電工電子技術(shù) 課件 第1章 電路的基本概念和定律

-電工電子技術(shù)-第1章

電路的基本概念和定律1.21.31.41.5

電路的基本物理量

電壓源與電流源

電路的等效變換

基爾霍夫定律目錄Contents1.1電路與電路模型1.1電路與電路模型PART011.1電路與電路模型一、電路

電流的通路。

為了實(shí)現(xiàn)某種功能，由各種電工、電子元器件按一定的方式連接起來的整體。1.1電路與電路模型一、電路?按功能分類電能的傳輸和轉(zhuǎn)換信號(hào)的處理和傳遞如：電力系統(tǒng)大功率、大電流如：手電筒電路小功率、小電流1.1電路與電路模型一、電路?組成結(jié)構(gòu)電源負(fù)載向電路提供電能的裝置電路中接收電能的裝置連接電源和負(fù)載的導(dǎo)線、控制電路導(dǎo)通和斷開的開關(guān)、保護(hù)和監(jiān)控實(shí)際電路的設(shè)備中間環(huán)節(jié)1.1電路與電路模型?手電筒電路電源負(fù)載中間環(huán)節(jié)1.1電路與電路模型二、電路模型和理想電路元件?理想電路元件

在工程允許的條件下，常把實(shí)際元件近似化、理想化，忽略元件的次要性質(zhì)，用足以表征其主要特征的理想電路元件來表示。1.1電路與電路模型二、電路模型和理想電路元件?理想電路元件

電阻元件

電感元件

電容元件電阻器、電烙鐵、電爐線圈電容器?電路模型由理想元件構(gòu)成的電路，稱為實(shí)際電路的“電路模型”。1.1電路與電路模型二、電路模型和理想電路元件圖1.1手電筒電路UsRS圖1.2手電筒電路模型?電路模型1.1電路與電路模型?常用電路元器件符號(hào)1.2電路的基本物理量PART021.2電路的基本物理量一、電流及其參考方向電荷有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)形成電流。?電流的大小

單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。

又稱為電流強(qiáng)度。

符號(hào)：i

單位：安培（A）1.2電路的基本物理量一、電流及其參考方向?直流電流（directcurrent，簡(jiǎn)稱

DC）

大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流。

用大寫字母I表示。1.2電路的基本物理量一、電流及其參考方向?交流電流（alternatingcurrent，簡(jiǎn)稱AC）

大小和方向均隨時(shí)間作周期性變化的電流。

用小寫字母i或者i（t）表示表示。1.2電路的基本物理量一、電流及其參考方向?電流的方向

電流是有方向的。

規(guī)定的實(shí)際方向：正電荷移動(dòng)的方向（負(fù)電荷移動(dòng)的反方向）。1.2電路的基本物理量一、電流及其參考方向?電流的參考方向

一個(gè)假想的電流方向。

任意選定

表示方法：實(shí)線箭頭、雙下標(biāo)1.2電路的基本物理量?電流的參考方向?qū)嶋H方向與參考方向一致實(shí)際方向與參考方向相反電流為正值，i＞0電流為正值，i<01.2電路的基本物理量?

例1.1

在圖中的方框泛指電路中的一般元件，試分別指出各元件中電流的實(shí)際方向。圖1.5例1.1電路解：（a）由a到b；（b）由b到a；

（c）不能確定。因?yàn)闆]有給出電流的參考方向。1.2電路的基本物理量?

例1.2

試分別標(biāo)示出圖中方框所示各元件中電流的參考方向。已知圖（a）中電流的實(shí)際方向?yàn)橛蒪至a，圖（b）中電流的實(shí)際方向?yàn)橛蒩至b。解：題圖中電流的實(shí)際方向分別為：

（a）由a到b；（b）由a到b1.2電路的基本物理量二、電位、電壓、電動(dòng)勢(shì)及其參考方向?

電壓

電場(chǎng)力將單位正電荷從電場(chǎng)中的一點(diǎn)移至另一點(diǎn)所做的功。

符號(hào)：u

單位：伏特（V）----uab用來衡量電場(chǎng)力做功本領(lǐng)的大小，即電壓；dq：由a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)的電荷；dw：移動(dòng)過程中電荷所減少的電能。電壓的單位還有千伏（kV）和毫伏（mV）1.2電路的基本物理量二、電位、電壓、電動(dòng)勢(shì)及其參考方向?

