电工学第一章D课件.ppt

1、下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出电工与电子技术电工与电子技术下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 电路是电流的通路，是为了某种需要由电工电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。设备或电路元件按一定方式组合而成。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.输电线输电线下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出电源电源:提供提供电能的装置电能的装置负

2、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.输电线输电线下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出直流电源直流电源:提供能源提供能源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 电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。信号处理：信号处理：放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等电路分析电路分析

3、：根据电路结构和元件参数，讨论电路的激励与响应的关系。：根据电路结构和元件参数，讨论电路的激励与响应的关系。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 为了便于用数学方法分析电路为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。路相对应的电路模型。理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。容元件和电源元件等。电阻元件电阻

4、元件电感元件电感元件电容元件电容元件独立电源独立电源受控电源受控电源电流源电流源电压源电压源(VCVS、VCCS、CCVS和和CCCS)有源元件有源元件无源元件无源元件电路元件电路元件CLRR0+-usISR0下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 电池电池是电源元件，其是电源元件，其参数为电动势参数为电动势 E 和内阻和内阻Ro；灯泡灯泡主要具有消耗电能主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，的性质，是电阻元件，其参数为电阻其参数为电阻R；筒体筒体用来连接电池和灯用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。为是无电阻的理想导体。开关开关用来控制

5、电路的通用来控制电路的通断。断。+R0R开关开关EI电珠电珠+U干电池干电池 导线导线 手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出电流、电压、电位、电动势电流、电压、电位、电动势1.电流电流安培安培 (A)dtdqi -单位时间单位时间(s：秒：秒)内通过某一导体横截面的电荷内通过某一导体横截面的电荷量量Q/q（C:库仑库仑)，称为电流，称为电流I/i（A:安培）。安培）。若为恒定电流时若为恒定电流时安培安培秒秒库仑库仑(A)(s)(C)tQI 2.电压电压-电场力将单位正电荷（电场力将单位正电荷（1C）从）从A

6、点移至点移至B 点点所做的功所做的功(1J)即为即为a b两点之间的电压两点之间的电压(1V)。）伏特）伏特（）库仑）库仑（）焦耳）焦耳（V CJQWUab 3.电位电位-电路中某点的电位就是该点到电路参考点之间电路中某点的电位就是该点到电路参考点之间的电压。记作的电压。记作Va,参考点一般为零电位点。则参考点一般为零电位点。则伏特伏特）（V aoaUV 4.电动势电动势-用以描绘电源力将单位正电荷从负极移至用以描绘电源力将单位正电荷从负极移至正极所做的功。正极所做的功。ab参考点参考点（参考电位）（参考电位）R 2 I=5AUab=10VV10 aVV 0 bV伏特伏特(V)abUE Eab

7、abU接地接地零电位零电位 SUSU下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出物理量物理量实实 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下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出电路分析中的电路分析中的物理量物理量参考方向参考方向(假设正方向假设正方向)问题的提出问题的提出：在复杂电路中难于判断元在复杂电路中难于判断元 件中物理量实际方向，件中物理

8、量实际方向，电路如何求解？电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流电流方向方向BA？US1ABRUS2IR解决方法解决方法:(1)在解题前先设定一在解题前先设定一个正方向，作为个正方向，作为参考参考方向方向；(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：若计算结果为若计算结果为正正，则实际方向与，则实际方向与参考方向参考方向一致一致；若计算结果为若计算结果为负负，则实际方向与，则实际方向与参考方向参考方向相反相反。(2)根据电路的定律、根据电路的定律、定理，列出物理量间相定理，列出物理量间相互关互关 系的代数表达式；系的代数表达式；IR1IR3IR2下一页下一页章目录章目录返回返回

9、上一页上一页退出退出电流：电流：Uab 双下标双下标电压：电压：I Iab 双下标双下标箭箭 标标abRI正负极性正负极性+abU U+_+R0E3V注意：注意：在参考方向选定后在参考方向选定后,电流电流(或电压或电压)值才有正负之分。值才有正负之分。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出从电源内部由从电源内部由假设假设负极（低电位）指向负极（低电位）指向假设假设正极（高电位）正极（高电位）电动势的电动势的参考方向参考方向箭头：电压与电动势反向箭头：电压与电动势反向箭箭 头头 ErOUS+_E+_rO正正负负号号US+-下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出实际方向

10、与参考方向实际方向与参考方向一致一致，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。I=0.28A I =0.28A 电动势电动势为为E=3V方向由负极方向由负极指向正极指向正极；U+R0E3VU+例例:电路如图所示。电路如图所示。电流电流I的参考方向的参考方向与实际方向相同，与实际方向相同，I=0.28A,由由 流向流向,反之亦然。反之亦然。电压电压U的参考方向与实际的参考方向与实际方向相反方向相反,U=2.8V;即即:U=U 电压电压U的参考方向与实际的参考方向与实际方向相同方向相同,U=2.8V,方向

