01电工(基本定律)

海南风光 第 1章 电路的基本概念与定律 第 1讲 第 2章 电路的分析方法 欢迎学习 电工技术 1. 掌握电路的基本原理及分析方法 , 为学习电子技术打下基础。 2. 学习交流电路的基本原理，掌握正确及 安全用电方法，培养工作技能。 3. 学习电动机的基本原理和控制技术。 4. 通过实验 , 学习各种实验室常规电子仪器 的使用方法 , 锻炼电工方面的动手能力。 第 1章 电路的基本概念与定律 1.1 电路中的物理量 1.2 电路元件 1.3 基尔霍夫定律 2.1 电压源和电流源的等效互换 2.2 支路电流法 第 2章 电路的分析方法 1.1 电路中的物理量 电池 灯泡 电流 电压 电动势 E I R U + _ 电源 负载 电路中物理量的正方向 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，对电量人为规定的方向。 物理量的实际正方向 物理量 单位 实际正 方向电流 I A 、 kA 、 mA 、 A正电荷移动的方向电动势 E V 、 kV 、 mV 、 V电源驱动正电荷的方向 ( 低电位 高电位 )电压 U V 、 kV 、 mV 、 V电位降落的方向 ( 高电位 低电位 )物理量正方向的表示方法 电池 灯泡 Uab _ + 正负号 a b Uab（ 高电位在前， 低电位在后） 双下标 箭 头 Uab a b 电压 + - I R 电流 ：从高电位 指向低电位。 I R Uab E + _ a b U + _ 物理量正方向的表示方法 I R Uab + _ a b U + _ 电压的正方向箭头和正负号是等价的 ,只用其中之一 . I R Uab a b 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 AB？ 电流方向 BA？ U1 A B R U2 IR (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； 规定正方向的情况下欧姆定律的写法 I与 U的方向一致 U = IR a I R U b I与 U的方向相反 U = IR a I R U b 规定正方向的情况下电功率的写法 功率的概念 ：设电路任意两点间的电压为 U ,流入此 部分电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的功率为 : I U P = 如果 U I方向不一致写法如何？ 电压电流正方向一致 a I R U b 规定正方向的情况下电功率的写法 a I R U b 电压电流正方向相反 P = UI 功率有正负？ 吸收功率或消耗功率（起负载作用） 若 P 0 输出功率（起电源作用） 若 P 0 电阻消耗功率肯定为正 电源的功率可能为正（吸收功率），也可能为负（输出功率） 功率有正负 电源的功率 I U a b + - P = UI P = UI I U a b + - 电压电流正方向不一致 电压电流正方向一致 含源网络的功率 I U + - 含源网络 P = UI 电压电流正方向一致 P = UI 电压电流正方向不一致 I U + - 含源网络 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 。 所以，从 P 的 + 或 - 可以区分器件的性质， 或是电源，或是负载。 结 论 在进行功率计算时， 如果假设 U、 I 正方向一致 。 当计算的 P 0 时 , 则说明 U、 I 的实际方向相反，此部分电路发出电功率， 为电源 。 伏 - 安 特性 i u c o n s tiuR=R i u u i c o n s tiuR=线性电阻 非线性电阻 (一 ) 无源元件 1. 电阻 R （常用单位： 、 k、 M ） 1.2 电路元件 2.电感 L： u i （单位： H, mH, H） 单位电流产生的磁链 iNL=线圈 匝数 磁通 电感中电流、电压的关系 dtdiLdtdNe =dtdiLeu =当 Ii =(直流 ) 时 , 0=dtdi 0=u所以 ,在直流电路中电感相当于短路 . iNL=u e i + + 3.电容 C uqC =单位电压下存储的电荷 （单位： F, F, pF） + + - - - - +q -q u i 电容符号 有极性 无极性 + _ dtduCdtdqi =电容上电流、电压的关系 uqC =当 Uu =(直流 ) 时 , 0=dtdu 0=i所以 ,在直流电路中电容相当于断路（开路） u i C 无源元件小结 理想元件的特性 （ u 与 i 的关系） L C R iRu =dtdiLu =dtduCi =U R1 R2 L C R1 U R2 U为直流电压时 ,以上电路等效为 注意 L、 C 在不同电路中的作用 1.电压源 (二 ) 有源元件 主要讲有源元件中的两种电源：电压源和电流源。 理想电压源 （恒压源） I US + _ a b Uab 伏安特性 I Uab US 特点 ： (1）无论负载电阻如何变化，输出电 压不变 （ 2）电源中的电流由外电路决定，输出功率 可以无穷大 恒压源中的电流由外电路决定 设 : U=10V I U + _ a b Uab 2 R1 当 R1 、 R2 同时接入时： I=10A R2 2 例 当 R1接入时 ： I=5A 则： RS越大 斜率越大 电压源模型 伏安特性 I U US U I RS + - US RL U = US IRS 当 RS = 0 时， 电压源 模型就变成 恒压源 模型 由理想电压源串联一个电阻组成 RS称为电源的内阻或输出电阻 理想电流源 （恒流源 ) 特点 ： （ 1）输出电流不变，其值恒等于电 流源电流 IS； a b I Uab Is I Uab IS 伏 安 特 性 （ 2）输出电压由外电路决定。 2. 