电工基础-课件(同名100)

电工基础

电工基础1主要内容：

一、电路的基本物理量二、电阻元件和欧姆定律三、电压源和电流源四、基尔霍夫定律五、回路电流法、节点电压法六、叠加定理、戴维南定理七、正弦稳态电路八、三相电源主要内容：

一、电路的基本物理量21、电路及其功能

电路是各种电气设备按一定方式联接起来的整体，它提供了电流流通的路径。从工程技术领域来看，电路的应用可分为能量与信息两大领域。电路的功能基本上可以分成两大类。一类是实现电能的转换、传输和分配。另一类则是在信息网络中，用来传递、储存、加工和处理各种电信号。一、

电路的基本物理量1、电路及其功能一、电路的基本物理量3一、电路的定义

由各种电气器件按一定方式连接，并可提供电量传输路径的总体，称为电路或电网络。二、电路的组成：

1、电源；2、负载；3、连接导线；4、控制器件等组成。一、

电路的基本物理量一、电路的定义一、电路的基本物理量4一、

电路的基本物理量

下图表示的就是一个实际电路的电路模型图。一、电路的基本物理量下图表示的就是一个实5一、

电路的基本物理量一、电阻、电流、电压及其参考方向1.电阻

（1）定义：元件两端电压与流过电流的比值称为电阻。单位为：欧姆。（Ω）用R表示。（2）数学表达式：R=uR/iR

（3）特点：

对电流有阻碍作用；

电流通过电阻元件要消耗电能；电流流过电阻后，电压必定降低。在电阻两端有一定电压。

一、电路的基本物理量一、电阻、电流、电压及其参考方向6一、

电路的基本物理量一、电流、电压及其参考方向2.电流

（1）定义：

带电粒子的定向移动形成了电流。单位时间内通过导体截面的电荷量定义为电流强度，简称为电流，用i表示。（2）数学表达式：（3）方向：规定正电荷移动的方向为电流的方向。（4）直流电流：当电流的大小和方向不随时间而变化时，称为直流电流，简称直流（DC）。

一、电路的基本物理量一、电流、电压及其参考方向7一、电路的基本物理量3.电压（1）定义：电压是电场力移动单位电荷时所做的功。（2）数学表达式：（3）方向：规定电压的方向是电场力移动正电荷的方向。（4）直流电压：在直流时，电压表达式应写为一、电路的基本物理量3.电压84.参考方向（1）实际方向：以上对电流、电压规定的方向，是电路中客观存在的方向，称为实际方向。（2）参考方向：参考方向是人们任意选定的一个方向。分析电路时，可任意选定电压、电流的参考方向，并由参考方向和电压、电流值的正、负来反映该电压或电流的实际方向。(见下图)参考方向一经选定，在分析电路的过程中就不再变动。

一、电路的基本物理量4.参考方向一、电路的基本物理量9二、电位1.定义：在电路中任选一点O作为参考点，则该电路中某一点A到参考点的电压即为A点的电位，用表示。即

一、电路的基本物理量

电位与电压的单位完全相同，也是用伏特（V）计量。因电路参考点的电位为零，所以参考点也称零电位点。二、电位一、电路的基本物理量电位与电压的单位完全相同102.说明：

（1）电路中A、B两点间的电压是A点与B点电位之差，因此，电压又叫电位差。即（2）除参考点外，各点的电位值可正可负。（3）参考点可任意选择，一经选定，电路其它各点电位随之确定。（4）参考点选择得不同，电路中同一点的电位随之改变，但任两点间的电压不变。一、电路的基本物理量2.说明：一、电路的基本物理量11三、电动势

