第一章 电工基础基本原理

1、海南风光1 掌握电路的基本原理及分析方法掌握电路的基本原理及分析方法 为学习电子技术打下基础。为学习电子技术打下基础。学习学习 电工技术电工技术的目的的目的2 学习交流电路的基本原理，掌握正确及安全学习交流电路的基本原理，掌握正确及安全用电方法，培养工作技能。用电方法，培养工作技能。3 学习电动机的基本原理和控制技术。学习电动机的基本原理和控制技术。4 通过实验通过实验, 学习各种实验室常规电子仪器学习各种实验室常规电子仪器 的使用方法的使用方法, 锻炼电工方面的动手能力。锻炼电工方面的动手能力。海南风光第1章 电路的基本概念与定律第第1 1章电路的基本概念与定章电路的基本概念与定律律1.1

2、1.1 电路中的物理量电路中的物理量1.2 1.2 电路元件电路元件1.3 1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.11.1 电路中的物理量电池电池灯泡灯泡电流电流电压电压电动势电动势电功率电功率EIRU+_电源电源负载负载电流电流电路中的物理量电路中的物理量实际电路实际电路电路模型电路模型电压电压电路中物理量的正方向电路中物理量的正方向物理量的物理量的正方向正方向：实际正方向实际正方向假设正方向假设正方向实际正方向实际正方向： 物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。假设正方向假设正方向（参考正方向）：（参考正方向）： 在分析计算时，对电量人为规定的方向在分析计算时，对电量人为规定的方向

3、。电路中的物理量电路中的物理量物理量的实际正方向物理量的实际正方向 物物理理量量 单单位位 实实际际正正方方向向 电电流流 I A、kA、mA、 A 正正电电荷荷移移动动的的方方向向 电电动动势势 E V、kV、mV、 V 电电源源驱驱动动正正电电荷荷的的方方向向 (由由低低电电位位指指向向高高电电位位) 电电压压 U V、kV、mV、 V 电电位位降降落落的的方方向向 (由由高高电电位位指指向向低低电电位位) 电路中的物理量电路中的物理量物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法电池电池灯泡灯泡Uab_+正负号正负号abUab（高电位在前，高电位在前， 低电位在后）低电位在后） 双下标双下

4、标箭箭 头头Uabab 电电 压压+-IR电流电流：从高电位：从高电位 指向低电位。指向低电位。IRUabE+_abU+_电路中的物理量电路中的物理量物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法IRUab+_abU+_电压的正方向箭头和正负号是等价的电压的正方向箭头和正负号是等价的,只用其中之一只用其中之一.IRUababU电路中的物理量电路中的物理量电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）问题的提出问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理在复杂电路中难于判断元件中物理 量量 的实际方向，电路如何求解？的实际方向，电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流方向电流方

5、向BA？U1ABRU2IR电路中的物理量电路中的物理量(1) 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；解决方法解决方法(3) 根据计算结果确定实际方向：根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；系的代数表达式；电路中的物理量电路中的物理量设定正方向的情况下欧姆定律的写法设定正方向的情况下欧姆定律的

6、写法I与与U的方向一致的方向一致U = IRaIRUbI与与U的方向相反的方向相反U = IRaIRUb电路中的物理量电路中的物理量关联参考方向关联参考方向非关联参考方向非关联参考方向设定正方向的情况下电功率的写法设定正方向的情况下电功率的写法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 ,流入此流入此 部分电路的电流为部分电路的电流为 I， 则这部分电路则这部分电路消耗消耗的功率为的功率为:IUP =如果如果U I方向不一方向不一致写法如何？致写法如何？电压电流正方向一致电压电流正方向一致aIRUb电路中的物理量电路中的物理量关联参考方向关联参考方向设定正方向

7、的情况下电功率的写法设定正方向的情况下电功率的写法aIRUb电压电流正方向相反电压电流正方向相反P = UI功率有正负？功率有正负？电路中的物理量电路中的物理量非关联参考方向非关联参考方向吸收功率或消耗功率（起负载作用）吸收功率或消耗功率（起负载作用）若若 P 0输出功率（起电源作用）输出功率（起电源作用）若若 P 0电阻消耗功率肯定为正电阻消耗功率肯定为正电源的功率可能为正（吸收功率）电源的功率可能为正（吸收功率），也可能为负（输出功率），也可能为负（输出功率）功率有正负功率有正负电路中的物理量电路中的物理量电源的功率电源的功率I Uab+-P = UIP = UIIUab+-电压电流方向一

8、致（关联参考方向）电压电流方向一致（关联参考方向）电压电流方向不一致（非关联参考方向）电压电流方向不一致（非关联参考方向）电路中的物理量电路中的物理量 当当 计算的计算的 P 0 时时, , 则说明则说明 U、I 的实际的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，方向一致，此部分电路消耗电功率，为为负载负载。 所以，从所以，从 P 的的 + + 或或 - - 可以区分器件的性质，可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。或是电源，或是负载。结结 论论在进行功率计算时，在进行功率计算时，如果假设如果假设 U U、I I 正方向一致正方向一致。 当计算的当计算的 P 0 时时, , 则说明则说明 U、I

