电工技术-电路的基本概念与基本定律课件.ppt

1、电电 工工 技技 术术一、电能的应用 电能应用在工业、农业及国民经济各部门，在日常生活中也是不可缺少的。绪论1.电能的优越性（1）便于转换 （2）便于传输 （3）便于控制 2.不足之处 难于储存二、课程的目的和学习方法 目的获得电的基本理论知识，为今后的学习和工程技术研究打下基础。方法掌握好物理概念（多看参考书）；多做习题。三、使用教材 秦曾煌主编电工学第五版 上册电工技术 高等教育出版社出版第第1 1章章电路的基本概念电路的基本概念与基本定律与基本定律 1-1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分 电路电路电流流经的闭合路径（由电工设备和元电流流经的闭合路径（由电工设备和元件件 组成）。

2、组成）。一一.电路的组成电路的组成 电源（信号源）电源（信号源）中间环节中间环节 负载负载 二二.电路的作用电路的作用传输和转换电能；传输和转换电能；传递和处理信号。传递和处理信号。电源：电源：将非电能转换成电能的装置将非电能转换成电能的装置(干电池干电池,蓄电池蓄电池,发电机发电机)或或信号源。信号源。中间环结：中间环结：把电源与负载连接起来的部分把电源与负载连接起来的部分(连接导线连接导线,开关开关)负载：负载：将电能转换成非电能的用电设备将电能转换成非电能的用电设备(电灯电灯,电炉电炉,电动机电动机)一一.电路的组成：电路的组成：电池电池灯泡灯泡EIRU+_负载负载电源电源电路的组成电路

3、的组成二二.电路的作用电路的作用1.电能传输和转换电能传输和转换发电机发电机升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器电灯电炉电灯电炉热能热能,水水能能,核能核能转电能转电能传输分配电能传输分配电能电能转换电能转换为光能为光能,热热能和机械能和机械能能2.信号的传递和处理信号的传递和处理放大器放大器话筒话筒扬声器扬声器将语音转换将语音转换为电信号为电信号(信号源信号源)信号转换、放信号转换、放大、信号处理大、信号处理(中间环节中间环节)接受转换信接受转换信号的设备号的设备(负载负载)将实际元件理想化，将实际元件理想化，由理想化的电路由理想化的电路元件元件组成的电路。组成的电路。EIRU+_例如：

4、例如：理想化理想化导线导线理想化理想化元件元件今后我们分析的都是今后我们分析的都是电路模型，电路模型，简称简称电路。电路。1-2 电路的模型电路的模型理想化理想化电源电源电路模型电路模型:由理想元件组成的电路由理想元件组成的电路.（一）理想无源元件（一）理想无源元件(线性元件线性元件)1.电阻电阻:电路中电路中消耗电能的消耗电能的理想元件理想元件2.电容电容:电路中电路中储存电场能储存电场能的理想元件的理想元件3.电感电感:电路中电路中储存磁场能储存磁场能的理想元件的理想元件线性电路线性电路:由线性元件和电源元件组成的电路由线性元件和电源元件组成的电路.（二）理想电源元件（二）理想电源元件1.

5、理想电压源理想电压源+-U=定值U=定值+-I ISUSUO OI IU U 恒压源恒压源2.理想电流源理想电流源SIO OI IU U-I=定值I=定值+U USI恒流源恒流源电路分析电路分析在已知电路结构与元件参数情在已知电路结构与元件参数情 况下研究电路况下研究电路激励激励与与响应响应之间之间 的关系。的关系。激励激励推动电路工作的推动电路工作的电源的电压或电流电源的电压或电流。响应响应由于由于电源或信号源的电源或信号源的激励作用，激励作用，在在 电路中电路中产生的电压与电流产生的电压与电流。1-3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向I=0+_RUESU0R0ba 电路中的箭头方向

6、为电压与电动电路中的箭头方向为电压与电动势和电流的势和电流的参考方向参考方向.电路中物理量的正方向电路中物理量的正方向(参考方向参考方向)物理量的物理量的正方向正方向：实际正方向实际正方向假设正方向假设正方向实际正方向实际正方向：物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。假设正方向假设正方向（参考正方向）：（参考正方向）：在分析计算时，为了解题方便，对物理量在分析计算时，为了解题方便，对物理量任意假设的参考方向。任意假设的参考方向。物理量的实际正方向物理量的实际正方向一、电流一、电流电流方向电流方向正电荷运动的方向正电荷运动的方向（实际方向）。（实际方向）。电流参考方向电流参考方向任选一