电流源 恒流源两端电压由外电路决定 I U Is R 设 : IS=1 A R=10 时， U =10 V R=1 时， U =1 V 则 : 例 IS RS a b Uab I Is Uab I 外特性 电流源模型 RS RS越大 特性越陡 I = IS Uab / RS 由理想电流源并联一个电阻组成 当 内阻 RS = 时， 电流源 模型就变成 恒流源 模型 恒压源与恒流源特性比较 恒压源 恒流源 不 变 量 变 化 量 U + _ a b I Uab Uab = U （常数） Uab的大小、方向均为恒定， 外电路负载对 Uab 无影响。 I a b Uab Is I = Is （常数） I 的大小、方向均为恒定， 外电路负载对 I 无影响。 输出电流 I 可变 - I 的大小、方向均 由外电路决定 端电压 Uab 可变 - Uab 的大小、方向 均由外电路决定 第 2章 电路的分析方法 2.1 两种电源模型的等效互换 等效互换的条件：当接有同样的负载时， 对外的电压电流相等。 I = I Uab = Uab 即： I RS + - U b a Uab IS a b Uab I RS 等效互换公式 I RS + - U b a Uab ( ) R I R I R I I U S S s S s ab = = I = I Uab = Uab 若 Uab = U IRS 则 U IRS = R I R I S S s U = ISRS RS = RS Uab IS a b I RS 例：电压源与电流源的 等效互换举例 I 2 + - 10V b a Uab 5A a b I 10V / 2 = 5A 2 5A 2 = 10V U = ISRS RS = RS IS = U / RS 等效变换的注意事项 “等效”是指“对外”等效（等效互换前后对外伏 -安 特性一致）， 对内不等效。 (1) Is a RS b Uab I RL a US + - b I Uab RS RL IS = US / RS RS = RS 注意转换前后 US 与 Is 的方向 (2) a US + - b I RS US + - b I RS a Is a RS b I a Is RS b I (3) 恒压源和恒流源不能等效互换 a b I Uab Is a US + - b I (4) 进行电路计算时，恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均可等效变换。 RS和 RS不一定是电源内阻。 1 1 1 R U I = 3 3 3 R U I = R1 R3 Is R2 R5 R4 I3 I1 I 应 用 举 例 - + Is R1 U1 + - R3 R2 R5 R4 I=？ U3 (接上页 ) Is R5 R4 I R1/R2/R3 I1+I3 R1 R3 Is R2 R5 R4 I3 I1 I 4 5 4 R R R U U I d d + + = + Rd Ud + R4 U4 R5 I - - (接上页 ) IS R5 R4 I R1/R2/R3 I1+I3 ( ) ( ) 4 4 3 2 1 3 2 1 3 1 / / / / R I E R R R R R R R I I U S d d = = + = - + Is R1 U1 + - R3 R2 R5 R4 I=？ U3 代入数值计算 已知： U1=12V， U3=16V， R1=2， R2=4， R3=4， R4=4， R5=5， IS=3A 解得： I= 0.2A (负号表示实际方向与假设方向相反 ) - + Is R1 U1 + - R3 R2 R5 R4 I=？ U3 I4 UR4 + 计算 功率 I4 =IS+I=3 +(-0.2)=2.8A UR4 = I4 R4 =2.8 4=11.2V P = I UR4 =(-0.2) 11.2= - 2.24W 负号表示输出功率 R4=4 IS=3A I= 0.2A 恒流源 IS 的功率 如何计算 ? PIS= - 33.6W 10V + - 2A 2 I 讨论题 ?=IA32410A72210A5210=+=III哪 个 答 案 对 ? ? ? 1.3 基尔霍夫定律 （克希荷夫定律，克氏定律） 用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系 ,其中包括 克氏电流定律 和 克氏电压定律 两个定律。 名词注释： 节点： 三个或三个以上支路的联结点 支路： 电路中每一个分支 回路： 电路中任一闭合路径 支路：共 3条 回路：共 3个 节点： a、 b (共 2个） 例 #1 #2 #3 a I1 I2 U2 + - R1 R3 R2 + _ I3 b U1 I3 E3 _ + R3 R6 a b c d I1 I2 I5 I6 I4 例 支路：共 ？条 回路：共 ？个 节点：共 ？个 6条 4个 独立回路：？个 3个 有几个网眼就有几个独立回路 (一 ) 克氏电流定律 对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流之和等于由节点流出的电流之和。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为 0。 I1 I2 I3 I4 4231 IIII +=+克氏电流定律的 依据 ：电流的连续性 I =0 即： 例 或 ： 04231 =+ IIII流入为正 流出为负 电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。 例 I1+I2=I3 例 I=0 克氏电流定律的扩展 I=? I1 I2 I3 U2 U3 U1 + _ R R1 R + _ + _ R 广义节点 (二 ) 克氏电压定律 对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位降等于电位升。或，电压的代数和为 0。 例如： 回路 #1 1 3 3 1 1 U R I R I = + 电位降 电位升 即： 0= U#1 a I1 I2 U2 + -