第1章 電路的基本概念與基本定律2廈門理工學(xué)院

1、電工技術(shù)電工技術(shù)黃榮賡黃榮賡郵箱：郵箱：手機(jī)：手機(jī)：1365603291613656032916第一章第一章 電路的基本概念與基本定律電路的基本概念與基本定律1、電路的組成與作用、電路的組成與作用2 2、電路模型、電路模型3 3、基本物理量及其、基本物理量及其方向方向4、歐姆定律、歐姆定律5、電路的三種狀態(tài)及額定值、電路的三種狀態(tài)及額定值6 6、基爾霍夫定律、基爾霍夫定律7 7、電位的概念及計(jì)算、電位的概念及計(jì)算2.2.電路的作用電路的作用: 電力系統(tǒng)：電力系統(tǒng)：信號(hào)處理系統(tǒng)：信號(hào)處理系統(tǒng)：1、電路：、電路： 為了某種需要由電工設(shè)備或電路元件按一定方為了某種需要由電工設(shè)備或電路元件按一定方式組

2、合而成電流通路式組合而成電流通路1.1 1.1 電路的組成與作用電路的組成與作用例如：例如： 實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞、變換與處理實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞、變換與處理。發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 升壓升壓變壓器變壓器 降壓降壓變壓器變壓器用電用電設(shè)備設(shè)備輸電線輸電線揚(yáng)揚(yáng)聲聲器器麥麥克克風(fēng)風(fēng)放大器放大器1.2 1.2 電路模型電路模型電池電池?zé)襞轃襞蓦娫措娫粗虚g環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)IRURoE+-負(fù)載負(fù)載電路模型電路模型手電筒實(shí)際電路手電筒實(shí)際電路電源電源: : 能提供電能的裝置。能提供電能的裝置。 電路模型：電路模型：由一個(gè)或多個(gè)理想元件代替實(shí)際電氣器件，由此組由一個(gè)或多個(gè)理想元

3、件代替實(shí)際電氣器件，由此組成的電路叫電路模型成的電路叫電路模型, ,電路是根據(jù)電路模型來(lái)進(jìn)行分析的。電路是根據(jù)電路模型來(lái)進(jìn)行分析的。 例如：例如：中間環(huán)節(jié)：中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用傳遞、分配和控制電能的作用。 負(fù)載負(fù)載: : 取用電能的取用電能的裝置。裝置。1.3 1.3 基本物理量及其基本物理量及其方向方向基本物理量及其基本物理量及其 物理中對(duì)電量規(guī)定的實(shí)際正方向。物理中對(duì)電量規(guī)定的實(shí)際正方向。在分析計(jì)算電路時(shí)，對(duì)電量人為任意假定的方向。在分析計(jì)算電路時(shí)，對(duì)電量人為任意假定的方向。物理量物理量單單 位位實(shí)實(shí) 際際 方方 向向電流電流 I I 正電荷移動(dòng)的方向正電荷移動(dòng)的方向電動(dòng)勢(shì)

4、電動(dòng)勢(shì) E E電源驅(qū)動(dòng)正電荷的方向電源驅(qū)動(dòng)正電荷的方向 ( (從從低電位指向高電位低電位指向高電位) ) 電壓電壓 U U 電位降落的方向電位降落的方向 ( (從從高電位指向低電位高電位指向低電位) ) kVkV、V V、mVmV、V VA A、mAmA、A AkVkV、V V、mVmV、V V3 3、參考方向的方向表示、參考方向的方向表示I+-R電流：電流：U+正負(fù)號(hào)正負(fù)號(hào)-abUab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)箭箭 頭頭電壓電壓（指向電位降）指向電位降）abU正負(fù)號(hào)正負(fù)號(hào)箭箭 頭頭電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)（指向電位升）（指向電位升）+E-ab舉例舉例: :abEabEUU=5VU=5V則則 U = EU = E a

