电工电子技术基础-第1章 电路基本概念及基本定律
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第1章 电路的基本概念和基本定律1-1 电路就是电流流通的路径,是各种电气元件按一定方式连接起来组成的总体。
电路由四部分组成,分别为电源,导线,负载,控制和保护装置。
1-2 电压表示电源力对电荷做功,实际方向由高电位指向低电位电压降方向。
电动势表示电源力对电荷做功的能力。
实际方向由低电位指向高电位,电位升方向。
电位表示电荷所具有的位能。
对参考点而言,正值表示某点电位比参考电位高,负值表示某点电位低于参考点。
1-3 (a)V A =6V ,V B =2V ,V C =0V ;(b)V A =4V ,V B =0V ,V C =-2V ;(c)V A =6V ,V B =6V ,V C =0V ;(d)V A =12V ,V B =4V ,V C =0V ;(e)V A =6V ,V B =-2V ,V C =-6V1-4 (a)U=2I+1;(b)U=-3I+4;(c )U=3V ;(d)U=3V1-5 UAB=-100V ,UBA=100V1-6 U=-5V1-7 (a)U ab =10V ;U ba =-10V ;(b) U ab =5V ,U ba =-5V ;(c)U ab =15V ,U ba =-15V ;(d)U bc =-4V ,U cb =4V ,I=2A ;(e)Us=0V1-8 5V ;17V ;65V ;43V1-9 0.2A ;1.1A ;1.8A ;2.7A1-10 (a)20W ,耗能元件;(b)-20W ,电源;(c)20W ,耗能电源;(d)-20W ,电源 1-11 U=600V ,P=180W1-12 -18W ,-18W ,4W1-13 2A ,5Ω;7A ,2Ω;20V ,4Ω;20V ,2Ω第2章 线性电路的分析的基本方法2-1 I=1A ,I=5A2-2 I=3A ;I=-3A ;I=02-4 1A ;5A ;6A ;2A ;8A 2-5 A 1518 2-6 70W ;0W2-8 5A,-9V2-9 I=4A ,U=6V2-10 16V ,4Ω;-7V ,12Ω2-11 3A第3章 交流电路分析的基本方法3-1(1)ω=314rad/s ,f =50Hz ,T =0.02s ,U m =311V ,U =220V ,φu =45°(2)u (0)=220V(3)u (0.01)=-220V3-2 U 1=219.94V ,U 2=379.77V ,u 1超前u 230°3-3(1)u 1=50sin (100t +30°)V ,u 2=-100sin (100t -150°)V(2)△φ=180°3-4 13.660.34A B j , 2.3411.66A B j ,808.31A B ,/ 1.2598.1A B3-5 236.9IA ,1436.9U V ,27.219.4U V ,图略 1245I ,2245I 40UV ,图略3-6 u (t )=220sin ωt V ,0220220j Ue V ,20sin 45i t t ()()A 4511010102j I e A ;282sin 90i t t ()()A ;90288890I j ej A3-7 u 0滞后u 1arctanωRC 3-8 1112I A ;211I A ;11I A ;20C X A ;C=159μF ;R=10Ω;L=0.0318H3-9 I =5A ,R =,X C =,X L.=3-10 R =100Ω,L =17.7μF ,C =573mH3-11(1)18.8272.9I A ,213.426.6I A ,20.544.7I ; (2)P 1=311W ,P 2=1437W ,P =1748W ;(3)Q 1=1011var ,Q 2=718var ,Q =1729var ;(4)S I =1058V ⋅A ,S 2=1608V ⋅A ,S =2460V ⋅A3-12 245ZΩ 3-13 A 1=20A ,A 2=20A ,A =28.28A3-14 R =6.05Ω,L =0.033H ,C =152μF 3-15 (a )236.9I A ,1436.9U V ,27.219.4U V ,图略(b )1245I A ,2245I A ,40U V , 图略3-16 L 1=1H ,L 2=0.33H3-17 P =880W ,Q =660var ,S =110 V ⋅A ,4436.9Z Ω 3-18 cos φ=0.6,R =30Ω,X L =40Ω,P =580W ,Q =775var3-19 P 1=-22.3W , Q 1=12.9var ;P 2=22.3W ,Q 2=12.9var3-20 C =15.5pF ,R =129Ω,Q =5510W3-21 cos φ1=0.5,cos φ2=0.85,3-22 (1)I =263A ,S =100k V ⋅A ,Q =92kvar(2)cos φ=0.88,C =2916pF第4章 三相电路及其应用4-1()..1202206012022060A A U V U =∠-=∠-=∠;()..12022060120220180C A U V U =∠-=∠+=∠()60A u t ω=+;()60B u t ω=-;()180C u t ω=+ 4-2 u U=220sin(314t-30°)V;u V=220sin (314t-150°)V;u=220sin(314t+90°)V4-3 (1)各相电流为Ip =11A (2)线电流为I l=Ip=11A (3)因为负载对称,故中线电流为零。
电工基础-电路的基本概念和基本定律教案第一章:电路的基本概念1.1 电流定义:电流是电荷的流动,单位是安培(A)电流的产生:电压使电荷发生移动形成电流1.2 电压定义:电压是电场力推动电荷移动的能力,单位是伏特(V)电压的产生:电源提供电压,使电荷在电路中流动1.3 电阻定义:电阻是电路对电流阻碍作用的大小,单位是欧姆(Ω)电阻的计算:R = V/I,其中V为电压,I为电流第二章:电路的基本元件2.1 电源定义:电源是提供电压的装置常见电源:电池、发电机、电源适配器等2.2 负载定义:负载是电路中消耗电能的装置常见负载:电灯、电动机、电阻等2.3 开关定义:开关是控制电路通断的装置常见开关:手动开关、自动开关等第三章:基本电路定律3.1 欧姆定律定义:电流I与电压V成正比,与电阻R成反比,公式为I = V/R 应用:计算电路中的电流、电压和电阻3.2 基尔霍夫电压定律(KVL)定义:电路中任意闭合回路电压的代数和等于零应用:分析电路中的电压关系,解决电压问题3.3 基尔霍夫电流定律(KCL)定义:电路中任意节点流入电流的代数和等于流出电流的代数和应用:分析电路中的电流关系,解决电流问题第四章:简单电路分析4.1 串联电路定义:电路中元件依次连接,电流相同,电压分配特点:电流相同,电压分配应用:计算串联电路中的电流、电压和电阻4.2 并联电路定义:电路中元件并行连接,电压相同,电流分配特点:电压相同,电流分配应用:计算并联电路中的电流、电压和电阻第五章:电路测量与实验5.1 测量工具电流表:测量电路中的电流电压表:测量电路中的电压电阻表:测量电路中的电阻5.2 实验步骤与方法实验设计:确定实验目的、电路连接方式等实验操作:按照实验步骤进行测量和数据记录实验分析:根据测量数据进行分析,得出结论第六章:电路的进阶概念6.1 交流电与直流电定义:交流电是电压和电流方向周期性变化的电,直流电是电压和电流方向不变的电特点:交流电有频率和相位,直流电稳定6.2 频率与周期定义:频率是单位时间内交流电变化的次数,周期是一次完整变化所需的时间关系:f = 1/T,其中f为频率,T为周期6.3 相位差定义:交流电中两个电压或电流波形的相对时间差应用:分析电路中波形的相位关系第七章:电路图的绘制7.1 电路图符号电源符号:电池、发电机等负载符号:电灯、电动机、电阻等开关符号:手动开关、自动开关等7.2 电路图绘制规则清晰:符号清晰,连线准确简洁:简化电路,删除多余部分一致:符号一致,电压方向一致7.3 电路图的解读与绘制解读:分析电路元件和连接方式,理解电路功能绘制:根据电路元件和连接方式,绘制电路图第八章:电路仿真软件的使用8.1 电路仿真软件概述定义:电路仿真软件是一种用于电路分析和设计的工具作用:模拟电路运行,验证电路设计,分析电路性能8.2 常见的电路仿真软件Multisim:功能强大,操作简单,广泛应用于电路设计和实验教学Proteus:界面友好,兼容性好,支持多种硬件描述语言LabVIEW:基于图形化编程语言,适用于复杂电路系统的研究和开发8.3 电路仿真软件的使用方法打开软件,创建新项目绘制电路图,添加元件设置参数,运行仿真分析结果,优化电路设计第九章:磁路与电磁感应9.1 磁路定义:磁力线在电路中的路径磁阻:磁路对磁力线的阻碍作用磁通量:磁场穿过磁路的面积与磁场强度之积9.2 电磁感应定义:磁通量变化时,产生感应电动势法拉第电磁感应定律:ε= -dΦ/dt,其中ε为感应电动势,Φ为磁通量,t为时间楞次定律:感应电流的方向是阻碍磁通量变化的方向第十章:电机的工作原理与控制10.1 直流电机工作原理:电流通过电枢产生磁场,与磁极相互作用产生转矩控制方式:电压控制、电流控制、转速控制等10.2 交流电机工作原理:电流通过线圈产生磁场,与磁极相互作用产生转矩控制方式:电压控制、频率控制、转速控制等10.3 电机控制系统定义:通过控制电机的工作原理和运行参数,实现对电机的控制应用:电动汽车、工业、风力发电等第十一章:电力电子技术11.1 