9、的实际方的实际方向相反，此部分电路发出电功率，向相反，此部分电路发出电功率，为电源为电源。电路中的物理量电路中的物理量含源网络的功率含源网络的功率P = UIIU+-含源含源网络网络电路中的物理量电路中的物理量电路中的物理量电路中的物理量IU+-含源含源网络网络P = UI电压电流正电方向一致（关联参考方向）电压电流正电方向一致（关联参考方向）电压电流正电方向不一致（非关联参考方向）电压电流正电方向不一致（非关联参考方向）伏伏 - 安安 特性特性iuconstiuR=RiuuiconstiuR=线性电阻线性电阻非线性电阻非线性电阻( (一一) ) 无源元件无源元件1. 1. 电阻电阻 R（常用

10、单位：（常用单位： 、k 、M ）1.2 1.2 电路元件电路元件电路元件电路元件2.2.电感电感 L L：ui（单位：（单位：H, mH, H）单位电流产生的磁链单位电流产生的磁链iNL=线圈线圈匝数匝数磁通磁通电路元件电路元件电感中电流、电压的关系电感中电流、电压的关系dtdiLdtdNe=dtdiLeu=当当 Ii =(直流直流) 时时,0=dtdi0=u所以所以,在直流电路中电感相当于短路在直流电路中电感相当于短路.iNL=ue ei+电路元件电路元件3.3.电容电容 CuqC =单位电压下存储的电荷单位电压下存储的电荷（单位：（单位：F, F, pF）+ +- - - -+q-qui

11、电容符号电容符号有极性有极性无极性无极性+_电路元件电路元件dtduCdtdqi=电容上电流、电压的关系电容上电流、电压的关系uqC =当当 Uu =(直流直流) 时时,0=dtdu0=i所以所以,在直流电路中电容相当于断路（开路）在直流电路中电容相当于断路（开路）uiC电路元件电路元件无源元件小结无源元件小结 理想元件的特性理想元件的特性 （u 与与 i 的关系）的关系）LCRiRu=dtdiLu=dtduCi =电路元件电路元件UR1R2LCR1UR2U为直流电压时为直流电压时,以上电路等效为以上电路等效为注意注意 L、C 在不同电路中的作用在不同电路中的作用电路元件电路元件1.1.电压源

12、电压源( (二二) ) 有源元件有源元件有源元件中的两种电源：电压源和电流源。有源元件中的两种电源：电压源和电流源。理想电压源理想电压源 （恒压源）（恒压源）IUS+_abUab伏安特性伏安特性IUabUS特点特点：( (1）无论负载电阻如何变化，输出电）无论负载电阻如何变化，输出电 压不变压不变 （2）电源中的电流由外电路决定，输出功率）电源中的电流由外电路决定，输出功率 可以无穷大可以无穷大电路元件电路元件恒压源中的电流由外电路决定恒压源中的电流由外电路决定设设: U=10VIU+_abUab2 R1当当R1 、R2 同时接入时：同时接入时： I=10AR22 例例 当当R1接入时接入时

13、： I=5A则：则：电路元件电路元件RS越大越大斜率越大斜率越大电压源电压源伏安特性伏安特性IUUSUIRS+-USRLU = US IRS当当RS = 0 时，时，电压源电压源模型就变成模型就变成恒压源恒压源模型模型由理想电压源串联一个电阻组成由理想电压源串联一个电阻组成RS称为电源的内阻或输出电阻称为电源的内阻或输出电阻根据闭合电路的欧姆定律得根据闭合电路的欧姆定律得电路元件电路元件 理想电流源理想电流源 （恒流源（恒流源) ) 特点特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电）输出电流不变，其值恒等于电 流源电流流源电流 IS； abIUabIsIUabIS伏伏安安特特性性（2）输出电压由外电

14、路决定。）输出电压由外电路决定。 2. 2. 电流源电流源电路元件电路元件恒流源两端电压由外电路决定恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设设: IS=1 A R=10 时，时， U =10 V R=1 时，时， U =1 V则则:例例电路元件电路元件ISRSabUabIIsUabI外特性外特性 电流源模型电流源模型RSRS越大越大特性越陡特性越陡I = IS Uab / RS由理想电流源并联一个电阻组成由理想电流源并联一个电阻组成当当 内阻内阻RS = 时，时，电流源电流源模型就变成模型就变成恒流源恒流源模型模型电路元件电路元件恒压源与恒流源特性比较恒压源与恒流源特性比较恒压源恒压源恒流源恒流

15、源不不 变变 量量变变 化化 量量U+_abIUabUab = U （常数）（常数）Uab的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 Uab 无影响。无影响。IabUabIsI = Is （常数）（常数）I 的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 I 无影响。无影响。输出电流输出电流 I 可变可变 端电压端电压Uab 可变可变 电路元件电路元件等效互换公式等效互换公式IRS+-USbaUab()RIRIRIIUSSsSsab=Uab = US IRS UabISabIRS电路元件电路元件若若 I =Uab =则则IUab即电流源与电压源二

