电工直流电路

1、第一节 电路的基本概念第二节 电路的基本定律第三节 电路的工作状态和电器设备的额定值 第四节 线性电路的两个基本原理 一、电路的组成电源：提供电能负载：用电设备 中间环节：连接电源和负载二、实际电路和电路模型二、实际电路和电路模型1.实际电路的分析和计算，需将实际电路元件理实际电路的分析和计算，需将实际电路元件理想化（或模型化），突出其主要的电磁性质，想化（或模型化），突出其主要的电磁性质，近似看作理想元件。近似看作理想元件。2.理想元件：理想元件：3.电路模型：实际电路可近似看做由理想电路模型：实际电路可近似看做由理想元件组成的电路元件组成的电路物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法电

2、路分析中的电路分析中的假设假设正方向正方向（参考方向）（参考方向）提问提问：在复杂电路中难于判断元件中物理的实际方：在复杂电路中难于判断元件中物理的实际方向，电路如何求解？向，电路如何求解？解决解决：在解题前先设定一个正方向，作为参考方向。：在解题前先设定一个正方向，作为参考方向。 如如A B(1) 方程式如：方程式如：U/I=R 适用于假设正方向一致的情况适用于假设正方向一致的情况(2) “实际方向实际方向”是物理中规定的，而是物理中规定的，而“假设假设 正方正方向向”则是人们在进行电路分析计算时则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的任意假设的。(3) 在以后的解题过程中，注意一定要在以后

3、的解题过程中，注意一定要先假定先假定“正正方向方向”(即在图中表明物理量的参考方向即在图中表明物理量的参考方向)，然后再然后再列方程计算列方程计算。缺少。缺少“参考方向参考方向”的物理量是无意义的物理量是无意义的的.(4) 为了避免列方程时出错，为了避免列方程时出错，习惯上习惯上把把 I 与与 U 的的方向按相同方向假设。称：方向按相同方向假设。称：关联的参考方向关联的参考方向关联参考方向关联参考方向电功率电功率功率的概念功率的概念：设电路任意两点间的电压为：设电路任意两点间的电压为 U ,流流入此部分电路的电流为入此部分电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的则这部分电路消耗的功率为功率为:P

4、=UI在在 U、 I 正正方向选择一致的前提下，方向选择一致的前提下，1)若若 P = UI 0“吸收功率吸收功率”（负载）（负载）2)2)若若 P = UI 0“发出功率发出功率”（电源）（电源）电路中能量守衡关系电路中能量守衡关系P（吸收）吸收）= P（发出）发出）电流源与电压源欧姆定律基尔霍夫定律 1.基尔霍夫电流定律 2.基尔霍夫电压定律电路中电位的计算（1）伏安关系）伏安关系u=uS 端电压为端电压为us，与流过电与流过电压源的电流无关，由电压源的电流无关，由电源本身确定，电流任意源本身确定，电流任意，由外电路确定。，由外电路确定。： i=iS流过电流为流过电流为is，与电源与电源两

5、端电压无关，由电两端电压无关，由电源本身确定，电压任源本身确定，电压任意，由外电路确定。意，由外电路确定。（2）特性曲线与符号）特性曲线与符号 u UsO t i IsO uUs+ us+ is二、欧姆定律：二、欧姆定律：注意注意：用用欧姆定律列方程时，一定要在欧姆定律列方程时，一定要在 图中标明参考方向！图中标明参考方向！ 从电路的全局和整体上阐明各部分电压、电流之间从电路的全局和整体上阐明各部分电压、电流之间必须遵循的规律。必须遵循的规律。支路支路：电路中每一分支：电路中每一分支节点节点：三个或三个以上支路的连接点：三个或三个以上支路的连接点回路回路：电路中任一闭合路径：电路中任一闭合路径

6、支路：支路：ab、ad、ac、bc、bd cd （共共6条）条）节点：节点：a、 b、c、d (共共4个）个）回路：回路：abda、 abcda、abca bcdb、adca、cbdac、acbda （共共7 个）个）1. 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于流对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于流出该节点的电流。或者说，在任一瞬间，一个节点出该节点的电流。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数为零上电流的代数为零 即：即： I =0基尔霍夫电流定律的基尔霍夫电流定律的依据依据：电流的连续性原理：电流的连续性原理基尔霍夫电流定律的扩展基尔霍夫电流定

