电工电子技术教案第一章

电工电子技术电工电子技术第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电工电子技术理解电流、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。电工电子技术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戴维南定理电工电子技术1.1电路分析基础知识1、导体、绝缘体和半导体原子核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。自然界物质的电结构：电子正电荷负电荷=原子结构中：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。原子核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。原子核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。电工电子技术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。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？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。电工电子技术负载：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。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。电工电子技术电路可以实现电能的传输、分配和转换。电力系统中：电子技术中：电路可以实现电信号的传递、存储和处理。（2）电路的功能电工电子技术3、电路模型和电路元件电源负载实体电路中间环节与实体电路相对应、由理想元件构成的电路图，称为实体电路的电路模型。电路模型负载电源开关连接导线SRL+U–IUS+_R0电工电子技术白炽灯的电路模型可表示为：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。iRRL消耗电能的电特性可用电阻元件表征产生磁场的电特性可用电感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L可以忽略。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。白炽灯电路电工电子技术RC+US–电阻元件只具耗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L电感元件只具有储存磁能的电特性IS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电工电子技术必须指出，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。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。电工电子技术4.电路中的电压、电流及其参考方向（1）电流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：idqdt=……（1-1）1A=103mA=106μA=109nAIQt=……（1-2）电荷有规则的定向移动形成电流。电流的大小用电流强度表征，定义式为：大小、方向均不随时间变化的稳恒直流电可表示为：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。电工电子技术dqdwuababQWUabab直流情况下（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：注意：变量用小写字母表示，恒量用大写字母表示。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。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：baabVVU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电源元件＋U－b非关联参考方向aI负载元件＋U－b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。电工电子技术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。I为什么要在电路图中预先标出参考方向？–+USR0RI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。电工电子技术思考回答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”、“加、减”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。电工电子技术UItW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•h5.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：式中单位：U【V】；I【A】；t【s】时，电功W为焦耳【J】1度电的概念1000W的电炉加热1小时；100W的电灯照明10小时；40W的电灯照明25小时。电工电子技术UItUIttWP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。（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：国际单位制：U【V】，I【A】，电功率P用瓦特【W】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。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。电工电子技术%100%1002212PPPPP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。（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：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。电工电子技术想想练练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？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？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？3A，1080J3600000J，1度电220V，60W；15W，不变。电工电子技术电路由哪几部分组成？试述电路的功能？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？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？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。电工电子技术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I＝US÷(RS＋RL)（1）通路＋U=US－IRS－RLS＋US－RS（2）开路＋U=US－I＝0S＋US－RSRL＋U=0－I＝US/RS（3）短路RLS＋US－RS电工电子技术右下图电路，若已知元件吸收功率为－20W，电压U=5V，求电流I。+UI元件分析：由图可知UI为关联参考方向，因此:A4520UPI•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。+UI元件解：UI非关联参考，因此:元件吸收正功率，说明元件是负载。W1000)100(10UIPI为负值，说明它的实际方向与图上标示的参考方向相反。电工电子技术1.电源外特性与横轴相交处的电流=？电流工作状态？2.该电阻允许加的最高电压=？允许通过的最大电流=？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？4.电源的开路电压为12V,短路电流为30A,则电源的US=?RS=？UI0U0I=?“1W、100Ω”电工电子技术IUR1.3基本电路元件和电源元件1.电阻元件R线性电阻元件伏安特性0UI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：因此，电阻元件称为即时元件。即时RIRUUIP22电阻产品实物图电阻元件图符号电阻元件上的电压、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：电工电子技术2.电感元件和电容元件L线性电感元件的韦安特性0Ψi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：dtdiLuL显然，只有电感元件上的电流221LiwL电感产品实物图电感元件图符号发生变化时，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：或221LIWL（1）电感元件电工电子技术（2）电容元件线性电容元件的库伏特性0qu对线性电容元件而言，任一瞬时，其电压、电