1.定义：电源力把单位正电荷从电源的负极移到正极所做的功，人们将其称为电源的电动势，用e表示，即

电动势的方向是电源力克服电场力移动正电荷的方向，

是从低电位指向高电位的方向。

一、电路的基本物理量三、电动势电动势的方向是电源力克服电场力移动正122.说明：

(1)同一电源两端，电动势和电压大小相等，方向相反。

(2)电动势一般只针对电源而言。一、电路的基本物理量2.说明：一、电路的基本物理量13四、功率与电能1.功率及其正、负号的意义

电功率(简称功率)是衡量电路中能量变化速率的物理量。把单位时间内电路吸收或释放的电能定义为该电路的功率，用p表示。其定义式为p=dW/dt

在直流电路中，功率与电流、电压均不随时间变化，上式可写成

P=UI一、电路的基本物理量四、功率与电能一、电路的基本物理量14一段电路，在取关联参考方向下，

说明这段电路上电压和电流的实际方向是一致的，正电荷在电场力作用下做了功，电路吸收了功率；

则这段电路上电压和电流的实际方向不一致，一定是有外力克服电场力做了功，电路发出功率，也可以说电路吸收了负功率。

注意在关联参考方向下，各功率数值的正、负号的含义。

一个电路的功率总是平衡的。一、电路的基本物理量一段电路，在取关联参考方向下，15一、电路的基本物理量2.电能

设在dt时间内电路转换的电能为dw，则

在t0到t1的一段时间内，电路的电能

直流时，P为常量，则

国际单位制中，电能W的单位是焦耳（J），它表示功率为1W的用电设备在1s时间内所消耗的电能。实用中还常用千瓦小时(俗称度）的电能单位，即1度电=返回主目录一、电路的基本物理量2.电能返回主目录16二、电阻元件和欧姆定律一、电阻元件1.电阻元件的伏安特性

电阻元件是反映电路器件消耗电能这一物理性能的一种理想元件。它有两个端钮与外电路相联接，是一个二端元件。用元件约束来描述各种理想元件的端电压与电流之间的关系，简称为VCR。

电阻元件的伏安特性可通过伏安特性曲线来描述。

(如下图)二、电阻元件和欧姆定律一、电阻元件17二、电阻元件和欧姆定律电阻元件的伏安特性二、电阻元件和欧姆定律电阻元件的伏安特性182.电阻元件的分类

1）线性电阻：若电阻R值与其工作电压或电流无关，则称其为线性电阻元件。其伏安特性曲线是一条通过原点的直线。2）非线性电阻：如果电阻的电阻值不是一个常数，会随着其工作电压或电流的变化而变化则称为非线性电阻元件。其伏安特性曲线不再是一条通过原点的直线。二、电阻元件和欧姆定律2.电阻元件的分类二、电阻元件和欧姆定律19二、电阻元件和欧姆定律3.欧姆定律

在电压与电流的关联参考方向下，欧姆定律为

u=Ri或i=Gu

直流时：U=RI或I=GU式中R--电阻元件的电阻值，单位为欧姆（Ω）

G=1/R--电阻元件的电导，单位为西门子（S）二、电阻元件和欧姆定律3.欧姆定律20二、电阻元件的功率

1.电阻元件在任一瞬间吸收的功率可按下式计算，即p=u·i=Ri2=Gu2

2.电阻元件是耗能元件。二、电阻元件和欧姆定律返回主目录二、电阻元件的功率二、电阻元件和欧姆定律返回主目录21三、电压源和电流源一、电压源1.理想电压源：

理想电压源是一个二端元件，其端电压us是一个定值(称为理想直流电压源)或是一定的时间函数，与流过它的电流无关;流过的电流由与之相联接的外电路和它共同确定。三、电压源和电流源一、电压源22三、电压源和电流源理想电压源模型及直流电压源伏安特性三、电压源和电流源理想电压源模型及直流电压源伏安特性23三、电压源和电流源2.实际电压源

实际电压源内部总是存在一定的电阻，称之为内阻。

实际电压源可以用一个理想电压源和内阻相串联的电路模型来表示

如下图所示，其端口的伏安关系为：三、电压源和电流源2.实际电压源24二、电流源1.理想电流源

理想电流源是另一种理想电源。它也是一个二端元件，它输出电流is是一个定值(称为理想直流电流源)或是一定的时间函数，与其端电压无关;其端电压由与之相联接的外电路和它共同确定。三、电压源和电流源二、电流源三、电压源和电流源25三、电压源和电流源理想电流源模型及直流电流源的伏安特性三、电压源和电流源理想电流源模型及直流电流源的伏安特性26三、电压源和电流源2.实际电流源