11、由方向由 指向指向；2.8V 2.8V下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 已知：已知：Us=E=2V,R=1问：问：当当Uab分别为分别为 3V 和和 1V 时，时，IR=?Rab解：解：(1)假定电路中物理量的假定电路中物理量的参考方向参考方向如图所示；如图所示；(2)列电路方程：列电路方程：SRabUUU RUURUISabRR SabRUUU (3)数值计算数值计算A1121 V1A112-3 3VRabRabIUIU时时（结果为（结果为正正,表示参考方向与实际方向表示参考方向与实际方向一致一致）（结果为（结果为负负,表示参考方向与实际方向表示参考方向与实际方向相反相反

12、）UabIRURUs+-+-例例1下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出U、I 参考方向相同时参考方向相同时RU+IRU+I 表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号：(1)式前的正负号由式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；参考方向的关系确定；(2)U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考方向值本身的正负则说明实际方向与参考方向 之间的关系。之间的关系。通常取通常取 U、I 参考方向相同。参考方向相同。U=I R注意：注意：为了避免列方程时出错，习惯上把同一个元件上为了避免列方程时出错，习惯上把同一个元件上 I 与与 U 的方向的方向 按按相同相同 的的 参考方向假设（即

13、参考方向假设（即U 与与 I 为关联参考方向）。为关联参考方向）。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 解解:对图对图(a)有有,U=IR 例例:应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图对图(b)有有,U=IR326 :IUR所以所以326:IUR所以所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A电流的参考方向电流的参考方向与实际方向相反与实际方向相反电压与电流参电压与电流参考方向相反考方向相反下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示

14、该段电路电压与电流的比值为常数。电路电压与电流的比值为常数。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性常数常数即：即：IUR 下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出1.3 电路的基本状态电路的基本状态开关闭合开关闭合,接通电源与负载接通电源与负载RREI 0负载端电压负载端电压U=IR 1.电压电流关系电压电流关系(1)电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。(2)在电源有内阻时，在电源有内阻时，I U 或或 U=E IR0电源的外特性电源的外特性EUI0R0ER+I下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 开关闭合开关闭合,接通接通电源与负载。电源与负载

15、。RREI 0U=IR或或 U=E IRoUI=EI I2RoP=PE P负载负载取用取用功率功率电源电源产生产生功率功率内阻内阻消耗消耗功率功率(3)电源输出的功率由负载决定电源输出的功率由负载决定负载大小的概念负载大小的概念:负载增加指负载取用的负载增加指负载取用的电流和功率增加电流和功率增加(电压一定电压一定)。R0ER+I 1.电压电流关系电压电流关系 2.功率与功率平衡功率与功率平衡下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 U、I 参考方向不同，参考方向不同，P=-UI 0，负载负载；P=-UI 0，电源电源。U、I 参考方向相同，参考方向相同，P=UI 0，负载负载；P

16、=UI 0，电源电源。电源：电源：U、I 实际方向相反实际方向相反(非关联方向非关联方向)，即电流从，即电流从“+”端流出端流出 （发出功率）（发出功率）负载：负载：U、I 实际方向相同实际方向相同(关联方向关联方向)，即电流从，即电流从“-”端流出端流出 （吸收功率）（吸收功率）下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 求求 图图1-5 电路元件的功率，并说明该元电路元件的功率，并说明该元件是吸收功率还是件是吸收功率还是发出功率发出功率 。例例1解：解：该元件吸收功率，是该元件吸收功率，是负载负载，充充电。电。图图a，U与与I是关联参考方向，则是关联参考方向，则0W1025 UI

17、P该元件吸收功率，是该元件吸收功率，是负载负载。图图b，U与与I是是非非关联参考方向，则关联参考方向，则0W10)2(5 UIP该元件发出功率，是该元件发出功率，是电源电源，供供电。电。I2AU=5Vab+-(a)元件元件I2AU=5Vab+-(b)元件元件该元件吸收功率，是该元件吸收功率，是负载负载。ab+-(d)I2AU=5Vab+-(c)I2AU=5V图图c，U与与I是是非非关联参考方向，则关联参考方向，则0W1025 UIP图图d，U与与I是关联参考方向，则是关联参考方向，则0W1025 UIP小结：小结：若电流的若电流的实际方向实际方向从元件的正极从元件的正极流出流出，该元件，该元件

