电工学(第七版)上册秦曾煌第一章教学提纲.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,下一页,章目录,返回,上一页,退出,电工学（第七版）,主讲教师：陈静,电话：,18603866072,邮箱：,18603866072,概 论,2,主要教学内容,电,工,学,电工技术,电子技术,直流电路、交流电路,暂态分析、三相电路,变压器、电动机、工业控制,三极管、放大电路,运算放大电路,数字集成电路,（上篇）,（下篇）,3,工 业 控 制,电机控制,机床控制,生产过程自动化控制,楼宇电梯控制,.,电工技术的应用,4,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,本章要求,:,1.,理解电压与电流参考方向的意义,;,2.,理解电路的基本定律并能正确应用,;,3.,了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解,电功率和额定值的意义,;,4.,会计算电路中各点的电位。,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),实现电能的传输、分配与转换,(2),实现信号的传递与处理,1.,电路的作用,电路是电流的通路，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。,2.,电路的,组成部分,中间环节：,传递、分,配和控制电能的作用,电源,:,提供,电能的装置,负载,:,取用,电能的装置,直流电源,直流电源,:,提供能源,负载,信号源,:,提供信息,2.,电路的,组成部分,电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。,信号处理：,放大、调谐、检波等,1.2,电路模型,R,消耗电,能,(,电阻性,),产生,磁场,储存磁场能量,(,电感性,),忽略,L,R,例：,白炽灯通过电流,理想电路元件,：,电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。,L,电阻元件 电感元件 电容元件,在实际分析中，可将实际电路理想化，即在一定条件下突出主要的电磁性质,忽略起次要因素的影响,由一些理想元件组成电路模型。,手电筒的电路模型,干电池,导线,灯泡,例：,电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。,电路分析,是在已知电路结构和参数的条件下，讨论,激励,与,响应,的关系。,今后分析的都是指电路模型，简称电路。,手电筒电路,电路中的物理量,电池,灯泡,电流,电压,电动势,E,I,R,U,+,_,电源,负载,1.3,电压和电流的参考方向,电路中物理量的正方向,物理量的,正方向,：,实际正方向,假设正方向,实际正方向,：,物理中对电量规定的方向。,假设正方向,（参考正方向）：,在分析计算时，对电量人为规定的方向。,物理量正方向的表示方法,电池,灯泡,U,ab,_,+,正负号,a,b,U,ab,（,高电位在前，,低电位在后）,双下标,箭 头,U,ab,a,b,电压,+,-,I,R,电流,：从高电位,指向低电位。,I,R,U,ab,E,+,_,a,b,U,+,_,物理量正方向的表示方法,I,R,U,ab,+,_,a,b,U,+,_,电压的正方向箭头和正负号是等价的,只用其中之一,.,I,R,U,ab,a,b,U,电路分析中的,假设,正方向,（参考方向）,问题的提出,：,在复杂电路中难于判断元件中物理量,的实际方向，电路如何求解？,电流方向,A,B,？,电流方向,B,A,？,U,1,A,B,R,U,2,I,R,(1),在解题前先,设定一个正方向，作为参考方向；,解决方法,(3),根据计算结果确定实际方向：,若计算结果为,正值,，则实际方向与假设方向,一致,；,若计算结果为,负值,，则实际方向与假设方向,相反,。,(2),根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关,系的代数表达式；,I,=0.28A,I,=,0.28A,电动势,为,E,=3V,方向由负极,指向正极,；,U,+,U,+,例,:,电路如图所示。,电流,I,的参考方向与实际方向相同，,I,=0.28A,由,流向,反之亦然。,电压,U,的参考方向与实际方向相反,U,=,2.8V,;,即,:,U,=,U,电压,U,的参考方向与实际方向相同,U,=2.8V,方向由,指向,；,2.8V,2.8V,1.4,欧姆定律,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：,(1),式前的正负号由,U,、,I,参考方向的关系确定。,(2),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。,U,=,I R,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,电流的参考方向,与实际方向相反,电压与电流参,考方向相反,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，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。