电工学chap_1

1、（1-0）第一章第一章电路的基本概念和电路的基本概念和基本定律基本定律（1-1）第一章第一章 电路的基本概念电路的基本概念 和基本定律和基本定律1.1 1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分1.2 1.2 电路模型电路模型1.3 1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向1.4 1.4 欧姆定律欧姆定律1.5 1.5 电源有载工作、开路与短电源有载工作、开路与短路路1.1.6 6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.1.7 7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算（1-2）1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分电路：电路：电流的通路。它由电工设备电流的通路。它由电工设

2、备 或元件按一定方式组合而成。或元件按一定方式组合而成。（1-3）1.实现电能的传输和转换实现电能的传输和转换发电机发电机电灯、电炉电灯、电炉电动机电动机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器输电线输电线电路作用：电路作用：电源电源中间环节中间环节负载负载（1-4）2.实现信号的传递和处理实现信号的传递和处理话筒话筒放大器放大器电路作用：电路作用：信号源信号源负载负载（1-5）激励：电路中的电源或信号源的电压或电激励：电路中的电源或信号源的电压或电 流。流。响应：激励在电路中各部分产生的电压或响应：激励在电路中各部分产生的电压或 电流。电流。电路分析：在已知电路结构和元件参数的电路分析：在已

3、知电路结构和元件参数的 条件下，讨论电路的激励与响条件下，讨论电路的激励与响 应的关系。应的关系。（1-6）电工技术应用电工技术应用 实例一实例一工工 业业 控控 制制 电机控制电机控制 机床控制机床控制 生产过程自动化控制生产过程自动化控制 . . . . . .电工技术的应用电工技术的应用（1-7）信信 号号 检检 测测 压力、温度、水位、压力、温度、水位、流量等的测量与调节流量等的测量与调节 电子仪器电子仪器 医疗仪器医疗仪器 . . . . . .电工技术应用电工技术应用 实例二实例二（1-8）家家 用用 电电 器器 电灯、电话电灯、电话 广播、电视广播、电视 冰箱、洗衣机冰箱、洗衣机

4、 家庭影院家庭影院 . . . . . .电工技术应用电工技术应用 实例三实例三（1-9）楼楼 宇宇 控控 制制电工技术应用电工技术应用 实例四实例四 电梯系统电梯系统 门禁系统门禁系统 . . . . . .（1-10）汽汽 车车 电电 子子汽汽 车车 电电 子子电源电源发动机控制发动机控制行驶装置行驶装置报警与安全装置报警与安全装置旅居性旅居性仪表仪表娱乐通讯娱乐通讯收音机、汽车电话、业余电台收音机、汽车电话、业余电台车速控制、间歇刮水、车速控制、间歇刮水、除雾装置、车门紧锁除雾装置、车门紧锁.安全带、车灯未关报警、安全带、车灯未关报警、速度报警、安全气囊速度报警、安全气囊.空调控制、动力

5、窗控制空调控制、动力窗控制里程表、数字式速度表、里程表、数字式速度表、出租车用仪表出租车用仪表.点火装置、燃油喷射控制、点火装置、燃油喷射控制、发动机电子控制发动机电子控制电工技术应用电工技术应用 实例五实例五（1-11）电池电池灯泡灯泡EIRU+_负载负载电源电源1.2 电路模型电路模型定义：由理想元件组成的电路构成了实际电路定义：由理想元件组成的电路构成了实际电路 的电路模型的电路模型（1-12）伏伏 - 安安 特性特性iuconstiuRRuiuiconstiuR线性电阻线性电阻非线性电阻非线性电阻 电阻电阻 R（常用单位：（常用单位： 、k 、M ）（1-13）（1-14）（1-15）

6、（1-16）（1-17）物理量的实际正方向物理量的实际正方向1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向物理量物理量 单位单位 实际正方向实际正方向 电流电流 I A、kA、mA、A 正电荷移动的方向正电荷移动的方向 电动势电动势 E V、kV、mV、V电源驱动正电荷电源驱动正电荷移动的方向移动的方向 (低电位低电位 高电位高电位) 电压电压 UV、kV、mV、V电位降落的方向电位降落的方向 (高电位高电位 低电位低电位)（1-18）电路分析中的电路分析中的假设假设正方向正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量：在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解

7、？的实际方向，电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？E1ABRE2IR（1-19）(1) 在解题前先假设一个正方向，作为参考方向；在解题前先假设一个正方向，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： 若计算结果为若计算结果为，则实际方向与假设，则实际方向与假设； 若计算结果为若计算结果为，则实际方向与假设，则实际方向与假设。(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；（1-20）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

8、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：参考方向假设正方向：参考方向 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。（1-21）物理量参考方向的表示方法物理量参考方向的表示方法电池电池灯泡灯泡EIRUab+_ab+-IR电流电流：从高电位从高电位 指向低电位。指向低电位。u_+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） 双下标双下标箭箭 头头uab电压电压（1-22）+-IRa ba bRa b+-RUI = -1AI = +1AU = -3VU =

