(电工)第1章 电路的基本概念与基本定律

1、任课教师：魏佩瑜教授任课教师：魏佩瑜教授电工电子教研室电工电子教研室 (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 (2)实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理放大放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.输电线输电线还可以实现测量、自动还可以实现测量、自动控制和贮存信息等控制和贮存信息等1.1.1 电路的作用电路的作用1.1.2 电路的组成部分电路的组成部分电源

2、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.输电线输电线直流电源直流电源: 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1.1.2 电路的组成部分电路的组成部分放大放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，它推动电路工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。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

3、、调谐、检波等 电路种类繁多，但都基于同一个理论，即电路理论。电路种类繁多，但都基于同一个理论，即电路理论。 电路模型：由反映实际电路部件主要电磁性质的理电路模型：由反映实际电路部件主要电磁性质的理想电路元件及其组合而组成。想电路元件及其组合而组成。 理想电路元件：有某种确定的电磁性能的理想元件。理想电路元件：有某种确定的电磁性能的理想元件。理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件、电压源和电流源元件等。件、电压源和电流源元件等。电路图电路图(模型模型)实际电路实际电路10BASE-T wall plate导线导线电池电池开关开关灯泡灯泡RSR

4、L+-USS电气原理图电气原理图手电筒的电路模型手电筒的电路模型电池电池是电源元件，其参是电源元件，其参数为电动势数为电动势 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泡，用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。无电阻的理想导体。开关开关用来控制电路的通断。用来控制电路的通断。今后分析的都是指电路今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表都用规定的图形符号表示。示。

5、+R0R开关开关EI电珠电珠+U干电池干电池 导线导线电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。心的物理量是电流、电压和功率。 电流：带电粒子有规则的定向运动。电流：带电粒子有规则的定向运动。1.3.1 电流电流i(t)=dellim t0 q(t) tdq(t) dt 电流强度：单位时间内通过导体横截面的电荷量。电流强度：单位时间内通过导体横截面的电荷量。 单位：单位：A (安安)、kA、mA、 A1kA=103A， 1mA=10-3

6、A ， 1 A=10-6A 元件元件(导线导线)中电流流动的实际方向只有两种可能：中电流流动的实际方向只有两种可能： 方向：正电荷的运动方向：正电荷的运动规定规定为电流的实际方向为电流的实际方向问题问题电路中的电流随时间变化电路中的电流随时间变化电流的实际方向往往很难电流的实际方向往往很难事先判断。事先判断。任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。方向。一般用箭头表示。一般用箭头表示。 参考方向参考方向电流的参考方向与实际方向的关系电流的参考方向与实际方向的关系参考方向参考方向参考方向参考方向实际方向实际方向参考方向参考方向实际方向实际方向 表

7、明：表明：电流电流(代数量代数量)有大小和方向有大小和方向(正负正负)。参考方向也可以用双下标表示：如参考方向也可以用双下标表示：如 iAB。电流的参考方向由电流的参考方向由A指向指向B。 1. 电压电压U：单位正电荷：单位正电荷q 从电路中一点移至另一从电路中一点移至另一点时电场力做功点时电场力做功(W)的大小。的大小。1.3.2. 电压与电动势电压与电动势UdeldW dq 实际电压方向：电位真正降低的方向。实际电压方向：电位真正降低的方向。 单位：单位： V (伏伏)、kV、mV、 V 电压：两点间的电位差。电压：两点间的电位差。电位电位V：单位正电荷单位正电荷q 从电路中一点移至参考点

8、从电路中一点移至参考点(V=0)时电场力做功的大小。时电场力做功的大小。假设高电位指向低电位的方向。假设高电位指向低电位的方向。问题：在问题：在复杂电路或交变电路中，两点间电压复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往不易判别，给实际电路问题的的实际方向往往不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。分析计算带来困难。 电压电压(降降)的参考方向的参考方向(或参考极性或参考极性) AB元件元件u参考方向参考方向+-+-实际方向实际方向u0AB元件元件u参考方向参考方向+-+实际方向实际方向u0 电压参考方向的三种表示方式：电压参考方向的三种表示方式：(1)用箭头表示用箭头表示(2)用正负极

