电工技术-电路基本定律

1、 电子信息工程学院电气教研室电子信息工程学院电气教研室目录目录第第 1 1 章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律第第 2 2 章章 电路的分析方法电路的分析方法第第 3 3 章章 电路的暂态分析电路的暂态分析第第 4 4 章章 正弦交流电路正弦交流电路第第 5 5 章章 三相电路三相电路第第 6 6 章章 磁路与铁心线圈电路磁路与铁心线圈电路第第 7 7 章章 交流电动机交流电动机第第 10 10 章章 继电接触器控制系统继电接触器控制系统第第 11 11 章章 可编程控制器及其应用可编程控制器及其应用第第 12 12 章章 工业企业供电与安全用电工业企业供电与安全用电电工技

2、术电工技术 绪论绪论 电工学是高等学校非电专业的一门实践性较强的技电工学是高等学校非电专业的一门实践性较强的技术基础课程。随着现代化建设的进行，各行各业都术基础课程。随着现代化建设的进行，各行各业都朝着电气化、自动化的方向发展。所以，非电专业朝着电气化、自动化的方向发展。所以，非电专业的工程技术人员和科研人员都必须掌握一定的电感的工程技术人员和科研人员都必须掌握一定的电感与电子技术方面的知识，以便逐步掌握这些先进技与电子技术方面的知识，以便逐步掌握这些先进技术，使本专业能适应科学技术的发展。术，使本专业能适应科学技术的发展。学习电工学的目的：学习电工学的目的：使学生学到电工和电子技术的基使学生

3、学到电工和电子技术的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生自学能力，本理论、基本知识和基本技能，培养学生自学能力，动手能力，使用电子设备的能力。为学习后续课程动手能力，使用电子设备的能力。为学习后续课程以及将来从事技术工作和科学研究打下基础。以及将来从事技术工作和科学研究打下基础。电工学的基本内容：电工学的基本内容： 电路电路 电机与控制电机与控制 电子技术电子技术v电路：是电工学课程的基础，通过这一部分的学电路：是电工学课程的基础，通过这一部分的学习，使学生掌握电路的基本概念、基本定律、基习，使学生掌握电路的基本概念、基本定律、基本的分析方法。本的分析方法。v电机与控制：使学生了解电动机的结

4、构、工作原电机与控制：使学生了解电动机的结构、工作原理和工作性能、熟悉控制电器及由控制电器构成理和工作性能、熟悉控制电器及由控制电器构成的控制线路。的控制线路。v电子技术：使学生掌握二、三极管的特性以及由电子技术：使学生掌握二、三极管的特性以及由它们构成的整流电路和放大电路的工作原理和特它们构成的整流电路和放大电路的工作原理和特性，数字电路的工作原理和特性。性，数字电路的工作原理和特性。 学习方法：三大环节学习方法：三大环节v通过课堂教学：掌握基本概念、基本定律、工作通过课堂教学：掌握基本概念、基本定律、工作原理、分析方法。公式与电路与特性曲线对应，原理、分析方法。公式与电路与特性曲线对应，看

5、电路列公式，学会分析电路。看电路列公式，学会分析电路。v通过做一定数量的习题，培养分析和解决问题的通过做一定数量的习题，培养分析和解决问题的能力、计算能力，理解和巩固课堂上所学的知识。能力、计算能力，理解和巩固课堂上所学的知识。要求：抄题、绘图用尺、标明单位、书写工整，要求：抄题、绘图用尺、标明单位、书写工整，培养良好的学习习惯。培养良好的学习习惯。v通过做实验培养动手能力，学会正确使用常用的通过做实验培养动手能力，学会正确使用常用的电子仪器和电工仪表，培养工作能力。电子仪器和电工仪表，培养工作能力。本章的主要内容：本章的主要内容：电压和电流的参考方向；电压和电流的参考方向； 基尔霍夫定律；基

