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文档简介
电工与电子技术模块一直流电路模型建立与分析模块一:直流电路任务一:认识直流电路◆熟悉日常生活中常见直流电路的作用与组成。■知识目标◆了解直流电路的基本组成,说明各元件在电路中的作用。◆了解电路模型及其意义。■应用目标■技能目标◆画出简单直流电路的电路模型。模块一:直流电路任务一:认识直流电路什么是电路?电路的作用是什么?电路是用电为人类服务的直接工具。身边的电子电器设备模块一:直流电路任务一:认识直流电路工业生产中常见的自动化仪表模块一:直流电路任务一:认识直流电路实验室里的仪器仪表微波·紫外·超声波三位一体合成萃取反应仪换液器电化学仪器(自动电位滴定仪)模块一:直流电路任务一:认识直流电路电无处不在,人类文明的进程,几乎就是研究和利用电的过程。模块一:直流电路任务一:认识直流电路
什么是电路?电流所流经的路径,或称电子回路,是由电气设备和元器件(用电器),按一定方式联接起来构成的网络。
是由某些元、器件为完成一定功能、按一定方式组合后的总称。模块一:直流电路任务一:认识直流电路1.电路的作用(1)实现电能的传输、分配和转换模块一:直流电路任务一:认识直流电路1.电路的作用(2)实现电信号的传递和处理模块一:直流电路任务一:认识直流电路2.电路的组成
一个完整的电路通常由电源、负载和中间环节三部分组成。
当开关接通后,电路中有了电流,开始了能量的传输和转换,小灯泡发光,将电能转换为光能和少量的热能。模块一:直流电路任务一:认识直流电路2.电路的组成·开关:控制电路通断负载:消耗电能电源导线:连接电路元件电源:提供电能负载开关电路的组成(中间环节)模块一:直流电路任务一:认识直流电路从能量的传输过程看:1电源:将非电能变成电能;2负载:将电能变成非电能;3中间环节:传输、控制、测量、变换。SUab+I+E-R0b-aR模块一:直流电路任务一:认识直流电路3、电路模型
为了便于对实际电路进行分析,将实际电路元器件理想化或模型化,用理想电路元器件来表示的电路称为电路的电路模型。模块一:直流电路任务一:认识直流电路3、电路模型模块一:直流电路任务一:认识直流电路3、电路模型电阻元件电炉白炽灯代表耗能元件模块一:直流电路任务一:认识直流电路3、电路模型代表储存磁场能量元件电感元件线圈变压器和电动机的绕组模块一:直流电路任务一:认识直流电路手电筒的电路模型
电池是电源元件,其参数为电动势E和内阻Ro;灯泡主要具有消耗电能的性质,是电阻元件,其参数为电阻R;筒体用来连接电池和灯泡,其电阻忽略不计,认为是无电阻的理想导体。开关用来控制电路的通断。今后分析的都是指电路模型,简称电路。在电路图中,各种电路元件都用规定的图形符号表示。实体电路电源负载ISE+_R0中间环节电路模型RL+
U–模块一:直流电路任务一:认识直流电路3、电路模型室内电气照明电路的实物图模块一:直流电路任务一:认识直流电路3、电路模型室内电气照明电路的电路模型模块一:直流电路任务一:认识直流电路4.电路物理量物理量的名称符号单位名称符号电流安【培】电压伏【特】电位V伏【特】电功率瓦【特】电能量焦【耳】或度或电路中物理量主要包括电流、电压、电位、电功率、电能量等。模块一:直流电路任务一:认识直流电路4.电路物理量电流电流的形成:带电质点(电荷)有规则的运动形成电流电流的方向正电荷的定向运动方向定义式C(库)s(秒)电流的单位 mA(毫安)、μA(微安)1A=103mA=106μAI=qt模块一:直流电路任务一:认识直流电路4.电路物理量电流直流电:电流的大小和方向都不随时间发生变化;交流电:电流的大小和方向随时间进行周期性变化。直流电交流电模块一:直流电路任务一:认识直流电路4.电路物理量电流电流的参考方向假定方向注意事项矢量参考方向不一定是实际方向标明参考方向电流方向的表示方法:模块一:直流电路任务一:认识直流电路4.电路物理量电流【例1-1】如图1.1.6所示,电流的参考方向已标出,并已知I1=-1A,I2=1A,试指出电流的实际方向。解:I1=-1A<0,参考方向与实际方向相反,实际方向由点B流向点A。I2=1A>0,参考方向与实际方向相同,实际方向由点B流向点A。模块一:直流电路任务一:认识直流电路4.电路物理量②电压电荷移动需要力,推动电荷移动的这种力称为电场力。当用导线和负载将电源的正负极连接成为一个闭合电路时,正电荷在电场力的作用下由正极经导线和负载流向负极(实际上是自由电子由负极经负载流向正极),从而形成电流。电压是衡量电场力做功能力的物理量。模块一:直流电路任务一:认识直流电路4.电路物理量②电压电压的实际方向规定从高电位指向低电位,其方向可用箭头表示,也可用“+”“-”极性表示。若用双下标表示,如Uab表示a指向b,Uab=-Uba。电压u(U),单位:伏特(V)kV(千伏)、mV(毫伏)、μV(微伏)1kV=103V=106mV=109μV模块一:直流电路任务一:认识直流电路4.