电工技术ch1电路的基本概念和基本定律

1、第一章 电路(dinl)的基本概念和基本定律1.1 电路(dinl)的作用与组成部分1.3 电压和电流的参考方向1.4 电源有载工作、开路与短路1.5 基尔霍夫定律1.6 电路中电位的计算1.2 电路模型共四十页放大器扬声器话筒发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉.输电线1.1 电路的作用(zuyng)与组成部分1.电路(dinl)的作用: 电路是由电气元器件相互联接而构成的电流通路。实现电能的传输、分配与转换。实现信号的传递、变换与处理。例如： 2.电路的组成: 电源、负载和中间环节。电源: 提供电能的装置负载: 取用电能的装置中间环节：传递、分配和控制电能的作用电源和信号源的电压或电流

2、激励; 由激励在电路中产生的电压和电流响应。共四十页i 实际的电路是由一些按需要(xyo)起不同作用的元件或器件所组成，它们的电磁性质是很复杂的。例如：一个白炽灯在有电流(dinli)通过时，R R L 消耗电能(电阻性) 产生磁场储存磁场能量(电感性) 忽略 L 为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，把它看成理想电路元件。1.2 电路模型共四十页电源(dinyun)负载(fzi)连接导线电路实体电路模型 用理想电路元件组成的电路，称为实际电路的电路模型。SER +R0开关例如：手电筒电路共四十页 又例如(lr)，荧光灯电路 镇流器灯管共四十页常

3、见的理想(lxing)电路元件电阻电容电感电压源电流源共四十页物理学中对基本(jbn)物理量的方向的规定1. 电路基本(jbn)物理量的实际方向物理量实 际 方 向电流 I正电荷运动的方向电动势E (电位升高的方向) 电压 U(电位降低的方向)高电位 低电位 单 位kA 、A、mA、A低电位 高电位kV 、V、mV、VkV 、V、mV、V1.3 电压和电流的参考方向共四十页(2) 参考方向(fngxing)的表示方法电流(dinli)：Uab 双下标电压： (1) 参考方向I 在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。Iab 双下标2.电流、电压的参考方向+_aRb箭 标abRI正负极性+ab

4、U U+_箭 标abUEUab= -UbaE=U共四十页(3) 实际方向(fngxing)与参考方向的关系注意：在参考方向选定(xun dn)后，电流(或电压)值才有正负之分。 a、若计算结果为正，则参考方向与实际方向一致；b、若计算结果为负，则参考方向与实际方向相反。若 I = 5A，则电流的实际方向例：若 I = 5A，则电流的实际方向abRI从 a 流向 b；从 b 流向 a 。abRU+若 U = 5V，则电压的实际方向若 U= 5V，则电压的实际方向从 a 指向 b；从 b 指向 a 。 +共四十页（4）关联(gunlin)参考方向 若电流的参考(cnko)方向是从电压的参考(cnk

5、o)方向表示的高电位端指向低电位端。称为关联参考方向，否则称为非关联参考方向。RU+IRU+I（即电压和电流的参考方向取得相同）关联参考方向非关联参考方向共四十页图 (b) 中若 I = 2 A，R = 3 ，3.欧姆定律式中的正负号a. 若U 、I 参考(cnko)方向相同，则 U = RIb. 若U、 I 参考(cnko)方向相反，或图 (b)图 (a)RUI+IRU+_+图 (c)RUII的参考方向与实际方向相反则 UIR则 U = 3 ( 2 ) = 6 VU、I关联参考方向U与I参考方向相反U、I非关联参考方向共四十页I1. 电压(diny)与电流R + R0I = EU = RI或

6、 U = E R0I EUR0Rabcd+_+_1.4 电源有载工作(gngzu)、开路与短路1.4.1 电源有载工作电源的外特性曲线ER0IIUOU当 R0 R 时， 则 U E说明电源带负载能力强共四十页1.3.1电源(dinyun)有载工作1. 电压(diny)与电流U = RIU = E R0I UI = EI R0I2 P = PE P 电源产生功率内阻消耗功率电源输出功率功率的单位：瓦特(W),或千瓦(kW)=-功率平衡式R + R0I = EEIUR0Rabcd+_+_2. 功率与功率平衡负载大小的概念: 负载增加指负载取用的电流和功率增加(电压一定)。共四十页1).根据(gnj

