电路的基本概念和基本定律.ppt

第一章 电路的基本概念和基本定律 v电路与电路模型 v电压、电流及其 参考方向 v电路的功和功率 v基尔霍夫定律 v无源电路元件 v有源电路元件 v*受控源 v电路的基本状态 和电气设备的额 定值 Engineering 1.1 电路与电路模型 v电路的组成 v电路的功能和分类 v电路模型 电路模型的定义和组成 v网络和系统 节点、支路、回路和网孔的概念及其判定 网络和系统基本概念 Engineering 电路的组成 v电路的定义 电路即电流的通路 v电路的组成 电源：用于产生电能 负载：用于实现电能的吸收和转化 中间环节：能量或电信号的传输以及电 路的控制、测量和保护等 Engineering 电路的功能和分类 v力能电路 以传输和分配电能，并将电能转换为非电 能为目的电路 俗称“强电”系统 v信号电路 以传递和处理信号为目的的电路 俗称“弱电”系统 Engineering 电路元件模型和电路模型 v理想电路元件 有源元件：电压源和电流源 无源元件：电阻、电容和电感 v电路元件模型 指将实际电路元件用具有某一性能的理想电路元 件或它们的组合进行表示 v电路模型 指由电路元件模型组成的电路 Engineering 电路元件模型和电路模型图例 Engineering 结点、支路、回路和网孔的定义 v结点 电路中三个或三个 以上元件的公共连 接点 v支路 两个结点之间，由 一个或几个元件串 联构成的一段无分 支电路 v回路 由一条或多条支路 组成的闭合路径 v网孔 除组成回路本身的 支路外，内部不包 含其他支路的回路 Engineering 结点、支路、回路和网孔的判定 v三个回路 UsR1R2 Us UsR1R3 Us R2R3 R2 v两个网孔 UsR1R2 Us R2R3 R2 两个结点 A和B 三条支路 UsR1；R2和R3 Engineering 网络和系统 v网络 指按支路和结点连接的结构的复杂电路 v端钮 指网络的连接端 v端口 指电流向量值相反的两个端钮的组合 v系统 指由一些元件或部件为了完成某一特定功能按照 一定方式或规律组合起来的整体 Engineering 网络和系统图例 Engineering 练习与思考2 v右下图电路中有几个结点、几条支路、几个 回路和几个网孔？ Engineering 练习与思考2 v三个结点 A、B和C v五条支路 Us1R1； Us2 R2 R3 ； R4； R5 v六个回路 Us1R1R2Us2 Us1 Us2R2R3 R4 Us2 R4 R5 R4 Us1R1R3 R4 Us1 Us1R1R3 R5 Us1 Us2R2R3 R5 Us2 v三个网孔 Us1R1R2Us2 Us1 Us2R2R3 R4 Us2 R4 R5 R4 Engineering 1.2 电压、电流及其参考方向 v电流 v电位、电压和电动势 v电压、电流的参考方向 （关联）参考方向的选择 v电流、电位、电压的计算 Engineering 电流i（I） v电流的定义 指单位时间内通过导体横截面的电荷 定义为i=dq/dt 直流电为I=Q/T v电流的方向 规定为正电荷运动的方向 v电流的单位 安培，简称安，符号A Engineering 电位v（V） v电位的定义 数值上等于电场力把单位正电荷从电场中 某点移到无限远处所做的功 v参考点（零电位点）的选择 电路分析中可选电路中的任何一点 工程上常选与大地相连的部件或许多元件 的公共结点 用接壳符号“”表示 Engineering 电压u（U） v电压的定义 数值上等于电场力把单位正电荷从电场中 的a点移到b点所做的功 ab两点间的电压定义为uab=va-vb v电压的方向 由高电位指向低电位 v电压的单位 伏特，简称伏，符号V Engineering 电动势e（E） v电动势的定义 数值上等于局外力把单位正电荷在电源内 部由低电位端移到高电位端所做的功 电压平衡方程 E=U v电动势的方向 由低电位指向高电位 v电动势的单位 伏特，简称伏，符号V Engineering 电压和电流的参考方向 v复杂电路分析中用于作为参考的电压、电流 的假设方向称为参考方向（正方向） 电压参考方向采用“”“”表示 电流参考方向采用箭头表示（正电流方向） v通常采用电压和电流一致的参考方向，即关 联参考方向 v当电压和电流的实际方向与参考方向相同时 其值为正，反之为负 Engineering 练习与思考3 v右下图电路中，分别以C、D为参考点，计 算各点电位及电压UAB、UBD Engineering 练习与思考3 v以C点为参考点， 以如图所示为参考 方向 VA=3V VB=2V VC=0V VD=3V UAB=1V UBD=5V Engineering 练习与思考3 v以D点为参考点， 以如图所示为参考 方向 VA=6V VB=5V VC=3V VD=0V UAB=1V UBD=5V Engineering 练习与思考3 v结论1：各点的电 位值是相对的，将 随参考点的变化而 改变 v结论2：两点间的 电压值是绝对的， 与参考点的选择无 关 v结论3：电位和电 压值都与计算时选 择的路径无关 参量值C点D点 