9、性表示用正负极性表示(3)用双下标表示用双下标表示AB元件元件u+-AB元件元件uAB元件元件uAB15元件或支路的元件或支路的 u，i 采用相同的参考方向称之为采用相同的参考方向称之为关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。 关联参考方向关联参考方向关联参考方向关联参考方向非非关联参考方向关联参考方向B 关联参关联参考方向考方向A 非非关联关联参考方向参考方向B+ +- -uiAu+ +- -iu- -+ +i问：对问：对A、B两部分电路电压电流参考方向关联否？两部分电路电压电流参考方向关联否？ 注意注意分析电路前必须选定电压和电流的参考方向；分析电路

10、前必须选定电压和电流的参考方向；参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注(包包括方向和括方向和符号符号)，在计算过程中不得任意改变；，在计算过程中不得任意改变；参考方向不同时，其表达式相差一负号，但电压、参考方向不同时，其表达式相差一负号，但电压、电流的实际方向不变。电流的实际方向不变。2. 电动势：电源力把单位正电荷电动势：电源力把单位正电荷q 从电源的负极经从电源的负极经电源内部移至正极做功电源内部移至正极做功(W)的大小。的大小。方向：由低电位指向高电位。方向：由低电位指向高电位。单位与电压相同。单位与电压相同。1.3.3 电功率电功率当电流通过电

11、炉和灯泡时，能使它们生热、发光。当电流通过电炉和灯泡时，能使它们生热、发光。 功率的单位：功率的单位：W (瓦瓦) (Watt，瓦特，瓦特)，kW、mW等。等。(1) 电功率电功率单位时间内电场力所做的功。单位时间内电场力所做的功。p =dw dtu =dw dqi =dq dtp =dw dt=dw dqdq dt= ui不仅适用于一个元件，也适用于任何一段电路。不仅适用于一个元件，也适用于任何一段电路。计算公式计算公式 p = ui 这说明电源提供的能量能通过负载转换为其他种这说明电源提供的能量能通过负载转换为其他种不同形式的能量。不同形式的能量。(2) 电路吸收或发出功率的判断电路吸收或

12、发出功率的判断 u、i 取取关联参考方向关联参考方向：p = ui 表示元件表示元件吸收吸收的功率。的功率。p0，吸收正功率。，吸收正功率。p0，吸收负功率。，吸收负功率。(实际吸收实际吸收)(实际发出实际发出) u、i 取非取非关联参考方向关联参考方向：p = ui 表示元件表示元件发出发出的功率。的功率。p0，发出正功率。，发出正功率。p0，发出负功率。，发出负功率。(实际发出实际发出)(实际吸收实际吸收)例：求图示电路中各方例：求图示电路中各方框所代表的元件吸收或框所代表的元件吸收或产生的功率。已知：产生的功率。已知： 解：解：U1= =1V，U2= -= -3V，U3= =8V，U4=

13、 -= -4V，U5= =7V，U6= -= -3V，I1= =2A，I2= =1A，I3= -= -1A 123465+ +- -U1I1+ +- -U3+ +- -U2- -+ +U4+ +- -U6+ +- -U5I2I3P1发发= =U1I1= =12 = =2W； P2吸吸= =U2I1=(-3)=(-3)2 = -= -6WP3吸吸= =U3I1=8=82=1=16W；P4吸吸= =U4I2=(-4)=(-4)1 1 = -= -4W P5吸吸= =U5I3=7=7(-1)(-1) = -= -7W； P6吸吸= =U6I3=(-3)=(-3)(-1)(-1) = = 3W 对一完

14、整电路，满足：发出的功率吸收的功率对一完整电路，满足：发出的功率吸收的功率1.4 电路的基本元件电路的基本元件 注意：注意： 如果表征元件特性的数学关系式是线性关系，该元如果表征元件特性的数学关系式是线性关系，该元件称为线性元件，否则称为非线性元件。件称为线性元件，否则称为非线性元件。是电路中最基本的组成单元。是电路中最基本的组成单元。电路元件电路元件5种基本的理想电路元件种基本的理想电路元件电阻元件：表示消耗电能的元件电阻元件：表示消耗电能的元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电容元件：表示产生电场

