电工课件第1章-电路的基本知识.ppt

1、2023-2-15电工基础电工基础1第第1 1章章 电路的基本知识电路的基本知识1.2 1.2 电路的主要物理量电路的主要物理量1.3 1.3 电阻元件和欧姆定律电阻元件和欧姆定律1.4 1.4 电路的基本连接方式电路的基本连接方式1.5 1.5 电压源、电流源及其等效变换电压源、电流源及其等效变换1.6 1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.1 1.1 电路与电路模型电路与电路模型2023-2-15电工基础电工基础2电路电路:电路是由一些电气设备和元件连接而成。电路是由一些电气设备和元件连接而成。1.1 1.1 电路与电路模型电路与电路模型能力知识点能力知识点1 1 电路的的组成与功能电路的的

2、组成与功能电阻电阻电容电容运算放大器运算放大器晶体管晶体管光耦器件光耦器件2023-2-15电工基础电工基础3 电路是由电路是由电源电源、负载负载和和中间环节中间环节三个基本三个基本部分组成。部分组成。电路的基本组成中间环节中间环节电源电源负载负载2023-2-15电工基础电工基础4中间环节：中间环节：输送和分配电能的设备，即导线、输送和分配电能的设备，即导线、开关、转换电路等。开关、转换电路等。电源：电源：供电设备，向用电设备提供电能。供电设备，向用电设备提供电能。常用的电源装置为交流电源、直流电源和信号源。常用的电源装置为交流电源、直流电源和信号源。发电机发电机直流电源直流电源信号源信号源

3、负载：负载：用电设备用电设备,将电能转换为机械能。电动将电能转换为机械能。电动机、日光灯、各种家用电器等均为用电负载。机、日光灯、各种家用电器等均为用电负载。2023-2-15电工基础电工基础5升压升压变压器变压器升压升压变压器变压器升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电电灯灯电电动动机机电电炉炉发电机发电机输电线输电线例如例如电力系统输送、分配电能的电路：电力系统输送、分配电能的电路：1.1.实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换电工电路电工电路电路的功能2023-2-15电工基础电工基础6 2.2.实现电信号的传递和转换实现电信号的传递和转换例如常见的扩音器电路：例如常见

4、的扩音器电路：放放大大器器话筒话筒电子电路电子电路2023-2-15电工基础电工基础7(1)(1)实际元器件的电磁性能实际元器件的电磁性能 电路中使用的元器件，如电阻、电感、电容、电路中使用的元器件，如电阻、电感、电容、晶体管等，它们的电磁性质较为复杂。晶体管等，它们的电磁性质较为复杂。白炽灯白炽灯是耗能元件是耗能元件,但还存在微小的电感但还存在微小的电感；电感线圈电感线圈是储能元件，但还存在很小的电阻；是储能元件，但还存在很小的电阻；能力知识点能力知识点2 2 电路模型电路模型电容是电容是储能元件，但也存在储能元件，但也存在(介质损耗介质损耗)。2023-2-15电工基础电工基础8(2)(2

5、)实际元器件的理想化实际元器件的理想化 为了便于电路的分析和数学描述，实际元件要为了便于电路的分析和数学描述，实际元件要理想化处理，即在一定条件下突出元件的主要电磁理想化处理，即在一定条件下突出元件的主要电磁性质，忽略其次要因素。所以白炽灯、电感线圈、性质，忽略其次要因素。所以白炽灯、电感线圈、电容等均认为是理想元件。电容等均认为是理想元件。(3)(3)电路模型电路模型 由理想元件组成的电路即为实际电路的电路模型。由理想元件组成的电路即为实际电路的电路模型。例如，手电筒电路的电路模型如下：例如，手电筒电路的电路模型如下：2023-2-15电工基础电工基础9灯泡灯泡电池电池 手电筒电路的电路模型

6、手电筒电路的电路模型ER+_电源电源负载负载 手电筒电路示意图手电筒电路示意图2023-2-15电工基础电工基础10常用的几种理想电路元件及其图形符号常用的几种理想电路元件及其图形符号 元件名称图形符号元件名称图形符号电阻直流电源电感理想电压源电容理想电流源2023-2-15电工基础电工基础11电流电流是由是由电荷的定向运动形成的。电荷的定向运动形成的。单位：安培（单位：安培（A）361mA=10A1A=10A1.2 1.2 电路的主要物理量电路的主要物理量能力知识点能力知识点1 1 电流与电压电流与电压2023-2-15电工基础电工基础1231kV=10 V1m V=10V1V=10V 3

