电路的基本概念和基本定律课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,电 工 技 术,电 工 技 术,一、电能的应用,电能应用在工业、农业及国民经济各部门，在日常生活中也是不可缺少的。,绪论,1.,电能的优越性,（,1,）便于转换,（,2,）便于传输,（,3,）便于控制,2.,不足之处,难于储存,绪论1. 电能的优越性 （1）便于转换 2. 不足之处,二 、课程的目的和学习方法,目的,获,得电的基本理论知识，为,今后的学习和工程技术研究打下基础。,方法,掌,握好物理概念（多看参考,书）；多做习题。,三 、使用教材,秦曾煌主编,电工学,第五版,上册,电工技术,高等教育出版社出版,二 、课程的目的和学习方法三 、使用教材,第,1,章,电路的基本概念与基本定律,第 1 章,1-1,电路的作用与组成部分,电路,电流流经的闭合路径（由电工设备和元件,组成）。,一,.,电路的组成,电,源（信号源）,中间环节,负载,二,.,电路的作用,传,输和转换电能；,传递和处理信号。,1-1 电路的作用与组成部分 一. 电路的组成,电源：,将非电能转换成电能的装置,(,干电池,蓄电池,发电机,),或,信号源。,中间环结：,把电源与负载连接起来的部分,(,连接导线,开关,),负载：,将电能转换成非电能的用电设备,(,电灯,电炉,电动机,),一,.,电路的组成：,电源：将非电能转换成电能的装置(干电池,蓄电池,发电机)或信,电池,灯泡,E,I,R,U,+,_,负载,电源,电路的组成,电池灯泡EIRU+_负载电源电路的组成,二,.,电路的作用,1.,电能传输和转换,发电机,升压变压器,降压变压器,电灯电炉,热能,水能,核能转电能,传输分配电能,电能转换为光能,热能和机械能,二. 电路的作用1. 电能传输和转换发电机升压变压器降压变,2.,信号的传递和处理,放大器,话筒,扬声器,将语音转换为电信号,(,信号源,),信号转换、放大、信号处理,(,中间环节,),接受转换信号的设备,(,负载,),2. 信号的传递和处理放大器话筒扬声器将语音转换为电信号(信,将实际元件理想化，,由理想化的电路,元件,组成的电路。,E,I,R,U,+,_,例如：,理想化导线,理想化元件,今后我们分析的都是,电路模型，,简称,电路。,1-2,电路的模型,理想化电源,将实际元件理想化，由理想化的电路EIRU+_例如：理想化导,电路模型,:,由理想元件组成的电路,.,（一）理想无源元件,(,线性元件,),1.,电阻,:,电路中,消耗电能的,理想元件,2.,电容,:,电路中,储存电场能,的理想元件,3.,电感,:,电路中,储存磁场能,的理想元件,线性电路,:,由线性元件和电源元件组成的电路,.,电路模型: 由理想元件组成的电路.（一）理想无源元件(线性,（二）理想电源元件,1.,理想电压源,恒压源,（二）理想电源元件1.理想电压源 恒压源,2.,理想电流源,恒流源,2.理想电流源恒流源,电路分析,在已知电路结构与元件参数情,况下研究电路,激励,与,响应,之间,的关系。,激励,推动电路工作的,电源的电压或电流,。,响应,由于,电源或信号源的,激励作用，,在,电路中,产生的电压与电流,。,电路分析在已知电路结构与元件参数情激励推动电路工作的电源,1-3,电压和电流的参考方向,I=0,+,_,R,U,E,S,U,0,R,0,b,a,电路中的箭头方向为电压与电动势和电流的,参考方向,.,1-3 电压和电流的参考方向I=0+_RUESU0R0ba,电路中物理量的正方向,(,参考方向,),物理量的,正方向,：,实际正方向,假设正方向,实际正方向,：,物理中对电量规定的方向。,假设正方向,（参考正方向）：,在分析计算时，为了解题方便，对物理量任意假设的参考方向。,电路中物理量的正方向(参考方向)物理量的正方向：实际正方向假,物理量的实际正方向,物理量的实际正方向,一、电流,电流方向,正电荷运动的方向,（实际方向）。,电流参考方向,任选一方向为电流正方向。,正值,负值,I,ab,= -,I,ba,例：,I,I,a,a,b,b,一、电流电流方向正电荷运动的方向（实际方向）。电流参考方向,二、电压,电压方向,由高电位端指向低电位端,（实际方向）,。,电压参考方向,任选一方向位为电压正方向。,电压表示方法：,U,+,-,U,a,b,U,ab,U,ab = -,U,ba,关联正方向：,U,I,关联正方向,U,I,非关联正方向,二、电压电压方向由高电位端指向低电位端（实际方向）。电压参,三、电动势,电动势的方向,电位升高的方向（实际方向）。