电工学课件

I
B
R1 2
50 k W K
A +6V
＝＋1V
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5、功率 功率:单位时间内所转换的电能称为电功率简称为功率。
设电路任意两点间的电压为 U ,流入此部分电路的电流 为 I， 则这部分电路消耗的功率为: I d W为瓦[特] + kW为千瓦 U R P U I c E与 I 的乘积等于电源产生的电功率。

电路的基本组成部分：
电源
将非电形态的能量转换为电能的供电设备。
负载
将电能转换为非电形态的能量的用电设备。
中间环节
沟通电路、输送电能的作用。
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电源: 提供 电能的设备
升压 变压器 输电线
负载: 取用 电能的设备
电灯 电动机 电炉 ...
发电机
降压 变压器
中间环节：传递、分 配和控制电能的作用
电位表示 : V
24
3、电压
为衡量电场力对电荷作功的能力，引入一新的 物理量——电压 大小：a、b两点间电压 Uab 在数值上等于电场 力把单位正电荷从某一高电位处a点移到另一 a + Uab b _ I
低电位处b点时所消耗的电能。
电源的端电压 U S 负载的端电压 U L
方向：规定由高电位指向低电位的方向即电位降的方向 为电压的正方向。 单位：伏特(V) 千伏(kV) 毫伏(mV) 直流： U
E1=140V
b
E2£½90V
Uab＝6×10＝60V
Uca＝20×4＝80V Uda＝5×6＝30V Ucb＝140V Udb＝90V
设 Va 0 则 Vb－Va＝Uba Vb＝－60V Vc－Va＝Uca Vc＝＋80V Vd－Va＝Uda Vd＝＋30V
29
c
4A
a
6A 5W 10A
d
20 W
电
工
李志辉
学
电 气 工 程 学 院
lizhrain@zzu.edu.cn
1
前 言
课程的性质：
电工学课程是为非电专业开设的一门技术基础课程。 它的侧重点在于用电磁理论来研究工程技术领域中所要用 到的与电有关的方向的一些问题，也是现代科学技术的基 础之一。电工学包括电工技术和电子技术，理论性和实践 性结合非常密切。
扬声器
电灯 电动机 电炉
信号源 （电源）
放 大 器
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直流电路
电路中的电流是不随时间变化的直流电流。
交流电路
电路中的电流是随时间按正弦规律变化的交 流电流。
电路的模型：
导线
灯 泡
开关
电 池
R
电路模型
+ _
19
电路实体
电路元件的理想化
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元件。
定功率。
在使用电气设备或元器件时不得超过其额定值，以免 影响其正常使用甚至使其遭到损坏。 注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其额定 值，要能够加以区别。
额定状态：实际值等于额定值的电气设备的工作状态。
过载：实际值大于额定值的电气设备的工作状态。 欠载：实际值小于额定值的电气设备的工作状态。
在同一电路中，导体中的电流跟导体两端的电压成 正比，跟导体的电阻阻值成反比。 基本式：
U I R
I d R c
推导式
a + U -
U R I
b
U IR
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例题1.2.1
c 4A 20 W a 5W 10A 6W 6A d
c 4A 20 W a 5W 10A 6W 6A d
E1=140V
b
E2£½90V
电路的作用：
① 实现能量的输送和转换；
导线 灯 泡 开关 电 池
10
电力系统
发电机
升压 变压 器 输电线 降压 变压 器 电灯 电动机 电炉
电力系统电路示意图
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② 实现信号的传递和处理。
声音信号 图象信号 测量信号或控制信号
扩音器
话筒
扬声器
放 大 器
12
13
计算机的声卡
手机充电器
14
8