6、尔霍夫定律； 电源的工作状态；电源的工作状态； 电路中点位的概念及计算电路中点位的概念及计算。、什么是电路、什么是电路为了获得电流而把电气设备加以适当组合而构成的总体，我为了获得电流而把电气设备加以适当组合而构成的总体，我们把它称为电路。简单的说，电路就是电流流过的路径。们把它称为电路。简单的说，电路就是电流流过的路径。二、电路的作用二、电路的作用1.1.用于传输和分配电能，并将电能和其他形式的能量相互转换。用于传输和分配电能，并将电能和其他形式的能量相互转换。发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线2 2、进行信号的传递和处理。、进行信号

7、的传递和处理。放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒三、电路的组成三、电路的组成用导线将一个小灯泡的两端与一节干电池的正负极分别连用导线将一个小灯泡的两端与一节干电池的正负极分别连起来，如图所示，小灯泡就亮了。起来，如图所示，小灯泡就亮了。开关电池灯泡所以：干电池、小灯泡、开关、连接导线所以：干电池、小灯泡、开关、连接导线 就构成了一个最就构成了一个最简单的电路。简单的电路。因此，电路主要由因此，电路主要由四个部分四个部分组成：组成：1 1、电源电源提供电能的装置。（如发电机、干电池等）提供电能的装置。（如发电机、干电池等）2 2、负载负载取用电能的装置。（如电灯、电动机、电炉等）取用电能的装置。（

8、如电灯、电动机、电炉等）3 3、连接导线连接导线。4 4、控制设备控制设备开关。开关。 在电路中，电源或信号源（话筒）的电压或电流称为激励，它在电路中，电源或信号源（话筒）的电压或电流称为激励，它推动电路工作，由激励在电路中产生的电压或电流称为响应。对推动电路工作，由激励在电路中产生的电压或电流称为响应。对电路进行分析，实际上就是在已知电路结构和元件参数的条件下，电路进行分析，实际上就是在已知电路结构和元件参数的条件下，讨论电路的激励与响应之间的关系。讨论电路的激励与响应之间的关系。 如果把实际设备用一些简单的符号来表示，就构成了实际如果把实际设备用一些简单的符号来表示，就构成了实际电路的电路

9、模型。电路的电路模型。 理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。其符号：元件等。其符号：UISSRLC一个实际电路的各个部分用相应的理想元件表示，就获得一个实际电路的各个部分用相应的理想元件表示，就获得一个理想化的电路，我们称之为电路模型。一个理想化的电路，我们称之为电路模型。如：小灯泡电路的电路模型如：小灯泡电路的电路模型UI开关开关ER0R干电池干电池电珠电珠tqitlim)(0deftdtdq 秒库仑安培11 12 2、电流的方向、电流的方向 电流的实际方向是正电荷运动的方向。电流的实际方向是正电荷运动的方向。3 3

10、、电流的参考方向、电流的参考方向 引入参考方向的原因：引入参考方向的原因：1 1）、在复杂电路中，各支路电流的实际方向往往是未知的，）、在复杂电路中，各支路电流的实际方向往往是未知的，只能事先假定各支路电流的参考方向，再根据电路的基只能事先假定各支路电流的参考方向，再根据电路的基本定律列出电路方程，得出各支路电流的实际方向。本定律列出电路方程，得出各支路电流的实际方向。2 2）、在交流电路中电流是交变的，很难在电路中反映电流）、在交流电路中电流是交变的，很难在电路中反映电流的流向，标出参考方向，写出相应的方程式，才能得出的流向，标出参考方向，写出相应的方程式，才能得出电流的实际方向和大小。电流

11、的实际方向和大小。 电流的参考方向是任意指定的。电流的参考方向是任意指定的。 实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致，电流，电流( (或电压或电压) )值为值为正值正值； 实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反，电流，电流( (或电压或电压) )值为值为负值负值。电流：电流：Iab 双下标双下标箭箭 标标abRI二、电压和电压的参考方向二、电压和电压的参考方向1 1、电压、电压 在电路在电路a b a b 段电场力移动电荷所做的功与电荷量段电场力移动电荷所做的功与电荷量的比值是一个恒定不变的量，这个比值只和电路的具的比值是一个恒定不变的量，这个比值只和电路的具体结构有关，可用来反映

