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11电路与电路模型

发布时间:2019-07-02 16:38 来源:未知 编辑:admin

  1.1电路与电路模型_院校资料_高等教育_教育专区。自动化教研室 ? 1、理论方面 ? (1)掌握交、直流电路分析当中有关的基 本概念、基本定理、定律和基本方法 ? (2)理解电路的类型及特点,理解本门课 程的衔接及与后续课程的关系。了解电工 技术

  自动化教研室 ? 1、理论方面 ? (1)掌握交、直流电路分析当中有关的基 本概念、基本定理、定律和基本方法 ? (2)理解电路的类型及特点,理解本门课 程的衔接及与后续课程的关系。了解电工 技术的发展概况及发展方向。 ? (3)掌握安全用电常识。了解电工仪表的 种类和符号,掌握常用电工仪表的使用方 法和原理。 ? (4)掌握变压器的工作原理,三相异步电 动机、控制电动机及控制线)要求每个同学知道在不同的场合应采 取怎样安全用电保护措施。 ? (2)对常用电工仪表要会使用,要会运用 所学的基础知识熟练的解有关电路的习题; 会设计一般电路。 ? (3)熟练的根据电路图搭接实际电路,并 能独立完成实验所要求参数测量、数据分 析、结论的验证等。 电工技术 第一章 第一章 电路的基本概念与基本定律 电路的基本概念和基尔霍夫定律是电工技术和 电子技术的基础。 本章首先介绍电路的基本概念和基本变量,如 电路模型、电压和电流的概念及其参考方向,定义 电阻、电容、电感、独立电压源和独立电流源等理 想电路元件并讨论其属性。 最后介绍电路分析中最重要的定律 — 基尔霍夫 定律。 电工技术 第一章 第一节 一、实际电路 电路与电路模型 电路:由电气器件或设备,按一定方式连接起来 ,完成能量的传输、转换或信息的处理、传递。 组成:电源、负载和中间环节。 开关S 镇流器L 220V 电容器C 日光灯管R 启辉器Q 日光灯实际电路 电工技术 第一章 二、电路模型 实际电路的 分析方法 用仪器仪表对实际电路进行测量,把 实际电路抽象为电路模型,用电路理 论进行分析、计算。 1、 理想电路元件 实际的电路是由一些按需要起不同作用的元 件或器件所组成,如发电机、变压器、电动机、 电池、电阻器等,它们的电磁性质是很复杂的。 电工技术 例如:一个白炽灯在有电流通过时 消耗电能 (电阻性) R 第一章 i 产生磁场 L 储存磁场能量 (电感性) 忽略L R 理想电路元件 为了便于分析与计算实际电路,在一定条件下 常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质, 把它看成理想电路元件。 电工技术 第一章 2、电路模型 开关 电 源 US S + – R 负载 连接导线 电路模型 将实际电路中的元件用理想电路元件表示、 连接,称为实际电路的电路模型。 电工技术 开关S 镇流器L 启辉器Q 第一章 220V 电容器C 日光灯管R 实际电路 s us + R C L 电路模型 电工技术 第一章 1.2 电路的主要物理量 一、电流 1. 定义: 带电粒子或电荷在电场力作用下的定向运动 形成电流。 2. 大小: dq i ? (单位时间内通过某一截面的电荷量) dt 电流的单位: A(安培)、kA(千安)、mA(毫安)、 μA(微安) 1 kA ? 10 A , 1 mA ? 10 A , 1?A ? 10 A 3 ?3 -6 电工技术 3. 方向: 第一章 电流的实际方向: 正电荷运动的方向或负电 荷运动的反方向(客观存在) 电流的参考方向: 任意假定 实际方向(2A) 实际方向(2A) 参考方向 参考方向 (参考方向与实际方向相同) (参考方向与实际方向相反) i ? 0 ( i ? 2A) i ? 0 ( i ? ?2A) 电工技术 第一章 二、电压 1. 定义: 电场力把单位正电荷从一点移到另一点所做的功。 dw uab ? dq Wab U ab ? Q Uab ? Ua ? U b 2.单位: V(伏特)、kV(千伏)、mV(毫伏) 3.方向: 实际方向(高电位 参考方向(任选) 低电位) 电压的实际方向规定由电位高处指向电位低处。 与电流方向的处理方法类似, 可任选一方向为电压的参考方向 a +u1 - b a -u2 + b 例: 当ua =3V u1 =1V ub = 2V时 u2 =-1V 最后求得的u为正值,说明电压的实际方向 与参考方向一致,否则说明两者相反。 