电工技术-(1)课件.ppt

1、放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备电路是电流的通路，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。或电路元件按一定方式组合而成。 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.输电线输电线电源电源: 提供提供电能的装置电能的装置负载负载: 取用取用电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用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.输电线输电线直流电源直流电源: 提供能源提供能源信号处理：信号处理：放大、调谐、检波等放大、

2、调谐、检波等负载负载信号源信号源: 提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路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。工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。手电筒的电路模型手电筒的电路模型 为了便于用数学方法分析电路为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。相对应的电路模型。R+R

3、oES+UI电池电池导线导线灯泡灯泡开关开关 手电筒由电池、灯手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。泡、开关和筒体组成。 理想电路元件主要有理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。电容元件和电源元件等。R+RoES+UI电池电池导线导线灯泡灯泡开关开关 电池电池是电源元件，其是电源元件，其参数为电动势参数为电动势 E 和内阻和内阻Ro； 灯泡灯泡主要具有消耗电能主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，的性质，是电阻元件，其参数为电阻其参数为电阻R； 筒体筒体用来连接电池和灯用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。为是无

4、电阻的理想导体。 开关开关用来控制电路的通用来控制电路的通断。断。RLC-+iS电容电容 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电流：电流：Uab 双下标双下标电压：电压：IE+_ 在分析与计算电路时，对在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。电量任意假定的方向。Iab 双下标双下标aRb箭箭 标标abRI正负极性正负极性

5、+abU U+_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，电流在参考方向选定后，电流 ( 或电压或电压 ) 值才有正负值才有正负之分。之分。 若若 I = 5A，则电流从则电流从 a 流向流向 b；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，则电压的实际方向从从 a 指向指向 b；若若 U= 5V，则电压的实际方向，则电压的实际方向从从 b 指向指

6、向 a 。欧姆定律欧姆定律U、I 参考方向相同时，参考方向相同时，RU+IRU+I 表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号： 式前的正负号由式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；参考方向的关系确定； U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。方向之间的关系。 通常取通常取 U、I 参考方向相同。参考方向相同。U = I R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，并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图对图(b)有有, U = IR326 : IUR所以所以326: IUR所以所以R

7、U6V+2AR+U6V I(a)(b)I2Auip 电流在单位时间内做的功，称为电功率。电流在单位时间内做的功，称为电功率。 无论关联与否，只要计算结果无论关联与否，只要计算结果p0，则该元，则该元件就是在吸收功率，即消耗功率，该元件是负载；件就是在吸收功率，即消耗功率，该元件是负载；若若p0【例【例1】 计算图中各元件的功率，指出是吸收还是发计算图中各元件的功率，指出是吸收还是发出功率，并求整个电路的功率。已知电路为直流电路，出功率，并求整个电路的功率。已知电路为直流电路，U1=4V，U2=-8V，U3=6V，I=2A。元件元件2和元件和元件3电压与电流为非关联参考方向，得电压与电流为非关联

8、参考方向，得整个电路功率为：整个电路功率为：P = P1 + P2 +P3 = 8+16-12 =12W U、I 参考方向不同，参考方向不同，P = UI 0，电源电源； P = UI 0，负载负载。U、I 参考方向相同，参考方向相同，P =UI 0，负载负载； P = UI 0，电源电源。 电源：电源： U、I 实际方向相反，即电流从实际方向相反，即电流从“+”+”端流出，端流出， （发出功率）（发出功率）； 负载：负载： U、I 实际方向相同，即电流从实际方向相同，即电流从“- -”端流出。端流出。 （吸收功率）（吸收功率）。或或 P = -UI 0，负载负载； P = -UI 0，电源电

9、源。U、I 参考方向不同，参考方向不同，P = UI 0，电源电源； P = UI 0，负载负载。或或 P = -UI 0，负载负载； P = -UI 0，电源电源。U、I 参考方向不同，参考方向不同，P = UI 0，电源电源； P = UI 0，负载负载。或或 P = -UI 0，负载负载； P = -UI 0，电源电源。电路在一段时间内消耗或提供的能量称为电能。电路在一段时间内消耗或提供的能量称为电能。2. 电能电能电路元件在电路元件在t0到到t 时间内消耗或提供的能量为：时间内消耗或提供的能量为：直流时直流时 0ttPW dtpWtt 01度度=1kWh = 103 3600 = 3.

