电工技术基础课件

电工电子技术
4. 电路中的电压、电流及其参考方向 （1）电流
电荷有规则的定向移动形成电流。电流的大小用电流强 度表征，定义式为： dq …… （1-1） i= dt 大小、方向均不随时间变化的稳恒直流电可表示为： Q …… （1-2） I= t 电流的国际单位制是安培【A】，较小的单位还有毫安 【mA】和微安【μA】等，它们之间的换算关系为： 1A=103mA=106μA=109nA 在电工技术分析中，仅仅指出电流的大小是不够的，通 常以正电荷移动的方向规定为电流的参考正方向。
当外界电场的作用力超过原子核对外层 电子的束缚力时，绝缘体的外层电子同样 也会挣脱原子核的束缚成为自由电子，这 种现象我们称为“绝缘击穿”。绝缘体一 旦被击穿，就会永久丧失其绝缘性能而成 为导体。 半导体的导电性虽然介于导体和绝缘体之间，但半 导体在外界条件发生变化时，其导电能力将大大增强 ；若在纯净的半导体中掺入某些微量杂质后，其导电 能力甚至会增加上万乃至几十万倍，半导体的上述特 殊性，使它在电子技术中得到了极其广泛地应用。
原子结构中：正电荷
原子核中有质子和中 子，其中质子带正电， 中子不带电。 原子核 绕原子核高速旋转 的电子带负电。
=
负电荷
电子
原子核
原子核
原子核
导体的外层电子数很少且距 离原子核较远，因此受原子核 的束缚力很弱，极易挣脱原子 核的束缚游离到空间成为自由 电子，即导体的特点就是内部 具有大量的自由电子。
1000W的电炉加热1小时； 1度电的概念 100W的电灯照明10小时； 40W的电灯照明25小时。
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（2）电功率
电工技术中，单位时间内电流所作的功称为电功率。 电功率用“P ”表示：
国际单位制：U 【V】，I【A】，电功率P用瓦特【W】 电功率反映了电路元器件能量转换的本领。如100W的电灯 表明在1秒钟内该灯可将100J的电能转换成光能和热能；电机 1000W表明它在一秒钟内可将1000J的电能转换成机械能。
W UIt P UI t t
用电器额定工作时的电压叫额定电压，额定电压下的电功 率称为额定功率；额定功率通常标示在电器设备的铭牌数据 上，作为用电器正常工作条件下的最高限值。 通常情况下，用电器的实际功率并不等于额定电功率。当 实际功率小于额定功率时，用电器实际功率达不到额定值， 当实际功率大于额定功率时，用电器易损坏。
a
＋
I
电源 元件
a
＋
I
负载 元件
U －
U －
b 非关联参考方向
b 关联参考方向
实际电源上的电压、电流方向总是非关联的，实际负载上的 电压、电流方向是关联的。因此，假定某元件是电源时，应选 取非关联参考方向，假定某元件是负载应选取关联参考方向。
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为什么要在电 路图中预先标出 参考方向？
在电路图上预先标出电压、电流的参考 方向，目的是为解题时列写方程式提供依 据。因为，只有参考方向标定的情况下， 方程式各电量前的正、负号才有意义。
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5. 电能、电功率和效率
（1）电能
电能的转换是在电流作功的过程中进行的。因此，电 流作功所消耗电能的多少可以用电功来量度。电功：
W UIt
式中单位：U【V】；I【A】；t【s】时，电功W为焦耳【J】
日常生产和生活中，电能（或电功）也常用 度作为量纲：1度=1KW•h=1KV•A•h
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（2）电压
高中物理课对电压的定义是：电场力把单位正电荷从电 场中的一点移到另一点所做的功。其表达式为：
u ab
dwab dq
直流情况下 U ab
Wab Q
注意：变量用小写字母表示，恒量用大写字母表示。 从工程应用的角度来讲，电路中电压是产生电流的根本原 因。数值上，电压等于电路中两点电位的差值。即：
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思考 回答
1.在电路分析中，引入参考方向的目的是什么？ 2.应用参考方向时，你能说明“正、负”、 减”及“相同、相反”这几对词的不同之处 “加、 吗？ 电路分析中引入参考方向的目的是：为分析和计算 电路提供方便和依据。 应用参考方向时，“正、负”是指在参考方向下， 电压、电流数值前面的正负号，如某电流为“－5A”， 说明其实际方向与参考方向相反，某电压为“＋100V”， 说明该电压实际方向与参考方向一致；“加、减”指参 考方向下电路方程式中各量前面的加、减号；“相同” 是指电压、电流为关联参考方向，“相反”指的是电压、 电流参考方向非关联。
• 举例2：右下图电路，若已知元件中电流为I=－100A，
电压U=10V，求电功率P，并说明元件是电源还是负载。
解：UI非关联参考，因此:
P UI 10 (100) 1000W
I
U 元件
+
元件吸收正功率，说明元件是负载。
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U U0
“1W、100Ω”
1. 电源外特性 与横轴相交处 的电流=？电 流工作状态？
（2）开路
S I＝0
（3）短路
RL
RS ＋ US －
＋
U=US － RL
S I＝US/RS ＋ RS ＋ U=0 US － －
RL
