電工學(第七版)上冊秦曾煌第一章

電工學（版）電話箱163.com2021/5/91概論2021/5/92主要教學內(nèi)容電工學

電工技術(shù)電子技術(shù)直流電路、交流電路暫態(tài)分析、三相電路變壓器、電動機、工業(yè)控制

三極管、放大電路運算放大電路數(shù)字集成電路（上篇）（下篇）2021/5/93工業(yè)控制電機控制機床控制生產(chǎn)過程自動化控制樓宇電梯控制......電工技術(shù)的應(yīng)用2021/5/94

第1章電路的基本概念與基本定律1.1

電路的作用與組成部分1.2

電路模型1.3

電壓和電流的參考方向1.4

歐姆定律1.5

電源有載工作、開路與短路1.6

基爾霍夫定律1.7

電路中電位的概念及計算2021/5/95本章要求:1.理解電壓與電流參考方向的意義;2.理解電路的基本定律并能正確應(yīng)用;3.了解電路的有載工作、開路與短路狀態(tài)，理解電功率和額定值的意義;4.會計算電路中各點的電位。第1章電路的基本概念與基本定律2021/5/961.1

電路的作用與組成部分

(1)實現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換(2)實現(xiàn)信號的傳遞與處理1.電路的作用

電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成。

2021/5/972.電路的組成部分中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用電源:

提供電能的裝置負載:取用電能的裝置2021/5/98直流電源直流電源:

提供能源負載信號源:

提供信息2.電路的組成部分

電源或信號源的電壓或電流稱為激勵，它推動電路工作；由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。信號處理：放大、調(diào)諧、檢波等2021/5/991.2

電路模型R

消耗電能(電阻性)

產(chǎn)生磁場儲存磁場能量(電感性)

忽略

LR

例：白熾燈通過電流

理想電路元件：電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。L

電阻元件電感元件電容元件

在實際分析中，可將實際電路理想化，即在一定條件下突出主要的電磁性質(zhì),忽略起次要因素的影響,由一些理想元件組成電路模型。2021/5/910手電筒的電路模型干電池導(dǎo)線燈泡例：

電源或信號源的電壓或電流稱為激勵，它推動電路工作；由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。

電路分析是在已知電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)的條件下，討論激勵與響應(yīng)的關(guān)系。今后分析的都是指電路模型，簡稱電路。手電筒電路2021/5/911電路中的物理量電池燈泡電流電壓電動勢EIRU+_電源負載1.3電壓和電流的參考方向2021/5/912電路中物理量的正方向物理量的正方向：實際正方向假設(shè)正方向?qū)嶋H正方向：物理中對電量規(guī)定的方向。假設(shè)正方向（參考正方向）：在分析計算時，對電量人為規(guī)定的方向。2021/5/9132021/5/914物理量正方向的表示方法電池燈泡Uab_+正負號abUab（高電位在前，低電位在后）

雙下標箭頭Uabab電壓+-IR電流：從高電位指向低電位。IRUabE+_abU+_2021/5/915物理量正方向的表示方法IRUab+_abU+_電壓的正方向箭頭和正負號是等價的,只用其中之一.IRUababU2021/5/916電路分析中的假設(shè)正方向（參考方向）問題的提出：在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量的實際方向，電路如何求解？電流方向A

B？電流方向B

A？U1ABRU2IR2021/5/917(1)在解題前先設(shè)定一個正方向，作為參考方向；解決方法(3)根據(jù)計算結(jié)果確定實際方向：若計算結(jié)果為正值，則實際方向與假設(shè)方向一致；若計算結(jié)果為負值，則實際方向與假設(shè)方向相反。(2)根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān)系的代數(shù)表達式；2021/5/918I=0.28AI

=–0.28A

電動勢為E=3V方向由負極

指向正極；U+U′+例:電路如圖所示。

電流I的參考方向與實際方向相同，I=0.28A,由

流向

,反之亦然。

電壓U′的參考方向與實際方向相反,U′=–2.8V;即:U

=–U′

電壓U的參考方向與實際方向相同,U

=2.8V,方向由

指向

；2.8V–2.8V2021/5/9191.4

歐姆定律U、I參考方向相同時U、I參考方向相反時

表達式中有兩套正負號：

(1)式前的正負號由U、I

參考方向的關(guān)系確定。(2)U、I

值本身的正負則說明實際方向與參考方向之間的關(guān)系。

通常取

U、I

參考方向相同。U=IR

U=–IR2021/5/920

解:對圖(a)有,U=IR

例:應(yīng)用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻R。對圖(b)有,U=–IR電流的參考方向與實際方向相反電壓與電流參考方向相反2021/5/921電路端電壓與電流的關(guān)系稱為伏安特性。

遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻，它表示該段電路電壓與電流的比值為常數(shù)。線性電阻的概念：

線性電阻的伏安特性是一條過原點的直線。2021/5/9222021/5/923注意：1.用歐姆定律列方程時，一定要在圖中標明正方向。

2.為避免歐姆定律中的負號在解題時漏掉,我們一般將電壓與電流的參考方向選取相同,稱為關(guān)聯(lián)選取.2021/5/9242021/5/925規(guī)定正方向的情況下電功率的寫法功率的概念：設(shè)電路任意兩點間的電壓為

U,流入此部分電路的電流為I，則這部分電路消耗的功率為:IUP=如果UI方向不一致寫法如何？電壓電流正方向一致aIRUb2021/5/926規(guī)定正方向的情況下電功率的寫法aIRUb電壓電流正方向相反P=–UI功率有正負？2021/5/927吸收功率或消耗功率（起負載作用）若P

0輸出功率（起電源作用）若P

0電阻消耗功率肯定為正電源的功率可能為正（吸收功率），也可能為負（輸出功率）功率有正負2021/5/928電源的功率IUab+-P=UIP=–UIIUab+-電壓電流正方向不一致電壓電流正方向一致2021/5/929含源網(wǎng)絡(luò)的功率IU+-含源網(wǎng)絡(luò)P=UI電壓電流正方向一致P=–UI電壓電流正方向不一致IU+-含源網(wǎng)絡(luò)2021/5/9301.5

電源有載工作、開路與短路開關(guān)閉合,接通電源與負載負載端電壓U=IR1.電壓電流關(guān)系1.5.1電源有載工作(1)

電流的大小由負載決定(2)在電源有內(nèi)阻時，I

U

?；騏=E–IR0

當

R0<<R時，則U

E

，表明當負載變化時，電源的端電壓變化不大，即帶負載能力強。2021/5/931負載端電壓U=IR1.5.1

電源有載工作或U=E–IRoUI=EI–I2RoP=PE

–

P負載取用功率電源產(chǎn)生功率內(nèi)阻消耗功率電源輸出的功率由負載決定。負載大小的概念:

負載增加指負載取用的電流和功率增加(電壓一定)。1.電壓電流關(guān)系2.功率與功率平衡2021/5/932例:已知:電路中U=220V，I=5A，內(nèi)阻R01=R02=0.6

。求:(1)電源的電動勢E1和負載的反電動勢E2

；

(2)說明功率的平衡關(guān)系。解：(1)對于電源

U=E1

U1=E1

IR01即

E1=U

+IR01=220+50.6=223V

U=E2+

U2=E2+IR02

即

E2=U

IR01=220

50.6=217V(2)功率的平衡關(guān)系E1=E2+IR01+IR02

等號兩邊同時乘以

I,則得

E1I

=E2I

+I2R01+I2R02代入數(shù)據(jù)有2235=2175+520.6+5+520.61115W=1085W+15W+15WR01E1UI+–+–R02E2+–2021/5/933

電氣設(shè)備的額定值

額定值:電氣設(shè)備在正常運行時的規(guī)定使用值1.額定值反映電氣設(shè)備的使用安全性；2.額定值表示電氣設(shè)備的使用能力。

注意：電氣設(shè)備工作時的實際值不一定都等于其額定值，要能夠加以區(qū)別。電氣設(shè)備的三種運行狀態(tài)欠載(輕載)：I<IN

，P<PN(不經(jīng)濟)

過載(超載)：I>IN

，P>PN(設(shè)備易損壞)額定工作狀態(tài)：I=IN

，P=PN

(經(jīng)濟合理安全可靠)

2021/5/934在220V電壓下工作時的電阻一個月用電W

=Pt=60W(330)h

=0.06kW90h=5.4kW.h

例：一只220V,60W的白熾燈,接在220V的電源上，試求通過電燈的電流和電燈在220V電壓下工作時的電阻。如果每晚工作3h(小時)，問一個月消耗多少電能?解:

通過電燈的電流為2021/5/935特征:

開關(guān)斷開I=0電源端電壓負載功率U

=U0=EP

=0電源外部端子被短接

特征:電源端電壓負載功率電源產(chǎn)生的能量全被內(nèi)阻消耗掉短路電流(很大)U

=0

PE=

P=I2R0P

=01.5.3電源短路1.5.2電源開路

為防止事故發(fā)生，需在電路中接入熔斷器或自動斷路器，用以保護電路。2021/5/9361.6

基爾霍夫定律123支路：電路中的每一個分支。一條支路流過一個電流，稱為支路電流。結(jié)點：三條或三條以上支路的聯(lián)接點?；芈罚河芍方M成的閉合路徑。網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路的回路。I1I2I32021/5/937例1：支路：ab、bc、ca、…（共6條）回路：abda、abca、adbca…

（共7個）結(jié)點：a、b、c、d

(共4個）網(wǎng)孔：abd、abc、bcd

（共3個）2021/5/9381.6.1

基爾霍夫電流定律(KCL定律)1.定律

即:

Ｉ入=

Ｉ出

在任一瞬間，流向任一結(jié)點的電流等于流出該結(jié)點的電流。

實質(zhì):電流連續(xù)性的體現(xiàn)?；?Ｉ=0對結(jié)點a：I1+I2=I3或I1+I2–I3=0

基爾霍夫電流定律（KCL）反映了電路中任一結(jié)點處各支路電流間相互制約的關(guān)系。2021/5/939

電流定律可以推廣應(yīng)用于包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面。2.推廣I=?例:I=0IA+IB+IC=0廣義結(jié)點2021/5/940

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。1.6.2

基爾霍夫電壓定律（KVL定律)1.定律即：

U=0

在任一瞬間,從回路中任一點出發(fā),沿回路循行一周，則在這個方向上電位升之和等于電位降之和。對回路1：對回路2：

E1=I1R1+I3R3I2R2+I3R3=E2或I1R1+I3R3–E1=0或I2R2+I3R3–E2=0

基爾霍夫電壓定律（KVL）反映了電路中任一回路中各段電壓間相互制約的關(guān)系。122021/5/9411.列方程前標注回路循行方向；

電位升=電位降

E2=UBE+I2R2

U=0

I2R2–E2+

UBE

=02.應(yīng)用

U=0列方程時，項前符號的確定：元件兩端電壓與回路循行方向一致取正號，不一致就取負號。3.開口電壓可按回路處理(廣義回路）

注意：對回路1：12021/5/942例：對網(wǎng)孔abda：對網(wǎng)孔acba：對網(wǎng)孔bcdb：IGRG–I3R3+I1R1=0I2R2–

I4R4–IGRG=0I4R4+I3R3–E=0對回路adbca，沿逆時針方向循行：–I1R1+I3R3+I4R4–I2R2=0應(yīng)用

U=0列方程對回路cadc，沿逆時針方向循行：–I2R2–I1R1+E

=02021/5/943U1+U2–U3–U4+U5=0

例2：圖中若U1=–2V，U2=8V，U3=5V，U5=–3V，R4=2

，求電阻R4兩端的電壓及流過它的電流。

解：設(shè)電阻R4兩端電壓的極性及流過它的電流I的參考方向如圖示。(–2)+8–5–U4+(–3)=0U4=–2VI=1AU4+–

沿順時針方向列寫回路的KVL方程式代入數(shù)據(jù)，有U4=–IR4I2021/5/9441.7

電路中電位的概念及計算電位：電路中某點至參考點的電壓，記為“VX”

。

通常設(shè)參考點的電位為零。1.電位的概念

電位的計算步驟:

(1)任選電路中某一點為參考點，設(shè)其電位為零；

(2)標出各電流,電壓參考方向并計算；

(3)計算各點至參考點間的電壓即為各點的電位。某點電位為正，說明該點電位比參考點高；某點電位為負，說明該點電位比參考點低。2021/5/9452.舉例

求圖示電路中各點的電位:Va、Vb、Vc、Vd

。解：設(shè)a為參考點，即Va=0VVb=Uba=–10×6=

60VVc=Uca

=4×20=80VVd

=Uda=6×5=30V

設(shè)b為參考點，即Vb=0VVa

=Uab=10×6=60VVc

=Ucb=E1=140VVd

=Udb=E2=90V

baUab

=