电工学简明教程第一章第二版

电工与电子技术电工技术应用举例(1)工业控制•电机控制•机床控制•生产过程自动化控制•楼宇电梯控制•......电工技术的应用电工与电子技术电工技术应用举例(2)信号检测•压力、温度、水位、流量等的测量与调节•电子仪器•医疗仪器•......电工与电子技术家用电器•电灯、电话•广播、电视•冰箱、洗衣机•家庭影院•......电工技术应用举例(3)电工与电子技术课程性质:专业基础课，必修。课程对象:非电专业课程特点：内容丰富，技术更新快，紧密联系实际，应用非常广泛。本课是非电专业一切电类后续课程（安全监控等）的基础。学时少、内容多，不能轻视。否则，对以后的学习将会造成很大影响。电工与电子技术教材及参考书教材：《电工学简明教程》第二版秦曾煌主编高等教育出版社《电工学》唐介主编高等教育出版社参考书：《电工学简明教程学习辅导与习题解答》(第2版)秦曾煌主编高等教育出版社电工与电子技术课程要求•考勤–病假、事假要有证明–缺勤一次扣2分直到10分扣完，超过取消考试资格•课堂纪律–不得从事与本课程无关的活动•作业–每周一次,全交–每周第一次课交，过时不候电工与电子技术1.试卷成绩70%2.平时成绩(包括考勤、作业、实验)30%答疑时间：每周一下午3：30－5：00答疑地点：实验楼304(电子信息基础教研室)联系电话：[phone]电工与电子技术主要教学内容电工技术电路分析电机与控制直流电路交流电路暂态分析电机工业控制电子技术电工与电子技术模拟电子数字电子电工与电子技术课程结构（十一章）第1章电路及其分析方法第2章正弦交流电路第3章磁路和变压器第4章电动机第5章继电接触器控制系统第7章工业企业供电与安全用电(自学)第8章电工测量(自学)第9章二极管和晶体管第10章基本放大电路第11章运算放大器第12章直流稳压电源第13章门电路和组合逻辑电路电路与磁路电机与电机控制数字电子模拟电子电工与电子技术第一部分电路及其分析方法10212第二部分正弦交流电路88第三部分磁路和变压器44第四部分电动机44第五部分继电接触器控制系统426第六部分安全用电自学第七部分电工测量自学第八部分半导体二极管和三极管44第九部分基本放大电路8210第十部分运算放大器66第十一部分直流稳压电源22第十二部分门电路和组合逻辑电路628合计56864电工与电子技术第1章电路及其分析方法1.2电路模型1.3电压和电流的参考方向1.4电源有载工作、开路与短路1.5基尔霍夫定律1.6电阻的串联与并联1.7支路电流法1.8叠加定理1.11电路中电位的计算1.9电压源与电流源及其等效变换1.10戴维宁定理1.12电路的暂态分析1.1电路的作用与组成部分电工与电子技术1.1电路的作用与组成部分(1)实现电能的传输、分配与转换(2)实现信号的传递与处理放大器扬声器话筒1.电路的作用电路--电流的通路发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线电工与电子技术2.电路的组成部分电源:提供电能的装置负载:取用电能的装置中间环节：传递、分配和控制电能的作用发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线电工与电子技术直流电源直流电源:提供能源信号处理：放大、调谐、检波等负载信号源:提供信息2.电路的组成部分放大器扬声器话筒激励----电源或信号源的电压或电流，它推动电路工作。响应----由激励所产生的电压和电流。电工与电子技术电路中电源和信号源的电压或电流称为激励，它推动电路的工作。激励响应由激励在电路中产生的电压和电流称为响应。电路分析是在已知电路结构和参数的条件下，讨论与的关系。返回2.电路的组成部分电工与电子技术i1.2电路模型实际的电路是由一些按需要起不同作用的元件或器件所组成，如发电机、变压器、电动机、电池、电阻器等，它们的电磁性质是很复杂的。例如：一个白炽灯在有电流通过时，RRL消耗电能(电阻性)产生磁场储存磁场能量(电感性)忽略L为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，把它看成理想电路元件。电工与电子技术电源负载连接导线电路实体电路模型1.2电路模型用理想电路元件组成的电路，称为实际电路的电路模型。SER–+R0开关电工与电子技术2008年2月4日Copyright(RXY)电路模型:由理想元件组成的电路.（一）理想无源元件(线性元件)1.电阻:电路中消耗电能的理想元件2.电容:电路中储存电场能的理想元件3.电感:电路中储存磁场能的理想元件线性电路:由线性元件和电源元件组成的电路.电工与电子技术2008年2月4日Copyright(RXY)（二）理想电源元件1.理想电压源+-U=定值+-ISUSUOIU恒压源电工与电子技术2008年2月4日Copyright(RXY)2.理想电流源SIOIU-I=定值+USI恒流源电工与电子技术1.3电压和电流的参考方向对电路进行分析计算时，不仅要算出电压、电流、功率值的大小，还要确定这些量在电路中的实际方向。复杂电路和交流电路内各处电压、电流的实际方向无法确定。为此引入参考方向的规定。参考方向选定之后，电流之值才有正负之分电工与电子技术2008年2月4日Copyright(RXY)物理中对基本物理量规定的方向物理量实际方向电流I正电荷运动的方向电动势E(电位升高的方向)电压U(电位降低的方向)高电位低电位单位kA、A、mA、μA低电位高电位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV注意：它们是标量，规定方向是为了便于电路的计算。电工与电子技术(2)参考方向的表示方法电流：Uab双下标电压：(1)参考方向IE+_在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。Iab双下标2.电路基本物理量的参考方向aRb箭标abRI正负极性+–abUU+_电工与电子技术实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。(3)实际方向与参考方向的关系注意：在参考方向选定后，电流(或电压)值才有正负之分。若I=5A，则电流从a流向b；例：若I=–5A，则电流从b流向a。