电工技术和电子技术

1、电工学电工学电工技术和电子技术电工技术和电子技术电工学在生活、学习、国防、工电工学在生活、学习、国防、工作等中的应用作等中的应用电工学在科学技术界的地位电工学在科学技术界的地位技术基础课技术基础课基本知识、基本理论、基本技能基本知识、基本理论、基本技能电路模型：强调共性；电路实体：强调应用。电路模型：强调共性；电路实体：强调应用。电工学在水利工程等中的相关应用电工学在水利工程等中的相关应用第第 1 1 章章 直直 流流 电电 路路1 1 电路的组成电路的组成 由各种电气器件（包括电源、开关、负载等）按由各种电气器件（包括电源、开关、负载等）按一定方式用导线连接组成的总体，提供电流通过的闭一定方

2、式用导线连接组成的总体，提供电流通过的闭合路径，实现能量或信号的输送或转换。合路径，实现能量或信号的输送或转换。 电源：把其它形式的能量转换为电能：发电机将电源：把其它形式的能量转换为电能：发电机将机械能转换为电能。机械能转换为电能。 负载：取用电能，把电能转换为其它形式的能量：负载：取用电能，把电能转换为其它形式的能量：电动机、电热炉、电灯等。电动机、电热炉、电灯等。 热电偶将温差转换成电信号；量程开关将距离转热电偶将温差转换成电信号；量程开关将距离转换成电信号；话筒将声音转换成电信号；应变片将力换成电信号；话筒将声音转换成电信号；应变片将力转换成电信号。转换成电信号。2 2电流电流 金属导

3、体处于电场内时，自由电子金属导体处于电场内时，自由电子受电场力的作用，受电场力的作用， 逆着电场的方向作定逆着电场的方向作定向移动，形成了电流向移动，形成了电流 。tQI 单位是单位是A(A(安培安培) )。 在在1 1秒内通过导秒内通过导体横截面的电荷为体横截面的电荷为1C(1C(库仑库仑) )时，其电流则时，其电流则为为1A1A。 3 3 电压电压 电场力把单位正电荷从电场中电场力把单位正电荷从电场中A A点移点移到到B B点所做的功点所做的功W WABAB称为称为A A、B B间的电压：间的电压： U UABAB= =电压的单位为电压的单位为V(V(伏特伏特) )。 如果电如果电场力把场

4、力把1C1C电量从电量从A A点移到点移到B B点所作的功是点所作的功是1J(1J(焦耳焦耳) )，则，则A A与与B B两点间的电压就是两点间的电压就是1V1V。QWAB4 4 电动势电动势 为了维持电路中有持续不断的电流，必须为了维持电路中有持续不断的电流，必须有一种外力，有一种外力， 把正电荷从低电位处（如负极把正电荷从低电位处（如负极B B）移到高电位处（如正极移到高电位处（如正极A A）。）。 外力克服电场力把单位正电荷由低电位外力克服电场力把单位正电荷由低电位B B端移到高电位端移到高电位A A端，所做的功称为电动势，用端，所做的功称为电动势，用E E表示。如果外力把表示。如果外力

5、把1C1C的电量从点的电量从点B B移到点移到点A A， 所做的功是所做的功是1J1J，则电动势就等于，则电动势就等于1V1V。图图 1 - 41 - 4电动势、电流和电压电动势、电流和电压EU图1.4ABRLI 5 电功率电功率 在直流电路中，电场力所做的功是在直流电路中，电场力所做的功是W= QU。把单位时间内电场力所做的功称为电功率把单位时间内电场力所做的功称为电功率P，则，则UItQUP P=EI P=EI 若若P P0 0，是耗能元件；，是耗能元件； 若若P P0 0，为供能元件。，为供能元件。 设备的功率为设备的功率为P P时，时，t t秒内消耗的电能为秒内消耗的电能为W=PtW=

6、Pt， 电能就等于电场力所作的功，单位是电能就等于电场力所作的功，单位是J(J(焦耳焦耳) )。电工技术中，直接用电工技术中，直接用W Ws(s(瓦特秒）作单位，实际上瓦特秒）作单位，实际上则用则用kWkWh(h(千瓦小时）作单位，俗称千瓦小时）作单位，俗称1 1度电度电。6 欧姆定律欧姆定律RIU图1.5 导体中的电流导体中的电流I I与加在导体两端的电压与加在导体两端的电压U U成正比，成正比，与导体的电阻与导体的电阻R R成反比。成反比。 EU图1.6RLIRO 电阻的单位是电阻的单位是(欧姆），或欧姆），或kk( (千欧）或千欧）或M(M(兆欧）。兆欧）。1k=101k=103 3 ，

