3千KW以上二、三管船舶电气考点 第一章 直流电路 考点.docx

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1、第一章直流电路198第一节电路的组成与作用，电路根本物理量及单位，电路的带载通路、开路与短路72考点1：电路的组成与作用1在电路中，各局部的作用是不同的，组成电路的主要局部有：电源一把其他形式的能量转换成电能，如发电机、蓄电池等；负载一把电能转换成其他形式的能量，如电动机（把电能转换成机械能）、电炉1把电能转换成热能）等；连蓝导线和i艮制元件（中间环节）一输送及安排电能。为了便于分析与计算实际电路，在肯定条件下常把实际电路中的电器元件看成志向电路元件即只考虑其中起主要作用的某些电磁现象。考点2：电流6电流是电荷有规那么地移动形成的，电流的大小用电流强度简称电流）来衡量。电流强度在数值上等于单位

2、时间内通过导体横截面的电荷量。在一根导线中的电流强度数值上等于单位时间内穿过导线随意截面S的电荷量的代数和。如图IT所示，既然是电荷量的代数和，就必需规定电荷的正方向（参考方向），例如，规定正电荷从。到。为正，也就是说正电荷从穿过S截面到b作为正，于是电流的正方向即从到江在图IT中用箭头表示。电流总是沿着导线流淌，但有两个可能的流淌方向，从。流到力或从。流到小为了便利计算，可任选两个方向中的一个作为电流的正方向。在电路图中电流的正方向（参考方向）用实线箭头标出，正方向（参考方向）一经选定，在计算过程中不能更改。人们习惯把电流的实际方向规定为正电荷运动的方向或负电荷运动的相反方向。电流的实际方向

3、不肯定与电流的正方向（参考方向）一样。当电流的实际方向与电流的正方向（参考方向）一样时，那么电流为正值；反之，当电流的实际方向与电流的正方向（参考方向）相反时，那么电流为负值。在未规定参考方向的状况下，电流的正负是没有意义的。对同一个电流而言，选定的参考方向不同，那么电流的大小不变，但符号相反。假如电流不随时间变更，即半常数，那么这种电流称为恒定的电流，简称直流。当在，dr秒内有库仑（C）的电荷量通过导体横截面，那么直流电流可用下式计算，即I=%（八）（1-1）电流的规定方向（也称实际方向）：是指正电荷移动的方向（即负电荷移动的反方向）。我国法定计量单位是以国际单位制（SI）为根底的。在国际单

4、位制中，电流（强度）的单位是安培（八）。1安培二1库仑/1秒。常用的小电流单位有毫安ImA）和微安（UAJ01mA=l000UA=IO-3a,1A=W3mA=W6Ao考点3：电位6为了分析便利，在电路中常选取某一点作为参考点，通常认为参考点的电位为零。如在图1-2所示电路中选取d点作为参考点，即，=O在直流电路中，库仑电场力移动单位正电荷从。点到参考点d所做的功的大小，定义为。点的电位值，以匕表示。参考点可随意选取，所选的参考点（零电位点）不同，那么电路中各点的电位也随之变更。但是，电位参考点一经选定，电路中各点的电位就只能有一个数值。这就是所谓的“电位的单值性，通常选取电路的公共点作为电位的

5、参考点（零电位点），并用符号“J_表示。电位的量度单位是伏特（V）,常用的单位还有千伏IkV）、毫伏ImV）、微伏（V）等。1V=IO3mV=106VoabcI=J1I=J&凡Oz,IP,Qi图1-2电路举例考点4：电压11在直流电路中，如图3所示电路，假设点的电位为匕，人点的电位为匕，那么定义为UM=匕-匕为。、b两点间的电压，或称做M间的电位差、电位降、电压降。图1-3U时含义示意图电压的单位是伏特,符号为V。常用的有千伏（kVh毫伏（mV）、微伏（UV）等。在分析电路中两点间的电压时，首先要假定电压的方向（参考方向或参考极性），电压的方向（参考方向或参考极性）为随意假定的方向，用一个箭头

6、或在电路中的两点间标上正（+）、负（一）号来表示，如图1-3所示。电压的实际方向是使正电荷电能削减的方向（由高电位端指向低电位端），有了电压的参考方向和电压计算值的正、负，两点间电位的上下就确立了，在电路的分析中，离开了电压的参考方向，电压值的“正”负同样是没有意义的。在直流电路中，库仑电场力移动单位正电荷从一点到另一点所做的功，只与两点的位置有关，而与移动电荷的路径无关。如在图1-4所示电路中，电场力移动单位正电荷从点到O点（参考电位点）所做的功为%=UJ%式中：UM为库仑电场力移动单位正电荷从点到6点所做的功；匕为库仑电场力移动单位正电荷从b点到O点所做的功；得到Ya-Vb=Uah（1-2

