电路分析基础教学PPT.ppt

第1章电路分析基础 教学基本要求 1 了解电路的作用 理解电路模型和额定值的意义 2 理解电压源 电流源概念并掌握其等效变换方法 3 理解基尔霍夫定律 叠加原理和戴维南定理并掌握其应用 掌握支路电流法 学习重点 1 理解电压源 电流源概念并掌握其等效变换方法 2 理解基尔霍夫定律 叠加原理和戴维南定理并掌握其应用 掌握支路电流法 学习难点 1 掌握并应用戴维南定理 第1章电路分析基础 概述本章所讲述的电路分析知识对后续直流电路 交流电路 电机电路和电子电路都具有实用意义 请务必充分重视 第1章电路分析基础 1 1电路的基本概念 一 电路的组成电路是电流的通路 是为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的 直流电路 交流电路 根据电流性质分类 1 1电路的基本概念 电路组成部分 电源 负载 连接导线 电源 将其他形式的能量转换为电能的设备 1 1电路的基本概念 负载 将电能转换为其他能量的设备 导线 连接电路中的各种元器件 以便传送电能或传递电信号 二 电路元件和电路模型 电路中的电源和负载都是电路元件 对实际元件进行抽象理想化 突出其主要性质 忽略其次要因素 得到理想元件 由理想元件构成的电路就是电路模型 1 1电路的基本概念 三 电路的工作状态 三种工作状态 通路 开路 短路亦是电源的三种工作状态 有载 开路 短路 1 通路 电流 1 1电路的基本概念 很多情况下 电流的方向并不容易判断 因此 常常选用一个假定的电流方向作为参考方向 然后进行电路分析计算 若计算出的电流值大于零 i 0 则表示电流的实际方向和参考方向 假定方向 相同 反之 若电流值小于零 i 0 则表示电流实际方向与参考反向 假定方向 相反 注意 电流有方向 实际方向 电源高电位端流出 经负载后流入电源低电位端 1 1电路的基本概念 电压 电压有极性 也称方向 常用正 和负 表示 电压方向从正极到负极 亦可用箭头表示 若电压方向不易确定时 也可任意选择一个方向作为参考方向进行分析计算 若电压值大于零 则实际方向与参考方向相同 反之 相反 1 1电路的基本概念 端电压 电源两端的输出电压称为端电压 当电动势e一定时 电流i越大 则端电压u越小 其降低的程度取决于电源内阻r0 电源端电压与电流的关系反映了电源的外特性 常用曲线表示 1 1电路的基本概念 u i u e r0i 特殊情况 r0 0 特性曲线变为水平线 表明电源提供给外电路的端电压保持为电动势e不变 该电源称为理想电压源 理想电压源提供的电压没有内部损耗 2 开路 开路即是将电路断开 电路电流为0 i 0负载电压为0 u 0 电源端电压依然存在 并且u e r0i e 该电压称为开路电压 用u0表示 即u0 e 1 1电路的基本概念 3 短路 短路即是将电源两端直接相连 负载电流为0 ir 0电源直接形成回路电流 is e r0 由于电源内阻极小 所以短路电流is极大 导致电源损坏 因此常常采用各种措施避免短路事故发生 1 1电路的基本概念 小结 1 1电路的基本概念 通路时电压电流关系 u e ir0 开路时电压电流关系 u0 ei 0 短路时电压电流关系 u0 0is e r0 例 1 1电路的基本概念 某一电源 开路时 电压u0 12v 当电流为i 2a时 端电压u 11 8v 1 求电源电动势e 2 求电源内阻r0 3 求短路时的线路电流is 解 1 e u0 12v 2 r0 e u i 12 11 8 2 0 1 3 is e r0 12 0 1 120a 1 1电路的基本概念 四 电功率和电能 电气设备在单位时间内消耗的电能称为电功率 简称为功率 用p表示 单位瓦 特 w p ui 电气设备在工作时间内消耗的电能用w表示 w pt 1度电 1kw h 1000w h 1 2基尔霍夫定律 一 支路 结点 回路 支路 电路中的每一分支就是一条支路 结点 三条或三条以上支路相连接的点称结点 回路 一条支路或多条支路组成的闭合电路称回路 例 b和e 例 af be和cd 例 abefa abcdefa和bcdeb 二 基尔霍夫第一定律 基尔霍夫电流定律 kcl 对于电路中任一结点 在任一瞬间 流入结点的电流总和等于流出该结点的电流总和 表达式 在任一瞬时 一个结点上电流的代数和恒等于零 