12、这段电路的性质，我们把这体结构有关，可用来反映这段电路的性质，我们把这一比值称为一比值称为A B两点间的电压用符号两点间的电压用符号uAB来表示来表示 ，电压的单位：伏特电压的单位：伏特V V。如果电场力移动。如果电场力移动1 1库仑电荷所做的功库仑电荷所做的功是是1 1焦耳，则这时的电压就是焦耳，则这时的电压就是1 1伏特伏特，即，即dqdwuAB 1 1伏特伏特= = 库仑焦耳11常用单位：常用单位： 千伏（千伏（KV）；毫伏（）；毫伏（mv）和微伏（）和微伏（v） 1kv=103V 1V=103mv =106v电压的方向规定为从高电位指向低电位端，即为电压降低电压的方向规定为从高电位指向

13、低电位端，即为电压降低的方向。的方向。2 2、电压的参考方向、电压的参考方向 同样在电路中要给出电压的参考方向（参考极性），同样在电路中要给出电压的参考方向（参考极性），参考极性的指定是任意的，参考极性确定了，就可从数参考极性的指定是任意的，参考极性确定了，就可从数值上的正负来判明电压的实际方向。值上的正负来判明电压的实际方向。 电压参考方向的表示方法：电压参考方向的表示方法： 用箭头表示用箭头表示 ； 用双下标表示用双下标表示uAB； 用正负极性表示。用正负极性表示。 欧姆定律欧姆定律1 1、电阻元件、电阻元件根据实际电阻器抽象出来的模型。根据实际电阻器抽象出来的模型。电阻的电路符号：电阻的

14、电路符号： R，表示电阻的电阻值。表示电阻的电阻值。单位：欧姆（单位：欧姆（），常用），常用 千欧（千欧（k）; ;兆欧（兆欧（M）。）。1 k=103； 1 M=1062 2、电阻元件的特性、电阻元件的特性消耗功率消耗功率 根据电阻发热的特点做成了一些有用的电器，如电炉、电根据电阻发热的特点做成了一些有用的电器，如电炉、电熨斗等。熨斗等。3 3、欧姆定律：、欧姆定律：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。RIUU、I 参考方向相同时，参考方向相同时，RU+IRU+I 表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号： 式前的正负号由式前的正负号由U、I 参考方

15、向的关系确定；参考方向的关系确定； U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。方向之间的关系。 通常取通常取 U、I 参考方向相同，称为关联参考方向。参考方向相同，称为关联参考方向。U = I R解：解：对图对图(a)(a)有有, , U = IR例：例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R R。对图对图(b)(b)有有, , U = IR326 :IUR所以326: IUR所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A4 4、遵循欧姆定律的电阻是线性电阻、遵循欧姆定律的电阻是线性电阻R是正的实常

16、数，其值不随电流、电压而改变，电阻元件的是正的实常数，其值不随电流、电压而改变，电阻元件的u i关关系曲线是过原点的直线。系曲线是过原点的直线。 R R是这条直线斜率的倒数。欧姆定律是线性代数方程，所是这条直线斜率的倒数。欧姆定律是线性代数方程，所以以R R称为线性电阻。这条直线称为线性电阻的伏安特性曲线。称为线性电阻。这条直线称为线性电阻的伏安特性曲线。伏安特性伏安特性线性电阻伏安特性线性电阻伏安特性I IU1.5 1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路在电路分析中，常涉及电路的三种工作状态：有载状态、在电路分析中，常涉及电路的三种工作状态：有载状态、开路状态和短路状态，了

