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1、电工技术项目教程 党智乾 机械工业出版社,电工技术项目式教程,书名：电工技术项目式教程 书号：978-7-111-54426-5 作者：党智乾 出版社：机械工业出版社 配套习题及答案,项目1 直流电路的测试,模块1.1 电路基本物理量的测量 模块1.2 复杂电路的分析,模块1.1 电路基本物理量的测量,任务1.1.1 电路的认知 任务1.1.2 电流、电压及其参考方向的判定 任务1.1.3 电功率和电能的计算 任务1.1.4 认识电阻元件 任务1.1.5 欧姆定律的分析与应用,任务1.1.1 电路的认知,1.电路及其组成 电路：是电流的通过的路径，它由电路元（器）件按一定方式连接而成。 电路的
2、作用：1）实现能量的传输、转换和分配。,是一个简单的电路，它由电池、灯泡、开关和导线组成。当开关闭合时，灯泡发光，开关断开时，灯泡熄灭。,2）实现信号传递与处理，电视机电路就属于这类电路。,电路的组成：电源、负载和中间环节三个部分组成。电源：是把其他形式的能量转换成电能，是提供电能的设备，例如电池是把化学能转换成电能，发电动机是把机械能转换成电能。负载：是把电能转换成其他形式的能量，是消耗电能的设备，例如电动机是把电能转换成机械能，电炉是将电能转换成热能。中间环节：除电源和负载之外的设备均属于中间环节，例如开关、导线、熔断器等。,2.电路图为了简单、准确地表示电路中各元件之间的关系，将各元件用
3、国标规定的符号（包括图形符号和文字符号）表示，并用实线表示导线，这种图称为电气原理图。,常用的元件的符号,任务1.1.2 电流、电压及其参考方向的判定,1.电流及其参考方向 （1）电流 电流：电流是由带电粒子的定向移动形成的。 电流的大小：电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量。 电流的计算：如果电流不随时间的变化而变化，这种电流称为直流电，直流电流为电流的单位：安培（A）、毫安（mA）、微安（A）等它们之间的关系为,（2）电流的方向 电流的实际方向：是正电荷移动的方向，是由带电粒子的定向移动形成的。 电流的参考方向：在参考方向下，电流是一个代数量，当电流的实际方向与参考方向相同时，电
4、流为正值；反之，当电流的实际方向与参考方向相反时，电流为负值。,在未规定参考方向的情况下，电流的正负号是没有意义的。,（3）电流参考方向的表示 有两种表示方法： 1）用箭头表示2）用双下标表示,表示电流的参考方向是由a指向b,电流的参考方向是由b指向a,两者的大小相等，方向相反，即,2.电压及其参考方向 （1）电压 电压：是指单位正电荷q在电场力F的作用下从a点移动到b点所作的功。 电压的计算：若是直流电压可写成电压的单位：伏特（V）、毫伏（mV）、千伏（kV）等它们之间的关系为,（2）电压的方向 电压的实际方向：是从正极指向负极。 电压的参考方向：在参考方向下，电压是一个代数量，当电压的实际
5、方向与参考方向相同时，电压为正值；反之，当电压的实际方向与参考方向相反时，电压为负值。,在未规定参考方向的情况下，电压的正负号是没有意义的。,（3）电压参考方向的表示 有三种表示方法： 1）用箭头表示2）用双下标表示3）用极性表示,两者的大小相等，方向相反，即,为了分析方便，通常将同一个元件上的电压与电流的参考方向标成一致，这种标法称为关联参考方向；若同一个元件上电压和电流的参考方向不一致，称为非关联参考方向。,3.电位 电位：在电路中，指定某点作为参考点，则电路中任意一点到参考点的电压称为该点的电位，用V表示。若指定o点为参考点，则a的电位为零电位点：参考点的电位为零，所以把参考点也称零电位