5、 a 端電位比端電位比 b b 端電位高端電位高5V5VUab= -UbaE=5VE=5V4 4、參考方向參考方向與與實(shí)際方向?qū)嶋H方向1 1）在解題前）在解題前先設(shè)定一先設(shè)定一個(gè)方向個(gè)方向，作為，作為參考方向參考方向， 然后再列方程計(jì)算。然后再列方程計(jì)算。3)3) 實(shí)實(shí)際方向際方向是物理中規(guī)定的，而是物理中規(guī)定的，而參考正方向參考正方向 則是在進(jìn)行電路分則是在進(jìn)行電路分析計(jì)算時(shí)析計(jì)算時(shí), ,任意假設(shè)的。任意假設(shè)的。2) 2) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向：根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向： 若計(jì)算結(jié)果為若計(jì)算結(jié)果為正正，則實(shí)際方向與參考方向，則實(shí)際方向與參考方向一致一致；若計(jì)算結(jié)果為若計(jì)算結(jié)果為負(fù)負(fù)，則實(shí)

6、際方向與參考方向，則實(shí)際方向與參考方向相反相反。 給定了參考方向之后給定了參考方向之后U U與與I I才有正負(fù)之分才有正負(fù)之分 ( Uab= - Uba )( Uab= - Uba )1) 1) 若把若把U U 與與I I 的參考方向按的參考方向按相同方向相同方向假設(shè)，則稱為假設(shè)，則稱為關(guān)聯(lián)方向關(guān)聯(lián)方向5、關(guān)聯(lián)方向：、關(guān)聯(lián)方向：2) 2) 若把若把U U 與與I I 的參考方向按的參考方向按相反方向相反方向假設(shè)，則稱為假設(shè)，則稱為非關(guān)聯(lián)方向非關(guān)聯(lián)方向1.4 1.4 歐姆定律歐姆定律若：若：U U、I I的參考方向的參考方向非關(guān)聯(lián)非關(guān)聯(lián)時(shí)時(shí)，IRU伏安特性伏安特性: :U/I=R U/I=R 為

7、常數(shù)時(shí)為常數(shù)時(shí), R, R為為線性電阻線性電阻U UI IU UI IIRU則：則：U = IRU = IR則：則：U = U = IRIR若：若：U U、I I的參考方向的參考方向關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)時(shí)時(shí)，U/I=R U/I=R 不為常數(shù)時(shí)不為常數(shù)時(shí),R,R為為非線性電阻非線性電阻 特征特征: :0IREU負(fù)載端電壓負(fù)載端電壓RREI0負(fù)載電流負(fù)載電流電源外特性電源外特性IUER0R EIU1.5 1.5 電源的三種狀態(tài)及額定值電源的三種狀態(tài)及額定值1 1、電源有載工作狀態(tài)：、電源有載工作狀態(tài)：IRU 特征特征:0IEU 0電源端電壓電源端電壓sR0R EU0IU U2. 開路狀態(tài)開路狀態(tài)3. 短路狀態(tài)

8、短路狀態(tài)0REIIS0U 短路電流短路電流電流電流（開路電壓）等于電動(dòng)勢(shì)開路電壓）等于電動(dòng)勢(shì)特征特征:電流電流電源端電壓電源端電壓內(nèi)阻的一種求法：內(nèi)阻的一種求法：R R0 0= E/ I= E/ IS S = U= U0 0 / I/ IS S開路電壓除短路電流開路電壓除短路電流R0R EIU負(fù)載端電壓負(fù)載端電壓0U4、功率和能量、功率和能量 1 1）功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所做的功功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所做的功 P = UI P = UI 在在關(guān)聯(lián)參考方向下關(guān)聯(lián)參考方向下：電流從高電位流向低電位電流從高電位流向低電位P 0 P 0 吸收功率吸收功率, , 相當(dāng)于負(fù)載相當(dāng)于負(fù)載P 0 P 0 P 0 發(fā)出功

