电工技术-第1章xiu课件.ppt
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1、第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院1第第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 电路中的基本物理量及电流和电电路中的基本物理量及电流和电 压的参考方向压的参考方向1.3 理想电路元件理想电路元件1.4 电路的状态及电气设备的额定值电路的状态及电气设备的额定值1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.6 电位的概念及其计算电位的概念及其计算*1.7 受控源受控源第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院2 1.了解电路的作用及其主要组成部分的功能。了解电路的作用及其主要组成部分的功能。2.熟练掌握电流和电压参考方向的概念,了解熟练掌握电流和电压参考方向的概念,了解电路的三种状态
2、,理解额定值的意义。电路的三种状态,理解额定值的意义。3.掌握理想电压源和理想电流源的特点。掌握理想电压源和理想电流源的特点。4.熟练掌握欧姆定律和基尔霍夫定律,可求解熟练掌握欧姆定律和基尔霍夫定律,可求解简单电路。简单电路。【本章教学目标与要求本章教学目标与要求】第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院3 电流流过的通路称为电路。电流流过的通路称为电路。电路可以分为三部分:供给电能的电源、电路可以分为三部分:供给电能的电源、取用电能的负载和中间环节。取用电能的负载和中间环节。第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院4 电路的作用:电路的作用:实现电能的传输和转换实现电能的传输和转换将非电量转化为
3、电信号,对电信号进行传递和将非电量转化为电信号,对电信号进行传递和处理。处理。第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院5实现电能的传输和转换实现电能的传输和转换n图图1.1是一个手电筒电路,干电池将化学能转化为是一个手电筒电路,干电池将化学能转化为电能,通过导线传输到灯泡,电热效应使灯丝加电能,通过导线传输到灯泡,电热效应使灯丝加热,然后发光,电能转化为热能和光能。热,然后发光,电能转化为热能和光能。图图1.1 手电筒电路手电筒电路S 干电池干电池灯泡灯泡返回第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院6将非电量转化为电信号,对电信号进行传递和处将非电量转化为电信号,对电信号进行传递和处理理 图图1.
4、2 话筒示意图话筒示意图声波声波磁铁磁铁线圈线圈金属膜片金属膜片声波声波线圈振动线圈振动感应电流感应电流在磁场中在磁场中声音信号到电信号声音信号到电信号第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院7图图1.3 热电偶测温电路热电偶测温电路 mVABCDA端和端和C端温升端温升电子迁移电子迁移电流电流B端与端与D端产生电压差端产生电压差毫伏表毫伏表指示温度指示温度第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院81.2 电路中的基本物理量及电流和电电路中的基本物理量及电流和电 压的参考方向压的参考方向1.2.1 电流电流参考方向参考方向:电荷做有规则的定向运动形成了电流。电荷做有规则的定向运动形成了电流。在计算
5、和分析电路时,常任意选定一个方向作在计算和分析电路时,常任意选定一个方向作为电流的参考方向。为电流的参考方向。tqidd习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流的实际方向。习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流的实际方向。第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院9在没有规定参考方向的情况下,电流的正负没有意义。在没有规定参考方向的情况下,电流的正负没有意义。【特别提示特别提示】第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院10n【例例1-1】图图1.5中所示的电阻中所示的电阻 、和和 中,中,电流电流 、的参考方向如图所示。如的参考方向如图所示。如果果 ,试请判断三个电流,试请判断三个电流的大小和实际方向?的