VA3V6V VB2V5V VC0V3V VD3V0V UAB1V1V UBD5V5V Engineering 1.3 电路的功和功率 v功 指电场力移动电荷 所做的功 W=uidt 单位为焦耳，简称 焦 符号J v功率 指电流做功的速率 p=W/t=ui 单位为瓦特，简称 瓦 符号W Engineering 功率的正负问题 v当U和I参考方向关联时 ，P=UI；反之P=UI v若p0，说明元件是耗 能的，其作用是负载 v若p0，说明元件是供 能的，其作用是电源 Engineering 1.4 基尔霍夫定律 v基尔霍夫电流定律（KCL） 基尔霍夫电流定律 基尔霍夫电流定律应用 v基尔霍夫电压定律（KVL） 基尔霍夫电压定律 基尔霍夫电压定律应用 Engineering 基尔霍夫电流定律（KCL） v基尔霍夫电流定律 在任一时刻，流入电路中任一结点的电流 总和等于流出该结点的电流总和，即 iik=ioj 在任一时刻，汇集于任一结点的电流代数 和等于零，即 i=0 Engineering 基尔霍夫电流定律（KCL） v电流参量代数值的含义 KCL方程（i=0 形式）中，电流参量的运 算“”“”符号取决于电流正方向是流入还 是流出结点 由KCL方程解得的电流参量的正负分别表 示电流的实际方向与参考方向相同和相反 Engineering 基尔霍夫电流定律（KCL） vA点：I1+I2+I3=0 vB点： I1=I4+I6 vC点： I2+I4=I5 vD点： I3+I5+I6=0 虚线框表示KCL也适 用于广义结点（封闭 面） Engineering 基尔霍夫电压定律（KVL） v基尔霍夫电压定律 在任一时刻，沿任一闭合回路循行一周， 回路中各部分电压的代数和等于零，即 u=0 Engineering 基尔霍夫电压定律（KVL） v电压参量代数值的含义 KVL方程中，电压参量的运算“”“”符号 取决于各部分电压参考方向是否和循行方 向一致，相同者为正，相反者为负 由KVL方程解得的电压参量的正负分别表 示电压的实际方向与参考方向相同和相反 Engineering 基尔霍夫电压定律（KVL） v以顺时针为循行方向 ,对于回路U1 R1 R4 R2 U1有： I1R1+I4R4I2R2 U1=0 v试列出其他回路的 KVL方程 Engineering 基尔霍夫电压定律（KVL） v求断开R2后，UAC的 值 vKVL也适用于不闭合回 路的，如图以顺时针 为循行方向,对于非 闭合回路U1 R1 R4 UAC U1有： I1R1+I4R4UAC U1=0 Engineering 练习与思考1 v结点KCL方程 结点A：I6=I1I3 结点B：I1=I2I5 结点C：I2I4=I6 结点D：I3I5=I4 Engineering 练习与思考1 v网孔KVL方程 网孔1 I1R1I5R5 I3R3=0 网孔2 I2R2 I4R4 I5R5=0 网孔3 I4R4I6R6 Us I3R3 =0 Engineering 1.5 无源电路元件 v电阻元件 电阻元件的约束方程 v电感元件 电感元件的约束方程 电感元件的i (t) f(u)函数 v电容元件 电容元件的约束方程 电感元件的u (t) f(i)函数 Engineering 电阻元件 v导体电阻表达式 R=l/A v导体电导表达式 G=1/R 单位西门子（S ） v电阻元件约束方 程 u=Ri Engineering 电感元件 v电感元件表达式 L=/i v感应电动势表达式 eL=L di/dt v电感元件约束方程 uL=L di/dt v电感元件i (t) f(u)函 数 Engineering 电容元件 v电容元件表达式 C=q/u v电容元件约束方程 i=C du/dt v电容元件u(t) f(i)函 数 Engineering 练习与思考2 Engineering 1.6 有源电路元件 v电压源 电压源的性质及其表示 v电流源 电流源的性质及其表示 v实际有源元件及其模型 实际有源元件的模型及其外特性方程 v两种电源组合模型的等效互换 Engineering 电压源 v电压源的基本性质 端电压为恒定值Us或 为一定的时变函数 us(t),与流过它的电流 无关 电流取决于与它连接 的外电路 v电压源的描述 Engineering 电流源 v电流源的基本性质 向电路提供的电流是 恒定值Is或为一定的时 变函数is(t),与其端电压 的大小和方向无关 端电压取决于与它连 接的外电路 v电流源的描述 Engineering 实际有源元件及其模型 v实际有源元件的 两种电路模型 Us与Rs串联 Is与Rs并联 v两种模型的外特 性方程 U=USRS I I=ISU/RS Engineering 两种电源组合模型的等效互换 Engineering 两种电源组合模型对外电路的作用是 等效的，但是，内部是不等效的！ ！ 例题1.6.1 Engineering 1.7 受控源 Engineering 1.8 电路基本状态和电气设备额定值 v电路的基本状态 通路 开路 短路 v电气设备的额定 值 额定电压UN 额定电流IN 额定功率PN 额定温升TN Engineering 小结 v