電工技術教案 電路模型、參考方向、電路狀態(tài)-2

1、 電工學電工學（上冊）（上冊） 雷勇、宋黎明 主編，高等教育出版社參考教材：參考教材：電工學電工學（上冊）第七版（上冊）第七版 秦曾煌秦曾煌 主編，高等教育出版社主編，高等教育出版社 為學習后續(xù)課程和專業(yè)知識，以及將來從事工程技術工作打好電工理論基礎理論基礎，并受到必要的電工基本技能基本技能訓練。 學習目標學習目標： 掌握電工學的基本概念、基本定律，以及基本分析方法。第1章 電氣工程簡介第2章 電路的基本原理第3章 直流電路分析第4章 瞬態(tài)分析第5章 正弦交流電路分析第9章 交流電動機、直流電機第6章 三相電路系統(tǒng)第8章 機電能量轉換原理電路理論電路理論電機學電機學電工測量電工測量第7章 電工

2、測量理論課理論課(36學時學時)+ + 實驗課實驗課(12學時學時) 緊跟老師講課思路，搞清基本概念，理解基本緊跟老師講課思路，搞清基本概念，理解基本定律，掌握解題方法和技巧。定律，掌握解題方法和技巧。 課堂教學：課堂教學：實驗教學：實驗教學：注意理論聯(lián)系實際，掌握常用儀器、儀表的注意理論聯(lián)系實際，掌握常用儀器、儀表的使用方法，驗證與探索相結合。使用方法，驗證與探索相結合。平時表現(xiàn)平時表現(xiàn) 10%期末卷面期末卷面70%+實驗成績實驗成績20%+平時表現(xiàn)：平時表現(xiàn)：1. 每次上課前三分鐘點名，到一次加5分，共50分；2. 每次作業(yè)情況登記，交一次加5分，共50分；3.課堂表現(xiàn)，注意力集中，積極思

3、考者，獎勵分。 本課是非電專業(yè)一切電類相關后續(xù)課程的本課是非電專業(yè)一切電類相關后續(xù)課程的基礎基礎。學時少、內容多，學時少、內容多，不能輕視不能輕視。否則，對以后的學習。否則，對以后的學習將會造成很大影響。將會造成很大影響。第第1 1章章 電氣工程簡介電氣工程簡介 1.1 電氣工程概述電氣工程概述 1.1.1 電氣工程的強電應用電氣工程的強電應用 1.1.2 電氣工程的弱電應用電氣工程的弱電應用第第2 2章章 電路的基本原理電路的基本原理 2.0 用電安全用電安全 2.1 實際電路和電路模型實際電路和電路模型 2.2 電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向 2.3 電路元件及電路元件及 i -

4、 u 特性特性 2.4 電路的狀態(tài)電路的狀態(tài)第第1章章 電氣工程簡介電氣工程簡介 1.1 電氣工程概述電磁基本規(guī)律模型數(shù)學工具+電路系統(tǒng)強電弱電1.1.1 電氣工程的強電應用電氣工程的強電應用 主要指電能的利用，包括電力能源的產生、傳輸和分配，電力傳動、電氣控制等。 本質上是研究能量與電磁場能量與電磁場運動的問題。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)1.1.2 電氣工程的弱電應用電氣工程的弱電應用l主要是指電子信息、信號處理和檢測控制技術，本質上是涉及信息信息與電磁場（波）電磁場（波）運動的問題?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、通信系統(tǒng)，以及信號處理系統(tǒng)。第2章 電路的基本原理電流對人體的傷害： 電擊、電

5、傷和電磁場傷害防止觸電危險： 避免火線與人體構成導通回路！ 避免人體兩端之間構成較大電勢差！人是導體！2.1 實際電路和電路模型實際電路和電路模型1.1.實際電路實際電路建立在同一建立在同一電路理論電路理論基礎上?；A上。由電工設備和電氣器件按預期由電工設備和電氣器件按預期目的連接構成的目的連接構成的電流的通路電流的通路。共性共性電力電力系統(tǒng)系統(tǒng)電子電子設備設備電源電源負負載載實體電路實體電路中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)電路模型電路模型負載負載電源電源開關開關連接導線連接導線SRL+ UIUS+_R02. 2. 電路模型電路模型與實體電路相對應、由與實體電路相對應、由理想元件理想元件構成的構成的，稱為實體

