电工课件：电工（第一章）.ppt

1、电工与电子技术1.1 1.1 电路与电路模型电路与电路模型 1.2 1.2 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向1.3 1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.4 1.4 电阻的串联与并联电阻的串联与并联1.5 1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.6 1.6 电路的基本分析方法电路的基本分析方法 支路电流法支路电流法 电压源与电流源的等效变换电压源与电流源的等效变换 叠加定理叠加定理 戴维南定理戴维南定理 电流通路电流通路电路电路电源电源负负载载中间环节中间环节1.1.1 1.1.1 电路电路（circuit）电路的定义？电路的定义？电路的组成？电路的组成？电路的作用？

2、电路的作用？信号源信号源or电源电源:提供提供电能的装置电能的装置负载负载:取用取用电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线中间环节：中间环节：放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等负载负载信号源信号源:提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒1.1.21.1.2电路模型电路模型i实际的电路是由一些按需要起不同作用的元件或器实际的电路是由一些按需要起不同作用的元件或器件所组成，如发电机、变压器、电动机、电池、电阻器件所组成，如发电机、变压器、电

3、动机、电池、电阻器等，它们的电磁性质是很复杂的。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例如：一个白炽灯在有电流通过时R R 消耗电消耗电能能( (电阻性）电阻性）产生产生磁场磁场储存磁场能量储存磁场能量( (电感性）电感性）忽略忽略L为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下常忽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，把它看略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，把它看成成理想电路元件理想电路元件。L电源电源负载负载连接导线连接导线电路实体电路实体电路模型电路模型用用理想理想电路元件组成的电路，称为实际电路的电路元件组成的电路

4、，称为实际电路的电路模型电路模型。SER +R0开关开关物理量物理量实实 际际 方方 向向电流电流 I正电荷运动的方向正电荷运动的方向电动势电动势E( (电位升高的方向电位升高的方向) )电压电压 U( (电位降低的方向电位降低的方向) )高电位高电位 低电位低电位单单 位位kA、A、mA、A低电位低电位 高电位高电位kV、V、mV、VkV、V、mV、V电流：电流：Uab 双下标双下标电压：电压：IE+_在分析与计算电路时，对在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。电量任意假定的方向。Iab 双下标双下标aRb箭箭标标abRI正负极性正负极性+abU U+_实际方向与参考方向实际方向与参考方

5、向一致一致，电流，电流(或电压或电压)值为值为正值正值；实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反，电流，电流(或电压或电压)值为值为负值负值。注意：注意：若若I=5A，则电流从则电流从a流向流向b；例：例：若若I=5A，则电流从，则电流从b流向流向a。abRI 在复杂电路中难于预先判断某段电路在复杂电路中难于预先判断某段电路中电流的实际方向，影响电路求解。中电流的实际方向，影响电路求解。问题：问题：电流方向电流方向b ba a, ,a ab b? ?abR5R2R1R3R4R6+ + +E1E2为什么要引入参考方向为什么要引入参考方向? ?在解题前在解题前先任意选定一个方向先任意选定一个方

6、向，作为参考，作为参考方向；依此方向，根据电路定理、定律，方向；依此方向，根据电路定理、定律，列电路方程；将列电路方程；将U、I 的的代数值代入式中代数值代入式中进行分析计算；进行分析计算；解决方法解决方法:计算结果为正，实际方向与计算结果为正，实际方向与参考参考方向一致；方向一致；计算结果为负，实际方向与计算结果为负，实际方向与参考参考方向相反。方向相反。则则由由计算结果计算结果可确定可确定U、I 的实际方向的实际方向：例例I解：解：假定假定I 的的参考方向参考方向如图所示。如图所示。 则电路方程：则电路方程： EUUUURdbadabREURUIabREUUabR A1121 V1IU（实

7、际方向与假设方向相反！）（实际方向与假设方向相反！）已知：已知：E = =2V2V, , R = =11问：当问：当Uab为为1V1V时，时，I = ?= ?E 欧姆定律欧姆定律Rabd小结小结 在解题前，一定要在图中先假定在解题前，一定要在图中先假定“参考参考方向方向”, ,然后再列方程求解。然后再列方程求解。缺少参考方缺少参考方向的物理量，其数值的含义不清向的物理量，其数值的含义不清。电位电位: :电路中某点的电位就等于该点与参考电路中某点的电位就等于该点与参考点之间的电压。点之间的电压。注：参考点的电位为零；参考点可任意选注：参考点的电位为零；参考点可任意选定，但同一电路中只允许选一个定

