电工基础电子讲义大连课件

1、 电工基础 电子讲义 大连职业技术学院 电气与电子工程技术系9/25/20221 第一章 电路的基本概念和基本定律第二章 电路的等效变换第三章 线性网络的一般分析方法第四章 线性网络的基本定理第五章 正弦稳态电路第六章 互感电路第七章 三相电路第八章 非正弦周期电流电路第九章 线性电路过渡过程的分析第十章 线性电路过渡过程的复频域分析第十三章 磁路和铁心线圈电路 9/25/20222 9/24/20222 第一章 电路的基本概念和基本定律 第一节 电路和电路模型 第二节 电路的基本物理量 第三节 电阻元件和欧姆定律 第四节 电压源和电流源 第五节 电路的工作状态 第六节 基尔霍夫定律9/25/

2、20223 第一章 电路的基本概念和基本定律9/24/202231.1 电路和电路模型 电路：是各种用电设备按一定的方式连接起来的整体，它提供了电流流通的路径。 电路的两个功能： 进行能量的转换、传输和分配。 对电信号的处理和传递。电路有时也称为电网络。9/25/202241.1 电路和电路模型电路：是各种用电设备按一定的方式 电路模型：用抽象的理想元件及其组合近似地替代实际的电路元件，从而构成了与实际电路相对应的电路模型。电池灯泡USIRU+_负载电源9/25/20225 电路模型：用抽象的理想元件及其组合近似地替代实际的电路元电路由电源、负载、中间环节组成。理想的元件：电压源： 电流源：

3、电阻： 电感： 电容：9/25/20226电路由电源、负载、中间环节组成。电压源： 1.2 电路的基本物理量9/25/202271.2 电路的基本物理量9/24/20227电路中物理量的正方向物理量的正方向：实际正方向假设正方向实际正方向： 物理中对电量规定的方向。假设正方向（参考正方向）： 在分析计算时，对电量人为规定的方向。9/25/20228电路中物理量的正方向物理量的正方向：实际正方向假设正方向实际物理量正方向的表示方法电池灯泡IRUabUS+_abu_+正负号abUab（高电位在前， 低电位在后） 双下标箭 头uab电压+-IR电流：从高电位 指向低电位。9/25/20229物理量正

4、方向的表示方法电池灯泡IRUabUS+_abu_+正电路分析中的假设正方向（参考方向）问题的提出：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？电流方向AB？电流方向BA？U1ABRU2IR9/25/202210电路分析中的假设正方向（参考方向）问题的提出：在复杂电路中难(1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法(3) 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 系的代数表达式；9/25/202211(1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；

5、解决方法(3例已知：US=2V, R=1问： 当U分别为 3V 和 1V 时，IR=?US IRRURabU解：(1) 假定电路中物理量的正方向如图所示；(2) 列电路方程：9/25/202212例已知：US=2V, R=1US IRRURabU解：(1(3) 数值计算（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）US IRRURabU9/25/202213(3) 数值计算（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方(4)为了避免列方程时出错，习惯上把 I 与 U 的方向 按相同方向假设。(1) 方程式R = U/I 仅适用于假设正方向一致的情况。 (2) “实际方向”是物理中规定的，而

6、“假设正方向”则 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，注意一定要先假定“正方向” (即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程 计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的. 提示9/25/202214(4)为了避免列方程时出错，习惯上把 I 与 U 的方向(1 IRURab假设: 与 的方向一致例假设: 与 的方向相反 IRURab称IR和UR为关联参考方向称IR和UR为非关联参考方向9/25/202215 IRURab假设:例假设: IRURab称IR和UR为关联电 功 率aIRUb功率的概念：单位时间内电路吸收或释放的电能定义为该电路的功率。p=dw/dt=

7、dw/dtdq/dt=ui功率有无正负？如果U I方向不一致结果如何？9/25/202216电 功 率aIRUb功率的概念：单位时间内电路吸收或释放的电 U、 I 在关联参考方向下 P = UI P = -UI 根据能量守衡关 系P（吸收）= P（发出 ） U、 I 在非关联参考方向下若 P 0“吸收功率”（负载）若 P 0“发出功率”（电源）9/25/202217 U、 I 在关联参考方向下 P = UI P = 当计算的 P 0 时, 此部分电路消耗电功率，为负载。 所以，从 P 的 + 或 - 可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。结 论在进行功率计算时： 当计算的 P 0 时, 此部

8、分电路消耗电功率，为负载。练习求下列各电路中电源的功率9/25/202219练习求下列各电路中电源的功率9/24/202219伏 - 安 特性iuRiuui线性电阻非线性电阻1. 电阻 R（常用单位：、k、M ）1.3 电阻元件和欧姆定律9/25/202220伏 - 安 特性iuRiuui线性电阻非线性电阻1. 电阻 RUI注意：用欧姆定律列方程时，一定要在图中标明正方向。RUIRUI欧姆定律9/25/202221RUI注意：用欧姆定律列方程时，一定要在图中标明正方向。RU 广义欧姆定律 (支路中含有电压时的欧姆定律)当 UabUS 时， I 0 表明方向与图中假设方向一致。当 UabUS 时

