电工技术第1章 电路的基本概念与基本定律ppt课件

1、第 1 章电路的基本概念与基本定律第 1 章电路的基本概念与基本定律1.1电路与电路模型电路与电路模型1.2电路的主要物理量电路的主要物理量1.3电路的三种状态电路的三种状态1.4电压源和电流源及其等效变换电压源和电流源及其等效变换1.5基尔霍夫定律基尔霍夫定律本章小结本章小结思考题与习题思考题与习题第 1 章电路的基本概念与基本定律 1.1电路与电路模型电路与电路模型1.1.1电路电路电路是人们在生产、电路是人们在生产、 生活中为了实现某生活中为了实现某种需求，种需求， 将各种电气设备按一定方式连接将各种电气设备按一定方式连接起来的整体，起来的整体， 它提供了电流流通的路径。它提供了电流流通

2、的路径。 电源、电源、 负载和中间环节是电路的基本组负载和中间环节是电路的基本组成部分，如图成部分，如图1-1所示。所示。 图中电路以干电池图中电路以干电池为电源，为电源， 灯泡为负载，灯泡为负载， 开关、开关、 导线为中间导线为中间环节。环节。 第 1 章电路的基本概念与基本定律图1-1 电路的组成第 1 章电路的基本概念与基本定律电源： 给电路提供电能的装置， 将非电能转换成电能。 例如， 干电池和蓄电池是将化学能转换成电能， 而发电机是将热能、 水能、 风能、 原子能等转换成电能。 所以电源是电路中的能量来源， 是推动电流运动的源泉， 在它的内部进行着由非电能到电能的转换。 第 1 章电

3、路的基本概念与基本定律负载： 电路中消耗电能的装置， 将电能转换成非电能。 例如， 电炉将电能转换成热能， 电灯将电能转换成光能， 电动机将电能转换成机械能等。 中间环节： 把电源与负载连接起来的部分， 起传递和控制电能的作用。 电路按功能可以分为两类， 一类是电力电路， 另一类是信号电路。第 1 章电路的基本概念与基本定律电力电路主要起电能的传输、 转换和分配的作用。 电力系统电路就是这样的典型例子，发电机组将其他形式的能量转换成电能， 经变压器、 输电线传输到各用电部门， 用户又把电能转换成光能、 热能、 机械能等其他形式的能量而加以利用。 对于这一类电路， 一般要求在传输和转换过程中，

4、尽可能地减少能量损耗以提高效率。第 1 章电路的基本概念与基本定律信号电路在电子技术、 电子计算机和非电量电测中广泛应用， 其主要目的是实现信号例如语言、 音乐、 文字、 图像、 温度、 压力等的传递、 存储和处理。 电视机就是通过有线或无线的方式接收电视信号， 然后进行转换处理并输出图像和声音的。 在这类电路中，虽然也有能量的传输和转换问题， 但最主要的是信号传递的质量， 一般要求传输的过程中信号不能失真， 应尽可能准确、 快速。 第 1 章电路的基本概念与基本定律1.1.2 电路模型电路模型1. 实际电路实际电路实际的电路器件在工作时的电磁性质不是单一的，实际的电路器件在工作时的电磁性质不

5、是单一的， 比较复杂。比较复杂。 例如白炽灯在通电工作时能把电能转换例如白炽灯在通电工作时能把电能转换成光能，成光能， 消耗电能，消耗电能， 具有电阻的性质，具有电阻的性质， 但通过它但通过它的电压和电流还会产生电的电压和电流还会产生电场和磁场，场和磁场， 因此也具有储存电场能量和磁场能量即因此也具有储存电场能量和磁场能量即电容和电感的性质。电容和电感的性质。 在电路的分析和计算中，在电路的分析和计算中， 如果如果对一个器件要考虑所有的电磁性质，对一个器件要考虑所有的电磁性质， 将是十分困难将是十分困难的。的。第 1 章电路的基本概念与基本定律2. 电路模型在电路的分析计算时， 通常用一个假定

6、的二端元件如电阻元件来代替实际元件如电灯泡）， 这个二端元件的电磁性质反映了实际元件的电磁性质， 这个假定的二端元件称为理想电路元件。第 1 章电路的基本概念与基本定律将实际电路中的各种元件设备按其主要物理性质分别用理想电路元件来表示， 构成的电路就是实际电路的“理想电路模型”， 简称电路模型。 例如， 图1-2所示电路就是图1-1所示实际电路的电路模型， 图中E为电源电动势， R0为电源内阻， RL为负载电阻。 第 1 章电路的基本概念与基本定律图1-2 电路模型第 1 章电路的基本概念与基本定律1.2 电路的主要物理量电路的主要物理量1.2.1 电流电流1. 电流电流在电场作用下，在电场作

7、用下， 带电粒子的定向移动形带电粒子的定向移动形成了电流。成了电流。 电流的大小用电流强度来描述，电流的大小用电流强度来描述， 数值等于单位时间内通过导体某一横截面的电数值等于单位时间内通过导体某一横截面的电荷量。荷量。 设在设在dt时间内通过导体某一横截面的电时间内通过导体某一横截面的电荷量为荷量为dq， 则通过该截面的电流强度为则通过该截面的电流强度为第 1 章电路的基本概念与基本定律tqidd (1-1)式(1-1)说明， 在一般情况下， 电流强度是随时间而变的。 如果电流强度不随时间而变， 即dq/dt=常数， 则这种电流就称为恒定电流， 简称直流DC）。 于是式1-1可写为tQI (

