电路的基本概念和基本定律.ppt

教学课件 电路分析 江阴职业技术学院 电工电子基础教研室 电路分析 第一章 电路的基本概念和基本定律 第二章 直流电阻电路 第四章 耦合电感和谐振电路 第三章 正弦电流电路 第五章 三相正弦电路 第六章 非正弦周期电流电路 第八章 非线性电阻电路 第九章 磁路和铁心线圈电路 第七章 线性电路过渡过程的时域分析 第一章 电路的基本概念和基本定律 1 1电路和电路模型 一 电路 电路是指为了某种需要由一些电气器件按一定方式连接起来的电流通路 电路的作用 实现电能的传输和转换 电路的组成 电源 负载 传输环节 把其它形式的能转换成电能 并将电能提供给电路 把电能转换成其它形式的能 用于传输电能 电源 负载 传输环节 2 二 理想电路元件 电路和电路模型 每一种电路元件体现某种基本现象 具有某种确定的电磁性能和数学定义 电阻元件 消耗电能 把电能转换成热能 电感元件 建立磁场并能存储磁场形式的能 电容元件 建立电场并能存储电场形式的能 电压源 向电路提供恒定的或按某种规律变化的电压 电流源 向电路提供恒定的或按某种规律变化的电流 无源元件 有源元件 电路元件 三 电路模型 实际电路中的每一个电气器件都可用一个或若干个电路元件模拟并经理想导体 电路模型简称为电路 连接起来构成电路模型 3 四 有关电路的一些名词 电路和电路模型 串联 一些两端元件成串相连 中间没有分支 并联 一些两端元件一端连在一起 另一端 也连在一起 结点 三个或三个以上元件的连接点 支路 两个结点之间的电路 回路 电路中的任一闭合路径 网孔 中间不含支路的回路 支路电流 流过支路的电流 支路电压 支路两端的电压 3 1 2 6 7 8 9 4 5 1 2电路的主要物理量 一 电流及其参考方向 1 电流 通过某处的电荷量与所需时间之比 方向 正电荷运动的方向 直流电流 大小和方向不随时间变动 交变电流 周期性变动且平均值为零 单位 安 A 2 电流的参考方向 a b 若电流为正值 电流的方向与参考方向相同 若电流为负值 电流的方向与参考方向相反 i iba iab 2 电路的主要物理量 二 电压 电位 电动势及其参考方向 电场力把单位正电荷从a点移到b点所作的功称为a b两点的电压 1 电压 方向 电位降低的方向 2 电位 电路中任意一点到参考点的电压称为该点的电位 用 表示 电压与电位的关系 a b两点之间的电压等于这两点的电位差 例如图中uab 5V ub0 3V 选0为参考点 0 0 则 b ubO 3V a uab b 5 3 8V a uao ubo 3 电路的主要物理量 3 电动势 在电源中 电源力把单位正电荷从电源负极移到电源正极所作的功 方向 电位升高的方向 电荷增加的电能 用符号e表示 e 4 电压 电位 电动势的单位 伏 V 5 电压 电位 电动势的参考方向 用参考极性表示 e 用箭头表示 用双下标表示 选择电动势与电压参考方向相反时 u e 选择电动势与电压参考方向相同时 u e uab 4 6 使用参考方向要注意的几个问题 电路的主要物理量 参考方向是人为规定的电压 电流数值为正的方向 在分析电路时需先 规定参考方向 参考方向一经规定 在整个分析计算过程中不可变动 不表明参考方向时 电压或电流的正值或负值没有意义 参考方向选择的相反时 电压或电流计算结果差一个负号 实际结果相同 电压与电流的参考方向可分别独立规定 为分析方便可选为关联参考方向 a a b b uab 图 a 中u 7V 比较a b两点的电位 b点电位比a点高7V 图 b 中uab 4V 比较a b两点的电位 a点电位比b点低4V a b 5 三 电功率和电能 电路的主要物理量 1 电功率 在电路中 电场力把正电荷dq从一点移到另一点 若两点间电压为u 电场力作的 电场力单位时间里作的功称为电功率 简称为功率 直流时 P UI 计算时 若取关联参考方向P UI 若取非关联参考方向P UI 计算结果P 0 表示吸收功率 P 0 表示发出功率 2 电能 从t0到t时间内 电路吸收 消耗 的电能 直流时 3 额定值 各种电气器件都有一定的量值限额 称为额定值 功为 电路的主要物理量 例题 例1图示直流电路 U1 4V U2 8V U3 6V I 2A 求各元件吸收的功率 P1 P2和P3 并求整个电路的功率 P3 P2 P1 解 P1 U1I1 4 2 8W 吸收8W P2 U2I2 8 2 16W 吸收16W P3 U3I3 6 2 12W 发出12W P P1 P2 P3 8 16 12 12W 各元件的功率 电路的总功率 例2已知某实验室有额定电压220V 额定功率100W的白炽灯12盏 今有额定 电压220V 额定功率2kw的电炉两台 