电工技术第1章1

电工技术

中北大学电工电子教学中心电工技术课程多媒体课件一、《电工技术》课程性质－－技术基础课，是学习一切电气、电子工程的理论基础

内容－－电路基本理论和基本分析方法，磁路的基本理论和分析方法，电路及磁路的工程应用，即：电动机及其控制

研究对象－－电路模型

课程主线－－已知激励求响应

绪论二、本课程的特点在物理学的基础上，运用数学，结合工程实际来抽象的研究电路的分析计算方法。讨论问题的侧重点不是元件的内部机理，而是重在外部关系，即元件端口上电流电压间是什么关系。另外由若干个元件组成电路整体之后，各变量之间是什么关系。是一门突出分析计算方法的理论课。前面说过，已知电路参数和外激励，如何求取电路中的响应是电路分析的主线。高等教育的指导思想是重在导而不在教，听课要记好笔记，要多看一些参考书，教材仅仅是一本参考书。要重视实践环节，电路理论也是实践性很强的课程。实验课不仅是为了验证理论，更重要的是技能的训练。要掌握概念，多做练习，这是学好门课程的基本保证。三、在学习的时候还应注意以下几个问题：1电路的基本概念和基本定律1.1电路组成与电路模型的概念1.2电流、电压及其参考方向1.3电路的功与功率计算1.4基尔霍夫定律1.5电阻、电感、电容目录1.6电源下页上页返回一、基本内容：电路模型的基本概念；电压、电流的参考方向；功率的计算方法；电阻、电感、电容、电源等电路元件；基尔霍夫定律及电路元件。1电路的基本概念和基本定律下页上页返回通过学习，学生应对电路理论有根本的认识，理解电路模型的概念，掌握电压、电流参考方向的意义；深刻理解功率的计算方法；熟练掌握基尔霍夫定律及其相关知识；掌握R、L、C无源元件的伏安关系和能量关系，掌握两种电源及受控源的特性。二、教学要求：1电路的基本概念和基本定律下页上页返回局部规律

基本规律整体规律电路参数CLR电源受控源电流源电压源KCLKVL

1.1电路组成与电路模型的概念

1.1.1电路与电路组成

定义:电路是电流流通的路径，是由若干的电气设备按照一定的方式用导线连接起来构成的电流的通路。

电源:

提供电能的装置负载:

取用电能的装置中间环节：传送、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...输电线下页上页返回直流电源直流电源:

提供能源信号处理：放大、调谐、检波等负载信号源:

提供信息放大器扬声器话筒

1.1电路组成与电路模型的概念

1.1.1电路与电路组成下页上页返回

电路一般由电源、负载、中间环节组成。电源：供应电能的装置，可以把热能、水能等非电能转化为电能1.1电路组成与电路模型的概念

负载：是用电设备，是吸收电能或接收信号的装置器件，它们将电能转化为其它形式的能量。<广义地说，后一电路是前一电路的负载>1.1.1电路与电路组成中间环节：连接电源和负载，用于传输电能和电信号基本功能1）传输分配和转换电能2）信息的传输和处理1.1电路组成与电路模型的概念

1.1.1电路与电路组成1.1电路组成与电路模型的概念

为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。1.1.2

电路模型理想电路元件消耗能量的元件如：电阻储存能量的元件如：电感储存磁场能量的元件

电容储存电场能量的元件提供能量的元件（电源）电压源电流源无源元件有源元件例：荧光灯电路

uS灯管辉光启动器灯丝镇流器uSLRLIR灯管通电后，发生电能向热能和光能转换的过程，可以用电阻R作为电路模型，镇流器接入电路时将发生电能向磁场能和热能转换两种过程，所以可以用一个电感L和电阻RL的串联组合作为它的电路模型，外加电源如果忽略内阻，电路模型就是一个电压源。

1.1电路组成与电路模型的概念

下页上页返回1.1.3网络与系统

在电工领域内，电路与网络并无明确区别，但习惯上常将比较复杂的电路称为网络。

1.1电路组成与电路模型的概念

若网络内各元件都是无源元件，称为无源网络，习惯用N0表示，含有源元件的网络则为有源网络，习惯用N表示。一个网络还可以和其它网络或元件连接成更大的网络，网络的连接端称为端钮。根据网络端钮的个数，网络可以分为二端网络、三端网络、四端网络等，图示分别为二端网络、四端网络下页上页返回的框图。如果对于所有时间t，从一个端钮流入的电流等于从另一端钮流出的电流，那么这两个端钮构成一个端口，如图（a）中1－1/为一对端口，图（b）中1－1/也为一对端口，2－2/为另一对端口。（a）图为一端口网络，（b）图为二端口网络或双口网络。