8、，但同一电路中只允许选一个参考点参考点。P4P4思考与练习思考与练习1.2.11.2.1电位电位例题例题1.2.11.2.1所示电路中开关所示电路中开关S S闭合和断开两种情况下闭合和断开两种情况下a a、b b、c c三点的电位。三点的电位。解：当开关解：当开关S S闭合时，闭合时，UaUa= 6 V= 6 V，UbUb=-3 V=-3 V，UcUc = 0 V= 0 V。 当开关当开关S S断开时，断开时，a a点的电位不变点的电位不变U U= 6 V= 6 V。 因为电路中无电流流过电阻因为电路中无电流流过电阻R R，UbUb = = UaUa = 6 V = 6 V。 c c点的电位比

9、点的电位比b b点电位高点电位高3 V3 V，UcUc = 6 +3 = 9 V = 6 +3 = 9 V 物理学中的定义物理学中的定义：设电路任意两点间的电压为设电路任意两点间的电压为U、电流为、电流为I, ,则则这部分电路消耗的功率为：这部分电路消耗的功率为：(W) IUP如果参考方向不一致怎么办？如果参考方向不一致怎么办？功率有无正负？功率有无正负？问题：问题：功率功率IRUab+ -U、I参考方向参考方向不一致：不一致： U、I参考方向一致：参考方向一致： 功率的计算功率的计算IRUab+ -IRUab+ - (W)PU I (W) IUP将将U、I 的的代数值代数值代入式中：代入式中

10、： 若计算的结果若计算的结果P 0, ,则说明此部分则说明此部分电路吸收电路吸收 功率功率（消耗能量消耗能量）负载负载 。 若计算结果若计算结果P 0, , 则说明此部分电路产生则说明此部分电路产生 功率（功率（提供能量提供能量） 电源。电源。 例例1 已知：图中已知：图中UAB=3V，I =2A 解解 电压、电流的参考方向相同电压、电流的参考方向相同求：求：N N 的功率，并说明它是的功率，并说明它是电源还是负载？电源还是负载？由于由于P 为负值，所以为负值，所以N发出功率发出功率，是电源。是电源。P4P4思考与练习思考与练习1.2.31.2.3NABIP =UI= 3 (2)W=6W* *

11、基尔霍夫定律基尔霍夫定律说明电路作为一个整体所服从的基本规律，即说明电路作为一个整体所服从的基本规律，即电路各部分电压或各部分电流相互之间的内在电路各部分电压或各部分电流相互之间的内在联系。联系。基尔霍基尔霍夫电流定律夫电流定律( (KCL) )( (KirchhoffKirchhoffs s Current Law Current Law) )基尔霍基尔霍夫电压定律夫电压定律( (KVL) )( (KirchhoffKirchhoffs s Voltage Law Voltage Law) )支路支路(branch)回路回路(loop)支路：支路：abab, ad, , ad, . . （共

12、（共6 6条）条）回回路：路：abdaabda, , bcdbbcdb, , . .节点：节点：a, b, a, b, . . ( (共共4 4个）个）节点节点(node)基尔霍夫定律基尔霍夫定律E1dbc_+R1_+_+R6R5R4R3R2E6E5a电路中的一个分支电路中的一个分支三个或三个以上支路的连接点三个或三个以上支路的连接点由一条或多条支路组成的闭合电路由一条或多条支路组成的闭合电路1.3.11.3.1基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律( (KCL) )4231IIII表明了电路中表明了电路中节点处节点处各支路电流间的相互关系各支路电流间的相互关系 任一瞬间，流入任一节任一瞬间，流入任

13、一节点的电流之和等于流出点的电流之和等于流出该节点的电流之和。该节点的电流之和。 或：任一瞬间，流入或：任一瞬间，流入任一任一节点电流的代数和等于节点电流的代数和等于零。零。即：即： I =0 。I1I2I3I404231IIII或：或：1 1、内容：、内容：基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律2 2、应用步骤、应用步骤（以节点（以节点a为例）为例）：2 2） 根据根据KCL（流入为正）列方程，求解。（流入为正）列方程，求解。 1 1） 在电路图上标出各支路电流的参考方向。在电路图上标出各支路电流的参考方向。0521III若已知若已知I1 =1A, I5 =4A则：则：AIII3512I2I5I1