1.1 电路的作用和组成 1.2 电路的状态 1.3 电路中的参考点 1.4 电路中的参考方向 1.5 理想电路元件 1.6 基尔霍夫定律 1.7 支路电流法 1.8 叠加定理 1.9 等效电源定理 1.10非线性电阻电路
9
1.1 电路的作用与组成
电路或网络（electric circuit）：是电流流通的路 径。由某些电气设备和元器件为完成一定功能、按一定方式 组合后的总称。
交流： u
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电压一般采用双下标表示 : Uab 电位一般采用单下标表示 : Va
a +
US
I R
d
c b 电路中任一点与参考点之间的电压就是该点的电位
-
Va US 电压就是电位差 Uab Va Vb
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4、电动势
有另一种力去克服电场力而使b端的正 电荷移至a端。 I a + Uab
大小：电动势Eab的数值等于电源中的局 外力（即非电场力）将单位正电荷从电源 Eab 负极低电位b端移至电源正极高电位a端时 b 所转换而来的电能。 方向：电动势的实际方向是由低电位端指 向高电位端即电位升高的方向。 单位：电动势与电压的单位相同，为伏特(V)
_百度文库
直流： E
交流： e
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欧 姆 定 律
4









课程的内容
1. 掌握电路的基本原理、分析方法及特点。
2.了解变压器的原理及特点。
3. 学习电动机的基本原理和电气自动控制技术。 4. 了解常用电工电子元件及电子器件的结构、原理、特性。 掌握基本电子电路的组成、特点及分析方法。
5

教材及参考用书：
唐介主编，电工学（第三版），高等教育出版社
P0
电源短路
S1 S2
EL1 EL2
有 源 电 路
I视电路而定
Is
U ＝0
如果开关都闭合，则所有负载被短路，电源产生的 功率全部消耗在电源内阻和导线电阻上，此时电源状态 为短路（一般不能称为短接）。
40
分析与思考
1.3.（1）某负载为一可变电阻器，由电压一定的蓄电池供 电，当负载电阻增加时，该负载是增加了？还是减小了？
30
电位在电路中的表示法：
b c
R1 _ E2 +
a
+ _ E1
R2 R3
+E1 -E2
R1 R2 R3
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例题1.2.2
计算下图电路中B点的电位。
C -9V R1
100 K W k
解 I＝（VA－VC）／（R1＋R2） ＝[6－（－9）]／[（100＋50） ×103] ＝0.1mA UAB＝VA－VB＝R2I VB＝VA－R2I ＝6－（50 ×103) ×(0.1 ×10-3)
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例题1.3.1
已知：有一额定值为5W 500W 的线绕电阻， 问其额定电流？在使用时电压不得超过多大？ 解
P 5 I＝ ＝ ＝0． 1A R 500
在使用时电压不得超过
U＝RI＝500×0.1＝50V
电源处于有载状态时负载的大小和增减是指负载消耗 的电功率的大小和增减。
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二、开路：
当某一部分电路与电源断开，该部分电路中没有电流， 亦无能量的输送和转换，这部分电路所处的状态称为开路。
PE EI
U与
I 的乘积等于电源输出的电功率。
P UI
PL U L I
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U L与 I 的乘积等于负载消耗的电功率。
例题1.2.3
已知：有一220V 60W的电灯，接在220V的电源上， 求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作时电阻 如每晚用3小时，问一个月消耗电能多少？ 解
aI + U c RL d
b
答：负载处于有载状态时负载的大小和增减是指负 载消耗的电功率的大小和增减。 负载消耗的电功率P=U2/RL,蓄电池电压一定即式中 U不变，当RL增加时，P 减小，故该负载减小了。
41
1.3.（2）某电源的电动势为E,内电阻为R0,有载时的电流 为I,试问该电源有载时和空载时的电压和输出的电功率是 否相同,若不相同,各应等于多少? 答：该电源有载时如图（a) 输出电压U＝E—R0I 空载时如图（b) 电源输出电流I＝0 输出电压U＝E 输出功率P＝0不变 + R E_ I=0 + U _ (b)
E1 =140V
b
6W
E2＝90V
设 Vb 0 则 Va=Uab=＋60V Vc=Ucb=＋140V Vd=Udb=＋90V
结论：（1）电路中某一点的电位等于该点与参考点 （电位为零）之间的电压 （2）参考点选得不同，电路中各点的电位值随着 改变，但是任意两点间的电位差是不变的。 注： 各点电位的高低是相对的，而两点间电位的 差值是绝对的。
B
B
系统：由相互制约的各个部分组成的具有一定功能的整体。 一个完整的电路就是一个电系统 21
1.2 电路的基本物理量
电流 电位
电压
电动势
电功率
电能
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1、电流
电荷有规则的定向运动
Iab
S
b
a 大小:单位时间内通过导体横截面的电 荷量称为电流强度简称电流。
Q 直流： I t
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信号源: 提供信息
信号处理： 放大、调谐、检波等 话筒
放 大 器
扬声器
负载 电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路 工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。
17
内电路
电源本身的电流通路称为内电路。 外电路 电源以外的电流通路称为外电路。 升压 变压 器
话筒
输电线
发电机
降压 变压 器
P 60 I 0.273A U 220
U 220 R 806 W I 0.273
2
a + U -
I R
d
b
c
P U 或可用 R 2 和R 来计算 I P
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6、电能 电能:在时间t内转换的电功率称为电能。
在直流电路中电能用W表示：
W P t
电能单位是焦耳（J）
工程上常用电能的计量单位为千瓦时（kW· h）,1千瓦 时即1度电，它与焦的换算关系为： 1kW h 3.6 106 J
dq 交流： i dt
Q单位为库仑（C）,t单位为秒（s） 单位:安培(A) 毫安(mA)、 微安(A) 实际方向:正电荷移动的方向
+ _
I
R
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2、电位
电场力将单位正电荷从电路的某一点移至参考点时 所消耗的电能称为该点的电位。 参考点： 定义：电路中，常将电路中的某一点选为参考点，并 规定该点的电位为零,参考点也称为零电位点。 选择： ① 选大地为参考点： ② 选元件汇集的公共端或公共线为参考点 各点的电位只有在参考点选定以后才有确定的数 值——电位的单值性。 单位: 伏[特]（V）
邱关源主编，电路，高等教育出版社
秦曾煌主编，电工学上下册（第六版）高等教育出版社
6
第1章 直流电路
7
前
言
本章是在物理学的基础上，从工程技术的 观点出发，着重讨论电路的基本知识、基本定 律和定理，以及应用这些定律和定理分析和计 算直流电路的方法。这些方法只要稍加扩展， 原则上也适用于交流电路的分析和计算，同时 也是今后分析电子电路的重要基础。
2
课程的主要任务是：
使学生获得电工与电子技术的基本概念、基本原 理、基本分析方法和基本技能，培养学生分析问题和 解决问题的能力。了解电工电子技术的发展与应用， 拓宽知识面，为以后的学习、创新和科学研究工作打 下扎实的理论和实践基础。
3