6、点。 电压与电位的关系：如果两点a、b的电位为Va、Vb，则这两点的电压为即两点之间的电压等于这两点的电位差，所以电压也叫电位差。,电位的大小与参考点的选择有关，而电压的数值与参考点无关。参考点通常用符号“ ”表示。,任务1.1.3 电功率和电能的计算,1.电功率的计算 电功率：传递转换电能的速率称为电功率，简称功率，用p或P表示。 计算：任意元件上的功率等于其电压与电流乘积的代数值，即,当电压与电流为关联参考方向时取“+”，非关联参考方向取“-”。,功率可以为正，也可以为负。 当 时，说明该元件接受功率，相当于负载； 当 时，说明该元件发出功率，相当于电源。,单位：瓦特（W）、毫瓦（mW）、
7、千瓦（kW）等。,2.电能的计算 电能：电路在时间t内吸收（消耗）的能量称为电能，用W表示。单位：焦耳（J）、度（kW.h）它们之间的关系为,例1.1 如图所示的三个元件，已知U1=-5V，U2=6V，U3=10V，I=1A，求各元件上的功率P1、P2、P3，并判断是接受功率还是发出功率。,解：,（发出5W的功率）,（接受6W的功率）,（发出10W的功率）,任务1.1.4 认识电阻元件,1.电阻及电导 （1）电阻 电阻的定义：电子在电场力的作用下运动时会受到一定的阻碍，我们把电子运动受到的这种阻碍称为电阻，用字母“R”表示。 电阻的计算：电阻的大小与导体的材料、长度和横截面积有关，即,电阻的单
8、位：欧姆（）、千欧（k）、兆欧（M）等。它们之间的关系为（2）电导 电导的定义：将电阻的倒数称为电导，用G表示，即电导的单位：西（门子），用符号S表示,2.电阻元件伏安特性 电阻元件有线绕电阻、金属膜电阻等几种。为了方便，在不引起混淆时，将电阻和电阻元件都简称为“电阻”。 电压与电流的大小成正比的电阻元件称为线性电阻元件，电压与电流的关系称为伏安关系，线性电阻元件的伏安关系可以通过原点的直线表示，这种关系称为欧姆定律。,3.电阻元件上的功率和电能 在任何瞬间，线性电阻元件上接受的功率为电阻元件在时间t内将接受的电能转换成热能，则该电阻元件在这段时间内接受的电能W为,例1.2 一负载阻值为100
9、的电阻，加在额定电压为220V的电源上，其功率是多少？若该负载每天工作5h，一个月（按30天计算）消耗的电能是多少？ 解：负载功率为,其电能为,任务1.1.5 欧姆定律的分析与应用,1.一段电阻上的欧姆定律一段电阻上的欧姆定律也称无源支路的欧姆定律。,当电压与电流为关联参考方向时取“+”，当电压与电流为非关联参考方向时取“-”。,2.一段有源支路的欧姆定律,综上所述，列一段有源支路欧姆定律的方法是：,1）标出端口处电压和电流的参考方向。,2）列方程：,等号左边该支路的端电压；,等号右边,“ ”的取法：沿着端电压 的方向，先遇到 的正极为“+”，先遇到 的负极为“-”；,“ ”的取法：若电流 与
10、端电压 为关联参考方向时取“+”，反之取“-”。,例1.3 如图所示电路，已知 ， ， ， ， 。求各点电位。,解：,3.全电路欧姆定律由图可知,可得,全电路欧姆定律的表达式为,例1.4 如图所示的电路，已知 ， ， ， 。求：（1）电路中的电流 ；（2）电阻 上的电压 。,解：（1）标出电流I的参考方向，则,负号表示电流的实际方向与所标的参考方向相反。（2）电阻R1上的电压U1的参考方向,任务1.2.1 电阻的连接 任务1.2.2 等效变换电源模型 任务1.2.3 基尔霍夫定律的应用 任务1.2.4 叠加定理的应用 任务1.2.5 节点电压法的应用 任务1.2.6 戴维南定理的应用,模块1.