10、6106J1度（或度（或1千瓦时）电等于功率为千瓦时）电等于功率为1千瓦的元件千瓦的元件在在1小时内消耗的电能。即小时内消耗的电能。即 1.2 电路元件电路元件 1.2.1无源电路元件无源电路元件1 1电阻电阻元件元件 遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段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。电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常数常数即：即： IUR 描述消耗电能的性质描述消耗电能的性质iRu 根据欧姆定律根据欧姆定律:电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系0dd00 tRi

11、tuiWt2t电阻的能量电阻的能量Riu+_线性电阻：线性电阻：i/Au/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性非线性电阻的电阻值不是常数。非线性电阻的电阻值不是常数。 若电阻值随电压、电流变化而变化的电阻则称为若电阻值随电压、电流变化而变化的电阻则称为非线性电阻。非线性电阻。线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性非线性电阻非线性电阻 URRRU2111 URRRU2122 IRRRI2121 IRRRI2112 21111 RRR abRcdR【例【例1-2】 试求图所示混联电路的等效电阻试求图所示混联电路的等效电阻 和和 10512263632122636321ab）（）（R 78. 11

12、222636312226363cd）（）（）（）（RROY- ROCBADCADBbcRaRcRbabCRaRcRba)/()/()/(bcabcacabaabbccbbacaabbaRRRRRRRRRRRRRRR CbCRaRcRbabaccbbacaaaccbbabccccbbaabRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRa cabcabbccaccabcababbcbcabcabcaabaRRRRRRRRRRRRRRRRRR Y Y a等效变换等效变换bcRaRcRbbcRaRcRba例例1：12由图：由图：R12=2.68 12CD12 284484cabcabcaaba RR

13、RRRR 184444b R 284448c R 52) 1(5)24() 1(5)24( RA A 2 . 15121524151 I iNiL电感电感:( H、mH)电流通过电流通过N匝匝线圈产生线圈产生(磁链磁链)N 电流通过电流通过一匝一匝线圈产生线圈产生(磁通磁通)ui +-tiLteLdddd (1) 自感电动势的参考方向自感电动势的参考方向iu+-eL+-L自感电动势瞬时极性的判别：自感电动势瞬时极性的判别：tiLeLdd 0 tiLeLdd i 0 tidd221LiW tiLeuLdd 根据基尔霍夫定律可得：根据基尔霍夫定律可得：将上式两边同乘上将上式两边同乘上 i ，并积分

14、，则得：，并积分，则得：20021ddLiiLituiti即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中，当电即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中，当电流增大时，磁场能增大，电感元件从电源取用电流增大时，磁场能增大，电感元件从电源取用电能；当电流减小时，磁场能减小，电感元件向电能；当电流减小时，磁场能减小，电感元件向电源放还能量。源放还能量。电容：电容：uqC )(FuiC+_电容器的电容与极板的尺寸及其间介质的电容器的电容与极板的尺寸及其间介质的介电常数等关。介电常数等关。(F)dSCS 极板面积（极板面积（m2）d 板间距离（板间距离（m）介电常数介电常数（F/m）tuCidd 当电压当电压u变化时

15、，在电路中产生电流变化时，在电路中产生电流:电容元件储能电容元件储能221CuW 将上式两边同乘上将上式两边同乘上 u，并积分，则得：，并积分，则得：20021ddCuuCutuitu即电容将电能转换为电场能储存在电容中，当电压即电容将电能转换为电场能储存在电容中，当电压增大时，电场能增大，电容元件从电源取用电能；增大时，电场能增大，电容元件从电源取用电能；当电压减小时，电场能减小，电容元件向电源放还当电压减小时，电场能减小，电容元件向电源放还能量。能量。根据：根据：tuCidd OSREI 电压源电压源0SRUII 电流源电流源设设 IS = 10 A，接上，接上RL 后，恒流源对外输出电流