7、1 M=101 M=106 6 电阻的倒数电阻的倒数1/R=G1/R=G， 称为电导，称为电导， 它的单位为它的单位为S( S(西门子西门子) )。 对闭合电路，如对闭合电路，如R RL L为负载电阻，为负载电阻，R R0 0为电源内阻，为电源内阻，若略去导线电阻不计，则若略去导线电阻不计，则0RREIL 伏安特性：温度一定的条件下，伏安特性：温度一定的条件下，电阻两端的电压与通过电阻的电流之电阻两端的电压与通过电阻的电流之间的关系称为间的关系称为伏安特性伏安特性。 一般金属电阻的阻值不随所加电压和一般金属电阻的阻值不随所加电压和通过的电流而改变，通过的电流而改变， 即在一定的温度下即在一定的

8、温度下其阻值是常数，这种电阻的伏安特性是一其阻值是常数，这种电阻的伏安特性是一条经过原点的直线，称为条经过原点的直线，称为线性电阻线性电阻。 非线性电阻非线性电阻：如：如, , 半导体半导体二极管的正向电阻就是非线性二极管的正向电阻就是非线性的。半导体三极管的输入、输的。半导体三极管的输入、输出电阻也都是非线性的。出电阻也都是非线性的。 对于非线性电阻的电路，对于非线性电阻的电路，欧姆定律不再适用。欧姆定律不再适用。 全部由线性元件组成的电全部由线性元件组成的电路称为线性电路。路称为线性电路。 图图 1- 81- 8二极管正二极管正向伏安特性向伏安特性图1.8UOI= f (U)I6 6 电电

9、 路路 的的 连连 接接电阻的串联电阻的串联IR1U1R2U2R3U3图1.9 (1) (1) 流过串联各元件的电流相等，即流过串联各元件的电流相等，即I I1 1=I=I2 2=I=I3 3; ; (2) (2) 等效电阻等效电阻R=RR=R1 1+R+R2 2+R+R3 3; ; (3) (3) 总电压总电压U=UU=U1 1+U+U2 2+U+U3 3; ; (4) (4) 总功率总功率P=PP=P1 1+P+P2 2+P+P3 3; ; (5) (5) 电阻串联具有分压作用。电阻串联具有分压作用。 利用串联分压原理，利用串联分压原理， 可扩大电压表的量程。可扩大电压表的量程。 例例 ：

10、现有一表头，：现有一表头， 满刻度电流满刻度电流I IQQ= 50A= 50A， 表头表头电阻电阻R RG G=3k=3k，若要改成量程为，若要改成量程为10V10V的电压表，如图的电压表，如图 1 - 1 - 10 10 ，试问应串联一个多大的电阻？，试问应串联一个多大的电阻？解解：满刻度时表头端电压为：满刻度时表头端电压为U UG G=50=501010-6-63 310103 3 = = 0.15V0.15V。设量程扩大到。设量程扩大到10V10V时所需串联的电阻为时所需串联的电阻为R R，则，则R R上分得的电压为上分得的电压为 U UR R=10=100.15 = 9.85V0.15

11、 = 9.85V，故，故 即应串联即应串联197k197k的电阻。的电阻。197105085. 96KIURQRRA图1.10电阻的并联电阻的并联 (1) (1) 并联电阻电压相同，即并联电阻电压相同，即 U=UU=U1 1=U=U2 2=U=U3 3； (2) (2) 总电流总电流 I=II=I1 1+I+I2 2+I+I3 3； (3) (3) 总电阻的倒数：总电阻的倒数：UIRRRR3211111IU1R1I1UU2R2I2U3R3I3图 1.11总电导总电导 G=GG=G1 1+G+G2 2+G+G3 3；其等效电阻其等效电阻R=RR=R1 1RR2 2RR3 3，符号符号“”表示电阻

12、并联。表示电阻并联。 用电器在电路中通常都是并联运行的，相同用电器在电路中通常都是并联运行的，相同电压等级的用电器必须并联在同一电路中。电压等级的用电器必须并联在同一电路中。 例：有三盏灯接在例：有三盏灯接在110V110V电源上，其额定值分电源上，其额定值分别为别为110V110V、100W,110V100W,110V、60W,110V60W,110V、40W40W，求总功，求总功率率P P、总电流、总电流I I及通过各灯泡的电流及等效电阻。及通过各灯泡的电流及等效电阻。 解：（解：（1 1）因外接电源符合各灯泡额定值，）因外接电源符合各灯泡额定值， 各灯泡正常发光，故总功率为各灯泡正常发光

