电工学2讲.ppt

1、1.2 电路模型,电路的组成部分,电路的作用,电力系统：,高压输电,变电站（所）,配电线路,用户分几类？,请您回答以下的问题：,用理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件;,为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化；,构成与实际电路相对应的电路模型；,理想电路元件主要有：,电阻元件、电感元件、电容元件、电源元件等,例：手电筒的电路模型,电池,灯泡,负载,导线,电源,导线,电池是电源元件，参数为电动势E和内阻,灯泡是电阻元件，消耗电能，参数为电阻R；,筒体联结电池和灯泡，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电路；在电路图中，各种电路元件都用规定的

2、图形符号来表示；,由手电筒的电路模型可知：,13电压和电流的参考方向,分析 “电路” 问题的 核心点：,电路在电动势、电压、电流的作用下进行工作;,对于电路的分析和计算,是讨论电压、电动势和电流状态及之间的关系,即讨论响应的状态及与激励的关系,关于物理量的正方向：,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）：,假设正方向 实际正方向,在分析计算时，对电量人为规定的方向;,1、电路中基本电量的实际方向,(电位升高的方向),电位降低的方向,正电荷运动的方向,实际方向,物理量,电流 I,电压 U,电动势 E,单 位,kA 、A、mA、A,kV 、V、mV、V,kV 、V、mV、V

3、,电流：,电荷有规则的定向运动,方向:正电荷移动的方向,I = q / t (直流),单位:安培(A),大小:单位时间通过导体横截面的电荷量,电流是电器设备最主要的指标！,分析问题时，有时无法预知电流的实际方向,参考正方向：人为选定某一方向作为电流的正方向,所选电流正方向与实际电流正方向一致时，计算所得电流的数值为正，反之为负；,Iab,电流参考方向的表示方法：,电流：,箭标,双下标,箭标与双下标的作用相同，取一个即可；,移动到无穷远处电场力作的功；,电位的大小是相对参考点而言的！,电场中电位为零的点；,电位零点是至关重要的！,电位=电势,Va、 Vd、 Vc,将单位正电荷从电场中某点，,物理

4、学中常选大地和无穷远为电位零点；,电工学中常选：,电子技术中常选：,电位的单位就是电压的单位！,不同的电位零点：,大地、金属机壳、多条导线交汇点为电位零点；,多条导线交汇处或汇集点为电位零点；,如图：,电压 Uab在数值上等于电场力把单位正电荷从a点移到b点所作的功；,电场中两点之间的电位之差,电压的方向：,从高电位指向低电位；,图中：U=Uab,Uab=Va-Vb,在分析电路之前，可任选某一方向为电压的参考正方向,实际电压方向与参考方向一致时电压值为正；,电压,正负号,箭头,双下标,Uab（高电位在前,低电位在后）,电压正方向在电路中的表示方法,箭头、正负号、双下标是等价的,只用其一即可；,

5、实际方向与参考方向的关系:,若U=-5A则电压的实际方向从b指向a；,注意!,在参考方向选定后，电流 ( 或电压 ) 值才有正负之分；,实际方向与参考方向一致，电流(电压) 为正值；,实际方向与参考方向相反，电流(电压) 为负值;,若I=5A 则电流从a流向b；,若I=-5A则电流从b流向a；,电压和电流关联正方向,电压和电流非关联正方向,电压和电流关联正方向,如图：为关联正方向定义的电压和电流,电压由高电位指向低电位，,电流由高电位流向低电位；,电工计算中，一般取电压、电流关联正方向；,电压和电流的关联正方向：,化学电池（化学作用）,光电池（光电效应）,描述电源中非静电力做功的本领：,电源将

6、其它形式的能转变成电能的本领,将单位正电荷从电源的负极经电源的内部移动到电源的正极，非静电力所做的功.,发电机：动磁生电,1）只靠静电力不能维持恒定电流,独立的带电的电容器,只在静电力作用下通过外路放电,放电电流不能维持恒定,2）要有外来非静电力才能维持恒定电流,电源中：,单位正电荷受的非静电力,单位正电荷受的静电力,电源与外路接通，处于正常工作状态时,A、B间保持恒定的电势差，,电路中的电流保持稳定；,3、几种化学电池的电动势,续16,电动势是标量:规定经电源内部由负极指向正极,电动势大小由电源本身性质决定，与外电路无关;,电源既不创造电荷，也不创造能量，只是在维持电流流通时做功，把其它形式

