电工学课件

电工学——研究电工技术和电子技术的理论及其应用的科学技术。电工技术（上册）（电工学）电工电子技术电子技术（下册）电路分析基础磁路与电机模拟电子技术数字电子技术•大学工科各专业的技术基础课•电工理论是在实验基础上发展起来的一门学科•本课程具有理论与实践紧密结合的特点•是后续专业课程及以后从事工业技术的必要基础课程的性质考核方式1、平时成绩：30％作业、出勤、课堂表现：10％实验：20％2、期终考试：70％第一章电路的基本概念、定律与分析方法1.1电路的基本概念1.2电路的基本元件1.3电路的基本状态和电气设备的额定值1.4电路中电位的概念及计算1.6电路的分析方法1.5基尔霍夫定律电路的基本概念、定律与分析方法第一章1.了解电路模型及理想电路元件的意义；2.理解电压与电流参考方向的意义；掌握电源与负载的判别。3.理解电路的基本定律并能正确应用；4.了解电源的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义；5.掌握分析与计算电路中各点电位的方法。本章要求:§1.1电路的基本概念电路：电流所通过的路径。它是由电路元件按一定方式组合而成的。电路的作用一：实现电能的传输和转换发电机电灯电动机电炉升压变压器降压变压器输电线电源中间环节负载一、电路的组成和作用电源：将非电能转换成电能的装置，或提供电能的装置。例如：发电机、干电池负载：将电能转换成非电能的装置，或消耗电能的装置。例如：电动机、电炉、灯中间环节：连接电源和负载的部分，起传输和分配电能的作用。例如：输电线路电路的作用之二：传递和处理信号。放大器电源（信号源）中间环节负载电路的组成：电源、负载、中间环节三部分二、电路模型电池灯泡负载电源理想电路元件：在一定条件下，突出其主要电磁性能，忽略次要因素，将实际电路元件理想化（模型化）。主要有电阻、电感、电容元件、电源元件。电路模型：由理想电路元件所组成的电路，就是实际电路的电路模型。EIRU+_+_电路的物理量电流电压电动势电池灯泡负载电源EIRU+_+_三、电压和电流的参考方向电路中物理量的方向物理量的方向：实际方向参考方向实际方向：物理中对电量规定的方向。参考方向：在分析计算时，对电量人为规定的方向。物理量的实际方向物理量单位实际正方向电流IA、kA、mA、μA正电荷移动的方向电动势EV、kV、mV、μV电源驱动正电荷的方向(低电位高电位)电压UV、kV、mV、μV电位降落的方向(高电位低电位)电路分析中的参考方向问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向，电路如何求解？电流方向AB？电流方向BA？E1ABRE2IR+_+_(1)在解题前先设定一个方向，作为参考方向；解决方法(3)根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关系的代数表达式；例已知：E=2V,R=1Ω问：当U分别为3V和1V时，IR=?解：(1)假定电路中物理量的参考方向如图所示；(2)列电路方程：EUURREURUIRREUURERabU+_+_IRUR+_(3)数值计算A1121V1A112-33VRRIUIU（实际方向与参考方向一致）（实际方向与参考方向相反）REUIREIRRURabU+_+_+_(3)为了避免列方程时出错，习惯上把I与U的方向按相同方向假设。（关联参考方向）(1)“实际方向”是物理中规定的，而“参考方向”则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。(2)在以后的解题过程中，注意一定要先假定物理量的参考方向，然后再列方程计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的.提示四、功率做功的速率：dtdwpABi+_uuidtudqdtdwp关联参考方向下UIP0p吸收功率负载；uip非关联参考方向下UIP0p发出功率电源iAB+_u1.1.3/7图1.1.9中，哪些元件吸收功率，哪些元件提供功率，并求出吸收与提供的功率大小。§1.2电路元件二端元件：电阻电感电容电压源电流源一、电阻元件R:（单位：、k、M）1.线性电阻:电阻值与它所通过的电流和所施加的电压无关。即电阻值固定不变.也可以说满足欧姆定律的电阻为线性电阻.IRURIU+_欧姆定律关联参考方向下IRURUI_+RUI+_非关联参考方向下伏-安特性iuconstiuR电导UIG单位S（西门子）0222GuRuRip伏-安特性uiconstiuR2.非线性电阻元件二、电感元件L：单位电流产生的磁链（单位：H,mH,H）ui+-ФLidtdiLdtdu1.电感中电流、电压的关系ui+-线性电感:L=Const(如:空心电感不变)非线性电感:L=Const(如:铁心电感不为常数)当Ii(直流)时,0dtdi0u所以,在直流电路中电感相当于短路.2.电感的功率和储能关联方向下uip221Liw三、电容元件C:uqC单位电压下存储的电荷（单位：F,F,pF）++++----+q-qui+-()()()()()()t0tt001111itudududi0udLLLLdtduCdtdqi1.电容上电流、电压的关系uqC当Uu(直流)时,0dtdu0i所以,在直流电路中电容相当于断路.uiC+-线性电容:C=Const非线性电容:C=Const2.电容的功率和储能关联方向下uip221CuwdiCudiCdiCdiCtuttt000)(1)0()(1)(1)(1)(无源元件小结理想元件的特性（u与i的关系）LCRiRudtdiLudtduCi关联参考方向§1.3电路的基本状态和电气设备的额定值伏安特性（外特性）oUEIRIUE1.3.1电源有载工作（开关合上）1.