,线性电阻的概念：,线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。,注意,：,1.,用,欧姆定律列方程时，一定要在 图中标明正方,向。,2.,为避免欧姆定律中的负号在解题时漏掉,我们一,般将电压与电流的参考方向选取相同,称为,关联,选取,.,规定正方向的情况下电功率的写法,功率的概念,：设电路任意两点间的电压为,U,流入此,部分电路的电流为,I,，则这部分电路消耗的功率为,:,I,U,P,=,如果,U I,方向不一致写法如何？,电压电流正方向一致,a,I,R,U,b,规定正方向的情况下电功率的写法,a,I,R,U,b,电压电流正方向相反,P=UI,功率有正负？,吸收功率或消耗功率（起负载作用）,若,P,0,输出功率（起电源作用）,若,P,0,电阻消耗功率肯定为正,电源的功率可能为正（吸收功率），也可能为负（输出功率）,功率有正负,电源的功率,I,U,a,b,+,-,P=UI,P=UI,I,U,a,b,+,-,电压电流正方向不一致,电压电流正方向一致,含源网络的功率,I,U,+,-,含源网络,P=UI,电压电流正方向一致,P=UI,电压电流正方向不一致,I,U,+,-,含源网络,1.5,电源有载工作、开路与短路,开关闭合,接通电源与负载,负载端电压,U,=,IR,1.,电压电流关系,1.5.1,电源有载工作,(1),电流的大小由负载决定,(2),在电源有内阻时，,I,U,。,或,U,=,E,IR,0,当,R,0,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。,负载端电压,U,=,IR,1.5.1,电源有载工作,或,U,=,E,IR,o,UI,=,EI,I,2,R,o,P,=,P,E,P,负载,取用,功率,电源,产生,功率,内阻,消耗,功率,电源输出的功率由负载决定。,负载大小的概念,:,负载增加指负载取用的,电流和功率增加,(,电压一定,),。,1.,电压电流关系,2.,功率与功率平衡,例,:,已知,:,电路中,U,=220V,，,I,=5A,，内阻,R,01,=,R,02,=0.6,。,求,:(1),电源的电动势,E,1,和负载的反电动势,E,2,；,(2),说明功率的平衡关系。,解：,(1),对于电源,U,=,E,1,U,1,=,E,1,IR,01,即,E,1,=,U,+,IR,01,=220+5,0.6=223V,U,=,E,2,+,U,2,=,E,2,+,IR,02,即,E,2,=,U,IR,01,=220,5,0.6=217V,(2),功率的平衡关系,E,1,=,E,2,+,IR,01,+,IR,02,等号两边同时乘以,I,则得,E,1,I,=,E,2,I,+,I,2,R,01,+,I,2,R,02,代入数据有,223 5=217 5+5,2,0.6+5+5,2,0.6,1115W=1085W+15W+15W,R,01,E,1,U,I,+,+,R,02,E,2,+,电气设备的额定值,额定值,:,电气设备在正常运行时的规定使用值,1.,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。,注意：,电气设备工作时的实际值不一定都等于其额定值，要能够加以区别。,电气设备的三种运行状态,欠载,(,轻载,),：,I I,N,，,P I,N,，,P P,N,(,设备易损坏,),额定工作状态：,I=I,N,，,P=P,N,(,经济合理安全可靠,),在,220V,电压下工作时的电阻,一个月用电,W,=,Pt,=60W,(3 30),h,=0.06kW 9,0h,=5.4kW.,h,例：,一只,220,V,60W,的白炽灯,接在,220,V,的电源上，试求通过电灯的电流和电灯在,220V,电压下工作时的电阻。如果每晚工作,3h(,小时,),，问一个月消耗多少电能,?,解,:,通过电灯的电流为,特征,:,开关 断开,I=,0,电源端电压,负载功率,U,=U,0,=E,P,=,0,电源外部端子被短接,特征,:,电源端电压,负载功率,电源产生的能量全被内阻消耗掉,短路电流,(,很大,),U,=,0,P,E,=,P=I,R,0,P,=,0,1.5.3,电源短路,1.5.2,电源开路,为防止事故发生，需在电路中接入熔断器或自动断路器，用以保护电路。,1.6,基尔霍夫定律,1,2,3,支路：,电路中的每一个分支。,一条支路流过一个电流，称为支路电流。,结点：,三条或三条以上支路的联接点。,回路：,由支路组成的闭合路径。,网孔：,内部不含支路的回路。,I,1,I,2,I,3,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,定律,),1.,定律,即,:,入,=,出,在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。,实质,:,电流连续性的体现。,或,:,=0,对结点,a,：,I,1,+,I,2,=,I,3,或,I,1,+,I,2,I,3,=0,基尔霍夫电流定律,（,KCL,）,反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。