7、6 电压电压在电场力的作用下，通过外电路运送电在电场力的作用下，通过外电路运送电荷的能力。单位：伏特（荷的能力。单位：伏特（V V）2023-2-15电工基础电工基础13实际方向：实际方向：物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。电流电流I:正电荷运动的方向。正电荷运动的方向。电电源源负负载载II 电流流过电源时，是从电源的电流流过电源时，是从电源的负极到正极；负极到正极；电流流过负载时，是从负载的高电位到低电位电流流过负载时，是从负载的高电位到低电位。USR+_+_II1.1.电流和电压的实际方向电流和电压的实际方向2023-2-15电工基础电工基础14电压电压U:从高电位到低电位。

8、从高电位到低电位。电动势电动势E:从电源的负极到电源的正极。从电源的负极到电源的正极。R+_EUSR+_+_EU2023-2-15电工基础电工基础15（1 1）参考方向）参考方向 在分析电路时，对电量人为规定的方向。在分析电路时，对电量人为规定的方向。例如例如:在如下复杂电路中很难判断出在如下复杂电路中很难判断出 中流中流过电流的实际方向，电路如何求解？过电流的实际方向，电路如何求解？3R2.2.电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向（2）设参考方向的意义）设参考方向的意义2023-2-15电工基础电工基础16（3 3）解决的方法）解决的方法1)1)在解题前先假设一个电在解题前先假设一个电流

9、方向，作为参考方向。流方向，作为参考方向。2)2)根据电路的基本定律，根据电路的基本定律，列出电压、电流方程。列出电压、电流方程。3)3)根据计算结果确定电流的实际方向：根据计算结果确定电流的实际方向：若计算结果若计算结果 I3为正为正 ,则实际方向与参考方向一致；则实际方向与参考方向一致；若计算结果若计算结果 I3为负为负,则实际方向与参考方向相反。则实际方向与参考方向相反。I32023-2-15电工基础电工基础17解解SUE因为因为所以所以6VSUE62A3SIUIR 由于电流 的参考方向与实际方向相反，则电源电压电源电压 的参考方向与的参考方向与实际方向相同。实际方向相同。SU,6V,=

10、3SERUI已知电路如图所示。试求电源电压和电流 的数值。【例例 1.1】2023-2-15电工基础电工基础18（4 4）电压参考方向的三种表示）电压参考方向的三种表示正负号正负号,下标下标a a、b b和箭头都是表示电位降低的方向。和箭头都是表示电位降低的方向。2023-2-15电工基础电工基础19关联参考方向：电压与电流的参考方向相同关联参考方向：电压与电流的参考方向相同非关联参考方向：电压与电流的参考方向相反非关联参考方向：电压与电流的参考方向相反注意注意:1.1.分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。2.2.参考方向选定之后，在计算过程中不能改

11、变。参考方向选定之后，在计算过程中不能改变。3.3.电流和电压的关联参考方向电流和电压的关联参考方向2023-2-15电工基础电工基础20【例例1.21.2】已知元件已知元件A A、B B的电压、电流参考方向的电压、电流参考方向如图所示。试判断如图所示。试判断A、B元件的电压、电流的参考元件的电压、电流的参考方向是否关联？方向是否关联？解：解：A元件的电压、电流参考方向非关联；元件的电压、电流参考方向非关联；B元件的电压、电流参考方向关联。元件的电压、电流参考方向关联。BAUI2023-2-15电工基础电工基础21解：解：12V(,ABUU因为正值）所以确定、两元件的电压 的方向就是实际方向。

12、2A(,ABII 因为负值）所以确定、两元件的电流 的方向均与实际方向相反。可判断：可判断：A A元件是电源，元件是电源，B B元件是负载元件是负载。12V,1AUI 已知电路如图所示，。试判断试判断A、B元件是电源还是负载？元件是电源还是负载？【例例 1.3】2023-2-15电工基础电工基础22此点称为参考点。其它各点对参考点的电压，便是此点称为参考点。其它各点对参考点的电压，便是该点的电位。用该点的电位。用VX表示。表示。（注意：电位为单下标）。（注意：电位为单下标）。在电路中任选一点，设其电位为零在电路中任选一点，设其电位为零,用用表示。表示。1.1.电位的概念电位的概念ab2A1ab