7、)电压、电流的实际方向判别，若U 和 I 的实际方向相反，则是电源(dinyun)，发出功率；U 和 I 的实际方向相同，则是负载，取用功率。3. 电源与负载的判别U、I 参考方向不同， P = -UI 0，负载； P =-UI 0，电源。U、I 参考方向相同， P =UI 0，负载； P = UI 0，电源。 2). 根据 U、I 的参考方向判别共四十页3. 电源与负载(fzi)的判别例 1已知：图中 UAB= 3 V， I = 2 A解 P = UI = (2) 3 = 6 W求：N 的功率，并说明它是电源(dinyun)还是负载。 因为此例中电压、电流的参考方向相同而 P 为负值，所以

8、N 发出功率，是电源。想一想，若根据电压电流的实际方向应如何分析？NABI共四十页解:(吸收(xshu)）(吸收(xshu)）(吸收）（发出）410VE1A1 +IR1R2E2B +5V例 2在图示电路中, I=2A,求: 各个元件的功率。共四十页例3 电路如图所示，U1=14V， I1=2A， U2=10V， I2= 1A， U3=-4V， I4=-1A，求各方框电路中的功率，并说明(shumng)是吸收功率还是发出功率。U1I11234I4I2U2U3解：各方框(fn kun)电路的功率为：功率平衡方框1发出功率，其余吸收功率共四十页U电源+IP=UI电源输出(shch)的电流和功率由负载

9、的大小决定额定值是为电气设备在给定条件下正常运行而规定的允许值。额定电压、额定电流、额定功率分别(fnbi)用UN、IN和PN表示。S1S2S34. 额定值与实际值例：灯泡：UN = 220V ，PN = 60W电阻： RN = 100 ，PN =1 W 电烙铁：UN220V，PN=45W共四十页电气设备有三种运行(ynxng)状态：欠载(轻载(qn zi)： I IN ，P IN ，P PN (设备易损坏)额定工作状态（满载）： I = IN ，P = PN (经济合理安全可靠) 使用电气设备时，电压、电流和功率的实际值不一定等于它们的额定值，但不能超过额定值。共四十页 电源(dinyun)

10、开路时的特征I = 0U = U0 = E P = 0当开关(kigun)断开时，电源则处于开路(空载)状态。EIU0R0Rabcd+_+_1.4.2 电源开路共四十页UIS 电流过大，将烧毁电源！U = 0I = IS = E / R0P = 0 PE = P = R0IS2 ER0Rbcd+_ 电源短路(dunl)时的特征a 当电源两端(lin dun)由于某种原因连在一起时，电源则被短路。 为防止事故发生，需在电路中接入熔断器或自动断路器，用以保护电路。1.4.3 电源短路共四十页例： 若电源的开路电压为5V，短路电流为10A，计算电源的电动势E和内阻(ni z)R0 .当电源外接电阻R

11、4.5时，求电阻消耗的功率。UER0Rc+_I解：电源(dinyun)电动势电源内阻当电源外接电阻R4.5时，共四十页结点 电路中三条或三条 以上(yshng)支路连接的点支路 电路中的每一分支。一条(y tio)支路流过一个定电流回路 由一条或多条支路 组成的闭合路径如 acb ab adb如 abca adba adbca 如 ab+_R1E1+_E2R2R3I1I2I3cadb网孔：内部不含支路的回路。如 abca adba1.5 基尔霍夫定律共四十页 I = 0在任一瞬间，流向(li xin)某一结点电流的代数和等于零。基尔霍夫电流定律是用来确定连接在同一结点(ji din)上的各支路

12、电流之间的关系。 根据电流连续性原理，电荷在任何一点均不能堆积(包括结点)。故有即1.5.1 基尔霍夫电流定律(KCL) 在任一瞬间，流向某一结点电流之和等于由该结点流出的电流之和。 I 入= I 出或即共四十页根据KCL，在结点(ji din) a 可以写出I1I2I3I4aI1 I2 + I3 + I4 = 0I2 = I1 +I3 + I4或在结点(ji din) a：I1+I2 = I3或 I1+I2I3= 0I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E1例1：(a)(b)对(a):对(b):共四十页IAIBIABIBCICAKCL 推广应用即 I = 0ICIA + IB + IC

