电工技术基础课件ppt

3、电路模型和电路元件
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。
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。
白炽灯电路
消耗电能的电 特性可用电阻 元件表征
原子核 电子
原子核中有质子和中 子，其中质子带正电， 中子不带电。
绕原子核高速旋转 的电子带负电。
原子核
原子核
原子核
导体的外层电子数很少且距 离原子核较远，因此受原子核 的束缚力很弱，极易挣脱原子 核的束缚游离到空间成为自由 电子，即导体的特点就是内部 具有大量的自由电子。
半导体的外层电 子数一般为4个，其 导电性界于导体和绝 缘体之间。
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。
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 –
1.1 电路分析基础知识 1.2 电气设备的额定值及电路的工作状态 1.3 基本电路元件和电源元件 1.4 电路定律及电路基本分析方法 1.5 电路中的电位及其计算方法 1.6 叠加定理 1.7 戴维南定理
1.1 电路分析基础知识
1、导体、绝缘体和半导体
自然界物质的电结构：
= 原子结构中：正电荷 负电荷
电源： 电路中提供电能的装置。如发电机、蓄电池等。
负载： 在电路中接收电能的设备。如电动机、电灯等。
中间环节：电源和负载之间不可缺少的连接、控制和保护 部件，如连接导线、开关设备、测量设备以及 各种继电保护设备等。
（2）电路的功能
电力系统中：
电路可以实现电能的 传输、分配和转换。
电子技术中：
电路可以实现电信号的 传递、存储和处理。
实际电源上的电压、电流方向总是非关联的，实际负载上的 电压、电流方向是关联的。因此，假定某元件是电源时，应选 取非关联参考方向，假定某元件是负载应选取关联参考方向。
为什么要在电
路图中预先标出 参考方向？
在电路图上预先标出电压、电流的参考 方向，目的是为解题时列写方程式提供依 据。因为，只有参考方向标定的情况下， 方程式各电量前的正、负号才有意义。
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
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。
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。
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。
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
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。
4. 电路中的电压、电流及其参考方向 （1）电流
电荷有规则的定向移动形成电流。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 【mA】和微安【μA】等，它们之间的换算关系为：
绝缘体外层电子数通常为8个， 且距离原子核较近，因此受到原 子核很强的束缚力而无法挣脱， 我们把外层电子数为8个称为稳 定结构，这种结构中不存在自由 电子，因此不导电。
1、绝缘体是否在任何条件下都不导电？
2、半导体有什么特殊性？
当外界电场的作用力超过原子核对外层 电子的束缚力时，绝缘体的外层电子同样 也会挣脱原子核的束缚成为自由电子，这 种现象我们称为“绝缘击穿”。绝缘体一 旦被击穿，就会永久丧失其绝缘性能而成 为导体。
第1章 电路分析基础 第2章 正弦交流电路 第3章 三相交流电路 第4章 磁路与变压器 第5章 异步电动机及其控制
理解电流、电压参考方向的问 题；掌握基尔霍夫定律及其具体 应用；了解电气设备额定值的定 义；熟悉电路在不同工作状态下 的特点；深刻理解电路中电位的 概念并能熟练计算电路中各点的 电位。
半导体的导电性虽然介于导体和绝缘体之间，但半 导体在外界条件发生变化时，其导电能力将大大增强 ；若在纯净的半导体中掺入某些微量杂质后，其导电 能力甚至会增加上万乃至几十万倍，半导体的上述特 殊性，使它在电子技术中得到了极其广泛地应用。
2、电路的组成与功能
电路 ——由实际元器件构成的电流的通路。 （1）电路的组成
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。
（2）电压
高中物理课对电压的定义是：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。
（3）电流、电压的参考方向
对电路进行分析计算时应注意：列写电路方程式之前，首 先要在电路中标出电流、电压的参考方向。电路图上电流、 电压参考方向的标定，原则上任意假定，但一经选定，在整 个分析计算过程中，这些参考方向就不允许再变更。
aI
aI
＋
U
电源 元件
－
＋
U
负载 元件
－
b
b