初级电工培训资料 PPT课件

I
微向下倾斜的直线，如右图所示。
电压源模型的外特性
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。
I
I
I
电
流 源
IS
+
模 型
R0I U
RL
_
0
U
0
U
电流源模型的外特性
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。
+
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
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。
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：
1A=103mA=106μA=109nA
在电工技术的问题分析中，仅仅指出电流的大小是不够 的，通常规定以正电荷移动的方向为电流的参考正方向。
i 参考方向
i
参考方向
实际方向
(a)
实际方向
(b)
a
b
a
b
iab
iba
(c)
(d)
电流的参考方向
（2.1）电位
某一点的电位是指电场力将单位正电荷Q从电场中的某一点移到参考点所做 的功（W）。电位用字母V表示
V=W/Q
（2.2）电压
高中物理学中对电压的定义：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。表达式为：
uab
dwab dq
直流情况下
U ab
Wab Q
注意：物理量用小字表示变量，用大写表示恒量。
从工程应用的角度来讲，电路中的电压是产生电流的根 本原因；在数值上，电压等于电路中两点电位的差值。
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，它们之间的换算关系为：
1V=103mV=10－3KV
电工技术的问题分析中，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。
1kW h 103 3600 3.6 106 J
所有元件吸收的功率的总和为零。这个结论叫做“电路 的功率平衡”。
练习： 有220V, 100 W灯泡一个, 其灯丝电阻是多少？每天用5h, 一个月（按30
解 灯泡灯丝电阻为
P U2 R
U 2 2202
R
484
P 100
一个月消耗的电能为
电源：电池路等中。提供电能的装置。如发电机、蓄电
电路组成 负载：在灯电等路。中接收电能的设备。如电动机、电
电源和负载之间不可缺少的连接、控 中间环节：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。
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
－US
－
（a）开路
（b）通路
（c）短路
1. 电阻元件 1.3 电路元件 u
R
电阻产品实物图
电阻元件图符号 0
i
线性电阻元件伏安特性
由电阻的伏安特性曲线可得，任一瞬时，电阻元件上电
压和电流的关系为即时对应关系，即：R u 因此，电阻元件称为即时元件。即时 i
元件上的电压、电流关系遵循欧姆定律。电阻元件通过电 流就要发热，消耗的能量为： P ui u 2 i 2 R
I
P1
－
P2
U2
P3
＋
＋
U3
－
解 P1的电压参考方向与电流参考方向相同, 故 P1=U1I=4×4=16W (发出16W)
P2和P3的电压参考方向与电流参考方向相反, 故
P2=U2I=(-8)×4=-32W (吸收32W)
P3=U3I=6×4=24W (吸收24W)
整个电路的功率P, 设发出功率为正, 吸收功率为 负, 故
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。 前提是：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， 这种电路称为集总参数元件的电路。
集总参数元件的特征
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
电阻
❖ 理论及时间都证明，导体对电流的通过有一定的阻 碍作用，称为电阻，用字母R表示
❖
❖
R
R=。。。
为什么要在电 路图中预选标出 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、负号才能确定。
+
I
US
I
力，大约平均需要投资2000元，不到建设投资的1/3。通
过提高电能效率节约下来的电力还不需要增加煤等一次性
资源投入，更不会增加环境污染。
所以，提高电能效率与加强电力建设具有相同的重要 地位，不仅有利于缓解电力紧张局面，还能促进资源节约 型社会的建立。
电气设备的额定值及电路的工作状态
1. 电气设备的额定值
40W的电灯照明25小时。
（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。 电功率用“P ”表示：
P W UIt UI tt
国际单位制：U 【V】，I【A】，电功率P用瓦特【W】
电功率是用来表示电流做功快慢的物理量。 用电器正常工作时的电压叫额定电压，在额定电压下的 电功率叫做额定功率。
实际加在用电器两端的电压叫实际电压，在实际电压下 的电功率叫实际功率。
只有在实际电压恰好与额定电压相等时，实际功率才等 于额定功率。
例 如图所示为直流电路, U1=4V, U2=-8V, U3=-6V, I=4A, 求各元件接受或发出的功率P1、 P2 和 P3, 并求整个电路 的功率P。
＋
U1
－
1 2
Li 2
3. 电容元件
q
C
电容产品实物图