NI（a）I11/NI1（b）I111/I2I222/

1.1电路组成与电路模型的概念

下页上页返回

用现代电路理论来分析电路时，常常把具有一定功能的电路视为一个系统。从一般意义上讲，系统是由若干互相关联的单元或设备所组成，并用来达到某种目的的有机整体。

系统繁简不一，例如由发电、输电、配电、用电等多种设备组成的电网可视为一个系统，是大系统。

1.1电路组成与电路模型的概念

1.1.3网络与系统下页上页返回系统是由一些元件或部件为完成一定功能，按照一定方式或规律组合起来的整体。电路也是一个系统电路、网络和系统之间可以理解为复杂程度不同。电路最简单，系统最复杂。1.1电路组成与电路模型的概念

1.1.3网络与系统

R1

、R2

为电桥的比例臂，R3为可变电阻，Rt为热敏电阻，其阻值与温度有着一定的函数关系，P为电流计，用以检测它所在的支路有无电流。例：温度检测系统

当在某一温度下把电桥调平衡后，如果温度发生了变化，则Rt的变化使电桥失去平衡，电流计有电流通过。这个电流的极性和大小与温度有一定的函数关系，可反映出温度的升降数值。

1.1电路组成与电路模型的概念

电桥检测温度系统

R1USR2GR3RtP下页上页返回激励：一个电路系统中，电源或信号源的电压、电流。外界对电路的能量输入,即电源的作用响应：由激励引起的结果.在电路中产生的电压或电流,即电源作用下在电路中产生的结果激励和响应的关系：作用和结果的关系，往往对应着输入与输出的关系。已知激励和电路参数求取电路中的响应是电路分析的主线。把一个系统用图示框图来抽象地描述，其中e(t)为激励，r(t)为响应。

1.1电路组成与电路模型的概念

下页上页返回1.2电流、电压及其参考方向变量：与能量直接关联的物理量，如电流、电压、功率等。参数：影响响应的结构性因素，如前述的R、L、C等。

1.2.1变量与参数的概念和符号规定

电路中所发生的一切现象是通过数学式子描述的，这些数学式子统称为数学模型。描述电路性态的数学模型是由电路参数和变量组成的代数方程或微分方程，如在电阻上有u=Ri

；在电感上有u=Ldi/dt

等。下页上页返回1.2电流、电压及其参考方向变量的符号应采用国标规定的符号，即直流量用大写的斜体字母表示，而小写的斜体字母既可以表示时变量也可以是广义意义上的变量。如下表。类别变量电流电压电动势功率直流量IUEP时变量或广义变量iuep下页上页返回名称电流电压功率电能电荷电阻电导单位AVWJCΩS名称电感电容周期频率磁通磁感应强度磁场强度单位HFsHzWbT；GsA·m-11.2电流、电压及其参考方向参数在线性定常电路中是常数，规定用大写的斜体字母书写，如R=1Ω、L=3H、C=4F等，参数的单位为正体字母。而变量单位的符号应采用国际符号，不能用中文符号。常见变量单位符号见下表。下页上页返回1.2电流、电压及其参考方向1.2.2电流、电压、电位（1）电流(current)：定义：电荷的定向运动形成电流电流的大小用电流强度表示：单位时间内通过导体截面的电荷量。恒定电流（直流电流）：

