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文檔簡介
1.課程性質
是高等學校理工科非電類專業(yè)必修的一門技術基礎課程。2.教學目標
通過本課程的學習,使學生獲得電工和電子技術必要的基本理論、基本知識和基本技能,了解電工和電子技術的應用及發(fā)展概況,為學習后續(xù)課程以及從事與本專業(yè)有關的工程技術等工作打下一定的基礎。
前言2/4/2023電工與電子學4.成績評定
平時(考勤、作業(yè)、實驗):30%考試:70%
3.學時多學時:60+205.參考書
唐介主編《電工學》,高教秦曾煌主編《電工學》(第六版上下冊),高教《電工學》相關習題解答少學時:40+162/4/2023電工與電子學6.教學網站校外
7南昌大學網絡教學平臺校內
http://7.本課件適用專業(yè)計算機、機制、熱能、材料、車輛工程、物理、光信息、金屬材料、生物、生化、工業(yè)工程、發(fā)酵、給排水、土木、水電、食品、食質、環(huán)工、高分子、無機材料等專業(yè)。2/4/2023電工與電子學1.1電路的作用與組成部分1.2電路模型1.3電壓和電流的參考方向1.4歐姆定律1.5電源有載工作、開路與短路1.6基爾霍夫定律1.7電路中電位的概念及計算第1章電路的基本概念與基本定律教學內容2/4/2023電工與電子學了解電路模型及其理想電路元件的意義;理解電壓、電流參考方向的意義;理解電路基本定律并能正確應用;了解電源的有載工作、開路與短路狀態(tài),并能理解電功率和額定值的意義;掌握分析與計算簡單直流電路和電路中各點電位的方法。教學要求重點電壓和電流的參考方向,基爾霍夫定律,電路中電位的概念及計算。2/4/2023電工與電子學本章內容比較簡單,無難點。難點學時數4學時2/4/2023電工與電子學⒈實現(xiàn)電能的傳輸和轉換
1.1.1
電路的作用
電路是電流的通路,它是為了某種需要由某些電工設備或元件按一定方式組合起來的。
1.1
電路的作用與組成部分輸電線發(fā)電機典型例子:電力系統(tǒng)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐…2/4/2023電工與電子學⒉實現(xiàn)信號的傳遞和處理揚聲器話筒典型例子:擴音機放大器1.1電路的作用與組成部分1.1.2
電路的組成電源(信號源)、中間環(huán)節(jié)、負載2/4/2023電工與電子學電源
供應電能負載
取用電能中間環(huán)節(jié)傳輸和分配電能1.1電路的作用與組成部分輸電線發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐…2/4/2023電工與電子學中間環(huán)節(jié)信號處理負載接受和轉換信號信號源
提供信號激勵:電源或信號源的電壓或電流,它推動電路工作;響應:由激勵在電路各部分產生的電壓和電流。1.1電路的作用與組成部分揚聲器話筒放大器2/4/2023電工與電子學
為了便于對實際電路進行分析和用數學描述,將實際元件理想化(或稱模型化),即在一定條件下突出其主要的電磁性質,忽略其次要因素。
由一些理想電路元件或其組合所組成的電路,就是實際電路的電路模型,它是對實際電路電磁性質的科學抽象和概括。
理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件、二極管、三極管和電源元件等。1.2
電路模型2/4/2023電工與電子學1.2電路模型+2/4/2023電工與電子學1.2電路模型例:手電筒的電路模型+-+-+-干電池:是電源元件,其參數為電動勢E和內電阻Ro。電珠:是電阻元件,其參數為電阻R。筒體(包括開關):是連接干電池與電珠的中間環(huán)節(jié),其電阻忽略不計,認為是一無電阻的理想導體。2/4/2023電工與電子學實際方向:正電荷運動的方向或負電荷運動的相反方向。1.3.1
電流的方向參考方向(正方向):任意選定的方向。1.3
電壓和電流的參考方向Iab
雙下標:表示方法:I箭頭:2/4/2023電工與電子學1.3.2
電壓的方向實際方向:高電位端指向低電位端。參考方向(正方向):任意選定的方向。Uab
雙下標:1.3.3
