电路及磁路第一章PPT课件

电路及磁路,（第四版）朱晓萍姜竹楠制作,第三章非线性电阻电路,第四章正弦电流电路,第五章耦合电感和谐波电路,第六章三相电路,第七章非正弦周期电流电路,第八章二端口网络,第九章线性电路过渡过程的时域分析,电路及磁路,第一章电路的基本概念和基本定律,第二章电阻电路,第十章均匀传输线的正弦稳态分析,第十一章磁路和铁心线圈电路,第一章电路的基本概念和基本定律,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。,1.1电路和电路模型,内容提要,1.电路和电路的主要物理量及其参考方向；2.独立电源、受控源和电阻元件；3.欧姆定律、基尔霍夫定律。,一电路,第一章电路的基本概念和基本定律,电路的组成,电源:提供电能或发出电信号的设备,负载:消耗电能或接收电信号的装置,中间环节：电源和负载中间的连接部分,电路模型,第一章电路的基本概念和基本定律,电路的作用,实现电能的传输、分配与转换,实现信号的传递与处理,第一章电路的基本概念和基本定律,二理想电路元件,组成电路的实际电气器件往往比较复杂，其电磁性能的表现可能是多方面交织在一起的。为研究方便将实际器件加以理想化，即只考虑起主要作用的某些电磁现象，而将其它现象忽略。,电阻元件：只表示消耗电能的元件。,电感元件：反映电路周围存在着磁场而可以储存磁场能量的元件。,电容元件：反映电路及其附近存在着电场而可以储存电场能量的元件。,集总参数元件：每一种元件只表示一种基本现象。在任何时刻，从具有两个端钮的理想元件的某一端钮流入的电流恒等于从另一端钮流出的电流，并且元件两个端钮间的电压值也是完全确定的。,第一章电路的基本概念和基本定律,由理想化的集总元件构成的电路模型。简称电路。,三电路模型,四有关电路的一些名词,串联和并联：一些二端元件成串相连、中间没有分支时称为串联；一些二端元件的两个端钮分别连在一起时称为并联。,支路和结点：一个或几个二端元件串联成的分支作为一条支路。三条或三条以上支路的连接点称为结点。如上图有3条支路，两个结点。,第一章电路的基本概念和基本定律,回路和网孔：由一条或几条支路组成的闭合路径称为回路。平面电路图中，在回路内部不另含有支路的回路称为网孔。如上图有3个回路，2个网孔。,1.2电路的主要物理量,一电流及其参考方向,电流：带电粒子的有秩序运动形成电流。,交流（AC）：,直流（DC）：,方向：规定正电荷运动的方向为电流的方向。,电流的SI单位：安（培），符号：A。,第一章电路的基本概念和基本定律,含义：如果1秒内通过导体横截面的电量是1库仑（C），则该导体中的电流为1安（A）。常用单位：毫安（mA），微安（A）。,换算关系：,电流的参考方向：任意规定某一方向作为电流数值为正的方向。,参考方向表示符号：,双下标，如图（c）。箭头，如图(a)。,第一章电路的基本概念和基本定律,参考方向与实际方向的关系：若电流为正，则电流实际方向与参考方向一致；若电流为负，则电流实际方向与参考方向相反，如图（a）、(b)所示。,二电压、电位、电动势及其参考方向,电压：电路中a、b两点间的电压为单位正电荷在电场力的作用下由a点转移到b点时减少的电能，即。,方向：电压的方向是电位降低的方向。,电压的SI单位：伏（特），符号：V。,常用单位：千伏（kV），毫伏（mV）。,换算关系：,第一章电路的基本概念和基本定律,电位：若任取一点o作为参考点，则由某点a到参考点o的电压称为a点的电位，用表示。,电压与电位的关系：a、b两点间的电压等于这两点电位之差，即,电动势：单位正电荷在电源力的作用下转移时增加的电能，用符号表示，即,电位的SI单位：伏（特），符号：V。,第一章电路的基本概念和基本定律,当电压和电动势的量值与方向都不随时间而变化时，称为直流电压和直流电动势，分别用符号和表示。,注意：,参考方向一经规定，在整个分析计算过程中就必须以此为准，不能变动。不标参考方向的电流或电压是没有意义的。参考方向可以任意规定而不影响计算结果。电流和电压参考方向可以分别独立地规定。关当元件的电流与电压参考方向一致时，称为关联参考方向，反之，则为非关联参考方向。,第一章电路的基本概念和基本定律,三电功率和电能,电功率（功率）：电能转换的速率，即,功率的SI单位：瓦（特），符号：W。,含义：元件端电压为1V，通过电流为1A时，则该元件吸收功率为1W。常用单位：兆瓦（MW），千瓦（kW），毫瓦（mW）。