电工技术基础课件.ppt

电工电子技术
（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
非关联参考方向
I I=?
流工作状态？
3.额定电流为100A
的发电机，只接了 60A的照明负载，还 有40A电流去哪了？
“1W、100Ω”
2. 该电阻允许加 的最高电压=？ 允许通过的最大 电流=？
4.电源的开路电压为
12V,短路电流为30A, 则电源的US=?RS=？
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1.3 基本电路元件和电源元件
1. 电阻元件
－US
－
RS
＋
＋ －US
U=US －
（3）短路
S
RSI＝US/RS ＋
RL
＋
－US
U=0 RL －
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右下图电路，若已知元件吸收功率为－20W，
电压U=5V，求电流I。
分析：
I
+
U 元件
由图可知UI为关联参考方向，因此:
I P2 04A U5
I为负值，说明它的实际方向与图上标示的参考方向相反。
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思考 回答
1.在电路分析中，引入参考方向的目的是什么？ 2.应用参考方向时，你能说明“正、负”、
减“”加及、“相同、相反”这几对词的不同之处 吗？
电路分析中引入参考方向的目的是：为分析和计算 电路提供方便和依据。
应用参考方向时，“正、负”是指在参考方向下， 电压、电流数值前面的正负号，如某电流为“－5A”， 说明其实际方向与参考方向相反，某电压为“＋100V”， 说明该电压实际方向与参考方向一致；“加、减”指参 考方向下电路方程式中各量前面的加、减号；“相同” 是指电压、电流为关联参考方向，“相反”指的是电压、 电流参考方向非关联。
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。
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（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：
u ab
dw ab dq
直流情况下
U ab
W ab 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：
UabVa 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。
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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
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。
1度电的概念 100W的电灯照明10小时；
40W的电灯照明25小时。
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（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： PWUItUI 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。
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。
3A，1080J
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电路由哪几部分 组成？试述电路 的功能？
理想电路元件 与实际元器件 有何不同？
如何判断元件 是电源还是负 载？
为何要引入参考 方向？参考方向 和实际方向有何 联系与区别？
何谓电路 模型？
学好本课程，应注意抓好四个主要环节：提前预习、 认真听课、及时复习、独立作业。还要处理好三个基本 关系：听课与笔记、作业与复习、自学与互学。
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。
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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？
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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
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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。
电荷有规则的定向移动形成电Biblioteka Baidu。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：
1A=103mA=106μA=109nA
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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关联参考方向
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。
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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。
（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：
P210% 0 P2 10% 0
P1
P2P
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
力，大约平均需要投资2000元，不到建设投资的1/3。通
2、一只标有“220V，60W”的电灯，当其两端电压为多少 伏时电灯能正常发光？正常发光时电灯的电功率是多少？ 若加在灯两端的电压仅有110伏时，该灯的实际功率为多 少瓦？额定功率有变化吗？
220V，60W；15W，不变。 3、把一个电阻接在6伏的直流电源上，已知某1分钟单位 时间内通过电阻的电量为3个库仑，求这1分钟内电阻上通 过的电流和电流所做的功各为多少？
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5. 电能、电功率和效率
（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；
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1.2 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
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
（1）通路
（2）开路
I＝US÷(RS＋RL)
S
S I＝0
RS
＋
＋ U=US－IRS RL
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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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（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。
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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。
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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
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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：
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 因此，电阻元件称为即时元件。I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：PUIU2 I2R R
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。
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. 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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4. 电路中的电压、电流及其参考方向 （1）电流
= 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。
+
I
US
I
–
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。
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。
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想想 练练
1、某用电器的额定值为“220V，100W”，此电器正常工作10 小时，消耗多少焦耳电能？合多少度电？ 3600000J，1度电
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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。
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。
• 举例2：右下图电路，若已知元件中电流为I=－100A，
电压U=10V，求电功率P，并说明元件是电源还是负载。
解：UI非关联参考，因此:
I
U+
元件
P U I1 0 ( 1)0 1 00 W 00
元件吸收正功率，说明元件是负载。
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U
U0
1. 电源外特性
与横轴相交处
的电流=？电
0