电工技术基础课件(1)

（2）电压
电压 电压的定义是：电场力把单位正电荷从电场中的一 点移到另一点所做的功。其表达式为：
uab
dwab dq
直流情况下
U ab
Wab Q
注意：变量用小写字母表示，恒量用大写字母表示。
从工程应用的角度来讲，电路中电压是产生电流的根本原 因。数值上，电压等于电路中两点电位的差值。即：
Uab Va Vb
（1） 电阻元 件
U R
电阻元件图符号 0
I
电阻产品实物图
线性电阻元件伏安特性
由电阻的伏安特性曲线可得，电阻元件上的电压、电流
关系为即时对应关系，即： R U
I
或 U=RI
因此，电阻元件称为即时元件。即时
电阻元件上的电压、电流关系遵循欧姆定律。即元件通过 电流就会发热，消耗的能量为： P UI U 2 I 2R
白炽灯电路
消耗电能的电 特性可用电阻 元件表征
由于白炽灯中耗能 的因素大大于产生 磁场的因素，因此
R L 可以忽略。
i
产生磁场的电 特性可用电感 元件表征
白炽灯的电
L 路模型可表
示为：
R
理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其 电特性单一、确切，可定量分析和计算。
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电工技术基础
理想电路元件分有无源和有源两大类
无源二端元件
有源二端元件
+
IS
R
L
C
US –
电阻元件
只具耗能 的电特性
电感元件 只具有储 存磁能的
电特性
电容元件
只具有储 存电能的 电特性
理想电压源
输出电压恒 定，输出电 流由它和负 载共同决定
理想电流源
输出电流恒 定，两端电 压由它和负 载共同决定
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电工技术基础
必须指出，电路在进行上述模型化处理时是有条件的：实 际电路中各部分的基本电磁现象可以分别研究，并且相应 的电磁过程都集中在电路元件内部进行。这种电路称为集 中参数元件的电路。
集中参数元件的特征
1. 电磁过程都集中在元件内部进行，其次要因素可以忽略。 如R，L、C这些只具有单一电磁特性的理想电路元件。
uL
L di dt
发生变化时，电感两端才有电压。因此，我们把电感元件称
为动态元件。动态元件可以储能，储存的磁能为：
wL
1 2
Li2
或
WL
1 2
LI 2
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电工技术基础
根据电磁感应定律，当电感线圈中的i变化时，磁场也随之变化，并
在线圈中产生自感电动势eL，当电压、电流、电动势的参考方向一致
线性电容元件的库伏特性
对线性电容元件而言，任一瞬时，其电压、电流的关系也
是微分(`或积分)的动态关系，即： 电容元件的工作方式就是充放电。
iC
C
du dt
因此，只有电容元件的极间电压发生变化时，电容支路才有 电流通过。电容元件也是动态元件，其储存的电场能量为：
wC
1 2
Cu 2
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IS R0
理想的电压源、电流源是不存在的。
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电工技术基础
理想电压源和实际电压源模型的区别
U
S
I
电 压
R0U
输 出
＋
0
I
源 模 型
＋
端U
－US
电 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ－
RL
理想电压源的外特性
U
理想电压源内阻为零，因此输出电压
恒定；
实际电源总是存在内阻的，因此实际
电压源模型电路中的负载电流增大时，
电工技术基础
电容上的电量： q Cu
电容上的电流与电压的参考方向一致时
i dq C du dt dt
电容上的电场能量：
WC
t
uidt
0
u Cudu 1 Cu2
0
2
直流电路中相当于开路，i=0
电容C的单位：法拉（F），还有微法（uF），皮法（pF）。
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电容储存电场能
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第二节 电路模型
开关 电 源
连接导线
中间环节 S
负
载
R0
+
_ US
电源
I
+
RL U 负
–载
实体电路
电路模型
与实体电路相对应、由理想元件构成的电路图，称为 实体电路的电路模型。
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电工技术基础
实际电路器件品种繁多，其电磁特性多元而复杂，采取 模型化处理可获得有意义的分析效果。
用电器额定工作时的电压叫额定电压，额定电压下的电功 率称为额定功率；额定功率通常标示在电器设备的铭牌数据 上，作为用电器正常工作条件下的最高限值。 通常情况下，用电器的实际功率并不等于额定电功率。当 实际功率小于额定功率时，用电器实际功率达不到额定值， 当实际功率大于额定功率时，用电器易损坏。