14、实际实际电流电流方向方向I2E1dbc_+R1_+_+R6R5R4R3R2E6E5a（包围部分电路的任意封闭面）（包围部分电路的任意封闭面）III631基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律I1I6I3E1dbc_+R1_+_+R6R5R4R3R2E6E5a3 3、KCLKCL的扩展的扩展狭义节点狭义节点 广义节点广义节点（a,b,c,da,b,c,d ) )0631III或：或：例例1I = 0I = ?KCL的扩展应用的扩展应用基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律E2+_R2R4IsE1+_R3R1例例2KCL的扩展应用的扩展应用基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律I =?I=02 +_+_I5 1 1

15、 5 6V12VP6P6思考与练习思考与练习1.3.11.3.11.3.2 1.3.2 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律( (KVL) )表明了电路中表明了电路中回路电压回路电压间的相互关系间的相互关系 任一瞬间，任一瞬间，沿电路内任沿电路内任一回路以任一方向绕行一回路以任一方向绕行一周时，沿绕行方向上一周时，沿绕行方向上的电压升之和等于电压的电压升之和等于电压降之和降之和。1 1、内容：、内容：I2I1I3E1dbc_+R1_+_+R6R5R4R3R2E6E5a回路：回路：a a- -b b- -d d- -a aERIRIRI1332211电压升电压升电压降电压降)(IREI2I1I3E1

16、dbc_+R1_+_+R6R5R4R3R2E6E5a或：或：.回路中各段电压的代数和等于零。回路中各段电压的代数和等于零。0U01332211ERIRIRI 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律2、应用步骤、应用步骤基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律1 1）在电路图上标出电流在电路图上标出电流( (电压或电动势电压或电动势) )的的参考方向。参考方向。2 2）标出标出回路的绕行方向。回路的绕行方向。3 3）根据根据KVL列方程列方程( (与绕行方向一致为正与绕行方向一致为正) )求解。求解。例例1adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3IR6对回路对回路abda：对回路对回路acba：I6R

17、6I3R3+I1R1=0I2R2I4R4I6R6=0对回路对回路bcdb：I4R4+I3R3E =0图示电路：求图示电路：求U和和I。1A3A2A3V2V3 UIU1解解：3+1-2+I=0，I=-2（A）U1=3I=-6（V）U+U1+3-2=0，U=5（V）例例2 2求求:I=?I=？abcd+_E4R4R5R1E3R3R2+_R6P6P6思考与练习思考与练习1.3.21.3.2课外作业课外作业1.4 1.4 电阻电阻(resistance)(resistance)的串联与并联的串联与并联利用电阻串、并联公式求解利用电阻串、并联公式求解简单电路：简单电路：单一回路单一回路, ,或通过串并联

18、公式可以将或通过串并联公式可以将其化简为单一回路的电路。其化简为单一回路的电路。复习复习一、串联电路的分压公式一、串联电路的分压公式RRRRUUR32133UR3UR1R2R3+-+-复习复习二、并联电路的分流公式二、并联电路的分流公式RRRIIRRRRR21212121复杂电路复杂电路: :不能用串并联方法化简为单一回路，不能用串并联方法化简为单一回路，或即使能化简也相当复杂的电路。或即使能化简也相当复杂的电路。R2I2UR1I1I-+P8P8思考与练习思考与练习1.4.1,1.4.31.4.1,1.4.31. 1.5 5电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路EIU1电压与电流电压

19、与电流R0RabcdR + R0I = E+_+_U = RI或或U = E R0I 1.5.1电源有载工作电源有载工作2功率与功率平衡功率与功率平衡UI =EI R0I2 P =PE P 电源产电源产生功率生功率内阻消内阻消耗功率耗功率电源输电源输出功率出功率电源产电源产生功率生功率=负载取负载取用功率用功率+内阻消内阻消耗功率耗功率功率功率平衡式平衡式1.5电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.5.2电源开路电源开路电源开路时的特征电源开路时的特征I =0U =U0=E P =0当开关断开时，电源则处于开路当开关断开时，电源则处于开路( (空载空载) )状态。状态。EIU0R