13、2A1能力知识点能力知识点2 2 电位电位a点电位：点电位：V2aV b点电位：点电位：V2bV返回2023-2-15电工基础电工基础232.2.电位的计算电位的计算设设b为参考点，即为参考点，即Vb=0。E1aE2+20+_d_6A4A10A56140V90VCbV60abaUVV140cbcUVV90dbdUV 从结果中看出从结果中看出,a、c、d点的电位比点的电位比b点分别高点分别高60V、140V、90V。如下电路只能求出两点间的电压值如下电路只能求出两点间的电压值,而不能求出某而不能求出某一点的电位值。因此，若要一点的电位值。因此，若要计算电位时，必须在电路计算电位时，必须在电路中设

14、参考点。中设参考点。返回2023-2-15电工基础电工基础24设设a为参考点，即为参考点，即Va=0,则则 V60babUVV80cacUVV30dadUV 从结果中看出从结果中看出,b点的电位比点的电位比a点的电位低点的电位低 60V，而而c点点和和d点的电位点的电位 比比a点分别高点分别高80V、30V。结论：结论：E1aE2+20+_d_6A4A10A56140V90VCb 参考点的位置不同，电路中其它各点的电位也参考点的位置不同，电路中其它各点的电位也不同不同；但是两点之间的电压值（电位差）是不变的。；但是两点之间的电压值（电位差）是不变的。返回2023-2-15电工基础电工基础253

15、.3.电位与电压的关系电位与电压的关系电压等于电位之差；电压等于电位之差；电位是相对量，电压是绝对量。电位是相对量，电压是绝对量。返回2023-2-15电工基础电工基础261.3 1.3 电阻元件与欧姆定律电阻元件与欧姆定律可见，遵循欧姆定律的电阻是线性电阻，不遵可见，遵循欧姆定律的电阻是线性电阻，不遵循欧姆定律的电阻是非线性电阻循欧姆定律的电阻是非线性电阻.线性电阻线性电阻非线性非线性电阻电阻能力知识点能力知识点1 1 电阻元件电阻元件2023-2-15电工基础电工基础27流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，即流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，即可见，当电压可见，当电压U一定时，电阻一

16、定时，电阻R 越大，电流越大，电流I 越小。则电阻具有阻碍电流增大的性质。越小。则电阻具有阻碍电流增大的性质。UIRURI 电阻的单位电阻的单位:,k,M能力知识点能力知识点2 2 欧姆定律欧姆定律2023-2-15电工基础电工基础28欧姆定律的几种表示形式欧姆定律的几种表示形式一个式子中有两套正负号，一套正负号是由参一个式子中有两套正负号，一套正负号是由参考方向决定的，另一套是由电压和电流本身的考方向决定的，另一套是由电压和电流本身的正负值决定的。正负值决定的。IRUIRUIRU U=RI(a)(b)(c)U=RIU=RI2023-2-15电工基础电工基础29串联的特点：每个元件流过的电流相

17、等。串联的特点：每个元件流过的电流相等。1.等效电阻等效电阻R 如图如图(b)21RRR2.分压公式分压公式2212212111RRRUIRURRRUIRUUIR1R2U1U2图(a)URI图(b)1.4 1.4 电路的基本连接方式电路的基本连接方式能力知识点能力知识点1 1 电阻的串联电阻的串联2023-2-15电工基础电工基础303.电阻的分压作用电阻的分压作用当当R1 R2时时,0,21UUUR2的分压作用忽略不计。的分压作用忽略不计。4.电阻串联的应用电阻串联的应用与负载串联与负载串联,降压。降压。UIR1R2U1U22023-2-15电工基础电工基础31并联的特点：每个电阻上的电压相

