《电工基础》介绍课件学习培训模板课件.ppt
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1、 电工基础电工基础 第第1章章 电路的基本概念与电路的基本概念与 基本定律基本定律11 电路和电路模型电路和电路模型1.2 电路的基本物理量及相互关系电路的基本物理量及相互关系1 13 3 电阻、电容、电感元件及其特性电阻、电容、电感元件及其特性1.4 电路中的独立电源电路中的独立电源1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律16 电阻、电感、电容元件的识别与应用电阻、电感、电容元件的识别与应用 授课日期 班次 授课时数 2课题:第一章电路的基本概念与基本定律 1.1电路和电路模型 1.2电路的基本物理量及相互关系 教学目的:了解电路的组成及电路模型;掌握电路中的基本物理量及其计算;特别要掌握电压、电流
2、参考方向的选择。重点:电路中的基本物理量及其计算;电压、电流参考方向的选择。难点:与重点相同教具:多媒体作业:P36:1.1 照明配电线路安装的综合设计实训,要求学期结束前完成自用参考书:电路丘关源 著教学过程:由日常生活、国防科技、工矿企业情况,引入本课程。第一章电路的基本概念与基本定律 1.1电路和电路模型 由案例1.1引出电路和电路模型 1.1.1 电路 电路组成 1.1.2 电路模型1.电路模型;2.电路元件 1.2电路的基本物理量及相互关系 1.电流的基本概念及参考方向的选择 2.电压的基本概念及参考方向的选择 3.电功率与电能通过典型例题进行分析课后小计:11 电路和电路模型电路和
3、电路模型案例案例1 手电筒电路是大家所熟悉的一种用来照明的最简单的用电器具,如图1.1所示。它由四部分组成:(1)干电池,它将化学能转换为电能;(2)小电珠,它将电能转换为光能;(3)开关,通过它的闭合与断开,能够控制小电珠的发光情况;(4)金属容器、卷线连接器,它相当于传输电能的金属导线,提供了手电筒中其它元件之间的连接。1 11 11 1电路电路电路电路是由若干电气设备或元器件按一定方式用导线联接而成的电流通路。通常由电源、负载及中间环节等三部分组成。电源电源是将其它形式的能量转换为电能的装置,如发电机、干电池、蓄电池等。负载负载是取用电能的装置,通常也称为用电器,如白炽灯、电炉、电视机、
4、电动机等。中间环节中间环节是传输、控制电能的装置,如连接导线、变压器、开关、保护电器等。实际电路的结构形式多种多样,但就其功能而言,可以划分为电力电路(强电电路)电力电路(强电电路)、电子电路(弱电电路)电子电路(弱电电路)两大类。电力电路电力电路主要是实现电能的传输和转换。电子电路电子电路主要是实现信号的传递和处理。112电路模型电路模型1电路模型电路模型由电路元件构成的电路,称为电路模型电路模型。电路元件一般用理想电路元件代替,并用国标规定的图形符号及文字符号表示。2电路元件电路元件为了便于对电路进行分析和计算,将实际元器件近似化、理想化,使每一种元器件只集中表现一种主要的电或磁的性能,这
5、种理想化元器件就是实际元器件的模型。理想化元器件简称电路元件电路元件。实际元器件可用一种或几种电路元件的组合来近似地表示。112电路模型电路模型1.2 电路的基本物理量及相互关系电路的基本物理量及相互关系1 电流电流(1)电流的大小 电荷的有规则的定向运动就形成了电流。长期以来,人们习惯规定以正电荷运动的方向作为电流的实际方向。电流的大小用电流强度(简称电流)来表示。电流强度在数值上等于单位时间内通过导线某一截面的电荷量,用符号i表示。则:式中dQ为时间dt内通过导线某一截面的电荷量。tQidd大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流,简称直流电流,采用大写字母I表示,则1.2 电路的基本物