规定参考方向 流进结点的电流取正 流出结点的电流取负 反之亦可 1 2基尔霍夫定律 推广 基尔霍夫电流定律可应用于包围部分电路的任一假设的闭合面 结点a 结点b 结点c 1 2基尔霍夫定律 1 2基尔霍夫定律 例 解 如图所示直流电桥电路中 i1 10ma i2 20ma i3 15ma 电流参考方向如图中箭头所示 求其余支路电流 结点a 结点b 结点d 三 基尔霍夫第二定律 基尔霍夫电压定律kvl 从电路的任意一点出发 沿回路绕行一周回到原点时 在绕行方向上 各部分电位升的和等于各部分电位降的和 沿顺时针方向 并根据电压参考方向 1 2基尔霍夫定律 1 2基尔霍夫定律 a b 电位不变 b g 电位升高 g e 电位降低 e f 电位不变 f h 电位升高 h a 电位降低 1 2基尔霍夫定律 例 图中已知us1 6v us2 12v r1 10 r2 20 求电流i 解 在回路abefa中 以顺时针方向绕行一周 us1 r2i us2 r1i 电流实际方向与参考方向相反 1 2基尔霍夫定律 例 图中已知us1 6v us2 12v r1 10 r2 20 求电压ucd 解 上例中已求得电流i 0 2a 现在回路bcdeb中 以顺时针方向绕行一周 us2 r2i ucd 12 20 0 2 8v 电压实际方向与参考方向相同 ucd 补充内容 电位 两点间的电压又称电位差 电位是一个相对概念 单纯的电位没有意义 必须选取一个参考点 才能谈及电位 如图 uab 10v表示a点电位比b点电位高10v 参考点可任意选取 被选取的参考点是被作为一个标准 这个参考点的电位称为参考电位 通常设为零 参考点在电路图中标以 接地 符号 但并不是真正意义上的接地 作业 p10 思考题1 2 2 1 2 3 课间休息 1 3支路电流法 支路电流法是以基尔霍夫定律为基础的 用于分析复杂电路的一种有效方法 列方程时 必须先在电路图标出电流的参考方向 这个方向是任意的 求解过程 1 应用kcl 列出结点电流方程 n个结点列n 1个方程 2 应用kvl 列出回路电压方程 注意在列回路电压方程时 选用单孔回路 这样才能得到独立方程 1 3支路电流法 例 已知us1 10v us2 6v us3 30v r1 20k r2 60k r3 30k 求i1 i2和i3 解 结点ai1 i2 i3 0 左侧单孔回路 顺时针 r2i2 us1 r1i1 us2 右侧单孔回路 顺时针 r3i3 us2 r2i2 us3 结果见p12例1 7 1 4叠加定理 在有多个电源同时作用的线性电路里 任意支路中的电流 可以认为是由各个电源单独作用时分别在该支路中产生的电流的代数和 对于各个元件上的电压 也可以认识是由各个电源单独作用时分别在该元件上产生的电压的代数和 1 4叠加定理 一 电流叠加 1 4叠加定理 二 电压叠加 1 4叠加定理 二 电压叠加 1 4叠加定理 三 叠加定理的应用范围 1 只适用于线性电路 2 不能用于功率计算 3 方法有效 但有时过程复杂 1 4叠加定理 例 利用叠加定理求解r1支路的电流i1 已知r1 10 r2 20 r3 60 us1 60v us2 120v 解 1 4叠加定理 i1 1 5理想电压源和理想电流源 一 理想电压源 理想电压源 端电压是恒定值 与电流无关 理想电压源 1 5理想电压源和理想电流源 二 理想电流源 理想电流源 电流是恒定值 与电源端电压无关 理想电流源 is r i u 1 5理想电压源和理想电流源 三 实际电源的模型 1 实际电压源模型 理想电压源与内阻串联构成 实际电压源 us r i u r0 r0i ri u us ir0 1 5理想电压源和理想电流源 2 实际电流源模型 理想电流源与内阻并联构成 实际电流源 is r i u ri u ri u r ii 1 5理想电压源和理想电流源 四 实际电源两种模型的等效变换 实际电压源 us r i u r0 实际电流源 is r i u ri 等效条件r0 rius isri 1 5理想电压源和理想电流源 注意电源方向 电流源模型的电流流出端与电压源模型的正极相对应 1 5理想电压源和理想电流源 例1 11 us us 6v 1 5理想电压源和理想电流源 例1 12 求图中r3支路电流i3 作业 p16 思考题1 4 1p22 思