电工学1章直流电路ppt课件

1、电工技术电工技术 下一章下一章 上一章上一章 前往主页前往主页 电路就是电流流通的途径。电路就是电流流通的途径。 是由某些元、器件为完成一定功能、按一定是由某些元、器件为完成一定功能、按一定 方式组合后的总称。方式组合后的总称。S E+mA 一是实现能量的保送和转换。一是实现能量的保送和转换。 二是实现信号的传送和处置。二是实现信号的传送和处置。 E 电源：将非电形状的能量电源：将非电形状的能量 转换为电能。转换为电能。 负载：将电能转换为负载：将电能转换为 非电形状的能量。非电形状的能量。 导线等：起沟通电路和导线等：起沟通电路和 保送电能的作用。保送电能的作用。S E ES 从电源来看，电

2、源本身的电流通路称为内电路，从电源来看，电源本身的电流通路称为内电路， 电源以外的电流通路称为外电路。电源以外的电流通路称为外电路。 当电路中的电流是不随时间变化的直流电流时，当电路中的电流是不随时间变化的直流电流时， 这种电路称为直流电路。这种电路称为直流电路。 当电路中的电流是随时间按正弦规律变化的交当电路中的电流是随时间按正弦规律变化的交 流电流时，这种电路称为交流电路。流电流时，这种电路称为交流电路。无源网络无源网络有源网络有源网络二端二端网络网络二端二端网络网络I电流的实践方向：规定为正电荷运动的方向。电流的实践方向：规定为正电荷运动的方向。 EUS UL 直流电路中：直流电路中：

3、I =Qti =dqdtA 电场力将单位正电荷从电路电场力将单位正电荷从电路的某一点移至参考点时所消的某一点移至参考点时所消耗的电能。耗的电能。参考点的电位为零。参考点的电位为零。I EUS UL 直流电路中电位用直流电路中电位用 V 表示，单位为伏表示，单位为伏特特V。参考点的选择：参考点的选择： 选大地为参考点：选大地为参考点： 选元件聚集的公共端或公共线为参考点：选元件聚集的公共端或公共线为参考点： 3. 电压电压电场力将单位正电荷从电路电场力将单位正电荷从电路的某一点移至另一点时所消的某一点移至另一点时所消耗的电能。耗的电能。电压就是电位差。电压就是电位差。IUS E UL直流电路中电

4、压用直流电路中电压用 U 表示，单位为伏表示，单位为伏特特V。US 是电源两端的电压，是电源两端的电压， UL 是负载两端的电压。是负载两端的电压。电源中的局外力非电场力将单位正电荷从电源负极电源中的局外力非电场力将单位正电荷从电源负极移至电源正极时所转换而来的电能称为电源的电动势。移至电源正极时所转换而来的电能称为电源的电动势。电动势的实践方向：由低电位指向高电位。电动势的实践方向：由低电位指向高电位。 符号：符号： E 或或 e，单位：，单位：V。定义：单位时间内所转换的电能。定义：单位时间内所转换的电能。 电源产生的功率：电源产生的功率： PE = E I符号：符号：P直流电路。直流电路

5、。 单位：单位：W。负载取用的功率：负载取用的功率： PL = UL II EUS UL 106 J。电源输出的功率：电源输出的功率： P = US IUS当电源与负载接通，电路中有当电源与负载接通，电路中有了电流及能量的保送和转换。了电流及能量的保送和转换。电路的这一形状称为通路。电路的这一形状称为通路。IEUS UL S通路时，电源向负载输出电功率，电源这时的形状称通路时，电源向负载输出电功率，电源这时的形状称为有载或称电源处于负载形状。为有载或称电源处于负载形状。各种电气设备在任务时，其电压、电流和功率都有一各种电气设备在任务时，其电压、电流和功率都有一定的限额，这些限额是用来表示它们的

