《电工技术与技能实训 教学课件 ppt 作者 谭维瑜 第七章 简单直流电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工技术与技能实训 教学课件 ppt 作者 谭维瑜 第七章 简单直流电路（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章 简单直流电路,【教学要求】 1）理解闭合电路的欧姆定律；了解路端电压的意义；熟练运用本章有关知识求解电路各电量。 2）理解等效变换的概念；掌握电阻的串联、并联和混联电路中求解等效电阻(总电阻)的方法；掌握电阻的串联、并联电路中总电流、电压和电阻的特点；掌握电阻串联分压和电阻并联分流概念。 3）了解电池的结构；掌握电池组的使用。 4）了解通路、开路和短路的定义；掌握三种电路工作状态时电流、电压和功率的特征；掌握“满载”、“过载”和“轻载”的意义；熟悉用电器标称值的意义；掌握电路获得最大功率的条件。,7.1 闭合电路的欧姆定律概述,7.1.1简单电路 “简单电路”是指只含有一个电源的回路,
2、 也叫单回路电路。有的电路虽然有 几个回路, 但是能够用电阻的串、并联方法将电路等效为一个单回路电路, 即 只含一个等效电阻的电路。分析简单电路需要用到闭合电路的欧姆定律。 7.1.2闭合电路的欧姆定律 而“闭合电路的欧姆定律”是指包含电源在内的闭合电路(又称全电路)的EIR的关系。如图所示的最简单的闭合电路。 列回路电压方程得： E=Ir+IR, 上式表明, 闭合电路的电流I, 与电源电动势E成正比, 与电路的总等效电阻(r+R)成反比。这就是闭合电路的欧姆定律。 由于IR=U是外电路的电压降, Ir=Ur是内电路上的电压降, 所以,E=U+Ur。,7.1 闭合电路的欧姆定律概述,7.1.3
3、路端电压 1.路端电压 外电路的电压降IR=U因其在电源两端, 故称为路端电压或(电源)端电压。 Ir=U是电源内部电路上的电压降, 故称为(电源)内压降。 电源的电动势等于内外电压降之和,即E=U+U。 2.电源的电动势、路端电压与外电阻的关系 1)电源的电动势是不随外电路电阻而变化的。 2)但路端电压U却随外电阻而变化。 由于 当外电路电阻R增大时, I将变小。又路端电压U=EIr, I减小时, U就增大, 反之, 外电路电阻R减小时, U就减小。,7.1 闭合电路的欧姆定律概述,例7-1在图7-1中, 设E=24V, r=4, R=20。求：(1)电路中的电流；(2)电源的端电压；(3)
4、负载R上的电压降；(4)电源内阻上的电压降。 解：1. 2. U=EIr=24V14=20V 3. U=IR=120V=20V 4. Ur=Ir=14V=4V 例7-2在图7-2中, 当开关K扳到位置1时, 外电路的电阻R1=14,测得电流I=0.2A；当K扳到位置2时,外电路的电阻R2=9, 测得电流I=0.3A。求电源的电动势E和内阻r。 解：要求两个未知数, 用闭合电路欧姆定律列两个 方程式联立求解： 消去E,可得 将r =1代入 E=I1R1+I1r=0.214+0.21=2.8+0.2=3V 注:本例题实际上是一种测量电源电动势及其内阻的方法。,7.2 电阻的连接,7.2.1电阻的连
5、接 在电路中最简单的最基本的是串联和并联。在电路分析计算时,常常利用电阻的串并联关系, 将电路化简为一个等效电阻。 7.2.2等效变换的概念 用一个较为简单的电路代替原来的电路, 使电路得以简化。如图a)的虚线内的与图b)电路是等效的, 两电路具有相同的u和i。 电阻Req称为图a)虚框中电路的等效电阻, 其值取决于被等效电路中各电阻值及其连接方式。,7.2 电阻的连接,7.2.3电阻的串联分压及其等效电阻 1.电阻的串联 几个电阻顺序地一个一个相联, 中间没有分支, 各电阻流过同一个电流的连接方式, 称为电阻的串联。 如图是两个电阻串联及其等效电阻。 2.电阻串联电路的特点 1)端口电流等于
