电路的基本概念和基本定律.ppt

1 电工技术 教师 李伟民 2 一 电能的应用电能应用在工业 农业及国民经济各个部门 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 3 二 课程的目的目的 获得电的基本理论知识 为今后的学习和就业打下基础 三 学习方法1 课前预习 带问题听课2 上课要做笔记3 及时复习并做作业4 理论联系实际 勇于实践四 考核要求作业和考勤30 期末考试70 4 第1章电路的基本概念与基本定律 5 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 6 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 7 电路的组成 8 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 9 2 信号的传递和处理 放大器 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 10 将实际元件理想化 由理想化的电路元件组成的电路 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 11 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 12 二 理想电源元件 1 理想电压源 恒压源 13 2 理想电流源 恒流源 14 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 15 1 3电压和电流的参考方向 电路中的箭头方向为电压与电动势和电流的参考方向 16 电路中物理量的正方向 物理量的正方向 17 物理量的实际正方向 18 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 19 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 关联正方向 关联正方向 20 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 电动势和电压的关系 电压与电动势规定正方向相反时 E U 21 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 U E 22 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 23 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 24 例 已知 E 2V R 1 求 当Uab分别为3V和1V时 IR 25 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 26 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 27 例 关联正方向 非关联正方向 28 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 29 注意 用欧姆定律列方程时 一定要在图中标明正方向 例 30 广义欧姆定律 支路中含有电动势时的欧姆定律 当Uab E时 I 0表明电流方向与图中假设方向一致当Uab E时 I 0表明电流方向与图中假设方向相反 31 1 5电路的工作状态 开路 短路和有载工作 受控电源 32 1 5 1电源有载工作 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R R0时 U E 一 电压和电流 33 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 IR0 34 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PE 电源产生的功率 P 电源内阻上消耗的功率 功率平衡方程式 35 在U I正方向选择一致的前提下 吸收功率 负载 发出功率 电源 若P UI 0 若P UI 0 三 电源与负载的判别 36 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 则说明U I的实际方向相反 此部分电路发出电功率 为电源 如果假设U I正方向一致 电源有时发出功率 有时消耗功率 当计算的电源功率PE 0时 则电源消耗功率 为负载 当计算的电源功率PE 0时 则电源发出功率 为电源 37 例 P UI 10W 0 发出功率 是电源 P UI 10W 0 消耗功率 是负载 P UI 10W 0 发出功率 是电源 38 四 额定值与实际值 额定值 制造厂为了使电子设备能在给定的工作条件下正常运行而规定的正常允许值 UN IN PN 使用时 电压 电流 功率的实际值不一定等于额定值 39 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 40 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U0等于电源电动势E 二 开路 断路或空载 电路特征 I 0 U 0U0 E PE P 0 其中 PE EI P UI 41 三 短路 U 0I 0 P 0 电路特征 42 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 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 43 支路 ab ad 共6条 回路 abda bcdb 共7个 结点 a b 共4个 例 44 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 1 6 1基尔霍夫电流定律 KCL 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 45 电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面 广义结点 I1 I2 I3 I 0 基氏电流定律的扩展 I 46 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 47 例如 回路a d c a 注意 与循行方向相同为正 反之为负 48 基氏电压定律也适合开口电路 例 由 得 49 50 网孔 网孔 51 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