第1章-电路基本概念与基本定律-《电工技术(非电类)(第3版)》课件.ppt

1、电工技术（非电类）电工技术（非电类）第第1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律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设备电路是电流的通路，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。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

2、电线输电线直流电源直流电源:提供能源提供能源信号处理：信号处理：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 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。手电筒的电路模型手电筒的电路模型 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,一般要将实际电路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其模型化，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，从而构成与实际电路组

3、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。相对应的电路模型。R+RoUsS+UI干电干电池池导线导线灯泡灯泡开关开关 手电筒由电池、灯手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。泡、开关和筒体组成。理想电路元件主要有理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等电容元件和电源元件等R+RoUsS+UI干电池干电池导线导线灯泡灯泡开关开关 干电池干电池是电源元件，是电源元件，其参数为电压源其参数为电压源Us 和内和内阻阻Ro；灯泡灯泡主要具有消耗电主要具有消耗电能的性质，是电阻元件能的性质，是电阻元件，其参数为电阻，其参数为电阻R；导线导线用来连接电池

4、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。开关开关用来控制电路的用来控制电路的通断。通断。电路的分类方式有很多种：电路的分类方式有很多种：按按电源电源来分，电源本身的电流通路为来分，电源本身的电流通路为内电路内电路，电源以外的电流通路为电源以外的电流通路为外电路外电路;按按电流方向变化电流方向变化来分，当电流的方向不随时间来分，当电流的方向不随时间变化时变化时,为为直流电路直流电路,当电流的方向随时间变化时当电流的方向随时间变化时,称称为为交流电路交流电路。tQI dtdqi qWUdqdWu 遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它

5、表示该段电遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。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即：RRIUR 2、LiNL2感应电动势感应电动势eL的值为的值为电感两端电压为电感两端电压为通过恒定电流时，电感两端电压通过恒定电流时，电感两端电压uL=0，电感元件可视为短路电感元件可视为短路dtdNeLdtiLdtdNeuLLLd-3、电容元件、电容元件绝大数电容是线性的，其定义为绝大数电容是线性的，其定义为 单位单位F（法（法拉拉），），F，pF当电容元件上的电荷当电容元件上的电荷q或电压或电压uC发发生变化时生变化时,则在电路

6、中引起电流：则在电路中引起电流：如果在电容元件两端加恒定电压如果在电容元件两端加恒定电压,电流电流iC为零为零,所以此时电容元件可视为开路。所以此时电容元件可视为开路。CuqC dtduCdtdqiCC OSREI 电压源电压源0SRUII 电流源电流源设设 IS=10 A，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。RL IUISOIISU+_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 10AUS290V US1140V5

7、6A dbca20 4A6 10A90V 140V5 6A d+90V20 5+140V6 cd图示电路，计算开关图示电路，计算开关S S 断开和断开和闭合时闭合时A点的电位点的电位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 。电流在闭合电流在闭合路径中流通路径中流通2K A+I I1 12k I I2 26V(b)2k+6VA2k SI I2 2I I1 1(a)A+12V12VBRPR1R212V 12V BARPR2R1I物理量物理量实实

8、 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：IUS+_ 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

9、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：在参考方向选定后，电流在参考方向选定后，电流(或电压或电压)值才有正负之分。值才有正负之分。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。abRIabRU+若若 U=5V，则电压的实际方向，则电压的实际方向从从 a 指向指向 b；若若 U=5V，则电压的实际方向，则电压的实际方向从从 b 指向指向 a。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：式前的正负号由式前的正负号由U、I 参考方向的

10、关系确定；参考方向的关系确定；U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。方向之间的关系。通常取通常取 U、I 参考方向相同。参考方向相同。U=I R 欧姆定律欧姆定律解：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 欧姆定律欧姆定律支路：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

11、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。I1I2I3ba us2R2 R3R1us11 12 23 3在任一瞬间，流向任一结点的电流等于在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。流出该结点的电流。实质实质:或或:=0I1I2I3ba US2R2 R3R1US1对结点对结点 a：I1+I2=I3或或 I1+I2I3=0I=?例例:广义结点广义结点I=0Ia+Ib+Ic=0abcIaIbIc2+_+_I5 1 1 5 6V12V即：即：U=0在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路在任一

12、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循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。之和。对回路对回路1：对回路对回路2：U1=I1 R1+I3 R3I2 R2+I3 R3=U2或或 I1 R1+I3 R3 U1=0 或或 I2 R2+I3 R3 U2=0 I1I2I3ba U2R2 R3R1U11 12 21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 U2=UBE +I2R2 U=0 I2R2 U2+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1 1对回路

13、对回路1：U1UBEE+B+R1+U2R2I2_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 R4+I3 R3 U=0应用应用 U=0列方程列方程adbcU+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I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+U=0R6adbcU+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I 开关闭合开关闭合,接接通电源与负载通电源

