哈尔滨工业大学
电工学教研室
第 1 章
电路的基本概念基本定律
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目录
1.1电路的作用与组成部分
1.2 电路模型
1.3 电压和电流的参考方向
1.4 欧姆定律
1.5 电源有载工作、开路与短路1.6 基尔霍夫定律
1.7 电路中电位的概念及计算
1.1 电路的作用与组成部分
1.1.1 电路的作用
（1）电能的传输和转换
（2）信号的传递和处理
1.1.2 电路的组成
（1）电源
（2）负载
（3）中间环节
中间环节
负载
发电机
升压变压器
降压变压器
电灯电动机电炉
电力系统电路示意图
输电线
放大器
话筒
扬声器
扩音机电路示意图
信号源（电源）
1.2 电路模型
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）。
手电筒的电路模型
U
I 开关
E
＋
－
R 0
R
干电池
电珠
1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的方向
实际方向
参考方向
参考方向
在分析计算时人为规定的方向。
物理量单位实际方向
电流I A、kA、mA、
μA
正电荷移动的方向
电动势E V、kV、mV、
μV 电源驱动正电荷的方向
电压U V、kV、mV、
μV 电位降低的方向
賫
电流、电动势、电压的实际方向
问题在复杂电路中难于判断元件中物理量的
实际方向，如何解决？
解决方法
(1) 在解题前任选某一个方向为参考方向（或称正
方向）；
(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；
(3) 根据计算结果确定实际方向：
若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致；
若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。
欧姆定律：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。
R I
U ￡?U ￡
-I
U ￡?RI
￡?U ￡-I
U ￡?￡-RI
￡-U ￡?I
U ￡?￡-RI
1.4 欧姆定律
伏安特性
线性电阻伏安特性非线性电阻伏安特性
当电压和电流的参考方向一致时U=RI
当电压和电流的参考方向相反时U=－RI
注意:I
U
o
I
U
o
解
R
￡?
U
6V
￡-
I
2A
(a)
￡?
U
6V
￡-
I
￡-2A
(b)
R R
￡-
U
￡-6V
￡?
I
2A
(c)
R
￡-
U
6V
￡?
I
￡-2A
(d)
3
6
3
2
6
3
2
6
3
2
6
=
-
=
=
=
-
-
=
-
=
=
-
-
=
-
=
=
=
=
U
R
I
U
R
I
U
R
I
U
R W
W
W
W
(a)
(b)
(c)
(d)
应用欧姆定律对下图的电路列出式子，并求电阻R
例题1.1
解
a 点电位比
b 点电位低12V
n 点电位比b 点电位低12-5=7V
m 点电位比b 点电位高3V 于是
n 点电位比m 点电位低7+3=10V 即Unm=-10V
由欧姆定律得R ＝Unm ／I ＝5 W
E1=5V +R U m -E2=3V
-+-+I=-2A
a b m
n 计算下图的电阻R 值，已知U ab ＝－12V 。
例题1.2
1.5.1 电源有载工作
开关闭合
E
R 0
+U -R I a
b
d c 有载开关断开
开路cd 短接短路
1.5 电源有载工作、开路与短路
1．电压和电流
由欧姆定律可列上图的电流
R
R E I +=
0负载电阻两端电压
RI
U =I
R E U 0-=U E O
I
电源的外特性曲线
当
R 0＜＜R 时
E
U ≈由上两式得
2.功率与功率平衡
I U P ?=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U ＝E －R 0I 得UI ＝EI －R 0I 2
P ＝P E －?P
电源输出的功率
电源内阻上损耗功率
电源产生W 为瓦[特]KW 为千瓦
E 1-U 1+
-U2+E 2+_R 01
R 02
+_+U _
I
μ??′
?o??