16、。后，恒流源对外输出电流。RL IUISOIISU+_【例【例1-3】 电路如图所示，已知电路如图所示，已知 、 S1IS2I和和 均为正值，且均为正值，且 ，试判断图中那个元件是，试判断图中那个元件是电源？那个元件是负载？电源？那个元件是负载？SUS1S2II 0S1SS1 IUP0S1S2SS ）（IIUP0S2SS2 IUP ； ； 【解【解】由由PS1和和PS都大于零，则电压与电流的实际方向都大于零，则电压与电流的实际方向相同，元件吸收功率，相同，元件吸收功率，IS1和和US是负载是负载。 由由PS2小于零，则电压与电流实际方向相反，元小于零，则电压与电流实际方向相反，元件发出功率，件

17、发出功率，IS2是电源是电源 。0SREI 注意事项：注意事项：解解:+abU2 5V(a)+ +abU5V(c)+ a+-2V5VU+-b2 (c)+ (b)aU 5A2 3 b+ (a)a+5V3 2 U+ a5AbU3 (b)+ A1A22228 I例例1-5： 解：解：2 +-+-6V4VI2A 3 4 6 1 2A3 6 2AI4 2 1 1AI4 2 1 1A2 4AA2A3122 II4 2 1 1A2 4A1 I4 2 1A2 8V+-I4 1 1A4 2AI2 1 3AA10A110111 RUIA6A22102S1 IIIaIRISbI1R1(c)IR1IR1RISR3+_

18、IU1+_UISUR2+_U1ab(a)aIR1RIS+_U1b(b)(2)由图由图(a)可得：可得：A4A4A2S1R IIIA2A51031R3 RUI理想电压源中的电流理想电压源中的电流A6A)4(A2R1R3U1 III理想电流源两端的电压理想电流源两端的电压V10V22V61S2S2IS IRRIIRUUaIRISbI1R1(c)aIR1RIS+_U1b(b)各个电阻所消耗的功率分别是：各个电阻所消耗的功率分别是：W36=61=22RIPRW16=41=22111）（RRIRPW8=22=22S22IRPRW20=25=22333RRIRP两者平衡：两者平衡：(60+20)W=(36

19、+16+8+20)W80W=80W(3)由计算可知，本例中理想电压源与理想电流源由计算可知，本例中理想电压源与理想电流源 都是电源，发出的功率分别是：都是电源，发出的功率分别是：W60=610=111UUIUPW20=210=SSSIUPII1.3 电路的工作状态电路的工作状态 开关闭合开关闭合,接通接通电源与负载电源与负载RREI 0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 。或或 U = E IR0电源的外特性电源的外特性EUI0 开关闭合开关闭合,接通接通电源与负载。电源与负载。R

20、REI 0U = IR 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： I IN ，P IN ，P PN 额定工作状态：额定工作状态： I = IN

21、 ，P = PN 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 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 = 01. 开路处的电流等于零；开路处的电流等于零； I = 02. 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

22、 EU0 电源外部端子被短接电源外部端子被短接 特征特征:0SREII U = 0 PE = P = IR0P = 01.1. 短路处的电压等于零；短路处的电压等于零； U = 02. 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。I+U有有源源电电路路IR0R EU0 【例【例1-5】 电路如图所示，有一直流电源，其额定功率电路如图所示，有一直流电源，其额定功率PN=100W，额定电压，额定电压 UN=50V，内阻，内阻 R0 =0.4 ，负载，负载电阻可以调节。试求：电阻可以调节。试求：(1) 额定工作状态下的电流及负额定工作状态下的电流及负载电阻；载电阻；(2) 开

