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文档简介
电工技术一、电能的应用
电能应用在工业、农业及国民经济各部门,在日常生活中也是不可缺少的。
绪论1.电能的优越性(1)便于转换
(2)便于传输(3)便于控制2.不足之处难于储存二、课程的目的和学习方法
目的—获得电的基本理论知识,为今后的学习和工程技术研究打下基础。
方法—掌握好物理概念(多看参考书);多做习题。三、使用教材
秦曾煌主编《电工学》第五版上册《电工技术》高等教育出版社出版第1章电路的基本概念与基本定律
1-1电路的作用与组成部分
电路—电流流经的闭合路径(由电工设备和元件组成)。一.电路的组成—•电源(信号源)
•中间环节
•负载
二.电路的作用—传输和转换电能;传递和处理信号。电源:将非电能转换成电能的装置(干电池,蓄电池,发电机)或信号源。中间环结:把电源与负载连接起来的部分(连接导线,开关)负载:将电能转换成非电能的用电设备(电灯,电炉,电动机)一.电路的组成:电池灯泡EIRU+_负载电源电路的组成二.电路的作用1.电能传输和转换发电机升压变压器降压变压器电灯电炉热能,水能,核能转电能传输分配电能电能转换为光能,热能和机械能2.信号的传递和处理放大器话筒扬声器将语音转换为电信号(信号源)信号转换、放大、信号处理(中间环节)接受转换信号的设备(负载)
将实际元件理想化,由理想化的电路元件组成的电路。EIRU+_例如:理想化导线理想化元件今后我们分析的都是电路模型,简称电路。1-2电路的模型理想化电源电路模型:
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.(二)理想电源元件1.理想电压源恒压源2.理想电流源恒流源电路分析—在已知电路结构与元件参数情况下研究电路激励与响应之间的关系。激励—推动电路工作的电源的电压或电流。响应—由于电源或信号源的激励作用,在电路中产生的电压与电流。1-3电压和电流的参考方向I=0+_RUESU0R0ba电路中的箭头方向为电压与电动势和电流的参考方向.电路中物理量的正方向(参考方向)物理量的正方向:实际正方向假设正方向实际正方向:物理中对电量规定的方向。假设正方向(参考正方向):在分析计算时,为了解题方便,对物理量任意假设的参考方向。物理量的实际正方向一、电流电流方向—正电荷运动的方向(实际方向)。电流参考方向—任选一方向为电流正方向。正值负值Iab=-Iba例:IIaabb二、电压电压方向—由高电位端指向低电位端(实际方向)。电压参考方向—任选一方向位为电压正方向。电压表示方法:U+-UabUabUab=-Uba关联正方向:UI关联正方向UI非关联正方向三、电动势电动势的方向—电位升高的方向(实际方向)。电动势的参考方向—任选一方向为电动势的正方向。电动势的表示方法:a.箭头b.正负号c.双下标电动势和电压的关系:EU电压与电动势规定正方向相反时E=UEU电压与电动势规定正方向相同时E=-U由以上三关系三可以三看出三:电压三源可由三一个三大小三相等三,方向三相反三的外加三电压表示三。例:EUU(U=三E)电路三分析三中的假设正方三向(参三考方三向)问题三的提三出:在复三杂电三路中三难于三判断三元件三中物三理量的实三际方三向,三电路三如何三求解三?电流三方向AB?电流三方向BA?E1ABRE2IR(1三)在解三题前先设三定一三个正三方向,作三为参三考方三向;解决三方法(3三)根据三计算三结果三确定三实际三方向三:若计算三结果为正,则三实际三方向三与假三设方向三一致;若计算三结果为负,则三实际三方向三与假三设方向三相反。(2三)根据三电路三的定三律、三定理三,列三出物三理量三间相三互关系的三代数三表达三式并三计算三;例已知三:E=2三V,R=1三Ω求:当Uab分别三为3V和1V时,IR=?E
IRRURabUab解:(1)假定电路中物理量的正方向如图所示;(2)列电路方程:(3三)数值三计算(实际三方向三与假三设方三向一三致)(实际三方向三与假三设方三向相三反)E
