電工電子技術(shù)基礎(chǔ)-廣西交通運(yùn)輸學(xué)校（原廣西航運(yùn)學(xué)校）

1、電工基礎(chǔ),機(jī)電科 電子教研組 王宇浩,,,,,,,,,,,,學(xué)習(xí)要點(diǎn),電流、電壓參考方向及功率計(jì)算常用電路元件的伏安特性電路的負(fù)載、開路及短路狀態(tài)額定值的意義基爾霍夫定律電位的概念及計(jì)算,第1章 電路模型及電路定律,第1章 電路模型及電路定律,1.1 電路及基本物理量1.2 電路模型1.3 電氣設(shè)備的額定值及電路的工作狀態(tài)1.4 基爾霍夫定律1.5 電位的概念及計(jì)算,1.1 電路及基

2、本物理量,電路的組成電路是為了某種需要而將某些電工設(shè)備或元件按一定方式組合起來的電流通路。由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)3部分組成。,電路的主要功能一：進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配。二：實(shí)現(xiàn)信號的傳遞、存儲和處理。,1.1.1 電路的組成及功能,1.1.2 電流,電荷的定向移動形成電流。電流大?。簡挝粫r間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電量。,大寫 I 表示直流電流小寫 i 表示電流的一般符號,正電荷運(yùn)動方向規(guī)定為電流的實(shí)際方向。電流的方向用

3、箭頭或雙下標(biāo)變量表示。任意假設(shè)的電流方向稱為電流的參考方向。,如果求出的電流值為正，說明參考方向與實(shí)際方向一致，否則說明參考方向與實(shí)際方向相反。,1.1.3 電壓、電位和電動勢,電路中a、b點(diǎn)兩點(diǎn)間的電壓定義為單位正電荷由a點(diǎn)移至b點(diǎn)電場力所做的功。,電路中某點(diǎn)的電位定義為單位正電荷由該點(diǎn)移至參考點(diǎn)電場力所做的功。,電路中a、b點(diǎn)兩點(diǎn)間的電壓等于a、b兩點(diǎn)的電位差。,電壓的實(shí)際方向規(guī)定由電位高處指向電位低處。與電流方向的處理方法

4、類似，可任選一方向?yàn)殡妷旱膮⒖挤较?例：當(dāng)ua =3V ub = 2V時,u1 =1V,最后求得的u為正值，說明電壓的實(shí)際方向與參考方向一致，否則說明兩者相反。,u2 =－1V,對一個元件，電流參考方向和電壓參考方向可以相互獨(dú)立地任意確定，但為了方便起見，常常將其取為一致，稱關(guān)聯(lián)方向；如不一致，稱非關(guān)聯(lián)方向。,如果采用關(guān)聯(lián)方向，在標(biāo)示時標(biāo)出一種即可。如果采用非關(guān)聯(lián)方向，則必須全部標(biāo)示。,電動勢是衡量外力即非靜

5、電力做功能力的物理量。外力克服電場力把單位正電荷從電源的負(fù)極搬運(yùn)到正極所做的功，稱為電源的電動勢。,電動勢的實(shí)際方向與電壓實(shí)際方向相反，規(guī)定為由負(fù)極指向正極。,1.1.4 電功率,電場力在單位時間內(nèi)所做的功稱為電功率，簡稱功率。,功率與電流、電壓的關(guān)系：,關(guān)聯(lián)方向時：p =ui,非關(guān)聯(lián)方向時：p =－ui,p＞0時吸收功率，p＜0時放出功率。,例：求圖示各元件的功率.（a）關(guān)聯(lián)方向，P=UI=5×2=10W，P&

6、gt;0，吸收10W功率。（b）關(guān)聯(lián)方向，P=UI=5×(－2)=－10W，P0，吸收10W功率。,解：元件A：非關(guān)聯(lián)方向，P1=－U1I=－10×1=－10W，P1>0，產(chǎn)生10W功率，電源。元件B：關(guān)聯(lián)方向，P2=U2I=6×1=6W，P20，吸收10W功率，負(fù)載。P1+P2+P3=－1=+6+4=0，功率平衡。,例： I=1A，U1=10V，U2=6V，U3=4V。求各元件功率，并分析