6、正常任务条件定的限额，这些限额是用来表示它们的正常任务条件和任务才干的，称为电气设备的额定值。和任务才干的，称为电气设备的额定值。S1S2EEL1EL2当某一部分电路与电源断开，当某一部分电路与电源断开，该部分电路中没有电流，亦无该部分电路中没有电流，亦无能量的保送和转换，这部分电能量的保送和转换，这部分电路所处的形状称为开路。路所处的形状称为开路。有有源源电电路路 开路的特点：开路的特点：开路处的电流等于零开路处的电流等于零I0开路处的电压应视电路情况而定开路处的电压应视电路情况而定电源既不产生也不输出电功率，电源这时的形状称为空载。电源既不产生也不输出电功率，电源这时的形状称为空载。U 视

7、电视电路而定路而定当某一部分电路的两端用电当某一部分电路的两端用电阻可以忽略不计的导线或开阻可以忽略不计的导线或开关衔接起来，使得该部分电关衔接起来，使得该部分电路中的电流全部被导线或开路中的电流全部被导线或开关所旁路，这一部分电路所关所旁路，这一部分电路所处的形状称为短路或短接。处的形状称为短路或短接。S1S2电源短路电源短路 短路的特点：短路的特点：短路处的电压等于零短路处的电压等于零U0短路处的电流应视电路情况而定短路处的电流应视电路情况而定I 视电路而定视电路而定有有源源电电路路EL1EL2II原那么上参考方向可恣意选择。原那么上参考方向可恣意选择。在分析某一个电路元件的电压与电流的关

8、系在分析某一个电路元件的电压与电流的关系时，需求将它们联络起来选择，这样设定的时，需求将它们联络起来选择，这样设定的参考方向称为关联参考方向。参考方向称为关联参考方向。 U电电源源负负载载 U理想电路元件理想电路元件理想有源元件理想有源元件理想无源元件理想无源元件电电压压源源电电流流源源电电阻阻元元件件电电容容元元件件电电感感元元件件 US I U US 定值定值USU O I 电压源的特点：电压源的特点：输出电流输出电流 I 不是定值，与输出电压和外电路的情况有关。不是定值，与输出电压和外电路的情况有关。可提供一个固定的电压可提供一个固定的电压 US ，称为源电压。，称为源电压。输出电压输出

9、电压 U 等于源电压等于源电压 US ，是由其本身所确定的定值，是由其本身所确定的定值， 与输出电流和外电路的情况无关。与输出电流和外电路的情况无关。IS U I IS定值定值ISU O I 电流源的特点：电流源的特点：输出电流输出电流 I 等于源电流等于源电流 IS ，是由其本身所确定的定值，是由其本身所确定的定值，与输出电压和外电路的情况无关。与输出电压和外电路的情况无关。输出电压输出电压 U 不是定值，与输出电流和外电路的情况有关。不是定值，与输出电流和外电路的情况有关。电激电激流流可提供一个固定的电流可提供一个固定的电流 IS ，称为源电流。，称为源电流。 当电压源和电流源的电压和电流

10、实践方向如上图时，当电压源和电流源的电压和电流实践方向如上图时， 它们输出产生电功率，起电源作用。它们输出产生电功率，起电源作用。 US I U IS U I US I U IS U I 当电压源和电流源的电压和电流实践方向如上图时，当电压源和电流源的电压和电流实践方向如上图时， 它们取用耗费电功率，起负载作用。它们取用耗费电功率，起负载作用。 电阻元件电阻元件当电路的某一部分只存在电当电路的某一部分只存在电能的耗费而没有电场能和磁能的耗费而没有电场能和磁场能的储存，这一部分电路场能的储存，这一部分电路可用电阻元件来替代。可用电阻元件来替代。 R i u R =ui 线性电阻与非线性电阻线性电

11、阻与非线性电阻 P = UI = RI2 =U2R 电阻耗费的功率电阻耗费的功率 电阻图片电阻图片水泥电阻水泥电阻线绕电阻线绕电阻碳膜电阻碳膜电阻可变电阻可变电阻压敏电阻压敏电阻功率电阻功率电阻 例例1.5.1在图示直流电路中，知在图示直流电路中，知 US3 V， IS3 A， R1 。求：。求：(1) 电压源的电流和电流源的电压；电压源的电流和电流源的电压； (2) 讨论电路的功率平衡关系。讨论电路的功率平衡关系。 R I US IS U解解(1) 由于电压源与电流源串联由于电压源与电流源串联IIS3 A根据电流的方向可知根据电流的方向可知UUSRIS ( 3 + 1 3 ) V = 6 V