6、大小和实际方向?1R2R3R1I2I3IA4I1A3I2A1I3dI2图图1.5 1.5 例例1-11-1cbaR3R2R1I3I1【解解】表示电阻中有表示电阻中有4A的电流通过,电流的电流通过,电流的实际方向由的实际方向由a端流向端流向b端,即电流的实际方端,即电流的实际方向与参考方向相同。向与参考方向相同。4A1I第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院11n 表示电阻中有表示电阻中有3A的电流通过,电流数值为的电流通过,电流数值为负,表明该段电路中电流的实际方向与箭头所标负,表明该段电路中电流的实际方向与箭头所标示的参考方向相反,即电流的实际方向由示的参考方向相反,即电流的实际方向由b端流
7、端流向向c端。端。n 表示电阻中有表示电阻中有1 A的电流通过,电流的实际的电流通过,电流的实际方向由方向由b端流向端流向d端。端。3A2I1A3I第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院121.2.2 电压电压电场力把单位正电荷从电场力把单位正电荷从a点移到点移到b点所做的功点所做的功在数值上就是在数值上就是a点到点到b点的电压。点的电压。qwuabab 电压实际方向的规定:在电场力的作用下,正电压实际方向的规定:在电场力的作用下,正电荷移动的方向是电压实际方向。或者说电压的电荷移动的方向是电压实际方向。或者说电压的实际方向是从高电位(正极)指向低电位(负实际方向是从高电位(正极)指向低电位(
8、负极)。极)。第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院13参考方向参考方向:任选一点的极性为正,另一点的极性为负,作为任选一点的极性为正,另一点的极性为负,作为电压的参考极性,从正极指向负极的方向为电压的参电压的参考极性,从正极指向负极的方向为电压的参考方向。考方向。第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院14n1.2.3 关联参考方向关联参考方向 如果指定流过元件的电流的参考方向是从标如果指定流过元件的电流的参考方向是从标以电压正极性的一端指向负极性的一端,即两以电压正极性的一端指向负极性的一端,即两者的参考方向一致,则把电流和电压的这种参者的参考方向一致,则把电流和电压的这种参考方向称为关联参
9、考方向考方向称为关联参考方向。II图图1.7 关联参考方向关联参考方向电电源源负负载载UU第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院15【特别提示特别提示】在计算和分析电路时,一般将电源的电流和电压在计算和分析电路时,一般将电源的电流和电压的参考方向取为非关联参考方向,负载的电流和的参考方向取为非关联参考方向,负载的电流和电压的参考方向取为关联参考方向。电压的参考方向取为关联参考方向。第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院16n1.2.4 电功率和电能电功率和电能电功率定义为单位时间内所完成的功。电功率定义为单位时间内所完成的功。uip 在时间间隔在时间间隔 到到 内内,传递到某元件的,传递到某元
10、件的电能为电能为0tttt00ptwtwd)()(第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院17n关联参考方向下,如果电功率关联参考方向下,如果电功率P0,则元件为吸,则元件为吸收功率;如果收功率;如果P80V,电阻器不,电阻器不能长期工作,会烧坏。能长期工作,会烧坏。n如果接到如果接到40V的电源上,因为电阻消耗的功率与的电源上,因为电阻消耗的功率与电阻电压的平方成正比,则电阻消耗的功率为电阻电压的平方成正比,则电阻消耗的功率为16W64804022NNPUUP22第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院25【例例1-4】求例求例1-1中的电压中的电压 ,其中其中 ,。bdUcbU 22R 33R
11、【解解】根据欧姆定律得根据欧姆定律得 3V1)V(3bd33IRU 电压的数值为正,表明电压的实际方向与假定的电压的数值为正,表明电压的实际方向与假定的参考方向一致,即参考方向一致,即b点电位高于点电位高于d点电位。点电位。6V3)V(2cb22IRU 电压的数值为负,表明电压的实际方向与假定的电压的数值为负,表明电压的实际方向与假定的参考方向相反,即参考方向相反,即b点电位高于点电位高于c点电位,或者说电压点电位,或者说电压的实际方向由的实际方向由b点指向点指向c点。点。dI2图图1.2.2 例例1-2-1的图的图cbaR3R2R1I3I1第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院261.理想电
12、压源理想电压源 理想电压源的定义:如果一个二端元件接到任理想电压源的定义:如果一个二端元件接到任一电路后,其两端的电压总能保持规定的值一电路后,其两端的电压总能保持规定的值us,而,而与通过它的电流大小无关,称此二端元件为理想与通过它的电流大小无关,称此二端元件为理想电压源。电压源。不随时间变化的直流电压源称为恒压源,用不随时间变化的直流电压源称为恒压源,用Us表示。表示。1.3.2 理想有源元件理想有源元件第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院27n恒压源的外特性是一条与电流轴平行的直线,恒压源的外特性是一条与电流轴平行的直线,如图如图1.9所示。所示。n实际的电压源本身有内电阻,要消耗功率
