电路与电工技术 第1章 电路的基本概念和基本定律

1第1章电路的基本概念和基本定律1.1电路及电路模型1.2电路的基本物理量1.3电路的三种状态和电气设备的额定值1.4电路基本元件及其伏安关系 2第1章电路的基本概念和基本定律学习目的：1.了解电路组成、电路的三种基本状态和各基本物理量及其方向。2.理解电流、电流强度、电位、电压、电阻、电动势、端电压的概念及相互之间的关系，掌握电路中各点电位及任意两点间电压的计算方法。3.掌握各种电路的欧姆定律、电源的外特性。4.理解电能和电功率的概念，了解电流的热效应。学习重点：电路的组成，电路中各基本物理量的概念，电路的三种基本状态，电路欧姆定律。学习难点：电路基本物理量的实际方向与参考方向的区别与联系。1)电路的组成

电路：由电气器件或设备，按一定方式连接起来，完成能量的传输、转换或信息的处理、传递。组成：电源、负载和中间环节。1.1

电路及电路模型220V开关S镇流器L启辉器日光灯管R日光灯实际电路2)电路的作用

1.实现电能的传输、分配和转换。2.完成信号的处理和传递。1.1.2电路模型实际电路的分析方法

用仪器仪表对实际电路进行测量，把实际电路抽象为电路模型，用电路理论进行分析、计算。1)

理想电路元件

实际的电路是由一些按需要起不同作用的元件或器件所组成，如发电机、变压器、电动机、电池、电阻器等，它们的电磁性质是很复杂的。例如：一个线圈在有电流通过时R

L

消耗电能（电阻性）

产生磁场储存磁场能量（电感性）

忽略R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。理想电路元件Li+–u将实际电路中的元件用理想电路元件表示，称为实际电路的电路模型。220V开关S镇流器L启辉器Q日光灯管R实际电路sRLus

+-电路模型2）电路模型1）电流定义带电粒子或电荷在电场力作用下的定向运动形成电流。单位时间内流过导体截面的电荷量定义为电流强度。2）电流的单位A（安培）、mA(毫安）、μA（微安）1.2电路的基本物理量1.2.1电流3）电流的实际方向

正电荷运动的方向。(客观存在）Riab电流的方向可用箭头表示,也可用字母顺序表示()1）电位定义：电场力把单位正电荷从一点移到参考点所做的功。单位：V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）（电路中电位参考点：接地点，Vo=0）1.2.2电压、电位、电动势及其参考方向2）电压电场力把单位正电荷从一点移到另一点所做的功。单位：定义：V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）实际方向：由高电位端指向低电位端也可用字母顺序表示()，Ruab也可用+，-

号表示。电压的方向可用箭头表示,+u-

定义：电源力把单位正电荷从“-”

极板经电源内部移到“+”

极板所做的功。

单位：3）电动势V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）实际方向：由低电位端指向高电位端电动势的方向用+，-

号表示，R–

+IEU+-也可用箭头表示。U=E

在电路的分析计算中，不仅要算出电压、电流、的大小，还要确定这些量在电路中的实际方向。

在电路中各处电压、电流的方向很难事先判断出来。因此电路内各处电压、电流的实际方向也就不能事先确定。

为了解决以上的问题，在分析电路之前，首先假定一个电压或电流方向（参考方向）。

在复杂电路分析中，必须列写电路方程，但不知道电压、电流、的方向就写不出电路方程。4）电流电压的参考方向电流的实际方向：正电荷运动的方向(客观存在）电流的参考方向：任意假定实际方向（2A）参考方向（参考方向与实际方向相同）实际方向（2A）参考方向（参考方向与实际方向相反）（1）电流的参考方向（2）电压的参考方向电压实际方向：由高电位端指向低电位端(客观存在）电压的参考方向：任意假定AB如果A、B的实际电位为：UU=4VABUU=-4V电源两端的电压电动势正方向表示电位升电压正方向表示电位降EUEUABAB结论：当电压的参考方向与电动势的参考方向相反时