20、0Rabcd+_+_1.5.3电源短路电源短路UIS电流过大，将烧毁电源！电流过大，将烧毁电源！U =0I =IS=E/R0P =0 PE = P = R0IS2 ER0Rbcd+_电源短路时的特征电源短路时的特征a当电源两端由于某种原因连在一起时，电源则被短路。当电源两端由于某种原因连在一起时，电源则被短路。为防止事故发生，需在电路中接入熔断器或自动断为防止事故发生，需在电路中接入熔断器或自动断路器，用以保护电路。路器，用以保护电路。1 1、基尔霍夫电压定律；、基尔霍夫电压定律；2 2、电源有载工作、开路与短路；、电源有载工作、开路与短路； 第三次第三次1.6 1.6 电路的基本分析方法电路

21、的基本分析方法1.6.1 1.6.1 支路电流法支路电流法1.6.2 1.6.2 电压源与电流源的等效变化电压源与电流源的等效变化1.6.3 1.6.3 叠加原理叠加原理1.6.4 1.6.4 戴维南定理与诺顿定理戴维南定理与诺顿定理一、思路一、思路应用基尔霍夫电流定律应用基尔霍夫电流定律（KCLKCL）、电压定律）、电压定律（KVLKVL）分别对节点和回）分别对节点和回路列方程，联立求解。路列方程，联立求解。abcd+_E4R4R5R1E3R3R2+_R6二、解题步骤二、解题步骤2 2、根据根据KCL KCL 对对n n个节个节点列电流方程。点列电流方程。1 1、设各支路电流的参设各支路电流

22、的参考方向如图所示。考方向如图所示。节点节点a a：143III节点节点c c：352III节点节点b b：261III节点节点d d：564III6 6条支路条支路6 6个未知电流，个未知电流，应列应列6 6个个方程。方程。abcd+_E4R4R5R1E3R3R2+_R6I1I6I3I2I4I5支路电流法支路电流法n个节点只能列个节点只能列“n-1”个独立的电流方程个独立的电流方程解题步骤：解题步骤：abcd+_E4R4R5R1E3R3R2+_R6I1I6I3I2I4I5支路电流法支路电流法4 4、 解联立方程组解联立方程组3 3、应用应用KVLKVL列回路电压列回路电压方程。方程。常选网孔

23、常选网孔(mesh)(mesh)！6611444 :RIRIRIEabda6655220 :RIRIRIbcdbadcaRIRIRIEE55443343得：得：61 II设各回路的绕行如图示。设各回路的绕行如图示。6 6条支路条支路6 6个未知电流，个未知电流，应列应列6 6个个方程。方程。三、支路电流法小结三、支路电流法小结1、解题步骤：、解题步骤：2 2）根据）根据KCLKCL对对n n个节点列个节点列“n-1n-1”个个独立的独立的电流方电流方程。程。1 1）设定设定b b条支路电流的参考方向。条支路电流的参考方向。4 4） 解联立方程组解联立方程组常选网孔！常选网孔！3 3）应用）应用

24、KVLKVL列列 “b-b-（N-1N-1）”个个独立的独立的回路回路电压方程。电压方程。P18 P18 习题习题1 1.61 1.62 2、支路电流法是电路分析的基本方法、支路电流法是电路分析的基本方法, ,适用于任适用于任何电路。何电路。缺点是缺点是当当支路支路较较多时，多时，需列的方程需列的方程数多，求解繁琐。数多，求解繁琐。支路电流法小结支路电流法小结 OSREI 电压源电压源0SRUII 电流源电流源设设 IS=10A，接上，接上RL 后，恒流源对外输出电流。后，恒流源对外输出电流。RLIUISOIISU+_0SREI 注意事项：注意事项：解解:+abU2 5V(a)+ +abU5V

25、(c)+ a+-2V5VU+-b2 (c)+ (b)aU 5A2 3 b+ (a)a+5V3 2 U+ a5AbU3 (b)+ 电阻与恒压源并联电阻与恒压源并联对外等效不起作用对外等效不起作用！电阻与恒流源串联电阻与恒流源串联对外等效不起作用对外等效不起作用！A1A22228 I例例3： 解：解：2 +-+-6V4VI2A3 4 6 1 2A3 6 2AI4 2 1 1AI4 2 1 1A2 4AA2A3122 II4 2 1 1A2 4A1 I4 2 1A2 8V+-I4 1 1A4 2AI2 1 3A在多个电源共同作用的在多个电源共同作用的线性电路线性电路中，任一支路中，任一支路上的电压或