12、(2) 功率平衡关系功率平衡关系电压源吸收电功率：电压源吸收电功率：PLUS I( 3 3 ) W = 9 W 电流源发出电功率：电流源发出电功率： POU IS( 6 3 ) W = 18 W电阻电阻 R 耗费的电功率：耗费的电功率：PRR IS( 1 32 ) W = 9 W功率平衡：功率平衡： PO P L PR R1 I1 US1 R2 I2 US2 R3 I3 R4 ba电路中电路中 3 个或个或 3 个以个以上电路元件的衔接点上电路元件的衔接点称为结点。称为结点。有有 a、b 两个结点两个结点 。 R1 I1 US1 R2 I2 US2 R3 I3 R4 ba有有 acb 、adb

13、、aeb 三条支路三条支路 。R1 I1 US1 c R2 I2 US2 dR3 I3 R4 e两结点之间的每一条两结点之间的每一条分支电路称为支路。分支电路称为支路。 R1 I1 US1 R2 I2 US2 R3 I3 R4 ba由于电流的延续性，由于电流的延续性，流入任一结点的电流流入任一结点的电流之和等于流出该结点之和等于流出该结点的电流之和。的电流之和。对结点对结点 a I1 I2 I3I1 I2 I3 0流入结点的电流前取正号，流入结点的电流前取正号，流出结点的电流前取负号。流出结点的电流前取负号。 R1 I1 US1 R2 I2 US2 R3 I3 R4 ba在电路的任何一个在电路

14、的任何一个结点上，同一瞬间结点上，同一瞬间电流的代数和为零。电流的代数和为零。对恣意波形的电流：对恣意波形的电流： i 0 在直流电路中：在直流电路中： I 0 基尔霍夫电流定律不仅适用于电路中基尔霍夫电流定律不仅适用于电路中 恣意结点，而且还可以推行运用于恣意结点，而且还可以推行运用于 电路中任何一个假定的闭合面电路中任何一个假定的闭合面 广义结点。广义结点。 ICIEIBICIBIEICIBIE0 解解 由图中所示电流由图中所示电流的参考方向，运用基尔霍夫的参考方向，运用基尔霍夫电流定律，分别由结点电流定律，分别由结点 a、b、c 求得求得I6I4I1 (53 ) A 8 A 例例1.6.

15、1 在图示部分电路中，知在图示部分电路中，知 I13 A， I45 A， I58 A 。试求。试求 I2 ，I3 和和 I6 。 a I1 I3 I2 I4 I5 I6 cbI2I5I4 8(5 ) A 13 AI3I6I5 (88 ) A 16 A或由广义结点得或由广义结点得 I3I1I2 (313 ) A 16 A由电路元件组成的闭由电路元件组成的闭合途径称为回路。合途径称为回路。有有 adbca、aebda 和和 aebca 三个回路三个回路 。 R1 I1 US1 R2 I2 US2 R3 I3 R4 bacde R1 I1 US1 R2 I2 US2 bacd R2 I2 US2 R

16、3 I3 R4 badeR1 I1 US1 R3 I3 R4 bace未被其他支路分割的单孔回路称为网孔。未被其他支路分割的单孔回路称为网孔。 有有 adbca、aebda 两个网孔两个网孔 。由于电位的单值性，由于电位的单值性，从从 a 点出发沿回路环点出发沿回路环行一周又回到行一周又回到 a 点，点，电位的变化应为零。电位的变化应为零。对回路对回路 adbca US2U1US1U2 与回路环行方向一致的电压前取正号，与回路环行方向一致的电压前取正号， 与回路环行方向相反的电压前取负号。与回路环行方向相反的电压前取负号。 R1 I1 US1 R2 I2 US2 R3 I3 R4 bacde