电容元件图符号 0
u
线性电容元件库伏特性
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：
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。
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。
电路的组成与功能
电路 ——由实际元器件构成的电流的通路。
电路的组成包括：电源、负载、中间环节
P=16-32-24=-40W
所以整个电路为吸收功率的电路
三、电动势 电源力把单位正电荷从电源的负极移到正极所做的功称为
电源的电动势，用E表示，即
E=WS/Q
四、功率与电能
传递转换电能的速率叫电功率, 简称功率,用p 或P 表示。
i dq , u dw
dt
dq
p dw dw dq
源自文库
dt
dq dt
IS R0
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
＋
端U
模 型
－US
电 压－
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； 实际电压源总是存在内阻的，因此
当负载电流增大时，内阻上必定增加消耗
，从而造成输出电压随负载电流的增大而
减小。即实际电压源的外特性应是一条稍 0
（1）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：
W UIt
式中单位：U【V】；I【A】；t【s】时，电功W为焦耳【J】
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；
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。
1.2. 电流、电位、电压等参数及相
（1）电流
互关系
电荷有规则的定向移动形成电流。计量电流大小的物 理量称为电流强度，简称电流。定义式为：
dQ
i = dt
…… （1-1）
若电流的大小、方向均不随时间变化，则表达式为：
阻不变。
1.4 电路定律及电路基本分析方法
1、电阻的串联与并联
I
I
I
U
I1
I2
R1
R2
U
R
U1 R1 U
U2 R2
电阻的并联
并联各电阻两端 的电压相同。
R
1
1 1 1
R1 R2
Rn
I I1 I2
P P1 P2
等效电路
如果两个串联 电阻有：
R1>>R2，则 R≈R1
–
R
R0
设参考方向下US=100V，I=－5A，则说 明电源电压的实际方向与参考方向一致； 电流为负值说明其实际方向与图中所标示的参考方向相反。
参考方向一经设定，在分析和计算过程中不得随意改动。 方程式各量前面的正、负号均应依据参考方向写出，而电量 的真实方向是以计算结果和参考方向二者共同确定的。
电能、电功率和效率
WC
1 Cu2 2
4. 电源元件
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
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。
p ui
在直流情况下 功率的单位为瓦［特］, 简称瓦, 符号为W,常用的 有千瓦（kW）、兆瓦（MW）和毫瓦（mW）等。
从t0到t时间内,
P UI
t
W pdt t0
直流时， 有 W P(t t0 )
电能的SI主单位是焦［耳］, 符号为J, 在实际生活中还采用 千瓦小时（kW·h）作为电能的单位,简称为1度电。
W PT 100530 15000W h 15kW h 15度
（3）效率
电气设备运行时客观上存在损耗，在工程应用中，常把 输出功率与输入功率的比例数称为效率，用“η”表示：
P2 100% P2 100%
P1
P2 P
提高电能效率能大幅度节约投资。据专家测算，建设
1千瓦的发电能力，平均在7000元左右；而节约1千瓦的电
R
2. 电感元件
Ψ
L
电感元件图符号 0
i
电感产品实物图
线性电感元件韦安特性
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
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、导体、1绝.缘1电体和路半及导电体路模型
自然界物质的电结构：
= 原子结构中：正电荷 负电荷
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。
电气设备长期、安全工作条件下的最高限值称为额定值。
电气设备的额定值是根据设计、材料及制造工艺等 因素，由制造厂家给出的技术数据。
2. 电路的三种工作状态
S I＝0
RS ＋ ＋ U=US －US －
S I＝US÷(RS＋RL)
＋
RS
RL ＋ U=US－IRS RL
－US
－
S
RSI＝US/RS ＋
＋
U=0 RL
1. 在元件中所发生的电磁过程都集中在元件内部进行， 其次要因素可以忽略的理想化电路元件。如前面提到的 无源电路元件R，只具有耗能的电特性；L只具有储存磁 场能量的电特性；C只具有储存电场能量的电特性。
2.对于集总参数元件，任何时刻，从元件一端流入的电 流，恒等于从元件另一端流出的电流，并且元件两端的 电压值是完全确定的。
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 电特性惟一、精确，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 –
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