电力电子器件定义:用于电力转换和控制的电子器件常见器件:二极管、晶体管、晶闸管、GTO、IGBT等11.2 电力电子电路定义:利用电力电子器件实现电能转换和控制的电路应用:变频调速、整流、逆变、斩波等11.3 电力电子技术的应用定义:电力电子技术在电力系统和电气设备中的应用应用领域:电源、电机控制、电力系统、可再生能源等第十二章:电气设备12.1 概述定义:用于发电、输电、变电、配电和用电的设备分类:发电设备、输电设备、变电设备、配电设备、用电设备12.2 发电设备定义:将机械能、热能等转化为电能的设备常见设备:汽轮机、水轮机、风力发电机、太阳能光伏板等12.3 输电设备定义:将电能从发电站输送到用户的设备常见设备:输电线路、变压器、断路器等第十三章:电力系统分析13.1 电力系统的基本组成部分定义:电力系统由发电、输电、变电、配电和用电五个部分组成作用:实现电能的生产、传输、分配和消费13.2 电力系统的稳定性分析定义:分析电力系统在受到扰动时的稳定运行能力稳定性指标:暂态稳定性、静态稳定性、暂态过程中的电压稳定性等13.3 电力系统的经济性分析定义:分析电力系统的运行成本和效率经济性指标:发电成本、输电损耗、用电成本等第十四章:电力系统的保护与控制14.1 电力系统的保护定义:对电力系统进行故障检测和隔离,保护设备和人员安全保护装置:继电保护、差动保护、距离保护等14.2 电力系统的控制定义:对电力系统的运行参数进行调节和控制,保证系统稳定运行控制方法:开关控制、调节控制、最优控制等14.3 电力系统自动化定义:利用计算机技术和自动化装置实现电力系统的运行控制和管理应用:发电控制、输电控制、变电控制、配电控制等第十五章:可再生能源与电力系统15.1 可再生能源概述定义:指在自然界中不断补充的能源,如太阳能、风能、水能等优点:清洁、可再生、减少化石能源依赖等15.2 可再生能源并网技术定义:将可再生能源发电装置接入电力系统,实现电能的互补和利用技术难点:波动性、不稳定、电能质量等15.3 电力系统的可持续发展定义:在满足人类需求的保证电力系统的长期稳定和发展措施:发展可再生能源、提高能源利用效率、减少环境污染等重点和难点解析本文主要介绍了电工基础-电路的基本概念和基本定律,包括电路的基本概念、基本元件、基本电路定律、简单电路分析、电路测量与实验、电路的进阶概念、电路图的绘制、电路仿真软件的使用、磁路与电磁感应、电机的工作原理与控制、电力电子技术、电气设备、电力系统分析、保护与控制以及可再生能源与电力系统等方面的知识。
《电工电子技术基础》教案第一章:电路基本概念与定律1.1 电路的基本元素电源开关电阻电容电感1.2 电路的基本连接串联电路并联电路混联电路1.3 欧姆定律电流(I)电压(V)电阻(R)1.4 功率与能量功率(P)能量(E)第二章:简单电路分析2.1 基尔霍夫定律电流定律(KCL)电压定律(KVL)2.2 电阻的测量伏安法欧姆表的使用2.3 电路的简化串联电阻的计算并联电阻的计算2.4 电路的功率分析电功率的计算电能的计算第三章:交流电路3.1 交流电的基本概念交流电的定义交流电的表示方法3.2 交流电路的电阻分析电阻对交流电的影响电阻的阻抗计算3.3 交流电路的电容分析电容对交流电的影响电容的阻抗计算3.4 交流电路的电感分析电感对交流电的影响电感的阻抗计算第四章:磁路与变压器4.1 磁路的基本概念磁通量磁感应强度4.2 变压器的基本原理变压器的工作原理变压器的构造4.3 变压器的特性变压器的变压比变压器的效率4.4 变压器的应用电压变换电流变换第五章:半导体基础5.1 半导体的基本概念半导体的定义半导体的分类5.2 PN结的形成与特性PN结的形成过程PN结的特性5.3 半导体器件晶体二极管晶体三极管5.4 半导体电路的基本分析直流电路分析交流电路分析第六章:数字电路基础6.1 数字电路的基本概念数字信号与模拟信号数字电路的组成6.2 逻辑门电路与门(AND Gate)或门(OR Gate)非门(NOT Gate)与非门(NAND Gate)或非门(NOR Gate)6.3 逻辑函数与逻辑表达式逻辑函数的定义逻辑函数的表示方法逻辑函数的简化6.4 逻辑电路的设计半加器全加器译码器编码器第七章:触发器与计数器7.1 触发器的基本概念触发器的定义触发器的作用7.2 常见的触发器SR触发器JK触发器T触发器D触发器7.3 计数器的基本概念计数器的定义计数器的作用7.4 常见的计数器二进制计数器十进制计数器双向计数器第八章:模拟电子技术8.1 放大器的基本概念放大器的定义放大器的作用8.2 放大器的类型静态放大器动态放大器功率放大器8.3 放大器的分析方法微变等效电路分析法交流等效电路分析法8.4 反馈在放大器中的应用反馈的定义反馈的类型反馈的作用第九章:电力电子技术9.1 电力电子器件晶闸管整流器逆变器9.2 电力电子电路的应用电力控制电力调节电力转换9.3 电力电子技术的优势与挑战优势挑战9.4 电力电子技术的发展趋势发展历程未来发展趋势第十章:电工电子技术实验与调试10.1 实验基本知识与技能实验仪器的使用实验操作步骤数据处理与分析10.2 电工实验电阻测量电压与电流测量功率测量10.3 电子技术实验逻辑门电路测试触发器与计数器测试放大器测试10.4 综合实验与调试电路设计与搭建故障诊断与排除性能测试与优化重点和难点解析一、第二章的电路简化与功率分析:理解和应用串并联电路的简化方法,以及电功率的计算。
