对电磁场理论及应用的深入研究,关于电的科学演关于电的科学演变成为强电和弱电两大分支。变成为强电和弱电两大分支。强电涉及的主要是动力、照明领域强电涉及的主要是动力、照明领域,用电对象所承受用电对象所承受的电流和电压值较大的电流和电压值较大;弱电涉及的主要是信息科学领弱电涉及的主要是信息科学领域域,包括信号的获取、处理、传输、检测、控制、利包括信号的获取、处理、传输、检测、控制、利用等。用等。非电专业的非电专业的“电工学电工学”课程课程,分为电工技术和电子技分为电工技术和电子技术两部分术两部分,前者主要讨论强电前者主要讨论强电,后者主要讨论弱电。后者主要讨论弱电。在现代社会在现代社会,任何领域都离不开电。当代非电专业的任何领域都离不开电。当代非电专业的大学生学习一些电工学的知识是非常必要的。大学生学习一些电工学的知识是非常必要的。0.1 电工技术的发展历史学习电工技术方面的课程需时刻关注电学习电工技术方面的课程需时刻关注电工技术的发展！工技术的发展！一个大家熟悉的例子一个大家熟悉的例子:LEDLED用于照明用于照明,功耗低、效率高、寿命长、功耗低、效率高、寿命长、色彩丰富、使用安全。色彩丰富、使用安全。0.20.2 电工技术的应用电工技术的应用电能的获取与转换电能的获取与转换0.2 电工技术的应用电能的输送电能的输送0.2 电工技术的应用电能的电能的控制控制0.2 电工技术的应用电能的应用电能的应用领域领域0.2 电工技术的应用电能作为原动力电能作为原动力0.2 电工技术的应用 在各工艺流程中的应用在各工艺流程中的应用0.2 电工技术的应用大家谈大家谈:我们身边的电工技术我们身边的电工技术 第第1 1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律1.2 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.3 支路电流法支路电流法1.4 叠加定理叠加定理1.5 电压源和电流源电压源和电流源1.6 戴维宁定理戴维宁定理*1.7 电路的暂态分析电路的暂态分析1.1 电路的基本概念电路的基本概念本章教学要求本章教学要求 第第1 1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律1.掌握电路模型的概念掌握电路模型的概念,深刻理解电压与电深刻理解电压与电流参考方向的意义流参考方向的意义;2.理解电路的有载工作、开路与短路状态理解电路的有载工作、开路与短路状态,理解电功率和额定值的意义理解电功率和额定值的意义;3.熟练掌握欧姆定律、基尔霍夫定律熟练掌握欧姆定律、基尔霍夫定律;4.熟练掌握支路电流法熟练掌握支路电流法;5.掌握电压源、电流源的概念及相互转换掌握电压源、电流源的概念及相互转换;6.熟练掌握叠加定理和戴维宁定理熟练掌握叠加定理和戴维宁定理;7.了解三要素法。了解三要素法。电路的作用电路的作用 第第1 1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律 1.1 1.1 电路的基本概念电路的基本概念 电路是电流的通路电路是电流的通路,是为了某种需要由电工设备是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。或电路元件按一定方式组合而成。(1)(1)实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换 (2)(2)实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线一、一、电路的组成电路的组成1.1 1.1 电路的基本概念电路的基本概念电电池池灯灯泡泡电路的物理量电路的物理量电流电流电压电压电动势电动势EIRU+_导线导线电源电源负载负载1 1、电路元件电路元件1.1 1.1 电路的基本概念电路的基本概念二、二、电路元件与电路模型电路元件与电路模型电电池池灯灯泡泡有源元件有源元件:电池、发电机、晶体管电池、发电机、晶体管无源元件无源元件:耗能元件耗能元件:电阻器电阻器储能元件储能元件:电感器、电容器电感器、电容器理想电路元件的符号理想电路元件的符号电源的符号电源的符号原电池或蓄原电池或蓄电池电池直流直流发电机发电机交流交流发电机发电机理想理想电压源电压源理想理想电流源电流源电阻器的符号电阻器的符号电容器的符号电容器的符号电感器的符号电感器的符号2 2、电路模型电路模型1.1 1.1 电路的基本概念电路的基本概念二、二、电路元件与电路模型电路元件与电路模型电电池池灯灯泡泡 由理想电路元件组成的由理想电路元件组成的描述实际电路的电路原理图描述实际电路的电路原理图手电筒的电路模型手电筒的电路模型R+RoES+UI电池电池导线导线灯泡灯泡开关开关三、电压和电流的参考方向三、电压和电流的参考方向1.1.