电路物理量②电压与电流相同,电压也需设定其参考方向。当参考方向与实际方向一致时,电压值为正值;当参考方向与实际方向相反时,电压值为负值。模块一:直流电路任务一:认识直流电路4.电路物理量②电压在分析电路时,一段电路或一个元件上的电压参考方向与电流参考方向可以独立的任意设置。但为了运算方便,电压、电流的参考方向尽量取一致。某一元件上,如果电流和电压的参考方向相反,称为非关联参考方向。某一元件上,如果电流I从电压U“+”流向“-”,也就是电流和电压的参考方向一致,称为关联参考方向;模块一:直流电路任务一:认识直流电路4.电路物理量③电位电压是对电路中某两点而言的,有时在电路中选某点作为参考点,把其它各点相对于参考点的电压称为该点的电位,用V表示。规定参考点在电路中电位设为零又称为零电位点。在电路计算时,参考点可以任意设定,在电力系统中常以大地为参考点,在电子设备中常以外壳为参考点。若以O为参考点,A、B点的电位分别为VA、VB,则UAB=UAO+UOB=VA-VO+VO-VB=VA-VB两点间的电压就是该两点电位之差,电压的实际方向是由高电位点指向低电位点,有时也将电压称为电压降。模块一:直流电路任务一:认识直流电路4.电路物理量③电位已知各元件的电压为:U1=10V,U2=5V,U3=8V,U4=-23V。若分别选B点与C点为参考点,试求电路中各点的电位。解:选B点为参考点,VB=0:VA=UAB=-U1=-10VVC=UCB=U2=5VVD=UDB=U3+U2=8+5=13V选C点为参考点,VC=0:VA=UAC=-U1-U2=-15VVB=UBC=-U2=-5VVD=UDC=U3=8V模块一:直流电路任务一:认识直流电路4.电路物理量③电位已知各元件的电压为:U1=10V,U2=5V,U3=8V,U4=-23V。若分别选A点与D点为参考点,试求电路中各点的电位。解:选A点为参考点,VA=0:VB=UBA=U1=10VVC=UCA=U2+U1=15VVD=UDA=-U4=23V选D点为参考点,VD=0:VA=UAD=U4=-23VVB=UBD=-U2-U3=-13VVC=UCD=-U3=-8V模块一:直流电路任务一:认识直流电路4.电路物理量④电动势在电路中,正电荷在电场力的作用下,由高电位移到低电位,形成电流。要维持电流,还必须要有非电场力把单位正电荷从低电位推到高电位。这非电场力就是电源力(在各类电源内部就存在着这种力。例如干电池中的化学力,发动机内部的电磁力等),电源力把单位正电荷由低电位点B经电源内部移到高电位点A克服电场力所做的功,称为电源的电动势。电动势用E或e表示。模块一:直流电路任务一:认识直流电路4.电路物理量⑤电功率和电能电路的作用-实现电能与其他形式能量的转换电功率(功率)-是描述能量转换的速率的物理量定义: p=ui正弦交流电路(AC)中,电压u和电流i随时间变化,功率p也随时间变化。在一个周期内的平均功率为在直流电路(DC)中,电压电流不随时间变化P=UI模块一:直流电路任务一:认识直流电路4.电路物理量⑤电功率和电能电路元件在电路中的作用:(是电源还是负载)(1)根据U、I的实际方向判别U、I实际方向相反(电流从U“+”端流出),为电源,输出功率U、I实际方向相同(电流从U“+”端流入),为负载,消耗功率UI参考方向非关联(2)根据U、I的参考方向判别UI参考方向关联 P=UIP=−UI如果P
0,负载P
0,电源模块一:直流电路任务一:认识直流电路4.电路物理量⑤电功率和电能练一练电源负载手机充电手机使用负载电源已知U1=–140V,U2=90V,U3=60V,U4=–60V,U5=20V,U6=-18V,U7=12V,I1=4A,I2=6A,I3=-10A。试判断元件1、2、3是电源还是负载。根据电压和电流的参考方向和功率的正负进行判别元件1电流与电压的参考方向一致,→P1=U1·I1=(-140)x4=-560W元件2电流与电压的参考方向相反,→P2=-U2·I2=-90x6=-540W元件3电流与电压的参考方向相反,→P3=-U3·I3=-60x(-10)=600W发出功率电源发出功率电源消耗功率负载模块一:直流电路任务一:认识直流电路4.电路物理量⑤电功率和电能电能:一段时间t内电所做的功称为消耗(或发出)的电能。用W表示。W=P•