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右下图电路，若已知元件吸收功率为－20W， 电压U=5V，求电流I。 U
I
分析：
+
元件
由图可知UI为关联参考方向，因此: P 20 I 4A U 5 I为负值，说明它的实际方向与图上标示的参考方向相反。
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1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7
电路分析基础知识 电气设备的额定值及电路的工作状态 基本电路元件和电源元件 电路定律及电路基本分析方法 电路中的电位及其计算方法 叠加定理 戴维南定理
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1.1 电路分析基础知识
1、导体、绝缘体和半导体
自然界物质的电结构：
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电路由哪几部分 组成？试述电路 的功能？ 为何要引入参考 方向？参考方向 和实际方向有何 联系与区别？
理想电路元件 与实际元
何谓电路 模型？
学好本课程，应注意抓好四个主要环节：提前预习、 认真听课、及时复习、独立作业。还要处理好三个基本 关系：听课与笔记、作业与复习、自学与互学。
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2、电路的组成与功能
电路 ——由实际元器件构成的电流的通路。 （1）电路的组成
电源： 电路中提供电能的装置。如发电机、蓄电池等。
负载： 在电路中接收电能的设备。如电动机、电灯等。
中间环节： 电源和负载之间不可缺少的连接、控制和保护 部件，如连接导线、开关设备、测量设备以及 各种继电保护设备等。
半导体的外层电 子数一般为4个，其 导电性界于导体和绝 缘体之间。
绝缘体外层电子数通常为8个， 且距离原子核较近，因此受到原 子核很强的束缚力而无法挣脱， 我们把外层电子数为8个称为稳 定结构，这种结构中不存在自由 电子，因此不导电。
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1、绝缘体是否在任何条件下都不导电？ 2、半导体有什么特殊性？
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想想 练练
1、某用电器的额定值为“220V，100W”，此电器正常工作10 小时，消耗多少焦耳电能？合多少度电？ 3600000J，1度电 2、一只标有“220V，60W”的电灯，当其两端电压为多少 伏时电灯能正常发光？正常发光时电灯的电功率是多少？ 若加在灯两端的电压仅有110伏时，该灯的实际功率为多 少瓦？额定功率有变化吗？ 220V，60W；15W，不变。 3、把一个电阻接在6伏的直流电源上，已知某1分钟单位 时间内通过电阻的电量为3个库仑，求这1分钟内电阻上通 过的电流和电流所做的功各为多少？ 3A，1080J
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必须指出，电路在进行上述模型化处理时是有条件的： 实际电路中各部分的基本电磁现象可以分别研究，并且相 应的电磁过程都集中在电路元件内部进行。这种电路称为 集中参数元件的电路。
集中参数元件的特征
1. 电磁过程都集中在元件内部进行，其次要因素可以忽略。 如R，L、C这些只具有单一电磁特性的理想电路元件。 2. 任何时刻从集中参数元件一端流入的电流恒等于从它另 一端流出的电流，并且元件两端的电压值完全确定。 工程应用中，实际电路的几何尺寸远小于工作电磁波的波 长，因此都符合模型化处理条件，均可按集中假设为前提， 有效地描述实际电路，从而获得有意义的电路分析效果。
U ab Va Vb
电压的国际单位制是伏特[V]，常用的单位还有毫伏[mV] 和千伏【KV】等，换算关系为： 1V=103mV=10－3KV 电工技术基础问题分析中，通常规定电压的参考正方向 由高电位指向低电位，因此电压又称作电压降。
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（3）电流、电压的参考方向
对电路进行分析计算时应注意：列写电路方程式之前，首 先要在电路中标出电流、电压的参考方向。电路图上电流、 电压参考方向的标定，原则上任意假定，但一经选定，在整 个分析计算过程中，这些参考方向就不允许再变更。
2. 该电阻允许加 的最高电压=？ 允许通过的最大 电流=？
0
I=?
I
3.额定电流为100A
的发电机，只接了 60A的照明负载，还 有40A电流去哪了？
4.电源的开路电压为
12V,短路电流为30A, 则电源的US=?RS=？
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1.3 基本电路元件和电源元件
1. 电阻元件
R I 0 线性电阻元件伏安特性 U
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第1章 电路分析基础 第2章 正弦交流电路
第3章 三相交流电路
第4章 磁路与变压器 第5章 异步电动机及其控制
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理解电流、电压参考方向的问 题；掌握基尔霍夫定律及其具体 应用；了解电气设备额定值的定 义；熟悉电路在不同工作状态下 的特点；深刻理解电路中电位的 概念并能熟练计算电路中各点的 电位。