《电工技术》项目二.

任务二任务一建立电路模型仿真验证基尔霍夫定律任务三仿真验证戴维南定理及叠加原理直流电路是实际应用电路的基础，通过直流电路知识的学习，掌握电路分析的基本方法、原理，进而能应用到解决实际电路的问题中。电路仿真软件的出现，极大地提高了电路的设计和故障的分析等解决实际电路问题的效率，同时，仿真软件的使用也是一种很有效地学习电路知识的方法。知识目标1.了解电路的组成及各部分的作用，了解电路中的基本物理量，并掌握其计算方法，了解构成电路的基本元件；2.了解电压、电流的方向问题，掌握电压、电流的测量方法；3.掌握欧姆定律并能用来分析和计算简单电路，进而掌握电阻串、并联电路的分析和计算；4.了解并掌握基尔霍夫定律，了解戴维南定理及叠加原理，进而掌握复杂电路的分析方法；5.了解电压源与电流源及其等效变换的方法。技能目标1.掌握测量电路基本参数的方法；2.掌握电压表、电流表的使用方法；3.掌握仿真软件Multisim10的基本使用方法，能用仿真的方式验证基尔霍夫定律、戴维南定理及叠加原理。本任务就是通过建立电路模型，掌握分析电路的规律和方法。任务一建立电路模型任务目标书上两幅图，思考为什么先升压再降压？降低损耗：虽然常常说导线的电阻视为0。但是大家应该知道，导线的电阻是不为0的。特别是城市供电，跨城市供电，导线长度极长，导线的电阻就不能忽略。因此在导线电阻不变的情况下，流经导线的电流越小，损耗越小。但是供电局输出的功率是不能减少的，这个是有终端用户需求决定的。那么在保证功率不减小的情况，要减低输送导线的电流，就只有提高输送的电压才行。所以在输送电的时候需要升压。安全性：在终端用户处，太高的电压就需要等级较高的绝缘材料做绝缘，也容易导致高压放电事故，所以高压是不适合终端用户的。你想想，如果用个风扇，居然用几千万伏的电压的话，那岂不是很不安去？所以在终端用户处就需要将电压降下来。一、电路与电路模型（一）电路及电路组成任务一建立电路模型电路的组成一、电路与电路模型任务一建立电路模型2.负载3.导线和开关1.电源电源：其他能转化为电能负载：电能转换为其他能光电池、发电机、蓄电池电灯泡、电炉、电动机一、电路与电路模型任务一建立电路模型（二）电路模型及电路图常用的几种理想元件的电路符号二、电路的工作状态和电气设备的额定值任务一建立电路模型（一）电路的工作状态1.通路2.开路3.短路二、电路的工作状态和电气设备的额定值任务一建立电路模型（二）电气设备的额定值在电路中，各种电气设备和电路元件都有额定值，只有按额定值使用，即处于额定工作状态，电气设备和电路元件的运行才能安全可靠，使用寿命才会长。三、电流、电压及电动势任务一建立电路模型（一）电流的形成电流是由于电荷的定向移动形成的。在金属导体中，电子在外电场作用下有规则地运动就形成了电流。而在某些液体或气体中，电流则是由于正离子或负离子在电场力作用下有规则地运动而形成的。三、电流、电压及电动势任务一建立电路模型（二）电流的方向电流的方向三、电流、电压及电动势任务一建立电路模型（三）电流的大小电流的大小取决于在一定时间内通过导体横截面的电荷量的多少。在相同时间内通过导体横截面的电荷量越多，就表示流过该导体的电流越强，反之越弱。任务一建立电路模型引例解析请看下面的例题任务一建立电路模型某导体在0.5min的时间内均匀通过导体横截面的电荷量为120C，求导体中的电流。三、电流、电压及电动势任务一建立电路模型（四）电压的基本概念电压是用来衡量电场力推动电荷运动，对电荷做功能力大小的物理量。电路中A、B两点之间的电压在数值上等于电场力把单位正电荷从A点移动到B点所做的功。若电场力移动的电荷量为q，所做的功为W，那么A与B点之间的电压为：三、电流、电压及电动势任务一建立电路模型（五）电压的参考方向电压参考方向与实际方向的关系三、电流、电压及电动势任务一建立电路模型（六）电压的测量（1）对交、直流电压应分别采用交流电压表和直流电压表。（2）电压表必须并联在被测电路的两端。