7、方向为电流正方向。任选一方向为电流正方向。正值正值负值负值Iab =-Iba例：例：IIaabb二、电压二、电压电压方向电压方向由高电位端指向低电位端由高电位端指向低电位端（实际方向）（实际方向）。电压参考方向电压参考方向任选一方向位为电压正方向。任选一方向位为电压正方向。电压表示方法：电压表示方法：U+-UabUabUab =-Uba关联正方向：关联正方向：UI关联正关联正方向方向UI非关联非关联正方向正方向三、电动势三、电动势电动势的方向电动势的方向电位升高的方向（实际方向）。电位升高的方向（实际方向）。电动势的参考方向电动势的参考方向任选一方向为电动势的正方向。任选一方向为电动势的正方向

8、。电动势的表示方法：电动势的表示方法：a.箭头箭头b.正负号正负号c.双下标双下标电动势和电压的关系：电动势和电压的关系：EU 电压与电动势规定正方向相反时电压与电动势规定正方向相反时 E=UEU 电压与电动势规定正方向相同时电压与电动势规定正方向相同时 E=-U由以上关系可以看出：由以上关系可以看出：电压源电压源可由一个大小相等，可由一个大小相等，方向相反的方向相反的外加电压外加电压表示。表示。例：例：EUU(U=E)电路分析中的电路分析中的假设假设正方向正方向（参考方向）（参考方向）问题的提出问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何

9、求解？的实际方向，电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？E1ABRE2IR(1)在解题前在解题前先设定一个正方向先设定一个正方向，作为参考方向；，作为参考方向；解决方法解决方法(3)根据计算结果确定实际方向：根据计算结果确定实际方向：若若计算结果计算结果为为正正，则实际方向与假设，则实际方向与假设方向一致方向一致；若若计算结果计算结果为为负负，则实际方向与假设，则实际方向与假设方向相反方向相反。(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式并计算；系的代数表达式并计算；例例已知：已知：E=2V,R=1求：求：当当Uab

10、分别为分别为 3V 和和 1V 时，时，IR=?E IRRURabUab解：解：(1)假定电路中物理量的正方向如图所示；假定电路中物理量的正方向如图所示；(2)列电路方程：列电路方程：EUURabREURUIabRREUUabR(3)数值计算数值计算A1121 V1A112-3 3VRabRabIUIU（实际方向与假设方向一致实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）实际方向与假设方向相反）REUIabRE IRRURabUab(4)为了避免列方程时出错，为了避免列方程时出错，习惯上习惯上把把 I 与与 U 的方向的方向 按相同方向假设按相同方向假设(关联正方向）。关联正方向）。(1)

11、方程式方程式U/I=R 仅适用于假设正方向一致的情况。仅适用于假设正方向一致的情况。(2)“实际方向实际方向”是物理中规定的，而是物理中规定的，而“假设假设 正方向正方向”则则 是人们在进行电路分析计算时是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。任意假设的。(3)在以后的解题过程中，注意一定要在以后的解题过程中，注意一定要先假定先假定“正方向正方向”(即在图中表明物理量的参考方向即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程然后再列方程 计算计算。缺少。缺少“参考方向参考方向”的物理量是无意义的的物理量是无意义的.提示提示RIURR IRURab假设假设:与与 的方向一致的方向一致RIRU例例RI

12、RU假设假设:与与 的方向相反的方向相反RIURR IRURab关联正方向关联正方向非关联正方向非关联正方向1-4 欧姆定律欧姆定律 U和和 I 为关联正方向时：为关联正方向时：IUR U和和 I 为非关联正方向时：为非关联正方向时：IUR 线性电阻：线性电阻：遵循欧姆定律的电阻，其阻值的遵循欧姆定律的电阻，其阻值的大小和电流电压无关。大小和电流电压无关。RUI注意注意：用用欧姆定律列方程时，一定要在欧姆定律列方程时，一定要在 图中标明正方向。图中标明正方向。IRU IRUIRURUIRUI例：例：广义欧姆定律广义欧姆定律 (支路中含有电动势时的欧姆定律支路中含有电动势时的欧姆定律)EIRUa