18、发出发出功率，起功率，起电源电源作用。作用。若电流的若电流的实际方向实际方向从元件的正极从元件的正极流入流入，该元件该元件吸收吸收功率，起功率，起负载负载作用。作用。P6下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 （1）求两个电源的电压求两个电源的电压US1和和US2;（2）并说明功率的平衡并说明功率的平衡 。例例2解：解：US1+-I5AUab=220Vab+-R01US2+-R020.60.6（1）求电压求电压US1;据含源支路欧姆定律，得据含源支路欧姆定律，得V22356.0220011 IrUUabS电流的电流的实际方向实际方向从端从端流出流出:US1发出功率是发出功率是电源

19、电源，对电路，对电路供供电。电。求电压求电压US2;据含源支路欧姆定律，得据含源支路欧姆定律，得V21756.0220 022022 IrUUIrUUabSSab电流的电流的实际方向实际方向从端从端流入流入:US2吸收功率吸收功率 是是负载负载，该电源，该电源充充电。电。(2)说明功率的平衡说明功率的平衡W1115522311 IUPSS电源电源1 发出的功率发出的功率:电源电源2 吸收的功率吸收的功率:W1115W15W15W1085 W1085521722 IUPSS电阻电阻R01 吸收的功率吸收的功率:W1556.0220101 IRPR电阻电阻R02 吸收的功率吸收的功率:W1556.

20、0220202 IRPRP（吸收）吸收）=P（发出）发出）下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 额定值额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备在正常运行时的规定使用值 1.额定值反映电气设备的使用安全性；额定值反映电气设备的使用安全性；2.额定值表示电气设备的使用能力。额定值表示电气设备的使用能力。例：例：一只一只220V,60W的白炽灯的白炽灯,接在接在220V的电源的电源上，试求通过电灯的电流和电灯在上，试求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作电压下工作时的电阻。如果每晚工作时的电阻。如果每晚工作3h(小时小时)，问一个月消耗，问一个月消耗多少电能多少电能?注意

21、：注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其电气设备工作时的实际值不一定都等于其额定值，要能够加以区别。额定值，要能够加以区别。A0.273A22060 UPI解解:通过电灯的电流为通过电灯的电流为下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出：I IN，P IN，P PN 额定工作状态：额定工作状态：I=IN，P=PN 在在220V电压下工作时的电阻电压下工作时的电阻 0680.273220IUR一个月用电一个月用电W=Pt=60W(3 30)h =0.06kW 90h =5.4kW.h下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出特征特征:开关开关 断开断开I=0电源端电压电源

22、端电压(开路电压开路电压)负载功率负载功率U=U0=EP=01.开路处的电流等于零；开路处的电流等于零；I =02.开路处的电压开路处的电压 U 视电路情况而定。视电路情况而定。电路中某处断开时的特征电路中某处断开时的特征:I+U有有源源电电路路IRoR EU0 下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出电源外部端子被短接电源外部端子被短接 特征特征:0SREII U=0 PE=P=IR0P=01.短路处的电压等于零；短路处的电压等于零；U =02.短路处的电流短路处的电流 I 视电路情况而定。视电路情况而定。I+U有有源源电电路路IRRo E下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上

23、一页退出退出下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出2.举例举例 求图示电路中求图示电路中各点的电位各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd 。解：解：设设 a为参考点，为参考点，即即Va=0V设设 b为参考点，即为参考点，即Vb=0Vbac20 4A6 10AE290V E1140V5 6A d下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出bca20 4A6 10AE290V E1140V5 6A d+90V20 5+140V6 cd下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出2k A+I I1 12k I I2 26V(b)图示电路，计算开关图示电路，计算开关S S 断

24、开和闭合时断开和闭合时A点点 的电位的电位VA解解:(1)当开关当开关S S断开时断开时(2)当开关闭合时当开关闭合时,电路电路 如图（如图（b）电流电流 I2=0，电位电位 VA=0V 。电流电流 I1=I2=0，电位电位 VA=6V 。2k+6VA2k SI I2 2I I1 1(a)电流在闭合电流在闭合路径中流通路径中流通下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出IA+12V 12VBRPR1R212V 12V BARPR2R1下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出解：解：例例3 已知已知 US1=5V，US2=20V，US3=30V，US4=15V，US5=60

25、V，R1=7，R2=20，R3=15，求，求a,b,c,d,e各点电位以及各支路电各点电位以及各支路电流流I1，I2，I3。据电位的概念，据电位的概念，有有V51 SaUVV255202 aSbVUVV154 ScUVV45)15(303 cSdVUVV10560455 SdeUVV各支路电流为各支路电流为A107)45(25111 RVVRUIdbbdA120)15(5222 RVVRUIcaacA7150105303 RVVIeUS3R3aR1R2I2I1I3+US1US5-+US4-+US2-+-+dcbe电路中各点电位的计算电路中各点电位的计算下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一

