电工电子课件chapter01.ppt

1、电工学教研室,第 1 章 电路的基本概念基本定律,返回,1.1 电路的作用与组成部分 1.2 电路模型 1.3 电压和电流的参考方向 1.4 欧姆定律 1.5 电源有载工作、开路与短路 1.6 基尔霍夫定律 1.7 电路中电位的概念及计算,目 录,1.1.1 电路的作用 （1）电能的传输和转换 （2）信号的传递和处理 1.1.2 电路的组成 （1）电源 （2）负载 （3）中间环节,1.1 电路的作用与组成部分,返回,中间环节,负载,扩音机电路示意图,信号源 （电源,返回,电路元件的理想化,在一定条件下突出元件主要的电磁性质，忽略其次要因素，把它近似地看作理想电路元件,为什么电路元件要理想化,便

2、于对实际电路进行分析和用数学描述，将实际元件理想化（或称模型化,1.2 电路模型,返回,手电筒的电路模型,返回,电压和电流的方向,实际方向 参考方向,参考方向 在分析计算时人为规定的方向,1.3 电压和电流的参考方向,返回,物理量,单位,实际,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,电压,U,V,kV,mV,V,电位降低的方向,电流、电动势、电压的实际方向,返回,电动势与电压区别,电动势是描述电源性质的重要物理量。电源的电动势是和非静电 力的功密切联系的。所谓非静电力，主要是指化学力和磁力。在电源内部，非静电力把正电荷从负

3、极板移到正极板时要对电荷做功，这个做功的物理过程是产生电源电动势的本质。非静电力所做的功，反映了其他形式的能量有多少变成了电能。因此在电源内部，非静电力做功的过程是能量相互转化的过程。电源的电动势正是由此定义的，即非静电力把正电荷从负极移到正极所做的功与该电荷电量的比值，称电源的电动势。用公式表示为EWq由上式可知，电动势的物理意义为，在电源内部，非静电力把单位正电荷从负极移送到正极时所做的功,电动势与电压区别,电动势与电势差（电压）是容易混淆的两个概念。前面已讲过，电动势是表示非静电力把单位正电荷从负极经电源内部移到正极所做的功；而电势差则表示静电力把单位正电荷从电场中的某一点移到另一点所做

4、的功。它们是完全不同的两个概念。电源的路端电压是指电源加在外电路两端的电压，是静电力把单位正电荷从正极经外电路移到负极所做的功。电源的电动势对一个固定电源来说是不变的，而电源的路端电压却是随外电路的负载而变化的。它的变化规律服从含源电路的欧姆定律，其数学表达式为 UEIr,电动势与电压区别,式中U为路端电压，Ir为电源的内电压，也叫内压降。对于确定的电源来说，电动势E和内电阻r都是一定的，从上式可以看出，路端电压U跟电路中的电流有关系。电流I增大时，内压降Ir增大，路端电压U就减小；反之，电流I减小时，路端电压U就增大。在电源放电的情况下，当外电路中没有反电动势时，路端电压UIR（R是外电路的

5、总电阻）。根据含源电路的欧姆定律可得IE（Rr），即电流I的大小随外电阻R而变化。因此，路端电压U也随外电阻R而变化。R增大时，I减小，U增大；R减小时，I增大，U减小。当外电路断开时，R变为无限大，I变为零，内压降Ir也变为零，这时路端电压等于电源的电动势,电动势与电压区别,但是不能认为路端电压一定小于电动势。在电源被充电时，电源内部的电流是从电源正极流向负极，内压降的方向与电动势的方向相反，电源的电动势是反电动势，这时路端电压等于电动势与内压降之和，即UEIr，路端电压大于电动势,问题 在复杂电路中难于判断元件中物理量的 实际方向，如何解决,1) 在解题前任选某一个方向为参考方向（或称正

6、方向,3) 根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反,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,解决方法,返回,电路的基本元件,1 电阻元件,描述消耗电能的性质,根据欧姆定律,即电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系,线性电阻,金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料的 导电性能有关，表达式为,表明电能全部消耗在电阻上，转换为热能散发,电阻的能量,电阻元件、电感元件与电容元件,电阻元件为耗能元件,描述线圈通有电流时产生磁场、储存磁场能量的性质,1. 物理意义,2 电感元件,线圈的电感与线圈的尺寸、匝数以及

7、附近的介质的导磁性能等有关,2.自感电动势,1) 自感电动势的参考方向,规定:自感电动势的参考方向与电流参考方向相同, 或与磁通的参考方向符合右手螺旋定则,2) 自感电动势瞬时极性的判别,eL与参考方向相反,eL具有阻碍电流变化的性质,eL与参考方向相同,3. 电感元件储能,根据基尔霍夫定律可得,将上式两边同乘上 i ，并积分，则得,即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中，当电流增大时，磁场能增大，电感元件从电源取用电能；当电流减小时，磁场能减小，电感元件向电源放还能量,磁场能,电感元件不消耗能量，是储能元件,3 电容元件,描述电容两端加电源后，其两个极板上分别聚集起等量异号的电荷，在介质中建立