13、bREUIab当当 UabE 时，时，I 0 表明方向与图中假设方向一致表明方向与图中假设方向一致当当 UabE 时，时，I R0时时UE一、电压和电流一、电压和电流+_IRUabESR0ab电源的外特性曲线电源的外特性曲线 表示电源端电压与输出电流之间的关系表示电源端电压与输出电流之间的关系曲线，称为外特性曲线。曲线，称为外特性曲线。U=IR=E IR0IU0EIR0二二.功率与功率平衡功率与功率平衡20IREIUIPPPE 电源的电源的发出功率发出功率=负载的负载的取用功率取用功率+电源内阻上的电源内阻上的消耗功率消耗功率P-电源输出的功率电源输出的功率PE-电源产生的功率电源产生的功率P

14、-电源内阻上消耗的功率电源内阻上消耗的功率IUE+_RabSR0功率平衡方程式：功率平衡方程式：在在 U、I 正正方向选择一致的前提下：方向选择一致的前提下：IRUab或或IRUab“吸收功率吸收功率”（负载）（负载）“发出功率发出功率”（电源）（电源）若若 P=UI 0若若 P=UI 0根据能量守衡关系根据能量守衡关系P（吸收）（吸收）=P（发出）（发出）三三.电源与负载的判别电源与负载的判别 当当 计算的计算的 P 0 时时,则说明则说明 U、I 的实际方向一致的实际方向一致，此部分电路，此部分电路消耗电功率消耗电功率，为为负载负载。功率性质判断：功率性质判断：当计算的当计算的 P 0 时

15、时,则电源消耗功率，为则电源消耗功率，为负载负载；当当计算的电源功率计算的电源功率PE 0 时时,则电源发出功率，为则电源发出功率，为电源电源.例例IUU=10VI=-1A电路电路IUU=-10VI=1A电路电路IUU=10VI=1A电路电路P=UI=-10W0，消耗功率，是负载。消耗功率，是负载。P=-UI=-10W IN过载过载I IN轻载轻载I=IN额定工作状态额定工作状态电器使用时的实际值不等于额定值的原因：电器使用时的实际值不等于额定值的原因：a.电器受外界影响电器受外界影响如电压波动。如电压波动。b.负载变化时，电流、功率通常不一定处于负载变化时，电流、功率通常不一定处于 额定工作

16、状态。额定工作状态。开关开关S断开时，外电路的电阻无穷大断开时，外电路的电阻无穷大,电流为零，电流为零，电源的端电压电源的端电压U0等于电源电动势等于电源电动势E。二、开路（二、开路（断路或空载断路或空载）电路特征：电路特征：I=0U=0 U0=EPE=P=0I=0+_RUEabSU0R0（其中：（其中：PE =EI、P=UI）三三.短路短路U=0 I=00SREI20EIRPP SI短路电流短路电流P=0电路特征：电路特征：+-E E+-0RUIsI=0+_RUEabSR0当当R0 0时，时，Is （烧毁电源）。（烧毁电源）。注意：注意：电压源不允许短路！电压源不允许短路！IS 用来描述电路

17、中各部分电压或各部分电流间的用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系关系,其中包括其中包括基氏电流基氏电流和和基氏电压基氏电压两个定律。两个定律。术语：术语：网孔：网孔：不包含任何支路的回路不包含任何支路的回路支路：支路：电路中的每一个分支电路中的每一个分支 （一个支路流过一个电流）（一个支路流过一个电流）结点：结点：三个或三个以上支路的联结点三个或三个以上支路的联结点回路：回路：电路中任一闭合路径电路中任一闭合路径1-6 1-6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律支路：支路：ab、ad、.（共（共6条）条）回路：回路：abda、bcdb、.（共（共7 个）个）结点：结点：a、b、.(共共4个）个）

18、例例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于由对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于由结点流出的电流。结点流出的电流。基氏电流定律的基氏电流定律的依据依据：电流的连续性：电流的连续性 I=0即：即：I1I2I3I44231IIII例例或：或：04231IIII1.6.1 1.6.1 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律（KCL)KCL)I入入=I出出即：即：设：流入结点为正，流出结点为负。设：流入结点为正，流出结点为负。在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为 0。电流定律电流定律还可以扩

