電路的基本概念PPT課件

1、第 1 章 電路的基本概念與基本定律 電路的基本概念及其分析方法是電工技術(shù)和電子技術(shù)的基礎(chǔ)。 本章首先討論電路的基本概念和基本定律，如電路模型、電壓和電流的參考方向、基爾霍夫定律、電源的工作狀態(tài)以及電路中電位的計(jì)算等。這些內(nèi)容是分析與計(jì)算電路的基礎(chǔ)。第1頁(yè)/共45頁(yè)1.1 電路的作用與組成部分電路的概念 電路是電流的通路，它是為了某種需要由某些電工設(shè)備或元件按一定方式組合起來(lái)的 。 電路的任務(wù) 根據(jù)電路結(jié)構(gòu)的不同，不同電路能夠完成各種不同的任務(wù)?，F(xiàn)舉兩例如下：a.電力系統(tǒng)b.擴(kuò)音機(jī)第2頁(yè)/共45頁(yè)此電路的作用是實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換和傳輸。其中包括電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)。a. 電力系統(tǒng)第3頁(yè)/共45頁(yè)

2、韓城發(fā)電廠-陜西第一座大型坑口電廠 第4頁(yè)/共45頁(yè) 潘家口水電廠 第5頁(yè)/共45頁(yè) 秦山核電站位秦山核電站位于東海之濱美麗富饒的杭州灣畔，是中國(guó)第一座依靠自己的力量于東海之濱美麗富饒的杭州灣畔，是中國(guó)第一座依靠自己的力量設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)管理的壓水堆核電站，總裝機(jī)容量設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)管理的壓水堆核電站，總裝機(jī)容量2300MW。1985年年3月動(dòng)工，月動(dòng)工，1991年年12月首次并網(wǎng)發(fā)電。它的建成使我國(guó)成為繼美、英、法、前蘇聯(lián)、加拿大、月首次并網(wǎng)發(fā)電。它的建成使我國(guó)成為繼美、英、法、前蘇聯(lián)、加拿大、瑞典之后世界上第七個(gè)能夠自行設(shè)計(jì)、建造核電站的國(guó)家。瑞典之后世界上第七個(gè)能夠自行設(shè)計(jì)、建造核電站的

3、國(guó)家。 第6頁(yè)/共45頁(yè)太陽(yáng)能發(fā)電太陽(yáng)能發(fā)電光伏發(fā)電光伏發(fā)電第7頁(yè)/共45頁(yè)風(fēng)車(chē)返回第8頁(yè)/共45頁(yè)此電路的作用是傳遞和處理信號(hào)。包括信號(hào)源、中間環(huán)節(jié)和負(fù)載。激勵(lì)和響應(yīng)b. 擴(kuò)音機(jī)第9頁(yè)/共45頁(yè)1.1.激勵(lì):電路中電源和信號(hào)源的電壓或電流稱(chēng)為激勵(lì)，它推動(dòng)電路工作。激勵(lì)響應(yīng)2.2.響應(yīng):由激勵(lì)在電路中產(chǎn)生的電壓和電流。3.電路分析:是在已知電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)的條件下，討論與的關(guān)系。返回第10頁(yè)/共45頁(yè)i1.2 電路模型電路模型 實(shí)際的電路是由一些按需要起不同作用的元件或器件所組成，如發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)、電池、電阻器等，它們的電磁性質(zhì)是很復(fù)雜的。例如：一個(gè)白熾燈在有電流通過(guò)時(shí)，R R L 消耗

4、電能( (電阻性) ) 產(chǎn)生磁場(chǎng)儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量( (電感性) ) 忽略 L L 為了便于分析與計(jì)算實(shí)際電路，在一定條件下常忽略實(shí)際部件的次要因素而突出其主要電磁性質(zhì)，把它看成理想電路元件。第11頁(yè)/共45頁(yè)電源負(fù)載連接導(dǎo)線電路實(shí)體電路模型1.2 電路模型電路模型 用理想電路元件組成的電路，稱(chēng)為實(shí)際電路的電路模型。SER +R0開(kāi)關(guān)第12頁(yè)/共45頁(yè)1.3 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向?qū)﹄娐愤M(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，不僅要算出電壓、電流、功率值的大小，還要確定這些量在電路中的實(shí)際方向。但是，在復(fù)雜電路中各處電位的高低、電流的方向等很難事先判斷出來(lái)。因此電路內(nèi)各處電壓、電流的實(shí)際方向也就不能確定。