6、各电阻流过的电流, 即I=IR1=IR2。 2)等效电阻等于各串联电阻之和：Req=R1+R2, 即Req=Ri。 3)端口电压等于各电阻上电压之和U=U1+U2 4)各个电阻上的分电压为 上式即是电阻串联时的分压公式. 上两式表明电阻串联时, 各电阻分得的电压与其电阻值成正比, Ri/Req称为分压比。 6)当有n个相同的电阻串联时, 则第i个电阻Ri上的电压为：,7.2 电阻的连接,例7-3有一盏弧光灯, 额定电压U1=40V, 正常工作时流过的电流I=5A。应该怎样把它接入U=220V的照明电路。 解：因照明电路电压比弧光灯的额定电压高很多, 故不能直接接入。利用串联电路的分压作用,串联
7、一个适当的电阻,使弧光灯上分得40V的电压。设串联电阻上的电压为U2, 则 U2=UU1=22040=180V 串联电路的电流I=5A, 即R2上流过的电流亦为5A。所以 R2=U2/I=180/5=36。 可见, 串联电阻可以分担一部分电压, 作这种用途的电阻叫做分压电阻。 电阻串联应用广泛, 如电压表扩大量程, 电子线路中的信号分压, 直流电动机的串电阻启动等。,7.2 电阻的连接,7.2.4电阻的并联分流及其等效电阻 1.电阻的并联 几个电阻联连在两个公共节点之间, 在各个电阻 (支路)上受到同一电压, 这种联连方式称为电阻的 并联。如图是两个电阻并联及其等效电阻。 2.电阻并联的特点
8、1)各支路电压相等且等于端口电压, 即U=UR1=UR2。 2)电路总电流等于各支路电流之和,即I=I1+I2。 3)总电阻Req的倒数等于并联的各个电阻倒数之和 ， 当有二个电阻并联时, 4)分流公式 同理,7.2 电阻的连接,电导G：为电阻R的倒数, 其单位是西门子, 简称西S。 例7-4如图所示电路, 若将内阻为2k, 满偏电流(即可测最大电流)为50A的电流表头改装成量程(即可测的最大值)为1mA的直流电流表。应如何处理? 解：原表头只能流过50A的电流, 而要测量的 最大电流为1mA, 故应利用并联电阻的分流 作用, 将超过50A的电流分流到分流电阻R上, 求此分流电阻。 已知IA=
9、50A, RA=2k, I=1mA, IR=1mA50A=950A 并联电路各部分电压相等, 得：,7.2 电阻的连接,7.2.5实训项目三个电阻的串并联 实训项目1 三个电阻的串联 实训目的1领会三个电阻串联的特点。 实训器材电阻值不相同的三个电阻,万用表,直流电流表,直流电压表,直流电源。 实训内容和步骤: 1）按电路图连接好电阻串联电路。 2）测量电阻串联总电阻R,电路图见下图。,7.2 电阻的连接,3）测量电阻串联的电流的电路图见右图。 4）测量电阻串联的电压 电路图右见图。 5）将测量结果记入下表中。 6）将计算的分压比记入下表中。 电阻串联的分压比记录 V1的分压比 V2的分压比
10、V3的分压比,7.2 电阻的连接,实训项目2三个电阻的并联 实训目的领会三个电阻并联的特点。 实训器材电阻值不相同的三个电阻,万用表,直流电流表,直流电压表,直流电源。 实训内容和步骤 1）按电路图连接好电阻并联电路。 2）测量电阻并联总电阻的电路图见 右图。 3）测量电阻并联的电流的电路图见 右图。,7.2 电阻的连接,4）测量电阻并联的电压的电路图见右图。 5）将测量结果记入表7-3中。 表7-3 电阻并联结果记录 R1 R2 R3 R U1 A1 A2 A3 A U2 V1 V2 V3 6）将计算的分流比记入表7-4中。 表7-4 电阻并联的分流比 A1的分流比 A2的分流比 A3的分流