17、R1 I1 US1 R2 I2 US2 bacd U1 U2 US2U1US1U20在电路的任何一个回在电路的任何一个回路中，沿同一方向循路中，沿同一方向循行，同一瞬间电压的行，同一瞬间电压的代数和为零。代数和为零。对恣意波形的电压对恣意波形的电压 u0在直流电路中：在直流电路中： U0 R1 I1 US1 R2 I2 US2 R3 I3 R4 bacde假设回路中理想电压源假设回路中理想电压源两端的电压改用电动势两端的电压改用电动势表示，电阻元件两端的表示，电阻元件两端的电压改用电阻与电流的电压改用电阻与电流的乘积来表示，那么乘积来表示，那么 RI E R1 I1 US1 R2 I2 US2

18、 R3 I3 R4 bacde或或 U E U RI E对回路对回路 adbcaR1I1R2I2 E1E2 与回路环行方向一致的电流、电压和电动势前面取正号，与回路环行方向一致的电流、电压和电动势前面取正号， 不一致的前面取负号。不一致的前面取负号。 R1 I1 E1 R2 I2 E2 R3 I3 R4 bacde 基尔霍夫电压定律不仅适用于电路中任一闭基尔霍夫电压定律不仅适用于电路中任一闭 合的回路，而且还可以推行运用于任何一个合的回路，而且还可以推行运用于任何一个 假想闭合的一段电路。假想闭合的一段电路。将将 a、b 两点间的电压两点间的电压作为电阻电压降一样考作为电阻电压降一样考虑进去。

19、虑进去。 R IUE U R I E 或或 USba或或 R IUUS0 解解 由回路由回路 abcdefaUab + UcdUed + UefE1E2 例例1.6.2在图示回路中，知在图示回路中，知 E120 V，E210 V，Uab4 V ，Ucd6 V ，Uef 5 V 。试。试求求Ued 和和 Uad 。 R2 E2eaR3 R4 Ucd R1 E1 Uef UabUed bdfc Uad求得求得 Ued Uab + Ucd + Uef E1 + E2 4 + (6 )52010 V 7 V 由假想的回路由假想的回路 abcdaUab + UcdUadE2 R2 E2eaR3 R4 U

20、cd R1 E1 Uef UabUed bdfc Uad求得求得 Uad Uab + Ucd + E2 4 + (6 ) 10 V 8 V 支路电流法解题的普通步骤支路电流法解题的普通步骤R1 E1 R3 R2 E2 R1 E1 R3 R2 E2 (1) 确定支路数，选择各确定支路数，选择各 支路电流的参考方向。支路电流的参考方向。I1 I2 I3 (2) 确定结点数，列出确定结点数，列出 独立的结点电流方独立的结点电流方 程式。程式。 n 个结点只能列出个结点只能列出 n1 个个 独立的结点方程式。独立的结点方程式。结点结点 a : I1I2I3 0结点结点 b : I1I2I3 0只需只需

21、1 1个方程是独立的个方程是独立的(3) 确定余下所需的方程式数，确定余下所需的方程式数， 列出独立列出独立 的回路电压方程式。的回路电压方程式。R1 E1 R3 R2 E2 I1 I2 I3 ab左网孔左网孔 : R1I1 R3I3 E1 右网孔右网孔 :R2I2 R3I3 E2(4) 解联立方程式，求出各支路电流的数值。解联立方程式，求出各支路电流的数值。R1I1 R3I3 E1I1 I2 I3 0R2I2 R3I3 E2求出：求出：I1、 I2 和和 I3。 解解 选择各支路电流的选择各支路电流的参考方向和回路方向如图参考方向和回路方向如图R4 R3 R1 US1 R2 US2 例例1.