解
(1)电源
U ＝E 1－?U 1＝E 1－I 01
E 1＝U ＋R 01I ＝220＋
0.6×5=223V
（2）负载
U ＝E 2＋?U 2＝E 2＋R 02I
E 2＝U －R 02I ＝220－0.6×5R 01＝217V
如图，U ＝220V ，I ＝5A ，内阻R 01＝R 02＝0.6W (1)求电源的电动势E 1和负载的反电动势E 2；(2)试说明功率的平衡
例题1.3
（2）由（1）中两式得
E 1＝E 2＋R 01I ＋R 02I
等号两边同乘以I 得
E 1I ＝E 2I ＋R 01I 2＋R 02I 2
223×5＝217×5＋0.6×52 ＋0.6×52
1115W=1085W ＋15W ＋15W E 2I ＝1085W
R 01I 2＝15W
R 02I 2＝15W
负载取用功率
电源产生的功率
负载内阻损耗功率
电源内阻损耗功率
3. 电源与负载的判别
分析电路时，如何判别哪个元件是电源？哪个是负载？
U 和I 的参考方向与实际方向一致
U 和I 的实际方向相反，电流从＋端流出，发出功率
电源
负载
U 和I 的实际方向相同，电流从＋端流入，吸收功率
I U a
b
+
-
I
R
U a b
I R
U
a b
当
或当U和I两者的参考方向选得一致
电源P＝UI＜0负载P＝UI＞0
U和I两者的参考方向选得相反
电源P＝UI＞0负载P＝UI＜0 4．额定值与实际值
额定值是制造厂商为了使产品能在给定的条件下正常运行而规定的正常允许值
注在使用电气设备或元件时，电压、电流、功率的实际值不一定等于它们的额定值
哈尔滨工业大（威海） ２００３ /2004 学年 秋 季学期 电工技术 试题（Ａ） 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 附加题 分数 一、选择与填空（ 20分 ，1-7每题 2分，8题每空2分） 1．图（1）所示电路中，a 、b 间的等效电阻为（4?）。 （１） （２） 2．试计算图（２）所示电路中的 Ａ点的电位为（５Ｖ）。 3．将下图所示电路的ab 二端网络化成戴维南等效电路。 4．三相异步电动机的额定转速为 1460r/min 。当负载转矩为额定转矩的一 半时，电动机的转速为（1480r/min ）。 姓名 班级: 注 意 行 为 规 范 遵 守 考 试 纪 律 10V I +-a b 0.5 I 1k Ω 1k Ω
5．电路如图所示，已知X L =R=X C ，并已知安培计A 的读数为5A ，则A 1的读数为（52A ），A 2的读数为（5A ）。 6．有一交流铁心线圈，线圈匝数加倍，线圈的电阻及电源电压保持不变。铁心的磁感应强度将（增大、减小、不变），线圈中的电流将（增大、减 小 、不变） 7．将R L =8Ω的扬声器接在输出变压器的副绕组上，已知Ｎ１＝３００匝，Ｎ２＝１００匝，信号源电动势Ｅ＝６Ｖ，内阻Ｒ０＝１００Ω，扬声器得到的功率为 （０．０８７６Ｗ）。 8．三相异步电动机的额定转速为１４７０转／分，电源电压为３８０Ｖ，三角形联接，功率为30kW ，效率为93%，功率因数为0.85。试计算额定转矩为（194.90N m ?）；额定转差率为（ 2% ）；额定电流为（ 57.66A ）。 二、图中Ｎ为无源电阻网络，已知当ＵＳ＝１０Ｖ，ＩＳ＝０时，ＵＸ＝１０Ｖ；当ＵＳ＝０，ＩＳ＝１Ａ时，ＵＸ＝２０Ｖ。求当ＵＳ＝２０Ｖ，ＩＳ＝３Ａ时，ＵＸ为多少。（７分） 解: 由线性电路的叠加定理得: a s U + b s I = c x V 当V V s 10=时 V U I s s 10,0== 即 10a=10c + － U s + － U x
哈尔滨工业大学 电工学教研室 第3章正弦交流电路 返回
3.1 正弦电压与电流3.3 电阻元件、电感元件与电容元件3.4 电阻元件的交流电路3.5 电感元件的交流电路3.6 电容元件的交流电路 3.7 电阻、电感与电容元件的交流电路3.8 阻抗的串联与并联3.9 交流电路的频率特性3.10 功率因数的提高 目录 3.2 正弦量的相量表示法
3.1 正弦电压与电流 直流电和正弦交流电 前面两章分析的是直流电路，其中的电压和电流的大小 和方向是不随时间变化的。 I，U O t 直流电压和电流 返回
t i u O 正弦电压和电流 实际方向和参考方向一致 实际方向和参考方向相反 ＋ － 正半周 实际方向和参考方向一致 + _ u R ⊕ i 负半周 实际方向和参考方向相反 + _ u R ⊕ i 正弦交流电的电压和电流是按照正弦规律周期性变化的。