8、起电场，并储存电场能量的性质,电容,电容器的电容与极板的尺寸及其间介质的介电常数等相关,当电压u变化时，在电路中产生电流,电容元件储能,将上式两边同乘上 u，并积分，则得,即电容将电能转换为电场能储存在电容中，当电压增大时，电场能增大，电容元件从电源取用电能；当电压减小时，电场能减小，电容元件向电源放还能量,电场能,根据,电容元件不消耗能量，也是储能元件,欧姆定律：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比,1.4 欧 姆 定 律,返回,伏安特性,线性电阻伏安特性,非线性电阻伏安特性,当电压和电流的参考方向一致时 U=RI(称为参考方向关联） 当电压和电流的参考方向相反时 U=RI（称为参考方向非关

9、联,注意,返回,解,返回,解,a点电位比b点电位低12V,n点电位比b点电位低12-5=7V,m点电位比b点电位高3V,于是 n点电位比m点电位低7+3=10V,即 Unm=-10V,由欧姆定律得 RUnmI5,返回,1.5.1 电源有载工作,开关闭合,有载,开关断开,开路,cd短接,短路,1.5 电源有载工作、开路与短路,返回,1电压和电流,由欧姆定律可列上图的电流,负载电阻两端电压,电源的外特性曲线,当,R0R时,由上两式得,返回,2.功率与功率平衡,功率 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,功率平衡：由UER0I得 UIEIR0I2,P

10、PE P,电源输出 的功率,电源内阻上 损耗功率,电源产生 的功率,W为瓦特 KW为千瓦,返回,解,例题1.3,返回,E2I1085W,R01I215W,R02I215W,负载取用 功率,电源产生 的功率,负载内阻 损耗功率,电源内阻 损耗功率,返回,3. 电源与负载的判别,分析电路时，如何判别哪个元件是电源？哪个是负载,U和I 的参考方向与实际方向一致,U和I的实际方向相反，电 流从端流出，发出功率,电源,负载,U和I的实际方向相同，电 流从端流入，吸收功率,当,返回,或当,U和I两者的参考方向选得一致,电源 PUI0 负载 PUI0,电源 PUI0 负载 PUI0,U和I两者的参考方向选得

11、相反,4额定值与实际值,额定值是制造厂商为了使产品能在给定的条件下 正常运行而规定的正常允许值,注,在使用电气设备或元件时，电压、电流、功率的实际值不一定等于它们的额定值,返回,解,一个月的用电量 WPt60(W)330 (h) 5.4kWh,返回,解,在使用时电压不得超过 URI5000.150V,返回,1.5.2 电源开路,特征：I0 UU0E P0,1.5.3 电源短路,特征：U0 IISER0 PEPR0I2 P0,返回,用来描述电路中各部分电压或各部分电流的关系,包括基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律,注,基尔霍夫电流定律应用于结点 基尔霍夫电压定律应用于回路,1.6 基尔霍夫定律,

12、返回,支路：ab、ad、 . （共6条,回路：abda、 bcdb、 . （共7 个,结点：a、 b、 . (共4个,返回,1.6.1 基尔霍夫电流定律,如图 I1I2I3 或 I1I2I30 即 I0,在任一瞬时，流向某一结点的电流之和应该等于流出 该结点的电流之和。即在任一瞬时，一个结点上电流 的代数和恒等于零,返回,解,由基尔霍夫电流定律可列出 I1I2I3I40 2（3）（2）I40,可得 I43A,返回,1.6.2 基尔霍夫电压定律,从回路中任意一点出发，沿顺时针方向或逆时针方向 循行一周，则在这个方向上的电位升之和等于电位降 之和. 或电压的代数和为 0,U1U4U2U3 U1U2

13、U3U40 即 U0,返回,上式可改写为 E1E2R1I1R2I20 或 E1E2R1I1R2I2 即 E （RI,在电阻电路中，在任一回路循行方向上，回路 中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和,在这里电动势的参考方向与所选回路循行方向相同者，取正号，相反者则取负号。 电压与回路循行方向一致者，取正号，反之则取负号,注,返回,基尔霍夫电压定律的推广：可应用于回路的部分电路,UUAUBUAB 或 UABUAUB,EURI0 或 UERI,注,列方程时，要先在电路图上标出电流、电压或 电动势的参考方向,返回,解,由基尔霍夫电压定律可得,1）UABUBCUCDUDA=0 即 UCD2V,2）UA

14、BUBCUCA0 即 UCA1V,返回,解,应用基尔霍夫电压定律列出 EBRBI2UBE0 得 I20.315mA,EBRBI2R1I1US0 得 I10.57mA,应用基尔霍夫电流定律列出 I2I1IB0 得 IB0.255mA,返回,Uab61060V Uca20480V Uda5630V Ucb140V Udb90V,VbVaUba Vb60V VcVaUca Vc80V VdVaUda Vd30V,1.7 电路中电位的概念及计算,返回,E,1,140V,4A,6A,5,20,6,a,b,c,d,E,2,90V,10A,Va=Uab=60V Vc=Ucb=140V Vd=Udb=90V,结论：（1）电路中某一点的电位等于该点与参考点 （电位为零）之间的电压 （2）参考点选得不同，电路中各点的电位值随着 改变，