资源描述
Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,第,1,章 电路的基本概念与基本定理,第,1,章 电路的基本概念与基本定律,1.1,电路的作用与组成部分,1.2,电路模型,1.3,电压和电流的参考方向,1.4,欧姆定律,1.5,电源有载工作、开路与短路,1.6,基尔霍夫定律,1.7,电路中电位的概念及计算,本章要求,:,1.,理解电压与电流参考方向的意义,;,2.,理解电路的基本定律并能正确应用,;,3.,了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解,电功率和额定值的意义,;,4.,会计算电路中各点的电位。,第,1,章 电路的基本概念与基本定律,1.1,电路的作用与组成部分,(1),实现电能的传输、分配与转换,(2),实现信号的传递与处理,1.,电路的作用,电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。,2.,电路的,组成部分,中间环节：,传递、分,配和控制电能的作用,电源,:,提供,电能的装置,负载,:,取用,电能的装置,直流电源,直流电源,:,提供能源,负载,信号源,:,提供信息,2.,电路的,组成部分,电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。,信号处理：,放大、调谐、检波等,1.2,电路模型,R,消耗电,能,(,电阻性,),产生,磁场,储存磁场能量,(,电感性,),忽略,L,R,例：,白炽灯通过电流,理想电路元件,：,电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。,L,电阻元件 电感元件 电容元件,在实际分析中，可将实际电路理想化，即在一定条件下突出主要的电磁性质,忽略起次要因素的影响,由一些理想元件组成电路模型。,手电筒的电路模型,干电池,导线,灯泡,例：,电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。,电路分析,是在已知电路结构和参数的条件下，讨论,激励,与,响应,的关系。,今后分析的都是指电路模型，简称电路。,手电筒电路,一、电流定义,带电粒子或电荷在电场力作用下的定向运动,形成电流。,单位时间内流过导体截面的电荷量定义为电流强度。,二、电流的单位,A,（安培）、,mA(,毫安）、,A,（微安）,1.3.1,电流,三、电流的实际方向,正电荷运动的方向。,(,客观存在）,R,i,a,b,电流的方向可用箭头表示,也可用字母顺序表示,(),1.3,电压和电流的参考方向,一、电位,定义：,电场力把单位正电荷从一点移到,参考点,所做,的功。,单位：,V,（伏特）、,kV,（千伏）、,mV(,毫伏）,1.3.2,电压,二、电压,电场力把单位正电荷,从一点移到另一点所,做的功。,单位：,定义：,V,（伏特）、,kV,（千伏）、,mV(,毫伏）,实际方向：,由,高,电位端,指向低,电位端,（电路中电位,参考点：,接地点，,V,o,=0,符号 或 ）,电源两端的电压,电动势正方向表示电位,升,电压正方向表示电位,降,E,U,E,U,A,B,A,B,结论：,当,电压的参考方向与电动势的参考方向相反时,当,电压的参考方向与电动势的参考方向相同时,1.3,电压和电流的参考方向,1.,电路基本物理量的实际方向,电流,I,、电压,U,和电动势,E,是电路的基本物理量。关于电压和电流的方向，有实际方向和参考方向之分。,习惯上规定,电压的实际方向：,由,高,电位端指向,低,电位端；,电流的实际方向：,正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向；,电动势的实际方向：,由,低,电位端指向,高,电位端。,电流的实际方向：,正电荷运动的方向,(,客观存在）,电流的参考方向：,任意假定,实际方向（,2A,）,参考方向,（,参考方向,与,实际方向,相同）,实际方向（,2A,）,参考方向,（,参考方向,与,实际方向,相反）,1.3.1,电流的参考方向,当参考方向与实际方向一致时，值为正。,当参考方向与实际方向相反时，值为负。,1.3,电压和电流的参考方向,1.3.2,电压的参考方向,电压实际方向：,由,高,电位端,指向低,电位端,(,客观存在）,电压的参考方向：,任意假定,A,B,如果,A,、,B,的实际电位为：,U,U=,4 V,A,B,U,U=-,4 V,注意：,1,.i,、,u,、,e,的参考方向可任意假定。但,一经选定,，分析过程中,不应改变,。,2.,电路中标出的方向一律指参考方向。,3,.,同一元件的,u,、,i,同方向，称为,关联参考方向,。,I,R,U,+,I,R,U,+,或,I,R,U,+,I,R,U,+,或,关联,参考方向,非关联,参考方向,(2),参考方向的表示方法,U,ab,双下标,电压：,(1),参考方向,I,在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。,2.,电路基本物理量的参考方向,正负极性,+,a,b,U,U,+,_,箭 标,a,b,R,I,注意：,在参考方向选定后,电流,(,或电压,),值才有正负之分。,电流：,1.4,欧姆定律,U,、,I,参考方向相同时,U,、,I,参考方向相反时,表达式中有两套正负号：,(1),式前的正负号由,U,、,I,参考方向的关系确定。,(2),U,、,I,值本身的正负则说明实际方向与参考方向,之间的关系。,通常取,U,、,I,参考方向相同。,U,=,I R,U,=,IR,解,:,对图,(a),有,U,=,IR,例,:,应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻,R,。,对图,(b),有,U,=,IR,电流的参考方向,与实际方向相反,电压与电流参,考方向相反,电路端电压与电流的关系称为伏安特性。,遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。,线性电阻的概念：,线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。