abRIabRU+–若U=5V，则电压的实际方向从a指向b；若U=–5V，则电压的实际方向从b指向a。电工与电子技术2008年2月4日Copyright(RXY)UIRIUab假设:与的参考方向一致IU关联正方向两个基本概念UIRIUab非关联正方向假设:I与U的参考方向相反欧姆定律：流过电阻R的电流I与电阻两端的电压U成正比线性电阻：遵循欧姆定律，阻值大小与电压电流无关的电阻电工与电子技术2008年2月4日Copyright(RXY)解：对图(a)有,U=RI例1.3.1：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图(b)有,U=–RIΩ326:IUR所以Ω326:IUR所以RU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2A表达式中有两套正负号：①式前的正负号由U、I参考方向的关系确定；②U、I值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。电工与电子技术2008年2月4日Copyright(RXY)(4)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(关联正方向）。(1)方程式U/I=R仅适用于关联正方向的情况。(2)“实际方向”是物理中规定的，而“假设正方向”则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。(3)在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向”(即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的.重要提示电工与电子技术2008年2月4日Copyright(RXY)1.4电源有载工作、开路与短路受控电源（后面介绍）理想电压源电源实际电源理想电源电压源理想电流源电流源R0IsU0E+_U0R0E（R0=0）Is（R0∞）电工与电子技术EIU1.4电源有载工作、开路与短路1.电压与电流R0RabcdR+R0I=EER0I电源的外特性曲线当R0R时，则UE说明电源带负载能力强IUO+_+_UU=RI或U=E–R0I1.4.1电源有载工作电工与电子技术1.4.1电源有载工作1.电压与电流U=RIU=E–R0I2.功率与功率平衡UI=EI–R0I2P=PE–P电源产生功率内阻消耗功率电源输出功率功率的单位：瓦[特](W)或千瓦(kW)电源产生功率=负载取用功率+内阻消耗功率功率平衡式EIUR0Rabcd+_+_R+R0I=E电工与电子技术电源与负载的判别U、I参考方向不同，P=UI0，电源；P=UI0，负载。U、I参考方向相同，P=UI0，负载；P=UI0，电源。1.根据U、I的实际方向判别2.根据U、I的参考方向判别电源（发出功率）U、I实际方向相反，即电流从“+”端流出。负载（吸收功率）U、I实际方向相同，即电流从“+”端流入。电工与电子技术1.4.1电源有载工作3.电源与负载的判别[例1]已知：图中UAB=3V，I=–2A[解]P=UI=(–2)3=–6W求：N的功率，并说明它是电源还是负载。因为此例中电压、电流的参考方向相同而P为负值，所以N发出功率，是电源。想一想，若根据电压电流的实际方向应如何分析？NABI电工与电子技术1.4.1电源有载工作4.额定值与实际值U电源+–IP电源输出的电流和功率由负载的大小决定额定值是为电气设备在给定条件下正常运行而规定的允许值。电气设备不在额定条件下运行的危害：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。S1S2S3电工与电子技术1.4电源有载工作、开路与短路1.4.2电源开路电源开路时的特征I=0U=U0=EP=0当开关断开时，电源则处于开路(空载)状态。EIU0R0Rabcd+_+_电工与电子技术UIS电流过大，将烧毁电源！1.4.3电源短路U=0I=IS=E/R0P=0PE=P=R0IS2ER0Rbcd+_电源短路时的特征a当电源两端由于某种原因连在一起时，电源则被短路。为防止事故发生，需在电路中接入熔断器或自动断路器，用以保护电路。电工与电子技术U=0I视电路而定有源电路1.4电源有载工作、开路与短路1.4.3电源短路由于某种需要将电路的某一段短路，称为短接。UIER0R+_R1返回电工与电子技术网孔（mesh）：1.5基尔霍夫定律一、预备知识名词解释：支路（Branch）：电路中的每一条分支。（一个支路流过一个电流）结点（Node）：三条或三条以上支路的联结点回路（Loop）：内部不包含任何支路的回路电路中任一闭合路径6条支路----b=6该电路拥有4个结点----n=47个回路----L=73个网孔----m=3电工与电子技术结点共a、b2个支路共3条回路共3个例#1#2#3回路几个？abI1I2I3U2+-R1R3R2+_U1+_几条支路？结点几个？网孔数？网孔共2个如abcaadbaadbcacd如acbabadb电工与电子技术1、网孔与平面电路的画法有关{1,2}、{1,3,4}和{4,5,6}。{1,2}、{2,3,4}和{4,5,6}是网孔。二、需要注意的问题：2、由理想导线连接的结点应视为1个结点（本电路3个结点）电工与电子技术(直流电路中)I=0在任一瞬间，一个结点上电流的代数和恒等于零。1.5.1基尔霍夫电流定律(KCL)基尔霍夫电流定律是用来确定连接在同一结点上的各支路电流之间的关系。根据电流连续性原理，电荷在任何一点均不能堆积(包括结点)。故有对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于由结点流出的电流。I入=I出即：电工与电子技术1.5.1基尔霍夫电流定律(KCL)若以流入结点的电流为正，流出结点的电流为负，则根据KCL，结点a可以写出I1–I2+I3－I4=0[例1]上图中若I1=2A，I2=–3A，I3=－2A，求I4。2–(–3)+（－2）－I4=0[解]把已知数据代入结点a的KCL方程式，有式中的正负号由KCL根据电流方向确定由电流的参考方向与实际方向是否相同确定I4=3AI1I2I3I4电工与电子技术IAIBIABIBCICAKCL推广应用即I=0ICIA+IB+IC=0可见，在