7、電路的功率平衡關(guān)系。,1.2 電路模型,為了便于對電路進(jìn)行分析計(jì)算，常常將實(shí)際電路元件理想化，也稱模型化，即在一定條件下突出其主要的電磁性質(zhì)，忽略次要的因素，用一個足以表征其主要特性的理想元件近似表示。由理想電路元件所組成的電路，稱為電路模型。常見的電路元件有電阻元件、電容元件、電感元件、電壓源、電流源。 電路元件在電路中的作用或者說它的性質(zhì)是用其端鈕的電壓、電流關(guān)系即伏安關(guān)系（VAR）來決定的。,1.2.1 電

8、路模型的概念,1.2.2 理想電路元件,伏安關(guān)系（歐姆定律）：,關(guān)聯(lián)方向時：u =Ri,非關(guān)聯(lián)方向時：u =－Ri,1．電阻元件,符號：,功率：,電阻元件是一種消耗電能的元件。,伏安關(guān)系：,2．電感元件,符號：,電感元件是一種能夠貯存磁場能量的元件，是實(shí)際電感器的理想化模型。,Ｌ稱為電感元件的電感，單位是亨利（Ｈ）。,只有電感上的電流變化時，電感兩端才有電壓。在直流電路中，電感上即使有電流通過，但ｕ＝０，相當(dāng)于短路。,存儲能量：

9、,3．電容元件,電容元件是一種能夠貯存電場能量的元件，是實(shí)際電容器的理想化模型。,伏安關(guān)系：,符號：,只有電容上的電壓變化時，電容兩端才有電流。在直流電路中，電容上即使有電壓，但ｉ＝０，相當(dāng)于開路，即 電容具有隔直作用。,C稱為電容元件的電容，單位是法拉（F）。,存儲能量：,4．理想電壓源,（1）伏安關(guān)系,（2）特性曲線與符號,（2）特性曲線與符號,5．理想電流源,（1）伏安關(guān)系,1.2.3 實(shí)際電源的兩種模型,實(shí)際電源的伏安特性

10、,或,可見一個實(shí)際電源可用兩種電路模型表示：一種為電壓源Us和內(nèi)阻Ro串聯(lián)，另一種為電流源Is和內(nèi)阻Ro并聯(lián)。,實(shí)際使用電源時，應(yīng)注意以下3點(diǎn)：（1）實(shí)際電工技術(shù)中，實(shí)際電壓源，簡稱電壓源，常是指相對負(fù)載而言具有較小內(nèi)阻的電壓源；實(shí)際電流源，簡稱電流源，常是指相對于負(fù)載而言具有較大內(nèi)阻的電流源。（2）實(shí)際電壓源不允許短路由于一般電壓源的R0很小，短路電流將很大，會燒毀電源，這是不允許的。平時，實(shí)際電壓源不使用時應(yīng)開路放置，因電流為零

11、，不消耗電源的電能。（3）實(shí)際電流源不允許開路處于空載狀態(tài)?？蛰d時，電源內(nèi)阻把電流源的能量消耗掉，而電源對外沒送出電能。平時，實(shí)際電流源不使用時，應(yīng)短路放置，因?qū)嶋H電流源的內(nèi)阻R'0一般都很大，電流源被短路后，通過內(nèi)阻的電流很小，損耗很小；而外電路上短路后電壓為零，不消耗電能。,1.3 電氣設(shè)備的額定值及電路的工作狀態(tài),1.3.1 電氣設(shè)備的額定值,額定值是制造廠為了使產(chǎn)品能在給定的工作條件下正常運(yùn)行而規(guī)定的正常容許值