19、展到电路的任意封闭面（还可以扩展到电路的任意封闭面（广义结点广义结点）。）。例例I1+I2=I3例例I=0基氏电流定律的扩展基氏电流定律的扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R 对电路中的任一回路，沿任意对电路中的任一回路，沿任意循行方向循行方向的各的各段电压的代数和等于零。段电压的代数和等于零。即：即：IRE1.6.2.1.6.2.基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律（KVLKVL）即：即：0U 在任一回路的在任一回路的循行方向循行方向上，电动势的代数上，电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。和等于电阻上电压降的代数和。E、U和和IR与与循行方向循行方向相同为正，反之为负。相

20、同为正，反之为负。例如：例如：回路回路 a-d-c-a55443343RIRIRIEE或：或：0UURIRIRI4S3S554433注意：注意：与与循行方向相同为正，循行方向相同为正，反之为负。反之为负。I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-其中其中:US3=-E3，US4=-E4RIUEab基氏电压定律也适合开口电路。基氏电压定律也适合开口电路。例例RIE由：由：得：得：E+_RabUabI例例aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1分析以下电路中应列几个电流方程？几个分析以下电路中应列几个电流方程？几个电压方程？电压方程？基尔霍夫电流方程基

21、尔霍夫电流方程：结点结点a：结点结点b：321III213III独立方程只有独立方程只有 1 个个基尔霍夫电压方程基尔霍夫电压方程：#1#2#32211213322233111RIRIEERIRIERIRIE独立方程只有独立方程只有 2 个个aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1网孔网孔网孔网孔设：电路中有设：电路中有N个结点，个结点，B个支路个支路N=2、B=3bR1R2E2E1+-R3+_a小小 结结独立的独立的结点电流方程结点电流方程有有 (N-1)个个独立的独立的回路（回路（网孔网孔）电压方程）电压方程有有(B-N+1)个个则：则：（一般为网孔个数）（一般为网孔个数）

22、独立电流方程：独立电流方程：个个独立电压方程：独立电压方程：个个A11433I求：求：I1、I2、I3 能否很快说出结果能否很快说出结果？A615432IA7321III1+-3V4V1 1+-5VI1I2I3电路中的电位电路中的电位该点与参考点（该点与参考点（零电位点零电位点）之间的电压。）之间的电压。（参考点通常用参考点通常用“接地接地”符号表示，但该点没有和大地相连。）符号表示，但该点没有和大地相连。）参考点选的不同，则各点的电位不同。参考点选的不同，则各点的电位不同。电流总是从高电位流向低电位。电流总是从高电位流向低电位。例11-7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算-7V3

23、K1KAS1K+6V+8Vcb求：求：A点电位。点电位。设设b点为参考点：点为参考点：Vb=0则：则：VA=0设设c点为参考点：点为参考点：Vc=0则：则：S断开时：断开时：S闭合时：闭合时：则：则：-7V3K1KAS1K+6V+8Vcb+-解：解：将原图电路改画成上图所示电路。将原图电路改画成上图所示电路。-7V3K1KAS1K+6V+8Vcb3V11378VA 1V11168VA 计算图中A点的电位。解：解：-24V电源的正极在接地点电源的正极在接地点上，上，12和和36两两 电阻串联，电阻串联，流过电流为：流过电流为：I=24/（12+36）=0.5AA +12V 24 36 12 -2

24、4VI例例2:方向向左再向下，故方向向左再向下，故A点电位点电位VA=-I x12=-0.5x12=-6V在图（在图（a）中求）中求A点电位点电位VA解：将图（解：将图（a）电路改画成（）电路改画成（b）所示电路。）所示电路。+50 V R110图（图（a）R3 20 -50 V R2 5A例例3:图（图（b）50 VI1 R110 R3 20 R2 5I3I2E1E2A50 V解：根据解：根据KCL有有:I1-I2-I3=0 根据根据KVL，对左边回路有，对左边回路有 E1-I1R1=VA得：得：111RVEIA 222RVEIA VRRRREREVA3.142015110155010501113212211 对右边回路有对右边回路有E2+VA=I2R2又又VA=I3 R3，I3=VA/R3，将各电流带入并整理得：将各电流带入并整理得：50 VI1 R110 R3 20 R2 5I3I2E1E2A50 V第一章第一章 结束结束