15、，储存电场能量的元件电压源和电流源：电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成电能的元件。表示将其它形式的能量转变成电能的元件。2. 线性电阻元件线性电阻元件电阻元件：对电流呈现阻力的元件。电阻元件：对电流呈现阻力的元件。任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。1. 定义定义其特性可用其特性可用ui平面上的平面上的一条曲线来描述：一条曲线来描述：ouif(u,i) = 0伏安特性伏安特性 电路电路(图形与文字图形与文字)符号符号R u、i 的关系的关系在任何时刻，都服从欧姆定律。在任何时刻，都服从欧姆定律。R 称为电阻，是一个正实常数。称为电阻，是一个正实常

16、数。 i = u R或或 u = Ri若若 u、i 取关联参考方向取关联参考方向 则则令令 G =1R则则 欧姆定律变成：欧姆定律变成：i = G uu用用 V，i用用A时，时， R为为 W W 。 注意注意说明线性电阻是无记忆、双向性的元件；说明线性电阻是无记忆、双向性的元件；只适用于线性电阻只适用于线性电阻 (R 为常数为常数)；欧姆定律写为欧姆定律写为u = = - R i公式和参考方向必须配套使用！公式和参考方向必须配套使用！欧姆定律欧姆定律如果电阻上的电压与电流参考方向非关联，如果电阻上的电压与电流参考方向非关联，公式中应冠以负号。公式中应冠以负号。or i = = - G uR和和

17、G都是电阻元件的参数。都是电阻元件的参数。 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3. 功率与能量功率与能量 功率：功率：u和和 i 取关联参考方向时取关联参考方向时所以所以线性电阻线性电阻是无源元件是无源元件，总是耗能总是耗能的。电阻元的。电阻元件一般是把吸收的电能转换

18、为热能消耗掉。件一般是把吸收的电能转换为热能消耗掉。p = ui = R i2 =u2R = G u2 =i2Gw(t) =tpdx xu和和 i 取非关联参考方向时取非关联参考方向时p = ui = (-Ri) i= -u2R = -Ri2表明：电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。表明：电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。 能量：在能量：在t0到到 t 时间内电阻消耗的能量时间内电阻消耗的能量tu(x x)i(x x)dx x= 不管端电压为何值，不管端电压为何值，流过它的电流恒为零，流过它的电流恒为零，称称“开路开路”。 不管流过它的电流为不管流过它的电流为何值，端电压恒为零，何值，端电压恒为

19、零，称称“短路短路”。 4. 电阻的开路与短路电阻的开路与短路(特殊情况特殊情况)电感线圈电感线圈把金属导线绕在一骨架上构成一实际电感线圈，把金属导线绕在一骨架上构成一实际电感线圈，当电流通过线圈时，将产生磁通，是一种当电流通过线圈时，将产生磁通，是一种抵抗电抵抗电流变化、储存磁能流变化、储存磁能的部件。的部件。线圈通以电流线圈通以电流 i后将产生磁通后将产生磁通 L ,若若 L与与N匝线圈交链，则磁通链匝线圈交链，则磁通链 L = N L L和和 L都是由线圈本身的电都是由线圈本身的电流产生的，流产生的，自感磁通链自感磁通链。 L与与 i的参考方向成右手螺旋关系。的参考方向成右手螺旋关系。叫

20、做叫做自感磁通自感磁通和和 电感两端电压的大小与磁电感两端电压的大小与磁通的变化率成正比。通的变化率成正比。 则有则有 u =d Ldt电感元件是实际线圈的理想化模型，反映了电感元件是实际线圈的理想化模型，反映了电流产电流产生磁通和存储磁场能量生磁通和存储磁场能量这一物理现象。这一物理现象。当磁通随时间变化时，线圈当磁通随时间变化时，线圈两端就会产生感应电压。两端就会产生感应电压。若若 u与与 L取关联参考方向，取关联参考方向， u与与 L的参考方向成右手的参考方向成右手螺旋关系时为关联。螺旋关系时为关联。实际的电感线圈实际的电感线圈(1) 在低频电路中使用的电感线圈，如电抗器、在低频电路中使

