电工学上册(基础).课件.ppt

1、（1-1） 2. 2. 电路电路（上册）（上册） 第四版第四版 邱关源编邱关源编教材及参考书教材及参考书1.1.电工学电工学（上册）（上册）秦曾煌主编秦曾煌主编 电工技术第七版电工技术第七版（1-2）教学内容电工学部分：电工学部分：电路基本概念与定律、电路分析方法、电路暂态分析、正弦交流电路、三相电路、磁路、交流电动机、继电接触器及其控制电子学部分：电子学部分：模拟电子技术、数字电子技术模拟电子技术：模拟电子技术：半导体二极管、三极管、 基本放大电路、集成运算放大器、正弦波振荡电路、直流稳压电源数字电子技术：数字电子技术：组合电路、时序电路主要教学内容主要教学内容电电工工技技术术电路分析电路分

2、析电机与控制电机与控制直流电路直流电路交流电路交流电路暂态分析暂态分析变压器、电机变压器、电机工业控制工业控制电工技术电工技术 应用举例应用举例 (1)工工 业业 控控 制制 电机控制电机控制 机床控制机床控制 生产过程自动化控制生产过程自动化控制 楼宇电梯控制楼宇电梯控制 . . . . . . . . . . .电工技术的应用电工技术的应用电工技术电工技术 应用举例应用举例 (2)信信 号号 检检 测测 压力、温度、水位、压力、温度、水位、流量等的测量与调节流量等的测量与调节 电子仪器电子仪器 医疗仪器医疗仪器 . . . . . .家家 用用 电电 器器 电灯、电话电灯、电话 广播、电视

3、广播、电视 冰箱、洗衣机冰箱、洗衣机 家庭影院家庭影院 . . . . . .电工技术电工技术 应用举例应用举例 (3)楼宇电梯的控制楼宇电梯的控制电工技术电工技术 应用举例应用举例 (4)楼楼 宇宇 电电 梯梯 的的 控控 制制信信号号检检测测供供电电系系统统电机电机（执行机构）（执行机构）可编程序可编程序控制器控制器ProgrammableLogicController电机控制器电机控制器汽车电子汽车电子汽汽 车车 电电 子子电源电源发动机控制发动机控制行驶装置行驶装置报警与安全装置报警与安全装置旅居性旅居性仪表仪表娱乐通讯娱乐通讯收音机、汽车电话、业余电台收音机、汽车电话、业余电台点火装

4、置、燃油喷射控制、点火装置、燃油喷射控制、发动机电子控制发动机电子控制车速控制、间歇刮水、车速控制、间歇刮水、除雾装置、车门紧锁除雾装置、车门紧锁.安全带、车灯未关报警、安全带、车灯未关报警、速度报警、安全气囊速度报警、安全气囊.空调控制、动力窗控制空调控制、动力窗控制里程表、数字式速度表、里程表、数字式速度表、出租车用仪表出租车用仪表.电工技术电工技术 应用举例应用举例 (5)EV?Electric Vehicle21世纪世纪 绿色绿色 环保汽车环保汽车EV安全、舒适、可靠安全、舒适、可靠无废气排放无废气排放（零排放）（零排放）高效率高效率机机电电 机电一体化EV充电系统充电系统电池管理系统

5、电池管理系统汽车照明、汽车照明、电动转向、空调、电动转向、空调、音响、雨刷、安全音响、雨刷、安全报警、电动门窗报警、电动门窗.电电 子子机械机械驱动控制系统驱动控制系统电机驱动系统电机驱动系统汽车电子汽车电子强电强电弱电弱电电机驱动电机驱动逆变电源逆变电源电力电子电力电子.电机与电器控制电机与电器控制信号处理（信号处理（DSP）计算机、单片机计算机、单片机. 课程性质课程性质: :专业基础课专业基础课服务对象服务对象:非电专业非电专业课程特点：课程特点：内容丰富，内容丰富，技术更新快，技术更新快，紧密联系实际，紧密联系实际，应用非常广泛。应用非常广泛。 本课是非电专业一切电类后续课程（电子技术

