电工基础课件 项目1任务1.1.5两种电源模型及其等效变换

目的与要求1.认识实际电压源和电流源、理想电压源和电流源2.掌握实际电压源模型和电流源模型等效变换的方法3.了解电源的四种工作状态重点：掌握实际电压源和电流源模型等效变换的方法难点：理想电压源和理想电流源的认识任务1.1.5两种电源模型及其等效变换的认知本节将介绍电源元件及其应用电源是电路的重要组成部分和源动力，它负责给电路提供能量，发电机、蓄电池、稳压电源、光电池等都是常用的电源。本节首先介绍实际电源的两种模型。蓄电池柴油机组汽油机组各种形式的电源设备图任务1.1.5两种电源模型及其等效变换的认知EIU特点(1)输出端电压恒定U=US(2)输出电流取决于外电路。(3)内阻R0=0伏安特性EUI1、理想电压源实际上，理想的电压源是不存在的若内阻为0，端电压U=E

(定值)，称为理想电压源或恒压源一、理想电压源和实际电压源模型实际电压源模型任务1.1.5两种电源模型及其等效变换的认知

实际电压源是用理想电压源E和内阻R0串联来表示电源的电路模型（如左图为其符号）

输出电压较稳定的，如发电机、干电池、蓄电池等通常用电压源模型表示，是使用非常广泛的电源模型2、实际电压源U=E–IR0（根据KVL定律）电压源模型的符号一、理想电压源和实际电压源模型任务1.1.5两种电源模型及其等效变换的认知图1-40电压源的伏安特性曲线各种电源的特性，也是用其外部端钮上的VAR来描述，称为电源的外特性。2、实际电压源的伏安特性若一电压源开路电压为9V，当外接负载电阻增大时其输出端电压会？一、理想电压源和实际电压源模型任务1.1.5两种电源模型及其等效变换的认知例题：若电源的开路电压U0=12V，其短路电流IS=30A，请问电源电动势E和内阻R0各为多少？

电源开路时I=0，开路电压等于电源电动势所以E=U0=12V电源短路时，短路电流IS=E/R0

所以

R0=E/IS=12/30=0.4Ω任务1.1.5两种电源模型及其等效变换的认知两个电压源E1、E2的串联联接模型如右图，串接电压源可提高负载的工作电压对右图电路应用基尔霍夫电压定律（KVL）有：

E1+E2=I（R1+R2）+IRLI=(E1+E2)/(R1+R2+RL)=E/(R0+RL)U=IRL

=(E1+E2)–I(R1+R2)=E

–IR0上式称为闭合电路欧姆定律3、电压源的串联联结牢记一、理想电压源和实际电压源模型任务1.1.5两种电源模型及其等效变换的认知

两个电压源E1、E2的并联联接的模型如右图

两个具有不同电动势的电压源并联，高电动势的电压源将产生很大的输出电流，低电动势的电压源将流入很大的电流，它将超过电源本身的承受能力，从而毁坏电源。因此，一般情况下，不同电压源不能相互并联。4、电压源的并联联结不允许任务1.1.5两种电源模型及其等效变换的认知理想电压源的外特性0UI电压源模型的外特性0UI理想电压源和实际电压源模型的区别

实际电源总是存在内阻的，因此实际电压源模型的负载电流增大时，内阻上必定增加消耗，从而造成输出电压随负载电流的增大而减小。因此，实际电压源的外特性稍微向下倾斜。电压源模型输出端电压I＋

U－S＋

US－R0RL理想电路元件与实际元器件有何不同？小结理想电压源的内阻为零，因此输出电压恒定。U伏安特性IIS特点输出电流恒定I=IS,与U无关(2)输出端电压U取决于外电路(3)内阻R0=∞IISU1、理想电流源若R0=∞，则负载电流I=IS

(定值)，为理想电流源或恒流源实际上，理想的电流源是不存在的二、理想电流源和实际电流源模型任务1.1.5两种电源模型及其等效变换的认知实际电流源是用理想电流源IS和R0

并联来表示电源的电路模型（如左图）

输出电流较稳定的，如光电池或晶体管的输出端等通常用电流源模型表示。

对上部节点应用KCL定律，可快速导出电流源的数学模型2、实际电流源IS

=U/R0+I（KCL定律）实际电流源模型的符号二、理想电流源和实际电流源模型任务1.1.5两种电源模型及其等效变换的认知图1-41

电流源的伏安特性曲线2、实际电流源的伏安特性二、理想电流源和实际电流源模型任务1.1.5两种电源模型及其等效变换的认知3、电流源相互联接的特点：对负载而言，多个电流源并联可用一个电流源等效，其短路电流为多个电流源短路电流的代数和、内阻为多个电流源内阻的并联总电阻。并联电流源可以提高负载的工作电流。一般情况下，不同电流源不能相互串联。IS

=U/R0+I；U=

(IS

–I)R0注意二、理想电流源和实际电流源模型任务1.1.5两种电源模型及其等效变换的认知

理想电流源的内阻R0I

∞(相当于开路)，因此内部不能分流，输出的电流值恒定。理想电流源的外特性0IU电流源模型的外特性0IUU+_RLR0IISI电流源模型

实际电流源的内阻总是有限值，因此当负载增大时，内阻上分配的电流必定增加，从而造成输出电流随负载的增大而减小。即实际电流源的外特性也是一条稍微向下倾斜的直线。理想电流源和实际电流源模型的区别理想电路元件与实际元器件有何不同？小结三、实际电压源模型与实际电流源模型(牢记)