7、的能转换成电势能。,电动势的单位：焦耳/库仑；即：V (伏特),除特别声明，导线的电阻忽略不计;,电源内部也有电阻，电源的内阻,（2）将单位正电荷从电源内部的正极移动到负极时静电场力做的功.,（3）将单位正电荷绕闭合回路移动一周时非静电场力做的功,关于电动势的概念，下列说法正确的是,（1）电源两端的电位之差；,（4）以上说法都不是,请在放映状态下点击你认为是对的答案,1.4 欧姆定律,注意：上式是在I和U关联正方向之下才成立；,注意：电阻器上的文字和符号各表示什么意义；,5%是温度偏差，未标注者温度偏差是,K是温度偏差,直标法,数码标示法,皆为：,文字符号标示法：,电阻分电阻器、电位器、敏感电

8、阻三大类:,分别用R、W、M表示主称;,色环标示法,色环所表示的数字;,棕1红2橙3黄4绿5蓝6紫7灰8白9黑0,金、银二色无对应数字：,只表示允许偏差分别为正负5%和10%；,例题1-1：,用欧姆定律对各图列出表达式，并求出电阻值；,a图,b图,C图,d图,o,线性电阻：遵循欧姆定律的电阻,伏安特性：电路端电压与电流的关系曲线,非线形电阻的伏安特性,线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线；,表示该段电路电压与电流的比值为常数;,U,I,=常数,1.5 电源有载工作、开路与短路,最简单的电路为直流电路,涉及内容：电流、电压及功率等方面的特性；,本节讨论问题的理论依据是欧姆定律;,工作状态、开路状

9、态、短路状态；,电路的三个状态：,U为电源的端电压,E为电源的电动势,R为电路负载电阻,K为电源的开关,R0,S,请熟悉电路元件：,为负载的端电压,151电源有载工作,R0,S,+,-,开关闭合,电源与负载接通；,全电路欧姆定律：,为负载的端电压,U为电源的端电压,电源外特性曲线,UI = EI IRo,P = PE P, 电流的大小由负载决定;, 电源输出的功率由负载决定,负载取用功率,电源产生功率,内阻消耗功率,-,=,PE=EI,P= I2R0,P=UI,在SI中功率的单位是瓦特(W)或千瓦(kW),R0,s,I,+,-,电源有载工作的特征：, 在电源有内阻时，,I U ,1.5.2 电

10、源开路,U = U开= E,电源开路的特征：,电源端电压是开路电压,负载功率 P=0,电路中某处断开时的特征:,1.开路处的电流 I=0,2.开路处电压U视电路情况而定,R0,S,电路中无电流 I=0,负载端电压,R0,S,Is,+,-,1.5.3 电源短路,电源外部端子被导线短接,U = 0,PE = IR0,P = 0,短路电流很大,电源端电压为零,负载功率为零,电源产生的能量全被内阻消耗掉,电路中某处短路时的特征:,1、短路处的电压等于零；,2.短路处的电流 I 视电路情况而定,电源短路的特征：,（P18页：练习与思考）1.5.3,P = I2 R 或 P= U2/R,答：由功率P与电阻

11、R的关系公式,电流:,电压:,在使用时电流和电压不得超过多大值？,额定值：,电器制造厂商为了使电器设备能经济的、可靠的、长期的、安全的工作；对电器所设计的、不容许超过的电压、电流、功率、容量、温度等的最佳值。,在使用电器时要充分考虑其额定值！,电器在使用时也不一定正好等于它的额定值；,如果60W、220V的电灯接在110V的电源上，,使用电器设备时要特别注意其铭牌和说明书！,：电压电流和功率的额定值；,其灯的功率不再是60W;,例如，电灯泡上标有“220V 60W”,就表示该灯泡在220伏的电压下工作时，功率是60瓦；,灯接在380V电源上，将立即冒烟烧毁；,灯接在110V电源上，功率达不到6