6、理量及相互关系电路的基本物理量及相互关系tQI 电流的单位是安培(简称安),用符号A表示。(2)电流的实际方向与参考方向 电流不但有大小,而且还有方向。在简单电路中,如图13所示,可以直接判断电流的方向。即在电源内部电流由负极流向正极,而在电源外部电流则由正极流向负极,以形成一闭合回路。1.2 电路的基本物理量及相互关系电路的基本物理量及相互关系为了分析、计算的需要,引入了电流的参考方向。在电路分析中,任意选定一个方向作为电流的方向,这个方向就称为电流的参考方向,有时又称为电流的正方向。当电流的参考方向与实际方向相同时,电流为正值。反之,若电流的参考方向与实际方向相反,则电流为负值。这样,电流
7、的值就有正有负,它是一个代数量,其正负可以反映电流的实际方向与参考方向的关系。电流的参考方向一般用实线箭头表示,如图15(a)表示;也可以用双下标表示,如图15(b),其中,Iab表示电流的参考方向是由a点指向b点。2、电压电压(1)电压的大小)电压的大小电路中a、b两点间电压,在数值上等于将单位正电荷从电路中a点移到电路中b点时电场力所作的功,用uab表示,则:1.2 电路的基本物理量及相互关系电路的基本物理量及相互关系QWuddabab并规定:电压的方向为电场力作功使正电荷移动的方向。大小和方向都不随时间变化的电压称为恒定电压,简称直流电压,采用大写字母U表示,如a、b两点间的直流电压为:
8、QWUabab电压的单位为伏特(V),常用的单位为千伏(KV)、毫伏(mV)、微伏(V)。(2)电压的实际方向与参考方向)电压的实际方向与参考方向1.2 电路的基本物理量及相互关系电路的基本物理量及相互关系分析、计算电路时,也要预先设定电压的参考方向。当电压的参考方向与实际方向相同时,电压为正值,当电压的参考方向与实际方向相反时,电压为负值。电压的参考方向既可以用正(+)、负(-)极性表示,如图16(a),正极性指向负极性的方向就是电压的参考方向;也可以用双下标表示,如图16(b),其中,uab表示a、b两点间的电压参考方向由a指向b。(3 3)关联参考方向与非关联参考方向)关联参考方向与非关
9、联参考方向如果电流的参考方向与电压的参考方向一致,则称之为关联参考方向关联参考方向;如果电流的参考方向与电压的参考方向不一致,则称之为非关联参考方向非关联参考方向。1.2 电路的基本物理量及相互关系电路的基本物理量及相互关系3电功率与电能电功率与电能单位时间内电场力所作的功称为电功率电功率,简称为功率功率。UItQUP用上式计算电路吸收的功率时,若电压、电流的参考方向关联,则等式的右边取正号;否则取负号。当P0,表明元件吸收功率;当P0,表明该元件释放功率。电能电能就等于电场力所作的功,单位是焦耳(J)。Pt 例例11 图19中,用方框代表某一电路元件,其电压、电流如图中所示,求图中各元件吸收
10、的功率,并说明该元件实际上是吸收还是发出率?1.2 电路的基本物理量及相互关系电路的基本物理量及相互关系解:(1)电压、电流的参考方向关联,元件吸收的功率 P=UI=53=15W0 元件实际上是吸收功率。(2)电压、电流的参考方向非关联,元件吸收的功率 P=-UI=-53=-15W0 元件实际上是发出功率。(3)电压、电流的参考方向关联,元件吸收的功率 P=UI=(-5)3=-15W0 元件实际上是发出功率。(4)电压、电流的参考方向非关联,元件吸收的功率 P=-UI=-(-5)3=15W0 元件实际上是吸收功率。1.2 电路的基本物理量及相互关系电路的基本物理量及相互关系 授课日期 班次 授
