電工直流電路

第一章直流電路第一節(jié)電路的基本概念第二節(jié)電路的基本定律第三節(jié)電路的工作狀態(tài)和電器設(shè)備的額定值第四節(jié)線性電路的兩個基本原理

第一節(jié)電路的基本概念

一、電路的組成電源：提供電能負(fù)載：用電設(shè)備中間環(huán)節(jié)：連接電源和負(fù)載二、實際電路和電路模型1.實際電路的分析和計算，需將實際電路元件理想化（或模型化），突出其主要的電磁性質(zhì)，，近似看作理想元件。2.理想元件：3.電路模型：實際電路可近似看做由理想元件組成的電路三、電路中的基本物理量物理量正方向的表示方法電路分析中的假設(shè)正方向（參考方向）提問：在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理的實際方向，電路如何求解？ABBA解決：在解題前先設(shè)定一個正方向，作為參考方向。

如AB注意：(1)方程式如：U/I=R

適用于假設(shè)正方向一致的情況(2)“實際方向”是物理中規(guī)定的，而“假設(shè)正方向”則是人們在進行電路分析計算時,任意假設(shè)的。(3)在以后的解題過程中，注意一定要先假定“正方向”(即在圖中表明物理量的參考方向)，然后再列方程計算。缺少“參考方向”的物理量是無意義的.(4)為了避免列方程時出錯，習(xí)慣上把

I

與U

的方向按相同方向假設(shè)。稱：關(guān)聯(lián)的參考方向關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向電功率功率的概念：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:P=UI在U、I正方向選擇一致的前提下，1)若P=UI

0“吸收功率”（負(fù)載）2)若P=UI

0“發(fā)出功率”（電源）電路中能量守衡關(guān)系P（吸收）=P（發(fā)出）第二節(jié)電路的基本定律電流源與電壓源歐姆定律基爾霍夫定律1.基爾霍夫電流定律2.基爾霍夫電壓定律電路中電位的計算一．電壓源與電流源（1）伏安關(guān)系電壓源：u=uS

端電壓為us，與流過電壓源的電流無關(guān)，由電源本身確定，電流任意，由外電路確定。電流源：

i=iS流過電流為is，與電源兩端電壓無關(guān)，由電源本身確定，電壓任意，由外電路確定。（2）特性曲線與符號電壓源電流源二、歐姆定律：U=RIU=-RIU=-RI注意：用歐姆定律列方程時，一定要在圖中標(biāo)明參考方向！還可表示為：I=GU G表示傳導(dǎo)電流的能力，單位：S（西門子） 二、基爾霍夫定律從電路的全局和整體上闡明各部分電壓、電流之間必須遵循的規(guī)律。支路：電路中每一分支節(jié)點：三個或三個以上支路的連接點回路：電路中任一閉合路徑例：支路：ab、ad、ac、bc、bdcd（共6條）節(jié)點：a、b、c、d(共4個）回路：abda、abcda、abcabcdb、adca、cbdac、acbda

（共7個）1.基爾霍夫電流定律對任何節(jié)點，在任一瞬間，流入節(jié)點的電流等于流出該節(jié)點的電流?；蛘哒f，在任一瞬間，一個節(jié)點上電流的代數(shù)為零即：

I=0I1+I2=I3+I4或I1+I2－I3－I4＝0基爾霍夫電流定律的依據(jù)：電流的連續(xù)性原理基爾霍夫電流定律的擴展KCL不僅適用于節(jié)點，也可推廣到包圍部分電路的任一假設(shè)閉合面。節(jié)點方程：IA=IAB-IBCIB=IBC-IABIC=ICA-

IBC三式相加：IA+IB+

IC=0(二)基爾霍夫電壓定律（KVL）對電路中的任一回路，沿任意循行方向轉(zhuǎn)一周，其電位升等于電位降?；?，電壓的代數(shù)和為0。例如：回路a-d-c-a∑U=0電壓升電壓降或例設(shè)順時針方向為繞行方向：abcdKCL方程：U1-U2

-U3

+U4=0已知：U3=+20V,

U4=

5V,U5=+5V,U6=+10V,求：U1U1-U6-

U5+

U3

=0U1-(+10)-(+5)+(+20)

=0U1=-5VKVL推廣：基爾霍夫電壓定律也適合開口電路。注意E-RI-Uab=0Uab=E-IR一、KCL方程的兩套符號：U前面的正負(fù)號由回路的繞行方向及電壓參考極性確定；括號內(nèi)數(shù)字前面的正負(fù)號表示電壓數(shù)值的正負(fù)，取決于各元件的真實極性與參考極性是否一致。二、兩點之間的電壓降與所選的路徑無關(guān)。只要電位變化是首尾相接，各段電壓構(gòu)成閉合回路即可1、什么是電位？電路中某點與參考點之間的電壓，稱為該點的電位。說明：參考點電位一般規(guī)定為零。通常選擇大地、接地點或電器設(shè)備的機殼為參考點。電子電路中常選一條公共線作為參考點，該線是很多元件的匯集處且和機殼相連，稱“地線”表示符號：三、電路中電位的計算計算電位，參考點任選例Uab=10×6=60VUca=4×20=80VUda=6×5=30VUcb=140VUdb=90V分析：若分別選ａ、ｂ為參考點則：Ua=0Ub=0