電動勢的方向實際方向:電源內部由低電位端指向高電位端。電動勢與電壓的關系:方向相反,數值相等。表示方法:1.3電壓和電流的參考方向正負極性:+-2/4/2023電工與電子學實際方向與參考方向一致,電流(或電壓)值為正值;實際方向與參考方向相反,電流(或電壓)值為負值。1.3.4
實際方向與參考方向的關系若I=6A,則電流實際方向為從a流向b;例:若I=-6A,則電流實際方向為從b流向a。I參考方向實際方向實際方向1.3電壓和電流的參考方向2/4/2023電工與電子學參考方向選定后電流(或電壓)值才有正負之分
若U=6V,則電壓的實際方向為從a指向b,實際方向與參考方向一致;若U=–6V,則電壓的實際方向為從b指向a,實際方向與參考方向相反。實際方向參考方向1.3電壓和電流的參考方向U+-+-2/4/2023電工與電子學⒈若電壓與電流參考方向相同,則為關聯(lián)參考方向;1.3.5
關聯(lián)參考方向與非關聯(lián)參考方向⒉反之,則為非關聯(lián)參考方向。本書如未作特殊聲明均采用關聯(lián)參考方向1.3電壓和電流的參考方向U=IR+-
U=–IR+-2/4/2023電工與電子學練習與思考1.3.2
如圖,U1=-6V,U2=4V,試問Uab等于多少伏?解:1.3.1
如圖,Uab=-5V,試問a,b兩點哪點電位高?解:a點電位低,b點電位高。1.3電壓和電流的參考方向U1U2ab+-+-2/4/2023電工與電子學例:應用歐姆定律對下圖電路列出式子,并求電阻R。解:歐姆定律:流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比。1.4
歐姆定律圖(b)單位:歐姆(Ω)圖(a)+-圖(a)+-圖(b)2/4/2023電工與電子學伏安特性曲線:電阻端電壓與電流的關系。I/AU/Vo線性電阻的伏安特性曲線線性電阻:遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻,它是一個表示該段電路特性而與電壓和電流無關的常數。
線性電阻的伏安特性是一條過原點的直線。1.4歐姆定律2/4/2023電工與電子學練習與思考1.4.4
為了測量某直流電機勵磁線圈的電阻R,采用了下圖所示的“伏安法”。電壓表讀數為220V,電流表讀數為0.7V,試求線圈的電阻。如果在實驗時有人誤將電流表當作電壓表,并聯(lián)在電源上,其后果如何?已知電流表的量程為1A,內阻Ro為0.4Ω。解:正確連接時,有錯誤連接時,有電流表中游絲將立即被燒斷,電流表損壞。理想狀態(tài)下,電壓表內阻無窮大,電流表內阻無窮小。注意1.4歐姆定律+-2/4/2023電工與電子學1.5
電源有載工作、開路與短路⒈電壓與電流1.5.1
電源有載工作
當電源內阻Ro<<R時,則UE
,表明當電流(負載)變動時電源的端電壓變動不大,這說明它帶負載能力強。EUIO電源的外特性曲線+-+-2/4/2023電工與電子學電源輸出的功率電源產生的功率內阻損耗的功率
在一個電路中,電源產生的功率和負載取用的功率以及內阻上所損耗的功率是平衡的。
⒉功率與功率平衡1.5電源有載工作、開路與短路2/4/2023電工與電子學⒊電源與負載的判別②U和I取非關聯(lián)參考方向,若P=UI
0,電源;
若P=UI
0,負載。①U和I取關聯(lián)參考方向,若P=UI0,負載;
若P=UI
0,電源。
⑴方法一:根據U和I的實際方向判別⑵方法二:根據U和I的參考方向判別電源:U和I的實際方向相反,電流從“+”端流出,
發(fā)出功率;負載:U和I的實際方向相同,電流從“+”端流入,
取用功率。1.5電源有載工作、開路與短路2/4/2023電工與電子學例:下圖所示方框為電路元件,已知:UAB=50V,I1=15A,I2=10A,I3=-5A,試求電路各元件的功率,并校驗功率是否平衡。解:∵UAB=50V∴A點為“+”,B點為“-”∵I1=15A∴I1實際方向與參考方向相同,電流從“+”端出,“1”元件為電源,輸出功率為:1.5電源有載工作、開路與短路+-123ABI1I2I3UAB2/4/2023電工與電子學∵I2=10A∴I2實際方向與參考方向相同,電流從“+”端入,“2”元件為負載,吸收功率為:∵I3=-5A∴I3實際方向與參考方向相反,電流從“+”端入,“3”元件為負載,吸收功率為:可見負載吸收的功率與電源輸出的功率平衡1.5電源有載工作、開路與短路+-123ABI1I2I3UAB2/4/2023電工與電子學⒋額定值與實際值額定值:電氣設備的額定電壓、額定電流和額定功率及其他標準使用規(guī)定值稱為電氣設備的額定值。分別用UN、IN、PN表示。