12、。額定值有額定電壓UN與額定電流IN或額定功率PN 。必須注意的是，電氣設(shè)備或元件的電壓、電流和功率的實(shí)際值不一定等于它們的額定值。,1.3.2 電路的工作狀態(tài),1、負(fù)載狀態(tài),,P=UI：電源輸出的功率PS=USI：電源產(chǎn)生的功率ΔP=I2R0：內(nèi)阻消耗的功率,2、空載狀態(tài),3、短路狀態(tài),例：設(shè)圖示電路中的電源額定功率PN=22kW ，額定電壓UN=220V，內(nèi)阻R0=0.2Ω，R為可調(diào)節(jié)的負(fù)載電阻。求：（1）電源的額定電流I

13、N；（2）電源開路電壓U0C；（3）電源在額定工作情況下的負(fù)載電阻RN；（4）負(fù)載發(fā)生短路時的短路電流ISC。,解：(1)電源的額定電流為：,(2)電源開路電壓為：,(3)電源在額定狀態(tài)時的負(fù)載電阻為：,(4)短路電流為：,1.4 基爾霍夫定律,支路、節(jié)點(diǎn)、回路,電路中兩點(diǎn)之間通過同一電流的不分叉的一段電路稱為支路。,電路中3條或3條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。,電路中任一閉合的路徑稱為回路?；芈穬?nèi)部不含支路的稱網(wǎng)孔,圖示電路有

14、3條支路、兩個節(jié)點(diǎn)、3個回路、兩個網(wǎng)孔。,1.4.1 基爾霍夫電流定律（KCL）,在任一瞬時，流入任一節(jié)點(diǎn)的電流之和必定等于從該節(jié)點(diǎn)流出的電流之和。,在任一瞬時，通過任一節(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和恒等于零。,表述一,表述二,可假定流入節(jié)點(diǎn)的電流為正，流出節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)；也可以作相反的假定。,所有電流均為正。,KCL通常用于節(jié)點(diǎn)，但是對于包圍幾個節(jié)點(diǎn)的閉合面也是適用的。,例：列出下圖中各節(jié)點(diǎn)的KCL方程,解：取流入為正,以上三式相加： I1＋I(xiàn)

15、2＋I(xiàn)3 ＝0,節(jié)點(diǎn)a I1－I4－I6＝0,節(jié)點(diǎn)b I2＋I(xiàn)4－I5＝0,節(jié)點(diǎn)c I3＋I(xiàn)5＋I(xiàn)6＝0,1.4.2 基爾霍夫電壓定律（KVL）,表述一,表述二,在任一瞬時，在任一回路上的電位升之和等于電位降之和。,在任一瞬時，沿任一回路電壓的代數(shù)和恒等于零。,電壓參考方向與回路繞行方向一致時取正號，相反時取負(fù)號。,所有電壓均為正。,對于電阻電路，回路中電阻上電壓降的代數(shù)和等于回路中的電壓源電壓的代數(shù)和。,在運(yùn)用上式時，電流

16、參考方向與回路繞行方向一致時iR前取正號，相反時取負(fù)號；電壓源電壓方向與回路繞行方向一致時us前取負(fù)號，相反時取正號。,KVL通常用于閉合回路，但也可推廣應(yīng)用到任一不閉合的電路上。,例：列出下圖的KVL方程,例：圖示電路，已知U1=5V， U3=3V，I=2A ，求U2、I2、R1、R2和US。,解：I2=U3／2=3／2=1.5A,U2= U1－U3=5－3=2V,R2=U2／I2 =2／1.5=1.33Ω,I1=I－I2=2－1.5

17、=0.5A,R1=U1／I1 =5／0.5=10Ω,US= U＋U1=2×3＋5=11V,例：圖示電路，已知US1=12V，US2=3V，R1=3Ω，R2=9Ω，R3=10Ω，求Uab。,解：由KCL I3= 0，I1=I2,由KVL I1 R1 ＋I(xiàn)2 R2=US1,由KVL,解得：,解得：,1.5 電位的概念及計(jì)算,1.5.1 電位的概念,電路中的某一點(diǎn)到參考點(diǎn)之間的電壓，稱作該點(diǎn)的電位。電