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1、电工技术,主讲：吴志敏 （电工电子教研室） 教研室地址：文彰楼310,绪论,一、电工技术课程简介二、电工技术的发展简史与现状三、教学安排四、基本要求,一、电工技术课程简介,1、课程性质2、主要内容和任务,技术基础课,研究电路分析的基本概念、基本理论、基本方法。 为学习后续课程，从事相关专业的研究提供必要 的基础理论和实验技能。,电工技术应用举例,1、电力工业（能源、电力、电工制造）,电工学科是电力工业主要依靠的技术学科,电工技术应用举例,2、基础工业（运输、铁路、冶金、化工、机械）,必不可少的支持技术,电工学科是基础工业,电工技术应用举例,3、高新技术 （生物、光学、半导体、卫星、空间站、核弹
2、、导弹等）,电工技术是高新技术,必不可少的组成部分,结论：,电工科学技术的进步，电能的开发与利用，在国民经济的发展及人民生活水平提高的过程中起到了重要的促进作用。新世纪，它将在开拓新科学技术领域及促进新学科发展中发挥更大的作用。,三、基本要求,1、认真听课积极参与课堂讨论 2、按时交作业 3、注意学习方法 预习听课作业实验 4、重视实验,希望,师生互动，营造一个轻松愉快的学习氛围。,第1章 电路及其分析方法,本章要求: 1. 理解电压与电流参考方向的意义； 2. 了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义； 3. 理解电路的基本定律并能正确应用； 4. 了解实际电源的两种模型
3、及其等效变换。 5. 会计算电路中各点的电位。 6. 掌握支路电流法、叠加原理和戴维宁定理等电路的基本分析方法。,1.1 电路模型,1 实际电路是由一些按需要起不同作用的实际电路元件或器件所组成的。,2 电路的组成与作用,(1) 电路的组成：,电 源 信号源,中间环节,负载,手电筒电路,中间环节：连接电源和负载,负载,电源(信号源)：电能或电信号的发生器,负载：用电设备,1.1 电路模型, 实现电能的传输、分配与转换, 实现信号的传递与处理,(2) 电路的作用：,扩音机电路示意图,3 理想电路元件和电路模型,(2)电路模型:由一些理想电路元件所组成的电路就是实际电路的电路模型,电阻,电感,电容
4、,恒压源,恒流源,常用的理想电路元件,(1)理想电路元件:实际元件在一定条件下突出其主要的电磁性质,忽略其次要因素,就可以近似地看作理想电路元件,电路中电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作； 由于激励在电路各部分产生的电压和电流称为响应。,手电筒电路模型,手电筒的实际电路,4 激励与响应,1. 2 电压和电流的参考方向,1 实际方向,(2)参考方向的表示方法,电流：,电压：,(1)参考方向,在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。,2. 参考方向（假设方向）,箭标 、双下标,(4) 参考方向的作用,.便于确定实际方向,(5) 欧姆定律,.便于列写电路方程,U与 I 的参考方向一致
5、,U与 I 的参考方向相反,U = I R,U = -I R,(3)实际方向与参考方向的关系(参见书2页）,实际方向与参考方向一致， 电流(或电压)值为正值； 实际方向与参考方向相反， 电流(或电压)值为负值。,应用欧姆定律求电阻R,开关闭合,接通电源与负载,负载端电压,U = IR,1.电压与电流:,1.3.1. 电源有载工作, 若电源不变时，电流的大小由负载决定。, 在电源有内阻时，I U 。,或 U = E IR0,当 R0R 时，则U E ，表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。,1.3 电源有载工作、开路与短路,U = E IRo,UI = EI IRo,P = P
6、E P,电源 输出 功率,电源 产生 功率,内阻 消耗 功率,2.功率与功率平衡:,上式各项乘以电流I 则得功率平衡公式:,功率的单位：W (瓦),3. 电源与负载的判别（书6页）,根据 U、I 的实际方向判别,电源：U、I 实际方向相反，即电流从“+”端流出， （发出功率）；,负载： U、I 实际方向相同，即电流从“+”端流入。 （吸收功率）。,特征:,开关 断开,1.3.2 电源开路,1. 开路处的电流等于零；I = 0 2. 开路处的电压 Uo 视电路情况而定。,电路中某处断开时的特征:,电源外部端子被短接,1.3.3 电源短路,1. 短路处的电压等于零；U = 0 2. 短路处的电流
7、I 视电路情况而定。,电路中某处短路时的特征:,I,1. 4 基尔霍夫定律,支路：电路中的每一分支。一条支路流过一个电流，称为支路电流。,结点：三条或三条以上支路的相联接的点。,回路：由一条或多条支路所组成的闭合电路。,网孔：在平面电路中,任何一个自然的孔,1.4.1 基尔霍夫电流定律(KCL),或：,1.定律内容（书10页）,对任何结点，在任一瞬间，,流入,流出,电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。,2推广应用,I =?,例:,广义结点,I = 0,IA + IB + IC = 0,1.4.2 基尔霍夫电压定律（KVL定律),对回路1：,对回路2：,I1 R1 +I3 R3
8、 = E1,I2 R2+I3 R3=E2,或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0,或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0,在任一瞬间，沿任意闭合回路循行一周，,或：,1.定律内容（书11页）,电位升,电位降,2.定律推广,开口电路,假想的闭合回路,或,例：,对网孔abda：,对网孔acba：,对网孔bcdb：,R6,I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0,I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0,I4 R4 + I3 R3 E = 0,对回路 adbca，沿逆时针方向循行：, I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0,应用 U = 0列方程,对回路 cadc