23、路状态下的电源端电压；开路状态下的电源端电压；(3) 电源短路状电源短路状态下的电流。态下的电流。 【解【解】 (1) 额定电流额定电流 2AA50100NNN UPI 负载电阻负载电阻 25250NNIUR(2) 开路状态下的电源端电压开路状态下的电源端电压V60V4 . 025500NN ）（RIUEU(3) 电源短路状态下的电流电源短路状态下的电流A150A4 . 0600S REI支路：支路：电路中的每一个分支。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。一条支路流过一个电流，称为支路电流。三条或三条以上支路的联接点。三条或三条以上支路的联接点。由支路组成的闭合路径由支路

24、组成的闭合路径。内部不含支路的回路。内部不含支路的回路。I1I2I3ba E2R2 R3R1E11 12 23 3 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。点的电流。 实质实质: 或或: = 0I1I2I3ba E2R2 R3R1E1对结点对结点 a： I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 0I =?例例:广义结点广义结点I = 0IA + IB + IC = 0ABCIAIBIC2 +_+_I5 1 1 5 6V12V【例【例1-6】 电路如图所示，已知电路如图所示，已知I1=8A，I2=16A，I5=20A，试求电路中的电流，试求

25、电路中的电流 I3、I4和和I6。 【解】【解】 根据基尔霍夫电流定律（根据基尔霍夫电流定律（KCL）得）得对对a结点结点 321III A24A1683 ）（I对闭合曲面对闭合曲面abcd 561III A12A820156 ）（III对对c结点结点 642III A41612264 ）（III即：即： U = 0 在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行在任一瞬间，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。一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。对回路对回路1：对回路对回路2： E1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+I3 R3=E2或或 I

26、1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 I1I2I3ba E2R2 R3R1E11 12 21列方程前列方程前标注标注回路循行方向；回路循行方向； 电位升电位升 = 电位降电位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 02应用应用 U = 0项前符号的确定：项前符号的确定： 3. 开口电压可按回路处理开口电压可按回路处理 注意：注意：1 1对回路对回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_【例【例1-7】 电路如图所示，已知：电路如图所示，已知：R1=R2=6 ，R3=8 ，US1=30V，US2=20V 。求电

27、路中电流。求电路中电流I 和和A、B两点的电压两点的电压 UAB。【解【解】 由基尔霍夫电压由基尔霍夫电压定律（定律（KVL）对回路）对回路列方程列方程0)(321S2S1 IRRRUUA5 . 0A8662030321S2S1 RRRUUI对回路对回路列方程列方程02S2AB IRUUV235 . 06202S2AB ）（IRUU 对网孔对网孔abda：对网孔对网孔acba：对网孔对网孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0对回路对回路 adbca，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行： I1

28、R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0应用应用 U = 0列方程列方程对回路对回路 cadc，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行： I2 R2 I1 R1 + E = 0adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I2. 举例举例 求图示电路中求图示电路中各点的电位各点的电位: :Va、Vb、Vc、Vd 。解：解：设设 a为参考点，为参考点， 即即Va=0V设设 b为参考点，即为参考点，即Vb=0Vbac20 4A6 10AE290V E1140V5 6A dbca20 4A6 10AE290V E1140V5 6A d+90V20 5 +140V6 cd图示电路，计算开关图示电路，计算开关S S 断开和闭合时断开和闭合时A点点 的电位的电位VA解解: (1)当开关当开关S S断开时断开时(2) 当开关闭合时当开关闭合时, ,电路电路 如图（如图（b）电流电流 I2 = 0，电位电位 VA = 0V 。电流电流 I1 = I2 = 0，电位电位 VA = 6V 。电流在闭合电流在闭合路径中流通路径中流通2K A+I I1 12k I I2 26V(b)2k +6VA2k SI I2 2I I1 1(a)A+12V12VBRPR1R212V 12V BARPR2R1I