,1.5,电源有载工作、开路与短路,开关闭合,接通电源与负载,负载端电压,U,=,IR,1.,电压电流关系,1.5.1,电源有载工作,(1),电流的大小由负载决定,(2),在电源有内阻时，,I,U,。,或,U,=,E,IR,0,当,R,0,R,时，则,U,E,，表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。,负载端电压,U,=,IR,1.5.1,电源有载工作,或,U,=,E,IR,o,UI,=,EI,I,2,R,o,P,=,P,E,P,负载,取用,功率,电源,产生,功率,内阻,消耗,功率,电源输出的功率由负载决定。,负载大小的概念,:,负载增加指负载取用的,电流和功率增加,(,电压一定,),。,1.,电压电流关系,2.,功率与功率平衡,R,3.,电源与负载的判别,U,、,I,参考方向不同，,P,=,UI,0,，,电源,；,P,=,UI,0,，,负载,。,U,、,I,参考方向相同，,P,=,UI,0,，,负载,；,P=UI,0,，,电源,。,(1),根据,U,、,I,的,实际方向判别,(2),根据,U,、,I,的,参考方向判别,电源：,U,、,I,实际方向相反，即电流从“,+”,端流出，,（发出功率）,负载：,U,、,I,实际方向相同，即电流从“,-,”,端流出。,（吸收功率）,例,:,已知,:,电路中,U,=220V,，,I,=5A,，内阻,R,01,=,R,02,=0.6,。,求,:(1),电源的电动势,E,1,和负载的反电动势,E,2,；,(2),说明功率的平衡关系。,解：,(1),对于电源,U,=,E,1,U,1,=,E,1,IR,01,即,E,1,=,U,+,IR,01,=220+5,0.6=223V,U,=,E,2,+,U,2,=,E,2,+,IR,02,即,E,2,=,U,IR,01,=220,5,0.6=217V,(2),功率的平衡关系,E,1,=,E,2,+,IR,01,+,IR,02,等号两边同时乘以,I,则得,E,1,I,=,E,2,I,+,I,2,R,01,+,I,2,R,02,代入数据有,223 5=217 5+5,2,0.6+5+5,2,0.6,1115W=1085W+15W+15W,电气设备的额定值,额定值,:,电气设备在正常运行时的规定使用值,1.,额定值反映电气设备的使用安全性；,2.,额定值表示电气设备的使用能力。,注意：,电气设备工作时的实际值不一定都等于其额定值，要能够加以区别。,电气设备的三种运行状态,欠载,(,轻载,),：,I I,N,，,P I,N,，,P P,N,(,设备易损坏,),额定工作状态：,I=I,N,，,P=P,N,(,经济合理安全可靠,),在,220V,电压下工作时的电阻,一个月用电,W,=,Pt,=60W,(3 30),h,=0.06kW 9,0h,=5.4kW.,h,例：,一只,220,V,60W,的白炽灯,接在,220,V,的电源上，试求通过电灯的电流和电灯在,220V,电压下工作时的电阻。如果每晚工作,3h(,小时,),，问一个月消耗多少电能,?,解,:,通过电灯的电流为,特征,:,开关 断开,I=,0,电源端电压,负载功率,U,=U,0,=E,P,=,0,电源外部端子被短接,特征,:,电源端电压,负载功率,电源产生的能量全被内阻消耗掉,短路电流,(,很大,),U,=,0,P,E,=,P=I,R,0,P,=,0,1.5.3,电源短路,1.5.2,电源开路,为防止事故发生，需在电路中接入熔断器或自动断路器，用以保护电路。,1.6,基尔霍夫定律,1,2,3,支路：,电路中的每一个分支。,一条支路流过一个电流，称为支路电流。,结点：,三条或三条以上支路的联接点。,回路：,由支路组成的闭合路径。,网孔：,内部不含支路的回路。,I,1,I,2,I,3,例,1,：,支路：,ab,、,bc,、,ca,、,（共,6,条）,回路：,abda,、,abca,、,adbca,（共,7,个）,结点,：,a,、,b,、,c,、,d,(,共,4,个）,网孔：,abd,、,abc,、,bcd,（共,3,个）,1.6.1,基尔霍夫电流定律,(,KCL,定律,),1.,定律,即,:,入,=,出,在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。,实质,:,电流连续性的体现。,或,:,=0,对结点,a,：,I,1,+,I,2,=,I,3,或,I,1,+,I,2,I,3,=0,基尔霍夫电流定律,（,KCL,）,反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。,电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。,2.,推广,I,=?,例,:,I,=0,I,A,+,I,B,+,I,C,=0,广义结点,在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。,1.6.2,基尔霍夫电压定律（,KVL,定律,),1.,定律,即：,U,=0,在任一瞬间,从回路中任一点出发,沿回路循行一周，则在这个方向上电压升之和等于电压降之和。,对回路,1,：,对回路,2,：,E,1,=,I,1,R,1,+,I,3,R,3,I,2,R,2,+,I,3,R,3,=,E,2,或,I,1,R,1,+,I,3,R,3,E,1,=0,或,I,2,R,2,+,I,3,R,3,E,2,=0,基尔霍夫电压定律,（,KVL,）,反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。,1,2,1.,列方程前,标注,回路循行方向；,电位升,=,电位降,E,2,=,U,BE,+,I,2,R,2,U,=0,I,2,R,2,E,2,+,U,BE,=0,2.,应用,U,=0,列方程时,，,项前符号的确定：,如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。,3.,开口电压可按回路处理,注意：,对回路,1,：,1,例：,对网孔,abda,：,对网孔,acba,：,对网孔,bcdb,：,I,6,R,6,I,3,R,3,+,I,1,R,1,=0,I,2,R,2,I,4,R,4,I,6,R,6,=0,I,4,R,4,+,I,3,R,3,E,=0,对回路,adbca,，沿逆时针方向循行,：,I,1,R
展开阅读全文