18、同。并联的特点：每个电阻上的电压相同。IU1R2R2I1IURI21111RRR2121RRRRR即即1.等效电阻等效电阻R,图图(b)图图(a)图图(b)G=G1+G2（电导电导）或或能力知识点能力知识点2 2 电阻的并联电阻的并联RG1单位：单位：S2023-2-15电工基础电工基础32IU1R2R2I1IURI2.分流公式分流公式IRRRRIRRUI212111IRRRRIRRUI2112223.当当R1 R2时时,III21,0 R1的分流作用的分流作用忽略不计。忽略不计。2023-2-15电工基础电工基础334.电阻并联的应用电阻并联的应用 分流或调节电流的作用。分流或调节电流的作用

19、。5.5.负载的并联运行负载的并联运行 负载一般都是并联运行的负载一般都是并联运行的,所以它们处于同一电所以它们处于同一电压之下压之下,并且基本上互不影响。并且基本上互不影响。并联的负载越多并联的负载越多,则总电阻越小则总电阻越小,电路中总电流电路中总电流和总功率也越大。但是每个负载的电流和功率却没和总功率也越大。但是每个负载的电流和功率却没有变动有变动(严格地讲严格地讲,基本上不变基本上不变)。2023-2-15电工基础电工基础34【例例 1.3】已知电路如图所示，已知电路如图所示，,21,V1251RU。和。试求321432,5,12,8IIIRRR解：利用电阻的串解：利用电阻的串联与并联

20、的方法求联与并联的方法求出等效电阻，然后出等效电阻，然后再求各支路电流。再求各支路电流。2023-2-15电工基础电工基础35解：1.112341255A()/25UUIRRRRR2.4212345 51A()25RIIRRR3.3125 14AIII 2023-2-15电工基础电工基础36 思考题【1.2】求图求图 示电路中开关示电路中开关S打开和闭合时的等打开和闭合时的等效电阻效电阻 Rab。返回2023-2-15电工基础电工基础37能力知识点能力知识点1.1.电压源电压源 伏安特性伏安特性0IREUIU 电压源的端电压电压源的端电压(1)实际电压源模型实际电压源模型+-UIR0E+-RL

21、U0=E0REISo开开路路电电压压短路电流短路电流1.5 1.5 电压源、电流源及其等效变换电压源、电流源及其等效变换能向负载提供一个确定的电压。能向负载提供一个确定的电压。2023-2-15电工基础电工基础38（2 2）理想电压源模型（恒压源）理想电压源模型（恒压源）:R0=0 或或 R0 RL 特点：特点：输出电输出电 压不变，其值等于电动势。压不变，其值等于电动势。即即 Uab E；电源中的电流由外电路决定电源中的电流由外电路决定。伏安特性伏安特性IUabEIE+_abUab+_RL2023-2-15电工基础电工基础39设设:E=10 V当当R1、R2 同时接入时，同时接入时，I=10

22、A 当当R1=2 时时，I=5A则：则：电源中的电流由外电路决定。电源中的电流由外电路决定。IE+_abUab2 R1R22 2023-2-15电工基础电工基础40能力知识点能力知识点2.2.电流源电流源（1 1）实际电流源模型实际电流源模型0IREU 将式将式的形式变换一下，即的形式变换一下，即000RURERUEI电源内阻中的电流电源内阻中的电流电源短路时的电流电源短路时的电流负载中的电流负载中的电流能向负载提供一个确定的电流。能向负载提供一个确定的电流。2023-2-15电工基础电工基础41实际电路模型实际电路模型ROISRLIab+-U0I0IIIS0IIS00RUREIIsUI 伏安

23、特性伏安特性U0=ISR0o与电压源一致与电压源一致输出电流输出电流2023-2-15电工基础电工基础42特点：特点：输出电流不变，其值恒等于电流源电流输出电流不变，其值恒等于电流源电流 IS；IUIS输出电压由外电路决定。输出电压由外电路决定。（2 2）理想电流源）理想电流源 （恒流源）（恒流源）:R0=或或 R0 RL ISRLIab+-U 伏安特性伏安特性2023-2-15电工基础电工基础43能力知识点能力知识点3 3 电压源与电流源的等效变换电压源与电流源的等效变换 IUOEU 00sREI 电电压压源源IUO0s0RIU sI电电源源流流+-UIR0E+-RLROISRLIab+-U

