電工學(xué) 電工技術(shù) 高教第七版第2講

第一章、電路的基本概念與基本定律小結(jié)

1、電路模型：在一定條件下，用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來(lái)模擬實(shí)際電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的電路模型。

2、參考方向：假設(shè)某一方向?yàn)殡妷?、電流的參考方向，也叫其正方向。?jì)算時(shí)按照參考方向進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)實(shí)際方向與其參考方向一致時(shí)，其值為正；當(dāng)實(shí)際方向與其參考方向相反時(shí)，其值為負(fù)。

3、關(guān)聯(lián)參考方向：如果電流是從電壓的正極流向電壓的負(fù)極，則這樣設(shè)定的參考方向稱為電流與電壓是關(guān)聯(lián)參考方向。否則，為非關(guān)聯(lián)參考方向。

4、歐姆定律

第一章、電路的基本概念與基本定律小結(jié)

關(guān)聯(lián)參考方向：

非關(guān)聯(lián)參考方向：

練習(xí)：

第一章、電路的基本概念與基本定律小結(jié)

第一章、電路的基本概念與基本定律小結(jié)

1、內(nèi)、外電路的概念：電路可分為內(nèi)電路和外電路。對(duì)于電源來(lái)說(shuō)，電源內(nèi)部的電路稱為內(nèi)電路，電源以外的電路稱為外電路。

第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

對(duì)閉合電路：R0為電源內(nèi)阻，虛線內(nèi)的電路稱為內(nèi)電路。RL為負(fù)載電阻，虛線外的電路稱為外電路。全電路歐姆定律：第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

2、電源有載工作電源與負(fù)載連接，負(fù)載上有電流通過(guò)，就是電源有載工作。

如圖閉合開關(guān)就是有載工作。通常實(shí)際電壓源都有內(nèi)阻，通常用R0表示。虛線框內(nèi)為實(shí)際電源。

第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

對(duì)于外電路：

對(duì)于內(nèi)電路：

（1）、電路分析

第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

元件的電壓與電流之間關(guān)系的曲線稱為元件的伏安特性曲線。

電源的輸出電壓與電流之間關(guān)系的曲線稱為電源的外特性曲線。

電源的外特性曲線

元件的伏安特性曲線

第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

從電源的外特性曲線可以看出電源性質(zhì)的好壞。如果曲線斜率大，說(shuō)明電源內(nèi)阻較大，電源不好。

如果R0＝0，曲線為水平。不論電流怎樣變化，輸出電壓保持不變。這樣的電源稱為理想電源。

注意：在電路中，負(fù)載大，電流大；負(fù)載小，電流小。第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

例：

教材P30,習(xí)題1.5.14第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

解：

例：如圖當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，電壓表讀數(shù)為18V，當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，電流表讀數(shù)為1.8A。求：（1）E、R0。（2）S閉合時(shí)，電壓表的讀數(shù)。

教材P30,習(xí)題1.5.16第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

解：

①等效電路

第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

（2）、功率與功率平衡①、功率的概念單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功稱為電功率，簡(jiǎn)稱功率，用符號(hào)P示。

②、功率的計(jì)算

關(guān)聯(lián)參考方向：則元件吸收的功率為:P=UI。非關(guān)聯(lián)參考方向：則元件吸收的功率為:P=-UI。第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

說(shuō)明：如果P>0，電流流過(guò)元件時(shí)電位降低，正電荷失去能量，元件為負(fù)載性質(zhì)。如果P<0，電流流過(guò)元件時(shí)電位升高，正電荷獲得能量，元件為電源性質(zhì)。

結(jié)論：若元件的電壓與電流采用關(guān)聯(lián)參考方向，若P>0,則表示元件吸收或消耗功率，即元件為負(fù)載性質(zhì)。若P<0,則表示元件發(fā)出或釋放功率，即元件為電源性質(zhì)。若元件的電壓與電流采用非關(guān)聯(lián)參考方向，結(jié)論相反。第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