电路基本物理量的实际方向电路基本物理量的实际方向电路基本物理量的实际方向电路基本物理量的实际方向 物理中对基本物理量规定的方向物理中对基本物理量规定的方向物理中对基本物理量规定的方向物理中对基本物理量规定的方向物理量物理量实实 际际 方方 向向电流电流 I正电荷运动的方向正电荷运动的方向电动势电动势E (电位升高的方向电位升高的方向)电压电压 U(电位降低的方向电位降低的方向)高电位高电位 低电位低电位 单单 位位kA、A、mA、A低电位低电位 高电位高电位kV、V、mV、VkV、V、mV、V三、电压和电流的参考方向三、电压和电流的参考方向2.2.电路基本物理量的参考方向电路基本物理量的参考方向电路基本物理量的参考方向电路基本物理量的参考方向(2)(2)参考方向的表示方法参考方向的表示方法参考方向的表示方法参考方向的表示方法电流电流:Uab 双下标双下标电压电压:(1)(1)参考方向参考方向参考方向参考方向(假定方向假定方向假定方向假定方向)IE+_ 在分析与计算电路时在分析与计算电路时,对电对电量任意假定的方向。量任意假定的方向。Iab 双下标双下标aRb箭箭 标标abRI正负极性正负极性+abU U+_3.实际方向与参考方向的关系实际方向与参考方向的关系实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致,电流电流(或电压或电压)值为值为正值正值;实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反,电流电流(或电压或电压)值为值为负值负值。注意注意:在参考方向选定后在参考方向选定后,电流电流(或电压或电压)值才有正负之值才有正负之分。分。若若 I=5A,则电流从则电流从 a 流向流向 b,如图如图中虚线所示中虚线所示;例例:若若 I=5A,则电流从则电流从 b 流向流向 a。abRIabRU+若若 U=5V,则电压的实际方向从则电压的实际方向从 a 指向指向 b;若若 U=5V,则电压的实际方向从则电压的实际方向从 b 指向指向 a。四、四、欧姆定律欧姆定律1、关联参考方向、关联参考方向U、I 参考方向相同参考方向相同2 2、非关联参考方向、非关联参考方向、非关联参考方向、非关联参考方向U U、I I 参考方向相反参考方向相反参考方向相反参考方向相反RU+IRU+I 说明说明:表达式前的正负号由表达式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定参考方向的关系确定;U与与I 之间的关系表现为线性关系。之间的关系表现为线性关系。在电路分析中在电路分析中,通常取关联通常取关联 参考方向。参考方向。U=I R U U=IRIR欧姆定律应用举例欧姆定律应用举例解解:对图对图(a)有有,U=IR例例:应用欧姆定律对下图电路列出式子应用欧姆定律对下图电路列出式子,并求电阻并求电阻R。对图对图(b)有有,U=IRRU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A*线性电阻的概念线性电阻的概念电路端电压与电流的关系称为伏安特性。电路端电压与电流的关系称为伏安特性。电路端电压与电流的关系称为伏安特性。电路端电压与电流的关系称为伏安特性。遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻,它表示该段电它表示该段电路电压与电流的比值为常数。路电压与电流的比值为常数。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性 线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。是一条过原点的直线。是一条过原点的直线。是一条过原点的直线。五、五、电路的工作状态电路的工作状态1.1.通路通路 开关闭合开关闭合,接通接通电源与负载电源与负载负载端电压负载端电压U=IR 特征特征:IR0R+-EU+-I 电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。在电源有内阻时在电源有内阻时,I U ,反之亦然。反之亦然。或或 U=E IR0电源的外特性电源的外特性EUI0 当当当当 R R0 0R R 时时时时,则则则则U U E E,表明当负表明当负表明当负表明当负载变化时载变化时载变化时载变化时,电源的端电压变化不大电源的端电压变化不大电源的端电压变化不大电源的端电压变化不大,即带负载能力强。即带负载能力强。即带负载能力强。即带负载能力强。开关闭合开关闭合,接通接通电源与负载。电源与负载。负载端电压负载端电压负载端电压负载端电压U=IR 特征特征特征特征:1.通路通路 电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。在电源有内阻时在电源有内阻时,I U 。或或 U=E IRoUI=EI IRoP=PE P负载负载取用取用功率功率电源电源产生产生功率功率内阻内阻消耗消耗功率功率 电源输出的功率由负载决定。