,电动势的参考方向,任选一方向为电动势的正方向。,电动势的表示方法：,a.,箭头,b.,正负号,c.,双下标,电动势和电压的关系：,E,U,电压与电动势规定正方向相反时,E=U,E,U,电压与电动势规定正方向相同时,E= -U,三、电动势电动势的方向电位升高的方向（实际方向）。电动势的,由以上关系可以看出：,电压源,可由一个大小相等，,方向相反的,外加电压,表示。,例：,E,U,U,(,U=E,),由以上关系可以看出：电压源可由一个大小相等，例：EUU(U=,电路分析中的,假设,正方向,（参考方向）,问题的提出,：,在复杂电路中难于判断元件中物理量,的实际方向，电路如何求解？,电流方向,A,B,？,电流方向,B,A,？,E,1,A,B,R,E,2,I,R,电路分析中的假设正方向（参考方向）问题的提出：在复杂电路中难,(1),在解题前,先设定一个正方向,，作为参考方向；,解决方法,(3),根据计算结果确定实际方向：,若,计算结果,为,正,，则实际方向与假设,方向一致,；,若,计算结果,为,负,，则实际方向与假设,方向相反,。,(2),根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关,系的代数表达式并计算；,(1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法(3,例,已知：,E,=2V,R,=1,求： 当,U,ab,分别为,3V,和,1V,时，,I,R,=?,E,I,R,R,U,R,a,b,U,ab,解：,(1),假定电路中物理量的正方向如图所示；,(2),列电路方程：,例已知：E=2V, R=1E IRRURabUab解：(1,(3),数值计算,（,实际方向与假设方向一致,）,（,实际方向与假设方向相反）,E,I,R,R,U,R,a,b,U,ab,(3) 数值计算（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方,(4),为了避免列方程时出错，,习惯上,把,I,与,U,的方向,按相同方向假设,(,关联正方向）。,(1),方程式,U/I=R,仅适用于假设正方向一致的情况。,(2),“,实际方向”,是物理中规定的，而,“假设 正方向”,则,是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。,(3),在以后的解题过程中，注意一定要,先假定“正方向”,(,即在图中表明物理量的参考方向,),，,然后再列方程,计算,。缺少“,参考方向,”的物理量是无意义的,.,提示,(4) 为了避免列方程时出错，习惯上把 I 与 U 的方向(,I,R,U,R,a,b,假设,:,与 的方向一致,例,假设,:,与 的方向相反,I,R,U,R,a,b,关联正方向,非关联正方向,IRURab假设:例假设: IRURab关联正方向非关联正,1-4,欧姆定律,U,和,I,为关联正方向时：,U,和,I,为非关联正方向时：,线性电阻：,遵循欧姆定律的电阻，其阻值的,大小和电流电压无关。,1-4 欧姆定律 U和 I 为关联正方向时： U和,R,U,I,注意,：,用,欧姆定律列方程时，一定要在,图中标明正方向。,R,U,I,R,U,I,例：,RUI注意：用欧姆定律列方程时，一定要在RUIRUI例：,广义欧姆定律,(,支路中含有电动势时的欧姆定律,),当,U,ab,E,时，,I,0,表明方向与图中假设方向一致,当,U,ab,E,时，,I,E 时， I 0,1-5,电路的工作状态,（开路、短路和有载工作）,受控电源,（后面介绍）,理想电压源,电源,实际电源,理想电源,电压源,理想电流源,电流源,R,0,Is,U,0,E,+,_,U,0,R,0,E,（,R,0,=0,）,I,s,（,R,0,）,1-5 电路的工作状态（开路、短路和有载工作）受控电源（后面,1.5.1,电源有载工作,电路特征：,I = E/(R,0,+R),U = IR = E IR,0,P = P,E,-,P,将上式乘以,I,，得,（注意：电源输出的功率和电流由负载决定。）,上式表明：当,R,变化时，电源端电压变化不大，则此电源,带负载的能力强,。,当,RR,0,时,U,E,一、电压和电流,+,_,I,R,U,ab,E,S,R,0,a,b,1.5.1 电源有载工作电路特征： I = E/(R,电源的外特性曲线,表示电源端电压与输出电流之间的关系曲线，称为外特性曲线。