22、7.1在图示电路中，知在图示电路中，知 US112 V ， US212 V ，R11 ， R22 ， R32 ， R44 。求各支路。求各支路电流电流 。 I1 I2 I3 I4 上结点上结点 I1I2I3 I4 0 左网孔左网孔 R1I1R3I3US10 中网孔中网孔 R1I1 R2I2US1US2 0 右网孔右网孔 R2I2R4I4US20 代入数据代入数据R4 R3 R1 US1 R2 US2I1 I2 I3 I4 I1I2I3 I4 0I12I3120I1 2I21212 02I24I4120 I14 A， I22 A， I34 A， I42 A 叠加定理是分析线性电路最根本的方叠加定

23、理是分析线性电路最根本的方 法之一。法之一。在含有多个有源元件的线性电路中，任在含有多个有源元件的线性电路中，任一支路的电流和电压等于电路中各个有一支路的电流和电压等于电路中各个有源元件分别单独作用时在该支路产生的源元件分别单独作用时在该支路产生的电流和电压的代数和。电流和电压的代数和。R1 R2 R1 R2 R1 I1 R2 I2 IS US US US由支路电流法可得由支路电流法可得I1 =USR1R2R2ISR1R2IS IS I1 =USR1R2 USIS IS USI1 =R2ISR1R2 = I1 I1 I1 I2 I1 I2 R1 R2 R1 R2 R1 I1 R2 I2 IS

24、US US US由支路电流法可得由支路电流法可得IS IS I2 =USR1R2 USIS IS USI1 I2 I1 I2 I2 =USR1R2R1ISR1R2I2 =R1ISR1R2 = I2 I2 1在思索某一有源元件单独作用时，应令在思索某一有源元件单独作用时，应令其他有源元件中的其他有源元件中的 US = 0 ，IS = 0。即应将其他。即应将其他电电压源代之以短路压源代之以短路 ，将其他电流源代之以开路。，将其他电流源代之以开路。 运用叠加定理时要留意：运用叠加定理时要留意： 2最后叠加时，一定要留意各个有源元件最后叠加时，一定要留意各个有源元件单独作用时的电流和电压分量的参考方向

25、能否与单独作用时的电流和电压分量的参考方向能否与总电流和电压的参考方向一致，一致时前面取正总电流和电压的参考方向一致，一致时前面取正号，不一致时前面取负号。号，不一致时前面取负号。 3叠加定理只适用于线性电路。叠加定理只适用于线性电路。 4叠加定理只能用来分析和计算电流叠加定理只能用来分析和计算电流和电压，不能用来计算功率。和电压，不能用来计算功率。 例例1.8.1在图示电路中，知在图示电路中，知 US10 V ，IS2 A ，R14 ，R21 ，R35 ，R43 。试用叠加定理求经过电压源的电流。试用叠加定理求经过电压源的电流 I5 和电流源两端的电压和电流源两端的电压 U6 。 R2 US

26、I2 U6IS R1 I1 R4 I4 R3 I3 I5 解电压源单独作用时解电压源单独作用时 R2 USI2 U6R1 R4 I4 R3 I5 = I2 I4I5 =USR1R2USR3R4=10411053()A = 3.25 A=I2 I4U6 R2R4 = 1.75 V=10411053()1 3 VR2 USI2 U6IS R1 I1 R4 I4 R3 I3 I5 电流源单独作用时电流源单独作用时 =I2 I4+U6 R2R4R2 I2 U6IS R1 R4 I4 R3 I5 = I2I4I5 =R1R1R2ISR3R3R4IS=441()A = ( 1.61.25 ) A= 0.3

27、5 A 2553 2= ( 1 1.6 + 3 1.25 ) V = 5.35 VR2 USI2 U6IS R1 I1 R4 I4 R3 I3 I5 最后求得最后求得 = I5I5I5 = ( 3.250.35 ) A = 3.6 A= U6 U6+U6 = (1.75 + 5.35 ) V = 3.6 V 等效电源定理是将有源二端网络用一个等效等效电源定理是将有源二端网络用一个等效 电源替代的定理。电源替代的定理。有源二端网络有源二端网络R1 R2 IS US对对 R2 而言，有源二端网络相当于其电源。在对外部而言，有源二端网络相当于其电源。在对外部等效的条件下可用一个等效电源来替代。等效的