Ub=－60VUa=60V

Uc=80VUc=140V

Ud=30VUd=90V結(jié)論：⑴各點的電位是相對的，與參考點的選取有關(guān)；而任意兩點間的電壓是絕對的，與參考點的選取無關(guān)。⑵引入?yún)⒖键c后，電路可簡化。第三節(jié)電源的工作狀態(tài)和電氣設(shè) 備的額定值電源有三種工作狀態(tài)帶載工作狀態(tài)開路（空載）狀態(tài)短路狀態(tài)一、帶載工作狀態(tài)圖中開關(guān)合上，接通電源與負(fù)載，即電源的帶載工作狀態(tài)外特性曲線表明了電源電壓U與輸出電流I的關(guān)系其斜率和電源內(nèi)阻R0有關(guān)。U=E-R0I※功率的平衡UI=EI-R0I2即P=PE-△PPE=EI是電源產(chǎn)生的功率△P=-R0I2

是電源內(nèi)阻消耗的功率P=UI是電源輸出的功率※電氣設(shè)備的額定值各種電氣設(shè)備的電源、電流及功率都有一個額定值，它是為使設(shè)備在給定的工作條件下運行而規(guī)定的正常允許值。額定值常標(biāo)在銘牌或說明中，用UN、IN和PN表示二、開路（空載）狀態(tài)當(dāng)開關(guān)斷開時，電源處于開路（空載）狀態(tài)開路：是外電路的電阻對電源來說等于無窮大，因此電路中電流為零，電源的端電壓（稱開路電源或空載電壓U0）等于電源電動勢，電源不輸出電能。

I=0U=U0=EP=0三、短路狀態(tài)1、當(dāng)電源的兩端a和b由于某種原因連在一起，電源被短路，外電路的電阻視為零，電源的端電壓也為零。2、電流的回路中僅有電源內(nèi)阻R0，電流很大，稱為短路電流ISU=0I=IS=E/R0PE=△P=R0I2,P=0第四節(jié)線性電路的兩個基本原理一、疊加原理二、等效電源原理一、疊加原理概念:在多個電源同時作用的線性電路(電路參數(shù)不隨電壓、電流的變化而改變)中，任何支路的電流或任意兩點間的電壓，都是各個電源單獨作用時所得結(jié)果的代數(shù)和。=+I=注電路中一個電源單獨作用時，應(yīng)將其余電源作“零值”，即理想電壓源短接，而理想電流源開路，但它們的內(nèi)阻仍計算在內(nèi)。例用疊加原理求：I=?I'=2AI"=-1AI=I'+I"=1A應(yīng)用疊加定理要注意的問題1.疊加定理只適用于線性電路（電路參數(shù)不隨電壓、電流的變化而改變）。2.疊加時只將電源分別考慮，電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不變。暫時不予考慮的恒壓源應(yīng)予以短路，即令E=0；暫時不予考慮的恒流源應(yīng)予以開路，即Is=0。3.解題時要標(biāo)明各支路電流、電壓的正方向。原電路中各電壓、電流的最后結(jié)果是各分電壓、分電流的代數(shù)和。4.疊加原理只能用于電壓或電流的計算，不能用來求功率。如：5.運用疊加定理時也可以把電源分組求解，每個分電路的電源個數(shù)可能不止一個。二、二端網(wǎng)絡(luò)等效電源定理二端網(wǎng)絡(luò)：若一個電路只通過兩個輸出端與外電路相聯(lián)，則該電路稱為“二端網(wǎng)絡(luò)”。無源二端網(wǎng)絡(luò)：二端網(wǎng)絡(luò)中沒有電源有源二端網(wǎng)絡(luò)：二端網(wǎng)絡(luò)中含有電源等效電源：計算復(fù)雜電路中某一支路的電流或電壓時，相對于該支路之外的部分多么復(fù)雜，均可用一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)來表示，對于計算支路僅相當(dāng)于一個電源。注意：“等效”是指對端口外等效有源二端網(wǎng)絡(luò)用電壓源模型替代-----戴維南定理有源二端網(wǎng)絡(luò)用電流源模型替代----諾頓定理戴維南定理：等效電壓源的電動勢（Ed）等于有源二端網(wǎng)絡(luò)的開端電壓等效電壓源的內(nèi)阻等于有源二端網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)無源二端網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻。（有源網(wǎng)絡(luò)變無源網(wǎng)絡(luò)的原則是：電壓源短路，電流源斷路）Ed=UxRd=Rab利用戴維寧定理解題的方法、步驟⑴斷開所求支路ａｂ；⑵利用KVL定律求UX；⑶除源(恒壓源短路；恒流源開路)，求等效電阻Rd；⑷利用I=UX／Rd+R，求出未知電流戴維南定理應(yīng)用舉例已知：R1=20、R2=30

R3=30、R4=20

E=10V求：當(dāng)R5=10時，I5=?等效電路有源二端網(wǎng)絡(luò)第一步：求開端電壓Ux第二步：求輸入電阻Rd=2030+3020=24

例等效變換后：第三步：求未知電流I5Ed

=UX

=2VRd=24

時(二)諾頓定理：任何一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)均可以用一個電流為IS的理想電流源和內(nèi)阻R0并聯(lián)的電源等效代替。等效電阻Rd仍為相應(yīng)無源二端網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻等效電流源Id

為有源二端網(wǎng)絡(luò)輸出端的短路電流諾頓定理應(yīng)用舉例:已知：R1=20、R2=30、R3=30、 R