电工学第七版同步教程ppt课件.ppt

电工学 绪论 一 课程的地位和主要内容 电工电子技术 研究电工技术和电子技术的理论及其应用的科学技术 电工技术 上册 电子技术 下册 电路分析基础 磁路与电机 模拟电子技术 数字电子技术 电路分析基础1 电路的基本概念与基本定律2 电路的分析方法3 电路的暂态分析4 正弦交流电5 三相电路 磁路与电机6 磁路和变压器7 交流电动机8 直流电动机9 控制电机10 继电接触器控制 其他11 可编程控制器12 供电与安全用电13 电工测量 二 电工电子技术的发展与应用 现状 容量大型化 器件小型化 设计自动化 计算机检测控制系统原理框图 电工电子技术的典型应用 三 如何学好电工电子技术 1 注意掌握 三基 2 注重综合分析与设计注重工程化素质培养 3 提高学习效率 培养自学能力 四本课程的特点及对大家的几点希望 前后章节内容联系紧密 希望大家开好头概念多 要求大家及时理解随堂练习 要求大家准备草稿本作业较多 希望大家按时交 并请独立完成 第1章电路的基本概念与基本定律 1 1电路的作用与组成部分 1 2电路模型 1 3电压和电流的参考方向 1 4欧姆定律 1 5电源有载工作 开路与短路 1 6基尔霍夫定律 1 7电路中电位的概念及计算 本章要求 1 了解电路模型及理想电路元件的意义 2 理解电压与电流参考方向的意义 3 理解电路的基本定律并能正确应用 4 了解电源的有载工作 开路与短路状态 理解电功率和额定值的意义 5 掌握分析与计算电路中各点电位的方法 1 1电路的作用与组成部分 1 实现电能的传输 分配与转换 2 实现信号的传递与处理 1 电路的作用 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 2 电路的组成部分 电源 提供电能的装置 负载 取用电能的装置 中间环节 传递 分配和控制电能的作用 直流电源 提供能源 信号处理 放大 调谐 检波等 负载 信号源 提供信息 2 电路的组成部分 激励 电源或信号源的电压或电流 推动电路工作 响应 由激励所产生的电压和电流 电路分析 在电路结构 电源和负载等参数已知的条件下 讨论激励和响应之间的关系 1 2电路模型 为了便于用数学方法分析电路 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 器件建模 1 保留主要电磁特性2 一个器件可由多个元件模型表示 电路的建模过程 电池是电源元件 其参数为电动势E和内阻Ro 灯泡主要具有消耗电能的性质 是电阻元件 其参数为电阻R 筒体用来连接电池和灯泡 其电阻忽略不计 认为是无电阻的理想导体 开关用来控制电路的通断 今后分析的都是指电路模型 简称电路 在电路图中 各种电路元件都用规定的图形符号表示 手电筒的电路模型 电池 导线 灯泡 开关 手电筒由电池 灯泡 开关和筒体组成 1 3电压和电流的参考方向 物理中对基本物理量规定的方向 1 电路基本物理量的实际方向 注意 它们是标量 规定方向是为了便于电路的计算 电动势 electromotiveforce emf 是一个表征电源特征的物理量 定义电源的电动势是电源将其它形式的能转化为电能的本领 在数值上 等于非静电力将单位正电荷从电源的负极通过电源内部移送到正极时所做的功 它是能够克服导体电阻对电流的阻力 使电荷在闭合的导体回路中流动的一种作用 常用符号E 有时也可用 表示 单位是伏 V 2 参考方向的表示方法 电流 电压 1 参考方向 在分析与计算电路时 对电量任意假定的方向 一种分析方法 2 电路基本物理量的参考方向 关联参考方向 实际方向与参考方向一致 电流 或电压 值为正值 实际方向与参考方向相反 电流 或电压 值为负值 3 实际方向与参考方向的关系 注意 在参考方向选定后 电流 或电压 值才有正负之分 若I 5A 则电流从a流向b 例 若I 5A 则电流从b流向a 若U 5V 则电压的实际方向从a指向b 若U 5V 则电压的实际方向从b指向a 1 4欧姆定律 U I参考方向相同时 U I参考方向相反时 表达式中有两套正负号 式前的正负号由U