对一个元件,电流参考方向和电压参考 方向可以相互独立地任意确定,但为了方便 起见,常常将其取为一致,称关联方向;如 不一致,称非关联方向。 a i +u- (a) 关联方向 b a i -u+ b 非关联方向 (b) 如果采用关联方向,在标示时标出一种即 可。如果采用非关联方向,则必须全部标示。 电工技术 第一章 三、电位 1.定义:在电路中选定一个参考点(注意每次计算只 能选一个相对的参考点),取参考点的电位为零电位, 则电路中某一点与参考点之间的电压就被称为这一点 的电位。 2.单位与电压相同。 如图,选O为参考点, A点电位: VA ? UAO ? 1V B点电位: VB ? U BO ? ?2V 电位与电压关系的结论之一:如果已知两点的电 位,则此两点间的电压等于它们的电位之差。 电位与电压关系的结论之二:电路中某一点的电 位随参考点(零电位点)选择的不同而不同。但两点 间的电压不变。 电位概念在电子电路中的应用:简化电子线路! 四、电动势 电动势是衡量外力即非电场力做功能力的物理量, 电动势越大,电源的能力越强。 电源力把单位正电荷从 “-” 极板经电源内部 定义: 移到 “+” 极板所做的功。 大小: 单位: 方向: dW e? dq W E? q 伏特(同电压) 实际方向(低电位 参考方向(任选) 高电位) 电源内部, 电压的实际 方向是正电 荷所受电场 力的方向, 从高指向低 电位,故与 电动势方向 相反! 分析:电动势与电压的关系 电动势正方向表示电位升 电压正方向表示电位降 例如: A A e B u e B u uAB ? VA ? VB ? 5V e ? VA ? VB ? 5V uAB ? VA ? VB ? 5V e ? VB ? VA ? ?5V u?e u ? ?e 在电路的分析计算中,不仅要算出电压、电流 的大小,还要确定这些量在电路中的实际方向。 在复杂电路分析中,必须列写电路方程,如果不知 道电压、电流的方向就写不出电路方程。 但是,在电路中各处电压、电流的方向很难事先 判断出来。因此电路内各处电压、电流的实际方向也 就不能事先确定。 为了解决以上的问题,在分析电路之前,首先假 定一个电压或电流方向(参考方向)。 根据参考方向列写电路方程,当计算结果为正时, 实际方向与参考方向一致;当计算结果为负时,实 际方向与参考方向相反。 注意: 1. i、u、e 的参考方向可任意假定。但一经选定,分 析过程中不应改变。 2. 电路中标出的方向一律指参考方向。 3. 同一元件的 u、 i 同方向,称为关联参考方向。 + U – I R或 U I + R U – I R 或U I R – + 关联参考方向 – + 非关联参考方向 五、电能和电功率 电场力在单位时间内所做的 功称为电功率,简称功率。 功率与电流、电压的关系: 关联方向时: p =ui 非关联方向时: p =-ui dW p? dt p>0时吸收功率,p<0时发出功率。 I=2A +U =5V - ( a) I=- 2A 例1.1:求图示各元件的功率. (a)关联方向, P=UI=5×2=10W, P0,吸收10W功率。 (b)关联方向, P=UI=5×(-2)=-10W, P0,产生10W功率。 (c)非关联方向, P=-UI=-5×(-2)=10W, +U =5V - ( b) I= - 2A +U =5V (c) - P0,吸收10W功率。 例: I=1A,U1=10V,U2=6V ,U3=4V。求各元件功率,并 分析电路的功率平衡关系。 I + U2 - B + U1 A - + C U3 - 解:元件A:非关联方向, P1=-U1I=-10×1=-10W,P10,产生10W功率; 元件B:关联方向, P2=U2I=6×1=6W,P2 0,吸收6W功率; 元件C:关联方向, P3=U3I =4×1=4W,P30,吸收4W功率; P1+P2+P3=-10+6+4=0,功率平衡。 第三节 电路的三种状态 一、空载状态 空载状态,就是电源与负载没有构成闭合回路。 a R0 + US - b I + U - d R S c I ?0 ? ? U ? U 0C ? U S ? ? P?0 ? 二、短路状态 所谓短路,就是电源未经负载而直接连通成 闭合回路的情况。 