,U = IR = E IR,0,I,U,0,E,IR,0,电源的外特性曲线 表示电源端电压与输出电流之间,二,.,功率与功率平衡,电源的,发出功率,=,负载的,取用功率,+,电源内阻上的,消耗功率,P,-,电源输出的功率,P,E,-,电源产生的功率,P,-,电源内阻上消耗的功率,I,U,E,+,_,R,a,b,S,R,0,功率平衡方程式：,二. 功率与功率平衡 电源的发出功率=负载的取用功率+电源,在,U,、,I,正,方向选择一致的前提下：,I,R,U,a,b,或,I,R,U,a,b,“,吸收功率”（负载）,“,发出功率”（电源）,若,P,=,UI,0,若,P = UI,0,根据能量守衡关系,P,（吸收）,=,P,（发出）,三,.,电源与负载的判别,在 U、 I 正方向选择一致的前提下： IRUab或I,当 计算的,P, 0,时,则说明,U,、,I,的实际方向一致，此部分电路,消耗电功率,，,为,负载,。,功率性质判断：,当计算的,P, 0,时,则电源消耗功率，为,负载,；,当,计算的电源功率,P,E, 0 时, 则说明 U、I 的实际方,例,I,U,U=10V,I= -1A,电路,I,U,U=-10V,I= 1A,电路,I,U,U=10V,I= 1A,电路,P=UI=-10W0,，,消耗功率，是负载。,P=-UI=-10W I,N,过载,I I,N,轻载,I = I,N,额定工作状态,四. 额定值与实际值 额定值: 制造厂为了,电器使用时的实际值不等于额定值的原因：,a.,电器受外界影响,如电压波动。,b.,负载变化时，电流、功率通常不一定处于,额定工作状态。,电器使用时的实际值不等于额定值的原因： a.电器受外界影响,开关,S,断开时，外电路的电阻无穷大,电流为零，电源的端电压,U,0,等于电源电动势,E,。,二、开路（,断路或空载,）,电路特征：,I = 0,U = 0 U,0,= E,P,E,= P = 0,I=0,+,_,R,U,E,a,b,S,U,0,R,0,（其中：,P,E,= E,I,、,P = UI,）,开关S断开时，外电路的电阻无穷大, 电流为零，电源的端电压U,三,.,短路,U=0 I=0,短路电流,P=0,电路特征：,+,-,E,+,-,0,R,U,Is,I=0,+,_,R,U,E,a,b,S,R,0,当,R,0,0,时，,Is,（烧毁电源）。,注意：,电压源不允许短路！,I,S,三. 短路U=0 I=0短路电流P=0电路特征：+,用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括,基氏电流,和,基氏电压,两个定律。,术语：,网孔：,不包含任何支路的回路,支路：,电路中的每一个分支,（一个支路流过一个电流）,结点：,三个或三个以上支路的联结点,回路：,电路中任一闭合路径,1-6,基尔霍夫定律,用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中,支路：,ab,、,ad,、, .,（共,6,条）,回路：,abda,、,bcdb,、, .,（共,7,个）,结点：,a,、,b,、, .,(,共,4,个）,例,I,3,E,4,E,3,_,+,R,3,R,6,+,R,4,R,5,R,1,R,2,a,b,c,d,I,1,I,2,I,5,I,6,I,4,-,支路：ab、ad、 .回路：abda、 bcdb、结点,对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于由结点流出的电流。,基氏电流定律的,依据,：电流的连续性, I =0,即：,I,1,I,2,I,3,I,4,例,或：,1.6.1,基尔霍夫电流定律,（,KCL), I,入,= I,出,即：,设：流入结点为正，流出结点为负。,在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为,0,。,对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于由结点流,电流定律,还可以扩展到电路的任意封闭面（,广义结点,）。,例,I,1,+I,2,=I,3,例,I=,0,基氏电流定律的扩展,I,=?,I,1,I,2,I,3,E,2,E,3,E,1,+,_,R,R,1,R,+,_,+,_,R,电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面（广义结点）。例I1+I,对电路中的任一回路，沿任意,循行方向,的各段电压的代数和等于零。