电工电子技术 课件 第1章 电路的基本概念和定律

-电工电子技术-第1章

电路的基本概念和定律1.21.31.41.5

电路的基本物理量

电压源与电流源

电路的等效变换

基尔霍夫定律目录Contents1.1电路与电路模型1.1电路与电路模型PART011.1电路与电路模型一、电路

电流的通路。

为了实现某种功能，由各种电工、电子元器件按一定的方式连接起来的整体。1.1电路与电路模型一、电路❏按功能分类电能的传输和转换信号的处理和传递如：电力系统大功率、大电流如：手电筒电路小功率、小电流1.1电路与电路模型一、电路❏组成结构电源负载向电路提供电能的装置电路中接收电能的装置连接电源和负载的导线、控制电路导通和断开的开关、保护和监控实际电路的设备中间环节1.1电路与电路模型❏手电筒电路电源负载中间环节1.1电路与电路模型二、电路模型和理想电路元件❏理想电路元件

在工程允许的条件下，常把实际元件近似化、理想化，忽略元件的次要性质，用足以表征其主要特征的理想电路元件来表示。1.1电路与电路模型二、电路模型和理想电路元件❏理想电路元件

电阻元件

电感元件

电容元件电阻器、电烙铁、电炉线圈电容器❏电路模型由理想元件构成的电路，称为实际电路的“电路模型”。1.1电路与电路模型二、电路模型和理想电路元件图1.1手电筒电路UsRS图1.2手电筒电路模型❏电路模型1.1电路与电路模型❏常用电路元器件符号1.2电路的基本物理量PART021.2电路的基本物理量一、电流及其参考方向电荷有规则的运动形成电流。❏电流的大小

单位时间内通过导体横截面的电荷量。

又称为电流强度。

符号：i

单位：安培（A）1.2电路的基本物理量一、电流及其参考方向❏直流电流（directcurrent，简称

DC）

大小和方向都不随时间变化的电流。

用大写字母I表示。1.2电路的基本物理量一、电流及其参考方向❏交流电流（alternatingcurrent，简称AC）

大小和方向均随时间作周期性变化的电流。

用小写字母i或者i（t）表示表示。1.2电路的基本物理量一、电流及其参考方向❏电流的方向

电流是有方向的。

规定的实际方向：正电荷移动的方向（负电荷移动的反方向）。1.2电路的基本物理量一、电流及其参考方向❏电流的参考方向

一个假想的电流方向。

任意选定

表示方法：实线箭头、双下标1.2电路的基本物理量❏电流的参考方向实际方向与参考方向一致实际方向与参考方向相反电流为正值，i＞0电流为正值，i<01.2电路的基本物理量❏

例1.1

在图中的方框泛指电路中的一般元件，试分别指出各元件中电流的实际方向。图1.5例1.1电路解：（a）由a到b；（b）由b到a；

（c）不能确定。因为没有给出电流的参考方向。1.2电路的基本物理量❏

例1.2

试分别标示出图中方框所示各元件中电流的参考方向。已知图（a）中电流的实际方向为由b至a，图（b）中电流的实际方向为由a至b。解：题图中电流的实际方向分别为：

（a）由a到b；（b）由a到b1.2电路的基本物理量二、电位、电压、电动势及其参考方向❏

电压

电场力将单位正电荷从电场中的一点移至另一点所做的功。

符号：u

单位：伏特（V）----uab用来衡量电场力做功本领的大小，即电压；dq：由a点移动到b点的电荷；dw：移动过程中电荷所减少的电能。电压的单位还有千伏（kV）和毫伏（mV）1.2电路的基本物理量二、电位、电压、电动势及其参考方向❏

电位

在电路中任取一点o作为参考点，则由某点a到参考点o的电压

uao

就称为a点的电位，用Va表示。

符号：V

单位：伏特（V）

具有相对性

uab=Va-Vb

选取不同的参考点，同一点的电位值也会随之而变，但两点之间的电压与参考点的位置无关。1.2电路的基本物理量❏电压的方向

电压是有方向的。

规定的实际方向：从高电位点指向低电位点

电压降低的方向二、电位、电压、电动势及其参考方向1.2电路的基本物理量❏电压的参考方向

人为任意假设的电压方向

表示方法：箭头、双下标、正负极性二、电位、电压、电动势及其参考方向

选定参考方向后，电压就成为代数量。

♟实际方向与参考方向一致（极性一致）：电压为正值（u＞0）

♟实际方向与参考方向一致（极性一致）：电压为负值（u＜0）1.2电路的基本物理量❏

例1.3

如图所示电路中，方框泛指电路中的一般元件。试分别指出图中各电压的实际方向。解：在图（a）中，点A为参考高电位，因为u=4V＞0，因此，电压的实际方向与参考方向一致。在图（b）中，点A为参考高电位，因为u=-4V＜0，因此，电压的实际方向与参考方向相反。在图（c）中，无法确定电压的实际方向。因为图中没有标出电压的参考极性。1.2电路的基本物理量❏