Q是在时间T内通过导体截面S的电量。

下页上页返回（1）电流(current)：形式：iI注意区分大小写单位：安培（A），还有千安（kA）、毫安（mA）、微安（

A）、纳安（nA）等

1kA＝103A1mA＝10-3A

1

A＝10-6A1nA＝10-9A方向：电流的实际方向：正电荷的移动方向

1.2电流、电压及其参考方向1.2.2电流、电压、电位

电流的参考方向

箭头双下标Iab（ab）选定的参考方向与实际电流方向一致，那么电流为正值，选定的参考方向与实际电流方向相反，电流为负值。Iba=-Iab1.2电流、电压及其参考方向注意：在参考方向选定后，电流值才有正负之分。若I=5A，则电流从a流向b；例：若I=–5A，则电流从b流向a。abRI1.2电流、电压及其参考方向下页上页返回1.2电流、电压及其参考方向1.2.2电流、电压、电位（2）电位、电压电位随参考点选的不同而不同，这叫做电位的相对性。电位在数值上等于电场力把单位正电荷从电场中某点移到无限远处所做的功。在电路中任选一点作为参考点（o），任意点（a）到参考点的电压仅由该点的位置决定，我们把此电压称为该点的电位。记为ua在电力工程中规定大地为零电位参考点，在电子电路中，通常以与机壳联结的公共导线为参考点，下页上页返回用接机壳的符号“⊥”来表示，称之为“地”。在电子电路中，电源的一端通常都是接“地”的，为了作图简便和图面清晰，习惯上常常不画电源而在电源的非接地端标注电压大小，如图示。

1.2电流、电压及其参考方向US1R1acdR2R3R4R5US2bUS1US2acdbR4R1R2R3R5下页上页返回电压是描述电场力移动电荷时做功的物理量。电场力把单位正电荷从a点移动到b点所做的功，称为该两点间的电压，记为Uab，下标ab表示电压方向为由a指向b。在电场内两点间的电压也常称为两点间的电位差，即Uab＝Va－Vb。若b点为参考点，则ab两点间的电压等于a点的电位。

1.2电流、电压及其参考方向下页上页返回1.2.2电流、电压、电位电压和电位的单位：伏特（V），还有毫伏（mV），千伏（kV）等电压的方向实际方向：高电位指向低电位参考方向：（下一页）1.2电流、电压及其参考方向电压参考方向

箭头、双下标Uab（a为高电位

b为低电位）选定的参考方向与实际电压方向一致，那么电压为正值；反之，电压为负值。+、-（高低）1.2电流、电压及其参考方向注意：在参考方向选定后，电压值才有正负之分。例：abRU+–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。1.2电流、电压及其参考方向下页上页返回（3）电动势定义：是衡量电源内局外力克服电场力移动电荷时做功的物理量，它在数值上等于局外力把单位正电荷在电源内部由低电位端移到高电位端所做的功单位：伏特实际方向：低电位到高电位大小：正负两极之间的开路电压注意区分电动势和源电压1.2电流、电压及其参考方向1.2.2电流、电压、电位强调电位有相对性和单值性

参考点选取的不同，电位不同；参考点确定后，电位仅有唯一值电压有绝对性

两点间电压的大小与参考点的选取无关电压和电位的计算与所选路径无关参考点电位为零原则上参考点可任选

1.2电流、电压及其参考方向关联参考方向电压、电流同向——关联反向——非关联

uu非关联关联1.2.3.电流、电压的参考方向1.2电流、电压及其参考方向负载消耗或吸收的电能即电场力移动电荷q所做的功。由电压电流定义，可表示为

τ为电流通过负载的时间。

1.3电路的功与功率计算1.3.1电路的功与功率功率是能量转换的速率，用字母p表示

如果电压电流都是恒定值，以上两式分别为。

和

下页上页返回1.3电路的功与功率计算1.3.2功率的计算电压电流关联参考方向aIRUbaIRUb电压电流非关联参考方向P=–UIP=UI下页上页返回表明吸收功率或消耗功率（起负载作用）若P0表明元件发出功率（起电源作用）若P0电阻消耗功率肯定为正电源的功率可能为正（吸收功率），也可能为负（输出功率）在此规定下，功率有正有负1.3电路的功与功率计算下页上页返回电源的功率IUab+-P=UIP=–UIIUab+-电压电流非关联参考方向电压电流关联参考方向1.3电路的功与功率计算下页上页返回含源网络的功率IU+－含源网络P=UI电压电流关联参考方向P=–UI电压电流非关联参考方向IU+－含源网络1.3电路的功与功率计算下页上页返回（a）关联方向，P=UI=5×2=10W，P>0，吸收10W功率。（b）关联方向，P=UI=5×(－2)=－10W，P<0，产生10W