5、為此引入?yún)⒖挤较虻囊?guī)定。電路舉例：第13頁(yè)/共45頁(yè)+_R1E1+_E2R2R3I1I2I3cadb +uiR直流電路電流的實(shí)際方向：正電荷運(yùn)動(dòng)的方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向；正弦交變電路習(xí)慣上規(guī)定第14頁(yè)/共45頁(yè)1.3 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向電壓的實(shí)際方向： 由高電位端指向低電位端；電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向： 在電源內(nèi)部由低電位端指向高電位端。電壓、電流的參考方向：電流的參考方向用箭頭表示；電壓的參考方向除用極性 “+”、“” 外，還用雙下標(biāo)或箭頭表示。任意假定。當(dāng)電壓、電流參考方向與實(shí)際方向相同時(shí)，其值為正，反之則為負(fù)值。第15頁(yè)/共45頁(yè)1.3 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參

6、考方向R +R0IE 例如：圖中若 I = 3 A，則表明電流的實(shí)際方向與參考方向相同 ；反之，若 I = 3 A，則表明電流的實(shí)際方向與參考方向相反 。 在電路圖中所標(biāo)電壓、電流、電動(dòng)勢(shì)的方向，一般均為參考方向。第16頁(yè)/共45頁(yè)1.3 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向R +R0IE 電壓的參考方向除用極性“+”、“-”表示外，也可用雙下標(biāo)表示 。Uab：表示它的參考方向由a端指向b端，也就是說(shuō)a點(diǎn)的參考極性為“+”， b點(diǎn)的參考極性為“-”。Uabab+Uab是否表示a端的電位高于b端的電位?第17頁(yè)/共45頁(yè)1.3 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向 電壓和電路的關(guān)聯(lián)參考方

7、向（參考方向一致）： 因?yàn)殡娏鞯姆较驗(yàn)檎姾蛇\(yùn)動(dòng)的方向，而電流原則上是從電壓高端流向電壓低端。R +R0IEUabab+圖示電路電壓和電流參考方向一致。第18頁(yè)/共45頁(yè)歐姆定律：通過(guò)電阻的電流與電壓成正比。(線性電阻)表達(dá)式 = RUIU 、I 參考方向相同U = RIU、 I 參考方向相反圖 (a)或圖 (b)RUI+IRU+RUI1.4 歐姆定律圖 (c)第19頁(yè)/共45頁(yè)圖 (b) 中若 I = 2 A，R = 3 ，則 U = 3( 2 ) = 6 VU = RIU、 I 參考方向相反電流的參考方向與實(shí)際方向相反圖 (b)IRU+電壓與電流參考方向相反返回線性電阻的伏安特性曲線：為過(guò)

8、原點(diǎn)的直線。第20頁(yè)/共45頁(yè)EI IU1. 電壓與電流R0RabcdR + R0I = EER0I電源的外特性曲線當(dāng) R0 R 時(shí)， 則 U E說(shuō)明電源帶負(fù)載能力強(qiáng)IUO+_+_UU = RI或 U = E R0I 電源有載工作第21頁(yè)/共45頁(yè)U = E R0I UI = EI R0I2 P = PE P 電源產(chǎn)生功率內(nèi)阻消耗功率電源輸出功率功率的單位：瓦 特(W) ) 或千瓦( (kW) )電源產(chǎn)生功率=負(fù)載取用功率+內(nèi)阻消耗功率功率平衡式EI IUR0Rabcd+_+_講解:例第22頁(yè)/共45頁(yè)根據(jù)電壓、電流的實(shí)際方向判別，若1. U 和 I 的實(shí)際方向相反，電流從“+”端流出,則是電

9、源，發(fā)出功率；2. U 和 I 的實(shí)際方向相同，電流從“+”端流入,是負(fù)載，取用功率。根據(jù)電壓、電流的參考方向判別1. P = UI 為負(fù)值，是電源，發(fā)出功率；若電壓、電流的參考方向相同2. P = UI 為正值，是負(fù)載，取用功率。第23頁(yè)/共45頁(yè)電源有載工作3. 電源與負(fù)載的判別 例 1 已知：圖中 UAB= 3 V， I = 2 A 解 P = UI = ( (2) ) 3 = 6 W求：N 的功率，并說(shuō)明它是電源還是負(fù)載。 因?yàn)榇死须妷?、電流的參考方向相同?P 為負(fù)值，所以 N 發(fā)出功率，是電源。 想一想，若根據(jù)電壓、電流的實(shí)際方向應(yīng)如何分析？NABI第24頁(yè)/共45頁(yè)4. 額定值