7、）式（1-2）说明库仑电场力移动单位正电荷从。点到力点所做的功的大小，就是心b两点间的电压U岫的值。不难看出，从电场力移动单位正电荷从。点到O点（参考电位点）所做的功就是。、O两点间的电压U“o的值，即。点的电位。留意：电压、电流的参考方向可随意假定互不相关，但为了分析电路时便利，经常采纳关联参考方向，即将电器元件上电压参考方向和电流的参考方向取为一样称为关联参考方向，如图1-4所示。量值和方向都不随时间变更的直流电压和电流，分别用大写字母U和/表示。量值和方向都随时间变更的沟通电压和电流，分别用小写字母和i表示。ao-tE0b+U图1-410关联参考方向考点5：电动势1在直流电源内部，非电场

8、力移动单位正电荷由电源的低电位端1负端）经电源内部到高电位端（正端）所做功的大小定义为该电源的电动势，即电动势是衡量非电场力对电荷做功的实力，也即单位正电荷所获得的电位能。因此电动势的量度单位与电压的一样，也是伏特。电动势的规定方向：是由低电位端指向高电位端，与电压的方向相反。通常电动势也要标出参考方向。由于电源内存在电源力，正电荷不能通过电源内部由高电位端回到低电位端。但当电源与外部负载电路接通时，正电荷可在电场力的作用下通过外电路由高电位端向低电位端移动,从而在电路中形成电流。留意：电压的方向是指在电源的外部，由高电位端指向低电位端的方向，而电动势的方向是指电源的内部，由低电位端指向高电位

9、端的方向。考点6：直流电能量的计算3一段直流电路如图1-4所示，图中U、由关联方向。正电荷夕受库仑电场力厂作用自。端移到。端，依据电压含义，库仑电场力所做功为“=qU,在直流电路中有4二，由此得W=Ult（1-3）式中：时间，总是正的，但U、何以是正值，也可以是负值，因为它们都是据参考方向计算出来的。这样算出的功就会出现两种状况，即W0或WV0。在wo时，说明库仑电场力做正功。库仑电场做正功使电场能量削减，这削减的能量被ab这段电路所汲取（或消耗）；反之,在WVO时，说明库仑电场力做负功，事实上是非库仑电场力做正功，它使电场能量增加，即这段电路产生能量。综上所述，可得下述结论：一段电路的端电压

10、为U,入端电流为/,在关联参考方向下，在时间/内，有Q,j该段电路吸收电能（艮产生负电能）VOi亥段电路吸收副电能和产生正电能）当U、宿非关联方向时，能量汲取、产生推断规那么与上述相反。在能量的计算式中电压单位为伏特（V）,电流单位为安培（八）,时间单位为秒（三）,做功，即电能单位为焦耳（Joule,简写为J）。工业上能量的单位是“度。1度电工I千瓦小时（kWh）0考点7：电功率7单位时间内汲取（或产生）的电能量，称为电功率，简称功率。直流功率以P表示，依据功率的定义那么有P=UI=I2R=U2ZR（1-4）与上述电能量的计算相仿，可得下述结论：一段电路的端电压为U,通过的电流为I,在关联参考

11、方向下，有,卜0该段电路吸收正功率（即产生负功率）W=Ulslo该段电路吸收负功率（即产生正功率）在u、宿非关联方向时，功率汲取与产生的推断规那么与上述相反。在电功率的计算式中，电压单位为伏特（V）,电流单位为安培（八）,功率单位为瓦特（Wat3简写W）O常用的单位还有毫瓦（mW）、千瓦（kW）与兆瓦（1MW=IO6W）。考点8：电路的带载通路28电源与负载之间连接方式不同，电路可有三种状态：带载通路、开路、短路。下面以图5为例探讨带载通路状态下的电流、电压和功率的特征。s图1-5如图1-5所示电路，当开关合上时，负载电阻和电源接通，这种状态称为电源有载工作。电压与电流对开关S左侧，依据电压和

12、路径无关的特性，有U=Ul+S,因为U=E,S=-Ro/,所以有U=E-Ru（1-5）由上式可见，电源端电压小于电动势，两者之差为电流通过电源内阻所产生的电压降R）/。电流越大，那么电源端电压下降越多。表示电源端电压U与输出电流/之间关系的曲线，称为电源的外特性曲线，如图1-6所示，其斜率与电源内阻Ro有关，Ho一般很小。当ROVVR时，那么UkE图1-6上式说明当电流（负载）变动时，电源端电压变动不大，即电源带负载实力强。对于开关S右侧，电阻R两端的电压与电流的关系可依据欧姆定律得到U=RI将式（1-5）代入那么得二E-Rol=ERR+R。（1-6）电源与负载的判别在分析电路时，还须要判别哪