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2. 任何时刻从集中参数元件一端流入的电流恒等于从它另一 端流出的电流，并且元件两端的电压值完全确定。
工程应用中，实际电路的几何尺寸远小于工作电磁波的波 长，因此都符合模型化处理条件，均可按集中假设为前提， 有效地描述实际电路，从而获得有意义的电路分析效果。
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电工技术基础
日常生产和生活中，电能（或电功）也常用 度作为量纲：1度=1KW•h=1KV•A•h
1000W的电炉加热1小时；
1度电的概念 100W的电灯照明10小时；
40W的电灯照明25小时。
电源中： AE=EIt
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电工技术基础
（2）电功率
电工技术中，单位时间内电流所作的功称为电功率。电
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（4） 电源元件
（1）电压源
蓄电池
柴油机组 汽油机组
各种形式的电源设备图
任何电源都可以用两种电源
模型来表示，输出电压比较稳
定的，如发电机、干电池、蓄
电池等通常用电压源模型(理想
电压源和一个电阻元件相串联
的形式)表示；
+
US
_
R0
（2）电流源
输出电流较稳定的：如光电池或
晶体管的输出端等通常用电流源模型 (理想电流源和一个内阻相并联的形 式)表示。
受控电源主要用来模拟电子器件中的信号传输关系。如近晶体管，三 极管的几个典型放大电路。
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电工技术基础
么么么么方面
• Sds绝对是假的
【mA】和微安【μA】等，它们之间的换算关系为：
1A=103mA=106μA=109nA
在电工技术分析中，仅仅指出电流的大小是不够的，通常 以正电荷移动的方向规定为电流的参考正方向。
Q单位：库伦 （C） t单位：秒 （S）
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电工技术基础
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电工技术基础
电工技术基础
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电工技术基础
第1章 电路的基本概念和分析 第2章 正弦交流电路 第3章 三相交流电路 第4章 电路的过渡过程 第5章 磁路和交流铁心线圈 第6章 变压器
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电工技术基础
第7章 异步电动机 第8章 直流电动机 第9章 控制电机 第10章 继电-接触器控制 第11章 输配电和安全用电 第12章 电工测量
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（1）电流
电荷有规则的定向移动形成电流。单位时间内通过导体某 一截面的电荷量，电流的大小用电流强度表征，定义式为：
dq
i = dt
…… （1-1）
大小、方向均不随时间变化的稳恒直流电可表示为：
Q
I= t
…… （1-2）
电流的国际单位制是安培【A】，较小的单位还有毫安
功率用“P ”表示： W UIt P UI 电源中：PE = EI tt
国际单位制：U 【V】，I【A】，电功率P用瓦特【W】
电功率反映了电路元器件能量转换的本领。如100W的电灯 表明在1秒钟内该灯可将100J的电能转换成光能和热能；电机 1000W表明它在一秒钟内可将1000J的电能转换成机械能。
内阻上必定增加消耗，从而造成输出电 0
I
压随负载电流的增大而减小。因此，实 电压源模型的外特性
际电压源的外特性稍微向下倾斜。
U Us IR0U
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电工技术基础
理想电流源和实际电流源模型的区别
理想电流源的内阻 R0I∞(相当于开路)，因此内部不 能分流，输出的电流值恒定。
电压的国际单位制是伏特[V]，常用的单位还有毫伏[mV]和 千伏【KV】等，换算关系为： 1V=103mV=10－3KV
电工技术基础问题分析中，通常规定电压的参考正方向 由高电位指向低电位，因此电压又称作电压降。
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电工技术基础
电动势
= - Eba Vb Va
电源力不是电场力
时，有：
di u eL L dt
直流电路中相当于短路，u=0
磁场能量：
WL
t
uidt
0
i Lidi 1 Li2
0
2
电感L的单位：亨利（H） ，还有毫亨: mH, 微亨: uH
电感储存电磁能