t如果功率不是常数,则需要用定积分来计算。单位:焦耳(J)、毫焦(mJ)、千焦(kJ)等。千瓦时(kW·h),1kW·h=1度。1kW·h =3.6×106J。模块一:直流电路任务一:认识直流电路4.电路物理量⑤电功率和电能【例】一盏“220V40W”的白炽灯,在正常工作时,大概多长时间消耗一度电?解:模块一:直流电路任务一:认识直流电路5.数字万用表的使用指针式万用表数字万用表模块一:直流电路任务一:认识直流电路5.数字万用表的使用数字万用表的面板数字万用表使用前注意事项数字万用表测电压数字万用表测电阻数字万用表测电流模块一:直流电路任务一:认识直流电路5.数字万用表的使用显示屏锁屏按键背光灯按键转换开关交流电压挡公共输入端交流电流挡直流电压挡大于250mA小于10A电流测量直流电流挡电阻挡电压电阻测量输入端250mA以下电流测量模块一:直流电路任务一:认识直流电路5.数字万用表的使用阅读说明书检查后盖检查表笔电池电压确认量程模块一:直流电路任务一:认识直流电路5.数字万用表的使用插表笔COM V/Ω选量程大于并接近待测量值测电压红接正黑接负读数字“-”极性接反置OFF测直流电压V模块一:直流电路任务一:认识直流电路5.数字万用表的使用测交流电压插表笔COM V/Ω选量程大于并接近待测量值测电压并联读数字置OFF模块一:直流电路任务一:认识直流电路5.数字万用表的使用插表笔COM V/Ω选量程大于并接近待测量值OL超量程测电阻双手不可同时接触电阻读数字置OFF测电阻模块一:直流电路任务一:认识直流电路5.数字万用表的使用插表笔COM 200mA选量程大于并接近待测量测电流红接正黑接负读数字置OFF测直流电流模块一:直流电路任务一:认识直流电路5.数字万用表的使用插表笔COM 200mA/10A选量程大于并接近待测量测电流串联读数字置OFF测交流电流模块一:直流电路任务一:认识直流电路5.数字万用表的使用测量先看挡,量程要适当未知先选大,OL超量程测量不换挡,测完拨OFF测R不带电,双手不接触测U要并联,测I应串联直流红接正,有-极性反模块一:直流电路任务一:认识直流电路◆手电筒的电珠为什么能够发光?要使手电筒的电珠发光需要哪些条件?议一议◆实际应用中的电路千差万别,其基本组成却有一些相似的地方,请举例说明。模块一:直流电路任务一:认识直流电路◆什么是电路模型,它有什么意义?想一想模块一:直流电路任务一:认识直流电路◆画出电池、直流发电机、白炽灯、日光灯、电炉、电动机、开关的电路模型。练一练模块一:直流电路任务二:熟悉直流电路中的负载■知识目标◆了解电路中负载的类型及特点。◆熟悉直导线电阻的计算
。■技能目标◆熟练使用万用表测量电阻。◆正确应用伏安法测量电阻。◆熟悉电路的三种状态及特点
。■应用目标◆正确判断电路的工作状态。◆通过测量电阻,简单查找电路故障。任务二:熟悉直流电路中的负载电路中的负载有电阻、电感和电容三种类型。●电阻在电路中总是消耗电能,进行能量转换。
模块一:直流电路1.电阻元件任务二:熟悉直流电路中的负载●电阻是一种耗能元件,其能量转换过程是不可逆的,电阻吸收的功率为,总为正值,从t0到t的时间内,电阻消耗的能量为正值。
模块一:直流电路1.电阻元件任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路生活中的电阻负载电水煲电热毯电炉任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路电力机车中的电阻负载制动电阻柜有两个,型号为:TZZ功率:1931千瓦电阻值:3.22欧电流:420安冷却风量:11m3/秒重量:1560公斤制动电阻任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路电力机车中的电阻负载高压电器柜上的降压电阻机车的高压电器上的降压电阻有上下两层,每层有6个,型号为:RX6,主要技术参数为:800A,600。任务二:熟悉直流电路中的负载1.电阻元件模块一:直流电路认识电阻元件电阻是电路中不可缺少的元件,是反映消耗电能这一物理现象的一个二端电路元件,它是在不考虑其它电磁现象的情况下,仅剩其电阻性质的理想元件。电阻的性质可分线性、非线性。在任何时刻,对于线性电阻元件,它两端的电压与其电流的关系服从欧姆定律。(a)关联参考方向(b)非关联参考方向
电压电流参考方向的关系任务二:熟悉直流电路中的负载1.电阻元件模块一:直流电路当电压与电流为关联参考方向时图(a),当电压与电流为非关联参考方向时图(b),根据国际单位制(SI)中,式中R称为电阻,单位为欧姆(Ω)。为了方便计算,我们常常把电阻的倒数用电导G来表示,即根据国际单位制(SI)中,电导G的单位为西门子(S)。任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路对于长直导线,其电阻值R与其长度l成正比,与其横截面积S成反比,并与导体材料的电阻率ρ有关系
。电阻率,与导线的材料有关导线长度导线的横截面积导线本身存在电阻,所以也消耗电能呢1.电阻元件任务二:熟悉直流电路中的负载【例】某直流电路长200m,当通过20A的电流时,要求线路上引起的电压降不超过30V,若输电线为铜导线,试计算导线直径最小值。ρ=1.69*10-8(Ω•m)模块一:直流电路解:输电线电阻
由得:所以任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路
思考题1:一个电炉的电阻丝烧断了,将它重新接起来,其电阻值将怎样变化?