课程的学习 理解基本概念、基本理论和分析方法 学用结合，举一反三，融会贯通 处理好课上课下、复习与习题的关系 每周交1次作业 及时提问，独立完成作业 完整掌握课程体系，培养自学能力 按要求参加实验，培养良好的实验素质 注重实践技能的培养 掌握常用实验仪器的功能及使用方法 理论与实践相结合，互相促进，全面提高 及时完成实验报告
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，将实际元件 理想化（或称模型化）。
I 开关
E
干电池
＋ U
电珠
R
R0
手电筒的电路模型
－
20
电路有时也称为电网络，简称网络。 二端网络：若一个电路只通过两个端口与外电路 相联，则该电路称为“二端网络”。 无源二端网络： 二端网络中没有电源 A 有源二端网络： 二端网络中含有电源 A
特征：I＝0
S1 E S2
P0
U视电 U 路而定 O
EL1
EL2
有 源 电 路
如果开关都断开，则电源既 不产生也不输出功率，电源状态 为空载。
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三、短路：
当某一部分电路的两端用电阻可以忽略不计的导线 或者开关连接起来，使得该部分电路中的电流全部被导 线或开关所旁路，这部分电路所处的状态称为短路或者 短接。 特征：U＝0
一个月的用电量: W Pt 60 103 3 30
5.4kWh
35
1.3 电路的状态
一、通路：
当开关闭合，电源与负载接通，电路处于通路 状态，而电源此时的状态称为有载。 导线 灯 泡 开关 电 池
E ＋ US －
S
I ＋
UL
－
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额定值：是制造厂商为了使产品能在给定的
条件下正常运行而规定的正常允许值。 额定值通常标注在设备的铭牌上或记载在说明书中， 符号标注为UN表示额定电压、IN表示额定电流、PN表示额