电工学第一章.

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1、电工学 课程介绍 一、本课程的地位和作用 是物理和电子类各专业的开设的技术基础课，入 门课； 它体系完整，逻辑严密，对开拓学生思维，提 高其创造力都将起到重要的作用； 培养学生理论联系实际，灵活机智处理工程 问题方法，为学生将来从事生产、科研工作 打下必要的基础。 二、课程内容体系结构 本课程采用哈尔滨工业大学秦曾煌教授编著电 工学为教材，本书分共为两部分： (第一部分)：电路分析 主要内容分为6章： 1、电路的基本概念和分析方法； 2、电路的分析方法； 3、正弦交流电路； 4、三相交流电路； 5、非正弦周期电流的电路； 6、电路的暂态分析 7、磁路与铁心线圈电路 第二部分 ：电机 主要内容分

2、为7章： 8、 交流电机； 9、 直流电机； 10、同步电机； 11、继电接触器控制系统； 12、可编程序控制器（PLC） ； 三、本课程的重点、难点和特点 重点：电路的基本理论和基本分析方法 难点：动态电路的时域分析 特点： 1、着眼于培养学生的综合素质和能力； 2、注重基础性、实践性； 3、以有效知识为主题，构建支持学生 终身学习的知识基础。 四、学好本课的基本要求和方法 基本要求： 1、有一定的前期知识基础，如高等数学和 普通物理 ； 2、熟练掌握电路的各类分析方法的基本原理； 3、完成规定的实验。 学习方法： 理清思路、抓住主线，善于归纳总结。 主线关键词： 电压，电流，电动 势 电阻

3、，电感，电 容 激励，响应。 哈尔滨工业大学 电工学教研室 第 1 章 电路的基本概念基本定律 返回返回 1.11.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分 1.2 1.2 电路模型电路模型 1.3 1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向 1.4 欧姆定律 1.5 电源有载工作、开路与短路 1.6 基尔霍夫定律 1.7 电路中电位的概念及计算 目 录 1.1.1 电路的作用 （1）电能的传输和转换 （2）信号的传递和处理 1.1.2 电路的组成 （1）电源 （2）负载 （3）中间环节 1.1 电路的作用与组成部分 返回返回 中间环节 负载 发电机 升压 变压 器 降压 变压 器

4、电灯 电动机 电炉 电力系统电路示意图 输电线 放 大 器 话筒 扬声器 扩音机电路示意图 信号源 （电源） 返回返回 电路元件的理想化 在一定条件下突出元件主要的电磁性质， 忽略其次要因素，把它近似地看作理想电路元 件。 为什么电路元件要理想化? 便于对实际电路进行分析和用数学描述 ，将实际元件理想化（或称模型化）。 1.2 电路模型 返回返回 手电筒的电路模型 U I 开关 E R0 R 干电池 电珠 返回返回 2.由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算 放大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等电气器件 和设备连接而成的电路，称为实际电路。 电阻器 电容器 线圈 电池 运算放大器

5、晶体管 根据实际电路的几何尺寸(d)与其工作信号波长()的 关系，可以将它们分为两大类： (1)集总参数电路：满足d条件的电路。 (2)分布参数电路：不满足d 0 时,则说明U、I 的实际方向一致， 此部分电路吸收（消耗）电功率，为负载。 当计算的 P 0 时,则说明U、I 的实际方向相反， 此部分电路发出（提供）电功率，为电源。 如果U、 I 的正方向相反，则 P=-UI 注意：公式中的“+”、“-”号是由正方向决定的 。 U、I 数值本身还有“+”、“-”号。 欧姆定律：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。 1.4 欧 姆 定 律 返回返回 伏安特性 线性电阻伏安特性非线性电阻伏安特性