13、= 0 可见，在任一瞬间通过任一封闭(fngb)面的电流的代数和也恒等于零。ABC 对 A、B、C 三个结点(ji din)应用 KCL 可列出：IA = IAB ICAIB = IBC IABIC = ICA IBC上列三式相加，便得共四十页I =?例2:广义(gungy)结点I = 0Ic + Ib - Ie = 02+_+_I51156V12VIbIcIe共四十页基尔霍夫电压定律用来(yn li)确定回路中各段电压之间的关系。 1.电位(din wi)的单值性 在任一瞬间，沿任一回路循行方向，电位降之和应等于电位升之和。即 U升 = U降 1.5.2 基尔霍夫电压定律(KVL)U1 U2

14、 + U4 U3 = 0根据电压参考方向和回路方向，KVL 方程式为：即 U = 0I2+_R1E1+_E2R2U2I1U1cad+_U3+U4_U2 + U3 = U1 + U4 或或 E2 E1 = I2 R2 I1R1即 E = IR共四十页 （1）在任一瞬间，沿任一回(y hu)路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。规定(gudng):当U参考方向与回路方向一致时取“+”号,相反时取“-”号.2. 定律 (2)在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。即 E = IR规定:当E和I的参考方向与回路方向一致时,取“+”号,与回路方向相反时取“-”

15、号即： U = 0共四十页U1 + U2 U3 U4 + U5 = 0U4+U1U2abced+U5U3+R4 例 3： 图中若 U1= 2 V，U2 = 8 V，U3 = 5 V，U5 = 3 V， R4 = 2 ，求电阻 R4 两端(lin dun)的电压及流过它的电流。解: 设电阻 R4 两端电压的极性及流过它的电流(dinli) I 的参考方向如图所示。(2)+ 8 5 U4+(3)= 0U4 = 2 V I = 1 AI 沿顺时针方向列写回路的 KVL 方程式，根据U = 0有代入数据，得 U4 = IR4共四十页KVL 可以推广应用于假想(jixing)的闭合回路E RI U =

16、0U = E RI或根据(gnj) KVL 可列出EIUR+_+_R3+_+_I3R4R1R2R5US1US2dabcI1I2UadI1R1 - US1 + I3R3+ US2 -I2R2 Uad =03推广Uad=I1R1 - US1 + I3R3+ US2 -I2R2 共四十页1.2.例 4： 求下列(xili)各题中的I和U。 +-4V5V1A+-U=?3.3共四十页电位(din wi)：电路中某点至参考点的电压，记为“VX”。1. 电位(din wi)的概念 电位的计算步骤: (1) 任选电路中某一点为参考点，设其电位为零； (2) 标出各电流参考方向并计算； (3) 计算各点至参考点

17、间的电压即为各点的电位。某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。1.6 电路中电位的计算参考点：任意选定的零电位点。用“ ”标记。共四十页2. 举例(j l) 求图示电路(dinl)中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd 。解：设 a为参考点， 即Va=0VVb=Uba= 106= 60VVc=Uca = 420 = 80 VVd =Uda= 65 = 30 V设 b为参考点，即Vb=0VVa = Uab=106 = 60 VVc = Ucb = E1 = 140 VVd = Udb =E2 = 90 Vbac204A610AE290VE1140V56AdUc

18、d = Vc-Vd= 50 VUcd = Vc-Vd= 50 V共四十页 结论(jiln)：(1)电位值是相对的，参考点选取(xunq)的不同，电路中 各点的电位也将随之改变；(2) 电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考 点的不同而变， 即与零电位参考点的选取无关。借助电位的概念可以简化电路作图bca204A610AE290VE1140V56Ad+90V205+140V6cd电位标注法共四十页例1: 图示电路，计算(j sun)开关S 断开和闭合时A点 的电位VA解: (1)当开关(kigun)S断开时(2) 当开关闭合时,电路 如图（b）电流 I2 = 0，电位 VA = 0V 。电流 I1 = I2 = 0，电位 VA = 6V 。2KA+I12kI26V(b)2k+6VA2kSI2I1(a)电流在闭合路径中流通共四十页已知：E1=4V