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1、1,电工学,一九九九年七月,2,概 论,3,主要教学内容,电 工 学,电工技术,电子技术,直流电路、交流电路 暂态分析、三相电路 变压器、电动机、工业控制,三极管、放大电路运算放大电路数字集成电路,（上篇）,（下篇）,4,电工技术 应用举例 (1),工 业 控 制,电机控制 机床控制 生产过程自动化控制 楼宇电梯控制 . . . . . .,电工技术的应用,5,电工技术 应用举例 (2),信 号 检 测,压力、温度、水位、流量等的测量与调节 电子仪器 医疗仪器 . . . . . .,6,家 用 电 器,电灯、电话 广播、电视 冰箱、洗衣机 家庭影院 . . . . . .,电工技术 应用举例
2、 (3),7,智能建筑,电工技术 应用举例 (4),8,中央空调及加湿器：美国 TEMPSTAR 中央吸尘：加拿大 DUO VAC 中央热水炉：美国 A.O.SMITH 小区安防、智能系统 周界双层红外监测防闯入系统，保安电子巡更系统 重要场所、主要路口24小时摄象监视系统 门卫与住户对讲系统 车辆自动识别准入系统 燃气泄露、烟感探头、紧急求助、非法入室自动报警系统 彩屏可视对讲、公共信息发布、家电远程控制系统 水、电、气三表 IC 卡远程计量系统 所有房间留有电视、电话及数据接口、分户电话交换机实现内部通话,9,楼 宇 电 梯 的 控 制,信 号 检 测,供 电 系 统,电机(执行机构),可
3、编程序 控制器,Programmable Logic Controller,电机控制器,10,汽车电子,汽 车 电 子,电源 发动机控制 行驶装置 报警与安全装置 旅居性 仪表 娱乐通讯,电工技术 应用举例 (5),11,Electric Vehicle,12,21世纪 绿色 环保汽车EV,安全、舒适、可靠,无废气排放 ( 零 排放),高效率,涡轮增压 ABS 自动巡航 GPS卫星定位 68 安全气囊,13,14,机电一体化,15,汽车电子,16,课程性质:,技术基础课,课程对象:,工科非电专业,课程特点：,内容丰富， 技术更新快， 紧密联系实际， 应用非常广泛。,本课是非电专业一切电类后续课
4、程（电子技术、计算机原理、自动控制等）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。,17,主要教学环节,18,学分：4.5 总学时: 90,面授: 70 电工技术30学时，电子技术35学时 实验学时：20基础实验18学时（9个）综合性实验6学时（1个）,19,本课程考核由期末书面考试、实验(含实验报告) 、平时（考勤、测验等）三部分组成。其中，期末书面书面考试占总成绩的70%，实验(含实验报告)占总成绩的20%，平时作业占总成绩的10%。,本课程的考核方式,20,教 材 及 参 考 书,电 工学 （少学时） （第二版）,张南主编 高等教育出版社,电工学（第五版）秦增煌
5、主编,21,希望和要求:,教学形式: 课堂上，多媒体授课； 课后，复习预习 。,22,第一章电路分析基础,23,11 电路的基本概念,一. 电路的组成,电路的基本组成部分是电源、负载和中间环节。,24,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）。,二、电路元件和电路模型,返回,25,手电筒的电路模型,返回,26,1.电源有载工作（通路）,开关闭合,通路,开关断开,开路,cd短接,短路,三、电路的工作状态,返回,27,电压和电流,由欧姆定律可列上图
6、的电流,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,28,2、开路,开路就是将电路断开。开路时电路中没有电流，负载上也没有电压，开路时电源的端电压称为开路电压或空载电压，用Uo表示,显然，U0E。开路时，开关触点a、b之间的电压UabUoE。,特征：I0UU0EP0,29,3、短路,可以看出，负载R上已没有电压所以负载电流 IR0短路后电源回路的电流 电源的内阻Ro往往很小，所以短路电流很大,这会引起电源或导线绝组的损坏。短路是一种电路事故。由于操作不当等原因，短路现象是难以避免的，所以要有保护措施。简单可行的方法是在线路中装设熔断器，使熔断器内的熔丝(又称保险丝)与负
7、载串联( FU)。如果负载发生短路，熔丝会很快烧断，使电源和供电线路得到保护。,30,U0IISER0PEPR0 I 2P0,短路的特征：,31,电路的物理量及其参考方向,电流 电压 电动势,32,电路中物理量的正方向,物理量的正方向：,33,物理量的实际正方向,34,物理量正方向的表示方法,35,电路分析中的假设正方向（参考方向）,问题的提出：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？,电流方向 AB？,电流方向 BA？,36,(1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；,解决方法,(3) 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；若计算结果为负
8、，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系的代数表达式；,37,例,已知：E=2V, R=1 问： 当U分别为 3V 和 1V 时，IR=?,38,39,(4) 为了避免列方程时出错，习惯上把 I 与 U 的方向按相同方向假设。,(1) 方程式U/I=R 仅适用于假设正方向一致的情况。,(2) “实际方向”是物理中规定的，而“假设 正方向”则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。,(3) 在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向”(即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的.,提示,40,欧姆定律,U、I 参