6、当电压和电流的参考方向一致时 U=RI 当电压和电流的参考方向相反时 U=RI 注意: 返回返回 I U o o I U o o 解 应用欧姆定律对下图的电路列出式子，并求电阻R 例题1.1 返回返回 解 a点电位比b点电位低12V n点电位比b点电位低12-5=7V m点电位比b点电位高3V 于是 n点电位比m点电位低7+3=10V 即 Unm=-10V 由欧姆定律得 RUnmI5 计算下图的电阻R值，已知Uab12V。 例题1.2 返回返回 1.5.1 电源有载工作 开关闭合 有载 开关断开开路 cd短接 短路 1.5 电源有载工作、开路与短路 返回返回 1电压和电流 由欧姆定律可列上图的

7、电流 负载电阻两端电压 电源的外特性曲线 当R0R时 由上两式得 返回返回 2.功率与功率平衡 功率 设电路任意两点间的电压为 U ,流入此部分 电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的功率为: 功率平衡：由UER0I得 UIEIR0I2 PPE P 电源输出 的功率 电源内阻上 损耗功率 电源产生 的功率 W为瓦特 KW为千瓦 返回返回 例1-1 在图19电路中，已知U1=1V, U2=-6V, U3=-4V, U4=5V, U5=-10V, I1=1A, I2=-3A , I3=4A, I4=-1A, I5=-3A。 试求：(1) 各二端元件吸收的功率； (2) 整个电路吸收的功率。 图19

8、 例11 例1-1 在图18电路中，已知U1=1V, U2=-6V, U3=-4V,U4=5V, U5=-10V, I1=1A, I2=-3A , I3=4A, I4=-1A, I5=-3A。 整个电路吸 收的功率为 解：各二端元件吸收的功率为 图19 例11 解 (1)电源 UE1U1E1I01 E1UR01I220 0.65=223V （2）负载 UE2 U2E2R02I E2UR02I220 0.65 R01217V 如图，U220V，I5A，内阻R01R020.6 (1)求电源的电动势E1和负载的反电动势E2； (2)试说明功率的平衡 例题1.3 返回返回 （2）由（1）中两式得 E1

9、E2R01IR02 I 等号两边同乘以I 得 E1IE2IR01I2R02I2 223521750.652 0.652 1115W=1085W15W15W E2I1085WR01I215WR02I215W 负载取用 功率 电源产生 的功率 负载内阻 损耗功率电源内阻 损耗功率 返回返回 3. 电源与负载的判别 分析电路时，如何判别哪个元件是电源？哪个是负载？ U和I 的参考方向与实际方向一致 U和I的实际方向相反，电 流从端流出，发出功率 电源 负载 U和I的实际方向相同，电 流从端流入，吸收功率 I U a b + - I RU a b I RU a b 当 返回返回 或当 U和I两者的参考

10、方向选得一致 电源 PUI0 负载 PUI0 电源 PUI0 负载 PUI0 U和I两者的参考方向选得相反 4额定值与实际值 额定值是制造厂商为了使产品能在给定的条件下 正常运行而规定的正常允许值 注 在使用电气设备或元件时，电压、电流、功率 的实际值不一定等于它们的额定值 返回返回 解 一个月的用电量 WPt60(W)30 (h) 5.4kWh 已知：有一220V 60W的电灯，接在220V的电源上， 求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作时电阻 如每晚用3小时，问一个月消耗电能多少？ 例题1.4 返回返回 解 在使用时电压不得超过 URI5000.150V 已知：有一额定值为5W 50

11、0 的线绕电阻， 问其额定电流？在使用时电压不得超过多大？ 例题1.5 返回返回 1.5.2 电源开路 特征：I0 UU0E P0 1.5.3 电源短路 特征：U0 IISER0 PEPR0I2 P0 返回返回 用来描述电路中各部分电压或各部分电流的关 系,包括基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律。 结点：三条或三条以上支路相联接点 支路：电路中每一个分支 回路：电路中一条或多条支路所组成的闭合电路 注 基尔霍夫电流定律应用于结点 基尔霍夫电压定律应用于回路 1.6 基尔霍夫定律 返回返回 18451845年由年由德国德国物理学家物理学家G.R.G.R.基尔霍夫基尔霍夫 （Gustav Robe