13、,其实际的电压源本身有内电阻,要消耗功率,其两端的电压不能保持规定的值两端的电压不能保持规定的值。n实际的电压源可以看成是理想电压源与一个电实际的电压源可以看成是理想电压源与一个电阻的串联。阻的串联。u 图图1.9 恒压源的伏安特性曲线恒压源的伏安特性曲线US 0i第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院 当当 时,时,。否则电压源内电阻的。否则电压源内电阻的影响不能忽略。影响不能忽略。28 如图如图1.10所示,电阻所示,电阻R两端的电压就是电压源两端的电压就是电压源的输出电压的输出电压U(即电源端电压),电阻(即电源端电压),电阻R与电源内与电源内电阻电阻R0串联。串联。SURRRU0图图1
14、.10 实际电源电路实际电源电路IUSR0RU0RR sUU 0IRUUS02RIIUUIS电源内部电源内部消耗的功消耗的功率。率。电源产生的电源产生的功率功率电源输出的功率电源输出的功率第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院292.理想电流源理想电流源 理想电流源的定义:如果一个二端元件接理想电流源的定义:如果一个二端元件接到任一电路后,该元件能够对外电路提供规定到任一电路后,该元件能够对外电路提供规定的电流的电流 ,而与其两端的电压无关,该二端元,而与其两端的电压无关,该二端元件称为理想电流源。件称为理想电流源。Si 不随时间变化的直流电流源称为恒流源,用不随时间变化的直流电流源称为恒流源
15、,用 表示。表示。SI第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院30 恒流源的外特性为一条与电压轴平行的直线,恒流源的外特性为一条与电压轴平行的直线,如图如图1.3.4所示。所示。IS图图1.11 恒流源的伏安特性曲线恒流源的伏安特性曲线0iu图图1.12 实际电流源实际电流源ISR0RI 实际的电流源可以看成是理想电流源与一个电阻实际的电流源可以看成是理想电流源与一个电阻的并联,如图的并联,如图1.3.5所示所示。SIRRRI00当当 时,时,。否则电流源内电阻的影响不能否则电流源内电阻的影响不能忽略。忽略。0RR sII 第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院311.4 电路的状态及电气设备的
16、额定值电路的状态及电气设备的额定值n1.4.1 通路状态通路状态通路时,电源向负载提供电能,电源处于有载状态。通路时,电源向负载提供电能,电源处于有载状态。第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院32n 1.4.2 断路状态断路状态 如图如图1.13所示,当开关所示,当开关S打开时,电路中电流为零,打开时,电路中电流为零,称电路处于断路(或开路)状态称电路处于断路(或开路)状态。n特点:特点:0PUU0IS第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院33 当某一部分电路的两端用电阻可以忽略不计当某一部分电路的两端用电阻可以忽略不计的导线或开关连接起来,使得该部分电路中的电的导线或开关连接起来,使得该部
17、分电路中的电流全部被导线或开关所旁路,这一部分电路所处流全部被导线或开关所旁路,这一部分电路所处的状态称为短路或短接。的状态称为短路或短接。b aR1图图1.14 短路短路ER0I R2S1.4.3 短路状态短路状态第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院34n如图如图1.14所示,当开关所示,当开关S闭合的时候,电阻被短路,闭合的时候,电阻被短路,电阻两端电压为零。电阻两端电压为零。na点和点和b点直接相连,这称为电源短路。点直接相连,这称为电源短路。n短路的特点为被短路的元件两端电压为零。短路的特点为被短路的元件两端电压为零。n产生短路的原因往往是由于绝缘损坏或接线不慎,产生短路的原因往往是
18、由于绝缘损坏或接线不慎,因此经常检查电气设备和线路的绝缘情况是一项因此经常检查电气设备和线路的绝缘情况是一项很重要的安全措施。此外,还可在电路中接入熔很重要的安全措施。此外,还可在电路中接入熔断器或自动断路器。断器或自动断路器。第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院35n1.4.4 电气设备的额定值电气设备的额定值 任何一个电气元件或设备,为了达到最任何一个电气元件或设备,为了达到最好的技术经济效能,制造厂对它的工作能力、好的技术经济效能,制造厂对它的工作能力、运用性能和使用条件都要用一组技术数据来运用性能和使用条件都要用一组技术数据来加以限制和规定,这些技术数据就称为额定加以限制和规定,这些
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