17、解三种状态的特点，有利于电开路状态和短路状态，了解三种状态的特点，有利于电路分析和求解。路分析和求解。以简单的手电筒电路为例，以简单的手电筒电路为例， E E为电源电动势；为电源电动势；R R0 0为电源内阻；为电源内阻；U U为电源的端电压。为电源的端电压。 IR0R+ + EU+ + I1 1、电路中的电流：、电路中的电流：当电源电动势当电源电动势E E和内阻和内阻R R0 0一定时，电流的大小取决于负载电阻一定时，电流的大小取决于负载电阻R R负载电阻负载电阻R R两端的电压两端的电压 U = RIU = RI代入上式可得：代入上式可得：U = E - IRU = E - IR0 0 在

18、电源有内阻时，在电源有内阻时，I I U U 。RREI0+ + 电源的外特性曲线电源的外特性曲线2、功率与功率平衡功率与功率平衡 电功率：电流在单位时间内所做的功，简称功率，符号电功率：电流在单位时间内所做的功，简称功率，符号P P。即，功率的电位为瓦特（即，功率的电位为瓦特（W W），常用千瓦（），常用千瓦（kwkw）; ;毫瓦（毫瓦（mwmw）。）。1kw=101kw=103 3w 1mw=10w 1mw=10-3-3w w功率平衡功率平衡将公式将公式 U = E - IRU = E - IR0 0 的等式两边同乘以电流的等式两边同乘以电流I I，得，得UI = EI UI = EI I

19、 I2 2R R EIEI是电源产生的功率，设为是电源产生的功率，设为P PE E； I I2 2R R0 0是电源内阻上消耗的功率，是电源内阻上消耗的功率，设为设为PP；UIUI是负载取用的功率，所以上式可写为是负载取用的功率，所以上式可写为 P = P P = PE E P P 。3 3、电源与负载的判别、电源与负载的判别当当U U和和I I 的参考方向与实际方向的参考方向与实际方向一致一致 电源：电源：U U和和I I的的 实际方向实际方向相反相反，电流，电流 从从 端端流出流出，发出发出功率功率 负载：负载： U U和和I I的实际方向的实际方向相同相同，电，电 流从端流从端流入流入，

20、吸收吸收功率功率当当U U和和I I两者的参考方向选得一致时，两者的参考方向选得一致时， P PUIUI0 0 是电源，是电源， P PUIUI0 0 是负载是负载当当U U和和I I两者的参考方向选得相反时，两者的参考方向选得相反时， P PUIUI0 0 是负载，是负载， P PUIUI0 0 是电源是电源 I IU Ua ab b+ +- -I IR RU Ua ab b1.5.2 1.5.2 电源开路电源开路 （空载）（空载）当电路中开关当电路中开关S S断开时，电路就处于开路状态。断开时，电路就处于开路状态。电路在开路状态的特征：电路在开路状态的特征： I=0I=0 U=0 U=0

21、P=0 P=0 电源不输出电能。电源不输出电能。短路时的特征：短路时的特征：U=0 U=0 ；I=II=IS S=E/R=E/R0 0 ； P PE E=P=I=P=I2 2R R0 0 ； P=0P=0 先根据下图介绍几个名词先根据下图介绍几个名词 1 1、支路支路（branch)branch)电路中的每一个分支。电路中的每一个分支。 2 2、结点结点（node)node)三条或三条以上支路相连三条或三条以上支路相连 接的点。接的点。 3 3、回路回路（loop)loop)由支路构成的闭合路径。由支路构成的闭合路径。 4 4、网孔网孔（mesh)mesh)在确定的电路图中不能再在确定的电路图中不能再 分的简单回路。分的简单回路。1.6.1 1.6.1 基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电流定律（KCL)KCL)在任何在任何集总参数电路中，在任一时刻，对任一结点，所有集总参数电路中，在任一时刻，对任一结点，所有流出结点的支路电流的代数和恒等于流出结点的支路电流的代数和恒等于零零。表示电流的表示电流的代数和代数和等于零，所以在运用这一公式时，必须等于零，所以在运用这一公式时，必须先选定好各个支路的参考方向，如果流入结点的电流取先选定好各个支路的参考方向，如果流入结点的电流取正号，流出结点的电流就取负号。正号，流出结点的电流就取负号。 0I即：即：注意：注意：因为