制造廠在制定產品的額定值時,要全面考慮使用的經濟性、可靠性及壽命等因素,特別要保證設備的工作溫度不超過規(guī)定的容許值。
使用時,電壓、電流和功率的實際值不一定等于它們的額定值。1.5電源有載工作、開路與短路2/4/2023電工與電子學
當開關斷開時,電源處于開路(空載)狀態(tài),不輸出電能,其特征如下:1.5.2
電源開路電源端電壓(
即開路電壓)等于電源電動勢負載功率為零開路電流為零1.5電源有載工作、開路與短路+-+-2/4/2023電工與電子學1.5.3
電源短路電源端電壓為零負載功率為零電源產生的電能全被內阻所消耗短路電流(很大)短路通常是一種嚴重事故,應該盡力預防1.5電源有載工作、開路與短路+-+-當電源的兩端被短接時,其特征如下:2/4/2023電工與電子學練習與思考1.5.4
如圖,方框代表電源或負載。已知U=220V,I=-1A,試問哪些方框是電源,哪些是負載?解:(a)+
U-I
-U+I+
U-I
-U+I(b)(c)(d)(a)圖P=UI=220×(-1)=-220W<0,電源(b)圖P=-UI=220×(-1)=220W>0,負載(c)圖P=-UI=220×(-1)=220W>0,負載(d)圖P=UI=220×(-1)=-220W<0,電源1.5電源有載工作、開路與短路2/4/2023電工與電子學支路:電路中的每一個分支。一條支路流過一個電流,稱為支路電流。結點:三條或三條以上支路的連接點,如結點a、b。回路:由支路組成的閉合路徑,如回路1、2、3。網孔:內部不含支路的回路,如網孔1、2。I1I2I3ba1.6
基爾霍夫定律123+-+-2/4/2023電工與電子學1.6.1
基爾霍夫電流定律(KCL定律)⒈定律內容
在任一瞬時,流向某一結點的電流之和等于由該結點流出的電流之和。
任一瞬時,任一結點上電流的代數和為零。對結點a:
基爾霍夫電流定律是用來確定連接在同一結點上的各支路電流間關系的,體現(xiàn)了電流的連續(xù)性。1.6基爾霍夫定律+-+-I1I2I3ab
即:即:2/4/2023電工與電子學
KCL定律可以推廣應用于包圍部分電路的任一假設的閉合面。⒉推廣應用廣義結點
根據KCL定律,分別對A、B、C三個結點列電流方程:1.6基爾霍夫定律例:2/4/2023電工與電子學
在任一瞬時,沿任一回路循行方向(順時針方向或逆時針方向),回路中各段電壓的代數和恒等于零。1.6.2
基爾霍夫電壓定律(KVL定律)⒈定律內容即:U=0
在任一瞬時,從回路中任意一點出發(fā),沿回路循行一周,則在此方向上電位降之和等于電位升之和。對回路3:
基爾霍夫電壓定律是用來確定回路中各段電壓間關系的。1.6基爾霍夫定律+-+-I1I2I332/4/2023電工與電子學①首先要在電路圖上標出各支路電流、電壓參考方向及回路循行方向;②應用U=0列方程時,支路參考方向與循行方向一致,則支路電壓取正;反之,取負。⒉推廣應用對回路1:推廣應用于回路的部分電路1注意1.6基爾霍夫定律+-+-+-2/4/2023電工與電子學2例:如圖,已知R2=20kΩ,R1=10kΩ,E2=E1=6V,UBE=-0.3V,求:IB,I2,I1。解:對回路1對回路2對結點a1.6基爾霍夫定律1a+-+-+-2/4/2023電工與電子學題1:如圖,求當開關S在位置1和位置2兩種情況下,通過5kΩ電阻中的電流I。課外思考題答案:3.75mA,2.5mA1.6基爾霍夫定律+30V1I1+10VI2IIS2-20VAS2/4/2023電工與電子學電位:在電路中任選一點為參考點,且設參考點的電位為零,則電路中任一點的電位等于該點到參考點的電壓。1.7.1電位的概念
在電路圖中參考點常用符號“⊥”標明,表示公共端、接機殼或接底板。
其它各點的電位同它比較,比它高的為正;比它低的為負。1.7電路中電位的概念及計算2/4/2023電工與電子學1.7.2
例:求圖示電路中各點的電位:Va、Vb、Vc、Vd及Ucd
。設a為參考點,即Va
=0V,則Vb
=Uba=–10×6=60V設b為參考點,即Vb
=0V,則Va
=Uab=10×6=60VUcd
=Vc-Vd
=50VUcd
=Vc-Vd
=50V解:Vc
=Uca=4×20=80V
Vd
=Uda=6×5
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