11、比,7.2 电阻的连接,7.2.6电阻的混联及其等效电电阻 1.电阻的混联 在电路中, 既有电阻串联又有电阻并联的电路, 称作混联电路。通常以R1/R2(/表示电阻并联), R3+R4(+号表示电阻串联)。 2.混联电路计算的一般步骤 1)首先将电路整理、简化成容易看出串并联关系的电路。 2)先计算出各串联和并联的等效电阻值, 再算出电路的总的等效电阻值。 3)由电路的总等效电阻的电路的端口电压(或电流)计算出电路的总电流(或总电压)。 4)根据电阻串联分压和电阻并联分流关系,分别算出变换为等效电路内的电压和电流。 注意：在求解混联电路时, 一定要搞清楚串并联关系, 求出它的等效电阻。求那个电
12、阻上的电压, 要用流过该电阻的电流来计算；求那个电阻上的电流, 要用该电阻上的电压来计算。,7.2 电阻的连接,例7-5在图7-13的电路中, 求解各电阻上的电压。设图中R1=R2=5, R3=6, R4=0.5, R5=3。Us=20V。 解：这是一个混联电路。先求出虚线框内的 等效电阻Req。见图a。 R12=R1/R2=R1R2/(R1+R2)=55/(5+5)=2.5。 R124=R12+R4=2.5+0.5=3。 Req=R3/R124=R3R124/(R3+R124)=63/(6+3)=2。 由图b)I=uS/(R5+Req)=20/(3+2)=4A。端口电压u=uSIR5=204
13、3=8V。 回到图a), IR3=R124/(R3+R124)I=3/(6+3)4=1.33A,或 IR3=u/R3=8/6=1.33A。 IR124=IIR3=41.33=2.67A。 uR4=IR124R4=2.670.5=1.33V, uR1=uR2=uuR4=81.33=6.67V uR5=IR5=43=12V, 或uR5=uS-u=20-8=12V。 uR3=u=8V=uR4+uR1。,7.2 电阻的连接,3. 电阻分压器电路 如图a所示是一个常用的电阻分压器电路。作为分压器电路,如图b)所示,以调节直流电压的大小。a)、b)接至直流电源Us,作为分压器的输入,从c)、b)端输出。利
14、用分压器是滑动触头c点的移动,可向负载输出U2在0Us范围内的可变电压。但U2不仅与滑动触头位置有关, 还与负载电阻大小有关。,7.3 电池的串联和并联,7.3.1电池的种类及结构 一节干电池一般电压为1.5V, 其容量大小分 为1号,5号和7号。还有可充电的、特殊专用的 电池。干电池的结构如图所示。 电池是将电能以化学储存在其内部。用碳棒作 为正极, 用锌板作为负极, 用氯化铵作为电解液。 一个电池提供的电压不会超过它的电动势, 输出的电流也有一定的 限度, 超过限度就会损坏。 在实际应用中, 需要有较大的电压或较大的电流, 这就需要将几 个相同的电池连在一起使用。连在一起使用的几个电池叫做
15、电池组, 其基本接法有串联和并联。,7.3 电池的串联和并联,7.3.2.电池的串联 把第一个电池的负极和第二个电池的正极相连,再把第二电池负极和第三个电池的正极相连, 这样依次连接, 就组成了串联电池组, 如图所示。 1)第一个电池的正极是电池组的正极, 最后一个电池的负极是电池组的负极。 2)设串联的各个电池是相同的电池 即它们的电动势都是E、内电阻都是r。由于开路时端电压等于电源电动势, 因此n个串联电池组的总电动势E串=nE,其总内阻r串=nr。 3)所以,电池串联可以提供较大电压, 但这时的电流要通过每个电池. 所以用电器的额定电流必须小于单个电池允许通过的最大电流。,7.3 电池的
16、串联和并联,7.3.3电池的并联 把电动势相同的电池, 正极和正极相连, 负极和负极相连, 就组成并联电池组, 如图7-18.所示。并联的正极是电池组的正极, 并联的负极是电池组的负极。 1）设并联的各个电池的电动势都是E、内电阻都是r(即相同的电池)。 2）并联电池组正负极的电势差等于每个电池正负极间的电势差。开路时正负极间的电势差等于电动势, 3）所以n个别并联电池组的电动势 E并=E。由于电池是并联的, 各电池的内阻也是并联的,并联电池组的内阻r并=r/n。,7.3 电池的串联和并联,7.3.5实训项目测量电池串并联的电压和电流 实训目的会对电池组进行电压和电流的测量 实训器材万用表,几个
