电工学教学讲解课件.ppt
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- 电工学 教学 讲解 课件
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1、电电 工工 学学 一九九九年七月1概 论2主要教学内容主要教学内容电电工工学学 电工技术电工技术电子技术电子技术直流电路、交流电路直流电路、交流电路暂态分析、三相电路暂态分析、三相电路变压器、电动机、工业控制变压器、电动机、工业控制 三极管、放大电路三极管、放大电路 运算放大电路运算放大电路 数字集成电路数字集成电路(上篇)(上篇)(下篇)(下篇)3电工技术电工技术 应用举例应用举例 (1)工工 业业 控控 制制 电机控制电机控制 机床控制机床控制 生产过程自动化控制生产过程自动化控制 楼宇电梯控制楼宇电梯控制.电工技术的应用电工技术的应用4电工技术电工技术 应用举例应用举例 (2)信信 号号
2、 检检 测测 压力、温度、水位、压力、温度、水位、流量等的测量与调节流量等的测量与调节 电子仪器电子仪器 医疗仪器医疗仪器.5家家 用用 电电 器器 电灯、电话电灯、电话 广播、电视广播、电视 冰箱、洗衣机冰箱、洗衣机 家庭影院家庭影院.电工技术电工技术 应用举例应用举例 (3)6智能建筑智能建筑电工技术电工技术 应用举例应用举例 (4)7中央空调及加湿器:美国中央空调及加湿器:美国 TEMPSTAR 中央吸尘:加拿大中央吸尘:加拿大 DUO VAC 中央热水炉:美国中央热水炉:美国 A.O.SMITH 小区安防、智能系统小区安防、智能系统 周界双层红外监测防闯入系统,保安电子巡周界双层红外监
3、测防闯入系统,保安电子巡更系统更系统 重要场所、主要路口重要场所、主要路口24小时摄象监视系统小时摄象监视系统 门卫与住户对讲系统门卫与住户对讲系统 车辆自动识别准入系统车辆自动识别准入系统 燃气泄露、烟感探头、紧急求助、非法入室燃气泄露、烟感探头、紧急求助、非法入室自动报警系统自动报警系统 彩屏可视对讲、公共信息发布、家电远程控彩屏可视对讲、公共信息发布、家电远程控制系统制系统 水、电、气三表水、电、气三表 IC 卡远程计量系统卡远程计量系统 所有房间留有电视、电话及数据接口、分户所有房间留有电视、电话及数据接口、分户电话交换机实现内部通话电话交换机实现内部通话 8楼楼 宇宇 电电 梯梯 的
4、的 控控 制制信信号号检检测测供供电电系系统统电机电机(执行机构执行机构)可编程序可编程序控制器控制器ProgrammableLogicController电机控制器电机控制器9汽车电子汽车电子汽汽 车车 电电 子子电源电源发动机控制发动机控制行驶装置行驶装置报警与安全装置报警与安全装置旅居性旅居性仪表仪表娱乐通讯娱乐通讯收音机、汽车电话、业余电台收音机、汽车电话、业余电台点火装置、燃油喷射控制、点火装置、燃油喷射控制、发动机电子控制发动机电子控制车速控制、间歇刮水、车速控制、间歇刮水、除雾装置、车门紧锁除雾装置、车门紧锁.安全带、车灯未关报警、安全带、车灯未关报警、速度报警、安全气囊速度报警
5、、安全气囊.空调控制、动力窗控制空调控制、动力窗控制里程表、数字式速度表、里程表、数字式速度表、出租车用仪表出租车用仪表.电工技术电工技术 应用举例应用举例 (5)10EV?Electric Vehicle1121世纪世纪 绿色绿色 环保汽车环保汽车EV安全、舒适、可靠安全、舒适、可靠无废气排放无废气排放(零零 排放排放)高效率高效率涡轮增压涡轮增压ABS自动巡航自动巡航GPS卫星定位卫星定位68 安全气囊安全气囊1213机机电电 机电一体化EV充电系统充电系统电池管理系统电池管理系统汽车照明、汽车照明、电动转向、空调、电动转向、空调、音响、雨刷、安全音响、雨刷、安全报警、电动门窗报警、电动门
6、窗.电电 子子机械机械驱动控制系统驱动控制系统电机驱动系统电机驱动系统14汽车电子汽车电子强电强电弱电弱电电机驱动电机驱动逆变电源逆变电源电力电子电力电子.电机与电器控制电机与电器控制信号处理(信号处理(DSP)计算机、单片机计算机、单片机.15 课程性质课程性质:技术基础课技术基础课课程对象课程对象:工科非电专业工科非电专业课程特点:课程特点:内容丰富,内容丰富,技术更新快,技术更新快,紧密联系实际,紧密联系实际,应用非常广泛。应用非常广泛。本课是非电专业一切电类后续课程(电子技术、本课是非电专业一切电类后续课程(电子技术、计算机原理、自动控制等)的基础。学时少、内容计算机原理、自动控制等)