8、1-2)第 1 章电路的基本概念与基本定律式1-2中， Q为某时间段内通过导体某一截面的总电荷量。 电流强度在工程上常简称电流。 在我国法定计量单位中， 电流电流强度的单位是安培， 简称安A）。 在计量大电流时， 用千安kA为计量单位； 计量微小电流时， 可用毫安(mA)或微安(A)为计量单位。 它们的换算关系如下1 kA=103 A1 mA=103 A1 A=106 A第 1 章电路的基本概念与基本定律2. 电流的参考方向参考方向是人们任意选定的一个方向， 在电路图中用箭头表示。 当电流的参考方向与实际方向一致时， 电流为正值i0）； 当电流的参考方向与实际方向相反时， 电流为负值i0； (

9、b) i0)时， 电压的实际方向与参考方向一致； 电压为负(u0; (b) u0， 说明这段电路上电压和电流的实际方向是一致的， 电路吸收了功率， 是负载性质。（2） P0， 表示电路消耗功率； P0， 表示电路提供功率。 第 1 章电路的基本概念与基本定律3. 电流源和电压源一个实际的直流电源可采用两种理论模型， 即电压源模型和电流源模型， 两者之间可以进行等效变换， 其变换的条件是： IS=E/R0。 它们之间的等效关系是对外电路而言的， 对电源内部则是不等效的。 第 1 章电路的基本概念与基本定律4. 基尔霍夫定律基尔霍夫定律是分析电路元件间约束关系的基本定律， 它分为电流定律KCL和电

10、压定律KVL）。 KCL适用于节点，其表达式为I=0，基本含义是任一瞬时流入任一节点的电流代数和等于零， 体现了电流的连续性。 KVL适用于回路， 其表达式为U=0， 表示任一瞬间， 沿任一闭合回路， 回路中各部分电压的代数和为零， 体现了能量守恒。 基尔霍夫定律具有普遍性， 它不仅适用于直流电路， 也适用于由各种不同电路元件构成的交流电路。 这两个定律是分析电路的基础。第 1 章电路的基本概念与基本定律思 考 题 与 习题1-1 某有源支路接于U=220 V的电源上， 极性如图1-28所示，支路电阻为R0=1 ，测得电路中的电流I=10 A， 试求： （1） 此有源支路的电动势E； （2）

11、此支路是向电网输送电能还是从电网吸收电能， 并写出功率平衡方程式。 第 1 章电路的基本概念与基本定律图1-28 习题1-1的电路第 1 章电路的基本概念与基本定律1-2 某直流电源的额定功率PN=250 W， 额定电压UN=50 V， 内阻R0=1 ， 负载电阻R可以调节， 如图1-29所示， 试求： （1） 额定状态下的电流及负载电阻； （2） 空载状态下的电压； （3） 短路状态下的电流。第 1 章电路的基本概念与基本定律图1-29 习题1-2的电路第 1 章电路的基本概念与基本定律1-3 今有220 V 40 W和220 V 60 W的灯泡各一只， 将它们并联接在220 V电源上，哪个

12、灯泡更亮？为什么？若串联后再接到220 V电源上， 哪个灯泡亮？为什么？1-4 如图1-30所示电路， 各电流的参考方向已设定。 已知I1=3 A， I2=1 A， I3=5 A。试确定I1、I2、 I3的实际方向。 第 1 章电路的基本概念与基本定律图1-30 习题1-4的电路第 1 章电路的基本概念与基本定律1-5 求图1-31所示各电路中的电压U和电流I。图1-31 习题1-5的图第 1 章电路的基本概念与基本定律1-6 图1-32所示电路， 试计算开关S断开和闭合时A点的电位VA。 图1-32 习题1-6的电路第 1 章电路的基本概念与基本定律1-7 电路如图1-33所示， 求电流 I

13、 和电压源的功率。 图1-33 习题1-7的电路第 1 章电路的基本概念与基本定律1-8 电路如图1-34所示， 求电流I和电流源的功率。图1-34 习题1-8的电路第 1 章电路的基本概念与基本定律1-9 简化图1-35所示的各网络为电压源。 图1-35 习题1-9的电路第 1 章电路的基本概念与基本定律1-10 如图1-36所示电路， 求I1、I2、I3和U1、U2。 图1-36 习题1-10的电路第 1 章电路的基本概念与基本定律1-11 图1-37所示回路， 已标明各支路电流的参考方向， 试用基尔霍夫电压定律写出回路的电压方程。 图1-37 习题1-11的电路第 1 章电路的基本概念与基本定律1-12 图1-38所示电路中， 若以B为参考点， 求A、 C、 D三点的电位及UAC、 UAD、UCD。 若改C点为参考点， 再求A、 C、D三点的电位及UAC、 UAD、 UCD。 图1-38 习题1-12的电路第 1 章电路的基本概念与基本定律1-13 求图1-39所示电路中的电压UAB。 图1-39 习题1-13的电路第 1 章电路的基本概念与基本定律1-14 求如图1-40所示的电路中的Uab和 I。 图1-40 习题1-14的电路第 1 章电路的基本概念与基本定