由于电流源内电导的存在，电流源有部分电流将在内部分

流。实际电流源可用一个理想电流源与内电导相并联的电路模型来

表示，如下图所示。其端口的伏安关系为：

返回主目录三、电压源和电流源2.实际电流源返回主目录27四、基尔霍夫定律一、与拓扑约束有关的几个名词1.支路：电路中的每个分支都称为支路。2.节点：三个或三个以上支路的连接点称为节点(结节)。3.回路：电路中任一闭合的路径都称为回路。4.网孔：回路平面内部不含支路的回路称为网孔。四、基尔霍夫定律一、与拓扑约束有关的几个名词28四、基尔霍夫定律支路：ABE、ACE、ADE

节点：A、E回路：ABECA、ACEDA、ABEDA网孔：ABECA、ACEDA有关概念实例图四、基尔霍夫定律支路：ABE、ACE、ADE29四、基尔霍夫定律二、基尔霍夫电流定律(简称KCL)1.定律内容：

基尔霍夫电流定律可表述为：在集中参数电路中，任一时刻流出(或流入)节点的各支路电流的代数和恒等于零。写成数学表达式为

i=0四、基尔霍夫定律二、基尔霍夫电流定律(简称KCL)i=030四、基尔霍夫定律右图示节点的KCL方程为:

i1+i3-i2-i4=0也可写为

即KCL也可表述为:

任何时刻流入任一节点的电流必定等于流出该节点的电流。四、基尔霍夫定律右图示节点的KCL方程为:312.定律推广：

流入电路任一封闭面的电流代数和恒等于零。四、基尔霍夫定律如下图可有方程:2.定律推广：四、基尔霍夫定律如下图可有方程:32三、基尔霍夫电压定律(简称KVL)1.定律内容：

基尔霍夫电压定律可表示为：在集中参数电路中，任一时刻，任一回路的各段(或各元件)电压

的代数和恒等于零。

用式子表示即

u=0

四、基尔霍夫定律三、基尔霍夫电压定律(简称KVL)四、基尔霍夫定律33四、基尔霍夫定律下图电路的KVL方程。（绕行方向为顺时针方向）四、基尔霍夫定律下图电路的KVL方程。（绕行方向为顺时针方向34四、基尔霍夫定律2.定律推广：

电路中任一假想回路的电压代数和恒等于零。

如图中的假想回路ABCA可有方程:us1+uR1+uS2+uR2-uAC=0四、基尔霍夫定律2.定律推广：35四、应用KCL、KVL的注意点:

(1)方程都是在选定参考方向后列写。(2)列写方程时，除了考虑各项电流或电压前的“+”、“-”符号，还需注意在代入各电流、电压值时应是代数值，也有正负之分。三、基尔霍夫定律四、应用KCL、KVL的注意点:三、基尔霍夫定律36

基尔霍夫两个定律从电路的整体上分别阐述了各支路电流之间与支路电压之间的约束关系。这种关系仅与电路的结构和联结方式有关，而与电路元件的性质无关。电路的这种拓扑约束和表征元件性能的元件约束共同统一了电路整体，支配着电路各处的电压与电流，它们是分析一切集中参数电路的基本依据。返回主目录四、基尔霍夫定律基尔霍夫两个定律从电路的整体上分别阐述了各37五、支路电流法一、支路电流法

支路电流法是电路分析最基本的系统方法，是以各支路电流为变量，根据KCL、KVL列写电路方程的方法。五、支路电流法一、支路电流法38五、支路电流法二、支路电流法步骤1.选定b条支路的电流参考方向，作为电路变量。2.对（n-1）个独立节点列写KCL电流方程。3.选定[b-（n-1）]个独立回路，列写KVL电压方程。4.联立求解上述b个方程，得到待求各支路电流。五、支路电流法二、支路电流法步骤39五、支路电流法【例3-1】用支路电流法求图示电路中的各支路电流。解：因,可列出1个独立的KCL方程；，可列出2个独立的KVL方程，电路的方程组为

