1、电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 课程代码课程代码 2232223220082008年版年版电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 第一节第一节 电路及其主要物理量电路及其主要物理量电路：就是电流所通过的路径。它是由电路元件按电路：就是电流所通过的路径。它是由电路元件按一定方式组合而成的。一定方式组合而成的。电路的结构形式和所完成的任务多种多样的，举例：电路的结构形式和所完成的任务多种多样的，举例：发电机发电机 电灯电灯电动机电动
2、机 电炉电炉 升压升压变压器变压器 降压降压变压器变压器 输电线输电线 电源电源中间环节中间环节 负载负载 电路的组成：电源、负载、中间环节三部分电路的组成：电源、负载、中间环节三部分电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 电源：将非电能转换成电能的装置，电源：将非电能转换成电能的装置，例如：发电机、干电池例如：发电机、干电池负载：将电能转换成非电能的装置，负载：将电能转换成非电能的装置，例如：电动机、电炉、灯例如：电动机、电炉、灯中间环节：连接电源和负载的部分，其传输和分中间环节：连接电源和负载的部分，其传输和分 配电能的作用。例如：输电线路配电能的作用。例如：输电线路发电机发电机
3、电灯电灯电动机电动机 电炉电炉 升压升压变压器变压器 降压降压变压器变压器 输电线输电线 电源电源中间环节中间环节 负载负载 电路的作用：电路的作用：实现电能的传输和转换，（作用之一）实现电能的传输和转换，（作用之一）电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 举例：（电子电路，即信号电路）举例：（电子电路，即信号电路）放放大大器器 电源电源（信号源）（信号源）中间环节中间环节 负载负载 电路的作用之二：传递和处理信号。电路的作用之二：传递和处理信号。电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作（1）电流 电流的国际单位制是安培【A】，较小的单位还有毫安【mA】和微安【A】等，它们之间的
4、换算关系为：i dqdt=（1-1）I Q t=（1-2）电荷有规则的定向移动形成电流。单位时间内通过导体某一截面的电荷量，电流的大小用电流强度表征，定义式为：大小、方向均不随时间变化的稳恒直流电可表示为：在电工技术分析中，仅仅指出电流的大小是不够的，通常以正电荷移动的方向规定为电流的正方向。Q单位：库伦单位：库伦（C）t单位：秒单位：秒（S）电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 dqdwuababQWUabab直流情况下（2）电压电压 电压的定义是：电场力把单位正电荷从电场中的一点移到另一点所做的功。其表达式为：变量用小写字母表示，恒
5、量用大写字母表示。电压的国际单位制是伏特V，常用的单位还有毫伏mV和千伏【KV】等，换算关系为：电工技术基础问题分析中，通常规定电压的参考正方向高电位指向低电位，因此电压又称作电压降 从工程应用的角度来讲，电路中电压是产生电流的根本原因。数值上，电压等于电路中两点电位的差值。即：baabVVU电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 Eba=Vb-Va电动势电源力不是电场力电源力不是电场力电动势在数值上等于电源力将单位正电荷从电源负极电动势在数值上等于电源力将单位正电荷从电源负极b点移到电源正极点移到电源正极a点所做的点所做的功，用功，用E表示，单位：伏特表示，单位：伏特(V)。电工技术
6、基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 a 点电位ab1 5Aab1 5A1、电位的概念 b点电位电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作（3）电位电位图图(a)中中VO=0VA=VAO=VA-VO=1VVB=VBO=VB-VO=-1VVAB=VA-VB=1-(-1)=2V两点的电压等于这两点电位差。电压不随参考点变化，但点位会变化。两点的电压等于这两点电位差。电压不随参考点变化，但点位会变化。电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 UItW 日常生产和生活中，电能（或电功）也常用度作为量纲：1度度=1KWh=1KVAh（4）电能 电能的转换是在电流作功的过程中进行的。因此，电流
7、作功所消耗电能的多少可以用电功来量度。电功：式中单位：U【V】；I【A】；t【s】时，电功W为焦耳【J】1度电的概念1000W的电炉加热1小时；100W的电灯照明10小时；40W的电灯照明25小时。电源中：电源中：AE=EItA=UIt电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 UItUIttWP 电功率反映了电路元器件能量转换的本领。如100W的电灯表明在1秒钟内该灯可将100J的电能转换成光能和热能；电机1000W表明它在一秒钟内可将1000J的电能转换成机械能。（2）电功率 电工技术中，单位时间内电流所作的功称为电功率。电功率用“P”表示：国际单位制：U【V】，I【A】，电功率P用瓦