11、课时数 2课题:1.3电阻、电容、电感元件及其特性 教学目的:掌握电阻、电容、电感元件的特性;重点:电阻、电容、电感元件的特性;难点:与重点相同教具:多媒体作业:P37:1.5;自用参考书:电路丘关源 著 教学过程:一、复习提问 参考方向与实际方向的关系 由案例1.2引入本次课的1.3内容 1.3电阻、电容、电感元件及其特性 1.3.1电阻元件与欧姆定律 1.电阻元件的图形及文字符号 2.电阻元件的特性 3.欧姆定律 4.例题分析 1.3.2电容元件 1.电容元件的图形及文字符号 2.电容元件的特性 1.3.3电感元件 1.电感元件的图形及文字符号 2.电感元件的特性 课后小计:1 13 3
12、电阻、电容、电感元件及其特性电阻、电容、电感元件及其特性二端元件:分为无源元件和有源元件。1 13 31 1 电阻元件及欧姆定律电阻元件及欧姆定律1 1电阻元件的图形、文字符号电阻元件的图形、文字符号电阻器通常就叫电阻,在电路图中用字母“R”或“r”表示。电阻器的SI(国际单位制)单位是欧姆,简称欧,通常用符号“”表示。电阻元件是从实际电阻器抽象出来的理想化模型,是代表电路中消耗电能这一物理现象的理想二端元件。电阻元件的倒数称为电导,用字母G表示,即RG1电导的SI单位为西门子,简称西,通常用符号“S”表示。案例案例1 单相异步电动机属于感性负载,它常用于功率不大的电动工具(如电钻、搅拌器等)
13、和众多的家用电器(如洗衣机、电风扇、抽油烟机等),图1.是吊扇的电气原理图。其中,LA、LB分别是单相异步电动机(M)的工作绕组、起动绕组;电容C是起动电容,它与起动绕组LB串联;S是开关;电感L是调速电抗器。2 2电阻元件的特性电阻元件的特性1 13 31 1 电阻元件及欧姆定律电阻元件及欧姆定律电阻元件的伏安特性,可以用电流为横坐标,电压为纵坐标的直角坐标平面上的曲线来表示,称为电阻元件的伏安特性曲线。在工程上,还有许多电阻元件,其伏安特曲线是一条过原点的曲线,这样的电阻元件称为非线性电阻元件。如图11所示曲线是二极管的伏安特性,所以二极管是一个非线性电阻元件。1 13 31 1 电阻元件
14、及欧姆定律电阻元件及欧姆定律3.3.欧姆定律欧姆定律在电阻电路中,当电压与电流为关联参考方向时,欧姆定律可用下式表示:当选定电压与电流为非关联方向时,则欧姆定律可用下式表示:RUI RUI无论电压、电流为关联参考方向还是非关联参考方向,电阻元件功率为:1 13 31 1 电阻元件及欧姆定律电阻元件及欧姆定律RURIP2R2R上式表明,电阻元件吸收的功率恒为正值,而与电压、电流的参考方向无关。因此,电阻元件又称为耗能元件。耗能元件。1.1.电容元件的图形、文字符号电容元件的图形、文字符号 电容器又名储电器,在电路图中用字母“C”表示,电路图中常用电容器的符号如图116所示。1 13 32 2 电
15、容元件电容元件1 13 32 2 电容元件电容元件电容器的SI单位是法拉,简称法,通常用符号“F”表示。2 2电容元件的特性电容元件的特性当电压、电流为关联参考方向时,线性电容元件的特性方程为:dtduCi 若电压、电流为非关联参考方向,则电容元件的特性方程为:dtduCiC的单位为法拉,简称法(F)。电容元件有隔直通交的作用。1 13 32 2 电容元件电容元件在u、i关联参考方向下,线性电容元件吸收的功率为:dtduCuuip在t时刻,电容元件储存的电场能量为:)()(tCutWC221 在选用电容器时,除了选择合适的电容量外,还需注意实际工作电压与电容器的额定电压是否相等。如果实际工作电
16、压过高,介质就会被击穿,电容器就会损坏。电容元件是一种储能元件。1 13 33 3 电感元件电感元件1.1.电感元件的图形、文字符号电感元件的图形、文字符号电感线圈简称线圈,在电路图中用字母“L”表示,电路图中常用线圈的符号如图118所示。在一个线圈中,通过一定数量的变化电流,线圈产生感应电动势大小的能力就称为线圈的电感量,简称电感电感。电感常用字母“L”表示。电感的SI单位是亨利,简称亨,通常用符号“H”表示。2 2电感元件的特性电感元件的特性当电压、电流为关联参考方向时,线性电感元件的特性方程为:1 13 33 3 电感元件电感元件dtdiLu 若电压、电流为非关联参考方向,则电感元件的特