五、支路电流法【例3-1】用支路电流法求图示电路中的各支路40五、支路电流法解上述方程组可得到对外围回路用KVL进行检验

表明计算结果正确。五、支路电流法解上述方程组可得到41五、回路电流法一、回路电流法1.回路电流法以电路的一组独立回路的回路电流作为变量，根据KVL列出各独立回路的电压方程，从而求解电路的方法称为回路电流法。2.网孔电流法以电路的一组网孔电流为电路变量，按KVL对各网孔列出电压方程，从而求解电路的方法称为网孔电流法。网孔电流法是回路电流法的特例五、回路电流法一、回路电流法42五、回路电流法三、回路电流法的主要步骤1.选定一组独立的回路电流作为变量，标出其参考方向，并以此方向作为回路绕行的方向。（为保证方程的独立性，每选一个新回路时，必需有一条新支路出现）。2.按课本式（3-4）列写回路电压方程。3.联立求解方程组，得出各回路电流。4.选定各支路电流的参考方向，由回路电流求得各支路电流或其它需求的电量。五、回路电流法三、回路电流法的主要步骤43五、回路电流法【例3-2】用网孔电流法求图示电路中的各支路电流。

解：因，可列出2个独立的回路方程，电路的方程组为可解得：15Il1–5Il2=4020Il2–5Il1=5Il1=3A,Il2=1A五、回路电流法【例3-2】用网孔电流法求图示电路中的各支路44六、叠加定理

一、叠加定理内容

在线性电路中，任一支路中的电流（或电压）都是电路中各独立电源单独作用时在该支路中产生的电流（或电压）之代数和，这就是叠加定理。六、叠加定理一、叠加定理内容45六、叠加定理叠加定理示图：六、叠加定理叠加定理示图：46六、叠加定理

二、应用叠加定理的注意事项

1.叠加定理仅适用于线性电路，不适用于非线性电路。

2.在各个独立电源分别单独作用时，对那些暂不起作用的独立电源都应视为零值，即电压源用短路代替，电流源用开路代替，而其它元件的联接方式都不应有变动。

3.各个电源单独作用下响应的参考方向应选择为与原电路中对应响应的参考方向相同，在叠加时应把各部分响应的代数值代入。

4.叠加定理只能用来计算线性电路的电压或电流，而不能用来计算功率。

5.叠加定理被用于含有受控源的电路时，所谓电源的单独作用只是对独立电源而言。六、叠加定理二、应用叠加定理的注意事项47六、替代定理一、替代定理内容

线性或非线性的任意网络中，若已知第k条支路的电流为ik

，端电压为uk

，则该支路可用以下三种元件中的任意一种来替代:（1）电压值为uk

的电压源;（2）电流值为ik

的电流源;（3）阻值为uk/ik

的电阻。替换后，电路其余各支路电压、电流将保持不变。这就是替代定理。也称置换定理。六、替代定理一、替代定理内容48六、替代定理一、替代定理内容

线性或非线性的任意网络中，若已知第k条支路的电流为ik

，端电压为uk

，则该支路可用以下三种元件中的任意一种来替代:（1）电压值为uk

的电压源;（2）电流值为ik

的电流源;（3）阻值为uk/ik

的电阻。替换后，电路其余各支路电压、电流将保持不变。这就是替代定理。也称置换定理。六、替代定理一、替代定理内容49六、替代定理替代定理示图已知I1=2A，则可将I1支路用一个大小为2A的电流源来替代。六、替代定理替代定理示图已知I1=2A，则可将I1支路用一个50六、替代定理

二、应用替代定理的注意事项

1.替代不是等效变换，被等效变换的支路在外电路参数变化时，等效电路的参数不会变，而被替代支路在外电路参数变化时，被替代支路的电流、电压是会发生变化的。

2.替代定理不仅可以用于线性电路，还可以用于非线性电路。六、替代定理二、应用替代定理的注意事项51六、戴维南定理

二、戴维南定理内容任何一个有源线性二端网络，对外电路来说，可以用一个电压源与一个电阻相串联组合的电路模型来等效。该电压源的电压等于有源二端网络的开路电压Uoc

；电阻等于将有源二端网络转变为无源二端网络后的等效电阻Req

。六、戴维南定理二、戴维南定理内容52六、戴维南定理三、戴维南定理应用应用戴维南定理分析电路中某一支路(或某段电路)时，可先将该支路从电路中断开移去，电路剩余部分是一有源二端网络，用戴维南定理求出其等效电路，然后接上待求支路，即可解得待求量。关键是求开路电压Uoc和等效电阻Req

