《电工技术》课件-模块2-任务1：电源等效变换法

模块一：电路的基本知识及直流电路任务4：理想电路元件模块二：复杂直流电路的分析方法任务1：电源等效变换法知识目标：掌握电源等效变换法的基本原理，变换步骤能力目标：学会分析计算电压源等效成电流源，电流源等效成电压源。素质目标：养成严谨细心的学习习惯，积极关注我国电子科技发展动态。教学目标2.1电阻串、并联电路等效变换一、等效电路的概念电路的等效变换：用一个结构简单的电路去替换结构复杂的电路，使电路的分析与计算变得简便。在分析电路时，常将某一电路或电路的某一部分称为网络。

二端网络：网络N只有两个端钮A、B与外电路相连接

外电路根据二端网络内部是否含有电源有源二端网络：二端网络中含有独立电源无源二端网络：二端网络中没有独立电源2.1电阻串、并联电路等效变换一、等效电路的概念电路的等效变换：用一个结构简单的电路去替换结构复杂的电路，使电路的分析与计算变得简便。在分析电路时，常将某一电路或电路的某一部分称为网络。

二端网络：网络N只有两个端钮A、B与外电路相连接

外电路根据二端网络内部是否含有电源有源二端网络：二端网络中含有独立电源无源二端网络：二端网络中没有独立电源2.1电阻串、并联电路等效变换无源二端网络有源二端网络2.1电阻串、并联电路等效变换一、等效电路的概念

外电路

外电路

提示：等效是对外电路而言的。不管两个二端网络的内部结构和参数如何，只要它们具体相同的伏安特性就是等效的。2.1电阻串、并联电路等效变换二、电阻串联电路等效变换如果在电路中有若干电阻按顺序首尾相连，各电阻通过同一电流，这样的连接称为电阻的串联。如图(a)所示是两个电阻串联的电路。由基尔霍夫电压定律可知，电阻串联电路的总电压等于各电阻电压的叠加，即

+-

(a)串联电路2.1电阻串、并联电路等效变换

+-

(a)串联电路

+

-

(b)等效电路

2.1电阻串、并联电路等效变换

可见，电阻串联电路的等效电阻等于各个串联电阻之和。两个串联电阻上的电压分别为

串联电阻上电压的分配与其阻值成正比，即阻值较大的电阻分压较高。两个电阻串联的分压公式2.1电阻串、并联电路等效变换三、电阻并联电路等效变换如果电路中有若干电阻的首、尾分别相连，各电阻承受同一电压，这样的连接称为电阻的并联。(a)并联电路

+-

由基尔霍夫电流定律可知，在电阻并联电路中，总电流等于各个并联电阻中各支路电流之和，即

2.1电阻串、并联电路等效变换(a)并联电路

+-

+-

(b)等效电路

2.1电阻串、并联电路等效变换

可见，电阻并联电路的等效电阻的倒数等于各个并联电阻的倒数之和。两个并联电阻上的电流分别为

并联电阻上电流的分配与其阻值成反比，即阻值较小的电阻分流较多。两个电阻并联的分流公式

2.1电阻串、并联电路等效变换四、电阻混联电路等效变换电路中电阻元件既有串联又有并联的连接方式，称为混联。如图(a)所示的电路就是一些电阻的混联电路。对于电阻混联电路的计算，一般只需根据电阻串、并联的规律逐步求解即可。但对于某些较为复杂的电阻混联电路，比较有效的方法是画出等效电路，即把原电路整理成较为直观的串、并联关系的电路图，然后计算其等效电阻。

(a)2.1电阻串、并联电路等效变换

(a)

(b)

2.1电阻串、并联电路等效变换

(b)

(c)

(c)

(d)

（4）根据欧姆定律得

（5）如图(b)所示，根据分流公式得

(b)2.2电源等效变换一、理想电源等效变换1、理想电压源的串、并联电路的等效变换1）多个理想电压源串联，其等效理想电压源的电压等于各个理想电压源之和

2.2电源等效变换一、理想电源等效变换1、理想电压源的串、并联电路的等效变换2）多个理想电压源并联，其等效理想电压源的电压等于每一个理想电压源的电压。不同电压的理想电压源不允许并联。

2.2电源等效变换一、理想电源等效变换1、理想电压源的串、并联电路的等效变换

2.2电源等效变换一、理想电源等效变换2、理想电流源串、并联电路的等效变换1）多个理想电流源并联，其等效理想电流源的电流等于各个理想电流源的电流之和。

2.2电源等效变换一、理想电源等效变换2、理想电流源串、并联电路的等效变换2）多个理想电流源串联，其等效理想电流源的电流等于每一个理想电流源的电流。不同电流的理想电流源不允许串联。

2.2电源等效变换一、理想电源等效变换2、理想电流源串、并联电路的等效变换

2.2电源等效变换

2.2电源等效变换二、实际电源等效变换在实际电路中，一个电源在提供电能的同时，必然还要消耗一部分电能。因此，实际电源的电路模型应由两部分组成：一部分是产生电能的理想电源元件；另一部分是消耗电能的理想电阻元件。1、理想电压源