6、、本课是非电专业一切电类后续课程（电子技术、计算机原理、自动控制、单片机、可编程逻辑控制器计算机原理、自动控制、单片机、可编程逻辑控制器等）的基础。学时少、内容多，不能轻视。否则，对等）的基础。学时少、内容多，不能轻视。否则，对以后的学习将会造成很大影响。以后的学习将会造成很大影响。 主要教学环节主要教学环节习题习题独立完成作业，按时交作业。独立完成作业，按时交作业。紧跟老师讲课思路，搞清基本概念，注意解紧跟老师讲课思路，搞清基本概念，注意解题方法和技巧。题方法和技巧。 课堂教学课堂教学实验实验注意理论联系实际，掌握常用仪器、仪表的注意理论联系实际，掌握常用仪器、仪表的使用方法，验证与探索相结

7、合。使用方法，验证与探索相结合。衷衷 心心 祝祝 愿愿 大大 家家学 有 所 成+ +理理 论论实实 践践（1-17）第 一 章电路的基本概念和基本定律（1-18）电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律第一章第一章1.1 电路的基本概念电路的基本概念 1.1.1 电路中的物理量电路中的物理量 1.1.2 电路元件电路元件1.2 电路的基本定律电路的基本定律 1.2.1 欧姆定律欧姆定律 1.2.2 基尔霍夫定律基尔霍夫定律（1-19）1.1 电路的基本概念电路的基本概念1.1.1 电路的物理量1.1.2 电路元件 (一一) 无源元件无源元件 (二二) 有源元件有源元件（1-20）1.

8、1.1 电路的物理量电路的物理量电池电池灯泡灯泡电流电流电压电压电动势电动势EIRU+_负载负载电源电源（1-21）电位电位：在电路中为方便起见，常用：在电路中为方便起见，常用电位电位表示各处电压。所谓表示各处电压。所谓电位电位是指电路中某是指电路中某一点相对于参考点而言的电压。一点相对于参考点而言的电压。Va = 5V a 点电位：点电位：ab1 5Aab1 5Ab点电位：点电位：Vb= -5V（1-22）E1+_E2+_R1R2R3R1R2R3+E1-E2电动势的电位表示法电动势的电位表示法参考点参考点（1-23）电位的特点电位的特点：电位值是相对的，参考点电位值是相对的，参考点选得不同，

9、电路中其它各点的电位选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变。也将随之改变。电压的特点：电压的特点：电路中两点间的电压值是电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而改固定的，不会因参考点的不同而改变。变。注意注意：电位和电压的区别。电位和电压的区别。（1-24）电路中物理量的参考方向电路中物理量的参考方向物理量的物理量的方向方向：实际方向实际方向参考方向（又称正方向）参考方向（又称正方向）实际方向：实际方向： 物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。参考方向（参考正方向）：参考方向（参考正方向）： 在分析计算时，对电量人为规定的方向。在分析计算时，对电量人为规定的方向。（1-

10、25）物理量的实际方向物理量的实际方向 物物理理量量单单 位位实实 际际 方方 向向电电流流 IA、kA、mA、A正正电电荷荷移移动动的的方方向向电电动动势势 E V、kV、mV、V电电源源驱驱动动正正电电荷荷的的方方向向 (低低电电位位 高高电电位位)电电压压 UV、kV、mV、V电电位位降降落落的的方方向向 (高高电电位位 低低电电位位)（1-26）电路分析中的电路分析中的假设假设正方向正方向（参考方向）（参考方向）问题的提出问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？的实际方向，电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流方向电流方

11、向BA？E1ABRE2IR（1-27）(1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法解决方法(3) 根据计算结果确定实际方向：根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；系的代数表达式；（4）今后解题时一律以正方向为准。）今后解题时一律以正方向为准。（1-28）物理量正方向的表示方法物理量

12、正方向的表示方法电池电池灯泡灯泡IRUabE+_abu_+正负号正负号abUab（高电位在前，高电位在前， 低电位在后）低电位在后） 双下标双下标箭箭 头头uab电压电压IR电流电流：从高电位：从高电位 指向低电位。指向低电位。（1-29）例例已知：已知：E=2V, R=1问：问： 当当Uab分别为分别为 3V 和和 1V 时，时，IR=?E IRRURabU EUURREURUIRREUUR 解：（解：（1 1）首先假设各物理量的正方向，如图所示；）首先假设各物理量的正方向，如图所示；（2）列方程求解。）列方程求解。（1-30）(3) 数值计算数值计算A1121 V1A112-3 3VRRI