I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方向之间的关系 通常取U I参考方向相同 即关联参考方向 U RI U RI 解 对图 a 有 U RI 例 应用欧姆定律对下图电路列出式子 并求电阻R 对图 b 有 U RI 电路端电压与电流的关系称为伏安特性 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 线性电阻的概念 线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线 1 5电源有载工作 开路与短路 开关闭合 接通电源与负载 负载端电压 U IR 1 特征 1 5 1电源有载工作 电流的大小由负载决定 在电源有内阻时 I U 或U E IR0 当R0 R时 则U E 表明当负载变化时 电源的端电压变化不大 即带负载能力强 开关闭合 接通电源与负载 负载端电压 U RI 1 特征 1 5 1电源有载工作 电流的大小由负载决定 在电源有内阻时 I U 或U E RoI UI EI RoI P PE P 负载取用功率 电源产生功率 内阻消耗功率 电源输出的功率由负载决定 负载大小的概念 负载增加指负载取用的电流和功率增加 电压一定 2 电源与负载的判别 根据U I的实际方向判别 电源 U I实际方向相反 即电流从U 端流出 发出功率 负载 U I实际方向相同 即电流从U 端流入 吸收功率 2 电源与负载的判别 根据功率来判别 当元器件的电流电压参考方向关联时 P UI 如果P 0 表明该元器件吸收功率 是负载 如果P 0 表明该元器件发出功率 是电源 当元器件的电流电压参考方向非关联时 P UI 如果P 0 表明该元器件吸收功率 是负载 如果P 0 表明该元器件发出功率 是电源 例1 已知 方框代表电源或负载 U 220V I 1A试问 哪些方框是电源 哪些是负载 解 a 电流从 流出 故为电源 b 电流从 流入 故为负载 c 电流从 流入 故为负载 d 电流从 流出 故为电源 例2 已知 U1 9V I 1A R 3 求 元件1 2分别是电源还是负载 并验证电路功率是否平衡 解 因为U2 RI U1 12V 所以电流从元件1的 流入 从元件2的 流出 故元件1为负载 元件2为电源 电源产生功率 P2 U2I 12W 负载取用功率 P1 PR U1I RI2 9 3 12W 因为P2 P1 PR 所以电路的功率平衡 例 已知 电路中U 220V I 5A 内阻R01 R02 0 6 求 1 电源的电动势E1和负载的反电动势E2 2 说明功率的平衡关系 解 1 对于电源U E1 U1 E1 IR01即E1 U IR01 220 5 0 6 223VU E2 U2 E2 IR02即E2 U IR01 220 5 0 6 217V 2 功率的平衡关系E1 E2 IR01 IR02等号两边同时乘以I 则得E1I E2I I2R01 I2R02代入数据有223 5 217 5 52 0 6 5 52 0 61115W 1085W 15W 15W 3 电气设备的额定值 额定值 电气设备在正常运行时的规定使用值 4 电气设备的三种运行状态 欠载 轻载 I IN P PN 不经济 过载 超载 I IN P PN 设备易损坏 额定工作状态 I IN P PN 经济合理安全可靠 在220V电压下工作时的电阻 一个月用电 W Pt 60W 3 30 h 0 06kW 90h 5 4kW h 例 一只220V 60W的白炽灯 接在220V的电源上 试求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作时的电阻 如果每晚工作3h 小时 问一个月消耗多少电能 解 通过电灯的电流为 特征 开关断开 1 5 2电源开路 1 开路处的电流等于零 I 02 开路处的电压U视电路情况而定 电路中某处断开时的特征 电源外部端子被短接 1 5 3电源短路 1 短路处的电压等于零 U 02 短路处的电流I视电路情况而定 电路中某处短路时的特征 1 6基尔霍夫定律 支路 