8、特【W】用电器额定工作时的电压叫额定电压，；额定功率通常标示在电器设备的铭牌数据上，作为用电器正常工作条件下的最高限值。电源中：电源中：PE=EI电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 电源负载实体电路中间环节 与实体电路相对应、由理想元件构成的，称为实体电路的。电路模型负载电源开关连接导线SRL+UIUS+_R0电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 白炽灯的电白炽灯的电路模型可表路模型可表示为：示为：实际电路器件品种繁多，其电磁特性多元而复杂，采取模型化处理可获得有意义的分析效果。iR R L的的电电特性可用特性可用表征表征的电的电特性可用特性可用表征表征由于白炽灯中耗能的
9、因素大大于产生磁场的因素，因此L 可以忽略。理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性单一、确切，可定量分析和计算。电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 RC+US只具耗能的电特性只具有储存电能的电特性输出电压恒定，输出电流由它和负载共同决定输出电流恒定，两端电压由它和负载共同决定L只具有储存磁能的电特性IS无源二端元件 有源二端元件 电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 必须指出，电路在进行上述模型化处理时是有条件的：实际电路中各部分的基本电磁现象可以分别研究，并且相应的电磁过程都集中在电路元件内部进行。这种电路称为元件的电路。1.电磁过程都集中在元件内部进行，其
10、次要因素可以忽略。如R，L、C这些只具有单一电磁特性的理想电路元件。2.2.任何时刻从集中参数元件一端流入的电流恒等于从它另一端流出的电流，并且元件两端的电压值完全确定。工程应用中，实际电路的几何尺寸远小于工作电磁波的波长，因此都符合模型化处理条件，均可按集中假设为前提，有效地描述实际电路，从而获得有意义的电路分析效果。电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 IUR（1）电阻元件R0UI 由电阻的伏安特性曲线可得，电阻元件上的电压、电流关系为关系，即：因此，电阻元件称为即时元件。即时RIRUUIP22 电阻元件上的电压、电流关系遵循欧姆定律。即元件通过电流就会发热，消耗的能量为：或 U
11、=RI单位：欧姆（单位：欧姆（）还有千欧（还有千欧（k）、兆欧（）、兆欧（M）电阻消耗能量电阻消耗能量电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 L线性电感元件的韦安特性线性电感元件的韦安特性0i 对线性电感元件而言，任一瞬时，其电压和电流的关系为微分(或积分)的关系，即：dtdiLuL 显然，只有电感元件上的电流221LiwL 电感元件图符号时，电感两端才有电压。因此，我们把电感元件称为动态元件。动态元件可以储能，储存的磁能为：221LIWL（2）电感元件电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 LdiueLdt 根据电磁感应定律，当电感线圈中的根据电磁感应定律，当电感线圈中的i变
12、化时，磁场也随之变化，并变化时，磁场也随之变化，并在线圈中产生自感电动势在线圈中产生自感电动势eL，当电压、电流、电动势的参考方向一，当电压、电流、电动势的参考方向一致时，有：致时，有：直流电路中相当于短路，直流电路中相当于短路，u=0磁场能量：磁场能量：20012tiLWuidtLidiLi电感电感L的单位：亨利（的单位：亨利（H），还有毫亨，还有毫亨:mH,微亨微亨:uH电感储存电磁能电感储存电磁能电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作（3）电容元件0q qu 对线性电容元件而言，任一瞬时，其电压、电流的关系也是微分(或积分)的关系，即：dtduCiC电容元件的工作方式就是充放电。
13、2C21Cuw C 电容元件图符号因此，只有电容元件的极间电压时，电容支路才有电流通过。电容元件也是动态元件，其储存的电场能量为：电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 电容上的电量：电容上的电量：电容上的电流与电压的参考方向一致时电容上的电流与电压的参考方向一致时qCudqduiCdtdt电容上的电场能量：电容上的电场能量：20012tuCWuidtCuduCu直流电路中相当于开路，直流电路中相当于开路，i=0电容电容C的单位：法拉（的单位：法拉（F），还有微法（），还有微法（uF），皮法（），皮法（pF）。）。电容储存电场能电容储存电场能电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制