電位

在電路中任取一點(diǎn)o作為參考點(diǎn)，則由某點(diǎn)a到參考點(diǎn)o的電壓

uao

就稱為a點(diǎn)的電位，用Va表示。

符號(hào)：V

單位：伏特（V）

具有相對(duì)性

uab=Va-Vb

選取不同的參考點(diǎn)，同一點(diǎn)的電位值也會(huì)隨之而變，但兩點(diǎn)之間的電壓與參考點(diǎn)的位置無關(guān)。1.2電路的基本物理量?電壓的方向

電壓是有方向的。

規(guī)定的實(shí)際方向：從高電位點(diǎn)指向低電位點(diǎn)

電壓降低的方向二、電位、電壓、電動(dòng)勢(shì)及其參考方向1.2電路的基本物理量?電壓的參考方向

人為任意假設(shè)的電壓方向

表示方法：箭頭、雙下標(biāo)、正負(fù)極性二、電位、電壓、電動(dòng)勢(shì)及其參考方向

選定參考方向后，電壓就成為代數(shù)量。

?實(shí)際方向與參考方向一致（極性一致）：電壓為正值（u＞0）

?實(shí)際方向與參考方向一致（極性一致）：電壓為負(fù)值（u＜0）1.2電路的基本物理量?

例1.3

如圖所示電路中，方框泛指電路中的一般元件。試分別指出圖中各電壓的實(shí)際方向。解：在圖（a）中，點(diǎn)A為參考高電位，因?yàn)閡=4V＞0，因此，電壓的實(shí)際方向與參考方向一致。在圖（b）中，點(diǎn)A為參考高電位，因?yàn)閡=-4V＜0，因此，電壓的實(shí)際方向與參考方向相反。在圖（c）中，無法確定電壓的實(shí)際方向。因?yàn)閳D中沒有標(biāo)出電壓的參考極性。1.2電路的基本物理量?

電動(dòng)勢(shì)及其參考方向

描述電源力做功的物理量

數(shù)值上等于將單位正電荷由電源負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移動(dòng)到電源正極所做的功，即增加的電能。二、電位、電壓、電動(dòng)勢(shì)及其參考方向

符號(hào)：edq為運(yùn)動(dòng)的電荷；dws為運(yùn)動(dòng)過程中電荷所增加的電能1.2電路的基本物理量?

電動(dòng)勢(shì)及其參考方向二、電位、電壓、電動(dòng)勢(shì)及其參考方向

習(xí)慣上把電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向規(guī)定為電能增加的方向。

電位升高（從低電位點(diǎn)到高電位點(diǎn)）的方向。

由電源的負(fù)極指向正極。1.2電路的基本物理量?

電動(dòng)勢(shì)及其參考方向二、電位、電壓、電動(dòng)勢(shì)及其參考方向

對(duì)于一個(gè)實(shí)際電源而言，當(dāng)沒有電流流過，即內(nèi)部沒有電能消耗時(shí)，其電動(dòng)勢(shì)和端電壓（正負(fù)極之間的電壓）必定大小相等，方向相反。電壓和電動(dòng)勢(shì)的參考方向1.2電路的基本物理量?

關(guān)聯(lián)參考方向二、電位、電壓、電動(dòng)勢(shì)及其參考方向

選定同一元件的電流參考方向與電壓參考方向一致。

電流從電壓的正極性端流入該元件，從電壓的負(fù)極性端流出。關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向1.2電路的基本物理量?

電路的功率三、電功率與電能

電路元件在單位時(shí)間內(nèi)吸收或釋放的電能稱為電功率。

符號(hào)：p

單位：瓦特（W）、千瓦（kW）

p=ui1.2電路的基本物理量?

電路的功率三、電功率與電能??

u、i

為關(guān)聯(lián)參考方向下，元件上吸收的功率定義：??

u、i為非關(guān)聯(lián)參考方向下，元件上吸收的功率定義為：p＞0：該元件吸收功率（供自己消耗），為耗能元件；p＜0：該元件輸出功率（供給其他元件），為儲(chǔ)能元件。1.2電路的基本物理量?

例1.4

如圖所示電路中，方框泛指電路中的一般元件。試求出各元件吸收的功率。解：（1）在圖（a）中，所選u、i為關(guān)聯(lián)參考方向，元件吸收的功率為：（2）在圖（b）中，所選u、i為非關(guān)聯(lián)參考方向，元件吸收的功率為：1.2電路的基本物理量?

例1.4

如圖所示電路中，方框泛指電路中的一般元件。試求出各元件吸收的功率。解：（3）在圖（c）中，所選u、i為非關(guān)聯(lián)參考方向，元件吸收的功率為：（4）在圖（d）中，所選u、i為關(guān)聯(lián)參考方向，元件吸收的功率為：1.2電路的基本物理量?

電能三、電功率與電能

電流做的功稱為電功。電流做功的同時(shí)伴隨著能量的轉(zhuǎn)換，其做功的大小可以用能量進(jìn)行度量。

符號(hào)：w

單位：焦耳（J）

在電路分析中，通常用電流

i

和電壓

u

的乘積來描述功率。1.2電路的基本物理量?