14、与负载RRUIS0负载端电压负载端电压U=IR 特征特征:IR0R USU I 电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。在电源有内阻时，在电源有内阻时，I U 。或或 U=US IR0电源的外特性电源的外特性USUI0特征特征:开关开关 断开断开I=0电源端电压电源端电压(开路电压开路电压)负载功率负载功率U=U0=USP=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 USU0 电源外部端子被短接电源外部端子被短接 特征特征:0SRUIIS

15、U=0 PUS=P=IR0P=01.1.短路处的电压等于零；短路处的电压等于零；U =02.2.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IR0R USU0 0SRUIS解解:+abU2 5V(a)+abU5V(c)+a+-2V5VU+-b2(c)+(b)aU 5A2 3 b+(a)a+5V3 2 U+a5AbU3(b)+A1A22228 I例例3 3：解：解：2 +-+-6V4VI2A 3 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

16、 2AI2 1 3A一、电功率一、电功率一、电功率一、电功率uip U、I 参考方向不同，参考方向不同，P=UI 0，电源电源；P=UI 0，负载负载。U、I 参考方向相同，参考方向相同，P=UI 0，负载负载；P=UI 0，电源电源。电源：电源：U、I 实际方向相反，即电流从实际方向相反，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，即电流从实际方向相同，即电流从“-”端流出端流出。（吸收功率）（吸收功率）开关闭合开关闭合,接通电接通电源与负载。源与负载。RRUIS0U=IR 电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。在电源有内阻时，在电源有内阻

17、时，I U 。或或 U=US IRoUI=USI IRoP=PUS 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 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)。IR0R USU IaIRISbI1R1(c)IR1IR1RISR3+_IU1+_UISUR2+_U1ab(a)aIR1RIS+_U1b(b)(2)由图由图(a)可得：可得：A4A4A2S1R IIIA2A51031R3 RUI理想电压源中的电流理想电压源中的电流A6A)4(A2R1

18、R3U1 III理想电流源两端的电压理想电流源两端的电压V10V22V61S2S2IS IRRIIRUUA10A110111 RUIA6A22102S1 III各个电阻所消耗的功率分别是：各个电阻所消耗的功率分别是：W36=61=22RIPRW16=41=22111）（RRIRPW8=22=22S22IRPRW20=25=22333RRIRP两者平衡：两者平衡：(60+20)W=(36+16+8+20)W 80W=80W(3)由计算可知，本例中理想电压源与理想电流源由计算可知，本例中理想电压源与理想电流源 都是电源，发出的功率分别是：都是电源，发出的功率分别是：W60=610=111UUIUP

19、W20=210=SSSIUPII二、能量二、能量从从t0到到t的时间内的时间内,元件吸收的电能可根据电压的定义元件吸收的电能可根据电压的定义(a、b两点间的电压在量值上等于电场力将单位正电两点间的电压在量值上等于电场力将单位正电荷由荷由a点移动到点移动到b点时所作的功点时所作的功)求得求得由于由于 ，所以，所以)()(0tqtqdquWdiuWtt)()(0dtdqi 二、能量二、能量电感元件中所存储的能量为电感元件中所存储的能量为 当电流当电流iL增大时增大时,电感中所储存的能量增大电感中所储存的能量增大,在此过程中电能转换为磁场能在此过程中电能转换为磁场能,即电感元件即电感元件从电源吸收能

20、量。反之从电源吸收能量。反之,当电流当电流iL减小时减小时,电电感中所储存的能量减小感中所储存的能量减小,磁场能转换为电能磁场能转换为电能,即电感元件向外电路释放能量即电感元件向外电路释放能量.电感元件不消耗能量电感元件不消耗能量,是储能元件是储能元件20021LLiLLtLLidiLidtiuL二、能量二、能量电容元件中所存储的能量为电容元件中所存储的能量为 当电容元件上的电压当电容元件上的电压uC增高时增高时,电容上储电容上储存的电场能量增大存的电场能量增大,在此过程中电容元件在此过程中电容元件从电源吸收能量从电源吸收能量(或称为充电或称为充电)。反之。反之,当电当电压压uC降低时降低时,

21、电容上储存的电场能量减小电容上储存的电场能量减小,电容元件向外电路释放能量电容元件向外电路释放能量(或称为放电或称为放电)。电容元件不消耗能量电容元件不消耗能量,也是储能元件也是储能元件20021CCuCCtCCuduCudtiuC三、额定值与实际值三、额定值与实际值额定值额定值: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：I IN，P IN，P PN 额定工作状态：额定工作状态：I=IN，P=PN 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：灯泡：灯泡：UN=220V，PN =60W电阻：电阻：RN=100 ，PN =1 W