3.1.1 频率和周期 正弦量变化一次所需要的时间（秒）称为周期（T ）。每秒内变化的次数称为频率（），单位是赫兹（Hz ）。 我国和大多数国家采用50Hz 的电力标准，有些国家（美国、日本等）采用60Hz 。 小常识 正弦量变化的快慢还可用角频率来表示：f T ππω22==t T 2 T 2 3T t ωπ π 2π3π 4T 2u i O f 频率是周期的倒数: f =1/T 已知=50Hz,求T 和ω。 [解]T =1/=1/50=0.02s, ω=2π=2×3.14×50＝314rad/s f f f 例题3.1
3.1.2 幅值和有效值 瞬时值和幅值 正弦量在任一瞬间的值称为瞬时值，用小写字母表示，如、u、e等。 i 瞬时值中的最大的值称为幅值或最大值，用带下标m的大写字母表示，如I U m、E m等。 m、 有效值 在工程应用中常用有效值表示交流电的幅度。一般所讲的正 弦交流电的大小，如交流电压380V或220V，指的都是有效值。 有效值是用电流的热效应来规定的。设一交流电流和一直流 电流I 流过相同的电阻R，如果在交流电的一个周期内交流电和直 流电产生的热量相等，则交流电流的有效值就等于这个直流电的 电流I。
关于绿色照明电源 摘要：阐述了绿色照明的经济效益和环境效益，世界主要发达国家及中国绿色照明计划及进展，论述了国内实施绿色照明计划存在的问题及主要技术措施。 关键词：绿色照明，经济效益，理论模型，技术措施 一、“绿色照明“的提出及发展现状 “绿色照明”概念的提出源于上世纪九十年代初的美国,1991 年美国环保局 (EPA)提出了一项提高照明用电效率、节约电力、减少空气污染的行动计划 , 被形象地命名为“绿色照明计划”。其主要做法 是以政府与私营单位签订自愿协议的方式 , 在任何有成本效益的地方用高效节能照明器具替代传统低效 的照明器具 , 采用科学的照明设计和照明控方法 , 提高照明用电效率和照明质量。作为当时一项独具特色的节能行动计划 , “绿色照明”在美国取得了前所未有的成功 , 很快得到了国际社会的广泛认可 和积极响应。从此 , “绿色照明”一词即成为照明节电的代名词。“绿色照明”经历了二十多年的探 索和实践 , 现在已在全球范围内产生了巨大的经济效益和社会效益 , 被国际社会视为推动节能、保护环境的最有效措施。【1】 1996 年EPA 与美国能源部(Department ofEnergy, 简称DOE) 联合起来推广经能源之星标志认证的 产品, 认证范围也逐渐扩大到包括新建房屋、商业与公共建筑、民用空调设备、办公设备、照明系统和其他家电等。随着能源之星发展成为一个系统的建筑节能计划, 绿色照明(Green Lighting) 和所有经认证 的产品都使用新的标志———能源之星。这一标志 使消费者和商家更易于识别具有节能和环保功能的产品和服务。《能源之星建筑指南( Energy Star BuildingManual) 》指出, 如果美国所有消费者和厂商都使用经能源之星认证的产品和建筑节能升级方案, 那么美国每年用于能源消费的支出可节约2 000 亿美元。除了经济上的效益外, 能源之星的作用还体现在减少污染和保护大气等方面。能源之星自实 施以来, 已减少了640 万t 碳化合物的排放, 并节约了316 亿kWh 的电能。 目前, 欧洲住宅照明耗电90TWh , 预计 存在30 % 的节电潜能。在德国汉堡, 启动了 一项计划,“为了气候环境, 更新照明设施, 在一些公共大楼,例如中学、大学、公厕、隧 道、剧院、博物馆等更新照明设施, 如用钠 灯更换隧道的荧光灯, 在法国的连锁超市, 用T5 更换400W 的汞灯, 在意大利的连锁超 市中安装电子镇流器, 根据天然采光进行调 光控制, 在一些超市安装T5 , 照度由900lx 减至700lx 。在荷兰, 安装可调光电子镇流器, 采用天然采
大作业一 积分电路的讨论 班级： 学号： 姓名： 2013年11月10日
关于RC 积分电路的深入讨论： 在输入为周期性单向方波脉冲信号的激励下。讨论积分电路的特性。 1） 理论推导稳态时输出电压平均值与输入电压平均值的关系； 2） 设2ms T =，11ms t =，m 10V U =，讨论电路从零初始值过渡到稳态所需时间与RC 参数之间的关系。绘制出 变化曲线。可选择做计算机仿真分析。 3） 讨论在时间常数τ相同，不同的R 、C 取值（比如10k Ω/1F μ的组合，与10Ω/1000F μ的组合）之间有何分 别？ 答案： 1）电路处于稳态时，输出端电压变化为下图粗线，输入电压的变化为下图细线。 图1 输出端电压和输入电压的变化图像 在电路处于稳态时选择一个起始时间零点，不妨设t 1=T/2。假设在时间零点，输出电压为u 0。则在0~t 1时间内，输出端电压u 2对时间t 的函数为τ t m m e U u U u - ?-+=)(02 在0~t 1时间内对u 2积分得)1()(2])([202 01-?-?-?=?-+=--?τττT m m T t m m e U u U T dt e U u U I 。 t 1时刻输出端电压为τ 20)(T m m e U u U -?-+。 t 1~T 时刻输出端电压u 2对时间t 的函数为τ τ 2 202])([T t T m m e e U u U u -- -??-+=。 在t 1~T 时间内对u 2积分得 )1(])([])([2202 2 202-??-+?-=??-+=- - - - -?τ τ τ τ τT T m m T T T t T m m e e U u U dt e e U u U I 。