21、用的电感线圈，如电抗器、变压器、电磁铁等，都采用带铁心的线圈。变压器、电磁铁等，都采用带铁心的线圈。电抗器电抗器实际的电感线圈实际的电感线圈(2)工字型电感工字型电感绕线电感、穿芯磁珠绕线电感、穿芯磁珠空芯电感空芯电感带磁芯带磁芯(环环)电感电感实际的电感线圈实际的电感线圈(3)贴片电感贴片电感 在高频电路在高频电路中，常用空心或中，常用空心或带有铁氧体磁心带有铁氧体磁心的线圈。的线圈。各种类型的电感各种类型的电感1. 电感元件的定义电感元件的定义产生磁场，储存磁能的两端元件产生磁场，储存磁能的两端元件。任何时刻，其特性可用任何时刻，其特性可用 i 平面平面上的一条曲线来描述，称上的一条曲线来

22、描述，称韦安特韦安特性性。2. 线性电感元件线性电感元件任何时刻，通过电感元任何时刻，通过电感元件的电流件的电流 i 与其磁链与其磁链 成成正比。正比。 i 特性为过原特性为过原点的直线。点的直线。 = f (i) (t) = L i(t) 韦安特性：韦安特性：韦安特性韦安特性线性电感元件的图形符号线性电感元件的图形符号 的单位用的单位用Wb，i的单位用的单位用A，L的单位就是的单位就是H。常用常用mH， H表示：表示： 1H=103mH=106 H。3. 伏安关系伏安关系 i与与 u为关联参考方向，为关联参考方向， i与与 L把把 L = Li 代入代入 u =d Ldtu = Ldidt成

23、右手螺旋关系。成右手螺旋关系。电感电压电感电压 u 的大小取决于的大小取决于 i 的变化率的变化率，与，与 i 的大的大小无关，电感小无关，电感是动态元件是动态元件；当当 i为为常数常数(直流直流)时时，u=0，电感相当于短路电感相当于短路；实际电路中电感的电压实际电路中电感的电压u为有限值为有限值，则电感电流，则电感电流i 不能跃变不能跃变，必定是时间的连续函数。，必定是时间的连续函数。 该式表明：该式表明： 电感元件电感元件VCR的微的微分关系。分关系。电感元件电感元件伏安关系的积分形式伏安关系的积分形式i = =L1-tu dx x= =L1-t0u dx x+ +L1t0tu dx x

24、i = = i(t0) + +L1t0tu dx x某一时刻的电感电流值与某一时刻的电感电流值与- - 到该时刻的所有电到该时刻的所有电压值有关，即电感元件压值有关，即电感元件有记忆电压的作用有记忆电压的作用，电，电感元件感元件是记忆元件是记忆元件。研究某一初始时刻研究某一初始时刻 t0 以后的电感电流，不需要了以后的电感电流，不需要了解解 t0 以前的电压，只需知道以前的电压，只需知道 t0 时刻开始作用的电时刻开始作用的电压压 u 和和 t0时刻的电流时刻的电流 i(t0)。积分形式为：积分形式为：表明：表明：需要指出的是：需要指出的是：当当 u，i为非关联方向时，上述微分和积分表达式为非

25、关联方向时，上述微分和积分表达式前要冠以负号；前要冠以负号；u = = - - Ldidtt0i = = i(t0) - -L1tu dx x 积分表达式中的积分表达式中的i(t0)称为电感电流的初始值称为电感电流的初始值，它反，它反映电感初始时刻的储能状况，也称为映电感初始时刻的储能状况，也称为初始状态初始状态。积分表达式积分表达式 L = = L(t0) + +t0tu dx xi = = i(t0) + +L1t0tu dx x两边乘以两边乘以 L得得用磁链表示的伏安关系用磁链表示的伏安关系4. 功率与磁场能量功率与磁场能量= Ldidt(1)吸收的功率为：吸收的功率为：p = uii