7、律的扩展KCL不仅适用于节点，也可推广到包围部分电不仅适用于节点，也可推广到包围部分电路的任一假设闭合面。路的任一假设闭合面。节点方程：节点方程：IA=IAB-IBCIB=IBC-IABIC=ICA - IBC三式相加：三式相加： IA+ IB+ IC=0(二二) 基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL）对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位升等于电位降。或，电压的代数和为其电位升等于电位降。或，电压的代数和为 0。例如：例如： 回路回路 a-d-c-a33435544RIEERIRI033435544RIEERIRIU=0U=0电压升电

8、压升电压降电压降或或例例设顺时针方向为绕行方向：设顺时针方向为绕行方向：a b c dKCL方程：方程：U1- U2 -U3 +U4=0已知：已知：U3=+20V, U4= 5V, U5 =+5V,U6=+10V,求：求：U1 U1- U6 - U5 + U3 =0U1-(+10)-(+5)+(+20) =0U1=-5VKVL推广：基尔霍夫电压定律也适合开口电路。推广：基尔霍夫电压定律也适合开口电路。注意注意E-RI-Uab=0Uab=E-IR一、一、KCL方程的两套符号：方程的两套符号：U前面的正负号前面的正负号由回路的绕行方向及电压参考极性确定；括由回路的绕行方向及电压参考极性确定；括号内

9、数字前面的正负号表示电压数值的正负号内数字前面的正负号表示电压数值的正负，取决于各元件的真实极性与参考极性是否，取决于各元件的真实极性与参考极性是否一致。一致。二、两点之间的电压降与所选的路径无关。二、两点之间的电压降与所选的路径无关。只要电位变化是首尾相接，只要电位变化是首尾相接，各段电压构成闭合回路即可各段电压构成闭合回路即可。通常通常选择大地、接地点或电器设备的机壳为参考选择大地、接地点或电器设备的机壳为参考点。电子电路中常选一条公共线作为参考点，点。电子电路中常选一条公共线作为参考点，该线是很多元件的汇集处且和机壳相连，称该线是很多元件的汇集处且和机壳相连，称“地线地线”表示符号：表示

10、符号：三、三、电路中电位的计算电路中电位的计算计算电位，参考点任选计算电位，参考点任选例n分析：若分别选、为参考点结论结论v各点的电位是相对的，与参考点的选取有关；而各点的电位是相对的，与参考点的选取有关；而任意两点间的电压是绝对的，与参考点的选取无关任意两点间的电压是绝对的，与参考点的选取无关v引入参考点后，电路可简化引入参考点后，电路可简化电源有三种工作状态v带载工作状态v开路（空载）状态v短路状态图中开关合上，接通电源与负载，即电源的带载工作状态外特性曲线表明了电源电压外特性曲线表明了电源电压U与输出电流与输出电流I的关系的关系其斜率和电源内阻其斜率和电源内阻R0有关。有关。U=E-R0

11、I 功率的平衡功率的平衡UI=EI-R0I 即即P=PE-PPE =EI是电源产生的功率是电源产生的功率P = -R0I 是电源内阻消耗的功率是电源内阻消耗的功率P= UI 是电源输出的功率是电源输出的功率 电气设备的额定值电气设备的额定值各种电气设备的电源、电流及功率都有一个额定值，各种电气设备的电源、电流及功率都有一个额定值，它是为使设备在给定的工作条件下运行而规定的正常它是为使设备在给定的工作条件下运行而规定的正常允许值。允许值。额定值常标在铭牌或说明中，用额定值常标在铭牌或说明中，用UN、IN和和PN表示表示当开关断开时，电源处于开路（空载）状态开路：是外电路的电阻对电源来说等于无穷大

12、， 因此电路中电流为零，电源的端电压（称开路电源或空载电压U0）等于电源电动势，电源不输出电能。 I=0 U=U0=E P=01、当电源的两端a 和b由于某种原因连在一起，电源被短路，外电路的电阻视为零，电源的端电压也为零。2、电流的回路中仅有电源内阻R0，电流很大，称为短路电流ISU=0I=IS=E/R0PE=P=R0I, P=0一、叠加原理一、叠加原理一、叠加原理概念概念:在多个电源同时作用的在多个电源同时作用的线性电路线性电路(电路参数不随电电路参数不随电压、电流的变化而改变压、电流的变化而改变)中，任何支路的电流或任中，任何支路的电流或任意两点间的电压，都是各个电源单独作用时所得意两点

