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电工基本原理
34页1、第1章 电路的基本概念和基本定律 1.1 电路和电路模型 1.2 电流电压及其参考方向 1.3 电功率和电能 1.4 电阻元件和欧姆定律 1.5 基尔霍夫定律,1.1 电路和电路模型 1.1.1 电路的组成和作用 电路的组成: 电路是电流的流通路径, 它是由一些电气设备和元器件按一定方式连接而成的。任何一个电路都有四部分组成即: 电源、负荷、导线和控制器件组成。 电源:是把其它形式的能转化为电能的装置;如干电池蓄 电池等。 负荷:将电能转换为其他形式的能量。 导线:连接电源与负荷的导体,为电流提供通路并传输电 能。,控制器件:在电路中起接通,断开,保护,测量等作用。,电路的作用: 它的一种作用是实现电能的传输和转换。另一种作用是实现信号的处理。电路中提供电能或信号的器件, 称为电源。 电路中吸收电能或输出信号的器件, 称为负载。 在电源和负载之间引导和控制电流的导线和开关等是传输控制器件。 电路的分类: 直流电路:电压电流大小和方向不随时间变化 交流电路:电压电流的大小和方向随时间变化 在交流电路中,如果电压和电流与电源的频率相同,并且都按正弦规律变化,这样的电路叫做正弦交流电路。,1
2、.1.2 电路模型 1.引入电路模型的原因: 电工基础研究的是各种电气装置的电压和电流的关系,各种电气装置间的能量转换关系、电与磁的关系。以及电路应遵循的电压关系,电流关系,功率和能量关系等等。并不去研究各种实际的电器装置,而是研究从大量实际装置中抽象出来并能反映它们电与磁主要特征的模型。 例如:负荷开关,断路器,隔离开关,继电器的触点,这 些电气装置的作用是接通或断开电路的。所以所有 这些起接通或断开电路的器件都可以用开关这个模 型表示。所以尽管实际的电气装置千差万别,都可以用理想元件的适当组合来分析、计算实际装置的电气特性 在电路中我们只研究四种元件:电源元件,电阻元件,电 感元件,电容元件。,2.为了分析方便电路元件用国家统一规定的图形符号来表示 叫电路符号。其中各部分的理想化模型的电路符号如图所 示:,电阻: 电容: 电感:,3.电路图,定义:用电路符号表示实际电路器件连接关系的图形。 电路的工作状态:电路有三种工作状态如下图所示:,图1.1 电路的组成,(a)电源与负载构成闭合回路,电源处于有载工作状态,电 路中有电流流过。,(b)当a、b两点间用导线相连时,称电阻R1被短路
3、。a、b间导线称为短路线,短路线中的电流叫短路电流。 注:短路可分为有用短路和故障短路,故障短路往往会造成电路中电流过大,使电路无法正常工作,严重的会产生事故。 (c)开关S断开或电路中某处断开,切断的电路中没有电流流过,此时的电路称为开路。开路又叫断路,断开的两点间的电压称为开路电压。 注:开路也分为正常开路和故障开路。如不需要电路工作时,把电源开关打开为正常开路;而灯丝烧断,导线断裂产生的开路为故障开路,它使电路不能正常工作。,1.2 电流、 电压及其参考方向 1.2.1 电流 1.电流的形成:电荷(离子,电子)有规则的定向移动形成电流 电流形成的条件(1)要有自由电荷 (2)必须使导体两端保持一定的电压差 在电路中能量的传输靠的就是电流。 2.电流是一个矢量既有大小又有方向 方向:正电荷运动的方向 大小:用电流强度来表示,电流强度是指单位时间 内通过导体横截面的电荷量,电流的大小和方向都不随时间变化时, 称为直流电流, 简称直流。直流电流常用英文大写字母I表示。 电流的大小和方向随着时间按周期性变化的电流, 称为交流电流, 常用英文小写字母i表示。 3.电流的单位:是安培, 符号
4、为A。常用的有千安(kA), 毫安(mA), 微安(A)等。 4.电流的参考方向:在分析与计算电路时, 常可任意规定某一方向作为电流的参考方向或正方向。,图1.2 电流的参考方向,参考方向的引入: 在分析电路时,对复杂电路中某一段电路里电流的实际方向有时很难确定,而且有时电流的实际方向还在不断地改变,因此在电路中很难标明电流的实际方向,为了解决这样的困难,引入了电流的“参考方向”这一概念。,参考方向: 在一段电路或一个电路元件中事先选定一个方向,这个选定的电流方向就叫做电流的参考方向。 注(1)电流参考方向可以任意选定 (2)参考方向一经选定,在电路分析和计算过程中,不 能随意更改 电流参考方向的表示:,1)用实线箭头表示,2)双下标表示,如iAB,其参考方向是由A指向B 参考方向与实际方向的关系规定: 若一致,则电流值为正,即 i0 若相反,则电流值为负,即i0 即可以在选定的电流的参考方向下,据电流的正负来确定出某一时刻电流的实际方向,A,B,5、电流的连续性原理,在电路中从一个地方流入多少电流,必同时从这个地方流出多少电流。 根据这一原理我们可以得出,同一个支路电流处处相等。无分
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