第一章船舶电子电气基础

根据 U = 0
UA UB UAB = 0 UAB = UA UB
1.2 正弦交流电路 I, U
直流电路如图所示：
正弦交流电路所示：
正半周：参考方向与实际方向 相同，为正。
负半周：参考方向与实际方向相
反，为负。
实
i
i
际 方
+ u
R
向
–
+ uR
1.1 电源开路
开关断开——电源开路(空载)状态。
a
++
E_
U0
R0
_
b
c
电源开路时的特征
I
I=0
R
U = U0 = E
P=0
d
1.1 电源短路
电源两端连在一起——电源短路。
a IS
c
电源短路时的特征
+
U=0
E_
I = IS = E / R0
UR
P=0
R0
PE = P = R0IS2
电流过大，将烧毁电源！
电压、电流的参考方向相同 P = UI 为负值，电源，发出功率； P = UI 为正值，负载，取用功率。
1.1.1 电源有载工作
3. 电源与负载的判别
[例 1] A I 已知：图中 UAB= 3 V， I = – 2 A
N 求：N 的功率，并说明它是电源
B
还是负载。
[解] P = UI = (–2) 3 = – 6 W
激励 与 响应 的关系。
返回
1.1 电压和电流的参考方向
参考方向：方便理论分析假设的方向
电流的实际方向为： 正电荷运动的方向或负电荷 运动的反方向；
电压的实际方向为： 由高电位端→低电位端； 电动势的实际方向为： 由低电位端→高电位端。
1.1 电压和电流的参考方向
电压、电流的参考方向： 任意假定。
1.1 直流电路
一、直流电路的基本物理量及单位
例：一个白炽灯在有电流通过时，
消耗电能
(电阻性) R
忽略 L
i
储存能量 L
R
(电感性)
1.1 电路的组成与作用
开关
S
电 源
+
E– R
负载
R0
连接导线
电路实体
电路模型
电源+负载+中间环节=电路。
1.1 电路模型
激励:电源+信号源的U或I，推动电路的工作。 响应:由激励在电路中产生的电压和电流称为。
由电流的参考方向与实际方向是否相同确定
KCL 推广
IA
A
IAB IB
IC
B IBC
对 A、B、C 三个结点 应用 KCL ：
IA = IAB – ICA
ICA
IB = IBC – IAB
IC = ICA – IBC
上列三式相加，便得
C
IA + IB + IC = 0
即 I =0
封闭回路=广义的结点
+
R2 + 结点 电路中三条或三条
E1_
I3
R3
_ E2
以上支路连接的点
如a b
b
回路 一条或多条支路
组成的闭合路径
如 abca adba adbca
1.1 基尔霍夫电流定律(KCL)
KCL：任一瞬间，流向某一结点电流的代数和等于零。
数学表达式为 i =0 I = 0
(对任意波形的电流) (直流电路中)
1.1 基尔霍夫电压定律(KVL)
定义：任一瞬间，任一回路中电压的代数和=零。
即 U = 0 或 E = U = RI
1.1 基尔霍夫电压定律(KVL)
c E1
I1 +
R1 _ a_
U3
+
_ U1
R2
I2 d
U4 +
+
U2 _ E2
回路 c b d a c KVL 方程式， 为
U1 – U2 + U4 – U3 = 0
图 (c)
欧姆定律：通过电阻的电流与电压成正比。
U 、I 参考方向相同
表达式
U =R I
U、 I 参考方向相反 U = –RI
图 (b) 中 I = –2 A，R = 3 ， U = – 3 –( –2 ) =– 6 V
电压与电流参 考方向相反
电流的参考方向 与实际方向相反
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1.31.1电电源源有有载载工工作作、开路与短路
U
R 电源输 电源产 内阻消
R0 _
出功率 生功率 耗功率
b
d
电源产 生功率
=
负载取 用功率
+
内阻消 耗功率
1. 电压与电流
I
=
R
E +
R0
U = RI
功率的单位：瓦[特](W) 或千瓦(kW)
U = E – R0I
1.1 电源有载工作
3. 电源与负载的判别
U 和 I 的实际方向相反，是电源，发出功率； U 和 I 的实际方向相同，是负载，取用功率。
b
即 U = 0 上式也可改写为 U4 – U3 = E2 – E1 即 U = E
或 I2 R2 – I1R1 = E2 – E1 即 IR = E
KVL 推广应用于假想的闭合回路
+
+
E_
U R
I
_
A
++
UA
_
UAB
_
_
C
UB + B
根据 KVL 可列出
E RI U = 0 或 U = E RI
电压、电流参考方向与实际方向相同为正，反之则 为负。
I
例如：图中 I = 3 A，电流的实 际方
+ E–
向与参 考方向相同 ；反之， I = –3 A， 电流的实际方与参考方向相反 。
R
R0
在电路图中所标电压、电流、电动
势的方向，一般均为参考方向。
+I
+I
–I
U
RU
R或 U
R
–
–
+
图 (a)
图 (b)
b
d
注意：为防止事故发生，需接入熔断器或自动
断路器，保护电路。
1.1 电源有载工作、开路与短路
1.1 电源短路
由于某种需要将电路的某一段短路，称为短接。
I
+ R1 E_
R0
UR
有 I 视电路而定
源
电
U=0
路
返回
1.1 基尔霍夫定律
I1
c
a
I2 d
支路 电路中的每一分支 如 acb ab adb
R1
电源性质
想一想，若根据电压电流 的实际方向应如何分析？
1.1 电源有载工作
I
4. 额定值与实际值
额定值：电气 设备正常运行的允许
+
电源 U S1
S2
S3
值。
–
电气设备不在额定
条件下运行的危害： P
电源输出的电流和功 率由负载的大小决定
不能充分利用设备的能力；
降低设备的使用寿命甚至损坏设备。
1.1 电源有载工作、开路与短路
1.1 基尔霍夫电流定律(KCL)
I4
I1
KCL，结点 a 得出
a I2
I3
I1 – I2 + I3 + I4 = 0
[例 1] 上图中若 I1 = 9 A， I2 = – 2 A，I4 = 8 A，求 I3 。 [解] 把已知数据代入结点 a 的KCL方程式，有
9 – (– 2) + I3 + 8 = 0 I3 = –1Fra Baidu bibliotek A
a
c
U
++
E_
U
R0
_
I
E
R0I
R
U
O
I
b
d
1. 电压与电流
I
=
R
E + R0
U = RI 或 U = E – R0I
电源的外特性曲线
R0 << R 时， U E 说明电源带负载能力强
1.1 电源有载工作
a
++ E_
2. 功率与功率平衡
c
I
UI = EI – R0I2 P = PE –P
功率 平衡式