9、率發(fā)出功率, , 相當(dāng)于電源相當(dāng)于電源P 0 P 0) 電動(dòng)勢(shì)發(fā)出的功率：電動(dòng)勢(shì)發(fā)出的功率：PE=E I內(nèi)阻消耗的功率：內(nèi)阻消耗的功率： P = I2 R0負(fù)載吸收的功率：負(fù)載吸收的功率： PLIUI2 RU2 / R (U和和 I 為關(guān)聯(lián)方向?yàn)殛P(guān)聯(lián)方向, PL 0)功率平衡關(guān)系功率平衡關(guān)系: PE P = PL ； PSPL如一個(gè)燈泡額定值為：如一個(gè)燈泡額定值為：WPVUNN60220安27. 022060 NNNNNNUPIIUP 80760220R ; 222RIRUPRIUNNN 5. 額定值額定值:電器設(shè)備電器設(shè)備的正常運(yùn)行時(shí)安全的正常運(yùn)行時(shí)安全使用值使用值電器設(shè)備的三種運(yùn)行狀態(tài)：電

10、器設(shè)備的三種運(yùn)行狀態(tài)：欠載欠載（輕載）：（輕載）：NNPPII（不經(jīng)濟(jì)）（不經(jīng)濟(jì)）過(guò)載過(guò)載（超載）：（超載）：NNPPII（設(shè)備易損壞）（設(shè)備易損壞）額定工作狀態(tài)：額定工作狀態(tài)：NNPPII（經(jīng)濟(jì)安全可靠）（經(jīng)濟(jì)安全可靠）額定額定電壓電壓 U UN N額定額定功率功率 P PN N額定額定電流電流 I IN N 實(shí)際值實(shí)際值:電器設(shè)備實(shí)際運(yùn)行時(shí)的電器設(shè)備實(shí)際運(yùn)行時(shí)的電壓、電流和功率電壓、電流和功率值，值，第六節(jié)第六節(jié) 基爾霍夫定律基爾霍夫定律支路：支路：電路中的每一個(gè)分支。（流同一電流）電路中的每一個(gè)分支。（流同一電流）12I1I2I3AR1R2E2R3 E1B術(shù)語(yǔ)：術(shù)語(yǔ)：結(jié)點(diǎn)：結(jié)點(diǎn)：三條或三

11、條以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)三條或三條以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)回路：回路：由支路組成的閉合路徑。由支路組成的閉合路徑?；芈防@行方向：回路繞行方向：人為規(guī)定的回路的繞向人為規(guī)定的回路的繞向網(wǎng)孔：網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路的回路。內(nèi)部不含支路的回路。3 31.6.1 1.6.1 基爾霍夫電流定律（第一定律）（基爾霍夫電流定律（第一定律）（KCL）1 KCL定律：定律：I1I2I3I4舉例舉例:任一瞬間，流向任一結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)點(diǎn)的電任一瞬間，流向任一結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流流。（。（原理：結(jié)點(diǎn)上不能存儲(chǔ)電荷電流的連續(xù)性原理：結(jié)點(diǎn)上不能存儲(chǔ)電荷電流的連續(xù)性） 即：即： 入入= 出出4321IIII或：或：0432

12、1IIII或或：在任一瞬間在任一瞬間，流向任一結(jié)點(diǎn)，流向任一結(jié)點(diǎn)的電流的電流代數(shù)和恒等于零。代數(shù)和恒等于零。 即：即： =0（流入結(jié)點(diǎn)流入結(jié)點(diǎn)取正號(hào)，取正號(hào)，流出結(jié)點(diǎn)取負(fù)號(hào)流出結(jié)點(diǎn)取負(fù)號(hào)）2 2KCLKCL的推廣的推廣I =?例例:廣義結(jié)點(diǎn)廣義結(jié)點(diǎn)I = 0iA + iB + iC = 0ABCiAiBiC2 +_+_I5 1 1 5 6V12V1.6.2 1.6.2 基爾霍夫電壓定律（第二定律）（基爾霍夫電壓定律（第二定律）（KVL）1KVL定定律律即：即： U = 0任任一瞬間，從回路中任一點(diǎn)出發(fā)，沿回路循行一周，一瞬間，從回路中任一點(diǎn)出發(fā)，沿回路循行一周，則在這個(gè)方向上電位升之和等于電位