7、的基础。学时少、内容多,不能轻视。否则,对以后的学习将会造成很大多,不能轻视。否则,对以后的学习将会造成很大影响。影响。16 主要教学环节主要教学环节习题习题独立完成作业独立完成作业 紧跟老师讲课思路,搞清基本概念,注意解紧跟老师讲课思路,搞清基本概念,注意解题方法和技巧。题方法和技巧。课堂教学课堂教学实验实验注意理论联系实际,掌握常用仪器、仪表的注意理论联系实际,掌握常用仪器、仪表的使用方法,验证与探索相结合。使用方法,验证与探索相结合。17学分:4.5 总学时:90面授:70电工技术电工技术30学时,电子技术学时,电子技术35学时学时实验学时:20 基础实验18学时(9个)综合性实验6学时
8、(1个)18本课程考核由期末书面考试、实验本课程考核由期末书面考试、实验(含实验报告含实验报告)、平时(考勤、测验等、平时(考勤、测验等)三部分组成。)三部分组成。其中,期末书面书面考试占总成绩的其中,期末书面书面考试占总成绩的70%70%,实验,实验(含实验报告含实验报告)占总成绩的占总成绩的20%20%,平时作业占总成绩的,平时作业占总成绩的10%10%。19教教 材材 及及 参参 考考 书书教材:教材:电电 工学工学 (少学时少学时)(第(第二二版)版)张南张南主编主编 高等教育出版社高等教育出版社电工技术与电子技术电工技术与电子技术(上册)(上册)王鸿明主编王鸿明主编 清华大学出版社清
9、华大学出版社 参考书:参考书:电工学电工学(第五版)秦增煌主编(第五版)秦增煌主编 20希望和要求希望和要求:教学形式教学形式:课堂上,多媒体授课;课堂上,多媒体授课;课后,复习预习课后,复习预习。意见要求及时反馈意见要求及时反馈新生事物大家支持新生事物大家支持教师严谨治学教师严谨治学学生积极配合学生积极配合师生共同创造佳绩师生共同创造佳绩建议希望踊跃发表建议希望踊跃发表21第一章电路分析基础22 11 电路的基本概念一一.电路的组成电路的组成 电路的基本组成部分是电源、负载和中间环节。电路的基本组成部分是电源、负载和中间环节。EIRU+_电源电源负载负载23电路元件的理想化电路元件的理想化
10、在一定条件下突出元件主要的电磁性质,在一定条件下突出元件主要的电磁性质,忽略其次要因素,把它近似地看作理想电路忽略其次要因素,把它近似地看作理想电路元件。元件。为什么电路元件要理想化为什么电路元件要理想化?便于对实际电路进行分析和用数学描述,便于对实际电路进行分析和用数学描述,将实际元件理想化(或称模型化将实际元件理想化(或称模型化)。)。二、电路元件和二、电路元件和电路模型电路模型24手电筒的电路模手电筒的电路模型型UI开关开关ER0R干电池干电池电珠电珠251.1.电源有载工作(通路)电源有载工作(通路)开关开关闭合闭合ER0+U-RIabdc通路通路开关开关断开断开开路开路cdcd短接短
11、接短路短路三、电路的工作状态三、电路的工作状态26 电压和电流电压和电流由由欧姆定律欧姆定律可列上图的电流可列上图的电流RREI0负载电阻两端电压负载电阻两端电压RIU IREU0UEOI电源的外特性曲线电源的外特性曲线当当R R0 0R R时时EU 由上两式得由上两式得272、开路、开路 开路就是将电路断开。开路就是将电路断开。开路时电路中没有电流,负载上也没有电压,开路时电路中没有电流,负载上也没有电压,开路时电源的端电压称为开路电压或空载电压,用开路时电源的端电压称为开路电压或空载电压,用UoUo表示表示,显然,显然,U U0 0E E。开路时,开关触点开路时,开关触点a a、b b之间
12、的电压之间的电压U UababU Uo oE E。ER0+U-RIabdc特征特征:I0 UU0E P0283、短路、短路可以看出,负载可以看出,负载R R上已没有电压所以负载电流上已没有电压所以负载电流 I IR R0 0 短路后电源回路的电流短路后电源回路的电流 电源的内阻电源的内阻RoRo往往很小,所以短路电流很大往往很小,所以短路电流很大,这会这会引起电源或导线绝组的损坏。引起电源或导线绝组的损坏。短路是一种电路事故。由于操作不当等原因,短路短路是一种电路事故。由于操作不当等原因,短路现象是难以避免的,所以要有保护措施。简单可行的方现象是难以避免的,所以要有保护措施。简单可行的方法是在
13、线路中装设熔断器,使熔断器内的熔丝法是在线路中装设熔断器,使熔断器内的熔丝(又称保险又称保险丝丝)与负载串联与负载串联(FU)(FU)。如果负载发生短路,熔丝会很快。如果负载发生短路,熔丝会很快烧断,使电源和供电线路得到保护。烧断,使电源和供电线路得到保护。0SREI IR0R EU0 29 U0 IISER0 PEPR0 I 2 P0短路的特征:短路的特征:30 电路的物理量 及其参考方向电池电池灯泡灯泡电流电流电压电压电动势电动势EIRU+_负载负载电源电源31电路中物理量的正方向电路中物理量的正方向物理量的物理量的正方向正方向:实际正方向实际正方向假设正方向假设正方向实际正方向实际正方向