例：求圖示各元件的功率

解：

（a）關(guān)聯(lián)方向，P=UI=5×2=10W，P>0，吸收10W功率

（b）關(guān)聯(lián)方向，

P=UI=5×(－2)=－10W，P<0，發(fā)出10W功率。

（c）非關(guān)聯(lián)方向，P=－UI=－5×(－2)=10W，P>0，

消耗10W功率。

第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

③、功率平衡如上圖中負(fù)載R消耗的功率：

電源產(chǎn)生的功率：

電源內(nèi)阻損耗的功率：第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

得出功率平衡式：

功率平衡式：負(fù)載消耗的功率等于電源產(chǎn)生的功率減去電源內(nèi)阻損耗的功率。

例：

試求：（1）電源的電動(dòng)勢(shì)E1和負(fù)載的反電動(dòng)勢(shì)E2；（2）試說(shuō)明功率平衡。教材P16例1.5.1

第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

解（1）

（2）

E1是非關(guān)聯(lián)參考方向E1發(fā)出功率

E2是關(guān)聯(lián)參考方向E2吸收功率

第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

電源發(fā)出的功率：1115W負(fù)載吸收的功率：1085＋15＋15＝1115W。電源產(chǎn)生的功率＝負(fù)載吸收的功率，所以功率平衡。（3）、電源與負(fù)載的判別①、根據(jù)電壓與電流的實(shí)際方向判斷

電源：電流的實(shí)際方向從低電位流向高電位。

負(fù)載：電流的實(shí)際方向從高電位流向低電位。

第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

解:

例：教材P20練習(xí)1.5.4

電流的實(shí)際方向從低電位流向高電位。所以是電源。

第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

電流的實(shí)際方向從高電位流向低電位。所以是負(fù)載。

②、根據(jù)功率判斷：當(dāng)U和I是關(guān)聯(lián)方向時(shí)，電源：P＝UI＜0負(fù)載：P＝UI＞0。當(dāng)U和I是非關(guān)聯(lián)方向時(shí)，電源：P＝-UI<0負(fù)載：P＝-UI>0。第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

解:

關(guān)聯(lián)參考方向

例：教材P20練習(xí)1.5.4

非關(guān)聯(lián)參考方向

第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

（4）、額定值與實(shí)際值額定值：電器設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)的規(guī)定使用值。電氣設(shè)備的三種運(yùn)行狀態(tài)：額定工作狀態(tài)：I=IN，P=PN，經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠過(guò)載（超載）：I>IN，P>PN，設(shè)備易損壞欠載（輕載）：I<IN，P<PN，不經(jīng)濟(jì)實(shí)際值：電器設(shè)備工作時(shí)的實(shí)際電壓、電流等。

第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

解:

指示燈的額定電流：

例：一只110V、8W的指示燈，現(xiàn)要接在380V的電源上，問(wèn)要串多大電阻？該電阻的功率？

串聯(lián)的電阻：

串聯(lián)電阻消耗的功率：

第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

例：兩只電阻R1、R2，額定值分別為40Ω、10W，200Ω、40W，問(wèn)它們?cè)试S通過(guò)的電流是多少？如將它們串聯(lián)起來(lái)，最高允許電壓多大？

解:

電阻R1的允許通過(guò)電流：

電阻R2的允許通過(guò)電流：

第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

最高允許電壓：

將兩只電阻R1、R2串聯(lián)最高允許0.45A。

2、電源開路（空載狀態(tài)）電源與負(fù)載斷開，負(fù)載中沒有電流，稱為電源開路。

第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

電源開路的特征：電源未經(jīng)負(fù)載而直接由導(dǎo)線接通成閉合回路。稱為電源短路。

3、電源短路I=0，U=E=UOC,稱為開路電壓UOC。P=0,負(fù)載功率

第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

電源短路的特征：I=IS=E/R0，短路電流很大U=0,負(fù)載端電壓。P=0,負(fù)載功率

PE=?P=I2R0，電源產(chǎn)生的電能全部被內(nèi)阻消耗掉。電源內(nèi)阻R0一般都很小，所以短路電流IS總是很大。所以,電源短路是一種嚴(yán)重事故,應(yīng)嚴(yán)加防止。常在電路中接入熔斷器或自動(dòng)斷路器，起到保護(hù)作用。