（3）直流电压表表壳接线柱上标明的“+”、“-”记号应和被测两点的电位相一致，即“+”端接高电位，“-”端接低电位，不能接错。（4）合理选择电压表的量程，其方法和电流表相同。任务一建立电路模型引例解析请看下面的例题任务一建立电路模型某一电路如图所示，各段电路的电流、电压的参考方向均已标注在图中。(1)指出哪一段电路的电流与电压是关联参考方向?哪一段是非关联参考方向?(2)已知I1＝4A，I2＝-3A，I3＝7A，U1=-20V。指出各段电路电流的实际方向是什么?(3)由(2)中的已知条件判断AB段电压的实际方向是什么?。任务一建立电路模型(1)U2和I2、U3和I3是非关联参考方向，U1和I1是关联参考方向。(2)从已知条件可知，电流I1、I3为正值，表示它们的实际方向与参考方向相同；I2为负值，表示它的实际方向与参考方向相反。(3)从已知条件可知，U1为负值，表示它的实际方向与图示的参考方向相反，即B点是实际的高电位点，A点是实际的低电位点，该段电压的实际方向是从B点到A点。例题在图(a)中，各方框泛指元件。已知I1=3A,I2=2A,I3=1A,φa=10V，φb=8V，φc=—3V。(1)欲验证I1、I2数值是否正确，问电流表在图中应如何连接?并标明电流表极性。(2)求Uab和Ubd，若要测量这两个电压，问电压表如何连接?并标明电压表极性。模块一电路的基础知识解(1)验证I1、I2数值的电流表应按图(b)所示串入所测支路，其极性已标注在图上。(2)Uab=φa—φb=10—8=2VUbd=φb—φd=8—(—3)=11V或Ubd=φb—φd=φb—φa+φa—φd=Uba+Uad而Uba=φb—φa=8—10=—2VUad=φa—φd=10—(—3)=13V故Ubd=Uba+Uad=—2+13=11V以上用两种思路计算所得结果完全相同模块一电路的基础知识三、电流、电压及电动势任务一建立电路模型（七）电动势1.电动势的基本概念在电源内部，电源力把正电荷从低电位(负极)移到高电位(正极)反抗电W与被移动电荷的电荷量q的比值就是电源电动势。三、电流、电压及电动势任务一建立电路模型2.电动势的参考方向电动势的作用是把正电荷从低电位点移动到高电位点，使正电荷的电势能增加，所以规定电动势的实际方向是由低电位指向高电位，即从电源的负极指向电源的正极。在电路中，电源的极性和电动势的数值一般都是已知的，所以一般电动势的参考方向都取与实际方向相同的方向，即由电源的负极指向电源的正极。三、电流、电压及电动势任务一建立电路模型3.电源端电压与电动势的关系（1）)电源端电压U反映的是电场力在外电路将正电荷由高电位点(正极)移向低电位点(负极)做功的能力。电动势E反映的是电源力将电源内部的正电荷从低电位点(负极)移向高电位点(正极)做功的能力。（2）)若不考虑电源内损耗，则电源电动势在数值上与它的端电压相E＝-U。四、电功与电功率任务一建立电路模型电功，简单地说就是电流所做的功。电流在经过电器设备时会发生能量的转换，能量转换的大小就是电流所做功的大小，用符号“W”表示，单位为焦耳(J)。能量转换的速率就是电功率，即单位时间内电器设备能量转换的大小，简称为功率，用符号“P”表示：2.电功率的单位功率的单位为瓦特，简称瓦(W)。实用中还有千瓦(kW)，毫瓦(mW)等。一度电是多少？1kW=103W1mW=10-3W3.P为正负时的意义在电压电流符合关联参考方向的条件下，如图所示(a)，一段电路的功率代表该段电路消耗的功率，当P为正值时，表明该段电路消耗功率；当P为负值时，则表明该段电路向外提供功率，即产生功率。如果电压、电流不符合关联参考方向，如图(b)所示，则结论与上述相反。模块一电路的基础知识在计算功率时:1、u，i参考方向关联时:P0,元件或者支路实际上吸收功率;P0,元件或者支路实际上发出功率。2、u，i参考方向非关联时:P0,元件或者支路实际上发出功率;P0,元件或者支路实际上吸收功率。