电工学 电工技术 高教第七版第2讲

第一章、电路的基本概念与基本定律小结

1、电路模型：在一定条件下，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。

2、参考方向：假设某一方向为电压、电流的参考方向，也叫其正方向。计算时按照参考方向进行计算。当实际方向与其参考方向一致时，其值为正；当实际方向与其参考方向相反时，其值为负。

3、关联参考方向：如果电流是从电压的正极流向电压的负极，则这样设定的参考方向称为电流与电压是关联参考方向。否则，为非关联参考方向。

4、欧姆定律

第一章、电路的基本概念与基本定律小结

关联参考方向：

非关联参考方向：

练习：

第一章、电路的基本概念与基本定律小结

第一章、电路的基本概念与基本定律小结

1、内、外电路的概念：电路可分为内电路和外电路。对于电源来说，电源内部的电路称为内电路，电源以外的电路称为外电路。

第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

对闭合电路：R0为电源内阻，虚线内的电路称为内电路。RL为负载电阻，虚线外的电路称为外电路。全电路欧姆定律：第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

2、电源有载工作电源与负载连接，负载上有电流通过，就是电源有载工作。

如图闭合开关就是有载工作。通常实际电压源都有内阻，通常用R0表示。虚线框内为实际电源。

第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

对于外电路：

对于内电路：

（1）、电路分析

第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

元件的电压与电流之间关系的曲线称为元件的伏安特性曲线。

电源的输出电压与电流之间关系的曲线称为电源的外特性曲线。

电源的外特性曲线

元件的伏安特性曲线

第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

从电源的外特性曲线可以看出电源性质的好坏。如果曲线斜率大，说明电源内阻较大，电源不好。

如果R0＝0，曲线为水平。不论电流怎样变化，输出电压保持不变。这样的电源称为理想电源。

注意：在电路中，负载大，电流大；负载小，电流小。第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

例：

教材P30,习题1.5.14第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

解：

例：如图当开关S断开时，电压表读数为18V，当开关S闭合时，电流表读数为1.8A。求：（1）E、R0。（2）S闭合时，电压表的读数。

教材P30,习题1.5.16第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

解：

①等效电路

第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

（2）、功率与功率平衡①、功率的概念单位时间内电流所做的功称为电功率，简称功率，用符号P示。

②、功率的计算

关联参考方向：则元件吸收的功率为:P=UI。非关联参考方向：则元件吸收的功率为:P=-UI。第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

说明：如果P>0，电流流过元件时电位降低，正电荷失去能量，元件为负载性质。如果P<0，电流流过元件时电位升高，正电荷获得能量，元件为电源性质。

结论：若元件的电压与电流采用关联参考方向，若P>0,则表示元件吸收或消耗功率，即元件为负载性质。若P<0,则表示元件发出或释放功率，即元件为电源性质。若元件的电压与电流采用非关联参考方向，结论相反。第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

例：求图示各元件的功率

解：

（a）关联方向，P=UI=5×2=10W，P>0，吸收10W功率

（b）关联方向，

P=UI=5×(－2)=－10W，P<0，发出10W功率。

（c）非关联方向，P=－UI=－5×(－2)=10W，P>0，

消耗10W功率。

第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

③、功率平衡如上图中负载R消耗的功率：

电源产生的功率：

电源内阻损耗的功率：第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

得出功率平衡式：

功率平衡式：负载消耗的功率等于电源产生的功率减去电源内阻损耗的功率。

例：

试求：（1）电源的电动势E1和负载的反电动势E2；（2）试说明功率平衡。教材P16例1.5.1

第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

解（1）

（2）

E1是非关联参考方向E1发出功率

E2是关联参考方向E2吸收功率

第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

电源发出的功率：1115W负载吸收的功率：1085＋15＋15＝1115W。电源产生的功率＝负载吸收的功率，所以功率平衡。（3）、电源与负载的判别①、根据电压与电流的实际方向判断