12、0W，不能正常发光,使用电器时，先看其额定值，才能保证能正常工作；,电器着火时，千万别用水浇，您会魂归故里的!,用电器上都标有额定电压、电流、功率,额定值：是制造厂商为了使产品能在给定的工作条件下，长期的、正常的、安全的运行而规定的容许值！,各种电气设备的电压、电流及功率都有一个额定值,例题：额定电流为100A的发电机，只接了60A的照明负载，还有40A的电流到哪里去了？,答：发电机输出的电流由负载决定；,1. 额定值反映电气设备的使用安全性；,2. 额定值表示电气设备的使用能力；,我们最熟悉和最常用的家用电器采用的都是交流电，如电视、电脑、照明灯、冰箱、空调等家用电器。,例如：220V，40

13、W的白炽灯，正常工作的电流为 I=40/220=0.182A，24小时消耗电能？,如每度电需交纳0.6元的电费，每月交多少钱？,A=Pt=40 x24=960Wh=096KWh,I IN ，P PN,I IN ，P PN,电气设备的三种运行状态：,额定工作状态：,I = IN ，P = PN,(经济合理安全可靠),过载(超载)状态：,(设备易损坏),欠载(轻载)状态：,(不经济),问：什么是发电机的空载运行、轻载运行、满载运行和过载运行？负载的大小，指什么而言？,（思考与练习）1-5-6,有一台直流发电机，其名牌上标有,答：空载运行 指发电机对外开路，无功率输出；,轻载运行:指发电机所带负载取

14、用功率小于或远小于,额定功率的40kW，或输出电流小于或远小于174A；,满载运行：发电机所带负载取用功率,基本与发电机额定功率（40KW）相当；,40kW、 230V 、174A；,过载(超载）运行：,（思考与练习）1-5-6,负载的大小:一般指负载从电源取用功率的大小;,显然，R愈小负载愈大，反之亦然;,这种情况对发电机的运行有较大危害.,负载从发电机取用的功率大于发电机的额定功率.,电源与负载的判别,1. 根据 U、I 的实际方向判别,电流从“+”端流出，,电源：,（发出功率）；,（吸收功率）；,电流从“-”端流出；,U、I 实际方向相反;,2. 根据E、I的方向判别,E、I 方向相同；

15、,该电源为电源,E、I 方向相反；,该电源为负载,电阻 消耗的功率,作为负载其电流与电压同方向；,符合电流电压关联正方向；,电源：,负载：,I 从“+”端流出，发出功率；,I 从“+”端流入，取用功率；,U=220V，I=-1A；判定负载或电源；,负载,电源,电源,负载,例：方框代表电源或负载，,今日作业：,14页（例151） 17页（151）,16页（例151） 19页（151）,请看练习与思考题151,熔断器,要点：欧姆定律和功率公式,S闭合前电路如右下图；,1）、由于,电灯两端的电压为220V,S闭合后，,（2）、如电源内阻不能忽略，则电源端电压U将低于电源电动势，且随电路总电流增大而下

16、降.闭合S接入100W电灯后，总电流增大，电源电压小于220V，60W灯中的电流减小，并非被100W灯分去.100W灯的电流也小于（1）的计算结果;,因端电压不变，则电流不变.,（3）根据(1)中的计算,（4）每秒消耗的电能在数值上等于其功率，但二者单位不同.,100W的电灯每秒消耗的电能为：,（5）电源额定功率表示电源提供电能的能力，但负载上消耗的功率当二者电压相同时，只要低于电源的额定功率即可。,（6）根据电荷守恒定律，电流流过电灯后不会减少。,(7)100W的电灯两线碰触而短路，当S闭合时将造成电源短路，电流过大而烧断熔断器中的熔丝。,100W灯的灯丝没有通过电流而不会被烧断;,已知:电路中，U=220V，I=5A，内阻R01= R02= 0.6。,例题：,求:(1)电源的电动势E1和负载的反电动势E2 ；,(2)说明功率的平衡关系;,=220-50.6=217V,即 E2 =U -IR01,U=E2+U2= E2+IR02,=220+50.6=223V,即 E1 =U +IR01,U=E1-U1= E1-IR01,解：(1)对于电源,教材14页,(2)由上面可得，E1=E2 +IR01+IR02,等号两边同时乘以 I，则得,E1 I =E2 I +I2R01+I2R02,代入数据有,22 3 5=217 5+52 0.6+52 0.6,