,电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。,2.,推广,I,=?,例,:,I,=0,I,A,+,I,B,+,I,C,=0,广义结点,在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。,1.6.2,基尔霍夫电压定律（,KVL,定律,),1.,定律,即：,U,=0,在任一瞬间,从回路中任一点出发,沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。,对回路,1,：,对回路,2,：,E,1,=,I,1,R,1,+,I,3,R,3,I,2,R,2,+,I,3,R,3,=,E,2,或,I,1,R,1,+,I,3,R,3,E,1,=0,或,I,2,R,2,+,I,3,R,3,E,2,=0,基尔霍夫电压定律,（,KVL,）,反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。,1,2,1.,列方程前,标注,回路循行方向；,电位升,=,电位降,E,2,=,U,BE,+,I,2,R,2,U,=0,I,2,R,2,E,2,+,U,BE,=0,2.,应用,U,=0,列方程时,，,项前符号的确定：,元件两端电压与回路,循行方向一致,取正号，不一致就取负号。,3.,开口电压可按回路处理,(,广义回路）,注意：,对回路,1,：,1,例：,对网孔,abda,：,对网孔,acba,：,对网孔,bcdb,：,I,G,R,G,I,3,R,3,+,I,1,R,1,=0,I,2,R,2,I,4,R,4,I,G,R,G,=0,I,4,R,4,+,I,3,R,3,E,=0,对回路,adbca,，沿逆时针方向循行,：,I,1,R,1,+,I,3,R,3,+,I,4,R,4,I,2,R,2,=0,应用,U,=0,列方程,对回路,cadc,，沿逆时针方向循行,：,I,2,R,2,I,1,R,1,+,E,=0,U,1,+,U,2,U,3,U,4,+,U,5,=0,例,2,：,图中若,U,1,=,2 V,，,U,2,=8 V,，,U,3,=5 V,，,U,5,=,3 V,，,R,4,=2,，,求电阻,R,4,两端的电压及流过它的电流。,解：,设电阻,R,4,两端电压的极性及流过它的电流,I,的参考方向如图示。,(,2,),+8 5,U,4,+,(,3,),=0,U,4,=,2,V,I,=,1 A,U,4,+,沿顺时针方向列写回路,的,KVL,方程式,代入数据，有,U,4,=,IR,4,I,1.7,电路中电位的概念及计算,电位：电路中某点至参考点的电压，,记为“,V,X,”,。,通常设参考点的电位为零。,1.,电位的概念,电位的计算步骤,:,(1),任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；,(2),标出各电流,电压参考方向并计算；,(3),计算各点至参考点间的电压即为各点的电位,。,某点电位为正，说明该点电位比参考点高；,某点电位为负，说明该点电位比参考点低。,2.,举例,求图示电路中各点的电位,:,V,a,、,V,b,、,V,c,、,V,d,。,解：,设,a,为参考点，即,V,a,=0V,V,b,=U,ba,=,106=,60V,V,c,=U,ca,=420=80 V,V,d,=,U,da,=65=30 V,设,b,为参考点，即,V,b,=0V,V,a,=,U,ab,=106=60 V,V,c,=,U,cb,=,E,1,=140 V,V,d,=,U,db,=,E,2,=90 V,b,a,U,ab,=,106=60 V,U,cb,=,E,1,=140 V,U,db,=,E,2,=90 V,U,ab,=,106=60 V,U,cb,=,E,1,=140 V,U,db,=,E,2,=90 V,结论：,(1),电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各,点的电位也将随之改变；,(2),电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点 的不同而变，,即与零电位参考点的选取无关。,借助电位的概念可以简化电路作图,+90V,20,5,+140V,6,c,d,3.,利用电位化简电路,例：,思考题：,将电路图化为原理电路图,例,1:,图示电路,计算开关,S,断开和闭合时,A,点的电位,V,A,解,:(1),当开关,S,断开时,(2),当开关闭合时,电路如图,(,b),电流,I,2,=0,电位,V,A,=0V,电流,I,1,=,I,2,=0,电位,V,A,=6V,2k,+6V,A,2k,S,I,2,I,1,(a),电流在闭合,路径中流通,例,2,：,电路如图,(a),所示，,(1),零电位参考点在哪里？,画电路图表示出来。,(2),当电位器,R,P,的滑动触点向下滑动时，,A,、,B,两点的电位增高了还是降低了？,解：,(1),零电位参考点为,+12V,电源的“,”,端与,12V,电源的“,+”,端的联接处,如图,(b),。,当电位器,R,P,的滑动触点向下滑动时，回路中的电流,I,减小，所以,A,电位增高、,B,点电位降低。,(2),V,A,=,I,R,1,+12,V,B,=,I,R,2,12,(a),