二、短路状态 所谓短路,就是电源未经负载而直接连通成 闭合回路的情况。 U ?0 ? ? US ? I ? I SC ? R0 ? ? ? P?0 ? 2 PE ? ?P ? I R0 ? ? a R0 + US - b I + U - R c d 三、有载工作状态 电源与负载接成闭合回路,电路便处于有载(通 路)工作状态。 三、有载工作状态 电源与负载接成闭合回路,电路便处于有载(通 路)工作状态。 US I? R0 ? R a R0 + US - b I c + U - d R U ? IR U ? U S ? IR0 P=UI:电源输出的功率 P ? PE ? ?P PS=USI:电源产生的功率 ΔP=I2R0:内阻消耗的功率 有载工作状态下,电源的端电压U随输出电流 I的变化关系U =f(I)称为电源的外特性。 外特性方程: 外特性曲线: U ? E ? IR0 电压随电 流直线下降, 斜率与内 阻有关。 电气设备的额定值 额定值是制造厂为了使产品能在给定的工作条件下 正常运行而规定的正常容许值。额定值有额定电压 UN与额定电流IN或额定功率PN 。必须注意的是, 电气设备或元件的电压、电流和功率的实际值不一 定等于它们的额定值。 例 1-2 :设图示电路中的电源电压 US=125V , 端电压 U=115V ,电流 I=4A ,求 PE 、 P 、内阻 R0及UR0? a R0 + US - b I + U - d R c 解:(1)电源发出的功率为: PE ? U S I ? 125? 4 ? 500 W (2)负载吸收的功率为: P ? UI ? 115 ? 4 ? 460W R0 + US - a I + U - R c b d (3)电源内阻压降为: U R0 ? U S ? U ? 125?115 ? 10V U R 0 10 (4)电源内阻: R0 ? ? ? 2.5? I 4 例 题 1-3 : 设 图 示 电 路 中 的 电 源 额 定 功 率 PN=22kW,额定电压UN=220V,内阻R0=0.2Ω ,R为可调节的负载电阻。求: (1)电源的额定电流IN; (2)电源开路电压U0C; (3)电源在额定工作情况下的负载电阻RN; (4)负载发生短路时的短路电流ISC。 I R0 + US - + U - R S 解:(1)电源的额定电流为: PN 22 ? 103 IN ? ? ? 100A UN 220 R0 + US - I + U - S U 0C ? US ? U N ? I N R0 (2)电源开路电压为: ? 220 ? 0.2 ? 100 ? 240V R (3)电源在额定状态时的负载电阻为: U N 220 RN ? ? ? 2.2? I N 100 (4)短路电流为: I SC U S 240 ? ? ? 1200A R0 0 .2 例1-4 :图示电路已知US=220V,内阻R0=0.3Ω, 导线)电路正常情况下的电流I; (2)负载短路时,电源通过的电流IS1; (3)电源短路时,电源通过的电流IS2。 解:(1)电路正常的电流为: R0 + US - a I + U - R c b d US 220 I? ? ? 22A R0 ? 2r ? R 0.3 ? 2 ? 0.4 ? 8.9 (2)负载短路电流为: US 220 I S1 ? ? ? 200A R0 ? 2r 0.3 ? 2 ? 0.4 (2) 电源短路电流为: IS2 U S 220 ? ? ? 733A R0 0.3 3.如图1-28所示电路,各电流的参考方向已 设定。已知I1=6A, I2=-2A, I3=4A。试确定I1、 I2、I3的实际方向。 ? 解:I1由a点流向b点,I2由b点流向c点,I3由b点流向d 点 6.求图1-29中二端网络的功率。 ? 解:(a)P=-UI=-5×2=-10W,发出功率 10W ? (b)P=-UI=-5×(-2)=10W,消耗功 率10W ? (c)P=UI=-5×(-2)=10W,消耗功率 10W ? 7.A与C点的电位已知,求图1-30电路中B点 的电位。 解:IAC=UAC/RAC=25/250=0.1A UAB=IAB×RAB=0.1×150=15V VB=16-15=1V 作业 P15 8

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