两结点之间由元件串联构成的一段电路 一条支路流过一个电流 称为支路电流 结点 三条或三条以上导线的联接点 回路 由支路组成的闭合路径 网孔 内部不含支路的回路 b a 例1 说出下面电路图中的结点 支路 回路基网孔的数目 支路 ab bc ca 共6条 回路 abda abca adbca 共7个 结点 a b c d 共4个 网孔 abd abc bcd 共3个 1 6 1基尔霍夫电流定律 KCL定律 1 定律 即 入 出 在任一瞬间 流向任一结点的电流等于流出该结点的电流 实质 电流连续性的体现 或 0 对结点a I1 I2 I3 或I1 I2 I3 0 基尔霍夫电流定律 KCL 反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系 电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面 2 推广 I 例2 广义结点 I 0 IA IB IC 0 在任一瞬间 沿任一回路循行方向 回路中各段电压的代数和恒等于零 1 6 2基尔霍夫电压定律 KVL定律 1 定律 即 U 0 在任一瞬间 从回路中任一点出发 沿回路循行一周 则电位升之和等于电位降之和 即 U升 U降 对回路1 对回路2 E1 I1R1 I3R3 E2 I2R2 I3R3 或I1R1 I3R3 E1 0 或I2R2 I3R3 E2 0 基尔霍夫电压定律 KVL 反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系 1 列方程前标注回路循行方向 电位升 电位降E2 UBE I2R2 U 0I2R2 E2 UBE 0 2 应用 U 0列方程时 项前符号的确定 如果规定电位降取正号 则电位升就取负号 3 开口电压可按回路处理 注意 对回路1 例3 对网孔abda 对网孔acba 对网孔bcdb R5 I5R5 I3R3 I1R1 0 I2R2 I4R4 I5R5 0 I4R4 I3R3 E 0 对回路adbca 沿逆时针方向循行 I1R1 I3R3 I4R4 I2R2 0 应用 U 0列方程 对回路cadc 沿逆时针方向循行 I2R2 I1R1 E 0 3 3 1 7电路中电位的概念及计算 电位 单位正电荷在某点的电势 位 能 即电路中某点至参考点的电压 记为 VX 通常设参考点的电位为零 又称接地 表示 1 电位的概念 电位的计算步骤 1 任选电路中某一点为参考点 设其电位为零 2 标出各电流参考方向并计算 3 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位 某点电位为正 说明该点电位比参考点高 某点电位为负 说明该点电位比参考点低 2 举例 求图示电路中各点的电位 Va Vb Vc Vd 解 设a为参考点 即Va 0V Vb Uba 10 6 60VVc Uca 4 20 80VVd Uda 6 5 30V 设b为参考点 即Vb 0V Va Uab 10 6 60VVc Ucb E1 140VVd Udb E2 90V b a Uab 10 6 60VUcb E1 140VUdb E2 90V Uab 10 6 60VUcb E1 140VUdb E2 90V 结论 1 电位值是相对的 参考点选取的不同 电路中各点的电位也将随之改变 2 电路中两点间的电压值是固定的 不会因参考点的不同而变 即与零电位参考点的选取无关 3 电路图的简画 电源的一个极接地 用没有接地极的电位代替电源 例1 求B点的电位 解法1 将原电路改为下图 例1 求B点的电位 解法2 I 解法3 R1 R2的电流相等 有 例2 图示电路 计算开关S断开和闭合时A点的电位VA 解 1 当开关S断开时 2 当开关闭合时 电路如图 b 电流I2 0 电位VA 0V 电流I1 I2 0 电位VA 6V 电流在闭合路径中流通 例3 电路如下图所示 1 零电位参考点在哪里 画电路图表示出来 2 当电位器RP的滑动触点向下滑动时 A B两点的电位增高了还是降低了 解 1 电路如左图 零电位参考点为 12V电源的 。