6、電路的稱為實體電路的。三要素三要素RC+ USu(t)=Ui(t)=ILIS無源無源二端元件二端元件 有源有源二端元件二端元件 1. 1.只有兩個端子；只有兩個端子； 2.2.可以用電壓或電流按數(shù)學方式描述；可以用電壓或電流按數(shù)學方式描述； 3.3.不能被分解為其他元件。不能被分解為其他元件。三個特征三個特征 理想元件理想元件：(t)Ldiudt(t)duiCdt(t)(t)uRi例：例：實際電感線圈的電路模型實際電感線圈的電路模型實際鐵芯線圈實際鐵芯線圈理想電路模型理想電路模型明確理想電路元件構成實際系統(tǒng)的電路模型。理想電路元件構成實際系統(tǒng)的電路模型。分析計算的準確性取決于電路模型的正確。分

7、析計算的準確性取決于電路模型的正確。電路模型反映實際電路部件的主要電磁性質。電路模型反映實際電路部件的主要電磁性質。2.2 2.2 電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向電路中主要物理量：電路中主要物理量：電流、電壓、電能、電功率電流、電壓、電能、電功率等。等。1.1.電流電流：單位時間內通過導體橫截面的電量。：單位時間內通過導體橫截面的電量。dqidt規(guī)定正電荷的運動方向為電流的方向，或規(guī)定正電荷的運動方向為電流的方向，或正方向正方向。即即實際方向實際方向，或，或物理方向物理方向。電流的方向：電流的方向：電流的單位：電流的單位：A，mA，kA 導體導電，是因為自由導體導電，是因為自由電子電

8、子的定向移動。的定向移動。dWudq選取零電位點，電位降低的方向為電壓的方向，或選取零電位點，電位降低的方向為電壓的方向，或正方向。即實際方向，或物理方向。正方向。即實際方向，或物理方向。電壓的方向：電壓的方向：2.2.電壓（電位）電壓（電位）：單位正電荷從電路中一點移至另：單位正電荷從電路中一點移至另一點時，電場力做功一點時，電場力做功的大小。的大小。電壓的單位：電壓的單位：V，mV，kVUItW 3.3.電功率電功率ddddddWWqpuitqt單位時間內電場力所做的功。單位時間內電場力所做的功。21ttWuidt4.4.電能電能IE+_在分析與計算電路時，對在分析與計算電路時，對電量電量

9、任意假定任意假定的方向。的方向。aRb U+_電流、電壓的參考方向電流、電壓的參考方向電流：電流：Uab 雙下標雙下標電壓：電壓：Iab 雙下標雙下標箭箭 標標abRI正負極性正負極性+abUR電流電流(或電壓或電壓)值為值為正值正值，實際方向與參考方向，實際方向與參考方向一致一致；電流電流(或電壓或電壓)值為值為負值，負值，實際方向與參考方向實際方向與參考方向相反相反。注意：注意：只有在參考方向選定后，電流只有在參考方向選定后，電流 ( 電壓電壓 ) 值正負才有意義。值正負才有意義。 若若 I = 5A，則實際電流從則實際電流從 a 流向流向 b；例：例：若若 I = 5A，則實際電流從，則

10、實際電流從 b 流向流向 a。 abRIabRU+若若 U = 5V，則電壓的實際方向從，則電壓的實際方向從 a 指向指向 b；若若 U= 5V，則電壓的實際方向從，則電壓的實際方向從 b 指向指向 a。 實際方向與參考方向的關系 若元件或支路的電流、電壓若元件或支路的電流、電壓參考參考方向方向一致（指向一致（指向相同，電流從電壓的正極流入），相同，電流從電壓的正極流入），則則稱之為稱之為關聯(lián)關聯(lián)參考方向參考方向。反之，。反之，稱稱非關聯(lián)參考方向。非關聯(lián)參考方向。i1與與u1為為關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向i2與與u2為為非關聯(lián)參考方向非關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向i1+ +- -+ +-