电源输出的功率由负载决定。负载大小的概念负载大小的概念:负载增加指负载取用的负载增加指负载取用的电流和功率增加电流和功率增加(电压一定电压一定)。IR0R+-EU+-I功率关系功率关系功率关系功率关系电源发出和吸收功率的判别电源发出和吸收功率的判别含源二端电路发出和吸收功率的判别含源二端电路发出和吸收功率的判别若若P 0,吸收功率吸收功率,在电路中充当负载在电路中充当负载;若若P 0,发出功率发出功率,在电路中充当电源在电路中充当电源。方法方法:按关联方向标定二端电路按关联方向标定二端电路U、I 的的参考参考方向方向,求出功率求出功率(P=UI)。电流从电流从“+”+”端流出端流出,为为发出功率发出功率,即电源放电即电源放电;电流从电流从“+”+”端流入端流入,为为吸收功率吸收功率,即电源充电即电源充电,在电在电路中充当负载路中充当负载;课堂讨论课堂讨论:新旧电池串联使用。新旧电池串联使用。电气设备的额定值电气设备的额定值额定值额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备的三种运行状态电气设备的三种运行状态电气设备的三种运行状态电气设备的三种运行状态欠载欠载欠载欠载(轻载轻载轻载轻载):I IN,P IN,P PN (设备易损坏设备易损坏设备易损坏设备易损坏)额定工作状态额定工作状态:I=IN,P=PN (经济合理安全可靠经济合理安全可靠经济合理安全可靠经济合理安全可靠)(1)额定值反映电气设备的使用安全性；额定值反映电气设备的使用安全性；(2)额定值表示电气设备的使用能力。额定值表示电气设备的使用能力。例：例：灯泡：灯泡：UN=220V，PN =60W电阻：电阻：RN=100 ，PN =1 W 2.开路开路特征特征:开关开关 断开断开I=0电源端电压电源端电压(开路电压开路电压)负载功率负载功率U=U0=EP=0(1)开路处的电流等于零开路处的电流等于零;I =0(2)开路处的电压开路处的电压 U 视电路情况而定。视电路情况而定。电路中某处断开时的特征电路中某处断开时的特征:I+U有有源源电电路路IRoR+-EU0+-3.3.短路短路电源外部端子被短接电源外部端子被短接 特征特征:电源端电压电源端电压电源端电压电源端电压负载功率负载功率负载功率负载功率电源产生的能量全被内阻消耗掉电源产生的能量全被内阻消耗掉电源产生的能量全被内阻消耗掉电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流（很大）短路电流（很大）短路电流（很大）短路电流（很大）U=0 PE=P=IR0P=0(1)(1)短路处的电压等于零短路处的电压等于零;U =0(2)(2)短路处的电流短路处的电流 I 视电路情况而定。视电路情况而定。电路中某处短路时的特征电路中某处短路时的特征电路中某处短路时的特征电路中某处短路时的特征:I+U有有源源电电路路IR0R+-EU0+-*六、六、电阻串并联联接的等效变换电阻串并联联接的等效变换1、电阻的串联电阻的串联特点特点特点特点:1)1)各电阻一个接一个地顺序相联各电阻一个接一个地顺序相联各电阻一个接一个地顺序相联各电阻一个接一个地顺序相联;两电阻串联时的分压公式两电阻串联时的分压公式两电阻串联时的分压公式两电阻串联时的分压公式:R R=R R1 1+R R2 23)3)等效电阻等于各电阻之和等效电阻等于各电阻之和等效电阻等于各电阻之和等效电阻等于各电阻之和;4)4)串联电阻上电压的分配与电阻成正比。串联电阻上电压的分配与电阻成正比。串联电阻上电压的分配与电阻成正比。串联电阻上电压的分配与电阻成正比。R R1 1U U1 1U UR R2 2U U2 2I I+R RU UI I+2)2)各电阻中通过同一电流各电阻中通过同一电流各电阻中通过同一电流各电阻中通过同一电流;应用应用应用应用:降压、限流、调节电压等。降压、限流、调节电压等。降压、限流、调节电压等。降压、限流、调节电压等。2、电阻的并联电阻的并联两电阻并联时的分流公式两电阻并联时的分流公式两电阻并联时的分流公式两电阻并联时的分流公式:(3)(3)等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和;(4)(4)并联电阻上电流的分配与电阻成反比。并联电阻上电流的分配与电阻成反比。并联电阻上电流的分配与电阻成反比。并联电阻上电流的分配与电阻成反比。特点特点特点特点:(1)(1)各电阻联接在两个公共的结点之间各电阻联接在两个公共的结点之间各电阻联接在两个公共的结点之间各电阻联接在两个公共的结点之间;R RU UI I+I I1 1I I2 2R R1 1U UR R2 2I I+(2)(2)各电阻两端的电压相同各电阻两端的电压相同各电阻两端的电压相同各电阻两端的电压相同;应用应用应用应用:分流、调节电流等。分流、调节电流等。分流、调节电流等。分流、调节电流等。课外作业课外作业 P36 1-1,1-2 1-3,1-4END