第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

例：如圖電源的開路電壓U0為230V，電源短路電流IS為1150A，當(dāng)負(fù)載電流I為50A時(shí)，求負(fù)載電阻R。

教材、P28、習(xí)題1.5.2解:

電源的電動(dòng)勢(shì)：E=230V作業(yè)：P28、習(xí)題、1.5.3、1.5.9第一章、電路的基本概念與基本定律五、電源有載工作、開路與短路

第一章、電路的基本概念與基本定律六、基爾霍夫定律

1、幾個(gè)概念結(jié)點(diǎn)：電路中三個(gè)或三個(gè)以上元件的公共連接點(diǎn)。支路：由一個(gè)或幾個(gè)元件串聯(lián)構(gòu)成的一段無(wú)分支電路，稱為支路回路：由支路構(gòu)成的閉合路徑稱為回路。

第一章、電路的基本概念與基本定律六、基爾霍夫定律

例：如下圖判斷支路、結(jié)點(diǎn)、回路

1條支路，1個(gè)回路，無(wú)結(jié)點(diǎn)。

3條支路，3個(gè)回路，2個(gè)結(jié)點(diǎn)。

4條支路，6個(gè)回路，2個(gè)結(jié)點(diǎn)。第一章、電路的基本概念與基本定律六、基爾霍夫定律

6條支路，7個(gè)回路，4個(gè)結(jié)點(diǎn)。一般電路的結(jié)點(diǎn)數(shù)用n表示，支路數(shù)用b表示，回路數(shù)用l表示。

第一章、電路的基本概念與基本定律六、基爾霍夫定律

2、基爾霍夫電流（KCL）定律——應(yīng)用于結(jié)點(diǎn)對(duì)任何結(jié)點(diǎn)，在任一瞬間，流入結(jié)點(diǎn)的電流等于由結(jié)點(diǎn)流出的電流。即：I流入=I流出。選定參考方向后，(習(xí)慣上取流出該結(jié)點(diǎn)的支路電流為負(fù)，流入為正。)可表述為：在任一瞬間，一個(gè)結(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和為0。即：I=0?；鶢柣舴螂娏鞫傻囊罁?jù)：電流的連續(xù)性原理。基爾霍夫電流定律反應(yīng)了電路中任意結(jié)點(diǎn)處各支路電流間相互制約的關(guān)系。第一章、電路的基本概念與基本定律六、基爾霍夫定律

例：

基爾霍夫電流定律還可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面

對(duì)任何閉合封面，流入閉合封面的電流等于流出閉合封面的電流。第一章、電路的基本概念與基本定律六、基爾霍夫定律

I1+I2=I3

R上電流為0

第一章、電路的基本概念與基本定律六、基爾霍夫定律

例：如下圖，已知：

求I4。解:

第一章、電路的基本概念與基本定律六、基爾霍夫定律

例：已知：

求I5。教材P25、1.6.2解:

第一章、電路的基本概念與基本定律六、基爾霍夫定律

3、基爾霍夫電壓定律（KVL）——應(yīng)用于回路對(duì)電路中的任一回路，沿任意循行方向轉(zhuǎn)一周，其電位升等于電位降。即：U電位升=U電位降。選定參考方向后，習(xí)慣上電位降取正號(hào)，電位升取負(fù)號(hào)。則：U=0?；鶢柣舴螂妷憾煞磻?yīng)了電路中任一回路中各段電壓間相互制約的關(guān)系。第一章、電路的基本概念與基本定律六、基爾霍夫定律

順時(shí)針方向：

電位降

電位升

或：

例：如圖第一章、電路的基本概念與基本定律六、基爾霍夫定律

例：如圖選擇回路a-d-c-a。

或：

則：

第一章、電路的基本概念與基本定律六、基爾霍夫定律

基爾霍夫電壓定律也適合開口電路。

例：如圖電位升

電位降

第一章、電路的基本概念與基本定律六、基爾霍夫定律

解：選回路ABCDA，

例：如下圖，已知求：

教材：P24、例1.6.2第一章、電路的基本概念與基本定律六、基爾霍夫定律

所以：另法：選回路ABCA則：選回路ADBA則：第一章、電路的基本概念與基本定律六、基爾霍夫定律

4、基爾霍夫定律應(yīng)用中注意的問(wèn)題（1）、兩個(gè)定律具有普遍性，它們適用于由不同元件所構(gòu)成的電路，也適用于任一瞬時(shí)對(duì)任何變化的電流和電壓；