当电压的参考方向与电动势的参考方向相同时注意：1.i、u、e的参考方向可任意假定。但一经选定，分析过程中不应改变。2.电路中标出的方向一律指参考方向。3.同一元件的

u、i

同方向，称为关联参考方向。IRU+–IRU+–或IRU+–IRU+–或关联参考方向非关联参考方向功率是电场力在单位时间内所做的功。

当电阻元件电流和电压的参考方向关联情况下，电阻吸收的电功率为：1）功率的计算IRU+–关联参考方向电阻在t时间内消耗的电能：1kWh（1千瓦小时称为1度）1.2.3电功率和电能量若P>0，电路实际吸收功率，元件为负载；若P<0，电路实际发出功率元件为电源。2）元件吸收或供出功率的判断UI

当元件电流和电压的参考方向关联情况下，吸收的电功率为：（U和I的实际方向相反，则是电源）（U和I的实际方向相同，是负载）UI非关联关联（1）试判断(a)、(b)中元件是吸收功率还是发出功率。I=-1AU=2V+–(a)U=-3V+–(b)I=2A

解：(a)(b)是吸收功率。元件电流和电压的参考方向为关联是发出功率。元件电流和电压的参考方向为非关联1.3电路的三种状态和电气设备的额定值

开路时的特点：1）开路状态ab两点间开路2）短路状态

短路时的特点：IRUUs+-ROabIRUUs+-ROabab两点间短路短路电流过大，电源易烧毁！为避免发生短路，一般在电路中接入熔断器保护。3）电源有载工作状态

额定值：

负载吸收功率：IRUUs+-ROab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：

当电气设备实际电流等于额定电流时，称为满载工作状态。

小于额定电流时，称为轻载工作状态。

大于额定电流时，称为过载工作状态。1）电阻的分类分类：线性电阻（过原点的直线）非线性电阻1.4电路基本元件及其伏安关系1.4.1电阻元件电阻元件的u、i关系可由u–i平面的一条曲线确定。2）电阻的电压电流关系（1）伏安特性曲线

电阻的伏安特性曲线0ui非线性电阻0ui线性电阻3）欧姆定律（线性电阻）关联参考方向：G—电导，单位：西门子（S）0ui线性电阻伏安特性Riu非关联参考方向：Riu4）电阻的功率关联方向：非关联方向：P>0吸收P<0释放RiuRiu1.4.2电容元件及其伏安关系瓷介电容器涤纶电容器独石电容器铝电解电容器纸介电容器空气可变电容器金属化纸介电容器3）电容元件储存的能量（关联参考方向）电容C在任一瞬间吸收的功率：电容C在dt时间内吸收的能量：电容C从0到t时间内吸收的能量：设u(0)=0即P>0吸收能量P<0释放能量1）线性电容（C为常数）iCu2）电容元件的电压电流关系（关联参考方向）（电容元件的VCR）u(0)—t=0时电压u的值，若u(0)=01）线性电感（L为常数）iN+–uN—匝数Φ—磁通Ψ—磁链电感iL+–u（安）A韦伯（Wb）亨利（H）1.4.3电感元件及其伏安关系2）电感元件的电压电流关系u、i、e（电动势）的参考方向为关联参考方向iL+–ue3）电感元件储存的能量电感L在任一瞬间吸收的功率：电感L在dt时间内吸收的能量：电感L从0到t时间内吸收的能量：设i(0)=0（关联参考方向）P>0吸收能量P<0释放能量即U、I参考方向相同时，(关联参考方向）U、I参考方向相反时，(非关联参考方向）RU+–IRU+–I

表达式中有两套正负号：①式前的正负号由U、I

参考方向的关系确定；②U、I

值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。

通常取U、I参考方向相同。U=IR

U=–IR1.5.1一段无源支路的欧姆定律1.5欧姆定律电路端电压与电流的关系称为伏安特性。IUo

遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。单位为。线性电阻的伏安特性线性电阻的概念：

线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。解：对图（a）有，U=IRRU6V+–I2AR+–U6VI–2A例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。（a）（b）对图（b）有，U=