電能三、電功率與電能

工程實(shí)踐中，常常用千瓦小時(shí)（kW·h）來表示電功的單位，

1kW·h

=一度電

電功率:按時(shí)間累積就是電路吸收（消耗）的電能。1000W的電爐加熱1小時(shí)（h），耗電1度。1.2電路的基本物理量?

電氣設(shè)備及元件的額定值三、電功率與電能

為使電氣設(shè)備及元件安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行而規(guī)定的限額值。

符號(hào)：IN、UN、PN等，標(biāo)記在設(shè)備的銘牌上。

滿載（或額定狀態(tài)）：各參量實(shí)際值等于額定值時(shí)的工作狀態(tài)。

輕載（或欠載）：各參量實(shí)際值低于額定值時(shí)的工作狀態(tài)。1.2電路的基本物理量?

負(fù)載大小概念三、電功率與電能

指流過負(fù)載的電流大小，而不是指負(fù)載電阻的大小。??當(dāng)RL減小時(shí)，I

增大，即負(fù)載增大。??當(dāng)RL增大時(shí)，I

減小，即負(fù)載減小。1.3電壓源與電流源PART031.3電壓源與電流源

內(nèi)阻為零的電壓源設(shè)備即為理想電壓源，簡(jiǎn)稱電壓源。一、理想電壓源

二端理想元件

輸出的端電壓：恒定值或給定的時(shí)間函數(shù)。

與流過的電流無關(guān)（與接入電路的方式無關(guān)）

流過理想電壓源的電流大小：與相連接的外電路有關(guān)。1.3電壓源與電流源?

理想電源的符號(hào)圖1.13理想電壓源（a）一般電路符號(hào)

（b）電池符號(hào)（理想直流電壓源）（c）伏安特性1.3電壓源與電流源

當(dāng)實(shí)際電源的電壓值變化不大時(shí)，其電路模型一般表示為：理想電壓源和一個(gè)電阻串聯(lián)的形式。?實(shí)際電壓源模型實(shí)際電壓源實(shí)際電壓源伏安特性U=Us-RsI1.3電壓源與電流源

內(nèi)阻為無窮大的電流源設(shè)備即為理想電流源，簡(jiǎn)稱電流源。二、理想電流源

理想二端元件

輸出的電流：恒定值或給定的時(shí)間函數(shù)。

與兩端電壓無關(guān)（與接入電路的方式無關(guān)）

加在理想電流源的端電壓大?。号c相連接的外電路有關(guān)。1.3電壓源與電流源?理想電流源及其伏安特性1.3電壓源與電流源?理想電流源及其伏安特性I=Is-U/Rs1.3電壓源與電流源

電源向外提供的電壓或者電流值受電路中某部分的電壓或電流控制。三、受控源

電壓控制電壓源（VCVS）

電流控制電壓源（CCVS）

電壓控制電流源（VCCS）

電流控制電流源（CCCS）1.3電壓源與電流源?

例1.5

試用電源等效變換的方法化簡(jiǎn)圖示電路。1.3電壓源與電流源1.3電壓源與電流源1.4電路的等效變換PART041.4電路的等效變換1臺(tái)拖拉機(jī)拖動(dòng)一節(jié)車廂，使車速達(dá)到8m/s；5匹馬拖動(dòng)同一節(jié)車廂，使該車廂車速也達(dá)到8m/s。

對(duì)這一車廂來說，拖拉機(jī)和5匹馬對(duì)它起的作用是“等效”的。?“等效”----2個(gè)或多個(gè)事物對(duì)它們之外的某一目標(biāo)作用效果相同，即，外作用相同。1.4電路的等效變換

如果把電路中某部分電路用其等效電路替代后，該電路未被替代部分（包括被替代部分的端鈕上）的電壓和電流均應(yīng)保持不變。

對(duì)外等效：用等效電路的方法求解電路時(shí)，電壓和電流保持不變的部分，僅限于等效電路以外。1.4電路的等效變換一、電阻的等效變換?

電阻的串聯(lián)1.4電路的等效變換一、電阻的等效變換?

電阻的串聯(lián)1.4電路的等效變換?

例1.6如圖所示電路，直流電壓表表頭的滿偏電流為Ig=50μA，內(nèi)阻為Rg=5kΩ，現(xiàn)制成的電壓表量程為10V。該電壓表應(yīng)串聯(lián)多大的分壓電阻

R

才能滿足要求。1.4電路的等效變換?

例1.6如圖所示電路，直流電壓表表頭的滿偏電流為Ig=50μA，內(nèi)阻為Rg=5kΩ，現(xiàn)制成的電壓表量程為10V。該電壓表應(yīng)串聯(lián)多大的分壓電阻

R

才能滿足要求。1.4電路的等效變換?