电动势及其参考方向

描述电源力做功的物理量

数值上等于将单位正电荷由电源负极经电源内部移动到电源正极所做的功，即增加的电能。二、电位、电压、电动势及其参考方向

符号：edq为运动的电荷；dws为运动过程中电荷所增加的电能1.2电路的基本物理量❏

电动势及其参考方向二、电位、电压、电动势及其参考方向

习惯上把电动势的实际方向规定为电能增加的方向。

电位升高（从低电位点到高电位点）的方向。

由电源的负极指向正极。1.2电路的基本物理量❏

电动势及其参考方向二、电位、电压、电动势及其参考方向

对于一个实际电源而言，当没有电流流过，即内部没有电能消耗时，其电动势和端电压（正负极之间的电压）必定大小相等，方向相反。电压和电动势的参考方向1.2电路的基本物理量❏

关联参考方向二、电位、电压、电动势及其参考方向

选定同一元件的电流参考方向与电压参考方向一致。

电流从电压的正极性端流入该元件，从电压的负极性端流出。关联参考方向非关联参考方向1.2电路的基本物理量❏

电路的功率三、电功率与电能

电路元件在单位时间内吸收或释放的电能称为电功率。

符号：p

单位：瓦特（W）、千瓦（kW）

p=ui1.2电路的基本物理量❏

电路的功率三、电功率与电能🔑

u、i

为关联参考方向下，元件上吸收的功率定义：🔑

u、i为非关联参考方向下，元件上吸收的功率定义为：p＞0：该元件吸收功率（供自己消耗），为耗能元件；p＜0：该元件输出功率（供给其他元件），为储能元件。1.2电路的基本物理量❏

例1.4

如图所示电路中，方框泛指电路中的一般元件。试求出各元件吸收的功率。解：（1）在图（a）中，所选u、i为关联参考方向，元件吸收的功率为：（2）在图（b）中，所选u、i为非关联参考方向，元件吸收的功率为：1.2电路的基本物理量❏

例1.4

如图所示电路中，方框泛指电路中的一般元件。试求出各元件吸收的功率。解：（3）在图（c）中，所选u、i为非关联参考方向，元件吸收的功率为：（4）在图（d）中，所选u、i为关联参考方向，元件吸收的功率为：1.2电路的基本物理量❏

电能三、电功率与电能

电流做的功称为电功。电流做功的同时伴随着能量的转换，其做功的大小可以用能量进行度量。

符号：w

单位：焦耳（J）

在电路分析中，通常用电流

i

和电压

u

的乘积来描述功率。1.2电路的基本物理量❏

电能三、电功率与电能

工程实践中，常常用千瓦小时（kW·h）来表示电功的单位，

1kW·h

=一度电

电功率:按时间累积就是电路吸收（消耗）的电能。1000W的电炉加热1小时（h），耗电1度。1.2电路的基本物理量❏

电气设备及元件的额定值三、电功率与电能

为使电气设备及元件安全、经济地运行而规定的限额值。

符号：IN、UN、PN等，标记在设备的铭牌上。

满载（或额定状态）：各参量实际值等于额定值时的工作状态。

轻载（或欠载）：各参量实际值低于额定值时的工作状态。1.2电路的基本物理量❏

负载大小概念三、电功率与电能

指流过负载的电流大小，而不是指负载电阻的大小。🔑当RL减小时，I

增大，即负载增大。🔑当RL增大时，I

减小，即负载减小。1.3电压源与电流源PART031.3电压源与电流源

内阻为零的电压源设备即为理想电压源，简称电压源。一、理想电压源

二端理想元件

输出的端电压：恒定值或给定的时间函数。

与流过的电流无关（与接入电路的方式无关）

流过理想电压源的电流大小：与相连接的外电路有关。1.3电压源与电流源❏

理想电源的符号图1.13理想电压源（a）一般电路符号

（b）电池符号（理想直流电压源）（c）伏安特性1.3电压源与电流源

当实际电源的电压值变化不大时，其电路模型一般表示为：理想电压源和一个电阻串联的形式。❏实际电压源模型实际电压源实际电压源伏安特性U=Us-RsI1.3电压源与电流源

内阻为无穷大的电流源设备即为理想电流源，简称电流源。二、理想电流源

理想二端元件

输出的电流：恒定值或给定的时间函数。

与两端电压无关（与接入电路的方式无关）

加在理想电流源的端电压大小：与相连接的外电路有关。1.3电压源与电流源❏理想电流源及其伏安特性1.3电压源与电流源❏理想电流源及其伏安特性I=Is-U/Rs1.3电压源与电流源

电源向外提供的电压或者电流值受电路中某部分的电压或电流控制。三、受控源

电压控制电压源（VCVS）

电流控制电压源（CCVS）

电压控制电流源（VCCS）

电流控制电流源（CCCS）1.3电压源与电流源❏

例1.5

试用电源等效变换的方法化简图示电路。1.3电压源与电流源1.3电压源与电流源1.4电路的等效变换PART041.4电路的等效变换1台拖拉机拖动一节车厢，使车速达到8m/s；5匹马拖动同一节车厢，使该车厢车速也达到8m/s。