26、电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释磁场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电感元件是储能元件，它本身不放回电路，因此电感元件是储能元件，它本身不消耗能量。消耗能量。当电流增大，当电流增大，p0，电感吸收功率。，电感吸收功率。当电流减小，当电流减小，p0，电感发出功率。，电感发出功率。释放的能量释放的能量吸收的能量，吸收的能量，是是无源元件。无源元件。表明：表明：(2)储存的储存的磁场能量磁场能量在在-t这段时间内，电感吸收的能量为：这段时间内，电感吸收的能量为：wL =-t L i(x

27、x)di(x x)dtdt = Li(-)i(t)i(x x)di(x x)wL=12Li2(t) -12Li2(-) 电感的储能只与当时的电流值有关，电感电流电感的储能只与当时的电流值有关，电感电流不能跃变，反映了储能不能跃变。不能跃变，反映了储能不能跃变。若若t=- 时，时，i(- ) =0，即电感无初始能量，即电感无初始能量，wL=12Li2(t) 表明：表明：则有则有电感储存的能量一定大于或等于零。电感储存的能量一定大于或等于零。411.4.3. 电容元件电容元件 电容器：电容器：在外电源作用下，正负电极上分别带上在外电源作用下，正负电极上分别带上等量异号电荷，撤去电源，电极上的电荷仍

28、可长等量异号电荷，撤去电源，电极上的电荷仍可长久地聚集下去，是一种储存电能的部件。久地聚集下去，是一种储存电能的部件。 注意：注意：电导体由绝缘材料分开就可以产生电容电导体由绝缘材料分开就可以产生电容。 实际电容器的绝缘材料很多，实际电容器的绝缘材料很多，例如：云母、陶瓷、聚丙稀、例如：云母、陶瓷、聚丙稀、聚苯乙稀、涤纶、玻璃膜、玻聚苯乙稀、涤纶、玻璃膜、玻璃釉、聚碳酸脂、金属化纸介、璃釉、聚碳酸脂、金属化纸介、空气、铝电解、钽电解、合金空气、铝电解、钽电解、合金电解等。电解等。+ +q- -qU 各种类型的电容器各种类型的电容器(1)高压瓷片高压瓷片电容电容器器高压复合介质电容器高压复合介质

29、电容器电压范围：电压范围：230kV 各种类型的电容器各种类型的电容器(2)钽电解电容器钽电解电容器 独石电容器独石电容器 铝电解电容器铝电解电容器(有极性有极性)无极性电解电容无极性电解电容电容元件是实际电容器的电容元件是实际电容器的理想化理想化模型。模型。线性电容元件的图形符号：线性电容元件的图形符号：文字符号或元件参数：文字符号或元件参数： C 其它类型线性电容元件的图形符号：其它类型线性电容元件的图形符号：有极性有极性的电解的电解电容电容同轴双同轴双连可变连可变电容电容微微调调电电容容+可变可变电容电容1. 电容元件的定义电容元件的定义 任何时刻其储存的电荷任何时刻其储存的电荷q 与其

30、两端与其两端的电压的电压 u能用能用qu 平面上的一条平面上的一条曲线来描述，称库伏特性。曲线来描述，称库伏特性。C是一个正实常数，单位是是一个正实常数，单位是 F(法法)、q = C u库伏特性曲线是过原点的直线。库伏特性曲线是过原点的直线。若库伏特性不是通过原点的直线，则称为非线性若库伏特性不是通过原点的直线，则称为非线性电容元件。电容元件。库库伏伏特特性性 对于线性时不变电容元件，对于线性时不变电容元件，任任何时刻，电容元件极板上的电何时刻，电容元件极板上的电荷荷q与电压与电压 u 成正比：成正比： F、pF等。等。2. 伏安关系伏安关系电容有电容有“隔直通交隔直通交”的作用；的作用；i

31、 =dqdt=d(Cu)dti =dudtC当当C为常数时有：为常数时有：若若C的的i、u取关联参考方向，则有：取关联参考方向，则有： i 的大小取决于的大小取决于 u 的变化率，与的变化率，与 u 的大小无关！的大小无关！电容是电容是动态元件动态元件；当当 u 为常数为常数(直流直流)时，时，i = 0。电容相当于开路。电容相当于开路。电压电压 u 不能跃变不能跃变，必是时间的连续函数。，必是时间的连续函数。该式表明：该式表明： 伏安关系的积分形式伏安关系的积分形式 q(t) = =t- -i(x x) dx x = =t0- -i(x x) dx x + +tt0i(x x) dx x以以