11、2 复杂电路的分析,任务1.2.1 电阻的连接,1.网络等效的概念如果两个网络满足端口处的伏安关系保持不变，那么这两个网络就是等效的。,2.电阻的串联电阻的串联是将几个电阻首尾依次相接，即流过各电阻上的电流相等的接法。,3.电阻的并联电阻的并联是将几个电阻首尾分别接在两个点上，即各电阻上的电压相等的接法。,4.电阻的混联电阻既有串联又有并联的连接方式称为电阻混联。对于电阻混联电路，可以应用等效的概念，逐次求出各串、并联部分的等效电路，从而最终将其简化成一个无分支的等效电路，通常称这类电路为简单电路；若不能用串、并联的方法简化的电路，则称为复杂电路。,例1.5 如图a所示的电路，已知 ， ， 。
12、求等效电阻 。,解：,任务1.2.2 等效变换电源模型,1.电源模型电源的种类：电压源、电流源。 （1）电压源电压源的种类：理想电压源、实际电压源。 理想电压源 定义：理想电压源是指其电压不会随着时间的变化而变化，而电流随着外电路的变化而变化。 符号及伏安特性：,a）符号 b）直流伏安特性曲线 c）交流伏安特性曲线, 实际电压源 组成：由理想电压源与内阻串联而成 符号及伏安特性：图中可知由电压源的外特性曲线可知，实际电压源提供的电压与内阻有关，内阻越大，曲线下降越快，即特性曲线越“软”，反之特性曲线越“硬”。,a）符号 b）外特性曲线,（2）电流源电压源的种类：理想电流源、实际电流源。 理想电
13、流源 定义：是指其电流不会随着时间的变化而变化，而电压取决于外电路。 符号及伏安特性：,a）符号 b）伏安特性曲线, 实际电流源 组成：由理想电流源与内阻并联而成 符号及伏安特性：图中可知,a）符号 b）特性曲线,2.两种实际电源模型的等效电源变换法,注意：1）这种等效只是对电源外部，而电源内部一般是不等效的。2）理想电压源与理想电流源之间是不能等效的，因为理想电压源的内阻 ， 而理想电流源的内阻 。,解：,（1）将 和 、 和 化为电流源,（2）将 与 合并， 与 合并,（3）用分流公式求电流,例1.6 如图所示的电路，已知 ， ， ，求 上的电流 。,复习：,1、欧姆定律分析应用 一段电阻
14、上的欧姆定律（关联取“+”） 一段有源支路欧姆定律（左边=右边2） 全电路欧姆定律（相反取“+”） 2、电阻的串联和并联 3、实际电源模型的等效变换（变换前后的方向）,新知识： 1、基尔霍夫定律 2、叠加定理 3、节点电压法 4、戴维南定理,任务1.2.3 基尔霍夫定律的应用,1.几个名词 （1）支路：电路中至少含有一个电路元件且通过同一电流的分支称为支路。 （2）节点：节点是三条或三条以上支路的汇集点。 （3）回路：回路是由若干支路组成的闭合路径。 （4）网孔：网孔是不含其他支路的最简单的回路。,2.基尔霍夫电流定律（KCL） 描述：在电路中的任意时刻，通过一个节点电流的代数和等于零，即在列
15、基尔霍夫电流定律之前，要标出电流的参考方向。若流入节点的电流为正，流出该节点的电流则为负；若流入节点的电流为负，流出该节点的电流则为正。,3.基尔霍夫电压定律（KVL） 描述：在电路中的任意时刻，沿着任一回路绕行一周，所有元件上电压的代数和等于零，即在列基尔霍夫电压定律之前，要规定回路的绕行方向。若元件上电压的参考方向与绕行方向一致时，此电压取“+”；若元件上电压的参考方向与绕行方向相反，此电压取“-”。,4.基尔霍夫定律的应用支路电流法 支路电流法是以各支路电流为未知量来列方程的。 设电路的支路数为m，节点数为n。 解题步骤：1）标出各支路电流的参考方向和回路的绕行方向；2）应用基尔霍夫电流定律列n-1个电流方程；3）应用基尔霍夫电压定律列m-（n-1）个电压方程；4）联立方程组，求解各支路电流。,例1.7 如图所示的电路，已知 ， ， ，求各支路电流，并计算各元件上的功率及总功率。,解： 标出三条支路电流的参考方向，标出两个网孔的绕行方向，如图所示，列方程：代入数据解得,任务1.2.4 叠加定理的应用,