对这一车厢来说，拖拉机和5匹马对它起的作用是“等效”的。☝“等效”----2个或多个事物对它们之外的某一目标作用效果相同，即，外作用相同。1.4电路的等效变换

如果把电路中某部分电路用其等效电路替代后，该电路未被替代部分（包括被替代部分的端钮上）的电压和电流均应保持不变。

对外等效：用等效电路的方法求解电路时，电压和电流保持不变的部分，仅限于等效电路以外。1.4电路的等效变换一、电阻的等效变换❏

电阻的串联1.4电路的等效变换一、电阻的等效变换❏

电阻的串联1.4电路的等效变换❏

例1.6如图所示电路，直流电压表表头的满偏电流为Ig=50μA，内阻为Rg=5kΩ，现制成的电压表量程为10V。该电压表应串联多大的分压电阻

R

才能满足要求。1.4电路的等效变换❏

例1.6如图所示电路，直流电压表表头的满偏电流为Ig=50μA，内阻为Rg=5kΩ，现制成的电压表量程为10V。该电压表应串联多大的分压电阻

R

才能满足要求。1.4电路的等效变换❏

例1.6解：表头电压为串联电阻承受的电压为：分压电阻

R

为：1.4电路的等效变换❏

电阻的并联1.4电路的等效变换❏

例1.7如图所示电路，求电路中电流i

和i1。1.4电路的等效变换❏

例1.7如图所示电路，求电路中电流i

和i1。解：（1）先计算3Ω电阻和6Ω电阻并联的等效电阻：（2）再计算12Ω电阻和（4Ω串联2Ω）电阻并联的等效电阻：（3）然后计算总电流i：1.4电路的等效变换❏

例1.7如图所示电路，求电路中电流i

和i1。（4）最后计算电流

i1：由题图可知，i1=i2-i31.4电路的等效变换❏

电阻的三角形连接和星形连接△连接(π形连接)星形连接1.4电路的等效变换❏

△→Y等效变换✮等效变换的条件

➯对外部电路的特性相同。

➯当它们的对应结点间有相同的电压U12、U23、U31时，从外电路流入对应结点的电流I1、I2、I3也必须分别相等。1.4电路的等效变换❏

△→Y等效变换✮等效变换公式当Y连接的3个电阻相等，即R1=R2=R3=RY，1.4电路的等效变换❏

例1.8如图所示电路，求电路的输入端等效电阻RAB。解：把图（a）中虚线框中的3个3Ω电阻组成的△网络，变换为图（b）虚线框中的Y电阻网络，即将△网络中的3个3Ω电阻替换为Y网络中的3个1Ω电阻，需要注意的是，3个端点的位置应保持不变，如果中的①、②、③所示。对（b），利用电阻串、并联公式，可求出RAB：1.4电路的等效变换1.4电路的等效变换二、电压源与电流源的等效变换❏

实际电源的两种模型电压源电流源电流源电流的流出端应与电压源的正极性端相对应。1.4电路的等效变换❏

例1.8试用电源等效变换的方法求出图（a）所示电路中的电流I。1.5基尔霍夫定律PART051.5基尔霍夫定律（Kirhhoff’sCurrentLaw）一、常用电路名词❏

支路

电路中具有两个端子、通过同一电流的每条分支。

至少含有一个元件。

如：afc、ab、bc、aeo、bo、cdo1.5基尔霍夫定律（Kirhhoff’sCurrentLaw）一、常用电路名词❏

结点

3条或3条以上支路的连接点。

如：a、b、c、o点1.5基尔霍夫定律（Kirhhoff’sCurrentLaw）一、常用电路名词❏

回路

由若干条支路组成的闭合路径。

如：abcfa、aboea、bcdob、abcdoea、afcdoea1.5基尔霍夫定律（Kirhhoff’sCurrentLaw）一、常用电路名词❏

网孔

内部不包含支路的回路。

如：abcfa、aboea、bcdob1.5基尔霍夫定律（Kirhhoff’sCurrentLaw）二、基尔霍夫电流定律（KCL）❏KCL内容

任一时刻，流入电路任一结点的电流代数和恒等于零。

电路中任一结点，在任一时刻，流入结点的电流总和等于流出结

点的电流和。

♟流入结点的电流在代数和中取正（“+”）。

♟流出结点的电流在代数和中取负（“-”）。

可以从结点推广到任一假设的闭合面（广义结点）。❏

例1.9在图示电路中，已知I1=6A，I2=-4A，I3=-2A，I4=2A，求I5。解：根据KCL列方程，若电流参考方向为流入结点a的，则取“+”，流出结点a的，则取“-”，有I1-I2-I3+I4-I5=0，将具体数值代入，得6-（-2）-（-3）+2-I5=0，则I5=13（A）1.5基尔霍夫定律（Kirhhoff’sCurrentLaw）在图示电路中，已知I1=6A，I2=-4A，I3=-2A，I4=2A，求I5。1.5基尔霍夫定律（Kirhhof