。六、戴维南定理三、戴维南定理应用53六、戴维南定理【例4-1】求图示二端网络的戴维南等效电路。I六、戴维南定理【例4-1】求图示二端网络的戴维南等效电路54六、戴维南定理【例4-1】求图示二端网络的戴维南等效电路。I六、戴维南定理【例4-1】求图示二端网络的戴维南等效电路55六、戴维南定理解：在图示电路的端纽电流I=0时求出的Uab即为开路电压

Uoc

，则

Uoc=(-5+1×10+10)V=15V

将有源网络中的所有独立电源置零，则得

可得到右图所示的戴维南等效电路。Req=10Ω六、戴维南定理解：在图示电路的端纽电流I=0时求出的Uab即56七、正弦量的基本概念正弦电流波形图七、正弦量的基本概念正弦电流波形图57七、正弦量的基本概念一、角频率、频率和周期周期：正弦量是周期量，变化一周所需的时间称为周期，用T表示，单位为秒(s)。频率：正弦量在一秒内重复的次数称为频率，用f表示，单位为赫兹(Hz)。我国工业用电频率为50Hz，称为工频。频率与周期互为倒数关系。f=七、正弦量的基本概念一、角频率、频率和周期58七、正弦量的基本概念角频率：即正弦量的角速度，其单位为弧度/秒(rad/s)

。

七、正弦量的基本概念角频率：即正弦量的角速度，其单位59七、正弦量的基本概念二、幅值和有效值

幅值：正弦量在变化过程中所能达到的最大值，又称振幅或幅值。

峰-峰值：通常将正弦量的最大值与最小值之差，即2Im称为正弦量的峰—峰值

七、正弦量的基本概念二、幅值和有效值60七、正弦量的基本概念有效值：一个正弦电流i和一个直流电流I分别通过相同电阻R，在同一时间内产生的热量相等，即

则

I称为i的有效值七、正弦量的基本概念有效值：一个正弦电流i和一个直流电流I分61七、正弦量的基本概念正弦电流、电压的有效值为其最大值的1/倍。即：七、正弦量的基本概念正弦电流、电压的有效值为其最大值的1/62七、正弦量的基本概念一、电阻元件的伏安关系

电阻元件在电压与电流的关联参考方向下，它们的关系式为二、电阻元件伏安关系的相量形式

其电路模型如右图示。七、正弦量的基本概念一、电阻元件的伏安关系63七、正弦量的基本概念一、电感元件的伏安关系

电感元件在电压与电流的关联参考方向下，它们的关系式为

二、电感元件伏安关系的相量形式

七、正弦量的基本概念一、电感元件的伏安关系64七、正弦量的基本概念电感元件的电压、电流波形图及相量图七、正弦量的基本概念电感元件的电压、电流波形图及相量图65七、正弦量的基本概念一、电容元件的伏安关系

电容元件在电压与电流的关联参考方向下，它们的关系式为

二、电容元件伏安关系的相量形式七、正弦量的基本概念一、电容元件的伏安关系66七、正弦量的基本概念电容元件的电压、电流波形图及相量图七、正弦量的基本概念电容元件的电压、电流波形图及相量图67八、三相电源1、

对称三相电源三个大小相等、频率相同、相位互相相差120o的正弦交流电压源称为对称三相电源。

（1）对称三相电压源的瞬时值表达式为八、三相电源1、对称三相电源68八、三相电源（2）对称三相电源的相量形式八、三相电源（2）对称三相电源的相量形式69八、三相电源（3）对称三相电源的波形图、相量图

八、三相电源（3）对称三相电源的波形图、相量图70八、三相电源

（4）对称三相电源的特点：

（5）相序

三相电源超前滞后的次序称为相序。如果A相超前B相，B相超前C相，称为正序或顺序，反之，称为负序或逆序。工程上通用的是正序。八、三相电源（4）对称三相电源的特点：71八、三相电源

2.三相电源的相电压与线电压之间存在以下关系：

3.对称三相电源还存在以下关系：

八、三相电源2.三相电源的相电压与线电压之间存在以下关系：72八、三相电源结论：

1.三相电源星形联接时，线电压有效值为相电压的有效值的倍，即；同时，在相位上线电压超前相应的相电压，如线电压超前相电压。

2.

对称三相电源联接成星形时，可以对外提供两组不同的对称电源。八、三相电源结论