13、个电路元件是电源，哪个电路元件是负载（或起负载的作用）。可以依据电压、电流的实际方一直确定某一电路元件是电源还是负载，假设某一电路元件上电压、电流的实际方向相反，即电流从叶端流出，发出功率，那么元件是电源。假设某一电路元件上电压、电流的实际方向一样，即电流从叶端流入，取用功率，那么元件是负载。也可由U和I的参考方一直确定电源或负载。假设某一电路元件上电压、电流的参考方向选得一样（有关联参考方向），尸=U/为负值，是电源，发出功率；尸=U/为正值，是负载，取用功率或称消耗功率。例如电阻消耗的电功率为P=URl=RF由该式可见P总是大于零，所以电阻元件总是消耗功率。在一个电路中，电源发出的功率和负

14、载取用的功率以及内阻上损耗的功率是平衡的。额定值与实际值额定值是指为保证电气设备或电器元件长期正常工作所规定的电压、电流和功率等的运用数据。这些运用数据是依据它们的绝缘材料的耐压强度和耐热温度规定的。额定电压有不同等级的标准电压，假如运用的电压等级超过电气设备或电器元件的额定电压等级值，其绝缘材料将有被电击穿而损坏的危急。额定电流是依据所用绝缘材料的允许温度确定的，而绝缘材料的实际温度那么确定于电流。由于电流的热效应，长时间超额定电流工作，那么实际温度将超过其允许温度，使绝缘材料过早的老化而削减运用寿命，甚至引起绝缘材料的焦灼而损坏。一些电热、电阻元件和白炽灯会因电流大温度过高而烧断。电气设备

15、大多都在标准额定电压下工作，故超过额定电流工作是降低电气设备的运用寿命或使其损坏的主要因素。电气设备在详细运用时，如受外界影响，例如当电源电压波动时，那么负载实际功率和电流就不行能是额定值了。考点9：电路的开路和短路状态9在图1-5所示电路中，当开关断开时，即负载电路与电源断开，那么电路处于开路状态。无论是工作开路或故障断路，最主要的特征是：电路中电流六0,各电阻上的电压均为零，电路的功率为零，电源处于空载状态。图1-7电源的开路端电压Uo等于电源电动势E，即Uo=及因此可通过测量实际电压源的开路电压Uo而得知其电动势当电源输出端被电阻为零的导体(导线)连接，如图7所示电路，此时电源处于短路状

16、态。其特征是：端电压U=O,而短路电流/s很大。由电压平衡方程式可知，当U=O时，短路JE电流八二正。一般电压源的内阻Ro都很小，故短路电流比额定电流大许多倍，内阻上的电流ivO热效应足以将电源烧毁。短路时电源对外输出功率为零，电源此时产生的电功率全部消耗在内阻RO上。“短路并非都指电源短路，有时因工作须要人为地将电路的局部元件短路，这种短路通常称为短接。其次节电路根本定律：欧姆定律和基尔霍夫定律84考点1：欧姆定律36欧姆定律说明，流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。如图1-8(加所示电路中，当电压和电流的参考方向选得一样时(有关联参考方向)，其数学表达式可以写成U=Rl(1-7)假如电压

17、和电流的参考方向的选择相反(有非关联参考方向)，如图1-8M)图1-8(C)所示，那么数学表达式可以写成U=-RI(1-8)式(1-7)和式(1-8)中的比例常数R称为“电阻，是连接电路中电流和电阻两端电压的电气参数。“电阻这个术语以及它的符号上既说明白它是一个消耗电能的志向电路元件，又说明白这个志向电路元件的参数。电阻的国际单位是欧姆(伏/安)，简称欧。常用的大单位还有千欧(k)和兆欧(MQ)。对于长直金属导体，其电阻R=pS(1-9)式中：/是导体的长度，S是导体的截面积，。是导体的电阻率。电阻的倒数称为电导，即G=-R(1-10)引用了电导后，欧姆定律可以写成I=GU电导的国际单位是西门