9、考方向相同时，,U、I 参考方向相反时，,表达式中有两套正负号： 式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；, U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。,通常取 U、I 参考方向相同。,U = I R,U = IR,41,解：对图(a)有, U = IR,例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。,对图(b)有, U = IR,42,四.电功率和电能,功率的概念：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:,43,在 U、 I 正方向选择一致的前提下，,“吸收功率”（负载）,“发出功率”（电源）,若 P = UI 0,若 P =
10、 UI 0,44,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,45,当 计算的 P 0 时, 则说明 U、I 的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。,所以，从 P 的 + 或 - 可以区分器件的性质， 或是电源，或是负载。,结 论,在进行功率计算时，如果假设 U、I 正方向一致。,当计算的 P 0 时, 则说明 U、I 的实际方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。,46,解,一个月的用电量 WPt6
11、0(W)30 (h)5.4kWh,47,12 基尔霍夫定律,用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括克氏电流和克氏电压两个定律。,名词注释：,48,支路：ab、ad、 .（共6条）,回路：abda、 bcdb、 .（共7 个）,节点：a、 b、 .(共4个）,例,49,一、 基尔霍夫电流定律,对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由节点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为 0。,克氏电流定律的依据：电流的连续性,例,或：,50,电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。,I1+I2=I3,I=0,电流定律的扩展,I=?,51,二、 基尔霍夫电压定律,从回路中任
12、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 0。,U1U4U2U3 U1U2U3U40 即 U0,返回,52,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同者，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,53,1列方程前标注回路循行方向；,电位升 = 电位降E2 =UBE + I2R2, U = 0I2R2 E2 + UB
13、E = 0,2应用 U = 0列方程时，项前符号的确定：规定电位降取正号，电位升取负号。,3. 开口电压可按回路处理,注意：,对回路1：,54,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,55,解,由基尔霍夫电压定律可得,（1）UABUBCUCDUDA=0即 UCD2V,（2）UABUBCUCA0即 UCA1V,返回,56,解,应用基尔霍夫电压定律列出EBRBI2UBE0 得 I20.315mA,EBRBI2R1I1US0 得 I10.57mA,应用基尔霍
14、夫电流定律列出 I2I1IB0得 IB0.255mA,返回,57,关于独立方程式的讨论,问题的提出：在用克氏电流定律或电压定律列方程时，究竟可以列出多少个独立的方程？,58,59,设：电路中有N个节点，B个支路,N=2、B=3,小 结,60,1,+,+,-,-,3V,4V,1,+,-,5V,I1,I2,I3,61,对于简单电路，通过串、并联关系即可 求解。如：,62,对于复杂电路（如下图）仅通过串、并联无法求解， 必须经过一定的解题方法，才能算出结果。,如：,63,在电路中，电阻的联接形式是多种 多样的，其中最简单和最常用的是串联 与并联。具有串、并联关系的电阻电路 总可以等效变化成一个电阻。
15、,所谓等效是指两个电路的对外伏安关系相同,等效,返回,13 电阻串并联联接的等效变换,64,如果电路中有两个或两个以上的电阻串联，这些电阻的串联可以等效为一个电阻。,一、 电阻的串联,伏安关系,65,两个串联电阻上的电压分别为：,66,式中G为电导，是电阻的倒数。在国际单位 制中，电导的单位是西门子（S）。,上式也可写成,两个或两个以上的电阻的并联也可以用一个电阻来等效。,二、 电阻的并联,67,两个并联电阻上的电流分别为：,68,计算图中所示电阻电路的等效电阻R，并求电流 I 和I5 。,例题,69,14 支路电流法,凡不能用电阻串并联化简的电路，一般 称为复杂电路。在计算复杂电路的各种方法 中，支路电流法是最基本的。它是应用基尔 霍夫电流定律和电压定律分别对节点和回路 列出方程，求出未知量。,返回,70,支路电流法：以支路电流为未知量、应用基尔霍夫定律（KCL、KVL）列方程组求解。,对上图电路 支路数： b=3 结点数：n =2,回路数 = 3 单孔回路（网孔）=2,若用支路电流法求各支路电流应列出三个方程,