电压源是用理想电压源US和一个内阻R0串联来表示电源的电路模型(右图)

电流源是用理想电流源IS和一个内阻R0并联来表示电源的电路模型(右图)

任何实际电源都可以用两种电路模型来表示，一种用电压形式表示的模型为电压源模型；另一种用电流形式表示的模型为电流源模型。任务1.1.5两种电源模型及其等效变换的认知图1-42同一电源，既可以用电压源模型来表示，也可以用电流源模型来表示。

(1)电压源模型；(2)电流源模型例1-14已知一个电源的外特性如图1-42a所示，试作出它的电源模型。可见同一电源的两种电源模型之间可以等效变换，但是理想电压源和理想电流源无法进行等效变换，因为两种理想电源电压电流是固定值任务1.1.5两种电源模型及其等效变换的认知四、两种电源模型之间的等效互换

两种电源模型之间等效变换时，电压源的数和电流源的数值遵循欧姆定律的数值关系，但变换过程中内阻不变。bIR0Uab+_US+_aIS

R0US

bIR0Uab+_a

等效互换的原则：当外接负载相同时，两种电源模型对外部电路的电压、电流相等。注意IS的参考方向与US电压降方向Us=IsR0内阻改并联Is=

UsR0内阻改串联任务1.1.5两种电源模型及其等效变换的认知例2-10试求图2-24a、c所示电路的等效变换。图2-24答案：图2-24b，IS=US/R0

=10/2

=5A;R’i=Ri=2Ω；图2-24d，US=R’iIS=10×6

=60V;Ri=R’i=10Ω；任务1.1.5两种电源模型及其等效变换的认知10V+－2A2

II=????哪个答案对？问题与讨论电压源E2没有串联负载，内阻为零，故不可以

I3=E2/(R2＋R3)=4/(4＋2)=2/3A

在下图中，假定电路各参数如下：E1=6V，E2=4V，R1=R2=4Ω，R3=2Ω，在求解R3上的电流时可否将电压源E1，E2分别变换为电流源以后合并并联电流源从而求解出最终结果，为什么？

可适当地利用电压源、电流源的等效变换改变电路结构从而产生直接电源串并联关系请计算右图中2Ω电阻上的电流I

可将左边2V电压源等效变换为电流源如上图1A电流源与2A电流源并联，可用一个电流源等效取代如左上图

左上图中，有两个电流源。可将它们分别等效变换为电压源如右上图求解上图，有I=5/3A实际电源模型的等效变换分析计算请计算右图中2Ω电阻上的电流I可适当地利用电压源、电流源的等效变换改变电路结构从而产生直接电源串并联关系

可将左边2V电压源等效变换为电流源如右图a1A电流源与2A电流源并联，可用一个电流源等效取代如右图b

右图b中，有两个电流源。可将它们分别等效变换为电压源如右图c求解图c，有

I=5/3A

acb实际电源模型的等效变换分析计算1、开路

这时负载电阻无限大，电源的输出电流和功率均为零，电源的端电压UOC称为开路电压，UOC=US，即电压源电压。

2、短路

此时负载电阻为零，电源的端电压和输出功率均为零，电流是短路电流，用ISC表示，且ISC=US/Ri。

3、额定状态（这是电源最合理的运行状态）

使用电源时，一般不允许超过额定电流和额定功率。4、最大输出功率状态（在电力工程中是不允许的）任务1.1.5两种电源模型及其等效变换的认知五、电源的工作状态分为以下四种电源消耗的功率，一部分给内阻，另一部分输出给负载。如何使负载获得最大功率呢？RLSUSIR0＋－

电工技术中一般考虑的是如何提高电源的利用率，而电子技术中则希望负载上得到的功率越大越好。左图电路中通过的电流为：求出负载上获得的功率并加以整理得：*R0=RL当R0=RL时负载获得的最大功率为：电源内阻与负载电阻相等称为阻抗匹配。晶体管收音机的输出变压器就是利用这一原理使喇叭上获得最大功率的。拓展知识——负载获得最大功率的条件拓展知识拓展你知道负载上获得最大功率的条件吗？*RL=R0RLSUSIR0＋－例2-13某电源的开路电压为10V，内阻2Ω，问负载电阻为多大时可从该电源中获得最大功率?其值为多少瓦特?请说出负载上获得的最大功率是多少？解：当负载电阻RL=R

i=2Ω时，可从该电源获得最大功率，且PLM=US2/4

R

i=102/(4×2)=12.5W由题可知，当RL=Ri=2Ω时，P最大，其大小为12.5W。拓展知识拓展你会做吗？举例说明实际电压源有哪些？

举例说明实际电流源有哪些？

检验学习结果理想电压源和理想电流源的特点？

专业教学资源平台完成讨论、随堂作业实际电压源和实际电流源的等效变换方法？

任务1.1.5两种电源模型及其等效变换认知1、实际电压源2、实际电流源

3、两