12、rt KirchhoffGustav Robert Kirchhoff，1824182418871887）提出。）提出。 基尔霍夫简介 德国德国 物理学家物理学家 化学家化学家 天文学家天文学家 1.2.2 基尔霍夫定律 1847年毕业于柯尼斯堡大学并留校任教。 1848年到柏林大学任教。 18501854年任布雷斯芬大学物理学教授。 1875年被选为英国皇家学会会员、彼得堡 科学院院士。 对电路理论有重大发展，1847年发表了基尔 霍夫电流定律、基尔霍夫电压两个定律。 热辐射：基尔霍夫辐射定律； 化学：光谱化学分析法； 天文学：天体物理学。 支路：ab、ad、（共6条） 回路：abda、 b

13、cdb、.（共7 个） 结点：a、 b、 (共4个） 例 I3 E4 E3 _ + R3 R6 + R4 R5 R1 R2 a b c d I1 I2 I5 I6 I4 - 名词注释： 支路：电路中每一个分支 结点：三个或三个以上支路 的联结点 回路：电路中任一闭合路径 基尔霍夫电流定律（结点电流定律） KCL 用来描述同一结点上 各支路电流间的关系。 基尔霍夫电压定律（回路电压定律） KVL 用来描述同一回路中各 段电压间的关系。 基尔霍夫定律 1.6.1 基尔霍夫电流定律 如图 I1I2I3 或 I1I2I30 即 I0 在任一瞬时，流向某一结点的电流之和应该等于流出 该结点的电流之和。即

14、在任一瞬时，一个结点上电流 的代数和恒等于零。 返回返回 解 I1 I2 I3 I4 由基尔霍夫电流定律可列出 I1I2I3I40 2（3）（2）I40 可得 I43A 已知：如图所示，I12A，I23A，I32A， 试求I4。 例题1.6 返回返回 KCL通常用于结点，也可以应用到电路的任意封闭面。 例 I1+I2=I3 例 I=0 基尔霍夫电流定律的推广应用 I=? I1 I2 I3 E2E3E1 + _ R R1 R + _ + _ R 1.6.2 基尔霍夫电压定律 从回路中任意一点出发，沿顺时针方向或逆时针方向 循行一周，则在这个方向上的电位升之和等于电位降 之和. 或电压的代数和为

15、0。 U1U4U2U3 U1U2U3U40 即 U0 返回返回 上式可改写为 E1E2R1I1R2I20 或 E1E2R1I1R1I1 即 E （RI） 在电阻电路中，在任一回路循行方向上，回路 中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和 在这里电动势的参考方向与所选回路循行方 向相反者，取正号，一致者则取负号。 电压与回路循行方向一致者，取正号，反之 则取负号。 注 返回返回 KCL方程： 节点a： 节点b： KVL方程： 1# 2# 3# a I1 I2 E2 + - R1 R3 R2 + _ I3 1# 2# 3# b E1 例 分析以下电路中应列几个电流方程？几个 电压方程？ 讨论题 求：I1、I2 、I3 能否很快说出结果 ？ 1 + + - - 3V 4V 1 1 + - 5V I1 I2 I3 基尔霍夫电压定律的推广：可应用于回路的部分电路 UUAUBUAB 或 UABUAUB EURI0 或 UERI 注列方程时，要先在电路图上标出电流、电压或 电动势的参考方向。 返回返回 解 由基尔霍夫电压定律可得 （1）UABUBCUCDUDA=0 即 UCD2V （2）UABUBCUCA0 即 UCA1V 已知：下图为一闭合电路，各支路的元件是任意 的，但知UAB5V，UBC4V，UDA