电子技术课程设计一评分：数字显示电子钟 班级：
题目：数字显示电子钟 设计要求： 1)LED数码管显示小时、分、秒； 2）可以快速校准小时、分；秒计时可以校零；3）最大显示为23小时59分59秒； 4）秒脉冲信号由1MHz信号经分频器产生；5）绘制电气原理图（手工或EDA软件）； 6）给出各功能块的原理说明； 7）编写操作说明； 8）统一封面格式
1. 设计目的 数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。 因此，我们此次设计数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟。而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路。通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。 2.设计要求： （1）LED数码管显示小时、分、秒； （2）可以快速校准小时、分；秒计时可以校零； （3）最大显示为23小时59分59秒； （4）秒脉冲信号由1MHz信号经分频器产生； （5）绘制电气原理图（手工或EDA软件）； （6）给出各功能块的原理说明； （7）编写操作说明； （8）统一封面格式 3. 功能原理 （1）数字钟的基本原理 数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、LED数码管、校时电路等组成。工作原理为时钟源用以产生稳定的脉冲信号，作为数字种的时间基准，要求震荡频率为1HZ，为标准秒脉冲。将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”，该计数器采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计数器，可以实现24小时的累计。LED数码管将“时、分、秒”计数器的输出状态显示。校时电路是来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整。
2013秋季学期《电工技术I》大作业 （1208101~104） 班级： 11208103 学号： 1120810332 姓名：李雪皑 成绩：
继电接触器和可编程控制器综合设计题目 有一运料小车在A 、B 两地来回运行，其中A 地为装料处，设有限位开关ST1，每次装料时间为30s ；B 地为卸料处，设有限位开关ST2，每次卸料时间为20s 。 小车运行控制分手控操作和自控操作。 一．系统控制要求： （1）手动操作：能手动控制小车向A 地运行或向B 地运行。 （2）自控操作：当小车启动时，有一物料检测传感器检测小车料箱是否有料，如果有料，该传感器的常开触点闭合，小车自动向B 地运行；如果无料，该传感器的常闭触点闭合，小车自动向A 地运行。小车到达B 地限位开关ST2处停车20s 卸料，然后自动驶向A 地；小车到达A 地限位开关ST1处停车30s 装料，然后再自动返回B 地卸料。如此循环往复。 （3）停车控制：小车在自动往返运行过程中，均可用手动开关令其停车。再次启动后，小车重复（2）中内容。 设计要求： （1）设计控制该小车运行的继电接触器控制电路（包括主电路和控制电路）； （2）设计控制该小车运行的PLC 控制梯形图程序并画出外部接线图（注意进行I/O 分配）。 （3）写出综合设计报告。 二．继电接触器系统的设计分析 根据控制要求，程序应由手动控制和自动控制两部分组成，手动控制时，将手动/自动转换开关至于手动位置。程序执行手动操作时，小车前进和后退设有联锁，并设置前进和后退的限位保护。按前进按钮时，小车前进，碰到前进现为保护时，小车停下，底门电磁铁动作。按后退按钮，小车后退，底门电磁铁释放，碰到后退限位保护时，小车停车。当选择自动控制工作方式时，将手动/自动转换开关至于自动位置，执行自动工作程序。 1. 继电接触器控制开关及符号分配 QS ： 总电源开关 QS1：手动和自动控制选择开关 限位开关 限位开关