9、+3VUab = -3VUab = +3V例：试判别电流、电压的实际方向试判别电流、电压的实际方向（1-23）RUI注意注意：用欧姆定律列方程时，一定要在图中标用欧姆定律列方程时，一定要在图中标明参考方向。明参考方向。IRU IRUIRURUIRUI1.4 欧姆定律欧姆定律（1-24）例例 I2AU6V+-RI-2AU6V+-RI2AU-6V-+RI-2AU-6V-+RR = U / I =3R = -U / I =3R = U / I =3R =- U / I =3P11 例例 1.4.1（1-25）例例已知：已知：E = 2V, R = 1试问：当试问：当 U 分别为分别为 3V 和和 1

10、V 时，时，IR =?解：解：(1) 假定电路中物理量的参考方向如图所示；假定电路中物理量的参考方向如图所示；(2) 列电路方程：列电路方程： EUURREURUIRREUUR E IRRURabU+ -（1-26）(3) 数值计算数值计算A1121 V1A112-3 3VRRIUIU时时（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）（实际方向与假设方向相反）REUIRE IRRURabU+ -（1-27）(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 的方向的方向 按相同方向假设。按相同方向假设。(1) 方程式：方程式：U

11、= IR 仅适用于参考方向一致的情况。仅适用于参考方向一致的情况。(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“参考方向参考方向”则则 是人们在进行电路分析计算时，任意假设的。是人们在进行电路分析计算时，任意假设的。 (3) 在以后的解题过程中，注意一定要在以后的解题过程中，注意一定要先设定先设定“参考方参考方 向向” (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)，然后再列然后再列 方程计算方程计算。缺少。缺少“参考方向参考方向”的物理量是无意义的的物理量是无意义的. 注意注意（1-28） 课堂练习课堂练习 I2= -1A5abc55I1= 2AI3= -3

12、A1.4.2(b): Uab = ?Ubc = ?Uca = ?Uab =10+(-5) =5VUbc = -(-5)-(-15)=20VUca = (-15)-10=-25VP12 题题 1.4.2（b）（1-29） 同乘同乘I: UI = EI - I2R0 功率平衡式功率平衡式: P = PE - P电源的外特性曲线电源的外特性曲线U = E - IR01.5 电源的有载工作、开路与短路电源的有载工作、开路与短路电源的有载工作电源的有载工作（1-30）电电 功功 率率aIRUb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

13、电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的功率为则这部分电路消耗的功率为: WIUP功率有无正负？功率有无正负？如果如果U I方向不一方向不一致结果如何？致结果如何？（1-31）电源与负载的判别电源与负载的判别IRUabIUab+-负载：负载：U 和和 I 的的 电流从实际的电流从实际的“+”+”端端电源：电源：U 和和 I 的的电流从实际的电流从实际的“+”+”端端（1-32）电源与负载的判别电源与负载的判别 P = UI 0 实际方向相同实际方向相同 负载负载 P = UI 0 实际方向相反实际方向相反 电源电源 P = UI 0-负载负载+-+-3A：P = IU = 30W 参考方向相反参

14、考方向相反, P0-电源电源10V：P = IU = 10W 参考方向一致参考方向一致, P0-负载负载I（1-34）IR+-EbaUabIR+-EbaUab例：已知：已知：A、若、若Uab = 3V，E= 5V，电源为什么？，电源为什么？ B、若、若Uab = 5V，E= 3V，电源为什么？，电源为什么？解：解：Uab = E + IRI =（ Uab - E）/ R = - 1AP = IU = 5W 参考方向一致，参考方向一致，P0 - 电源电源Uab = E - IRI =（ E - Uab ）/ R = - 1AP = IU = 3W 参考方向相反，参考方向相反，P0 - 负载负载A

15、:B:22（1-35） 课堂练习课堂练习 1.5.4：已知：已知：U= 220V, I= -1A， 试问：各元件为负载？还是为电源试问：各元件为负载？还是为电源?负载负载电源电源负载负载电源电源P18 题题 1.5.4（1-36）额定值和实际值额定值：额定值：是制造厂为方便电气设备或元件能是制造厂为方便电气设备或元件能 在给定条件下正常运行而规定的在给定条件下正常运行而规定的 正常允许值。它充分地考虑了使用正常允许值。它充分地考虑了使用 的经济性和可靠性。的经济性和可靠性。实际值：实际值：使用时的具体数值，它不一定和额使用时的具体数值，它不一定和额 定值相等。定值相等。额定值：额定值：UN、I

16、N、PN。常标于铭牌或其它说。常标于铭牌或其它说 明中。明中。（1-37）例：例：有一额定值为有一额定值为5W 5005W 500的绕线电阻，其额的绕线电阻，其额定电流是多少？在使用时电压不得超过多定电流是多少？在使用时电压不得超过多大的数值？大的数值？解：解： P = I2 R I = ( P / R)0.5 = ( 5 / 500 )0.5 = 0.1A UMax = IR =500 x 0.1 = 50V注意：注意： 选择电阻时，不但应考虑阻值，选择电阻时，不但应考虑阻值， 还应考虑电流，进而确定功率。还应考虑电流，进而确定功率。P16：例：例1.5.3（1-38） 课堂练习课堂练习：1