26、页退出退出支路：支路：电路中的每一个分支。电路中的每一个分支。一条支路流过一个电流，称为支路电流。一条支路流过一个电流，称为支路电流。三条或三条以上支路的联接点。三条或三条以上支路的联接点。由支路组成的闭合路径由支路组成的闭合路径。内部不含支路的回路。内部不含支路的回路。I1I2I31 12 23 3ba E2R2 R3R1E1下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出adbcE+GR3R4R2I2I4IGI1I3IR1下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。点的电流。实质实质

27、:或或:=0对结点对结点 a：I1+I2=I3或或 I1+I2I3=0ba E2R2 R3R1E1I1I2I3下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出I=?例例:I=0IA+IB+IC=02+_+_I5 1 1 5 6V12VIAIBICAIBCIABACBIC广义结点广义结点下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出(2)若若R1=R2=R3,求图示电路中的电流求图示电路中的电流 i1 i2 和和i3。2A3A6A-10Aa5i4i2i1i3i4AR1R2R3解解例例A(1)求图示电路中的电流求图示电路中的电流 i4 和和i5。4364 i对对R1 R2 R3组成组成形

28、为封闭面形为封闭面S，据扩展，据扩展KCL：A16434 i对对a 结点，据结点，据KCL：2)10(45 iiA1310215 iS下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出(2)若若R1=R2=R3,求图示电路中的电流求图示电路中的电流 i1 i2 和和i3。2A3A6A-10Aa5i4i2i1i3i4AR1R2R3解解例例B(1)求图示电路中的电流求图示电路中的电流 i4 和和i5。(习题习题1-16)A1A13bc对对形回路与形回路与b,c结点，列结点，列KVL和和KCL方程：方程：0332211 iRiRiR213ii 324ii 代入代入R1=R2=R3,将方程组整理为将

29、方程组整理为:0321 iii3 21 ii432 ii得：得：A3101iA312iA3113i校验校验d点：点：d06341 iii0)311(61310 07321 下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出即：即：U=0 在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。对回路对回路1：对回路对回路2：E1=I1 R1+I3 R3I2 R2+I3 R3=E2或或 I1 R1+I3 R3 E1=0 或或 I2 R2+I3 R3 E2=0 1 12 2I1

30、I2I3ba E2R2 R3R1E1下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出1列方程前列方程前标注标注回路循行方向；回路循行方向；电位升电位升=电位降电位降 E2=UBE +I2R2 U=0 I2R2 E2+UBE=02应用应用 U=0项前符号的确定：项前符号的确定：3.开口电压可按回路处理开口电压可按回路处理 注意：注意：1 1对回路对回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出对网孔对网孔abda：对网孔对网孔acba：对网孔对网孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3+I1 R1=0I2 R2 I4 R4 I6 R6=0I4

31、 R4+I3 R3 E=0对回路对回路 adbca，沿逆时针方向循行沿逆时针方向循行：I1 R1+I3 R3+I4 R4 I2 R2=0应用应用 U=0列方程列方程对回路对回路 cadc，沿逆时针方向循行沿逆时针方向循行：I2 R2 I1 R1+E=0adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出解解题题1I3A5A6A 10A求图示电路中的电流求图示电路中的电流 I.求电路中电流求电路中电流 I1和和I2。题题236A 10A42I1I2acb解解20V5325C10V+_+_BAD 计算图示电路中计算图示电路中A、B、C、D点的电位。

32、点的电位。题题3解解下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出解解题题1A465310 I10653 II3A5A6A 10A求图示电路中的电流求图示电路中的电流 I _A，3个交点合为个交点合为1点，据点，据KCL,4求电路中电流求电路中电流 I1_A，I2 _A。题题236A 10A42I1I2acb解解 1)对结点对结点 a，据，据KCL，得得IaIbc2）先求先求Iab，沿中间回路，据，沿中间回路，据KVL有有4236 abcIIA123644 bcI3)对结点对结点b，据，据KCL，得得4)对结点对结点c，据，据KCL，得得A4610 aIA7)1(61 IA3)1(42 I7320V5325C10V+_+_BAD 计算图示电路中计算图示电路中A、B、C、D点的电位。点的电位。题题3解解IaoID与地与地之间为开路之间为开路,VA=0VVB=20V沿回路，据沿回路，据KVL有有20)235(IA21020 ICBBCVVV V105220 BCBCVVVVD=20VIao=0.-10V