13、间的电压，都是各个电源单独作用时所得结果的代数和。结果的代数和。=+I=注注电路中一个电源单独作用时，应将其余电电路中一个电源单独作用时，应将其余电源作源作“零值零值”，即理想电压源短接，而理，即理想电压源短接，而理想电流源开路，但它们的内阻仍计算在内想电流源开路，但它们的内阻仍计算在内。例例用叠加原理求：用叠加原理求：I= ?I=2AI= -1AI = I+ I= 1A1. 叠加定理只适用于线性电路（电路参数不随电叠加定理只适用于线性电路（电路参数不随电压、电流的变化而改变）。压、电流的变化而改变）。 2. 叠加时只将电源分别考虑，电路的结构和参数叠加时只将电源分别考虑，电路的结构和参数不变

14、。暂时不予考虑的恒压源应予以短路，即令不变。暂时不予考虑的恒压源应予以短路，即令E=0；暂时不予考虑的恒流源应予以开路，即暂时不予考虑的恒流源应予以开路，即Is=0。3. 解题时要标明各支路电流、电压的正方向。原电解题时要标明各支路电流、电压的正方向。原电 路中各电压、电流的最后结果是各分电压、分电路中各电压、电流的最后结果是各分电压、分电 流的代数和。流的代数和。4. 叠加原理只能用于电压或电流的计算，不能用叠加原理只能用于电压或电流的计算，不能用 来求功率。如：来求功率。如：5. 运用叠加定理时也可以把电源分组求解，运用叠加定理时也可以把电源分组求解，每个分每个分 电路的电源个数可能不止一

15、个。电路的电源个数可能不止一个。二、二端网络等效电源定理二、二端网络等效电源定理二端网络二端网络：若一个电路只通过两个输出端与外若一个电路只通过两个输出端与外电路相联，则该电路称为电路相联，则该电路称为“二端网络二端网络”。无源二端网络无源二端网络：二端网络中没有电源二端网络中没有电源有源二端网络有源二端网络： 二端网络中含有电源二端网络中含有电源等效电源等效电源：计算复杂电路中某一支路的电流计算复杂电路中某一支路的电流或电压时，相对于该支路之外的部分多么复杂或电压时，相对于该支路之外的部分多么复杂，均可用一个，均可用一个线性有源二端网络来线性有源二端网络来表示，对于表示，对于计算支路仅相当于

16、一个电源。计算支路仅相当于一个电源。注意：注意：“等效等效”是指对端口外等效是指对端口外等效有源二端网络用电压源模型替代有源二端网络用电压源模型替代 - 戴维南定理戴维南定理有源二端网络用电流源模型替代有源二端网络用电流源模型替代 - 诺顿定理诺顿定理戴维南定理戴维南定理：等效电压源的电动势等效电压源的电动势（Ed ）等于有源二等于有源二端网络的开端电压端网络的开端电压等效电压源的内阻等于有等效电压源的内阻等于有源二端网络相应无源二端源二端网络相应无源二端网络的输入电阻。（有源网络的输入电阻。（有源网络变无源网络的原则是：网络变无源网络的原则是：电压源短路，电流源断路）电压源短路，电流源断路）

17、Ed=UxRd=Rab利用戴维宁定理解题的方法、步骤利用戴维宁定理解题的方法、步骤n断开所求支路；断开所求支路；n利用利用KVL定律求定律求UX；n除源除源(恒压源短路；恒流源开路恒压源短路；恒流源开路)， 求等效电阻求等效电阻Rd；n利用利用I= UX Rd +R，求出未知电流求出未知电流戴维南定理应用举例戴维南定理应用举例已知：已知：R1=20 、 R2=30 R3=30 、 R4=20 E=10V求：当求：当 R5=10 时，时，I5=?等效电路等效电路有源二端网有源二端网络络第一步：求开端电压第一步：求开端电压U Ux xV2434212RRRERRREUUUDBADx第二步：求输入电

18、阻第二步：求输入电阻 R Rd d4321/RRRRRd=2030 +3020=24例例 24dRV2dE等效变换后：等效变换后：第三步：求未知电流第三步：求未知电流 I I5 5Ed = UX = 2VRd=24 105R时时A059. 01024255RREIdd(二二) 诺顿定理：诺顿定理：任何一个线性有源二端网络均可任何一个线性有源二端网络均可以用一个电流为以用一个电流为IS的理想电流源和内阻的理想电流源和内阻R0并联的电源并联的电源等效代替。等效代替。等效电阻等效电阻Rd仍为仍为相相应无源二端网络的应无源二端网络的输入电阻输入电阻等效电流源等效电流源 Id 为有源二端网络输出端的为有源二端网络输出端的短路电流短路电流诺顿定理应用举例诺顿定理应用举例:已知：已知：R1=20 、 R2=30 、R3=30 、 R4=20 、E=10V 求：当求：当 R5=10 时，时，I5=?