例1.6解：表頭電壓為串聯(lián)電阻承受的電壓為：分壓電阻

R

為：1.4電路的等效變換?

電阻的并聯(lián)1.4電路的等效變換?

例1.7如圖所示電路，求電路中電流i

和i1。1.4電路的等效變換?

例1.7如圖所示電路，求電路中電流i

和i1。解：（1）先計(jì)算3Ω電阻和6Ω電阻并聯(lián)的等效電阻：（2）再計(jì)算12Ω電阻和（4Ω串聯(lián)2Ω）電阻并聯(lián)的等效電阻：（3）然后計(jì)算總電流i：1.4電路的等效變換?

例1.7如圖所示電路，求電路中電流i

和i1。（4）最后計(jì)算電流

i1：由題圖可知，i1=i2-i31.4電路的等效變換?

電阻的三角形連接和星形連接△連接(π形連接)星形連接1.4電路的等效變換?

△→Y等效變換?等效變換的條件

?對(duì)外部電路的特性相同。

?當(dāng)它們的對(duì)應(yīng)結(jié)點(diǎn)間有相同的電壓U12、U23、U31時(shí)，從外電路流入對(duì)應(yīng)結(jié)點(diǎn)的電流I1、I2、I3也必須分別相等。1.4電路的等效變換?

△→Y等效變換?等效變換公式當(dāng)Y連接的3個(gè)電阻相等，即R1=R2=R3=RY，1.4電路的等效變換?

例1.8如圖所示電路，求電路的輸入端等效電阻RAB。解：把圖（a）中虛線框中的3個(gè)3Ω電阻組成的△網(wǎng)絡(luò)，變換為圖（b）虛線框中的Y電阻網(wǎng)絡(luò)，即將△網(wǎng)絡(luò)中的3個(gè)3Ω電阻替換為Y網(wǎng)絡(luò)中的3個(gè)1Ω電阻，需要注意的是，3個(gè)端點(diǎn)的位置應(yīng)保持不變，如果中的①、②、③所示。對(duì)（b），利用電阻串、并聯(lián)公式，可求出RAB：1.4電路的等效變換1.4電路的等效變換二、電壓源與電流源的等效變換?

實(shí)際電源的兩種模型電壓源電流源電流源電流的流出端應(yīng)與電壓源的正極性端相對(duì)應(yīng)。1.4電路的等效變換?

例1.8試用電源等效變換的方法求出圖（a）所示電路中的電流I。1.5基爾霍夫定律PART051.5基爾霍夫定律（Kirhhoff’sCurrentLaw）一、常用電路名詞?

支路

電路中具有兩個(gè)端子、通過同一電流的每條分支。

至少含有一個(gè)元件。

如：afc、ab、bc、aeo、bo、cdo1.5基爾霍夫定律（Kirhhoff’sCurrentLaw）一、常用電路名詞?

結(jié)點(diǎn)

3條或3條以上支路的連接點(diǎn)。

如：a、b、c、o點(diǎn)1.5基爾霍夫定律（Kirhhoff’sCurrentLaw）一、常用電路名詞?

回路

由若干條支路組成的閉合路徑。

如：abcfa、aboea、bcdob、abcdoea、afcdoea1.5基爾霍夫定律（Kirhhoff’sCurrentLaw）一、常用電路名詞?

網(wǎng)孔

內(nèi)部不包含支路的回路。

如：abcfa、aboea、bcdob1.5基爾霍夫定律（Kirhhoff’sCurrentLaw）二、基爾霍夫電流定律（KCL）?KCL內(nèi)容

任一時(shí)刻，流入電路任一結(jié)點(diǎn)的電流代數(shù)和恒等于零。

電路中任一結(jié)點(diǎn)，在任一時(shí)刻，流入結(jié)點(diǎn)的電流總和等于流出結(jié)

點(diǎn)的電流和。

?流入結(jié)點(diǎn)的電流在代數(shù)和中取正（“+”）。

?流出結(jié)點(diǎn)的電流在代數(shù)和中取負(fù)（“-”）。

可以從結(jié)點(diǎn)推廣到任一假設(shè)的閉合面（廣義結(jié)點(diǎn)）。?

例1.9在圖示電路中，已知I1=6A，I2=-4A，I3=-2A，I4=2A，求I5。解：根據(jù)KCL列方程，若電流參考方向?yàn)榱魅虢Y(jié)點(diǎn)a的，則取“+”，流出結(jié)點(diǎn)a的，則取“-”，有I1-I2-I3+I4-I5=0，將具體數(shù)值代入，得6-（-2）-（-3）+2-I5=0，則I5=13（A）1.5基爾霍夫定律（Kirhhoff’sCurrentLaw）在圖示電路中，已知I1=6A，I2=-4A，I3=-2A，I4=2A，求I5。1.5基爾霍夫定律（Kirhhof