13、UIU时时（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）（实际方向与假设方向相反）REUIRE IRRURabU（1-31）(4) 为了避免列方程时出错，为了避免列方程时出错，习惯上习惯上把把 I 与与 U 的方向的方向 按相同方向假设（关联参考方向）。按相同方向假设（关联参考方向）。(1) 方程式方程式R = U/I 仅适用于仅适用于U和和I假设正方向一致的假设正方向一致的 情况。情况。(2) “实际方向实际方向”是物理中规定的，而是物理中规定的，而“假设正方向假设正方向”则是人们在进行电路分析计算时，任意假设的。则是人们在进行电路分析计算时，任意假设的。 (

14、3) 在以后的解题过程中，注意一定要在以后的解题过程中，注意一定要先设定先设定“正方向正方向” (即在图中表明物理量的参考方向即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程然后再列方程 计算计算。缺少。缺少“参考方向参考方向”的物理量是无意义的。的物理量是无意义的。 注意注意（1-32）RIURR IRURab假设假设: 与与 的方向一致的方向一致RIRU例例RIRU假设假设: 与与 的方向相反的方向相反RIURR IRURab（1-33）电电 功功 率率aIRUb功率的概念功率的概念：设电路任意两点间的电压为：设电路任意两点间的电压为 U ，流入，流入此部分电路的电流为此部分电路的电流为 I，

15、 则这部分电路消耗的功率为则这部分电路消耗的功率为:(W) IUP功率有无正负？功率有无正负？如果如果U I方向不一方向不一致结果如何？致结果如何？（1-34）IRUab或或IRUab“吸收功率吸收功率”（负载）（负载）“发出功率发出功率”（电源）（电源）若若 P = UI 0若若 P = UI 0IUab+-根据能量守衡关系根据能量守衡关系P（吸收）（吸收）= P（发出）（发出） 在在 U、 I 正正方向选择一致（关联参考方向）的前提下，方向选择一致（关联参考方向）的前提下， （1-35）IaRUb+-E设设 E=10V, R=1 求：求：PE =? PR=?解：显然解：显然 U=10VI=

16、10A PR=UI=10X10=100WP0 (负载）负载）P 0 时时, , 说明此部分电路消说明此部分电路消耗电功率，耗电功率，为为负载负载。 所以，从所以，从 P 的的 + + 或或 - - 可以区分器件的作用，可以区分器件的作用，是电源，还是负载。是电源，还是负载。结结 论论在进行功率计算时，在进行功率计算时，如果假设如果假设 U U、I I 正方向一致，则正方向一致，则 P= UI,P= UI,如果如果 U U、I I 正方向不一致，则正方向不一致，则 P= UIP= UI。 计算出计算出 P 0 时时, , 说明此部分电路产生电功说明此部分电路产生电功率，率，为电源为电源。-（1-

17、39）伏伏 - 安安 特性特性iuconstiuRRiuuiconstiuR线性电阻线性电阻非线性电阻非线性电阻(一一) 无源元件无源元件 电阻（电阻（R R）, ,电容（电容（C),C),电感（电感（L L）常用单位：常用单位： 、k 、M 1.1.2 电路元件电路元件电阻：电阻：（1-40）电阻的串并联及其等效变换（电阻的串并联及其等效变换（P35）原则：原则：联接在电位相同的两点之间的电阻联接在电位相同的两点之间的电阻均可视为并联。均可视为并联。例：例：P73习题习题2.1.12电阻的分压及分流电阻的分压及分流电阻串联等效可推广到N个电阻串联，N个电阻串联等效为一个电阻，等效电阻值为各串

18、联电阻值的总和。abR1R2u1u2ui串联：串联：在电路中，如果两个二端元件首尾相连（且联接处无其它元件端点联接，即中间无分叉），流过同一个电流流过同一个电流，称这两个元件串联。两个电阻R1和R2串联联接如图，外接端a、b，电压 u 和电流 i 之间关系表达了这一部分电路的外特性，按照欧姆定律：u1=R1i u2=R2i根据KVL：u= u1+ u2a-b端外特性：u= (R1+ R2)i= RiRabui外特性：u= Ri等效条件：等效条件：R=R1+R2 电阻串联分压公式：11112RRuuuRRR22212RRuuuRRR1NkkRR等效电阻的串联电阻的串联并联并联：电路中，两元件同接