11、 -i2u1u2U、I 為關聯(lián)參考方向為關聯(lián)參考方向RU+IRU+IU = I R 歐姆定律的基本形式歐姆定律的基本形式 歐姆定律表達式前的正負號由歐姆定律表達式前的正負號由U、I 參考方向的關系確定；參考方向的關系確定； 通常取通常取 U、I 為關聯(lián)參考方向。為關聯(lián)參考方向。 U、I 值本身的正負則說明實際方向與參考方向之間的關系。值本身的正負則說明實際方向與參考方向之間的關系。23解：解：對圖對圖(a)有有, U = IR例：例：應用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻應用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻R。對圖對圖(b)有有, U = IR326 : IUR所以所以326: IUR所

12、以所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A 若元件若元件u, i 取取關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向P = ui 表表示元件吸收的功率示元件吸收的功率P0 吸收正功率吸收正功率 ( (實際實際吸收吸收, ,耗能耗能) )P0 吸收功率，耗能吸收功率，耗能P0 發(fā)出功率，功能發(fā)出功率，功能 若原件若原件 u, i 取取非非關聯(lián)關聯(lián)參考方向參考方向+ +- -iu+ +- -iu吸收）(414WUIP吸收）(11100WIUP發(fā)出）(551WEIPE00PPPE0nP即：例題例題5V4I+-Uab11A4VE ER R0 0R RU U0 0試求電路中各元件的功率，并驗證功率平衡。試求電路中各

13、元件的功率，并驗證功率平衡。解：解： 對于獨立電路來說對于獨立電路來說Pn0。+- 常用理想元件種類常用理想元件種類無源元件無源元件電荷電荷 q磁通磁通 電壓電壓 u電流電流 i電阻元件電阻元件電容元件電容元件電感元件電感元件憶阻元件憶阻元件ddt除此之外，包括除此之外，包括有源元件有源元件：電壓源、電流源和受控源：電壓源、電流源和受控源IUR 1） 電阻元件電阻元件R0UI 由電阻的伏安特性曲線可得，電阻元件上的電壓、電流由電阻的伏安特性曲線可得，電阻元件上的電壓、電流關系為關系為關系，即：關系，即：RIRUUIP22 電阻元件上的電壓、電流關系遵循歐姆定律。即元件通電阻元件上的電壓、電流關

14、系遵循歐姆定律。即元件通過電流就會發(fā)熱，消耗的能量為：過電流就會發(fā)熱，消耗的能量為：L線性電感元件的韋安特性線性電感元件的韋安特性0i 對線性電感元件而言，任一瞬時，其電壓和電流的關系為對線性電感元件而言，任一瞬時，其電壓和電流的關系為微分微分(或積分或積分)的的關系，即：關系，即：dtdiLuL221LiwL 電感元件圖符號電感元件圖符號時，電感兩端才有電壓。因時，電感兩端才有電壓。因此，我們把電感元件稱為動態(tài)元件。動態(tài)元件可以儲能，儲此，我們把電感元件稱為動態(tài)元件。動態(tài)元件可以儲能，儲存的磁能為：存的磁能為： 2）電感）電感元件元件3） 電容元件電容元件0q qu 對線性電容元件而言，任一

15、瞬時，其電壓、電流的關系對線性電容元件而言，任一瞬時，其電壓、電流的關系也是微分也是微分(或積分或積分)的的關系，即：關系，即：dtduCiC電容元件的電容元件的工作方式就是充放電工作方式就是充放電。2C21Cuw C 電容元件圖符號電容元件圖符號因此，只有電容元件的極間電壓因此，只有電容元件的極間電壓時，電容支路才有時，電容支路才有電流通過。電容元件也是動態(tài)元件，其儲存的電場能量為：電流通過。電容元件也是動態(tài)元件，其儲存的電場能量為：4） 電源元件電源元件輸出電壓比較穩(wěn)定的電源，如輸出電壓比較穩(wěn)定的電源，如干電池、蓄電池等通常用電壓干電池、蓄電池等通常用電壓源模型源模型(理想電壓源和一個電理