32、t0为计时起点为计时起点q(t) = = q(t0) + +tt0i(x x) dx x将将q = = C u 代入得代入得i = =dqdt由由得得u(t) = = u(t0) + +tt0i(x x) dx xC1表明表明某一时刻的电容电压值与某一时刻的电容电压值与- 到该时刻的所有电流到该时刻的所有电流值有关，即值有关，即电容元件有记忆电流的作用电容元件有记忆电流的作用，故称，故称电电容元件为记忆元件容元件为记忆元件。研究某一初始时刻研究某一初始时刻t0 以后的电容电压，需要知道以后的电容电压，需要知道t0时刻开始作用的电流时刻开始作用的电流 i 和和t0时刻的电压时刻的电压 u(t0)

33、。还需要指出两点：还需要指出两点： 当当 u，i为非关联参考方向时，上述微分和积为非关联参考方向时，上述微分和积分表达式前要冠以负号；分表达式前要冠以负号； 上式中上式中 u(t0)称为电容电压的初始值，它反映称为电容电压的初始值，它反映电容初始时刻的储能状况，也称为电容初始时刻的储能状况，也称为初始状态初始状态。u，i为关联参考方向为关联参考方向3. 功率功率/电场能量电场能量p = ui = u Cdudtu和和i采用关联参考方向时采用关联参考方向时+-uiC当电容充电，当电容充电，当电容放电，当电容放电，电容能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为电容能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为

34、电场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释电场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此，放回电路，因此，电容元件是储能元件，它本身电容元件是储能元件，它本身不消耗能量。不消耗能量。p0，电容吸收功率。，电容吸收功率。dudt0，(1)功率功率p0，电容发出功率。，电容发出功率。dudt0，(2)电场能量电场能量 t从从-到任意时刻到任意时刻 吸收的电场能量吸收的电场能量wc=-t C u(x x)du(x x)dtdtwc=21Cu2(t) -21Cu2(-)电容处于未充电状电容处于未充电状态时，第二项为态时，第二项为 0，因此，电容元件在任何时刻所储存的电场能量将因此，电容元件在

35、任何时刻所储存的电场能量将等于它所吸收的能量。等于它所吸收的能量。积分结果为积分结果为表明表明wc= =21Cu2(t) 00电容的储能只与当时的电压值有关，电容电压电容的储能只与当时的电压值有关，电容电压不能跃变，反映了储能不能跃变；不能跃变，反映了储能不能跃变；电容储存的能量一定大于或等于零。电容储存的能量一定大于或等于零。1.4.4. 理想电压源和电流源理想电压源和电流源 定义定义1. 理想电压源理想电压源其两端电压总能保持定值或一定的时间函其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电流数，其值与流过它的电流 i 无关的元件叫无关的元件叫理想电压源。理想电压源。 电路符号电路

36、符号电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。与流经它的电流方向、大小无关。 理想电压源的电压、电流关系理想电压源的电压、电流关系通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。直流电压源的伏安关系直流电压源的伏安关系i =RR=(开路开路)，i = 0i R 0 ， 电压源不能短路！电压源不能短路！把把 uS 0 的电压源的电压源短路没有意义！短路没有意义！若若 uS = 0，则电压，则电压源相当于短路。源相当于短路。物理意义：电流物理意义：电流(正电荷正电荷 )由低电由低电位向高电位移动

37、，外力克服电场位向高电位移动，外力克服电场力作功，电源发出功率。力作功，电源发出功率。 电压源的功率电压源的功率 P = us i电压、电流参考方向非关联电压、电流参考方向非关联 P = us i ，若为正，则发出功率，若为正，则发出功率，起电源作用。起电源作用。电压、电流参考方向关联电压、电流参考方向关联物理意义：电场力做功，电源物理意义：电场力做功，电源吸收功率。吸收功率。 P = us i ，若为正，则吸收功率，若为正，则吸收功率，充当负载。充当负载。2. 理想电流源理想电流源 定义定义 电路符号电路符号电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关