13、，故总功率为 P=PP=P1 1+P+P2 2+P+P3 3=100+60+40=200W=100+60+40=200W (4) (4) 总功率总功率P=PP=P1 1+P+P2 2+P+P3 3； (5) (5) 具有分流作用。具有分流作用。 （2） 总电流与各灯泡电流为：总电流与各灯泡电流为：AUPI82. 1110200AUPI909. 0110100111AUPI364. 0110403334 .6082. 1110IUR (3) 等效电阻为等效电阻为AUPI545. 0110602227 7 电气设备的额定值、电气设备的额定值、 电路的状态电路的状态 (1) 额定电流额定电流(IN)

14、：电气设备长时间运行以：电气设备长时间运行以致达到最高允许温度时的电流致达到最高允许温度时的电流, 称为额定电流。称为额定电流。 (2) 额定电压额定电压（UN）：为限制电气设备电流）：为限制电气设备电流并考虑材料绝缘性能等因素，允许加在电气设并考虑材料绝缘性能等因素，允许加在电气设备上的电压限值，称为额定电压。备上的电压限值，称为额定电压。 (3) 额定功率额定功率（PN）：在直流电路中，额定）：在直流电路中，额定电压与额定电流的乘积就是额定功率，即电压与额定电流的乘积就是额定功率，即 PN=UN IN 电气设备的额定值都标在铭牌上，必电气设备的额定值都标在铭牌上，必须遵守。须遵守。电路的状

15、态电路的状态通路通路（有载工作状态）（有载工作状态） 使电源与负载接成闭合回路，电路使电源与负载接成闭合回路，电路便处于通路状态。在实际电路中，负载便处于通路状态。在实际电路中，负载都是并联的。都是并联的。 电路中的用电器是由用户控制的。当并联的用电器电路中的用电器是由用户控制的。当并联的用电器增多时，等效电阻增多时，等效电阻R RL L就会减小；而电源电动势就会减小；而电源电动势E E通常为通常为一恒定值，且内阻一恒定值，且内阻R R0 0很小，电源端电压很小，电源端电压U U变化很小，所变化很小，所以电源输出的电流和功率将随之增大，这时称为电路的以电源输出的电流和功率将随之增大，这时称为电

16、路的。当并联的用电器减少时，等效负载。当并联的用电器减少时，等效负载电阻电阻R RL L增大，电源输出的电流和功率将随之减小，这种增大，电源输出的电流和功率将随之减小，这种情况称为情况称为。 注意：所谓负载增大或负载减小，是指注意：所谓负载增大或负载减小，是指增大或减小负载电流，而不是增大或减小增大或减小负载电流，而不是增大或减小电阻值。电阻值。 电源端电压电源端电压U U随电源输出电流随电源输出电流I I的变化关系，即的变化关系，即U =fU =f（I I）称为）称为电源的外特性电源的外特性，如图，如图1.131.13。 通路时电路的三种工作状态：通路时电路的三种工作状态： 当电气设备的电流

17、等于额定电当电气设备的电流等于额定电流时称流时称满载满载工作状态；当电气设工作状态；当电气设备的电流小于额定电流时，称备的电流小于额定电流时，称轻轻（欠）载（欠）载工作状态；当电气设备工作状态；当电气设备的电流大于额定电流时，称的电流大于额定电流时，称过载过载工作状态。工作状态。电源的外特性电源的外特性IOUEIR0U= f (I)图1.13 电源与负载没有构成闭合回路。电源与负载没有构成闭合回路。R=R=，I=0I=0电源内阻消耗功率：电源内阻消耗功率：P PE E=0=0负载消耗功率：负载消耗功率：P PL L=0=0路端电压：路端电压：U U0 0=E=E此种情况，也称为此种情况，也称为电源的空载电源的空载。 电源未经负载而直接由导线接通成闭合回电源未经负载而直接由导线接通成闭合回路，路， 如图如图 1.141.14所示。所示。 折线指明短路点的符号。短路的特征：折线指明短路点的符号。短路的特征： R=0R=0，U=0U=0 短路电流：短路电流： P PE E=I=Is s2 2R R0 0( (电源内阻消耗功率电源内阻消耗功率) )0REISE图1.14RR0 电源内阻电源内阻R0一般都很小，所以一般都很小，所以。所以。所以, 电源短路是电源短路是一种严重事故一种严重事故, 应严加防止。应严加防止。 常在电路中