14、:物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。假设正方向假设正方向(参考正方向):(参考正方向):在分析计算时,对电量人为规定的方向。在分析计算时,对电量人为规定的方向。32物理量的实际正方向物理量的实际正方向 物物理理量量单单位位实实际际正正方方向向电电流流 IA、kA、mA、A正正电电荷荷移移动动的的方方向向电电动动势势 E V、kV、mV、V电电源源驱驱动动正正电电荷荷的的方方向向 (低低电电位位 高高电电位位)电电压压 UV、kV、mV、V电电位位降降落落的的方方向向 (高高电电位位 低低电电位位)33物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法电池电池灯泡灯泡IRUabE+_ab
15、u_+正负号正负号abUab(高电位在前,高电位在前,低电位在后)低电位在后)双下标双下标箭箭 头头uab电压电压+-IR电流电流:从高电位:从高电位 指向低电位。指向低电位。34电路分析中的电路分析中的假设假设正方向正方向(参考方向)(参考方向)问题的提出问题的提出:在复杂电路中难于判断元件中物理量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?的实际方向,电路如何求解?电流方向电流方向AB?电流方向电流方向BA?E1ABRE2IR35(1)在解题前先设定一个正方向,作为参考方向;在解题前先设定一个正方向,作为参考方向;解决方法解决方法(3)根据计算结果确定实际方向:根据计算结果
16、确定实际方向:若计算结果为正,则实际方向与假设方向一致;若计算结果为正,则实际方向与假设方向一致;若计算结果为负,则实际方向与假设方向相反。若计算结果为负,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;系的代数表达式;36例例已知:已知:E=2V,R=1问:问:当当U分别为分别为 3V 和和 1V 时,时,IR=?E IRRURabU解:解:(1)假定电路中物理量的正方向如图所示;假定电路中物理量的正方向如图所示;(2)列电路方程:列电路方程:EUURREURUIRREUUR 37(3)数值计算数值计算A112
17、1 V1A112-3 3VRRIUIU(实际方向与假设方向一致)(实际方向与假设方向一致)(实际方向与假设方向相反)(实际方向与假设方向相反)REUIRE IRRURabU38(4)为了避免列方程时出错,为了避免列方程时出错,习惯上习惯上把把 I 与与 U 的方向的方向 按相同方向假设。按相同方向假设。(1)方程式方程式U/I=R 仅适用于假设正方向一致的情况。仅适用于假设正方向一致的情况。(2)“实际方向实际方向”是物理中规定的,而是物理中规定的,而“假设假设 正方向正方向”则则 是人们在进行电路分析计算时是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。任意假设的。(3)在以后的解题过程中,注意一定
18、要在以后的解题过程中,注意一定要先假定先假定“正方向正方向”(即在图中表明物理量的参考方向即在图中表明物理量的参考方向),然后再列方程然后再列方程 计算计算。缺少。缺少“参考方向参考方向”的物理量是无意义的的物理量是无意义的.提示提示39 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
19、40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RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A41四四.电功率和电能电功率和电能aIRUb功率的概念功率的概念:设电路任意两点间的电压为:设电路任意两点间的电压为 U,流入此流入此 部分电路的电流为部分电路的电流为 I,则这部分电路消耗的功率为则这部分电路消耗的功率为:WIUP功率有无正负?功率有无正负?如果如果U I方向不一方向不一致结果如何?致结果如何?42 在在 U、I 正正方向选择一
