电工学电路的基本概念与基本定律

1、 电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。或电路元件按一定方式组合而成。 放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线电源电源: 提供提供电能的装置电能的装置负载负载: 取用取用电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线直流电源直流电源: 提供能源提供能源负载负载信号源信号源: 提供信息提供信息放放

2、大大器器扬声器扬声器话筒话筒 电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。信号处理：信号处理：放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等手电筒的电路模型手电筒的电路模型 为了便于用数学方法分析电路为了便于用数学方法分析电路, 一般要将实际电一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。路相对应的电路模型。 手

3、电筒由电池、手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。灯泡、开关和筒体组成。 理想电路元件主要理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。电容元件和电源元件等。+R0R开关开关EI电珠电珠+U干电池干电池 导线导线C干干电电池池灯灯泡泡开开关关 电池电池是电源元件，其是电源元件，其参数为电动势参数为电动势 E 和内阻和内阻Ro； 灯泡灯泡主要具有消耗电能主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，的性质，是电阻元件，其参数为电阻其参数为电阻R； 筒体筒体用来连接电池和灯用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。为是无电阻的理想导体

4、。 开关开关用来控制电路的通用来控制电路的通断。断。+R0R开关开关EI电珠电珠+U干电池干电池 导线导线物理量物理量实实 际际 方方 向向电流电流 I正电荷运动的方向正电荷运动的方向电动势电动势E ( (电位升高的方向电位升高的方向) ) 电压电压 U( (电位降低的方向电位降低的方向) )高电位高电位 低电位低电位 单单 位位kA 、A、mA、A低电位低电位 高电位高电位kV 、V、mV、VkV 、V、mV、V电流：电流：Uab 双下标双下标电压：电压：I 在分析与计算电路时，对在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。电量任意假定的方向。Iab 双下标双下标箭箭 标标abRI正负极性正负

5、极性+abU U+_+R0E3V注意：注意： 在参考方向选定后在参考方向选定后,电流电流(或电压或电压)值才有正负之分。值才有正负之分。 实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致，电流，电流(或电压或电压)值为值为正值正值；实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反，电流，电流(或电压或电压)值为值为负值负值。 电动势电动势为为E =3V方向由负极方向由负极指向正极指向正极 ；U+R0E3VU +例例: 电路如图所示。电路如图所示。 电压电压U 的参考方向与实际的参考方向与实际方向相反方向相反, U = 2.8V;即即: U = U 电压电压U的参考方向与实际的参考方向与实际方向相同方向

6、相同, U = 2.8V, 方向由方向由 指向指向；2.8V 2.8V 电流电流I的参考方向的参考方向与实际方向相同，与实际方向相同，I=0.28A,由由 流向流向,反之亦然。反之亦然。实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致，电流，电流(或电压或电压)值为值为正值正值；实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反，电流，电流(或电压或电压)值为值为负值负值。I = 0.28A I = 0.28AU+R0E3VU +例例: 电路如图所示。电路如图所示。2.8V 2.8V1.3.1 1.3.1 在下图中，在下图中，U Uabab=-5V=-5V，试问，试问a,ba,b两点哪点电位高？两点哪点

7、电位高？ U Uabab是否表示是否表示a a端的电位高于端的电位高于b b端的电位？端的电位？abR1.3.2 1.3.2 在下图中，在下图中，U U1 1=-6V=-6V， U2 2=4V,试问试问U Uabab等于多少伏？等于多少伏？ab+U1 1- - -U2 2+ +1.3.3 1.3.3 U Uabab是否表示是否表示a a端的实际电位高于端的实际电位高于b b端的实际电位？端的实际电位？ 欧姆定律欧姆定律U、I 参考方向相同时参考方向相同时RU+IRU+I 表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号：(1) 式前的正负号由式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；参考方向的关系确

8、定； (2) U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考方向值本身的正负则说明实际方向与参考方向 之间的关系。之间的关系。 通常取通常取 U、I 参考方向相同。参考方向相同。U = I R 解解: 对图对图(a)有有, U = IR 例例: 应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图对图(b)有有, U = IR326 : IUR所所以以326: IUR所所以以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A电流的参考方向电流的参考方向与实际方向相反与实际方向相反电压与电流参电压与电流参考方向相反考方向相反1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、

9、开路与短路开关闭合开关闭合, 接通电源与负载接通电源与负载RREI 0负载端电压负载端电压U = IR 1. 电压电流关系电压电流关系(1) 电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。 (2) 在电源有内阻时，在电源有内阻时，I U 。或或 U = E IR0电源的外特性电源的外特性EUI0R0ER+I 开关闭合开关闭合,接通接通电源与负载。电源与负载。RREI 0U = IR或或 U = E IRoUI = EI I2RoP = PE P负载负载取用取用功率功率电源电源产生产生功率功率内阻内阻消耗消耗功率功率(3) 电源输出的功率由负载决定。电源输出的功率由负载决定。负载大小的概念负载大小

10、的概念: 负载增加指负载取用的负载增加指负载取用的电流和功率增加电流和功率增加(电压一定电压一定)。R0ER+I 1. 电压电流关系电压电流关系 2. 功率与功率平衡功率与功率平衡例例: 已知已知:电路中电路中U=220V，I=5A，内阻，内阻R01= R02= 0.6 。求求: (1) 电源的电动势电源的电动势E1和负载的反电动势和负载的反电动势E2 ； (2) 说明功率的平衡关系。说明功率的平衡关系。R01E1UI+R02E2+解：解：(1) 对于电源对于电源 U= E1- U1= E1-IR01 即即 E1= U +IR01= 220+5 0.6=223V U= E2+ U2= E2+I