18、子。假如电阻是一个常数，与通过它的电流无关，这样的电阻称为线性电阻。线性电阻上的电压和电流关系是遵守欧姆定律的。假如电阻与通过它的电流和施于其两端的电压有关，即当电流和电压变更时电阻的数值也随之而变，这样的电阻称为非线性电阻。很明显，非线性电阻上的电压和电流关系是不遵守欧姆定律的。实际导体电阻与温度的关系：金属导体的电阻随温度的变更而变更。在实际工作中应当留意温度对电阻值的影响，有时它会影响设备的运行性能或引起故障。一般给出的常用导体材料的电阻率是指在20C时的电阻率。考点2：基尔霍夫定律48基尔霍夫定律是电路的根本定律，包括第一、其次两个定律。第肯定律是有关电路中电流之间的关系，称为电流定律

19、，其次定律那么是有关电压之间的关系，称为电压定律。与基尔霍夫定律相关的名词：(1)支路：电路中的每个分支叫做支路，即通过同一电流的支路，如图1-9中为4、bed、加都是支路。支路加以和中旅造电源，称为有源支路；支路切中没有电源，那么称无源支路。(2)节点：三个和三个以上支路的连接点叫做节点，如图1-9中匕点和d点都是节点。支路是连接两个节点的一段电路。如图1-9所示的电路只有两个节点。(3)回路：电路中任一闭合路径称为回路。如图1-9中出M、MA和Hcda都是回路。这个电路共有三个回路。/iKaAb.c1=311=1Rl凡O7口自OEs+图1-9基尔霍夫电流定律是确定节点处电流间关系的一个定律

20、。这个定律指出：在电路中，任何时段流入随意一个节点的电流必定等于流出该节点的电流。对节点从流进节点的电流是/1+/2,流出节点的电流是/3,因此Zl+72=/3(1-12)或-I-h+/3-O或EZ=O(1-13)式(1-13)说明：在随意一个节点处，电流的代数和恒等于零。式中假设流出节点的电流前面取正号，那么流入节点的电流前面取负号。式(1-13)与式(1T2)实质上是一样的,只不过是两种表达方式而已。基尔霍夫电压定律是确定回路中电压间关系的一个定律。它指出：电路中任一回路内各段电压的代数和恒为零，即U=0(1-14)在写上式时，通常须要规定一个绕行回路的方向，凡电压的参考方向与回路绕行方向

21、一样者，那么此电压的前面取正号，电压的参考方向与回路绕行方向相反者，前面取负号。图ITO给出某电路的一个回路，绕行回路的方向如下图。按图中所指定的各支路电压参考方向，式(1-14)可写成U1.U2+5-5=0(1-15)须要留意的是，每个元件电压本身又是可正可负的。在列写方程时，并不须要考虑每个元件电压本身的正负值(在详细计算时一并考虑)。b图1-10第三节电阻、并联的计算方法42考点1：电阻串联的计算方法11图ITl(疝所示为两个电阻的串联。两个串联电阻的总电阻：R=R+R2(1-16)R就是这两个串联电阻的总电阻，或者说电阻R是这两个串联电阻的等效值)电阻。于是可以把电路转化成如图ITlM

22、)表示。式(1-16)说明，当几个电阻串联时，总电阻等于这些电阻之和。总电阻就是这些串联电阻的等效(值)电阻。串联电阻特点是：(1)依据基尔霍夫电流定律，通过它们的电流是同一个电流/；(2)依据基尔霍夫电压定律，串联电阻两端的总电压U等于各个电阻上电压的代数和，各个串联电阻上的电压与电阻成正比，或者说总电压按各个串联电阻的大小进展安排。(3)电阻串联时，各电阻消耗的功率与电阻成正比。图ITl电阻的串联考点2：电阻的并联9图1-12(疝是表示两个电阻并联的电路。图1-12电阻的并联电阻并联的特点是：(1)各电阻两端的电压是同一电压U；(2)总电流/对图1T2()并联电阻那么有/i+/2(1-17

23、)几个电阻并联时，总电阻的倒数等于各个电阻倒数的总和，如图172两个电阻并联，那么有R&(1-18)-airii假设将电阻分别用它的电导来表示，即G1.兄、62=瓦和62=.，那么式(1-18)可写成(1-19)G=G1+G2即几个电导并联时，它们的总电导等于各个电导之和。几个电阻并联时，各电阻中通过的电流与其电阻成反比，电阻并联时，各电阻消耗的功率与电阻成反比。考点3：电阻的串并联22电阻串联和并联相结合的连接方式，称为电阻的串并联。在电阻串并联电路中，假设总电压U,欲求各电阻上的电压和电流，其求解步骤一般是：(1)首先求出这些电阻的等效电阻R；(2)应用欧姆定律求出总电流；(3)应用电流安排关系式和电压安排关系式分别求出各电阻的电压和电流。