第二章电工基础第一节直流电路课件.ppt

第二章 电工基础,第一节 直流电路,什么是电路？,把电源、用电器、开关等通过导线的连接，按一定方式构成的闭合电源通路，称为电路。,电路元件大体可分为四大类：,（1）电源,（2）负载,（3）控制电器和保护电器（开关）,（4）导线,最简单的电路,一、电路的组成和作用,简单的说，电流所流经的路径就是电路，它由电路元件组成。 电动机通过导线经开关与电源接成了电流的通路，并将电能转换成机械能，电动机就转动起来。电动机、电源等叫做电路元件。,电路的作用是产生、分配、传输和使用电能。是进行电能与其他形式能量之间的转换。,（1）电源：即发电设备，其作用是将其它形式的能量转换为电能。如，发电机将机械能转换成电能；蓄电池将化学能转换成电能等。,（2）负载：即用电设备，其作用是把电能转换为其它形式的能。如，电灯泡将电能转换成光能；电炉将电能转换热能等。,（3）控制电器和保护电器：控制电源与用电器接通或断开。在电路中起控制和保护作用。,（4）导线：由导体材料制成，其作用是把电源、负载和控制电器连接成一个电路，并将电源的电能传输给负载。,二、电路图,如果用电气设备的实物图形表示实际的电路，画起来就很复杂，不便于分析和研究。因此，通常将电路的实际元件用图形符号表示在电路图中，称为电路原理图，也叫电路图。,简单电路,电路原理图,（1）电路图,部分电工图形符号见课本第7页，表1-1。,四、电流、电流强度,一）,五、,六、,七、电路的欧母定律,三个基本物理量电流(I)、电压(U)、电阻（R）1、电流：电荷有规则的定向运动形成电流。 通常规定正电荷移动的方向为电流的方向。 电流的大小取决于单位时间内通过导体截面的电量多少。 通常规定，电流大小（即电流强度）等于单位时间内通过截面的电量，用字母 I 表示。 电流的单位是安培，简称安（A）。电流的单位还有毫安（mA）、微安（A）等。 1A = 103 mA = 106A电流分直流和交流两大类： 凡方向不随时间而变化的电流都称为直流电流。 大小和方向都不随时间而变化的电流，称为稳恒电流，简称直流。 凡大小和方向都随时间而变化的电流，称为交变电流，简称交流。,2、电压：电场中某两点的电位之差，称为该两点间的电压。假设电场中a点和 b点的电位分别是a和b，则两点的电压为 Uab = a - b电压和电位的单位相同，都是伏特（V）。简称伏。常用单位有：千伏（kv）、毫伏（mA）、微伏（V） 1V = 10-3 kV = 103 mA = 106V我们规定电压的方向是由高电位指向低电位。3、电阻：电流通过导体时，导体对电流有阻碍作用，表示这种阻碍作用的物理量叫做电阻。单位是欧姆（），简称欧。电流、电压、电阻是电路中的三个物理量，分析计算电路，就是研究它们之间的关系，确定它们的大小。欧姆定律就是反映电阻元件两端的电压与通过该元件的电流和电阻三者关系的定律。,一）,二）,三）,由欧姆定律可知: 电阻有电流流过时，两端必有电压，这个电压习惯上叫电压降。 通常导线都是有电阻的，当用导线传输电流时，就产生电压降，因此，输电线路末端的电位总是比始端的电位低。输电线路上电压降低的数值叫做电压损失。 如果线路较长，线路电流较大，其电压损失就较大，供给负载的电压将明显下降，影响设备的正常工作。,一）电阻的串联电路,将两个或两个以上的电阻依次首尾相联，使各电阻通过同一电流，这种连接方式叫做电阻的串联。,U,+,-,+,-,U,R,R1,R2,R3,U1,U2,U3,三个电阻的串联电路,等效电路,I,R = R1 + R2 + R3 R叫等效电阻,八、电阻的串、并和混联,串联的特点：,（1）流过每个电阻的电流相同； I= I1 =I2 = I3 =(2)总电压等于各个电阻上的电压之和; U = U1 + U2 + U3 + + Un(3)总电阻等于各电阻之和; R = R1 + R2 + R3 + + Rn(4)各电阻的分压与其电阻值成正比；,U,+,-,R1,R2,R3,U1,U2,U3,I,U1 =,U,R1,R1 + R2 + R3 + + Rn,=,R1,U,R,U2 =,U,R2,R1 + R2 + R3 + + Rn,=,R2,U,R,U3 =,U,R3,R1 + R2 + R3 + + Rn,=,R3,U,R,Un =,U,Rn,R1 + R2 + R3 + + Rn,=,Rn,U,R,U,+,-,R1,R2,R3,U1,U2,I,P1 =,P,R1,R1 + R2 + R3 + + Rn,=,R1,P,R,（5）各电阻消耗的功率与其电阻值成正比；,I2R1 =,P2 =,P,R2,R1 + R2 + R3 + + Rn,=,R2,P,R,I2R2 =,U3,P3 =,P,R3,R1 + R2 + R3 + + Rn,=,R3,P,R,I2R3 =,Pn =,P,Rn,R1 + R2 + R3 + + Rn,=,Rn,P,R,I2Rn =,U,+,-,R1,R2,R3,U1,U2,I,U3,（6）总电阻消耗的功率等于各电阻消耗功率之和； P = P1 + P2 + P3 + + Pn,例1：已知图中所示的电路中，R1 = 5，R2 = 10，R3 = 15，E = 30V，求总电阻、电路中的电流及各电阻上的电压。,R1,R2,R3,E,+,-,解:总电阻为R = R1 + R2 + R3 = 5 + 10 + 15 = 30(),电路中的电流为,I=,E,U1 = IR1= 15 = 5(V)U2 = IR2= 110 = 10(V)U3 = IR3 = 115 = 15(V),R1 + R2 + R3,=,E,R,=,30,30,=1(A),各电阻上的电压为,例2：60W 和 25W 的两个灯泡串联后接在220V的电源上，问哪个灯泡较亮，电路中的电流的多少，每个灯泡实际消耗的功率是多少。,分析：两个不同功率的灯泡串联后，在线路上消耗的功率越大就越亮。那么先求出两灯泡各自的阻值，再求它们串联在线路上的电流，然后求每个灯泡消耗的功率。,解：60W灯泡的电阻为,R60 =,U2,P60,=,2202,60,= 807(),25W灯泡的电阻为,R25 =,U2,P25,=,2202,25,=1940(),两个灯泡串联后电路中的电流为,I =,U,R,=,U,R60+R25,=,220,807+1940, 0.08A,每个灯泡消耗的功率为,P60 = I2R60 = 0.082 807 5.16(W),P25 = I2R25 = 0.082 1940 12.4(W),由上可见，串联后25W灯泡的实际消耗功率较60W的大得多，所以25W灯泡较亮。,总结： 由串联电路的特点可知，如果在电路中串联一个电阻，那么电路的等效电阻就要增大； 在电源电压不变的情况下，电路中的电流将要减少，所以，串联电阻可起到限流作用。 电阻通过电流要产生电压降，承担了电路的一部分电压，所以串联电阻的另一作用是起分压作用。特点（4）中的 就是分压比。 就是分压公式。,Rn,R,Rn,U,R,Un =,二）电阻的并联电路,几个电阻头尾分别连在一起，即电阻都在两个节点之间，各电阻承受同一电压，这种连接方式叫做电阻的并联。如图：,I1,I2,I3,R1,R2,R3,U,并联电路的特点：,（1）各并联支路两端的电压相等；,U = U1 = U2 = U3 = = Un,（2）并联电路的总电流为各电阻支路电流之和；,I = I1I2I3In,R,=,R1,R2,R3, ,Rn,1,1,1,1,1,（3）并联电路等效电阻的倒数为各电阻的倒数之和；,若几个相同的电阻并联，它的总电阻等于任一支路电阻的数值除以并联数：,R =,R支,n,如果只有两个电阻并联，则有,R =,R1R2,R1R2,当 R1 = R2 时，,R =,R12,2R1,或 =,R22,2R2,=,R1,2,或,R2,2,（4）各支路的电流与各支路电阻的阻值成反比；,I1 =,I,R,R1,=,I,R1,R2,R3,1,1,1,R1,1,I2 =,I,R,R2,=,I,R1,R2,R3,1,1,1,R2,1,I3 =,I,R,R3,=,I,R1,R2,R3,1,1,1,R3,1,In =,I,R,Rn,=,I,R1,R2,R3,1,1,1,Rn,1,当电路增加一并联电阻后，则该电阻中将通过一定的电流，使总电流增大，因此，并联电路可以起分流作用。,R,Rn,就是分流比；,In =,I,R,Rn,就是分流公式。,若只有两个电阻并联，则有,I1 =,I,R2,R1R2,I2 =,I,R1,R1R2,如果 R1 = R2，则有,I1 = I2 =,I,R2,R2R2,I,R1,R1R1,=,=,2,I,在并联电路中,并联电阻越多,其等效电阻越小,而且小于任一并联支路的电阻,所以在电路中并联一个电阻后,总电流将增大。