10、與實(shí)際值U電源+IP電源輸出的電流和功率由負(fù)載的大小決定（電源端電壓基本不變）額定值是為電氣設(shè)備在給定條件下正常運(yùn)行而規(guī)定的允許值。（PN、UN、IN）電氣設(shè)備不在額定條件下運(yùn)行的危害：不能充分利用設(shè)備的能力；降低設(shè)備的使用壽命甚至損壞設(shè)備。S1S2S3第25頁(yè)/共45頁(yè)額定電流為100A的發(fā)電機(jī),只接了60A的照明負(fù)載,還有40A流到哪里去了?有一臺(tái)直流發(fā)電機(jī),其銘牌上標(biāo)有40kW 230V 174A。試問(wèn)什么是發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行、輕載運(yùn)行、滿(mǎn)載運(yùn)行和過(guò)載運(yùn)行？負(fù)載的大小，一般指什么而言？思考題:有人打算將110V 100W和110V 40W兩只白熾燈串聯(lián)后接在220V的電源上使用，是否可以？

11、為什么？分析練習(xí)與思考第26頁(yè)/共45頁(yè)電源開(kāi)路 電源開(kāi)路時(shí)的特征I = 0U = U0 = E P = 0當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電源則處于開(kāi)路( (空載) )狀態(tài)。EI IU0R0Rabcd+_+_第27頁(yè)/共45頁(yè)UIS電流過(guò)大，將燒毀電源！電源短路U = 0I = IS = E / R0P = 0 PE = P = R0IS2 ER0Rbcd+_ 電源短路時(shí)的特征a 當(dāng)電源兩端由于某種原因連在一起時(shí)，電源則被短路。 使電源遭受機(jī)械損壞。 為防止事故發(fā)生，需在電路中接入熔斷器或自動(dòng)斷路器，用以保護(hù)電路設(shè)備。第28頁(yè)/共45頁(yè)U = 0I 視電路而定有源電路電源短路由于某種需要將電路的某一段短路，稱(chēng)

12、為短接。UIER0R+_R1變壓器進(jìn)行短路試驗(yàn):目的是測(cè)量某些參數(shù)。第29頁(yè)/共45頁(yè)2.結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn) 電路中三條或三條 以上支路連接的點(diǎn)1.支路支路 電路中的每一分支3.3.回路回路 由一條或多條支路組成的閉合電路如 acb ab adb流過(guò)支路的電流稱(chēng)為支路電流如 abca adba adbca 1.6 基爾霍夫定律基爾霍夫定律如 a b+_R1E1+_E2R2R3I1I2I3cadb概念第30頁(yè)/共45頁(yè)(直流電路中直流電路中)(對(duì)任意波形的電流對(duì)任意波形的電流) 在任一瞬間，流向某一結(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和恒等于零。基爾霍夫電流定律( (KCL) )基爾霍夫電流定律是用來(lái)確定連接在同一結(jié)點(diǎn)上的各支

13、路電流之間的關(guān)系。 根據(jù)電流連續(xù)性原理，電荷在任何一點(diǎn)均不能堆積( (包括結(jié)點(diǎn)) )。故有數(shù)學(xué)表達(dá)式為第31頁(yè)/共45頁(yè)基爾霍夫電流定律( (KCL) ) 若以流向結(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)，背向結(jié)點(diǎn)的電流為正，則根據(jù)KCL，結(jié)點(diǎn) a 可以寫(xiě)出I1I2I3I4aI1 I2 + I3 + I4 = 0 例 1 上圖中若 I1 = 9 A， I2 = 2 A，I4 = 8 A，求 I3 。9 ( ( 2) ) + I3 + 8 = 0 解 把已知數(shù)據(jù)代入結(jié)點(diǎn) a 的KCL方程式，有 I3 電流為負(fù)值，是由于電流參考方向與實(shí)際方向相反所致。 I3 = 19 A 第32頁(yè)/共45頁(yè)IAIBIABIBCICA包圍部