17、性方程为:dtdiLuL的单位为亨利,简称亨(H)。在u、i关联参考方向下,线性电感元件吸收的功率为:dtdiiLuip在t时刻,电感元件储存的磁场能量为:)()(tiLtW2L21 授课日期 班次 授课时数 2课题:1.4 电路中的独立电源 教学目的:掌握独立电源的特性及其电源的等效变换 重点:独立电源的特性及其等效变换 难点:与重点相同教具:多媒体作业:P38:1.15 自用参考书:电路丘关源 著 教学过程:一、复习提问 1.电阻元件特性及欧姆定律 2.电感元件和电容元件特性及伏安关系 二、新授:由案例1.3引入本次课内容 1.4电路中的独立电源 1.4.1电压源 1.理想电压源 2.实际
18、电压源 3.例题分析 1.4.1电流源 1.理想电流源 2.实际电流源 3.例题分析 1.4.3 电源的等效变换通过典型例题进行理解 课后小计:1.4 电路中的独立电源电路中的独立电源案例案例.蓄电池是一种常见的电源,它多用于汽车、电力机车、应急灯等,图1.20是汽车照明灯的电气原理图。其中,RA、RB是一对汽车照明灯;S是开关;US是12V的蓄电池。凡是向电路提供能量或信号的设备称为电源电源。电源有两种类型,其一为电压源电压源,其二为电流源电流源。电压源的电压不随其外电路而变化,电流源的电流不随其外电路而变化,因此,电压源和电流源总称为独立电源,简称独立源独立源。1.4.1 电压源电压源1理
19、想电压源理想电压源理想电压源简称为电压源,是一个二端元件,它有两个基本特点:(1)无论它的外电路如何变化,它两端的输出电压为恒定值US,或为一定时间的函数us(t)。(2)通过电压源的电流虽是任意的,但仅由它本身是不能决定的,还取决于外电路。电压源在电路图中的符号如图121所示。直流电压源的伏安特性如图122所示。2实际电压源实际电压源实际的直流电压源可用数值等于US的理想电压源和一个内阻Ri相串联的模型来表示,如图123(a)所示。1.4.1 电压源电压源实际直流电压源的端电压为:U=US-UR=US-IRi 例例14 图124所示电路,直流电压源的电压US=10V。求:1.4.1 电压源电
20、压源(1)R=时的电压U,电流I;(2)R=10时的电压U,电流I;(3)R0时的电压U,电流I。解:(1)R=时即外电路开路,US为理想电压源,故 U=US=10V则 0SRURUI(2)R=10时 ,U=US=10V则 A1A1010SRURUI(3)R0时,U=US=10V 则 1.4.1 电压源电压源RURUIS1.4.2 电流源电流源1 1理想电流源理想电流源理想电流源简称为电流源,是一个二端元件,它有两个基本特点:(1)无论它的外电路如何变化,它的输出电流为恒定值IS,或为一定时间的函数iS(t)。(2)电流源两端的电压虽是任意的,但仅由它本身是不能决定的,还取决于外电路。电流源在
21、电路图中的符号如图125所示。直流电流源的伏安特性如图126所示。1.4.2 电流源电流源2实际电流源实际电流源 实际直流电流源的输出电流为:URIIiS1实际的直流电流源可用数值等于IS的理想电流源和一个内阻Ri相并联的模型来表示,如图127(a)所示。1.4.2 电流源电流源 实际直流电流源的伏安特性,如图127(b)所示。例例15图128所示电路,直流电流源的电流IS=1A。求:(1)R 时的电流I,电压U;(2)R=10时的电流I,电压U;(3)R=0时的电流I,电压U。1.4.2 电流源电流源解:(1)R时即外电路开路,IS为理想电流源,故 I=IS=1A 则 IRU(2)R=10时
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