電路模型及基本定律

關(guān)于電路模型及基本定律

第三節(jié)獨(dú)立電源一、電壓源1、理想電壓源（亦稱恒壓源）定義——如果一個(gè)供能元件接入任一電路后，該元件的兩端始終保持規(guī)定的電壓uS(t)，則此供能元件稱為理想電壓源（或恒壓源）。第2頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天特點(diǎn)：（1）、無(wú)論流過(guò)電流多大，恒壓源兩端電壓確定不變。（2）、流過(guò)恒壓源的電流是任意值，其值大小僅取決于外電路。一般而言，恒壓源不存在，只是近似視為恒壓源。2、電壓源常用的電壓源如列車蓄電池（直流電源），是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

第3頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、電流源1、理想電流源（亦稱恒流源）定義——如果一個(gè)供能元件接入任一電路后，流過(guò)該元件的電流始終能保持規(guī)定的值iS(t)，則此供能元件稱為理想電流源（或恒流源）。第4頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天特點(diǎn)：（1）、無(wú)論電路端電壓多大，恒流源流入該電路的電流確定不變。（2）、恒壓源兩端的電壓是任意值，其值大小僅取決于外電路。一般而言，恒流源不存在，只是近似視為恒流源。2、電流源常用的電流源如硅光電池。第5頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、電源模型的等效互換1、等效電路的定義2、等效互換對(duì)電壓源電路，有：或兩個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)N1、N2，若端鈕處電流、電壓均相等，則N1、N2等效。第6頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天對(duì)電流源電路而言，則有：或根據(jù)等效定義，故有：第7頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天則當(dāng)兩電源參數(shù)符合下列關(guān)系時(shí)，兩種電源對(duì)外電路完全等效。注意：（1）方向：恒流源箭頭方向?yàn)楹銐涸凑龢O；（2）RS未必是內(nèi)阻，且。（3）等效時(shí)，端鈕上電流、電壓一致，即對(duì)外電路等效，對(duì)內(nèi)電路并非等效。第8頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天例題：試求以下電壓源模型的等效電流源模型及電流源模型的等效電壓源模型。第9頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天例題：試求以下電路的等效電流源模型和等效電壓源模型。第10頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天從以上例子可看出，與電壓源并聯(lián)的元件對(duì)電壓源的電壓沒(méi)有影響，而與電流源串聯(lián)的元件不會(huì)影響電流源的電流。第11頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天

第四節(jié)含源支路的串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)當(dāng)含有電壓源或電流源的支路串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)時(shí)，等效電路的計(jì)算原則：含有電壓源支路串聯(lián)時(shí)，可以合并；含有電流源支路并聯(lián)時(shí)，可以合并。一、串聯(lián)第12頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天若幾個(gè)電壓源、電阻串聯(lián)時(shí)，則等效電路中二、并聯(lián)第13頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天若多個(gè)含電壓源支路并聯(lián)時(shí)，則：三、混聯(lián)：既有含源支路的串聯(lián)，也有含源支路的并聯(lián)電路。第14頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天結(jié)論：若干含源支路作串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)時(shí)，就其兩端來(lái)說(shuō)總可以化簡(jiǎn)為一個(gè)恒壓源、電阻串聯(lián)（電壓源模型）或一個(gè)恒流源、電阻并聯(lián)（電路源模型）。例題：化簡(jiǎn)電路為一個(gè)電流源模型的等效電路。第15頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天第16頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天第17頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天一般地說(shuō)，電源模型等效變換時(shí)從網(wǎng)絡(luò)端口向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部變換，即網(wǎng)絡(luò)端口向左時(shí)，自左向右變換。應(yīng)用：這種等效電路可以在進(jìn)行分析和計(jì)算時(shí)使電路簡(jiǎn)化。即在求復(fù)雜含源電路中某一支路的電流時(shí)，可以將該支路從電路中移出，而將其余電路視為二端口含源網(wǎng)絡(luò)。此時(shí)應(yīng)用電源模型等效法，將二端口含源網(wǎng)絡(luò)中含源支路的串、并聯(lián)進(jìn)行化簡(jiǎn)，使之等效為電壓源模型或電流源模型。然后，將移出的待求支路還原，電路成為最簡(jiǎn)單的直流電路，應(yīng)用歐姆定律可求出待求支路的電流。第18頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天