38、；与它两端电压方向、大小无关。无关；与它两端电压方向、大小无关。其输出电流总能保持定值或一定的时间其输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与它的两端电压函数，其值与它的两端电压 u 无关的元无关的元件叫件叫理想电流源理想电流源。 理想电流源的电压、电流关系理想电流源的电压、电流关系电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。56直流电流源的伏安关系直流电流源的伏安关系例例oiuiS+ +- -uiSR外电路外电路u = = RiSu u = = 0R = = 0(0(短路短路) )， 电流源不能开路！电流源不能开路！R ，把把 iS 0的电流源开的电流源

39、开路没有意义！路没有意义！若若 iS = = 0，则电流，则电流源相当于开路。源相当于开路。+ +- -u1AR0A57 电流源的功率电流源的功率P = uis电压、电流的参考方向非关联，若电压、电流的参考方向非关联，若P = uis 0，发出功率发出功率电压、电流的参考方向关联，若电压、电流的参考方向关联，若P = uis 0 ，吸收功率吸收功率+ +- -uiS+ +- -uiS起电源作用。起电源作用。充当负载。充当负载。1.5 电源有载工作状态、开路与短路电源有载工作状态、开路与短路开关闭合开关闭合, 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

40、. 电压电流关系电压电流关系1.5.1 电源有载工作电源有载工作(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EUI0 当当 R0R 时，则时，则U E ，表明，表明当负载变化时，电源的端电压变当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。化不大，即带负载能力强。R0ER+I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 = IR1.5.1 电源有载工作电源有载工作或或 U = E IRoUI = EI I2RoP = PE P负载负载

41、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电流负载增加指负载取用的电流和功率增加和功率增加(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4. 电源与负载的判别电源与负载的判别 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。 (1) 根据根据 U、I 的的实际方向判别实际

42、方向判别电源：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） 额定值额定值: 电气设备在正常运行时规定的使用值。电气设备在正常运行时规定的使用值。额定值反映电气设备使用的安全性和额定值反映电气设备使用的安全性和电气设备电气设备的使用能力。的使用能力。注意：注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于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。其额定值，要能够加以区别。电气设备的三种运行状态电气设备的三种运

43、行状态欠载欠载(轻载轻载)： I IN ，P IN ，P PN (设备易损坏设备易损坏)额定工作状态：额定工作状态： I = IN ，P = PN (经济合理安全可靠经济合理安全可靠) 特征特征: 开关断开开关断开1.5.2 开路开路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 = 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+ + - -电源外部端子被短接电源外

44、部端子被短接1.5.3 短路短路 特征特征:0SREII= = =电源端电压电源端电压负载功率负载功率电源产生的能量全被内阻消耗掉电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流（很大）短路电流（很大）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。电路中某处短路时的特征电路中某处短路时的特征: :I+U有有源源电电路路IRRo+ + - -E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。I1I2I3

45、ba+-E2R2+ -R3R1E11. 两种约束两种约束元件约束：各元件元件约束：各元件的的VAR；拓扑约束：各元件拓扑约束：各元件在电路中不同的连在电路中不同的连接方式，对电压电接方式，对电压电流起的约束。流起的约束。2. 常用术语：常用术语：节点：节点：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（a、b两点）。两点）。例例1：确定图示电路的支路、：确定图示电路的支路、节点和回路数。节点和回路数。支路：支路：ab、bc、ca、 （共（共6条）条）回路：回路：abda、abca、 adbca （共（共7 个）个）节点节点：a、 b、c、d (共共4个）个）网孔：网孔：abd、 abc、bcd（共（共3 个）个）adbcIGII3I4I1I2E+GR3R4R2R1回路：回路：由支路组成的由支路组成的闭合路径。闭合路径。网孔：网孔：内部不含支路内部不含支路的回路。的回路。123I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E11. 定义定义 即即: 入入= 出出在任一瞬间，流进任一节点的电流等于流出该节点在任一瞬间，流进任一节点的电流等于流出该节点的电流。的电流。 实质实质: 电流连续性的体现。电流连续性的体现。或或: = 0对节点对节点 a： I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 0 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一节点反映