17、.5.5：试问可否将：试问可否将110、100W和和110V、40W 两只白炽灯串联在两只白炽灯串联在220V的电源上使用？的电源上使用？1.5.10：试问将：试问将40、10W和和200 、40W的的 两只电阻串联使用，其两端最高允许两只电阻串联使用，其两端最高允许 电压应多大？电压应多大？P26 题题 1.5.5、1.5.10，P18 题题 1.5.81.5.8：据日常观察，电灯在深夜要比黄昏时亮：据日常观察，电灯在深夜要比黄昏时亮 一些，为什么？一些，为什么？（1-39） 课堂练习课堂练习：1.5.7：为使：为使6V、50mA的电珠正常发光，应采的电珠正常发光，应采 用那个电路？用那个电

18、路？P26 题题 1.5.7（1-40）电源开路电源开路特征：特征：I = 0 U = U0 = E P = 0开路电压开路电压(空载电压空载电压): U0 （1-41）电源短路电源短路特征：特征：U = 0 I = IS = E / R0 PE = P = I2R0 P = 0短路电流短路电流: IS（1-42）例：例：若电源的开路电压若电源的开路电压Uo = 12V，短路电，短路电流流Is = 30A，试问电源的电动势和内阻，试问电源的电动势和内阻各为多少？各为多少？解：解： E = Uo = 12V R = E / Is = Uo / Is = 12 / 30 = 0.4注意：注意：此题

19、给出了由电源的开路电压和此题给出了由电源的开路电压和 短路电流计算其电动势和内阻的短路电流计算其电动势和内阻的 一种方法。一种方法。P17：例：例1.5.4ER 0+-+-UI0（1-43） 用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系，其中包括电流系，其中包括电流(KCL)和电压和电压(KVL)两个定律。两个定律。名词注释：名词注释：结点：结点：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1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律（1-44）支路：支路：ab、a

20、d、 . （共（共6条）条）回路：回路：abda、 bcdb、 . （共（共7 个）个）结点：结点：a、 b、 . (共共4个）个）例例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-（1-45）一、基尔霍夫电流定律一、基尔霍夫电流定律 对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于由结点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个结由结点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为点上电流的代数和为 0。 I1I2I3I44231IIII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。：电流的连续性。 I =0即：

21、即：例例或或：04231IIII（1-46）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。例例I1+ I2=I3例例I = 0基尔霍夫电流定律的扩展基尔霍夫电流定律的扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R（1-47）二、基尔霍夫电压定律二、基尔霍夫电压定律 对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其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-a33435544RIEERIRI电位升电位升电位降电位降即：即：0U或：或：0333554

22、44ERIRIERII3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-（1-48）0ERIUabE+_RabUabI基尔霍夫电压定律也适合开口电路基尔霍夫电压定律也适合开口电路例例RIUEab电位升电位升电位降电位降RIEUab（1-49）例：例：已知：已知：UAB = 5V，UBC= -4V，UDA= -3V。 试求：试求：UCD = ？UCA = ？ 解：解：由由KVL知：知： UAB + UBC + UCD + UDA = 0 5 + (-4) + UCD + (-3) = 0 UCD = 2VUAB + UBC + UCA = 0 5 + (-4) + UCA =

23、 0 UCA = -1VP22：例：例1.6.2A_+BCDUAB_+UCDUDAUCA+（1-50）例：例：已知：已知：R1= 10k，RB= 20k，EB= 6V， US= 6V ， UBE= -0.3V 。 试求：试求：IB 、 I2 、 I1 。解：解：对对右右回路用回路用KVL列方程：列方程： - I2RB + EB - UBE = 0 -20I2 + 6 - (-0.3) = 0 I2 = 0.315mAR1US+-RB+_A+_UBEBEEBI1IBI2对对A用用KCL列方程：列方程： I2 I1 IB = 0 IB= -0.255mA对对左左回路用回路用KVL列方程：列方程：

24、UBE + US I1R1 = 0 -0.3 + 6 - 10I1= 0 I1 = 0. 57mA（1-51）电位的概念电位的概念：Va = 5V a 点电位：点电位：ab1 5Aab1 5AVb = -5V b 点电位：点电位：在电路中任选一结点，设其电位为零（用在电路中任选一结点，设其电位为零（用 标记），此点称为参考点。其它各结点对参考点标记），此点称为参考点。其它各结点对参考点的电压，便是该结点的电位。记为：的电压，便是该结点的电位。记为：“VX”（注（注意：意：）。）。1.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算（1-52）电位和电压的区别电位和电压的区别电位的特点电位的特点： 电位值是相对的，参考点选得不同，电位值是相对的，参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；电路中其它各点的电位也将随之改变；电压的特点电压的特点： 电路中两点间的电压值是固定的，不电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而改变。会因参考点的不同而改变。（1-53）电位在电路中的表示法电位在电路中的表示法E1+_E2+_R1R2R3R1R2R3+E1-E2（1-54）R1R2+15V-15V 参考电位在哪里参考电位在哪里？R