第五節(jié)電路的工作狀態(tài)一、電氣設(shè)備的額定值（或稱標(biāo)稱值）一般用下標(biāo)N表示額定值，如UN、IN、PN等。定義——各種電氣設(shè)備（包括電纜、導(dǎo)線）和電路元件的電壓、電流、功率等，都有規(guī)定的使用數(shù)據(jù)，即額定值。通常將額定值標(biāo)在銘牌上或外殼上。二、電路的工作狀態(tài)1、負(fù)載工作狀態(tài)（開(kāi)關(guān)K閉合）電路中的電流第19頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天當(dāng)US和RS為定值時(shí)，RL愈大，電流I愈小。在電工技術(shù)上稱負(fù)載愈小。即所謂的負(fù)載的大小，是指負(fù)載電流或功率的大小，而非負(fù)載電阻RL的大小。當(dāng)電流I=IN時(shí)，稱為滿載工作狀態(tài)；I>IN時(shí)，稱為過(guò)載；而I<IN時(shí)，稱為欠載。此時(shí)，電路中即其中，P為負(fù)載功率；PS為恒壓源功率；ΔP為電壓源內(nèi)阻損耗。第20頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、空載狀態(tài)（亦稱開(kāi)路狀態(tài)）——此時(shí)，開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)（空載時(shí)外電路電阻對(duì)電源而言相當(dāng)于無(wú)窮大）三、短路狀態(tài)——電源的兩端a和b由于某種原因而聯(lián)在一起，成為電源被短路。短路也可發(fā)生在線路的任何處或負(fù)載端。開(kāi)路時(shí)的特征關(guān)系式為短路時(shí)的特征關(guān)系式為第21頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天例題：如圖電路中，US=6V，RS=0.1Ω。求開(kāi)關(guān)K分別與R1=1.4Ω,R2=0.2Ω相接時(shí)，或斷路、短路時(shí)的電流、電源的端電壓及負(fù)載消耗的功率。第22頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天

第六節(jié)克希荷夫（基爾霍夫）定律一、名詞解釋1、支路：如ab,acb,adb2、節(jié)點(diǎn)：如a,b3、回路：如abca,abda,adbca4、網(wǎng)孔：如abca,abda二、克希荷夫電流定律（KCL）——根據(jù)電流的連續(xù)性內(nèi)容：對(duì)于電路中的任一節(jié)點(diǎn)，在任一時(shí)刻，流入該節(jié)點(diǎn)的電流恒等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流。注意：應(yīng)用KCL討論某一節(jié)點(diǎn)時(shí)，首先要標(biāo)出每一條支路的電流參考方向。第23頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天如節(jié)點(diǎn)a,則若一個(gè)節(jié)點(diǎn)上有幾條支路，則用數(shù)學(xué)式表示KCL為：若將節(jié)點(diǎn)a的電流關(guān)系式改寫(xiě)為則KCL可換一說(shuō)法：流入電路任一節(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和恒等于零。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：其中，參考方向指向節(jié)點(diǎn)的電流（即流入節(jié)點(diǎn)的電流）取負(fù)號(hào)，參考方向離開(kāi)節(jié)點(diǎn)的電流（即流出節(jié)點(diǎn)的電流）取正號(hào)。第24頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天推廣應(yīng)用：閉合面或稱廣義節(jié)點(diǎn)。1、2、I=0（即電流只能在閉合的回路中通過(guò)）。第25頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、克希荷夫電壓定律（KVL）——根據(jù)電位的單值性內(nèi)容：對(duì)于電路中任一回路，在任一時(shí)刻，沿閉合回路電壓降的代數(shù)和恒等于零。一般數(shù)學(xué)表達(dá)式為：注意：應(yīng)用KVL寫(xiě)電壓方程時(shí)，首先選擇閉合回路的循行（或繞行）方向（順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较颍?。?dāng)支路電壓的參考方向和繞行方向一致時(shí)，取正號(hào)；當(dāng)支路電壓的參考方向和繞行方向相反時(shí)，取負(fù)號(hào)。如回路adbca。先確定繞行方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颍瑒t回路電壓方程：推廣應(yīng)用：使用于電路中的假想閉合回路。第26頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、KCL、KVL的適用范圍電路所遵循的基本規(guī)律是分析和綜合電路的基礎(chǔ)，這包含兩方面內(nèi)容，一是各電路元件本身的特性，二是電路整體的規(guī)律，電路中電流、電壓所遵循的基本規(guī)律，即歐姆定律和KCL、KVL。第27頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天

第七節(jié)電路中各點(diǎn)電位的計(jì)算在電路中任選一個(gè)電位參考點(diǎn)，或稱為零電位點(diǎn)，則電路中某一點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓降叫該點(diǎn)的電位，用V表示。如a點(diǎn)電位記為Va。已知：US1=140V，US2=90V，R1=20Ω，R2=5Ω，R3=6Ω。I1=4A，I2=6A，I3=10A。求：各點(diǎn)電位。解：先選電位參考點(diǎn)為a點(diǎn)，即Va=0。第28頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天若選定電位參考點(diǎn)為b點(diǎn)，即Vb=0。則有：顯然，參考點(diǎn)選擇不同時(shí)，結(jié)論也不同。通過(guò)上例分析，可得以下結(jié)論：1、參考點(diǎn)一旦選定，則各點(diǎn)電位值就確定了（電位的單值性）。2、若參考點(diǎn)不同，則各點(diǎn)電位值就不同（電位的相對(duì)性）。3、參考點(diǎn)可任選，但只能選一次。4、離開(kāi)參考點(diǎn)，各點(diǎn)電位無(wú)意義。5、若電位值>0，表明該點(diǎn)電位高于參考點(diǎn)電位；若電位值<0，表明該點(diǎn)電位低于參考點(diǎn)電位。第29頁(yè),共32頁(yè)，2024年2月25日，星期天

通常電路中若選定某點(diǎn)為參考點(diǎn)或，就可將電路進(jìn)行簡(jiǎn)化，即只注明電源端的