19、在两个相同结点之间，具有相同的电压，称为并联。abR1R2i1i2ui两个电阻R1和R2并联联接如图， 外特性为电压 u 和电流 i 之间关系。按照欧姆定律：根据KCL：i= i1+ i2a-b端外特性：外特性：u=Ri 或 i= Gu电阻并联分流公式：11211212GGRiiiiGGGRR 电阻并联等效也可推广到N个电阻并联，等效电阻值与各并联电阻值的关系为111NkkRR等效1uiR12uiR21211iuRR定义电导为电阻的倒数RG1单位：西门子（S）12iGGuG uRabui等效条件：G=G1+G2 1212R RRRR22121212GGRiiiiGGGRR 1NkkGG等效或电

20、阻的并联电阻的并联（1-43）1. 电压源电压源伏安特性伏安特性电压源模型电压源模型IUEUIRO+-ERo越大越大?小？小？特性越平特性越平?(二二) 有源元件（有源元件（P41）主要介绍有源元件中的两种电源：电压源和电流源。主要介绍有源元件中的两种电源：电压源和电流源。（1-44）理想电压源理想电压源 （恒压源）（恒压源）: RO= 0 时的电压源。时的电压源。特点：特点：（1）输出电）输出电 压不变，其值恒等于电动势，压不变，其值恒等于电动势， 即即 Uab E； （2）电源中的电流由外电路决定。）电源中的电流由外电路决定。IE+_abUab伏安特性伏安特性IUabE（1-45）恒压源中

21、的电流由外电路决定恒压源中的电流由外电路决定设设: E=10VIE+_abUab2 R1当当R1 R2 同时接入时：同时接入时： I=10AR22 例例 当当R1接入时接入时 ： I=5A则：则：（1-46）REI 恒压源特性中不变的是：恒压源特性中不变的是：_E恒压源特性中变化的是：恒压源特性中变化的是：_I_ 会引起会引起 I 的变化。的变化。外电路的改变外电路的改变I 的变化可能是的变化可能是 _ 的变化，的变化， 或者是或者是_ 的变化。的变化。大小大小方向方向+_I恒压源特性小结恒压源特性小结EUababRE+_ROabUoR00PEUUIO电源开路电源开路E+_ROabRIs0I/

22、02PRPREIIUOEOS电源短路电源短路（1-49）2. 电流源电流源ISROabUabIIsUabI外特性外特性 电流源模型电流源模型RORO越大越大特性越陡特性越陡（1-50）理想电流源理想电流源 （恒流源（恒流源): RO= 时的电流源。时的电流源。特点：特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电）输出电流不变，其值恒等于电 流源电流流源电流 IS； abIUabIsIUabIS伏伏安安特特性性（2）输出电压由外电路决定。）输出电压由外电路决定。（1-51）恒流源两端电压由外电路决定恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设设: IS=1 A R=10 时，时， U =10 V。R=1 时，

23、时， U =1 V。则则:例例（1-52）恒流源特性小结恒流源特性小结恒流源特性中不变的是：恒流源特性中不变的是：_Is恒流源特性中变化的是：恒流源特性中变化的是：_Uab_ 会引起会引起 Uab 的变化。的变化。外电路的改变外电路的改变Uab的变化可能是的变化可能是 _ 的变化，的变化， 或者是或者是 _的变化。的变化。大小大小方向方向RIUsab 理想恒流源两端理想恒流源两端可否被短路可否被短路？abIUabIsR（1-53）恒流源器件举例恒流源器件举例IcIbUcebcII 当当 I b 确定后，确定后，I c 就基本确定了。在就基本确定了。在 IC 基本恒定基本恒定的范围内的范围内 ，

24、I c 可视为恒流源可视为恒流源 (电路元件的抽象电路元件的抽象) 。cebIb+-E+-晶体三极管晶体三极管UceIc（1-54）电压源中的电流电压源中的电流如何决定如何决定？电流电流源两端的电压等源两端的电压等于多少于多少？例例IE R_+abUab=?Is原则原则：Is不能变，不能变，E 不能变。不能变。EIRUab电压源中的电流电压源中的电流 I= IS恒流源两端的电压恒流源两端的电压（1-55）恒压源与恒流源特性比较恒压源与恒流源特性比较恒压源恒压源恒流源恒流源不不 变变 量量变变 化化 量量E+_abIUabUab = E （常数）（常数）Uab的大小、方向均为恒定，的大小、方向均