,即：,1.6.2.,基尔霍夫电压定律,（,KVL,）,即：,在任一回路的,循行方向,上，电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。,E,、,U,和,IR,与,循行方向,相同为正，反之为负。,对电路中的任一回路，沿任意循行方向的各段电,例如： 回路,a,-,d,-,c,-,a,或：,注意：,与,循行方向相同为正， 反之为负。,I,3,E,4,E,3,_,+,R,3,R,6,+,R,4,R,5,R,1,R,2,a,b,c,d,I,1,I,2,I,5,I,6,I,4,-,其中,:U,S3,= - E,3,，,U,S4,= - E,4,例如： 回路 a-d-c-a或：注意：与循行方向相同为,基氏电压定律也适合开口电路。,例,由：,得：,E,+,_,R,a,b,U,ab,I,基氏电压定律也适合开口电路。例由：得：E+_RabUabI,例,a,I,1,I,2,E,2,+,-,R,1,R,3,R,2,+,_,I,3,#1,#2,#3,b,E,1,分析以下电路中应列几个电流方程？几个,电压方程？,例aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1分,基尔霍夫电流方程,：,结点,a,：,结点,b,：,独立方程只有 1 个,基尔霍夫电压方程,：,#1,#2,#3,独立方程只有 2 个,a,I,1,I,2,E,2,+,-,R,1,R,3,R,2,+,_,I,3,#1,#2,#3,b,E,1,网孔,网孔,基尔霍夫电流方程：结点a：结点b：独立方程只有 1 个基尔霍,设：电路中有,N,个结点，,B,个支路,N,=2,、,B,=3,b,R,1,R,2,E,2,E,1,+,-,R,3,+,_,a,小 结,独立的,结点电流方程,有,(,N,-1),个,独立的,回路（,网孔,）电压方程,有,(,B,-,N,+1),个,则：,（一般为网孔个数）,独立电流方程：,个,独立电压方程：,个,设：电路中有N个结点，B个支路N=2、B=3bR1R2E2E,求：,I,1,、,I,2,、,I,3,能否很快说出结果,？,1,+,+,-,-,3V,4V,1,1,+,-,5,V,I,1,I,2,I,3,求：I1、I2 、I3 ？1+-3V4V11+-5,电路中的电位,该,点与参考点（,零电位点,）之间的电压。,（,参考点通常用“接地”符号表示，但该点没有和大地相连。）,参考点选的不同，则各点的电位不同。,电流总是从高电位流向低电位。,例,1,1-7,电路中电位的概念及计算,-7V,3K,1K,A,S,1K,+6V,+8V,c,b,求：,A,点电位。,电路中的电位该点与参考点（零电位点）之间的电压。参考点,设,b,点为参考点：,V,b,=0,则：,V,A,=0,设,c,点为参考点：,V,c,=0,则：,S,断开时：,S,闭合时：,则：,-7V,3K,1K,A,S,1K,+6V,+8V,c,b,+,+,+,-,-,-,解：,将原图电路改画成上图所示电路。,-7V,3K,1K,A,S,1K,+6V,+8V,c,b,设b点为参考点：Vb=0则：VA=0设c点为参考点：,计算图中,A,点的电位。,解：,-24V,电源的正极在接地点上，,12,和,36,两 电阻串联，流过电流为：,I=24/,（,12+36,）,=0.5A,A,+12V,24,36,12,-24V,I,例,2:,方向向左再向下，故,A,点电位,V,A,=-I x12= -0.5x12 = - 6V,计算图中A点的电位。解：A +12V 24,在图（,a,）中求,A,点电位,V,A,解：将图（,a,）电路改画成（,b,）所示电路。,+50 V,R1,10,图（,a,）,R3,20,- 50 V,R2,5,A,例,3:,图（,b,）,50 V,I,1,R1,10,R3,20,R2,5,I,3,I,2,E,1,E,2,A,50 V,在图（a）中求A点电位VA解：将图（a）电路改画成（b）所示,解：根据,KCL,有,:,I,1,-I,2,-I,3,=0,根据,KVL,，对左边回路有,E,1,-I,1,R,1,=V,A,得：,对右边回路有,E,2,+V,A,=I,2,R,2,又,V,A,=I,3,R,3,，,I,3,=V,A,/ R,3,，,将各电流带入并整理得：,50 V,I,1,R1,10,R3,20,R2,5,I,3,I,2,E,1,E,2,A,50 V,解：根据KCL有: I1-I2-I3=0 对右边,第一章 结束,第一章 结束,59,以上有不当之处，请大家给与批评指正，谢谢大家！,59,