24、0I2023-2-15电工基础电工基础44电压源电压源aISROb电流源电流源0sREI 0SRIE 注意注意（1）一般不仅限于内阻）一般不仅限于内阻,也可以是某个电阻；也可以是某个电阻；（2）要注意电压源的极性与电流源的方向；）要注意电压源的极性与电流源的方向；（3）两电源对外电路等效）两电源对外电路等效,但两电源内部不等效。但两电源内部不等效。R+-ROEabR2023-2-15电工基础电工基础45（4 4）恒压源和恒流源不能等效互换）恒压源和恒流源不能等效互换aE+-babIs4.4.应用举例应用举例0REIS0RIES2023-2-15电工基础电工基础46AREIs165.080R0I

25、S已知电压源电动势已知电压源电动势E=8V，内阻，内阻R=0.5，求与，求与其等效的电流源。其等效的电流源。E-+R0【例例 1.4】5.00R解解 等效电流源如图所示，等效电流源的等效电流源如图所示，等效电流源的两个参数为两个参数为2023-2-15电工基础电工基础47 思考题【1.3】判断（判断（a）、（）、（b）两图中各电源是发出）两图中各电源是发出功率还是吸收功率。功率还是吸收功率。2023-2-15电工基础电工基础48 基尔霍夫定律用来描述电路中各部分电压或各部基尔霍夫定律用来描述电路中各部分电压或各部分电流之间的关系分电流之间的关系,其中包括电流定律和电压定律。其中包括电流定律和电

26、压定律。名词解释：名词解释：支路支路：电路中每一个分支。电路中每一个分支。节点节点：三个或三个以上：三个或三个以上 支路的联接点。支路的联接点。回路回路：电路中任一闭合的路径。：电路中任一闭合的路径。1.6 1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 E2+-R1R3R2+_E1网孔网孔：其内部没有其他支路的回路。：其内部没有其他支路的回路。2023-2-15电工基础电工基础491一条支路流过一个电流一条支路流过一个电流节点节点:回路回路:2 支路支路:acb,adb,ab(3 3个个)a a,b b (2(2个个)acba,adba,cadba (3 3个个)bI3I2I1aE2+R1R3R2+_E1

27、Cd_3网孔网孔:acba,adba(2 2个个)2023-2-15电工基础电工基础50对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由节点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个由节点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为节点上电流的代数和为 零。零。I1I2I3I44231IIII I=0即：即：或：或：04231IIII能力知识点能力知识点1.1.基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(KCLKCL)【例例 1.5】2023-2-15电工基础电工基础51I1+I2=I3基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律可以可以扩展到扩展到电路的任意闭合面电路的

28、任意闭合面:I1I2I3电路电路 A电路电路 BI2I1=I2I1=?【例例 1.5】【例例 1.6】广义节点广义节点广义节点2023-2-15电工基础电工基础52能力知识点能力知识点2.2.基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律对于任一回路，沿任意循行方向绕一周，其电位降对于任一回路，沿任意循行方向绕一周，其电位降之和等于电位升之和。或者说之和等于电位升之和。或者说,回路中各段电压的回路中各段电压的代数和恒等于零代数和恒等于零。即：即：0U回路回路1 1：13311EIRIR电位降电位降电位升电位升22332IRIRE电位降电位降电位升电位升回路回路2 2：12I3I2I1aE2+R1R3R2+_

29、E1bCd_2023-2-15电工基础电工基础53回路回路1 1：013311EIRIR022332IRIRE规定电位降取正号规定电位降取正号,电位升取负号电位升取负号回路回路2 2：12I3I2I1aE2+R1R3R2+_E1bCd_用用0U列方程：列方程：2023-2-15电工基础电工基础54EIRUab基尔霍夫基尔霍夫电压定律扩展到开口电路：电压定律扩展到开口电路：E+_RabUabI+-将开口电路假想接一个无穷大的电阻，组成闭将开口电路假想接一个无穷大的电阻，组成闭合电路，设无穷大电阻两端的电压为合电路，设无穷大电阻两端的电压为 。abUE+_RabUabI+-R【例例 1.8】2023-2-15电工基础电工基础55 思考题求图求图(a)中的电流中的电流 I 和和 图图(b)中的中的 Uab。返回2023-2-15电工基础电工基础56色环电阻色环电阻电阻排电阻排电位器电位器电容电容极性电容极性电容2023-2-15电工基础电工基础57祝大家学习愉快学习愉快