IRRURabUab(4三)为了三避免三列方三程时三出错三,习惯三上把I与U的方三向按相三同方三向假三设(关联三正方三向)。(1三)方程三式U/三I=三R仅适三用于三假设三正方三向一三致的三情况三。(2三)“实际三方向三”是物三理中三规定三的,三而“假三设三正方三向”则是人三们在三进行三电路三分析三计算三时,任意三假设三的。(3三)在以三后的三解题三过程三中,三注意三一定三要先假三定“三正方三向”(即在三图中三表明三物理三量的三参考三方向),然后三再列三方程计算。缺三少“参考三方向”的三物理三量是三无意三义的.提示
IRURab假设:与的方向一致例假设:与的方向相反
IRURab关联三正方三向非关三联正三方向1-三4欧姆三定律U和I为关三联正三方向三时:U和I为非三关联三正方三向时三:线性三电阻三:遵循三欧姆三定律三的电三阻,三其阻三值的大小三和电三流电三压无三关。RUI注意:用欧姆三定律三列方三程时三,一三定要三在图中三标明三正方三向。RUIRUI例:广义三欧姆三定律(支路三中含三有电三动势三时的三欧姆三定律)当Uab>E时,I>0表明三方向三与图三中假三设方三向一三致当Uab<E时,I<0表明三方向三与图三中假三设方三向相三反E+_baIUabR1-三5电路三的工三作状三态(开路三、短三路和三有载三工作三)受控三电源(后三面介三绍)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∞)1.三5.三1电源三有载三工作电路特征:I=E/(R0+R)U=IR=E–IR0P=PE-△P将上式乘以I,得(注意三:电三源输三出的三功率三和电三流由三负载三决定三。)上式三表明三:当R变化三时,三电源三端电三压变三化不三大,三则此三电源带负三载的三能力三强。当R>三>R0时U≈E一、三电压三和电三流+_IRUabESR0ab电源三的外三特性三曲线表示三电源三端电三压与三输出三电流三之间三的关三系曲三线,三称为三外特三性曲三线。U三=三IR三=三E三–三I三R0IU0EIR0二.功率三与功三率平三衡电源三的发出三功率=负载三的取用三功率+电源三内阻三上的消耗三功率P--三--电源三输出三的功三率PE--三--电源三产生三的功三率∆P--三--电源三内阻三上消三耗的三功率IUE+_RabSR0功率三平衡三方程三式:在U、I正方向三选择三一致三的前三提下三:IRUab或IRUab“吸收三功率”(负三载)“发出三功率”(电三源)若P=UI0若P三=三UI0根据能量守衡关系P(吸收)=P(发出)三.电源三与负三载的三判别当三计算三的P>三0时,则说三明U、I的实三际方三向一三致,三此部三分电三路消耗三电功三率,为负载。功率三性质三判断三:当计三算的P<三0时,则说三明U、I的实三际方三向相三反,三此部三分电三路发出三电功三率,为电源。①如果三假设U、I正方三向一三致。②电源三有时三发出三功率三,有三时消三耗功三率。当计算三的电三源功三率PE>三0时,则电三源消三耗功三率,三为负载;当计算三的电三源功三率PE<三0时,则电三源发三出功三率,三为电源.例IUU=10VI=-1A电路IUU=-10VI=1A电路IUU=10VI=1A电路P=三UI三=-三10三W<三0,发出三功率三,是三电源三。P=三-U三I=三10三W>三0,消耗三功率三,是三负载三。P=三-U三I=三-1三0W三<0,发出三功率三,是三电源三。四.额定三值与三实际三值额定三值:制造三厂为三了使三电子三设备三能在三给定三的工三作条三件下三正常三运行三而规三定的三正常三允许三值。UN三、IN三、PN使用三时,电压三、电三流、三功率三的实三际值不三一定三等于额定三值。I>IN过载I<IN轻载I=IN额定工作状态电器三使用三时的三实际三值不三等于三额定三值的三原因三:a.电器三受外三界影三响——如电三压波三动。b.负载三变化三时,三电流三、功三率通三常不三一定三处于额定三工作三状态三。