16、想電壓源和一個電阻元件相串聯(lián)的形式阻元件相串聯(lián)的形式)表示；表示；柴油機組柴油機組汽油機組汽油機組蓄電池蓄電池 輸出電流較穩(wěn)定的：如光電池或晶體管輸出電流較穩(wěn)定的：如光電池或晶體管的輸出端等通常用電流源模型的輸出端等通常用電流源模型(理想電流理想電流源和一個內阻相并聯(lián)的形式源和一個內阻相并聯(lián)的形式)表示。表示。US+_R0ISR0 （1）電壓源）電壓源 （2）電流源）電流源獨立電源獨立電源 理想電壓源產生的電壓完全獨立于流過它的電流理想電壓源產生的電壓完全獨立于流過它的電流 電壓源輸出電流的大小只決定于和它連接的電路電壓源輸出電流的大小只決定于和它連接的電路電壓源電壓源+-電壓源國際符號電壓源

17、國際符號iuSu0一個電壓一個電壓為為 us 的理想的理想電壓源的電壓源的i-vi-v特性曲線特性曲線電流源國際符號電流源國際符號電流源符號電流源符號iuSi0一個電流為一個電流為 i is s 的理想的理想電流源的電流源的i-vi-v特性曲線特性曲線電源輸出電壓或電流是電路中其他部分電壓電源輸出電壓或電流是電路中其他部分電壓或電流的函數(shù)，這類電源稱為受控源?；螂娏鞯暮瘮?shù)，這類電源稱為受控源。受控電源受控電源受控電壓源受控電壓源受控電流源受控電流源+u=f (u1,i2)i=f (u1,i2)例：電流控制的電流源例：電流控制的電流源 ( CCCS ) 根據根據控制量控制量和和被控制量被控制量是

18、電壓是電壓u 或電流或電流i，受控源，受控源可分可分四種類型四種類型：當被控制量是電壓時，用受控電壓：當被控制量是電壓時，用受控電壓源表示；當被控制量是電流時，用受控電流源表示。源表示；當被控制量是電流時，用受控電流源表示。12 ii輸出：受控部分輸出：受控部分輸入：控制部分輸入：控制部分 i1+_u2i2_u1i1+4Au2i213225V20V1.5i2u3i3例：含受控電源的電路例：含受控電源的電路電流控制電流控制電壓源電壓源受控電源的處理：受控電源的處理：1.作為電壓或電流源輸出；作為電壓或電流源輸出；2.搞清控制量的變化影響；搞清控制量的變化影響；獨立獨立電壓源電壓源2.4 2.4

19、電路的狀態(tài)電路的狀態(tài)電路分電路分有載有載、開路開路和和短路短路三種工作狀態(tài)。當開關三種工作狀態(tài)。當開關S閉合即有載工作狀態(tài)；當開關閉合即有載工作狀態(tài)；當開關S斷開時為開路狀態(tài)；斷開時為開路狀態(tài)；當電源輸出端短接時為短路狀態(tài)。當電源輸出端短接時為短路狀態(tài)。R0UsR+U1+U2S電源電源負載負載I開關閉合開關閉合, 接通電源與負載。接通電源與負載。RREI 0負載端電壓：負載端電壓：U = IR 1. 電壓電流關系電壓電流關系(1) 電流的大小由負載決定。電流的大小由負載決定。 (2) 在電源有內阻時，在電源有內阻時，I U ?；蚧?U = E IR0電源的外特性電源的外特性EUI0R0ER+I

20、特征特征: 開關斷開，隔離電源與負載。開關斷開，隔離電源與負載。I = 0電源端電壓電源端電壓 ( 開路電壓開路電壓 )負載功率負載功率U = U0 = EP = 01. 開路處的電流等于零；開路處的電流等于零； I = 02. 開路處的電壓開路處的電壓 U 視電路情況而定。視電路情況而定。電路中某處斷開時的特征電路中某處斷開時的特征: :I+U有有源源電電路路IRoR EU0 電源外部端子被短接。電源外部端子被短接。 特征特征:0SREII U = 0 PE = P = IR0P = 01. .短路處的電壓等于零；短路處的電壓等于零； U = 02. .短路處的電流短路處的電流 I 視電路情況而定。視電路情況而定。I+U有有源源電電路路IRRo E下面我們看一個問題：下面我們看一個問題：USRRLILLIUSR+RLUS1-US1 ? ?不會求的原因是：不會求的原因是： 電路中出現(xiàn)了兩個回電路中出現(xiàn)了兩個回路，路，我們我們對對電路結構電路結構的的約束關系約束關系不了解。不了解。求圖示電路中的電流求圖示電路中的電流IL。US2R2電路分析的引入電路分析的引入2.52.5基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律是