,换算关系：,第一章电路的基本概念和基本定律,电能,从到时间内，电路吸收的电能（量）为,直流时,电能的SI单位：焦（耳），符号：J。,含义：1焦等于功率为1W的用电设备，在1s内消耗的电能。实用上还采用千瓦小时（kWh）作为电能的单位。,第一章电路的基本概念和基本定律,解：元件1电压、电流为关联参考方向，故,元件2、3电压、电流为非关联参考方向，故,整个电路的功率为,第一章电路的基本概念和基本定律,1.3基尔霍夫定律,一基尔霍夫电流定律(Kirchhoffscurrentlaw/KCL),i=0,内容：在集总参数电路中，任何时刻流入或流出任一节点的所有支路电流的代数和等于零，即,(a),由KCL得图（a）电流关系为,广义结点,第一章电路的基本概念和基本定律,KCL的推广,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。即任何时刻，对于一个封闭面流入或流出的电流代数和等于零。,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。,由KCL的推广得图（b）电流关系为,二基尔霍夫电压定律(Kirchhoffsvoltagelaw/KVL),内容：在集总参数电路中，任何时刻沿任一回路所有支路电压的代数和等于零，即,u=0,第一章电路的基本概念和基本定律,根据KVL，并沿顺时针方向，可以列出右图的电压方程为,即为,一般式为,第一章电路的基本概念和基本定律,结论：绕行方向与电流方向一致时，该项前取“+”号，相反时取“-”号；经过电压源时从“+”到“-”时，该项前取“+”号，否则取“-”号。,若将电阻压降和电源压降分别写在等式两边，则在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循环一周，在这个方向上电源的电位升之和等于电阻的电压降之和。,KVL的推广,电压定律可以推广运用于电路中的假想回路。例图中开口电压可按回路处理，故列方程为,第一章电路的基本概念和基本定律,注意：,列方程前标注回路绕行方向；,应用U=0列方程时，如果规定电压降取正号，则电位升就取负号。,1.4电阻元件,一电压电流关系(voltage-currentrelationship/VCR),在u-i坐标平面上表示元件电压电流关系（VCR）的曲线称为伏安特性曲线。,线性电阻：伏安特性曲线是通过原点的直线的电阻。其表达式为,第一章电路的基本概念和基本定律,欧姆定律：它是反映电路中电能损耗的电路参数，其定义为,(u与i关联参考方向时),(u与i非关联参考方向时),令则有,G称为电阻元件的电导。其SI单位是西门子（S）。,电阻的SI单位是欧（姆），符号。,开路和短路,开路：若线性电阻为无限大，则当电压是有限值时，其电流总是零，这时称它为开路。,第一章电路的基本概念和基本定律,短路：若线性电阻为零，则当电流是有限值时，其电压总是零，这时称它为短路。,线性电阻元件吸收（消耗）的功率,在电压和电流的关联方向下，任何时刻线性电阻元件吸收的电功率为,如电阻元件把吸收的电能转换成热能，即从到时间内，电阻元件吸收（消耗）的电能为,（焦耳定律）,第一章电路的基本概念和基本定律,1.5独立源,一理想电压源,电压源的两个基本性质,它的电压是给定值或给定的时间函数，与流过的电流无关；,它的电流是与相连的外电路共同决定的。,电压源的符号及伏安特性,第一章电路的基本概念和基本定律,二由理想电压源构成的实际直流电压源模型,实际电压源模型及其伏安关系,*电源内阻越小，就越接近于理想电压源。,第一章电路的基本概念和基本定律,三种工作状态,、端开路，称为开路电压；,、端短路，称为短路电流；,、端接负载，或。,三理想电流源,电流源的两个基本性质,它的电流是给定值或给定的时间函数，与电压无关；,它的电压是与相连的外电路共同决定的。,第一章电路的基本概念和基本定律,电流源的符号及伏安特性,四由理想电流源构成的实际直流电流源模型,实际电流源模型及其伏安关系,第一章电路的基本概念和基本定律,*电源内阻越小，就越接近于理想电流源。,三种工作状态,、端开路，；,、端短路，；,、端接负载，或。,1.6受控源,受控源：受电路中另一部分的电压或电流控制的电源。受控源是一个二端口元件，用菱形符号表示。受控源有以下四种类型：,.,28,第一章电路的基本概念和基本定律,.,29,第一章电路的基本概