开关S断开三时,三外电三路的三电阻三无穷三大,电流三为零三,电三源的三端电三压U0等于三电源三电动三势E。二、三开路三(断路三或空三载)电路三特征三:I三=三0U三=三0三U0=三EPE=三P三=三0I=0+_RUEabSU0R0(其中三:PE=三EI、P三=三UI)三.短路U=三0三I=三0短路电流P=三0电路三特征三:+-E+-0RUIsI=0+_RUEabSR0当R00时,Is∞(烧毁电源)。注意:电压源不允许短路!IS用来三描述三电路三中各三部分三电压三或各三部分三电流三间的三关系,其中三包括基氏三电流和基氏三电压两个三定律三。术语三:网孔三:不包三含任三何支三路的三回路支路三:电路三中的三每一三个分三支(一三个支三路流三过一三个电三流)结点三:三个三或三三个以三上支三路的三联结三点回路三:电路三中任三一闭三合路三径1-三6基尔三霍夫三定律支路三:ab、ad、…三..三.(共6条)回路三:ab三da、bc三db、…三..三.(共7个)结点三:a、b、…三..三.(共4个)例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-对任三何结三点,三在任三一瞬三间,三流入三结点三的电三流等三于由三结点三流出三的电三流。基氏三电流三定律三的依据:电三流的三连续三性I=0即:I1I2I3I4例或:1.三6.三1基尔三霍夫三电流三定律(KC三L)I入=I出即:设:三流入三结点三为正三,流三出结三点为三负。在任三一瞬三间,三一个三结点三上电三流的三代数三和为0。电流三定律还可三以扩三展到三电路三的任三意封三闭面三(广义三结点)。例I1+I2=I3例I=0基氏三电流三定律三的扩三展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R对电三路中三的任三一回三路,三沿任三意循行三方向的各三段电三压的三代数三和等三于零三。即:1.三6.三2.基尔三霍夫三电压三定律(KV三L)即:在任三一回三路的循行三方向上,三电动三势的三代数三和等三于电三阻上三电压三降的三代数三和。E、U和IR与循行三方向相同三为正三,反三之为三负。例如三:三回三路a-d-c-a或:注意三:与循行三方向三相同三为正三,三反之三为负三。I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-其中:US3=三-三E3,US4=三-三E4基氏三电压三定律三也适三合开三口电三路。例由:得:E+_RabUabI例aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1分析以下电路中应列几个电流方程?几个电压方程?基尔霍夫电流方程:结点a:结点b:独立方程只有1个基尔霍夫电压方程:#1#2#3独立方程只有2个aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1网孔网孔设:三电路三中有N个结三点,B个支三路N=2三、B=3bR1R2E2E1+-R3+_a小三结独立的结点电流方程有
(N-1)个独立的回路(网孔)电压方程有
(B-N+1)个则:(一般为网孔个数)独立电流方程:1个独立电压方程:2个求:I1、I2、I3
能否很快说出结果?1++--3V4V11+-5VI1I2I3电路三中的三电位——该点与三参考三点(零电三位点)之三间的三电压三。(参考三点通三常用三“接三地”三符号三表示三,但三该点三没有三和大三地相三连。三)①参考三点选三的不三同,三则各三点的三电位三不同三。②电流三总是三从高三电位三流向三低电三位。例11-三7电路三中电三位的三概念三及计三算-7V3K1KAS1K+6V+8Vcb求:A点电三位。设b点为三参考三点:Vb=0则:VA=0设c点为三参考三点:Vc=0
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