思考题2:一根裸导线,其电阻值为R,如果将它对折再重新绕紧,其电阻值是多少?答案:变小答案:R/41.电阻元件任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路常用导体材料的电阻率(20℃)1.电阻元件任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路铜铝Ρ较小Ρ较铜大导线的材料通常用铜和铝,其电阻率较小,等效电阻小,导线本身的电能损耗比较小,少数特殊场合也用银。集成芯片的镀银管脚银Ρ最小任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路不易导电的物质塑料、橡胶等,电阻率较高,一般制作绝缘材料或电工操作防护装置。任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路电炉、地暖、电吹风等电热设备使用电热元件发热,通常使用镍铬合金、铁铬合金等材料,其电阻率较大,等效电阻大,通电后将提供较大的热能。镍铬合金铁铬合金Ρ较大任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路导体的电阻除与材料的性质、几何尺寸有关以外,还与温度有关,根据这个特点,可以选择特殊的材料做成标准电阻或电阻温度计。t2对应的电阻t1对应的电阻温度系数不同时刻的温度1.电阻元件任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路常用导体材料的温度系数1.电阻元件任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路
利用金属铂、铜的电阻随温度变化较大且耐高温的特点,可以制作电阻温度计,用于测量电机内部及其他特殊场合的温度。铜铂温度系数大1.电阻元件任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路
利用康铜、锰铜的电阻随温度变化较小的特点,可以制作标准电阻,用于一些精确电路。康铜锰铜等合金材料温度系数小1.电阻元件任务二:熟悉直流电路中的负载
【例】电机在制造完毕或修复后要进行温升实验。现在一台2.5KW的直流电动机,电枢绕组用铜线绕制,温度20℃时测得电阻值为0.4Ω,运行一段时间后,测得电阻值为0.5Ω,试计算此时电动机绕组的温度。解:已知
,,铜的电阻温度系数为
则:℃
模块一:直流电路任务二:熟悉直流电路中的负载工程中,电容器应用极为广泛。电容器虽然品种和规格很多,都是由两块金属极板间隔以不同的介质(如云母、绝缘纸、电解质等)所组成。电容不消耗电能,在电路中吸收电能,转换成电场能量储存起来。模块一:直流电路2.电容元件任务二:熟悉直流电路中的负载当电容极板间电压u变化时,极板上电荷q也随着改变,于是电容器电路中出现电流i。即模块一:直流电路2.电容元件q:电荷;u:电压;C:电容,单位:法拉(F)任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路
电容的伏安关系为,说明电容元件两端的电流与其电压的变化率成正比,当电容两端的电压是直流时,因为则电容元件两端的电流为零,即电容对直流可视为开路。2.电容元件任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路电力机车中的电容负载启动电容主要技术参数为:额定容量:12Kvar额定电压:0.525KV额定电容:138.6F额定频率:50Hz温度类别:-25/C任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路电力机车中的电容负载低压电器柜上的阻容吸收电容任务二:熟悉直流电路中的负载由导线绕制而成的线圈或把导线绕在铁芯或磁芯上就构成一个常用的电感器,电感线圈在空调制冷行业极为广泛,如互感器、变压器等。电感不消耗电能,在电路中吸收电能,转换成磁场能量储存起来。线圈是典型的电感元件。
模块一:直流电路3.电感元件任务二:熟悉直流电路中的负载当电感元件为线性电感元件时,电感元件的特性方程为模块一:直流电路3.电感元件N:匝数;∅:磁通;L:电感系数(简称电感),单位:亨利(H)任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路电感的伏安关系为,说明电感元件两端的电压与通过它的电流的变化率成正比。只有当电流变化时,电感元件两端才有电压。若电感元件中通过的电流是直流,因为,则电感元件两端的电压为零,即电感元件对直流可视为短路。3.电感元件任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路
电感是一个储能元件,是因为当电感中电流增加时,电感吸收能量,并全部转换成磁场能量储存在电感中;当电流减少时,电感又将磁场能量释放。在此过程中电感元件没有消耗能量,只是储存能量。3.电感元件任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路电力机车中的电感负载韶山型电力机车是直流牵引,使用平波电抗器使整流的脉动直流电相对平滑。平波电抗器任务二:熟悉直流电路中的负载◆观察导线、白炽灯、电炉、电阻温度计、标准电阻和电刷,了解它们的导电材料及相关知识。
议一议◆电池接在电路中一定起电源的作用吗?
◆电路中,电压为0时,电流一定为0或者电流为0,电压一定为0吗?请举例说明。
模块一:直流电路
◆选择一个普通电阻,分别用伏安法和万用表的不同量程和测量它的电阻值,比较测量结果,判断哪个测量数值更准确?做一做
◆
比较两个不同功率(差别最好稍大些)的白炽灯的灯丝,或是两个不同功率电炉的电阻丝的区别。任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路◆为了测定发电机绕组的温度,在其绕组中安装了一个铂丝电阻元件。已知200C时电阻元件的电阻值为49.5Ω,运行一段时间后测出元件电阻为60.9Ω,求发电机内部的温度。练一练任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路任务二:熟悉直流电路中的负载◆已知R=100Ω,当开关K闭合时,电压表的读数是48V;当开关K断开时,电压表的读数是50.4V,求电源内阻R0的阻值。练一练模块一:直流电路◆某电源E=220V,内阻R0=1Ω,与R=21Ω的负载电阻连接,计算短路电流是正常工作时电流的多少倍。练一练任务二:熟悉直流电路中的负载模块一:直流电路模块一:直流电路任务三:进行电阻电路的连接■知识目标◆熟悉串联电路的连接与计算。◆熟悉并联电路的连接与计算。■技能目标◆正确连接串联电路和并联电路。◆掌握扩大电压表、电流表量程的方法。
■应用目标◆判断实际电路的连接关系,正确应用串联电路和并联电路。