都在额定状态下工作 求总功率 总 电流和在2h内消耗的总电能 总功率 P 100 12 2000 2 5200W 5 2kw 总电流为 总电能为 W Pt 5 2 2 10 4kwh 一 基尔霍夫电流定律 a i1 i4 i5 i3 i2 任何时刻 电路中任一结点所连接的各支路电流的代 代和恒等于零 数学表达式为 如果流入结点的电流取正号 那么流出结点的电流取负号 基尔霍夫电流定律的推广 N2 通过任一封闭面的电流的代数和为零 两部分电路之间只有一条导线相连 通过导线的电流i必然为零 1 3基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 二 基尔霍夫电压定律 2 沿任一回路的各支路电压的代数和恒等于零 支路电压的参考方向与回路绕行方向相同时 电压取正号 反之电压取负号 基尔霍夫电压定律的推广 基尔霍夫电压定律可用于电路中的假想回路 例题 基尔霍夫定律 求图示电路中的u1和u2 解 对左边的回路 对右边的回路 u2也可通过外边的回路求出 1 4电阻元件 一 电阻元件 二 欧姆定律 符号 R u iR 伏安特性曲线 单位 电导 单位 S 西门子 G R G R 线性电阻元件 2 三 短路和开路 电阻元件 1 短路电路中两点间R 0 G 电流为有限值时u 0 电路中两点间用理想导体 电阻为零 连接时 形成短路 2 开路电路中两点间R 电压为有限值时i 0 四 线性电阻元件吸收 消耗 的功率 电阻元件从t1到t2时间内转换成热能也就是这段时间内吸收的电能 电阻元件通过直流时 电阻元件是耗能元件 例题 例1 6有一个500 电阻 流过它的直流电流为50mA 问电阻电压是 多少 消耗的功率是多少 每分钟产生多少热量 解 电阻电压为 U RI 500 50 10 3 25V P UI 25 50 10 3 1 25W Q Pt 1 25 60 75J 例1 7有一个100 0 25W的碳膜电阻 使用时电流不能超过多大数 值 能否接在50V的电源上使用 使用时电流不能超过50mA 电压不能超过5V 不能接在50V的电源上使用 消耗的功率为 每分钟产生的热量为 解 1 5电压源 一 理想电压源 理想电压源是两端理想电路元件 理想电压源简称为电压源 电压源的性质 1 电压为给定值或给定的时间函数 与通过它的电流无关 2 电压源的电流是由电压源和它所连接的外电路共同决定 图形符号 US 电流为零时电压源开路 计算电压源的功率 a b a b 伏安特性曲线 2 4 4A 2A 2 二 由电压源构成的实际直流电源模型 电压源 R RS U US U US RSI UOC ISC 实际电压源电压与电流的关系 d c b a a b 伏安特性曲线 c a b端开路 I 0 U US UOC UOC称为开路电压 d a b端短路 U 0 I ISC US RS ISC称为短路电流 电源内阻 实际电压源内阻越小 越接近理想 电压源 实际电压源不允许短路 RS a a b b U 0 例题1 电压源 例1 9某直流电源的开路电压为12V 与外电阻R接通 用电压表测得R两端的 电压U 10V 流过R的电流I 5A 求电阻R及电流源内阻RS 解 解 例1 10计算直流电源的电路在开关断开与闭和两种情况下的电压Uab和Ucd 开关断开时 Uab 6V Ucd 0 开关闭合时 例题2 例1 11直流电源电路中 已知I 2A R 3 US 4V 试计算Uab 电压源 和电路各段功率 解 电阻R吸收的功率为 电压源的功率为 整个支路的功率为 吸收功率 1 6电流源 一 理想电流源 理想电流源是一个两端理想电路元件 理想电流源简称电流源 电流源的性质 1 电流源的电流是给定的时间函数 与电压无关 2 电流源的电压是由电流源和它相连的外电路共同决定 图形符号 伏安特性曲线 IS 电压为零时电流源短路 计算电流源的功率 P 2 2 4W 电流源发出功率 4 U 20V 30V 6 2 二 由电流源构成的实际直流电源模型 电流源 a b I IS GSU U 0 R GS GS GS a a b b UOC ISC d c b a 实际电流源电压与电流的关系 a b 伏安特性曲线 c a b端开路 d a b端短路 实际电流源内导越小 越接近理想 电流源 实际电流源不允许开路 例题 电流源 求电流I及电压U 解 例1 13计算图示电路中5 电阻的电压U2和电流源的电压U1 解 1 7单回路电路分析 电路中各电压和电流既要满足元件的约束关系 VCR 又要满足 例1直流电源电路中 已知US1 15V US3 6V R1 0 2 R2 3 7 R3 0 1 R4 5 求电流I和Uac 解 拓扑约束关