14、分電路的任一假想的閉合面即 I = 0ICIA + IB + IC = 0 可見(jiàn)，在任一瞬間通過(guò)任一封閉面的電流的代數(shù)和也恒等于零。ABC 對(duì) A、B、C 三個(gè)結(jié)點(diǎn)應(yīng)用 KCL 可列出：IA = IAB ICAIB = IBC IABIC = ICA IBC上列三式相加，便得第33頁(yè)/共45頁(yè)基爾霍夫電壓定律( (KVL) )基爾霍夫電壓定律用來(lái)確定回路中各段電壓之間的關(guān)系。 由于電路中任意一點(diǎn)的瞬時(shí)電位具有單值性。 在任一瞬間，沿任一回路循行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。即 U = 0I2+_R1E1+_E2R2U2I1U1cadb+_U3+U4_第34頁(yè)/共45頁(yè)基爾霍夫電壓定律(

15、 (KVL) )I2 左圖中，各電壓參考方向均已標(biāo)出，沿虛線所示循行方向，列出回路 KVL 方程式。U1 U2 + U4 U3 = 0 根據(jù)電壓參考方向，回路 c b d a c KVL 方程式，為+_R1E1+_E2R2U2I1U1cadb+_U3+U4_第35頁(yè)/共45頁(yè)基爾霍夫電壓定律( (KVL) )I2U1 U2 + U4 U3 = 0上式也可改寫(xiě)為 U3 U4 = E1 E2+_R1E1+_E2R2U2I1U1cadb+_U3+U4_即 U = 0即 U = E或 I1 R1 I2R2 = E1 E2即 IR = E第36頁(yè)/共45頁(yè)KVL 推廣應(yīng)用于假想的閉合回路E RI U =

16、 0U = E RI或根據(jù) KVL 可列出EI IUR+_+_ABCUA+_UAB+_UB+_根據(jù) U = 0UAB = UA UB UA UB UAB = 0第37頁(yè)/共45頁(yè)U4U1U2abced+U5U3+R4 例 2 圖中若 U1= 2 V，U2 = 8 V，U3 = 5 V，U5 = 3 V， R4 = 2 ，求電阻 R4 兩端的電壓及流過(guò)它的電流。 解 設(shè)電阻 R4 兩端電壓的極性及流過(guò)它的電流 I 的參考方向如圖示。 沿順時(shí)針?lè)较蛄袑?xiě)回路的 KVL 方程式，有返回第38頁(yè)/共45頁(yè)U1 + U2 U3 U4 + U5 = 0U4U1U2abced+U5U3+R4( (2) )+

17、8 5 U4+( (3) )= 0U4 = 2 VI = 1 A 沿順時(shí)針?lè)较蛄袑?xiě)回路的 KVL 方程式，有代入數(shù)據(jù)，有U4 = IR4返回第39頁(yè)/共45頁(yè)電位的概念電位的概念：Va = 5V a 點(diǎn)電位：ab1 5Aab1 5AVb = -5V b 點(diǎn)電位：在電路中任選一點(diǎn)，設(shè)其電位為零（用此點(diǎn)稱(chēng)為參考點(diǎn)。其它各點(diǎn)對(duì)參考點(diǎn)的電壓，便是該點(diǎn)的電位。記為：“VX”（注意：電位為單下標(biāo)）。 標(biāo)記），1.7 電路中電位的概念及計(jì)算電路中電位的概念及計(jì)算第40頁(yè)/共45頁(yè) 電路中某一點(diǎn)的電位是指由這一點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓。電路的參考點(diǎn)可以任意選取。通常認(rèn)為參考點(diǎn)的電位為零。而其他各點(diǎn)的電位都同它比較，比它高的為正，比它低的為負(fù)。Va = E1Vc = E2Vb = I3 R3 若以 d 為參考點(diǎn)，則：+E1簡(jiǎn)化電路+_R1E1+_E2R2R3I3abcddabcR1R2R3接地的含義？第41頁(yè)/共45頁(yè) 例 1 電路如圖所示, ,分別以 a、b 為參考點(diǎn)，計(jì)算 c 和 d 點(diǎn)的電位及 c 和 d 兩點(diǎn)間的電壓。2 10 V+5 V+3 bcd 解 以 a 為參考點(diǎn)II =10 + 53 + 2= 3 AVC = 3 3 = 9 VVD