1.串联电路任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路电阻依次连接,没有任何分支,称为电阻串联。电阻串联的电路特点:①电流相等:通过各电阻的电流相等,即②分压作用:总电压等于各电阻上电压之和,即③等效电阻:等效电阻(总电阻,是指如果用一个电阻R代替串联的所有电阻接到同一电源上,电路中的电流是相同的)即:1.串联电路任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路电阻依次连接,没有任何分支,称为电阻串联。电阻串联的电路特点:④分压系数:在直流电路中,常用电阻的串联来达到分压的目的。各串联电阻两端的电压与总电压间的关系为式中、、称为分压系数,由分压系数可直接求得各串联电阻两端的电压。1.串联电路任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路电阻依次连接,没有任何分支,称为电阻串联。电阻串联的电路特点:⑤电压电阻:电阻串联时,各电阻两端的电压与电阻的大小成正比,即⑥功率电阻:各电阻消耗的功率与电阻成正比,即任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路1.串联电路通过电阻串联来获得设计所需的较大阻值的电阻。电阻不够大怎么办?任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路1.串联电路通过电阻串联构成分压电路,获得所需电压。通过调节触点的位置,变阻器两端的电阻值发生变化,输出的电压也变化。电压太高了怎么办?任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路1.串联电路串联的电阻越多越大,电路中的电流越小。利用串联电阻的方法限制和调节电路中的电流。电路中电流太大了怎么办?任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路1.串联电路电路图实际生活中的开关、熔断器和用电负载都是串联连接,它们通过的电流大小相同。任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路在电工测量中,应用串联电阻的方法来扩大电压表的量程。电路图电压表量程扩展原理图电压表量程小了怎么办?【例】一个10V电压表,其内阻为20kΩ,为了将电压表量程扩大为100V,问所需串联的电阻应为多大?解:电压表中通过的电流
需要串联的电阻Ω=180KΩ任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路2.并联电路任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路电阻的两端连接在同一个电位点,称为并联。并联和并排是两回事2.并联电路任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路电阻并联的电路特点:①电压相等:各并联电阻两端的电压相等,即②限流作用:总电流等于各电阻支路的电流之和,即③等效电阻:等效电阻R的倒数等于各并联电阻倒数之和,即,或者并联电路的电导等于各支路电导之和,即。只有两个电阻R1及R2并联,则等效电阻为2.并联电路任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路电阻并联的电路特点:④分流系数:在电路中,常用电阻的并联来达到分流的目的。各并联电阻支路的电流与总电流的关系为:式中、、称为分流系数,由分流系数可直接求得各并联电阻支路的电流。⑤电流电导:即电阻并联时,各电阻支路的电流与电导的大小成正比。也就是说电阻越大,分流作用就越小。当两个电阻并联时2.并联电路任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路电阻并联的电路特点:⑥各电阻消耗的功率与电导成正比,即利用电阻并联的分流作用,可扩大电流表的量程。在实际应用中,用电器在电路中通常都是并联运行的,属于相同电压等级的用电器必须并联在同一电路中,这样,才能保证它们都在规定的电压下正常工作。解:任务三:进行电阻电路的连接mAΩ模块一:直流电路【例】有一满偏电流Ig=100μA,内阻Rg=2KΩ的表头,若要将其改装成能测量100mA的电流表,问需并联的分流电阻为多大?任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路
【例】已知电路如图所示,试计算a、b两端的等效电阻。2
6
6
ab
ab2
3
6
任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路
【例】已知电路如图所示,试计算a、b两端的等效电阻。10
20
15
5
3
abab3
20
10
c15
5
任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路
【例】已知电路如图所示,试计算a、b两端的等效电阻。2
10
12
6
6
ab2
12
c6
10
d6
任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路
【例】已知电路如图所示,试计算a、b两端的等效电阻。ab6
6
c5
6
25
4
4
6
ab6
6
任务三:进行电阻电路的连接【例】有一电流表表头,量程IC=50µA,表头内电阻RC=1kΩ,要将该电流表表头改装为量程U=1V的电压表,应该与表头串联一个
Ω的电阻。模块一:直流电路19K任务三:进行电阻电路的连接【例】图示电路中,a、b两端的等效电阻为()Ω。模块一:直流电路任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路3.电阻Y-△连接的等效变换
在电路中,有时电阻的联接既非串联又非并联,等效电阻经过电阻的串并联运算不能直接求出,须经过电阻的星形联接和三角形联接等效变换才能分析与计算。任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路3.电阻Y-△连接的等效变换
电阻的星形联接方式
电阻的角形联接方式任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路3.电阻Y-△连接的等效变换
星形联接和三角形联接都是通过三个端钮与外部相联。它们之间的等效互换是要求外部性能相同,亦即当它们对应端钮间的电压相同时,流入对应端钮的电流也必须分别相等。在此条件下推导出如下等效变换公式:任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路3.电阻Y-△连接的等效变换
星形联接和三角形联接都是通过三个端钮与外部相联。它们之间的等效互换是要求外部性能相同,亦即当它们对应端钮间的电压相同时,流入对应端钮的电流也必须分别相等。在此条件下推导出如下等效变换公式:任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路3.电阻Y-△连接的等效变换任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路3.电阻Y-△连接的等效变换任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路3.电阻Y-△连接的等效变换【例】对下图所示桥式电路,求1、2两端的等效电阻R12。任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路【例】对下图所示桥式电路,求1、2两端的等效电阻R12。任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路【例】对下图所示桥式电路,求a、b两端的等效电阻◆观察教室里的灯和电风扇,它们彼此之间是怎样联接的?灯与控制它的开关是怎样连接的?串联电路和并联电路最本质的区别是什么?