14、作（4）电源元件 任何电源都可以用两种电源模型来表示，输出电压比较稳定的，如发电机、干电池、蓄电池等通常用电压源模型(理想电压源和一个电阻元件相串联的形式)表示；柴油机组柴油机组汽油机组汽油机组蓄电池蓄电池 输出电流较稳定的：如光电池或晶体管的输出端等通常用电流源模型(理想电流源和一个内阻相并联的形式)表示。US+_R0ISR0（1）电压源（2）电流源理想的电压源、电流源是不存在的。理想的电压源、电流源是不存在的。电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 理想电压源的外特性0UI电压源模型的外特性0UI电压源模型输出端电压I 理想电压源内阻为零，因此输出电压恒定；实际电源总是存在内阻的，
15、因此实际电压源模型电路中的负载电流增大时，内阻上必定增加消耗，从而造成输出电压随负载电流的增大而减小。因此，实际电压源的外特性稍微向下倾斜。US USR0URL0sUUUIR电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 理想电流源的内阻 R0I(相当于开路)，因此内部不能分流，输出的电流值恒定。理想电流源的外特性0I IU电流源模型的外特性0I IUU+_RLR0IISI电流源模型 实际电流源的内阻总是有限值，因此当负载增大时，内阻上分配的电流必定增加，从而造成输出电流随负载的增大而减小。即实际电流源的外特性也是一条稍微向下倾斜的直线。0sIUIIR电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作
16、制作 Us=Is R0内阻改并联Is=UsR0 两种电源模型之间等效变换时，电压源的数和电流源的数值遵循欧姆定律的数值关系，但变换过程中内内阻不变阻不变。bI IR0Uab+_US+_aIS R0US bI IR0Uab+_a当外接负载相同时，两种电源模型对外部电路的电压、电流相等。内阻改串联电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 10V+2A2 IA32410A72210A5210IIII=?电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 受控电源独立电源：参数是一定的。独立电源：参数是一定的。非独立电源：参数受控于另非独立电源：参数受控于另一部分电压和电流控制。一部分电压和电流控制
17、。受控电源主要用来模拟电子器件中的信号传输关系。如近晶体管，三受控电源主要用来模拟电子器件中的信号传输关系。如近晶体管，三极管的几个典型放大电路。极管的几个典型放大电路。电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 P UI电气设备工作条件下的称为额定值 电气设备的额定值是根据设计、材料及制造工艺等因素，由制造厂家给出的技术数据。额定值有下标N表示，如IUS(RSRL)（1）通路 U=USIRS RLS USRS（2）开路U=USI0S USRSRLU=0IUS/RS（3）短路短路RLS USRS电源输出功率：电源输出功率：NU=0电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 U=USI0
18、S USRSRL1、空载状态、空载状态特征：特征：1）电路中电流为零，即）电路中电流为零，即I=02）电源两端的电压等于电源的电动势，）电源两端的电压等于电源的电动势，即即 3）电源的输出功率和负载所吸收的功率）电源的输出功率和负载所吸收的功率均为零。均为零。P=0SSSUUIRU电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 U=USIRS RLS USRS2、短路状态、短路状态特征：特征：1）此时电源输出的电流最大，负载上的电流为零）此时电源输出的电流最大，负载上的电流为零，电源输出的电流为：，电源输出的电流为：相当于相当于RL=0SSSUIR2）电源和负载的端电压均为零，即）电源和负载的
19、端电压均为零，即 3）电源对外输出的功率和负载上吸收的功率均）电源对外输出的功率和负载上吸收的功率均为零，电动势所发出的功率全部消耗在内阻上。为零，电动势所发出的功率全部消耗在内阻上。22SESSSSSUPU II RR0SSSUUI R电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 U=USIRS RLS USRSIUS(RSRL)3、负载状态、负载状态特征：特征：1）电路中的电流为：）电路中的电流为：US、Rs一定时，电流由负载一定时，电流由负载R的大小决定。的大小决定。2）电源的端电压为：）电源的端电压为：电源的端电压总是小于电源电动势。电源的端电压总是小于电源电动势。3）电源输出功率为
