直流电路的分析与计算

1、制造总部平板厂07年管理、技术人才培训班 主讲人主讲人 张军委张军委 二二七年四月三日七年四月三日通过此次培训，您能学到什么通过此次培训，您能学到什么？1.什么是直流电路？什么是直流电路？2.直流电路中有哪些基本的物直流电路中有哪些基本的物 理量？理量？2.如何对直流电路进行分析？如何对直流电路进行分析？3.如何计算电路中的参数？如何计算电路中的参数？电流、电压参考方向及功率计电流、电压参考方向及功率计算算常用电路元件的伏安特性常用电路元件的伏安特性 电路的负载、开路及短路状态电路的负载、开路及短路状态 额定值的意义额定值的意义 电位的概念及计算电位的概念及计算电路是为了某种需要而将某些电工设

2、备或元电路是为了某种需要而将某些电工设备或元件按一定方式组合起来的电流通路。由件按一定方式组合起来的电流通路。由电源电源、负载负载和和中间环节（导线）中间环节（导线）3部分组成。部分组成。一：进行能量的转换、传输和分配。一：进行能量的转换、传输和分配。二：实现信号的传递、存储和处理。二：实现信号的传递、存储和处理。电荷的定向移动形成电流。电荷的定向移动形成电流。电流大小：单位时间内通过导体截面积的电量电流大小：单位时间内通过导体截面积的电量。大写大写 I 表示直流电流表示直流电流小写小写 i 表示电流的一般符号表示电流的一般符号dtdqi 正电荷运动方向规定为正电荷运动方向规定为电流的实际方向

3、电流的实际方向。电流的方向用箭头或双下标变量表示。电流的方向用箭头或双下标变量表示。任意假设的电流方向称为任意假设的电流方向称为电流的参考方向电流的参考方向。 如果求出的电流值为正，说明参考方向如果求出的电流值为正，说明参考方向与实际方向一致，否则说明参考方向与实际与实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。方向相反。I正值I负值(a)(b)电流的大小用电流强度来度量。在单位时间内，通过某一截面积的电量称为流过该截面积的电流强度。用符号“I”或“i”表示。 I=Qt_注意：1.以后我们把电流强度简称为电流 2.上式只适用于求恒定电流和平均电流。恒定电流或直流电流：电流的大小和方向在任何时刻

4、都不改变时，称为恒定电流或直流电流脉动直流电流：电流的方向不改变，中是大小随时间改变，这样的电流称为脉动直流电流直流电流用“DC”表示交流电流：如果电流的大小和方向都随时间的变化而改变，则称为交流电流。交流电流用“AC”表示1.1.电路中电路中a a、b b点两点间的点两点间的电电压压定义为单位正电荷由定义为单位正电荷由a a点移点移至至b b点电场力所做的功。点电场力所做的功。dqdWu 电路中某点的电路中某点的电位电位定义为单位正电荷由该定义为单位正电荷由该点移至参考点电场力所做的功。点移至参考点电场力所做的功。电路中电路中a a、b b点两点间的电压等于点两点间的电压等于a a、b b两

5、点两点的电位差。的电位差。baabVVU电压的实际方向电压的实际方向规定由电位高处指向电位低处。规定由电位高处指向电位低处。与电流方向的处理方法类似，与电流方向的处理方法类似，可任选一方向为可任选一方向为电压的参考方向电压的参考方向例：例： 当当ua =3V ub = 2V时时u1 =1V最后求得的最后求得的u为正值，说明电压的实际方向为正值，说明电压的实际方向与参考方向一致，否则说明两者相反。与参考方向一致，否则说明两者相反。u2 =1V+u1 abu2+ab 对一个元件，电流参考方向和电压参考对一个元件，电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定，但为了方便方向可以相互独立地任意确定

6、，但为了方便起见，常常将其取为一致，称起见，常常将其取为一致，称关联方向关联方向；如；如不一致，称不一致，称非关联方向非关联方向。+u(a) 关联方向abiu+(b) 非关联方向abi 如果采用关联方向，在标示时标出一种即如果采用关联方向，在标示时标出一种即可。如果采用非关联方向，则必须全部标示。可。如果采用非关联方向，则必须全部标示。 2.电位：是表示电路中某一点性质的物理量，而且是相对于确定的参考点来说的。 电位与电压的概念比较：电场中某点的电位就是该点别参考点之间的电压。，电位的单位是伏特。并且规定，参考点的电位为零，所以参考点又叫零电位点。据此可知某点的电位就是单位正电荷在该点所具有的

7、电位能。电路中两点之间的电压就是这两点的电位之差uA“vAvd。因此，电压又叫电位差，它与参考点的选取无关 3、 电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。在电源内，电源力将单位正电荷从电源的负理量。在电源内，电源力将单位正电荷从电源的负极移到电源的正极所做的功，即称为电动势。对直极移到电源的正极所做的功，即称为电动势。对直流电动势来说表示为：流电动势来说表示为： 电动势的符号为：电动势的符号为： 电动势的实际方向与电压实际方向相反，规电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定为由负极指向正极。定为由负极指向正极。E=qW电场力在单位时间内所做的电场力在单

8、位时间内所做的功称为功称为电功率电功率，简称功率。，简称功率。dtdWp 功率与电流、电压的关系：功率与电流、电压的关系：关联方向时：关联方向时：p =ui非关联方向时：非关联方向时：p =uip0时，表明该元件吸收（消耗）功时，表明该元件吸收（消耗）功率，是负载（或起负载作用）；率，是负载（或起负载作用）； p0时，时，表明该元件发出（产生）功表明该元件发出（产生）功率，是电源（或起电源作用）率，是电源（或起电源作用）。 根据能量守恒的原则，在任何一个电路中，根据能量守恒的原则，在任何一个电路中，某些元件所产生的功率之和必然等于该电路中某些元件所产生的功率之和必然等于该电路中其它元件所消耗的