议一议任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路◆
指针式万用表只有一个表头,其直流电压档却有10V、50V、100V、500V等多个量程,这是为什么呢?想一想任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路◆判断图中各电阻之间的连接方式。想一想任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路◆利用仪器与设备,连接电路,要求每个电阻均有开关控制,并验证电阻串联和并联时的电压与电流关系。做一做任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路模块一:直流电路◆例题2中的电压表,如果需要将量程扩大到250V,该如何改装呢?
练一练任务三:进行电阻电路的连接◆计算a、b两端的电阻。
模块一:直流电路◆负载的端电压为200V,负载是一组电灯和一只电炉,电炉取用600W的功率;电灯共14盏,并联成一组,每盏灯的电阻为400Ω,每要连接导线的电阻Rl为0.2Ω,电源的内电阻R0为0.1Ω。试计算:(1)电源的端电压。(2)电源的电动势。练一练任务三:进行电阻电路的连接模块一:直流电路任务四:了解电路的工作状态◆判定电路的工作状态,找出问题所在,解决电路故障。■知识目标◆熟悉电路的工作状态。◆了解电气设备的额定值。■应用目标■技能目标◆掌握电路不同工作状态下的电压和电流等的计算。任务四:了解电路的工作状态1.电路的工作状态模块一:直流电路
电路在不同的工作条件下,会处于不同的状态,并具有不同的特点。电路的工作状态有三种:开路状态、负载状态(通路状态)和短路状态。
灯泡是否发光显示了所处电路的工作状态,电炉是否发热也显示了电路的状态,还有一些电路没有明显的标志显示其状态。任务四:了解电路的工作状态1.电路的工作状态模块一:直流电路
通路状态(负载状态)——灯泡点亮
当开关S闭合后电源Us(内阻为R0)与负载(灯泡电阻RL)连接成闭合回路,电路中有电流I流过,称为负载状态
当开关接通时,灯泡发光,表明电路处于导通状态。负载的大小(灯泡电阻RL)是以消耗功率的大小来衡量的。当电压一定时,负载的电流越大,则消耗的功率亦越大,则负载也越大。任务四:了解电路的工作状态1.电路的工作状态模块一:直流电路
开路状态(空载状态)——灯泡熄灭
开关S断开或电路中某处断开,被切断的电路中没有电流流过,称为开路状态(断路状态、空载状态)
当开关断开或电线断裂、接头松脱时,灯泡不发光,表明电路处于断开状态。任务四:了解电路的工作状态1.电路的工作状态模块一:直流电路
短路状态——灯泡损坏
当a、b两点接通,电源被短路,此时电源的两个极性端直接相连。电源被短路往往会造成严重后果,如导致电源因发热过甚而损坏,或因电流过大而引起电气设备的机械损伤,因而要绝对避免电源被短路。
短路通常是严重的事故,应尽量避免发生,为了防止短路事故,通常在电路中接入熔断器或断路器,以便在发生短路时能迅速切断故障电路。任务四:了解电路的工作状态1.电路的工作状态模块一:直流电路
短路状态——灯泡损坏
当a、b两点接通,电源被短路,此时电源的两个极性端直接相连。电源被短路往往会造成严重后果,如导致电源因发热过甚而损坏,或因电流过大而引起电气设备的机械损伤,因而要绝对避免电源被短路。
短路通常是严重的事故,应尽量避免发生,为了防止短路事故,通常在电路中接入熔断器或断路器,以便在发生短路时能迅速切断故障电路。任务四:了解电路的工作状态模块一:直流电路【例】如图所示的电路,闭合开关S1和S2后,分析正确的是( ) A.小灯泡亮,电铃响; B、小灯泡亮、电铃不响; C.小灯泡不亮、电铃响; D、小灯泡不亮、电铃不响。1.电路的工作状态C任务四:了解电路的工作状态模块一:直流电路【例】当安全带系好时,相当于闭合开关,安全带指示灯不亮;安全带未系好时,相当于断开开关,安全带指示灯发光。图中符合上述要求的电路图是() A.小灯泡亮,电铃响; B、小灯泡亮、电铃不响; C.小灯泡不亮、电铃响; D、小灯泡不亮、电铃不响。1.电路的工作状态B任务四:了解电路的工作状态模块一:直流电路
任何电气设备在使用时,若电流过大,温升过高就会导致绝缘的损坏,甚至烧坏设备或元器件。为了保证正常工作,制造厂对产品的电压、电流和功率都规定其使用限额,称为额定值。2.电器设备的额定值电气设备的额定值通常有如下几项:(1)额定电流(IN):电气设备在工作时对温度都有一定的限度。使电气设备连续工作时的稳定温度达到最高允许温度时的电流,称为额定电流。(2)额定电压(UN):为了限制电气设备中的电流和保证绝缘材料的绝缘性能,对电气没备规定了工作电压,即额定电压。任务四:了解电路的工作状态模块一:直流电路
任何电气设备在使用时,若电流过大,温升过高就会导致绝缘的损坏,甚至烧坏设备或元器件。为了保证正常工作,制造厂对产品的电压、电流和功率都规定其使用限额,称为额定值。2.电器设备的额定值电气设备的额定值通常有如下几项:(3)额定功率(PN):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PN=UNIN(4)额定容量(SN):表征了电源最大允许的输出功率,但电源设备工作时不一定总是输出规定的最大允许电流和功率,究竟输出多大还取决于所联接的负载,SN=UNIN任务四:了解电路的工作状态模块一:直流电路
满载:电气设备工作在额定值情况下的状态称为额定工作状态。这时电气设备的使用是最经济合理和安全可靠的,不仅能充分发挥设备的作用,而且能够保证电气设备的设计寿命。由于温度升高需要一定时间,因此电气设备短时过载不会立即损坏。但过载时间较长,就会大大缩短电气设备的使用寿命,甚至会使电气设备损坏。
过(超)载:电气设备超过额定值工作。
欠(轻)载:电气设备低于额定值工作。在严重的欠载下,电气设备就不能正常合理地工作或者不能充分发挥其工作能力。电气设备的工作状态:超载、满载、轻载模块一:直流电路任务五:熟悉直流电路的分析方法◆应用叠加定理和戴维面定理的思想分析复杂电路和非线性电路。■知识目标◆熟悉简单电路的计算。◆至少熟练掌握两种复杂电路的计算方法。■应用目标◆熟悉并应用基尔霍夫定律。■技能目标◆设计实验电路,验证叠加定理。◆设计实验电路,验证戴维南定理。任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路