28、条件下可用一个等效电源来替代。R0 UeS 戴维宁戴维宁等效电源等效电源R0 IeS 诺顿等诺顿等效电源效电源 UOCISC UOCISC R1 IS US(a)有源二端网络有源二端网络R0 UeS(b)戴维宁等效电源戴维宁等效电源输出端开路时，二者的开路电压输出端开路时，二者的开路电压 UOC 应相等。应相等。输出端短路时，二者的短路电流输出端短路时，二者的短路电流 ISC 应相等。应相等。UeS UOC由图由图(b)R0 =UeSISC=UOCISC由图由图(b) UOCISC UOCISC R1 IS US(a)有源二端网络有源二端网络R0 UeS(b)戴维宁等效电源戴维宁等效电源因此因

29、此UOC US + R1IS对于图对于图(a)ISC =USR1+ ISR0 =UOCISC=US + R1ISUSR1+ IS= R1 UOCISC UOCISC R1 IS US(a)有源二端网络有源二端网络(b)诺顿等效电源诺顿等效电源R0 IeS 输出端短路时，二者的短路电流输出端短路时，二者的短路电流 ISC 应相等。应相等。输出端开路时，二者的开路电压输出端开路时，二者的开路电压 UOC 应相等。应相等。IeS ISC由图由图(b)R0 =UOCIeS=UOCISC由图由图(b)R0 求法与戴维宁求法与戴维宁定理中一样定理中一样 诺顿等效电源诺顿等效电源R0 IeS R0 UeS

30、戴维宁等效电源戴维宁等效电源戴维宁等效电源和诺顿等效电源既然都可以用戴维宁等效电源和诺顿等效电源既然都可以用来等效替代同一个有源二端网络，因此在对外来等效替代同一个有源二端网络，因此在对外等效的条件下，相互之间可以等效变换。等效的条件下，相互之间可以等效变换。等效变换的公式为等效变换的公式为IeS =UeSR0变换时内电阻变换时内电阻 R0 不变，不变，IeS 方向应由方向应由 UeS 的负极流向正极。的负极流向正极。 例例1.9.1图示电路中，知图示电路中，知 US6 V ，IS3 A ，R11 ，R22 。试用等效电源定理求经过。试用等效电源定理求经过 R2 的电的电流。流。 R1 R2

31、IS US 解解 利用等效电源定理利用等效电源定理解题的普通步骤如下：解题的普通步骤如下： 1 将待求支路提出，使将待求支路提出，使剩下的电路成为有源二端网络。剩下的电路成为有源二端网络。R1 IS US 有源二端网络有源二端网络 2 求出有源二端网络的求出有源二端网络的开路电压开路电压 UOC 和短路电流和短路电流 ISC 。R1 IS US 有源二端网络有源二端网络 UOCISC 根据根据 KVL 求得求得UOC US +R1IS6+1 3V 9 V根据根据 KCL 求得求得ISC =USR1+IS =61+3 A = 9 A() 3用戴维宁等效电源或诺顿等效电源替代有源二端用戴维宁等效电

32、源或诺顿等效电源替代有源二端网络网络 ,简化原电路。简化原电路。R1 R2 IS USR0 IeS I2 R2 用诺顿定理用诺顿定理简化的电路简化的电路用戴维宁定理用戴维宁定理简化的电路简化的电路R0 UeSI2 R2 或用除源等效法求得或用除源等效法求得R0 IeS I2 R2 用诺顿定理用诺顿定理简化的电路简化的电路用戴维宁定理用戴维宁定理简化的电路简化的电路R0 UeSI2 R2 UeS UOC 9 VIeS ISC 9 AR0 =UOCISC =99 = 1 R0 R1 1 假设用戴维宁定理假设用戴维宁定理 I2 =UeSR0 + R2 =912 A = 3 A (4) 求待求电流求待求电流 假设用诺顿定理假设用诺顿定理 I2 =R0R0 + R2 IeS =112 9 A = 3 A 线性电阻的电阻值线性电阻的电阻值 是一常数，线性电是一常数，线性电 阻两端的电压和通阻两端的电压和通 过它的电流成正比。过它的电流成正比。IUO 非线性电阻的电阻非线性电阻的电阻 值不是常数，随电值不是常数，随电 压或电流值的变化压或电流值的