第1章电路的基本概念与基本定理电路理论是电工与电子技术的基本理论。
本章着重介绍电流和电压的参考方向、基尔霍夫定律及电路等效原理等。
通过本章内容的学习可了解和掌握电路中的基本概念和定律,为后续分析复杂电路打下一个基础。
1.1电路的基本概念在高中,我们学过电压、电流、电动势、功率以及欧姆定律等电路的基本概念。
但高中所学的这些电路理论往往解决不了一些复杂电路。
本节将进一步讲解其有关知识。
1.1.1电路的组成人们在日常生活中广泛地使用着各种电器,如热水器、电扇等。
要用电首先要有电源,然后用导线、开关和用电设备或用电器连接起来,构成一个电流流通的闭合路径。
这个电流通过的路径就叫电路。
电路的形式是多种多样的,但从电路的本质来说,其组成都有电源、负载、中间环节三个最基本的部分。
其中电源的作用是为电路提供能量,如发电机利用机械能或核能转化为电能,蓄电池利用化学能转化为电能,光电池利用光能转化为电能等;负载则将电能转化为其他形式的能量加以利用,如电动机将电能转化为机械能,电炉将电能转化为热能等;中间环节用作电源和负载的联接体,包括导线、开关、控制线路中的保护设备等。
图1-1所示的手电筒电路中,电池作电源,灯作负载,导线和开关作为中间环节将灯和电池连接起来。
1.1.2 电路模型实际电路由各种作用不同的电路元件或器件所组成。
实际电路元件尽管外形和作用千差万别,种类繁多,但在电磁性质方面却可以归为几大类。
有的元件主要是提供电能的,如发电机、电池等;有的元件主要是消耗电能的,如各种电阻器、电灯、电炉等;有的元件主要是储存电场能量,如各种电容器;有的元件主要是储存磁场能量,如各种电感线圈。
为了便于对电路进行分析的计算,我们常把实际元件加以理想化,忽略其次要的因素用以反映它们主要物理性质的理想元件来代替。
这样由理想元件组成的电路就是实际电路的电路模型,简称电路。
手电筒电路的电路模型如图1-2所示。
用来表征上述物理性质的理想电路元件(今后理想两字常略去)分别称为恒压源U S 、恒流源I S 、电阻元件R 、电容元件C 、电感元件L 。
第一章电路的基本概念和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。
§1-1 电路中的物理现象和电路模型一、实际电路电路: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。
日光灯实际电路二、理想电路元件、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旗舰所组成,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。
例如:一个白炽灯在有电流通过时,如下图所示: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。
2、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。
如下图所示:U S三、电路的分类1、分布参数电路电路本身的几何尺寸相对于工作波长不可忽略的电路。
2、集中参数电路如果电路本身的几何尺寸l相对于电路的工作频率所对应的波长λ小的多,则在分析电路时可以忽略元件和电路本身几何尺寸。
例如:工作频率为50Hz,波长λ=6000km,所以在工频情况下,多数电路满足l<<λ,可以认为是集中参数电路。
集中参数电路分为:线性电路(元件参数为常数)★非线性电路(元件参数不为常数)§1-2电路中的基本物理量一、电流及电流的参考方向1、电流:带电粒子或电荷在电场力作用下的定向运动形成的电流。
dtdqi =(单位时间内通过某一截面的电荷量) 电流的单位:A (安培)、kA (千安)、mA(毫安)、μA (微安)A 10A 1 , A 10mA 1 , A 10kA 1-633===-μ2、电流的参考方向电流的实际方向: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 )(参考方向与实际方向相同)A)2( 0=>i i 实际方向(2A )(参考方向与实际方向相反)A)2( 0-=<i i二、电压、电位及电压的参考方向1、电位(物理中的电势)电场力把单位正电荷从一点移到参考点所做的功。