25、为恒定，外电路负载对外电路负载对 Uab 无影响。无影响。IabUabIsI = Is （常数）（常数）I 的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 I 无影响。无影响。输出电流输出电流 I 可变可变 - I 的大小、方向均的大小、方向均由外电路决定由外电路决定端电压端电压Uab 可变可变 -Uab 的大小、方向的大小、方向均由外电路决定均由外电路决定END（1-56）3. 两种电源的等效互换两种电源的等效互换 等效互换的前提：等效互换的前提：对外的电压电流相等。对外的电压电流相等。I = I Uab = Uab即：即：IRO+-EbaUabISabUabI RO（

26、1-57）等效互换的条件：等效互换的条件：oabRIEUIRO+-EbaUabRIRIRIIUoososabISabUabIRO则：则：oRIERIRIoosRIEosRRooI = I Uab = Uab若：若：（1-58）ooosRRREIRRRIEooosaE+-bIUabRO电压源电压源电流源电流源UabROIsabI （1-59）等效变换的注意事项等效变换的注意事项（1） “等效等效”是指是指“对外对外”等效（即等效互换前等效（即等效互换前后对外伏后对外伏-安特性一致），但对内不等效。安特性一致），但对内不等效。LR时时例如：例如：IsaRObUabI RLaE+-bIUabRORL

27、RO中不消耗能量中不消耗能量RO中则消耗能量中则消耗能量0IIEUUabab对内不等效对内不等效对外等效对外等效（1-60）（2）注意转换前后）注意转换前后 E 与与 Is 的方向。的方向。aE+-bIROE+-bIROaIsaRObIaIsRObI（1-61）（3）恒压源和恒流源不能等效互换。恒压源和恒流源不能等效互换。abIUabIsaE+-bI0EREIoS（不存在不存在）（1-62） （4）进行电路计算时，恒压源串电阻和恒）进行电路计算时，恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均可等效变换。电流源并电阻两者之间均可等效变换。RO和和 RO 不一定是电源内阻。不一定是电源内阻。（1-63）

28、111REI 333REI R1R3IsR2R5R4I3I1I应应用用举举例例-+IsR1E1+-R3R2R5R4IE3I=?（1-64）(接上页接上页)IsR5R4IR1/R2/R3I1+I3R1R3IsR2R5R4I3I1I（1-65）454RRREEIdd+RdEd+R4E4R5I-(接上页接上页)ISR5R4IR1/R2/R3I1+I3 4432132131/RIERRRRRRRIIESdd（1-66）10V+-2A2 I讨论题讨论题?IA32410A72210A5210III哪哪个个答答案案对对?+-10V+-4V2 解解:+abU2 5V(a)+ +abU5V(c)+ a5AbU3

29、 (b)+ 例例a+-2V5VU+-b2 (c)+ (b)aU 5A2 3 b+ (a)a+5V3 2 U+ b1.电压源的串联等效：外特性：外特性：u= us1+ us2+ usN= us (KVL)(电压源特性）电压源特性）若干个电压源串联，等效为一个电压源，等效若干个电压源串联，等效为一个电压源，等效电压源的数值为各串联电压源数值的叠加。电压源的数值为各串联电压源数值的叠加。叠加方式与参考方向有关叠加方式与参考方向有关us1us2usNuiabusiuab补充：补充：2. 电流源的并联等效：isNis2is1uiababisiu外特性：外特性：(KCL)(电流源特性）电流源特性）若干个电

30、流源并联，等效为一个电流源，等效若干个电流源并联，等效为一个电流源，等效电流源的数值为各并联电流源数值的叠加。电流源的数值为各并联电流源数值的叠加。叠加方式与参考方向有关叠加方式与参考方向有关i = is1+ is2+ + isN = is3.电压源与其它元件的并联等效：外特性外特性： (电压源特性）电压源特性）u = us (KVL)电压源与任意非电压源元件（包括电流电压源与任意非电压源元件（包括电流源）并联，等效为一个同值电压源。源）并联，等效为一个同值电压源。注意：不同数值的电压源禁止并联！注意：不同数值的电压源禁止并联！usiuabusuiabN4. 电流源与其它元件的串联等效：abisiu电流源与任意非电流源元件电流源与任意非电流源元件 （包括电压源）（包括电压源）串联，等效为一个等值电流源。串联，等效为一个等值电流源。isuiabN注意：不同数值电流源禁止串联！注意：不同数值电流源禁止串联！外特性外特性： (电流源特性）电流源特性）i = is (KCL)课后练习课后练习A1A22228 I（1-73）3. 受控源受控源种类：种类：VCVS、VCCS、CCVS、CCCS其中：其中：V-Voltage C-Control，Current S-Source