9、，沿逆时针方向循行：, I2 R2 I1 R1 + E = 0,1. 5 电阻的串、并联,一、电阻的串联,特点: 1)各电阻一个接一个地顺序相联；,两电阻串联时的分压公式：,R =R1+R2,3)等效电阻等于各电阻之和；,4)串联电阻上电压的分配与电阻成正比。,2)各电阻中通过同一电流；,应用： 降压、限流、调节电压等。,二、电阻的并联,两电阻并联时的分流公式：,(3)等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和；,(4)并联电阻上电流的分配与电阻成反比。,特点: (1)各电阻联接在两个公共的结点之间；,(2)各电阻两端的电压相同；,应用：分流、调节电流等。,1.6 支路电流法,(1) 特点：以支路电流为
10、未知量，应用KCL和KVL 列方程，然后联立求解。,(2) 解题步骤：,在图中标出各支路电流的参考方向，对选定的回路标出回路循行方向。 应用 KCL 对结点列出 ( n1 )个独立的结点电流方程。 应用 KVL 对回路列出 b( n1 ) 个独立的回路电压方程（通常可取网孔列出） 。 联立求解 b 个方程，求出各支路电流。,支路电流法,对结点 a：,例1 ：,I1+I2I3=0,对网孔1：,对网孔2：,I1 R1 +I3 R3=E1,I2 R2+I3 R3=E2,(1) 应用KCL列(n-1)个结点电流方程,因支路数 b=6， 所以要列6个方程。,(2) 应用KVL选网孔列回路电压方程,(3)
11、 联立解出 IG,例2：,对结点 a： I1 I2 IG = 0,对网孔abda：IG RG I3 R3 +I1 R1 = 0,对结点 b： I3 I4 +IG = 0,对结点 c： I2 + I4 I = 0,对网孔acba：I2 R2 I4 R4 IG RG = 0,对网孔bcdb：I4 R4 + I3 R3 = E,试求检流计中的电流IG。,RG,1.7 叠加定理,1 定理内容：,对于线性电路，任何一条支路的电流（或电压），都可以看成是由电路中各个电源（电压源或电流源）分别作用时，在此支路中所产生的电流（或电压）的代数和。,线性电路：R=常数,去源方法：恒压源短接，恒流源开路,代数和：以
12、原电路的电压或电流方向为准， 一致取正号，相反取负号。,注意：,由图 (c)，当 IS 单独作用时,同理： I2 = I2 + I2,由图 (b)，当E 单独作用时,根据叠加原理,2 应用举例,3. 几点注意,（1）. 叠加定理只适用于线性电路（电路参数不随电压、电流的变化而改变）。,4. 叠加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来求功率。如：,I3,R3,1.8 电压源与电流源及其等效变换,1.8.1 电压源,电压源模型,由上图电路可得: U = E IR0,若 R0 = 0,理想电压源 : U E,U0=E,电压源的外特性,电压源是由电动势 E 和内阻 R0 串联的电源的电路模型。,若 R
13、0RL ，I IS ，可近似认为是理想电流源。,电流源,1.8.3 电压源与电流源的等效变换,由图a：U = E IR0,由图b： U = ISR0 IR0,等效变换的条件：对外的电压电流相等。, 等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。, 理想电压源与理想电流源之间无等效关系。,两电路对外等效，外特性一致。,注意事项：, 任何一个电动势 E 和某个电阻 R 串联的电路，都可化为一个电流为 IS 和这个电阻并联的电路。, 应用举例,(接上页),1.9 戴维宁定理,1.二端网络的概念：二端网络：具有两个出线端的部分电路。无源二端网络：二端网络中没有电源。有源二端网络：二端网络中含有电源。,无源二
14、端网络,有源二端网络,2.戴维宁定理内容,任意一个有源二端线性网络对外都可用一个电动势为E的理想电压源和内阻R0串联的电源来等效代替。,等效电压源的内阻Ro等于有源二端网络去源后端口的等效电阻（去源方法：恒压源短接，恒流源开路。）,等效电压源的电动势E就是有源二端网络端口的开路电压Uo,解：(1) 断开待求支路求等效电源的电动势 E,例1：电路如图，已知E1=40V，E2=20V，R1=R2=4，R3=13 ，试用戴维南定理求电流I3。,E = U0= E2 + I R2 = 20V +2.5 4 V= 30V,或：E = U0 = E1 I R1 = 40V 2.5 4 V = 30V,解：
15、(2) 求等效电源的内阻R0除去所有电源（理想电压源短路，理想电流源开路）,例1：电路如图，已知E1=40V，E2=20V，R1=R2=4，R3=13 ，试用戴维南定理求电流I3。,从a、b两端看进去， R1 和 R2 并联,求内阻R0时，关键要弄清从a、b两端看进去时各电阻之间的串并联关系。,解：(3) 画出等效电路求电流I3,例1：电路如图，已知E1=40V，E2=20V，R1=R2=4， R3=13 ，试用戴维南定理求电流I3。,1.10 电路中电位的计算,电位：电路中某点至参考点的电压，记为“VX” 。通常设参考点的电位为零。,1. 电位的概念,电位的计算步骤:(1) 任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；(2) 标出各电流参考方向并计算；(3) 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。,某点电位为正，说明该点电位比参考点高； 某点电位为负，说明该点电位比参考点低。,(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中 各点的电位也将随之改变；,