20、：）电源输出功率为：等于负载电阻吸收的功率，这样整个电路功率就平衡了。等于负载电阻吸收的功率，这样整个电路功率就平衡了。输出功率的大小除了电源外，还决定与负载的大小，负载的电阻越小电流输出功率的大小除了电源外，还决定与负载的大小，负载的电阻越小电流越大，输出的功率就越大。越大，输出的功率就越大。SSLUIRRSSUUIR2()SSSSPUIUIRIU II R电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 电气设备的额定值电气设备的额定值在实际电路中，所有电气设备和元器件在工作时都有一定的使用在实际电路中，所有电气设备和元器件在工作时都有一定的使用限额，这种限额称为额定值。限额，这种限额称为额
21、定值。额定值是制造厂综合考虑产品的可靠性、经济性和使用寿命等因额定值是制造厂综合考虑产品的可靠性、经济性和使用寿命等因素而设定的。素而设定的。如：手机电池的电压、电视机的使用电压、发电机的最大输出功如：手机电池的电压、电视机的使用电压、发电机的最大输出功率，电容的耐压，电阻的最大功率，三极管的最大功率，灯泡的率，电容的耐压，电阻的最大功率，三极管的最大功率，灯泡的最大耐压等等，都是额定值。最大耐压等等，都是额定值。额定值有下标N表示，如NU电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 第四节 基尔霍夫定律基尔霍夫定律包括结点电流定律和回路电压两个定律，是一般电路必须遵循的普遍规律。基尔霍夫电
22、流定律（KCL）是将物理学中的“液体流动的连续性”和“能量守恒定律”用于电路中，它指出：。数学表达式：（直流电路的电流）（任意波形的电流）0 0IiI1I2I3I4a 若以结点的电流为，结点的电流为，则根据KCL，对结点 a 可以写出：电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 I=?I1I2I3IU2+_U1+_RU3+_RRR广义节点广义节点电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 I1+US1R1I4US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0R1I1US1+R2I2+R3I3+R4I4+US4=0R1I1+R2I2+R3I3+R4I
23、4=US1US4先标绕行方向电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作#1#2例例0S13311URIRI#3）（）（2 1 S23322S13311URIRIURIRIS23322URIRIS1S22211UURIRII1I2I3R3US1+_US2_+R1R2 KVL方程式的常用形式，是把变量和已知量区分放在方程式两边，显然给解题带来一定方便。S13311URIRI电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 例例#1#2I1I2I3R3US1+_US2_+R1R2如右图如右图R1=2，R2=1，US1=12V，US2=18V。要使要使R3中的电流为零，中的电流为零，US3应为多大？
24、应为多大？解：解：由由KCL定律可知：定律可知：3123120IIIIII R3两端无压降，根据两端无压降，根据KVL定律得：定律得：+-Us31311133311131123333222322222132333123#1:#2:122(18)16SSSSSSSSSSSSSSSSSSSUUUI RI RUUI RUIRUUUI RI RUUI RUIRUUUUUURRUV 电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 基尔霍夫定律具有普遍的适用性，它适合基尔霍夫定律具有普遍的适用性，它适合于有任何元件所构成的任何结构的电路，电路于有任何元件所构成的任何结构的电路，电路中的电压和电流可以是恒定
25、的也可以是任意变中的电压和电流可以是恒定的也可以是任意变化的。化的。电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 b=3abl=3n=2112332网孔网孔=2+_R1US1+_US2R2R3电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 例例支路：共？条回路：共？个节点：共？个网孔：？个I3I1I2I5I6I4R3US4US3_+R6+R4R5R1R2_电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 支路电流法的解题步骤：支路电流法的解题步骤：1、假定各支路电流参考方向，若有、假定各支路电流参考方向，若有n个节点，就可列出个节点，就可列出n-1个节点个节点KCL方程。方程。2、若有、若有b
26、条支路，就可列出条支路，就可列出b-n+1个个KVL回路方程。回路方程。3、解方程组。、解方程组。如电流节点方程：如电流节点方程：设流入节点（流向节点）为正。设流入节点（流向节点）为正。1620III3410III5640IIIKVL回路方程，实际列出独立的网孔回路回路方程，实际列出独立的网孔回路KVL方程。方程。电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 在多个电源同时作用的线性电路中，任何支路的电流或任意两点间的电压，都是各个电源单独作用时所得结果的代数和。IR1R2ISUSIR1R2USIR1R2IS电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 12V+_BAI237.2V+_21