9、， I US 时， I 0 表2、电导G 单位 西门子（s） G=1/R 欧姆定律可表示为i =uG GiuR1R2 G总=G1+G2 1/R总=1/R1+1/R29/25/2022232、电导G 1. 电压源伏安特性电压源模型IUUSUIRO+-USRo越大特性越平1.4 电压源和电流源主要介紹有源元件中的两种电源：电压源和电流源。9/25/2022241. 电压源伏安特性电压源模型IUUSUIRO+-USRo越理想电压源 （恒压源）: RO= 0 时的电压源.特点：(1）输出电 压不变，其值恒等于电压源。 即 Uab US ； （2）电源中的电流由外电路决定。IUS+_abUab伏安特性I

10、UabUS9/25/202225理想电压源 （恒压源）: RO= 0 时的电压源.特点：(1恒压源中的电流由外电路决定设: US=10VIUS+_abUab2R1当R1 R2 同时接入时： I=10AR22例 当R1接入时 ： I=5A则：9/25/202226恒压源中的电流由外电路决定设: US=10VIUS+_a恒压源特性中不变的是：_US恒压源特性中变化的是：_I_ 会引起 I 的变化。外电路的改变I 的变化可能是 _ 的变化， 或者是_ 的变化。大小方向+_I恒压源特性小结USUababR9/25/202227恒压源特性中不变的是：_US恒压源特2. 电流源ISROabUabIIsUa

11、bI外特性 电流源模型RORO越大特性越陡9/25/2022282. 电流源ISROabUabIIsUabI外特性 电流源理想电流源 （恒流源): RO= 时的电流源. 特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电 流源电流 IS； abIUabIsIUabIS伏安特性（2）输出电压由外电路决定。9/25/202229理想电流源 （恒流源): RO= 时的电流源. 特点：（1恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设: IS=1 A R=10 时， U =10 V。R=1 时， U =1 V。则:例9/25/202230恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设: IS=1 A 恒流源特性小结恒流源特性中不

12、变的是：_Is恒流源特性中变化的是：_Uab_ 会引起 Uab 的变化。外电路的改变Uab的变化可能是 _ 的变化， 或者是 _的变化。大小方向 理想恒流源两端可否被短路？abIUabIsR9/25/202231恒流源特性小结恒流源特性中不变的是：_电压源中的电流如何决定？电流源两端的电压等于多少？例IUS R_+abUab=?Is原则：Is不能变，US 不能变。电压源中的电流 I= IS恒流源两端的电压9/25/202232电压源中的电流例IUS R_+abUab=?Is原则：Is不恒压源与恒流源特性比较恒压源恒流源不 变 量变 化 量US+_abIUabUab = US （常数）Uab的大

13、小、方向均为恒定，外电路负载对 Uab 无影响。IabUabIsI = Is （常数）I 的大小、方向均为恒定，外电路负载对 I 无影响。输出电流 I 可变 - I 的大小、方向均由外电路决定端电压Uab 可变 -Uab 的大小、方向均由外电路决定9/25/202233恒压源与恒流源特性比较恒压源恒流源不 变 量变 化 1.5 电路的工作状态电路有三种工作状态：开路、短路、额定工作状态。1、开路 UOCIRO+-Us开路时I=0，内阻Ro上电压降为零。开路电压UOC= Us9/25/2022341.5 电路的工作状态电路有三种工作状态：开路、短路、2、短路US -+b ISCROa U ab=

14、0V 短路电流 ISC=US / RO9/25/2022352、短路US -+b ISCROa U ab=03、额定工作状态 任何电气设备都有一定的电压、电流和功率的限额。 额定值就是电气设备制造厂对产品规定的使用限额。 额定电压 UN额定值 额定电流 IN 额定容量 SN 电气设备工作在额定值的情况下就称为额定工作状态。 或称 “满载” 。设备超过额定值工作时称为 “过载” 。9/25/2022363、额定工作状态 任何电气设备都有一定的电压1.6 基尔霍夫定律 用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关 系，包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。名词注释：节点：三个或三个以上支路的联结点

15、支路：电路中每一个分支回路：电路中任一闭合路径9/25/2022371.6 基尔霍夫定律 用来描述电路中各部分电压或各部支路：ab、ad、 . （共6条）回路：abda、 bcdb、 . （共7 个）节点：a、 b、 . (共4个）例I3U4U3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-9/25/202238支路：ab、ad、 .回路：abda、 bcdb、节点 (一) 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由节点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为 0。 I1I2I3I4基尔霍夫电流定律的依据：电流的连续性原理。 I =0即：例或：

16、9/25/202239 (一) 基尔霍夫电流定律 对任何节点，在任电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例I1+I2=I3例I=0基尔霍夫电流定律的扩展I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R9/25/202240电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例I1+I2=I3例I(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，各部分电压的代数和为 0。例如： 回路 a-d-c-a电位升电位降即：或：I3U4U3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-9/25/202241(二) 基尔霍夫电压定律 对电路中的任一回路，沿任意电压降电压降US+_Rab

17、UabI基尔霍夫电压定律也适合开路。例9/25/202242电压降电压降US+_RabUabI基尔霍夫电压定律也适合开路关于独立方程式的讨论 问题的提出：在用基尔霍夫电流定律或电压定律列方程时，究竟可以列出多少个独立的方程？例aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU1分析以下电路中应列几个电流方程？几个电压方程？9/25/202243关于独立方程式的讨论 问题的提出：在用基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流方程：节点a：节点b：独立方程只有 1 个基尔霍夫电压方程：#1#2#3独立方程只有 2 个aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU19/25/202244基尔霍夫电流方程：节点a：节点b：独立方程