13、降之和。則在這個(gè)方向上電位升之和等于電位降之和。對(duì)回路對(duì)回路1：對(duì)回路對(duì)回路2： E1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+I3 R3=E2或或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或或 I2 R2 I3 R3 + +E2 = 0 I1I2I3ba E2R2 R3R1E11 12 21列方程前列方程前標(biāo)注標(biāo)注回路循行方向；回路循行方向； 電位升電位升 = 電位降電位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 02應(yīng)用應(yīng)用 U = 0項(xiàng)前符號(hào)的確定：項(xiàng)前符號(hào)的確定： 3. 開口電壓可按回路處理開口電壓可按回路處理 注意：注意：1 1對(duì)回路對(duì)回路1：E1U

14、BEE+B+R1+E2R2I2_adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I對(duì)對(duì)網(wǎng)孔網(wǎng)孔abda（順時(shí)針）（順時(shí)針）：對(duì)對(duì)網(wǎng)孔網(wǎng)孔acba（順時(shí)針）（順時(shí)針）：對(duì)對(duì)網(wǎng)孔網(wǎng)孔bcdb（順時(shí)針）（順時(shí)針）：I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0應(yīng)用應(yīng)用 U = 0列方程列方程對(duì)回路對(duì)回路 adbca，沿逆時(shí)針?lè)较蜓?，沿逆時(shí)針?lè)较蜓校?I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0對(duì)回路對(duì)回路 cadc，沿逆時(shí)針?lè)较蜓?，沿逆時(shí)針?lè)较蜓校?I2 R2 I1 R1 + E = 0第七節(jié)第七

15、節(jié) 電位的概念及計(jì)算電位的概念及計(jì)算 參考點(diǎn)：參考點(diǎn)：電路中選取一點(diǎn)，設(shè)其為電路中選取一點(diǎn)，設(shè)其為“0”0”電位。電位。 （也稱為（也稱為“地地”，用接地符號(hào)表示，用接地符號(hào)表示 ）注意：注意： 1. 1. 電位值是相對(duì)的，參考點(diǎn)選取的不同，電路中其它各點(diǎn)電位值是相對(duì)的，參考點(diǎn)選取的不同，電路中其它各點(diǎn)的電位也將隨之改變；的電位也將隨之改變； 2. 2. 電路中兩點(diǎn)間的電壓值是固定的，不會(huì)因參考點(diǎn)電路中兩點(diǎn)間的電壓值是固定的，不會(huì)因參考點(diǎn)的的不同而不同而改變改變, , 即與零電位參考點(diǎn)選取無(wú)關(guān)。即與零電位參考點(diǎn)選取無(wú)關(guān)。 電位：電位： 某點(diǎn)的電位等于該點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓。某點(diǎn)的電位等于該點(diǎn)到參考

16、點(diǎn)的電壓。 （用單下標(biāo)表示（用單下標(biāo)表示 V Va a V V b b ) ) E190VCa20 4A6 10A E2 E1db5 6A20 5 E1+90V6 cd1. 用電位概念簡(jiǎn)化電路圖用電位概念簡(jiǎn)化電路圖取取b b點(diǎn)為參考點(diǎn)：點(diǎn)為參考點(diǎn)： 若取若取c c點(diǎn)為參考點(diǎn)，點(diǎn)為參考點(diǎn)，電路怎么畫？電路怎么畫？20 5 6 cdb ba a90 E1例例1 1 求圖示電路中求圖示電路中各點(diǎn)的電位各點(diǎn)的電位V Va a、 V Vb b、V Vc c、V Vd d。Ca20 4A6 10A E290V E1db5 6A解：設(shè)a=0VV Vb b=-10=-106=-60V6=-60VV Vc c=4=420=80V20=80VV Vd d=6=65=30V5=30VV Va a=10=106=60V6=60VV Vc=Ec=E1 1V Vd d=E=E2 2=90V=90V設(shè)Vb=0V圖示電