注意：模块一电路的基础知识关联参考方向：同一元件的i和u的参考方向取为一致称为关联参考方向。如果图中只标了电流或电压一个参考方向，则另一个隐含为关联方向。电流的参考方向为从＋流向－电压的参考极性为左边为＋，右边为－模块一电路的基础知识书上P50例2-3五、电阻元件及欧姆定律任务一建立电路模型（一）电阻元件电阻元件是电路中使用最多的元件之一，常称为电阻器。电阻器的主要特征是变电能为热能，它是一个消耗电功率的元器件，在电路中主要起调节电流、电压以及将电能转换成热能的作用。五、电阻元件及欧姆定律任务一建立电路模型1.线性电阻元件和非线性电阻元件电阻器的伏安特性五、电阻元件及欧姆定律任务一建立电路模型2.电阻器的选用选用电阻器时，要根据电路和设备的实际要求来选用电阻器，从电气性能到经济价值等方面综合考虑，不要片面采用高精度和非标准系列电阻器。在一般场合下，主要是根据阻值、额定功率和允许误差的要求来选择合适的电阻器。也就是说，电阻的标称阻值应和电路要求相符，额定功率应该是电阻器在电路中实际消耗的功率的1.5～2倍，允许误差在要求的范围之内。五、电阻元件及欧姆定律任务一建立电路模型3.电导导体绝缘体AB超导体D半导体C上海磁浮示范运营线：整个工程已经花费将近100亿元人民币，加上每年高额的维修费用和长时间的低载客量，建造磁浮列车线只不过是一种夸张炫耀而不切实际的“形象工程”、“面子工程”。由于站点设置的原因，对于从机场出来前往上海市区的旅客，乘坐磁悬浮列车并不能带来便利，与东京成田国际机场的成田特快和京成电铁、香港国际机场的机场快线通向市区的能力相比，缺少真正的实用性。。五、电阻元件及欧姆定律任务一建立电路模型（二）欧姆定律1.部分电路欧姆定律在一段不包括电源的电路中，电路中的电流I与加在这段电路两端的电压U成正比，与这段电路的电阻R成反比，这一结论称为欧姆定律，它揭示了一段电路中电阻、电压和电流三者之间的关系。书P53例2-5五、电阻元件及欧姆定律任务一建立电路模型2.全电路欧姆定律全电路欧姆定律的内容是：全电路中的电流I与电源的电动势E成正比，与电路的总电阻(外电路的电阻R和内电路的电阻r0之和)成反比，即：书P53-54例2-6、2-7、2-8五、电阻元件及欧姆定律任务一建立电路模型（三）电源的外特性电源的外特性曲线六、电位的概念及计算任务一建立电路模型1.电位的概念在电路中任选一个参考点（该点的电位值为零，又称为零电位点），电路中某一点到参考点的电压就称为该点的电位。电位的符号Va和参考点o间的电压Vao为a点的电位，记作Va，电位的单位也是伏特(V)。六、电位的概念及计算任务一建立电路模型2.电位参考点的意义1)电位的多值性2)电压的单一性电位的大小是相对的，跟参考点的选择有关。电位差是唯一的，和参考点的选择无关。P55~56例2-9、2-10问题与思考1.为什么要假定电流和电压的参考方向？2.什么是电流的参考方向和实际方向，它们之间有何关系？3.电压和电位有何区别和联系？参考点不同，某一点的电位是否改变？两点之间的电压是否改变？七、电阻的串并联连接及等效变换任务一建立电路模型1.电阻串联电路电阻串联电路七、电阻的串并联连接及等效变换任务一建立电路模型特点：（1）在电阻串联电路中，不论各电阻的数值是否相等，通过各电阻的电流为同一电流，这是判断电阻是否串联的一个重要依据。（2）根据全电路欧姆定律，电阻串联电路两端的总电压等于各电阻两端分电压之和，电阻串联电路的总电压大于任何一个分电压。七、电阻的串并联连接及等效变换任务一建立电路模型（3）串联电路的总电阻(等效电阻)等于各电阻串联之和，电阻串联电路的总电阻大于任何一个分电阻。（4）电阻串联电路中，各电阻上的电压与它们的阻值成正比。七、电阻的串并联连接及等效变换任务一建立电路模型（5）电阻串联电路的总功率P等于消耗在各串联电阻上的功率之和，且电阻值大者消耗的功率大。任务一建立电路模型引例解析请看下面的例题任务一建立电路模型有一