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电工技术基础
（3） 电容元件
q
C
电容元件图符号 0
u
电容产品实物图
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电工技术基础
1.1 电路及主要物理量 1.2 电路模型 1.3 电路的状态和电器设备的额定值 1.4 基尔霍夫定律 1.5 电路分析方法 1.6 非线性电阻电路
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电工技术基础
第一节 电路及其主要物理量
电路：就是电流所通过的路径。它是由电路元件按 一定方式组合而成的。
两点的电压等于这两点电位差。电压不随参考点变化，但点位会变化。
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电工技术基础
（4）电能、电功率
电能
电能的转换是在电流作功的过程中进行的。因此，电 流作功所消耗电能的多少可以用电功来量度。电功：
A=UIt
W UIt
式中单位：U【V】；I【A】；t【s】时，电功W为焦耳【J】
1 5A
1 5A
b
b
a 点电位： Va = +5V
b点电位： Vb = - 5V
电位具有相对性，规定参考点的电位为零电位。因此，相
对于参考点较高的电位呈正电位，较参考点低的电位呈负 电位。
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电工技术基础
（3）电位
图(a)中 VO=0 VA=VAO=VA-VO=1V VB=VBO=VB-VO=-1V VAB=VA-VB=1-(-1)=2V
阻不变。
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电工技术基础
问题与讨论 +
I
10V 2A 2
I=?
－
哪个答 案对？
I 10 5 A 2
?
? I 10 2 7 A 2
? I 10 4 3 A 2
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受控电源
独立电源：参数是一定的。
非独立电源：参数受控于另 一部分电压和电流控制。
电动势在数值上等于电源力将单位正电荷从电源负极b点移到电源正极a点所做 的功，用E表示，单位：伏特(V)。
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电工技术基础
电路中的电位及其计算方法
1、电位的概念
电位实际上就是电路中某点到参考点的电压，电压常用双 下标，而电位则用单下标，电位的单位也是伏特[V]。
例a
例a
负载：将电能转换成非电能的装置， 例如：电动机、电炉、灯
中间环节：连接电源和负载的部分，其传输和分 配电能的作用。例如：输电线路
电路的作用： 实现电能的传输和转换，（作用之一）
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电工技术基础
举例：（电子电路，即信号电路）
放 大 器
电源 （信号源） 中间环节
负载
电路的作用之二：传递和处理信号。
R
单位：欧姆（Ω） 还有千欧（ kΩ ）、兆欧（ MΩ ）
电阻消耗能量
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（2）电感元件
Ψ
L
0
i
电感产品实物图 电感元件图符号 线性电感元件的韦安特性
对线性电感元件而言，任一瞬时，其电压和电流的关系为
微分(或积分)的动态关系，即： 显然，只有电感元件上的电流
I
I
电
流 源
IS
+
模 型
R0I U
RL
_
0
U
电流源模型的外特性
I
0
U
理想电流源的外特性
实际电流源的内阻总是有限值，因此当负载增大时，内
阻上分配的电流必定增加，从而造成输出电流随负载的增
大而减小。即实际电流源的外特性也是一条稍微向下倾斜
的直线。
U I Is R0I
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两种电源之间的等效互换
等效互换的原则：当外接负载相同时，两种电源模
型对外部电路的电压、电流相等。
I
I
+ US_
a 内阻改并联
+
Uab
Is
=
Us R0
IS
US R0
R0
a
+
Uab
R0
_ 内阻改串联
_
b Us = Is R0
b
两种电源模型之间等效变换时，电压源的数和电流
源的数值遵循欧姆定律的数值关系，但变换过程中内
电路的结构形式和所完成的任务多种多样的，举例：
发电机
升压 变压器
输电线
降压 变压器
电灯 电动机
电炉
电源
中间环节
负载
电路的组成：电源、负载、中间环节三部分
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电工技术基础
发电机
升压 变压器
输电线
降压 变压器
电灯 电动机
电炉
电源
中间环节
负载
电源：将非电能转换成电能的装置， 例如：发电机、干电池