26、电流，都是各个电源单独作用时，上的电压或电流，都是各个电源单独作用时，在该支路上产生的电压或电流的叠加。在该支路上产生的电压或电流的叠加。2121RREII SIRRRI2121 S21221111IRRRRREIII SIRRRI2112 S21121IRRRRRE 1 1、支路电流法；、支路电流法；2 2、电压源与电流源的等效变换；、电压源与电流源的等效变换；3 3、叠加原理。、叠加原理。第四次第四次叠加时叠加时只将电源分别考虑，电路的结构和参数只将电源分别考虑，电路的结构和参数（包括电源的内阻）不变。（包括电源的内阻）不变。暂时暂时不考虑的恒压源不考虑的恒压源应予以应予以短路短路，即令，

27、即令E E =0=0；暂时暂时不考虑的恒流源不考虑的恒流源应予以应予以开路开路，即令，即令Is Is =0=0。12112112111211) (RIRIRIIRIP =+EIsIsE+_+_=_+_A1A5510322 RREIV5V5132SRIUA5 . 0A5 . 0A1222 III所所以以A5 . 01555S3232 IRRRIV5 . 2V55 . 022S RIUV5 . 72.5V5VSSS UUU二端网络的概念：二端网络的概念： 二端网络：二端网络：具有两个出线端的部分电路。具有两个出线端的部分电路。 无源二端网络：无源二端网络：二端网络中没有电源。二端网络中没有电源。

28、有源二端网络：有源二端网络：二端网络中含有电源。二端网络中含有电源。任何一个有源任何一个有源线性线性二端网络，就其对外的效果来看，二端网络，就其对外的效果来看，都可以用都可以用一个电动势为一个电动势为E E的理想电压源和内阻的理想电压源和内阻 R R0 0 串联串联的电源的电源来等效代替。来等效代替。有源有源二端二端网络网络等效电源的内阻等效电源的内阻R R0 0等于有源二端网络中所有电源等于有源二端网络中所有电源均除去（理想电压源短路，理想电流源开路）后所均除去（理想电压源短路，理想电流源开路）后所得到的无源二端网络得到的无源二端网络 a a 、b b两端之间的等效电阻两端之间的等效电阻等效

29、电源的电动势等效电源的电动势E E 就是有源二端网络的开路电就是有源二端网络的开路电压压U U0 0，即将即将负载断开后负载断开后 a a 、b b两端之间的电压两端之间的电压。戴维南定理戴维南定理注意：注意：“等效等效”是指对端口外等效是指对端口外等效A5 . 2A4420402121 RREEI 221210RRRRR，所以所以(3) (3) 画出等效电路求电流画出等效电路求电流I I3 3A2A13230303 RREIA2 . 1A5512211 RREIA8 . 0A51012432 RREIR0abR3R4R1R2 8 . 5434321210RRRRRRRRR，所以所以A126.

30、 0A108 . 52G0G RREI四、戴维南定理小结四、戴维南定理小结1 1、戴维南定理适用于戴维南定理适用于求解对象为某一支路的情求解对象为某一支路的情况；被化简的电路应是线性电路，外电路可况；被化简的电路应是线性电路，外电路可任意。任意。U02 2、求有源二端网络、求有源二端网络开端电压开端电压U0 。采用电路求解的方采用电路求解的方法：支路电流法，法：支路电流法， 叠加原理叠加原理, ,电源等效电源等效变换等。变换等。线性线性有源二端网络有源二端网络R1R2R3R4+-E3、求解等效电阻、求解等效电阻R0求：求：I=?I=?课堂练习课堂练习解：解：求等效电源电动势求等效电源电动势Ed 。 步骤步骤1：断开被求支路，断开被求支路，求开端电压求开端电压U U0 0。R1R2R3R4+_EI2020 8 8 3 3 4 4 16V16VR53 3 IS1A步骤步骤2：求等效电源的求等效电源的内阻内阻。去掉去掉有源二端网有源二端网络中的络中的电源，电源，求求相应无源二端相应无源二端网络的等效网络的等效电阻电阻R0。步骤步骤3：求支路电流：求支路电流I IARREI33. 093440试用以下三种方法求电流试用以下三种方法求电流1 1、支路电流法、支路电流法2 2、叠加原、叠加原理理3 3、电源的等效变换、电源的等效变换3I