20、致的前提下,方向选择一致的前提下,IRUab或或IRUab“吸收功率吸收功率”(负载)(负载)“发出功率发出功率”(电源)(电源)若若 P=UI 0若若 P=UI 0IUab+-根据能量守衡关系根据能量守衡关系P(吸收)(吸收)=P(发出)(发出)43 IUP功率功率 设电路任意两点间的电压为设电路任意两点间的电压为 U U,流入此部分流入此部分电路的电流为电路的电流为 I I,则这部分电路消耗的功率为则这部分电路消耗的功率为:功率平衡:功率平衡:由由UER0I得得 UIEIR0I2PPE P电源输出电源输出的功率的功率电源内阻上电源内阻上损耗功率损耗功率电源产生电源产生的功率的功率W W为瓦
21、为瓦 特特 KWKW为千瓦为千瓦44 当当 计算的计算的 P 0 时时,则说明则说明 U、I 的实际的实际方向一致,此部分电路消耗电功率,方向一致,此部分电路消耗电功率,为为负载负载。所以,从所以,从 P 的的 +或或 -可以区分器件的性质,可以区分器件的性质,或是电源,或是负载。或是电源,或是负载。结结 论论在进行功率计算时,在进行功率计算时,如果假设如果假设 U U、I I 正方向一致正方向一致。当计算的当计算的 P 0 时时,则说明则说明 U、I 的实际方的实际方向相反,此部分电路发出电功率,向相反,此部分电路发出电功率,为电源为电源。45解解A273.022060UPI 806273.
22、0220IUR 一个月的用电量一个月的用电量 WPt60(W)30(h)5.4kWh来来计计算算和和或或可可用用PURIPR22 已知:已知:有一有一220V 60W的电灯,接在的电灯,接在220V的电源上的电源上,求通过电灯的求通过电灯的电流电流和电灯在和电灯在220V电压下工作时电压下工作时电阻电阻如每晚用如每晚用3 3小时,问一个月消耗小时,问一个月消耗电能电能多少?多少?例题例题 4612 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 用来描述电路中各部分电压或各部分电流用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系间的关系,其中包括克氏电流和克氏电压两个其中包括克氏电流和克氏电压两个定律。定律。名词注释:
23、名词注释:节点:节点:三个或三个以上支路的联结点三个或三个以上支路的联结点支路:支路:电路中每一个分支电路中每一个分支回路:回路:电路中任一闭合路径电路中任一闭合路径47支路:支路:ab、ad、.(共(共6条)条)回路:回路:abda、bcdb、.(共(共7 个)个)节点:节点:a、b、.(共共4个)个)例例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-48一、一、基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 对任何节点,在任一瞬间,流入节点的电流等于对任何节点,在任一瞬间,流入节点的电流等于由节点流出的电流。或者说,在任一瞬间,一个节由节点流出的电流。或者说,在任一瞬间,一个节
24、点上电流的代数和为点上电流的代数和为 0。I1I2I3I44231IIII克氏电流定律的克氏电流定律的依据依据:电流的连续性:电流的连续性 I=0即:即:例例或或:04231IIII49电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例例I1+I2=I3例例I=0 电流定律的扩展电流定律的扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R50二、二、基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律从回路中任意一点出发,沿顺时针方向或逆时针方向从回路中任意一点出发,沿顺时针方向或逆时针方向循行一周,则在这个方向上的电位升之和等于电位降循行一周,则在这个方向上的电位升之和等于电位
25、降之和之和.或电压的代数和为或电压的代数和为 0。E1I1E2U2I2R2R1abcdU1+-U3U4U1U4U2U3U1 1U2 2U3 3U4 40 0即即 U0 051上式可改写为上式可改写为 E1E2R1I1R2I20 或或 E1E2R1I1R1I1 即即 E (RI)在电阻电路中,在任一回路循行方向上,回路在电阻电路中,在任一回路循行方向上,回路中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和 在这里电动势的参考方向与所选回路循行方在这里电动势的参考方向与所选回路循行方向相同者,取正号,一致者则取负号。向相同者,取正号,一致者则取负号。电压与回路循行方
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