9、功率之和，即，满足功率平其它元件所消耗的功率之和，即，满足功率平衡条件。衡条件。2、电功率用字母、电功率用字母“P”或者或者“p”表示，电功率表示，电功率是电功与时间的比值是电功与时间的比值: P A=U.Q Q=I.t P=U.I (焦耳焦耳/秒）秒）电功率的单位是：瓦特，简称：瓦电功率的单位是：瓦特，简称：瓦 用字母用字母“W”表示。常用的有千瓦（表示。常用的有千瓦（KW）、毫瓦（）、毫瓦（MW)做单位。做单位。 1W=103mW=10-3KWAt3.在工程上还应用另一种功率的单位，称马力在工程上还应用另一种功率的单位，称马力 1马力马力 736瓦瓦 1瓦瓦 0.00136马力马力1.36

10、X103马力马力 在电力工程中，电功的测量采用瓦时计（习称电度在电力工程中，电功的测量采用瓦时计（习称电度表，现国家规定称表，现国家规定称电能表）这时电功的单位是度，电能表）这时电功的单位是度，也称千瓦小时。也称千瓦小时。1千瓦小时（度）千瓦小时（度）1000瓦瓦X3600秒秒3.6X106焦耳焦耳+U=5V (a)(b)I=2A+U=5V I=-2A(c)+U=5V I=-2A：求图示各元件的功率：求图示各元件的功率.（a）关联方向，）关联方向，P=UI=52=10W，P0，吸收，吸收10W功率。功率。（b）关联方向，）关联方向，P=UI=5(2)=10W，P0，吸收，吸收10W功率。功率。

11、是制造厂为了使产品能在给定的工作条是制造厂为了使产品能在给定的工作条件下正常运行而规定的正常容许值。额定值有件下正常运行而规定的正常容许值。额定值有额定电压额定电压UN与额定电流与额定电流IN或额定功率或额定功率PN 。必须。必须注意的是，电气设备或元件的电压、电流和功注意的是，电气设备或元件的电压、电流和功率的实际值不一定等于它们的额定值。率的实际值不一定等于它们的额定值。1.电器元件的额定值：电流经过电器元件时所做的电功转变为热能，使电器元件生热，这种现象称为电流的热效应。我们在日常生活中常用的白炽灯电烙铁和电炉等电热器具都是利用电流的热效应来工作的。对电器元件消耗的功率，外加电压，通过的

12、电流都限制在一定的数值下，这个值称为额定值，又称为标称值（如额定电流、额定功率、额定电压）。元器件在使用中不允许超过其额定值。如灯泡上常标有100W/220V表示为：使用220V的电路中，消耗功率为100W。 2.例：标称值100W/220V和 25W/220V的两灯泡，求它们在额定情况下工作的电流？电路中的通路、开路与短路一：通路（闭路）电路中有电流流过，我们称为通路，因为通路一定是闭合的，所以也叫闭路。通路中电流一定是连续不断的也叫负载状态1、负载状态、负载状态I +US R0Rabcd+URRUI0SIRU 0SIRUUPPPEP=UI：电源输出的功率：电源输出的功率PS=USI：电源产

13、生的功率：电源产生的功率P=I2R0：内阻消耗的功率：内阻消耗的功率二：开路 电路中由于开关或某一元件、导线的断来等，使电流不能流通，这时我们称为开路也叫断路，也叫空载状态。空载状态空载状态00S0CPUUUII +US R0SRabcd+U短路状态短路状态02E0SSC00RIPPPRUIIUI +US R0Rabcd+U三：短路 电路中本来不相联接的点用导线联接或直接碰接在一起，称为短路，也叫短路状态四 例 ： 设 图 示 电 路 中 的 电 源 额 定 功 率四 例 ： 设 图 示 电 路 中 的 电 源 额 定 功 率PN=22kW ，额定电压，额定电压UN=220V，内阻，内阻R0=

14、0.2，R为可调节的负载电阻。求：为可调节的负载电阻。求：（1）电源的额定电流）电源的额定电流IN；（2）电源开路电压）电源开路电压U0C；（3）电源在额定工作情况下的负载电阻）电源在额定工作情况下的负载电阻RN；（4）负载发生短路时的短路电流）负载发生短路时的短路电流ISC。 +US R0SRI+U +US R0SRI+UA10022010223NNNUPIV2401002 . 02200NNS0CRIUUU2 . 2100220NNNIURA12002 . 02400SSCRUI解：解：(1)电源的额定电流为：电源的额定电流为：(2)电源开路电压为：电源开路电压为：(3)电源在额定状态时的

15、负载电阻为：电源在额定状态时的负载电阻为：(4)短路电流为：短路电流为：伏安关系（欧姆定律）：伏安关系（欧姆定律）：关联方向时：关联方向时：u =Ri非关联方向时：非关联方向时：u =Ri符号：符号：Ri+u 功率：功率：RuRiuip22电阻元件是一种消耗电能的元件。电阻元件是一种消耗电能的元件。伏安关系：伏安关系：符号：符号：电感元件是一种能够贮存磁场能量的元电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件，是实际电感器的理想化模型。件，是实际电感器的理想化模型。+u i LdtdiLu dtdiLu称为电感元件的电感，单位是亨利（）。称为电感元件的电感，单位是亨利（）。只有电感上的电流变化时，只有电感上的电流变化时，电感两端才有电压。在直流电感两端才有电压。在直流电路中，电感上即使有电流电路中，电感上即使有电流通过，但，相当于短通过，但，相当于短路。路。存储能量：存储能量：2L21LiW 电容元件是一种能够贮存电场能量的元电容元件