电压与电流关系R0«R时，UEIUROERdc+-ba+_R0«R端电压单位：w、Kw2oIREIUIPPPE式中：PE=EI--是电源产生的功率P=R0I2--是电源内阻上所损耗的功率P=UI--是电源输出的功率2.功率与功率平衡IUROERdc+-ba+_3.额定值与实际值额定值概念：在实际电路中，电气设备的电压、电流都有一个额定值，它是制造厂家综合考虑了用电设备的工作能力、运行性能、经济性、可靠性及其使用寿命等命等因素制定的。电路中通常以UN、IN、PN表示。在使用时，电压、电流、功率的实际值不一定等于它们的额定值。1.3.2.电源开路（开关断开）I=0U=U0=EP=0IUROERdc+-ba+_PE=0，P=0开路电压1.3.3.电源短路IUROERdc+-ba+_U=0I=IS=E/R0P=0PE=P=R0I2,短路电流节点电位的概念：Va=5Va点电位：ab15Aab15AVb=-5Vb点电位：在电路中任选一节点，设其电位为零（用此点称为参考点。其它各节点对参考点的电压，便是该节点的电位。记为：“VX”（注意：电位为单下标）。标记），§1.4电路中电位的概念及计算电压的概念：两点间的电压就是两点的电位差某点电位值是相对的，参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而改变。注意：电位和电压的区别Uab=610=60VUca=204=80VUda=56=30VUcb=140VUdb=90V以a电为参考点Vv-Va=UbaVb=Uba=-60VVc-Va=UcaVc=Uca=+80VVd-Va=UdaVd=Uda=+30V例E1=140V+_E2=90V+_20564A6A10AcbdaE1=140V+_E2=90V+_20564A6A10Acbda以b电为参考点Va=Uab=＋60VVc=Ucb=＋140VVd=Udb=＋90V以a电为参考点Vb=Uba=－60VVc=Uca=＋80VVd=Uda=＋30V电位在电路中的表示法E1+_E2+_R1R2R3R1R2R3+E1-E2R1R2+15V-15V参考电位在哪里？R1R215V+-15V+-（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）参考点选的不同，电路中各点的电位值随着改变，但是任意两点间的电压值是不变的。所以各点电位的高低是相对的，而两点间的电压是绝对的。电位小结1.4.7/20求开关断开和闭合两种状态下A点电位§1.5基尔霍夫定律（克希荷夫）名词注释：节点：三个或三个以上支路的联结点支路：电路中每一个分支回路：电路中任一闭合路径基尔霍夫电流定律应用于结点基尔霍夫电压定律应用于回路支路：ab、ad、…...（共6条）回路：abda、bcdb、…...（共7个）节点：a、b、c、d(共4个）例I3E3_+R3R6abcdI1I2I5I6I41.5.1基尔霍夫电流定律（KCL方程）对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由节点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为0。4231IIII基尔霍夫电流定律的依据：电流的连续性I=0即：I1I2I3I4例或：04231IIII电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。闭合面；I1+I2=I3例I=0基尔霍夫电流定律的扩展I=?E2E3E1+_RR1R+_+_R例I1I2I3ABCI4I5I6A:I1=I4+I6B:I2+I4=I5C:I5+I6=I31.5.2基尔霍夫电压定律（KVL方程）对电路中的任一回路，沿任意绕行方向转一周，其电位升等于电位降。或，电压的代数和为0。例如：回路a-d-c-a44553433IRIREEIR电位升电位降即：0U或：445534330IRIREEIRbI3E3_+R3R6acdI1I2I5I6I4445534330IRIREEIRI3E3_+R3R6abcdI1I2I5I6I4或EIR注：电动势参考方向与回路绕行方向相同时取正，否则取负；电阻电流方向与绕行方向相同是取正，否则取负。34445533EEIRIRIRRIUEabE+_RabUabI基尔霍夫电压定律也适合开口电路。例+_§1.6电路的分析方法1.6.1电路的等效化简等效的概念N1外电路+-uiN2外电路+-uiN1和N2等效电阻串联1.定义:若干个电阻元件一个接一个顺序相连,并且流过同一个电流。2.等效电阻:Req=R1+R2+…+Rn=nRUR_+UU1U2R1R2+_++__电阻串并联的等效变换212121)(RRRIRRRIUUUeq3.分压公式:各段电压降与阻值成正比。,11URRUeq,22URRUeq2121R:RU:U并且P1：P2=R1：R2UR_+UU1U2R1R2+_++__I1.定义:若干个电阻都连接到同一对节点上,并联时各电阻承受同一电压。2.等效电阻:12121nnnUUUIIIIURRRRn21R1R1R1R1n21GGGG…R1R2RnI1I2InIU+_电阻并联3.分流公式:IRRRRIRRUI212111IRRRRIRRUI211222即电流分配与电阻成反比.功率P1:P2=R2:R1::1221IIRR电压源伏安特性电压源模型oIREUIUERo越大斜率越大电源的两种模型：电压源和电流源。UIRO+-E+_电压源与电流源及其等效变换理想电压源（恒压源）:RO=0时的电压源.特点：(1）输出电压不变，其值恒等于电动势。即UabE；（2）电源中的电流由外电路决定。伏安特性IUabEEI+_abUab+_恒压源中的电流由外电路决定设:E=10V当R1R2同时接入时：I=10A例当R1接入时：I=5A则：IE+_abUab2R1R22+_电流源oabSRUIIIsUabI外特性电流源模型RORO越大特性越陡ISROabUabI+_理想电流源（恒流源