27、2V+_6A1)2/3(62.7 2IA1633)6/3(2122IBA37.2V+_26I2I2电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作+-I4A20V10 10 10 I4A10 10 10+-I20V10 10 10 A2214IA1101020 I电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 1.1.叠加定理只适用于线性电路（电路参数不随电压、电流的变化而改变）。2.叠加时只将电源分别考虑，电路的结构和参数不变。暂时不予考虑的电压源应予以短路，即令U=0；暂时不予考虑的恒流源应予以开路，即令Is=0。3.解题时要标明各支路电流、电压的正方向。原电路中各电压、电流的最后结果是各分
28、电压、分电流的代数和。电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 4.叠加定理只能用于电压或电流的计算，不能用来求功 率，即功率不能叠加。如：5.运用叠加定理时也可以把电源分组求解，每个 分支电路的电源个数可能不止一个。333 III 32332332333233)()()(RIRIRIIRIPR3I3=+电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 线性线性有源有源二端二端网络网络 ababR0US+-电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 ABAB电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 已知：R1=20、R2=30 R3=30、R4=20 U=10V求：当 R5=16
29、 时，I5=?R1R3+_R2R4R5UI5R5I5R1R3+_R2R4U有源二端网络电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 2V4-62030201030203010DBADOCUUUI520+_AB30302010V16USR0+_AB20+_+_30302010V电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 R0=RAB=20/3030/20 =12+12=24 A05.0162425I20303020A2V24+_16I5B由全电路欧姆定律可得：电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 US=(30/50)RS+30 US=(50/100)RS+50有源VU0二端网络U
30、0150V200KR电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 第六节 非线性电阻电路()Uf I()If U线性电阻遵循欧姆定律：线性电阻遵循欧姆定律：U=RI非线性电阻的电流与电压用伏安特性曲线来表示：非线性电阻的电流与电压用伏安特性曲线来表示：或或非线性电阻有两种表示方法。非线性电阻有两种表示方法。第一种静态电阻（直流电阻），表示某一工作点电压于电流的比值：第一种静态电阻（直流电阻），表示某一工作点电压于电流的比值：URI白炽灯伏安特性曲线白炽灯伏安特性曲线二极管伏安特性曲线二极管伏安特性曲线非线性电阻符号非线性电阻符号电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 第二种动态电阻（
31、交流电阻）：等于工作点附近的电压微量与电流微量之比的第二种动态电阻（交流电阻）：等于工作点附近的电压微量与电流微量之比的极限：极限：0limIUrI 动态电阻用小写字母表示，工作点动态电阻用小写字母表示，工作点Q的切线，相对的切线，相对夹角的夹角的 tg值。值。电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 负载获得最大功率的条件RLSUSIR0L0SRRUIL2L0SL2)(RRRURIP电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 L2L0SL2)(RRRURIPL2L002S)(4RRRRUP02SmaxL4RUPRLSUSIR0电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作 10K10I2I31KA41K2K10mA6mAA5A4=？A5=？212V+_16V+_155I并联：并联：R10串联：R10KA4=7mAA5=3mAn=2b=3Uab=0 I=0结点？结点？支路？支路？Uab=？I=？电工技术基础电工技术基础曾凡峰曾凡峰 制作制作