支路:任何一段无分支电路称为支路,它至少应包含一个元件。节点:三条或三条以上支路的交点称为节点。回路:电路中任意一个闭合路径称为回路。网孔:内部不含支路的回路称为网孔。
基尔霍夫定律任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路请判断:几条支路?几个节点?几个回路?几个网孔?4条支路2个节点6个回路3个网孔同一节点任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路
任一时刻,对于电路中任一节点,流入该节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。基尔霍夫电流定律任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路
【例】如图所示,I1=2A,I2=-3A,I3=-2A,试求I4。解:根据KCL定律列方程:I1+I3=I2+I4I4=I1+I3-I2=2-2-(-3)=3A任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路
【例】已知I1=5A,I2=-3A,I3=3A,试求I4
、I5、I6。解:根据KCL定律,列方程:对节点A:I4=I1+I2=5-3=2A对节点B:I3+I5-I4=0
I5=I4-I3=2-(-3)=1A对节点C:I1+I6-I3=0I6=I3-I1=3-5=-2A任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路
广义节点
任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路
I=0解:【例】求电路中的电流I。任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路
沿任一闭合回路绕行一周,各段电压的代数和等于0。基尔霍夫电压定律123任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路
可将该电路假想为一个回路列KVL方程:u=us+u1
+-u+-us+-ROu1根据
U=0UAB=UA
UB
UA
UB
UAB=0ABCUA+_UAB+_UB+_任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路
基尔霍夫电压定律任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路
例:如图所示,求图中U1和U2。解:
对bdcb和abcea两个回路,按KVL列写方程,设两个回路的绕行方向均为顺时针。bdcb回路:
V(负号表示实际方向与图中参考方向相反)abcea回路:
V任务四:熟悉直流电路的基本定律
【例】已知US1=12V,US2=6V,R1=2Ω,R2=4Ω,R3=10Ω,求开路电压Uab。解:模块一:直流电路1.简单电路电流的计算简单电路:指仅由串、并联电阻以及电源所组成,它可以直接利用欧姆定律和电阻串、并联等效的方法进行分析、计算电路。任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路
一般简单电路的解题步骤:1.用电阻的串、并联法化简,求出总的等效电阻。2.用欧姆定律求出总电流。3.根据总电流求出各分支电路的电流。1.简单电路电流的计算任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路
【例】已知US=120V,R1=2KΩ,R2=8KΩ,试求以下三种情况下的电压U2和电流I2、I3。(1)R3=8KΩ;(2)R3开路;(3)R3短路;试求以上三种情况下的电压。
解:(1)
任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路解:(2)R3开路时【例】已知US=120V,R1=2KΩ,R2=8KΩ,试求以下三种情况下的电压U2和电流I2、I3。任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路解:(3)R3短路时【例】已知US=120V,R1=2KΩ,R2=8KΩ,试求以下三种情况下的电压U2和电流I2、I3。◆简单电路的特点是什么?是不是电路的元件个数少就是简单电路?想一想◆归纳简单电路的解题步骤。任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路简单电路是指能够利用欧姆定律和电阻串并联等效的方法计算的电路,一个单位的照明电路,元件可能成千甚至上万,但属于简单电路,而有的电路,元件个数可能只有几个,却属于复杂电路。◆简单电路的特点是什么?是不是电路的元件个数少就是简单电路?任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路简单电路的解题步骤为:(1)分析电路的串联联关系,计算电路的总电阻;(2)计算总电流;(3)根据分压定理和分流定理,计算各支路电压和电流。◆归纳简单电路的解题步骤。◆计算负载电流I。练一练任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路◆计算电流I1、I2和I3