（2）、在運(yùn)用定律時(shí)，首先要在電路中標(biāo)注出電流、電壓或電動(dòng)勢(shì)的參考方向；

（3）、在應(yīng)用KVL定律時(shí)，要選擇一個(gè)繞行方向。

第一章、電路的基本概念與基本定律六、基爾霍夫定律

作業(yè)：P32、習(xí)題、1.6.3、1.6.4、1.6.51.5.5、如圖（a）電池電路，當(dāng)U=3V，E=5V時(shí)，電池是電源還是負(fù)載？如圖（b）電池電路，當(dāng)U=5V，E=3V時(shí)，電池是電源還是負(fù)載？P20、練習(xí)與思考解(a):是電源(b):是負(fù)載第一章、電路的基本概念與基本定律七、電路中電位的概念及計(jì)算

1、電位的概念電壓是兩點(diǎn)的電位差，

電位是該點(diǎn)相對(duì)于參考點(diǎn)的電壓。參考點(diǎn)的電位稱為參考電位，通常設(shè)為零。參考點(diǎn)在電路圖中標(biāo)上“接地”符號(hào)，所謂“接地”并非真與大地相接。實(shí)際應(yīng)用中,一般選大地、機(jī)殼為參考零電位點(diǎn).2、電位的計(jì)算電路中某點(diǎn)的電位等于從該點(diǎn)開始沿任一路徑到達(dá)參考點(diǎn)的電壓降的代數(shù)和。

第一章、電路的基本概念與基本定律七、電路中電位的概念及計(jì)算

電位的計(jì)算步驟：

（1）確定電路的參考點(diǎn)，（如果沒有，自己設(shè)定參考點(diǎn)）

（2）選擇該點(diǎn)到達(dá)參考點(diǎn)的路徑，并標(biāo)明該路徑的電壓、電流的參考方向。

（3）計(jì)算該路徑上各元件的電壓。（4）沿路徑計(jì)算出該點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓的代數(shù)和，即為該點(diǎn)電位。

注意：一般電壓用U表示，電位用V表示。

第一章、電路的基本概念與基本定律七、電路中電位的概念及計(jì)算

例如：在圖示電路中，分別以a、b為參考點(diǎn)求Va、Vb、Vc、Vd各點(diǎn)的電位。

解：設(shè)：

非關(guān)聯(lián)參考方向

關(guān)聯(lián)參考方向

關(guān)聯(lián)參考方向

第一章、電路的基本概念與基本定律七、電路中電位的概念及計(jì)算

例如：在圖示電路中，分別以a、b為參考點(diǎn)求Va、Vb、Vc、Vd各點(diǎn)的電位。

設(shè)：結(jié)論：（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)的電位也將隨之改變；

關(guān)聯(lián)參考方向

第一章、電路的基本概念與基本定律七、電路中電位的概念及計(jì)算

（2）、電路中兩點(diǎn)間的電壓值是固定的，不會(huì)因參考點(diǎn)的不同而改變，即與參考點(diǎn)的選取無(wú)關(guān)。

3、電路圖的電位簡(jiǎn)化有時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，用電位表示電源。例：第一章、電路的基本概念與基本定律七、電路中電位的概念及計(jì)算

簡(jiǎn)化為：

第一章、電路的基本概念與基本定律七、電路中電位的概念及計(jì)算

整理：第一章、電路的基本概念與基本定律七、電路中電位的概念及計(jì)算

簡(jiǎn)化的電路有時(shí)不利于計(jì)算，因此，在計(jì)算題時(shí)經(jīng)常把帶電位的電路圖轉(zhuǎn)化為帶電源的電路圖。

例：如下圖，計(jì)算B點(diǎn)電位。