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电工理论知识-电路分析基础

电工理论知识-电路分析基础

点击数:7238 次   录入时间:03-04 11:45:20   整理:http://www.55dianzi.com   电工电器基础

  1.导体、绝缘体和半导体
  
  大家知道,物体是由分子构成的,分子又是由原子构成的,而原子又是由原子核及核外高速旋转的电子组成的,如图所示。

  常说的导体、半导体和绝缘体的原子结构特点如下图所示。当外界电场的作用力超过原子核对外层电子的束缚力时,绝缘体的外层电子同样也会挣脱原子核的束缚成为自由电子,这种现象我们称为“绝缘击穿”。绝缘体一旦被击穿,就会永久丧失其绝缘性能而成为导体。

  半导体的导电性能虽然介于导体和绝缘体之间,但半导体在外界条件发生变化时,其导电能力将大大增强。若在纯净的半导体中掺入某些微量杂质后,其导电能力甚震浍增加上万乃至几十万倍,半导体的上述特殊性,使它在电子技术中得到了极基广泛的应用。



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  2、电路的组成与功能
  
  电路是指由实际元器件构成的电流通路,如下图(a)所示。(1)电路的组成电源:电路中提供电能的装置,如发电机、蓄电池等。

  负载:在电路中接收电能的设备,如电动机、电灯等。

  中间环节:电源和负载之间不可缺少的连接、控制和保护部件,如连接导线、开关设备、测量设备以及各种继电保护设备等。

  (2)电路的功能在电力系统中,电路可以实现电能的传输、分配和转换。

  在电子线路中,电路可以实现电信号的传递、存储和处理。

  3.电路模型和电元件
  
  与实体电路相对应,由理想元件构成的电路图,称为实体电路的电路模型,如下图(b)所示。

  由于实际电路器件品种繁多,且电磁特性多元而复杂,采取模型化处理可获得有意义的分析效果。

  理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似,其电特性单一、确切,可定量分析和计算,如下图所示。

  理想电路元件分无源和有源两大类,如下图所示。

  必须指出,电路在进行上述模型化处理时是有条件的:实际电路中各部分的基本电磁现象可以分别研究,并且相应的电磁过程都集中在电路元件内部进行。这种电路称为集中参数元件的电路。

  集中参数元件的特征如下:

  (1)电磁过程都集中在元件内部进行,其次要因素町以忽略。如R、L、C这些只具有单一电磁特性的理想电路元件。

  (2)任何时刻从集中参数元件一端流人的电流恒等于从它另一端流出的电流,并且元件两端的电压值完全确定。

  在工程应用中,实际电路的几何尺寸远小于工作电磁波的波长,因此都符合模型化处理条件,均可按集中假设为前提,有效地描述实际电路,从而获得有意义的电路分析效果。



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  4.电压、电流及其参考方向
  
  (1)电流
  
  电荷有规则的定向移动形成电流。电流的大小用电流强度表示,定义式为:

  大小、方向均不随时间变化的稳恒直流电可表示为:

  电流的国际单位制是安培(A),较小的单位还有毫安(mA)和微安(μA)等,它们之间的换算关系为:

  在电工技术分析中,仅仅指出电流的大小是不够的,通常把正电荷移动的方向规定为电流的参考正方向。

  (2)电压
  
  高中物理课中对电压的定义是:电场力把单位正电荷从电场中的一点移到另一点所做的功,其表达式为。

  注意:变量用小写字母表示,恒量用大写字母表示。

  从工程应用的角度来讲,电路中电压是产生电流的根本原因。数值上,电压等于电路中两点电位的差值,即:Uab=Va-Vb电压的国际单位是伏特(V),常用的单位还有毫伏(mV)和千伏(kv)等,换算关系为:

  在实际问题分析中,通常规定电压的参考正方向由高电位指向低电位,因此电压又称作电压降。

  (3)电流、电压的参考方向
  
  对电路进行分析计算时应注意:列写电路方程式之前,首先要在电路中标出电流、电压的参考方向。电路图上电流、电压参考方向的标定,原则上任意假定,但一经选定,在整个分析计算过程中,这些参考方向就不允许再变更。

  实际电源上的电压、电流方向总是非关联的,即该元件上的电压、电流方向相同,如下左图所示;实际负载上的电压、电流方向是关联的,即该元件上的电压、电流方向相反,如下右图所示。因此,假定某元件是电源时,应选取非关联参考方向,假定某元件是负载应选取关联参考方向。

  在电路图上预先标出电压、电流的参考方向,目的是为解题时列写方程式提供依据。因为只有在参考方向标定的情况下.方程式各电量前的正、负号才有意义。例如:如下图所示,Us=100V,I=-5A。

  说明电源电压的实际方向与参考方向一致;电流为负值,说明其实际方向与图中所标示的参考方向相反。



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  5.电能、电功率和效率
  
  提示:参考方向一经设定,在分析和计算过程中不得随意改动。方程式各量前面的正、负号均应依据参考方向写出。而电量的真实方向是以计算结果和参考方向二者共同确定的。

  (1)电能
  
  电能的转换是在电流作功的过程中进行的。因此,电流作功所消耗电能的多少可以用电功来量度。电功:W=It式中单位:U(V);I(A)t(s)时,电功W为焦耳(1)。

  日常生产和生活中,电能(或电功)也常用度作为量纲,1度=1kW.h1度电的概念:1000W的电炉加热1小时;100W的电灯照明10小时;40W的电灯照明25小时。

  (2)电功率
  
  在电工技术中,单位时间内电流所作的功称为电功率。电功率用“P”表示,     

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