。练一练任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路2.复杂电路电流的计算复杂电路:指不能直接利用欧姆定律和电阻串、并联等效的方法进行分析、计算的电路。求解复杂电路的方法有两种:第一:根据电路待求的未知量,直接应用基尔霍夫定律列出足够的独立方程式,然后联立求解,得到结果。第二:应用等效变换的概念,将复杂电路化简成简单电路,然后通过欧姆定律、基尔霍夫定律等求得结果。2.复杂电路电流的计算任务五:熟悉直流电路的分析方法2.1支路电流法模块一:直流电路支路电流法:以支路电流为未知量、应用KCL、KVL列方程组求解对上图电路支路数:b=3结点数:n=2回路数:3独立回路(网孔):2若用支路电流法求各支路电流应列出三个方程123ba+_Us2R2+_R3R1US1I3I1 I22.复杂电路电流的计算任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路支路电流法解题步骤:在图中标出各支路电流参考方向,对选定的回路标出回路循行方向应用KCL对结点列出(n-1)个独立的结点电流方程应用KVL对回路列出b-(n-1)个独立的回路电压方程联立求解b个方程,求出各支路电流例1:a+US2R2+R3R1US1I1 I2I3b--21结点a:I1+I2–I3=0回路1:R1I1+R3I3=Us1R2I2+R3I3=Us2回路2:2.复杂电路电流的计算任务五:熟悉直流电路的分析方法2.1支路电流法模块一:直流电路(3)根据KVL列出回路(网孔)的电压方程。(1)标出各支路电流的参考方向。(4)求解联立方程组,得出各支路电流。(2)根据KCL列出(n-1)个节点的电流方程。本质:KCL、KVL2.复杂电路电流的计算任务五:熟悉直流电路的分析方法【例】已知电阻R1、R2、R3、US1、US2的数值,求各支路电流。模块一:直流电路解:任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路
已知R1=20Ω,R2=5Ω,R3=6Ω,E1=140V,E2=90V,计算各支路电流。12I1bbaa++--EE22RR22++--RR33RR11EE11bbaa++--EE22RR22++--RR33RR11EE11I2I3解:支路数:b=3节点数:n=23个支路电流应列出三个方程求解对节点a:I1+I2–I3=0对网孔1:20I1+6I3–140=0对网孔2:5I2+6I3–90=0I1=4AI2=6AI3=10A任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路支路数b=4,但恒流源支路的电流已知,则未知电流只有3个,能否只列3个方程?注意:.当支路中含有恒流源时,在列KVL方程时,所选回路中不包含恒流源支路,这时,电路中有几条支路含有恒流源,则可少列几个KVL方程.若所选回路中包含恒流源支路,则因恒流源两端的电压未知,所以,有一个恒流源就出现一个未知电压,因此,在此种情况下不可少列KVL方程例:试求各支路电流。12bI2I3+42V–12
6
I17A3
支路中含有恒流源dac任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路例:试求各支路电流。12bI2I3+42V–12
6
I17A3
支路中含有恒流源dac支路数b=4,但恒流源支路的电流已知,则未知电流只有3个,所以可只列3个方程当不需求a、c和b、d间的电流时,(a、c)(b、d)可分别看成一个结点因所选回路不包含恒流源支路,所以,3个网孔列2个KVL方程即可支路中含有恒流源1.应用KCL列结点电流方程结点a:I1+I2–I3=–72.应用KVL列回路电压方程回路1:12I1–6I2=42回路2:6I2+3I3=03.联立解得:I1=2A,I2=–3A,I3=6A◆已知E1=130V,E2=117V,R1=0.4Ω,R2=6Ω,R3=24Ω,R4=0.6Ω,计算电流I3
。练一练任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路◆计算电流I1和I2
。练一练任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路任务五:熟悉直流电路的分析方法2.2电压源与电流源的等效变换模块一:直流电路负载RL两端电压电流等效任务五:熟悉直流电路的分析方法模块一:直流电路由以上比较可知,当满足下列关系时,两种电源模型可以互换:2.复杂电路电流的计算2.2电压源与电流源的等效变换2.复杂电路电流的计算任务五:熟悉直流电路的分析方法2.2电压源与电流源的等效变换模块一:直流电路关于两者的等效变换,有如下的结论:(1)电压源与电流源的等效变换只对外电路等效,对内电路不等效。(2)把电压源变换为电流源时,电流源中的IS等于电压源输出端短路电流IS,IS方向与电压源对外电路输出电流方向相同,电流源中的并联电阻Ri与电压源的内阻R0相等。2.复杂电路电流的计算任务五:熟悉直流电路的分析方法2.2电压源与电流源的等效变换模块一:直流电路关于两者的等效变换,有如下的结论:(3)把电流源变换成为电压源时,电压源中的电动势E等于电流源输出端断路时的端电压,E的方向与电流源对外输出电流的方向相同,电压源中的内阻R0与电流源的并联电阻Ri相等。(4)理想电压源与理想电流源之间不能进行等效变换。2.复杂电路电流的计算任务五:熟悉直流电路的分析方法2.3叠加定理模块一:直流电路1.线性电路性质叠加原理是线性电路分析的基本原理。所谓的线性电路,是指由线性元件和独立电源组成并满足线性性质的电路。N Nxykxky如果输入变换k倍,则相应的输出为
y
f(kx)
kf(x)
ky1)齐次性(亦称比例性)线性电路N的输入为x,输出为y,则y=f(x)2.复杂电路电流的计算任务五:熟悉直流电路的分析方法2.3叠加定理模块一:直流电路2)可加性(亦称叠加性)设线性电路N单独输入为x1时,输出为y1;单独输入x2时,输出为y2;如果输入为x1+x2时,则有:y
f(x1
x2)
f(x1)
f(x2)
y1
y2这就是线性电路的可加性或者叠加性2.复杂电路电流的计算任务五:熟悉直流电路的分析方法2.3叠加定理模块一:直流电路叠加原理:对于线性电路,任何一条支路的电流,都可以看成是由电路中各个电源(电压源或电流源)分别作用时,在此支路中所产生的电流
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