,（5）各支路电阻上消耗的功率与各支路电阻的阻值成反比；,P1 =,P,R,R1,P,=,R1,R2,R3,1,1,1,R1,1,P2 =,P,R,R2,P,=,R1,R2,R3,1,1,1,R2,1,P3 =,P,R,R3,P,=,R1,R2,R3,1,1,1,R3,1,Pn =,P,R,Rn,P,=,R1,R2,R3,1,1,1,Rn,1,(6)总电阻消耗的功率等于各电阻所消耗的功率之和。,P = P1P2P3Pn,例：图中，已知 R1 = 40K，R2 = 60K，E = 12V，求电流 I，I1 和 I2。,E,I,I1,I2,R1,R2,解：总电阻为,R =,R1R2,R1R2,=,4060,4060,= 24（K）,I=,E,R,=,12,24103,= 0.5(mA),总电流为,I1=,E,R1,=,12,40103,= 0.3(mA),I2 = II1 = 0.50.3 = 0.2(mA ),在并联电路中,并联电阻越多,其等效电阻越小,而且小于任一并联支路的电阻,所以在电路中并联一个电阻后,总电流将增大。,三）电阻的混联电路,电阻的串联与并联是电路最基本的连接形式。在一些电路中，可能既有电阻的串联，又有电阻的并联，这种电路叫做电阻的混联电路。如图：,R1,R2,R2,R3,分析混联电路的方法,1、应用电阻的串联、并联逐步简化电路，求出电路的等效电阻；2、由等效电阻和电路的总电压，根据欧姆定律求出电路的总电流；3、由总电流根据基尔霍夫定律和欧姆定律求出各支路的电压和电流。,例2，如图所示，,DC 220V,I1,I5,I4,I2,I3,I,R5,R1,R2,R3,R4,20,20,6,15,10,电路的总电压为220V，已知各电阻值，试求各电阻的电流和电压。,R5,R1,R2,R3,R4,并联,并联,解：R1和R2的并联等效电阻,R1、2 =,R1R2,R1R2,=,2020,2020,=10（）,R4、5 =,R4R5,R4R5,=,1510,1510,= 6（）, R4和R5的并联等效电阻,R1、2,R4、5,R3,串联,R1、2,R4、5,R3,R1、2,R4、5,R3,混联电路的等效电阻为,R =,=10 66 = 22 （）,DC 220V,I1,I5,I4,I2,I3,I,R5,R1,R2,R3,R4,电路的总电流为,I = I3 =,U,R,=,220,22,= 10（A）,DC 220V,I1,I5,I4,I2,I3,I,R5,R1,R2,R3,R4,R1、R2两端的电压为,U1、2 = IR1、2,=1010=100（V）,R3的电压为,U3 = IR3 =106 = 60（V）,R4、R5两端的电压为,U4、5 =IR4、5 = 106 = 60（V）,由于R1 = R2，所以,I1 = I2 =,2,I,=,2,10,= 5（A）,R4、R5两端的电流分别为,I4 =,U4、5,R4,60,15,=,= 4（A）,I5 =,U4、5,R5,60,10,=,= 6（A）,例3，已知电路中各电阻值，如图,R1,R3,R2,R4,R5,300 ,100 ,200 ,100 ,200 ,求开关S打开和闭合时AB间的等效电阻。,S,A,B,解：当开关S打开时，,R1,R3,R2,R4,R5,S,A,B,R2与R4串联；,A,B,R2,R4,R1,R3,R2,R4,R5,S,A,B,R3与R5串联；,A,B,R3,R5,R2,R4,A,B,R3,R5,R1,R3,R2,R4,R5,S,A,B,两者再与R1并联,R1,等效电阻为,RAB,=,R2R4,R3R5,R1,1,1,1,1,=,100200,200100,300,1,1,1,1,=100 （）,300 ,100 ,100 ,200 ,200 ,当S闭合时，,R1,R3,R2,R4,R5,S,A,B,R1,R3,R2,R4,R5,S,A,B,R2,R3,R5,R4,R2和R3并联,R5和R4并联,R1,R3,R2,R4,R5,S,A,B,R2,R3,R5,R4,两者串联,R1,R3,R4,R1,R3,R2,R4,R5,S,A,B,R5,R2,A,B,两者串联后再与R1并联,等效电阻为,RAB =,R2R3,R2R3,R1,R4R5,R4R5,（,）,R2R3,R2R3,R1,R4R5,R4R5,100200,100200,300,200100,200100,）,=,（,100200,100200,300,200100,200100,(,）,92.4(),九、,