电源：电流的实际方向从低电位流向高电位。

负载：电流的实际方向从高电位流向低电位。

第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

解:

例：教材P20练习1.5.4

电流的实际方向从低电位流向高电位。所以是电源。

第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

电流的实际方向从高电位流向低电位。所以是负载。

②、根据功率判断：当U和I是关联方向时，电源：P＝UI＜0负载：P＝UI＞0。当U和I是非关联方向时，电源：P＝-UI<0负载：P＝-UI>0。第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

解:

关联参考方向

例：教材P20练习1.5.4

非关联参考方向

第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

（4）、额定值与实际值额定值：电器设备正常运行时的规定使用值。电气设备的三种运行状态：额定工作状态：I=IN，P=PN，经济、合理、安全、可靠过载（超载）：I>IN，P>PN，设备易损坏欠载（轻载）：I<IN，P<PN，不经济实际值：电器设备工作时的实际电压、电流等。

第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

解:

指示灯的额定电流：

例：一只110V、8W的指示灯，现要接在380V的电源上，问要串多大电阻？该电阻的功率？

串联的电阻：

串联电阻消耗的功率：

第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

例：两只电阻R1、R2，额定值分别为40Ω、10W，200Ω、40W，问它们允许通过的电流是多少？如将它们串联起来，最高允许电压多大？

解:

电阻R1的允许通过电流：

电阻R2的允许通过电流：

第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

最高允许电压：

将两只电阻R1、R2串联最高允许0.45A。

2、电源开路（空载状态）电源与负载断开，负载中没有电流，称为电源开路。

第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

电源开路的特征：电源未经负载而直接由导线接通成闭合回路。称为电源短路。

3、电源短路I=0，U=E=UOC,称为开路电压UOC。P=0,负载功率

第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

电源短路的特征：I=IS=E/R0，短路电流很大U=0,负载端电压。P=0,负载功率

PE=∆P=I2R0，电源产生的电能全部被内阻消耗掉。电源内阻R0一般都很小，所以短路电流IS总是很大。所以,电源短路是一种严重事故,应严加防止。常在电路中接入熔断器或自动断路器，起到保护作用。

第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

例：如图电源的开路电压U0为230V，电源短路电流IS为1150A，当负载电流I为50A时，求负载电阻R。

教材、P28、习题1.5.2解:

电源的电动势：E=230V作业：P28、习题、1.5.3、1.5.9第一章、电路的基本概念与基本定律五、电源有载工作、开路与短路

第一章、电路的基本概念与基本定律六、基尔霍夫定律

1、几个概念结点：电路中三个或三个以上元件的公共连接点。支路：由一个或几个元件串联构成的一段无分支电路，称为支路回路：由支路构成的闭合路径称为回路。

第一章、电路的基本概念与基本定律六、基尔霍夫定律

例：如下图判断支路、结点、回路

1条支路，1个回路，无结点。

3条支路，3个回路，2个结点。

4条支路，6个回路，2个结点。第一章、电路的基本概念与基本定律六、基尔霍夫定律

6条支路，7个回路，4个结点。一般电路的结点数用n表示，支路数用b表示，回路数用l表示。

第一章、电路的基本概念与基本定律六、基尔霍夫定律

2、基尔霍夫电流（KCL）定律——应用于结点对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于由结点流出的电流。即：I流入=I流出。选定参考方向后，(习惯上取流出该结点的支路电流为负，流入为正。)可表述为：在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为0。即：I=0。基尔霍夫电流定律的依据：电流的连续性原理。基尔霍夫电流定律反应了电路中任意结点处各支路电流间相互制约的关系。第一章、电路的基本概念与基本定律六、基尔霍夫定律

例：

基尔霍夫电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面

对任何闭合封面，流入闭合封面的电流等于流出闭合封面的电流。第一章、电路的基本概念与基本定律六、基尔霍夫定律

I1+I2=I3

R上电流为0

第一章、电路的基本概念与基本定律六、基尔霍夫定律

例：如下图，已知：

求I4。解:

第一章、电路的基本概念与基本定律六、基尔霍夫定律

例：已知：

求I5。教材P25、1.6.2解:

第一章、电路的基本概念与基本定律六、基尔霍夫定律

3、基尔霍夫电压定律（KVL）——应用于回路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。即：U电位升=U电位降。选定参考方向后，习惯上电位降取正号，电位升取负号。则：U=0。基尔霍夫电压定律反应了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。第一章、电路的基本概念与基本定律六、基尔霍夫定律

顺时针方向：

电位降

电位升

或：

例：如图第一章、电路的基本概念与基本定律六、基尔霍夫定律

例：如图选择回路a-d-c-a。

或：

则：

第一章、电路的基本概念与基本定律六、基尔霍夫定律

基尔霍夫电压定律也适合开口电路。

例：如图电位升

电位降

第一章、电路的基本概念与基本定律六、基尔霍夫定律

解：选回路ABCDA，

例：如下图，已知求：

教材：P24、例1.6.2第一章、电路的基本概念与基本定律六、基尔霍夫定律

所以：另法：选回路ABCA则：选回路ADBA则：第一章、电路的基本概念与基本定律六、基尔霍夫定律

4、基尔霍夫定律应用中注意的问题（1）、两个定律具有普遍性，它们适用于由不同元件所构成的电路，也适用于任一瞬时对任何变化的电流和电压；

（2）、在运用定律时，首先要在电路中标注出电流、电压或电动势的参考方向；

（3）、在应用KVL定律时，要选择一个绕行方向。

第一章、电路的基本概念与基本定律六、基尔霍夫定律

作业：P32、习题、1.6.3、1.6.4、1.6.51.5.5、如图（a）电池电路，当U=3V，E=5V时，电池是电源还是负载？如图（b）电池电路，当U=5V，E=3V时，电池是电源还是负载？P20、练习与思考解(a):是电源(b):是负载第一章、电路的基本概念与基本定律七、电路中电位的概念及计算

1、电位的概念电压是两点的电位差，

电位是该点相对于参考点的电压。参考点的电位称为参考电位，通常设为零。参考点在电路图中标上“接地”符号，所谓“接地”并非真与大地相接。实际应用中,一般选大地、机壳为参考零电位点.2、电位的计算电路中某点的电位等于从该点开始沿任一路径到达参考点的电压降的代数和。

第一章、电路的基本概念与基本定律七、电路中电位的概念及计算

电位的计算步骤：

（1）确定电路的参考点，（如果没有，自己设定参考点）

（2）选择该点到达参考点的路径，并标明该路径的电压、电流的参考方向。

（3）计算该路径上各元件的电压。（4）沿路径计算出该点到参考点的电压的代数和，即为该点电位。

注意：一般电压用U表示，电位用V表示。

第一章、电路的基本概念与基本定律七、电路中电位的概念及计算

例如：在图示电路中，分别以a、b为参考点求Va、Vb、Vc、Vd各点的电位。

解：设：

非关联参考方向

关联参考方向

关联参考方向

第一章、电路的基本概念与基本定律七、电路中电位的概念及计算

例如：在图示电路中，分别以a、b为参考点求Va、Vb、Vc、Vd各点的电位。

设：结论：（1）、电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；

关联参考方向

第一章、电路的基本概念与基本定律七、电路中电位的概念及计算

（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改变，即与参考点的选取无关。

3、电路图的电位简化有时，为了简化电路，用电位表示电源。例：第一章、电路的基本概念与基本定律七、电路中电位的概念及计算

简化为：

第一章、电路的基本概念与基本定律七、电路中电位的概念及计算

整理：第一章、电路的基本概念与基本定律七、电路中电位的概念及计算

简化的电路有时不利于计算，因此，在计算题时经常把带电位的电路图转化为带电源的电路图。

例：如下图，计算B点电位。