11、R02 即即 E2= U -IR01 = 220-5 0.6 = 217V(2)由上面可得，由上面可得，E1=E2 +IR01+IR02 等号两边同时乘以等号两边同时乘以 I，则得，则得 E1 I =E2 I +I2R01+I2R02代入数据有代入数据有 223 5=217 5+52 0.6+ 5+52 0.6 1115W=1085W+15W+15W。电源：电源： U、I 实际方向相反，即电流从实际方向相反，即电流从“+”+”端流出，端流出， （发出功率）（发出功率） 负载：负载： U、I 实际方向相同，即电流从实际方向相同，即电流从“- -”端流出。端流出。 （吸收功率）（吸收功率）abI+

12、U+abUI吸收功率吸收功率-是负载是负载发出功率发出功率-是电源是电源1.5.4 方框代表电源或负载。已知方框代表电源或负载。已知U=220V，I= -1A， 试问哪些元件是电源，哪些是负载？试问哪些元件是电源，哪些是负载？UI+(a)UI+(b)UI+(c)UI+(d) 额定值额定值: 电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备在正常运行时的规定使用值 1. 额定值反映电气设备的使用安全性；额定值反映电气设备的使用安全性； 2. 额定值表示电气设备的使用能力。额定值表示电气设备的使用能力。 例：例：一只一只220V, 60W的白炽灯的白炽灯, 接在接在220V的电源的电源上，试求通过电灯的电

13、流和电灯在上，试求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作电压下工作时的电阻。如果每晚工作时的电阻。如果每晚工作3h(小时小时)，问一个月消耗，问一个月消耗多少电能多少电能? 注意：注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其电气设备工作时的实际值不一定都等于其额定值，要能够加以区别。额定值，要能够加以区别。A0.273A22060 UPI解解: 通过电灯的电流为通过电灯的电流为： I IN ，P IN ，P PN 额定工作状态：额定工作状态： I = IN ，P = PN 在在220V电压下工作时的电阻电压下工作时的电阻 0680.273220IUR一个月用电一个月用电W = Pt = 60W

14、 (3 30) h = 0.06kW 90h = 5.4kW. h特征特征: 开关开关 断开断开I = 0电源端电压电源端电压 ( 开路电压开路电压 )负载功率负载功率U = U0 = EP = 01. 开路处的电流等于零；开路处的电流等于零； I = 02. 开路处的电压开路处的电压 U 视电路情况而定。视电路情况而定。电路中某处断开时的特征电路中某处断开时的特征: :I+U有有源源电电路路IRoR EU0 电源外部端子被短接电源外部端子被短接 特征特征:0SREII U = 0 PE = P = IR0P = 01. .短路处的电压等于零；短路处的电压等于零； U = 02. .短路处的电

15、流短路处的电流 I 视电路情况而定。视电路情况而定。I+U有有源源电电路路IRRo E电源短路是一种严重事故，必须设法避免。电源短路是一种严重事故，必须设法避免。短路原因：短路原因：绝缘损坏，或接线错误，操作不慎等。绝缘损坏，或接线错误，操作不慎等。预防措施：预防措施：为了防止短路造成的严重后果，通常在为了防止短路造成的严重后果，通常在电源出口处的电路中接入熔断器或自动断路器，以电源出口处的电路中接入熔断器或自动断路器，以便在发生短路时，能迅速将故障电路切除。便在发生短路时，能迅速将故障电路切除。IRRo EFUFU1.5.11.5.2 额定电流为额定电流为100A的发电机，只接了的发电机，只

16、接了60A的照明的照明 负载，还有电流负载，还有电流40A流到哪里去了？流到哪里去了？1.5.8 根据日常观察，电灯在深夜要比黄昏时亮一些，根据日常观察，电灯在深夜要比黄昏时亮一些， 为什么？为什么？IRo E=220V熔断器熔断器FUFU60W220V100W220VSI1I2支路：支路：电路中的每一个分支。电路中的每一个分支。 一条支路流过一个电流，称为支路电流。一条支路流过一个电流，称为支路电流。三条或三条以上支路的联接点。三条或三条以上支路的联接点。由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。内部不含支路的回路。内部不含支路的回路。I1I2I31 12 23 3ba E2R2 R3R1

17、E1adbcE+GR3R4R2I2I4IGI1I3IR1 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。点的电流。 实质实质: 或或: = 0对结点对结点 a： I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 0ba E2R2 R3R1E1I1I2I3I =?例例:I = 0IA + IB + IC = 02 +_+_I5 1 1 5 6V12VIAIBIABIBCICAACBIC广义结点广义结点即：即： U = 0 在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。一周

18、，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。对回路对回路1：对回路对回路2： E1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+I3 R3=E2或或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 1 12 2I1I2I3ba E2R2 R3R1E11列方程前列方程前标注标注回路循行方向；回路循行方向； 电位升电位升 = 电位降电位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 02应用应用 U = 0项前符号的确定：项前符号的确定： 3. 开口电压可按回路处理开口电压可按回路处理 注意：注意：1 1对回路对回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_对网孔对网孔abda：对网孔对网孔acba：对网孔对网孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0对回路对回路 adbca，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行： I1 R1 + I3 R3 + I4 R