16、者对外的即电流源与电压源二者对外的伏安特性曲线一样伏安特性曲线一样Us IRS = IS RS I RS ssRR =令ssssssRUIIRU=或或电路元件电路元件Uab = U IRSUab IUabIUUab= ISRS I RS aa bbU S = ISRS RS = RS 对对a（ a ）点：）点：I=I =0 ，Uab = = Uab 对对b（ b ）点：）点： Uab = US IbRS =0 I b= U S / RS Uab= ISRS I b RS = ISRS Ib RS = ISRS (US / RS ) RS =US (US / RS ) RS = (1RS / R

17、S) U S=0 ( 0,Ib )( 0,Ib ) )例：电压源与电流源的例：电压源与电流源的等效互换举例等效互换举例I2 +-10VbaUab5AabIUs = ISRS RS = RS IS = Us / RS电路元件电路元件2 等效变换的注意事项等效变换的注意事项“等效等效”是指是指“对外对外”等效（等效互换前后对外伏等效（等效互换前后对外伏-安安特性一致），对内不等效，如开路或短路在内阻上特性一致），对内不等效，如开路或短路在内阻上的电流或电压是不同的的电流或电压是不同的(1)IsaRSbUabI RLaUS+-bIUabRSRLIS = US / RSRS = RS 电路元件电路元件

18、注意转换前后注意转换前后 U US S 与与 I Is s 的方向的方向(2)aUS+-bIRSUS+-bIRSaIsaRSbIaIsRSbI电路元件电路元件(3)恒压源和恒流源不能等效互换恒压源和恒流源不能等效互换abIUabIsaUS+-bI电路元件电路元件(4) 进行电路计算时，恒压源串电阻进行电路计算时，恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均可等和恒电流源并电阻两者之间均可等效变换。效变换。RS和和 RS不一定是电源内阻。不一定是电源内阻。电路元件电路元件111RUI =333RUI =R1R3IsR2R5R4I3I1I应应用用举举例例-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3电路

19、元件电路元件(接上页接上页)IsR5R4IR1/R2/R3I1+I3R1R3IsR2R5R4I3I1I电路元件电路元件454RRRUUIdd+=+RdUd+R4U4R5I-(接上页接上页)ISR5R4IR1/R2/R3I1+I3()()4432132131/RIURRRRRRRIIUSdd=+=电路元件电路元件-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3代入数值计算代入数值计算已知：已知：U1=12V， U3=16V， R1=2 ， R2=4 R3=4 ， R4=4 ， R5=5 ， IS=3A电路元件电路元件解得：解得：I= 0.2A (负号表示实际方向与假设方向相反负号表示实际方向与假设

20、方向相反)-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3I4I4 =IS+I=3 +(-0.2)=2.8AUR4 = I4 R4 =2.84=11.2VR4=4 IS=3AI= 0.2A恒流源恒流源 IS 的功的功率如何计算率如何计算 ？?PIS= - 33.6W电路元件电路元件PIS = - UR4 IsU4-负号表示负号表示恒流源恒流源 IS 输出功率输出功率计算功率计算功率例例10V+-2A2 I讨论题讨论题?=IA32410A72210A5210=+=III哪哪个个答答案案对对? 电路元件电路元件 1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 （克希荷夫定律，克氏定律）（克希荷夫定律，克氏定律）

21、用来描述电路中各部分电压或各部分用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系电流间的关系,其中包括其中包括克氏电流定律克氏电流定律和和克氏电压定律克氏电压定律两个定律。两个定律。名词注释：名词注释：节点：节点：三个或三个以上支路的联结点三个或三个以上支路的联结点支路：支路：电路中每一个分支电路中每一个分支回路：回路：电路中任一闭合路径电路中任一闭合路径基尔霍夫定律基尔霍夫定律例例支路：共支路：共3条条回路：共回路：共3个个节点：节点：a、 b (共共2个）个）aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1基尔霍夫定律基尔霍夫定律I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I

22、4-例例支路：共支路：共 ？条？条回路：共回路：共 ？个？个节点：共节点：共 ？个？个6条条4个个基尔霍夫定律基尔霍夫定律7个个(一一) 克氏电流定律克氏电流定律 对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流之对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流之和等于由节点流出的电流之和。或者说，在任一和等于由节点流出的电流之和。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为瞬间，一个节点上电流的代数和为 0。 I1I2I3I44231IIII+=+克氏电流定律的克氏电流定律的依据依据：电流的连续性：电流的连续性 I =0即：即：或或：04231=+IIII流入为正流入为正流出为负流出为负基尔霍夫定律基尔霍夫定律例例电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。I1+I2=I3I=0克氏电流定律的扩展克氏电流定律的扩展I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R广义节点广义节点基尔霍夫定律基尔霍夫定律例例例例(二二) 克氏电压定律克氏电压定律 对电路中的任一回路，沿任意循行对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位降等于电位升。方向转一周，其电位降等于电位升。或，电压的代数和为或，电压的