(a)电路

(b)伏安特性曲线

图1-4-13理想电压源

2.2电源等效变换

I=1A3V+-U

I=2A3V+-U

(a)电路

(b)伏安特性曲线

图1-4-13理想电压源

2.2电源等效变换IUS+_abUab2

R1R22

设:

Us=10V

则：例I=5AI=10A2.2电源等效变换2、电压源模型（实际电压源）

UOI理想电压源伏安特性U=Us–R0II

UUs+-RO实际电压源伏安特性U0

=UsUs

2.2电源等效变换2、电压源模型（实际电压源）

U=Us–R0II

UUs+-R0

从电压源模型的外特性可以看出，内阻越小，输出电流变化时输出电压的变化就越小，即输出电压越稳定，外特性曲线越平。UOI

2.2电源等效变换2、电压源模型（实际电压源）

Us+-RO实际电压源

Us+-理想电压源IRUUs+-R0Us+-IRU近似

实际工程中，当负载电阻远远大于电源内阻时，实际电源可用理想电压源表示。2.2电源等效变换

当R1=20

时，当R1=2

时，I

+_abUabR1

例

2.2电源等效变换3、理想电流源

(b)伏安特性曲线

图1-4-15理想电流源(a)电路

理想电流源实际上是不存在的。2.2电源等效变换

3、理想电流源

UIs

+-

UIs

+-

2.2电源等效变换4、电流源模型（实际电流源）

IR+-UIsR0I0电流源模型与外电路的连接2.2电源等效变换4、电流源模型（实际电流源）IR+-UIsR0I0电流源模型与外电路的连接UOIIs理想电流源伏安特性

电流源开路，

电流源短路，

实际电流源伏安特性2.2电源等效变换

从电流源模型的外特性可以看出，内阻越大，输出电压变化时输出电流的变化就越小，即输出电流越稳定，直线越接近垂直。UOI

4、电流源模型（实际电流源）2.2电源等效变换

实际电流源ROIsU+-

理想电流源+-UIs近似

IR+-UIsROIOIR+-UIs实际工程中，当负载电阻远远小于电源内阻时，实际电流源可用理想电流源表示。2.2电源等效变换5、电压源模型与电流源模型的等效变换

IRUUs+-R0电压源与电阻的串联模型IR+-UIsR0I0电流源与电阻的并联模型2.2电源等效变换IRUUs+-R0IR+-UIsR0I0Us+-R0IsR0对外电路而言，如果将同一负载R分别接在两个电源上，R上得到相同的电流、电压，则两个电源对R而言是等效的。

2.2电源等效变换IUIsIsR0IsR0UIUIR0+-UsIUUsUs/R0

开路点短路点开路点短路点内阻内阻2.2电源等效变换6、等效变换的注意事项（1）“等效”是指“对外”等效（等效互换前后对外伏安特性一致），对内不等效。IsaR0'bUab'I'RLaUs+-bIUabR0RL

R0中不消耗能量R0'中则消耗能量对内不等效

对外等效2.2电源等效变换6、等效变换的注意事项

aUs+-bIR0Us+-bIR0aaR0'bI'aR0'bI'IsIs2.2电源等效变换6、等效变换的注意事项（3）理想电压源和理想电流源不能等效互换。abI'Uab'

aUs+-bI理想电压源和理想电流源伏安特性不同！2.2电源等效变换6、等效变换的注意事项（4）在进行等效变换时，与理想电压源串联的电阻和与理想电流源并联的电阻可以作为其内阻处理。注：R1是外电阻，等效的时候可以看做各自电源（电压源和电流源）的内阻处理。2.2电源等效变换

+－

－+

+－

2.2电源等效变换[例2-2-1]有一直流发电机，已知电动势为230V，内阻为1Ω，接负载电阻22Ω。（1）用电源的两种电路模型表示电路。+－

－+

(a)电压源模型电路(b)电流源模型电路

+－

2.2电源等效变换（2）用两种电路模型分别求输出电流、电压、电功率。+－

－+

(a)电压源模型电路解：输出电流

输出电压

输出功率

(b)电流源模型电路

+－

输出电流

输出电压

输出功率

从两种电路模型分别求出的输出电流、电压和功率，结果完全相同。2.2电源等效变换（3）计算电源两种模型的内部损耗。+－

－+

(a)电压源模型电路(b)电流源模型电路

+－

电压源模型的内部损耗

电流源模型的内部损耗

可见，这两种电路模型的内部损耗功率是不相同的。2.2电源等效变换7、等效变换的解题步骤（1）整理电路，将所求电路划出，通常画在右边。（2）将所求支路以外的部分，用电压源与电流源相互等效的方法进行化简。（3）在简单电路中，求解未知电流或电压。补充：在化简过程中，所求支路必须保留。2.2电源等效变换【例2】电路图如下图(a)所示，试用电源等效变换法求R2支路的电流I2

－+

－+

图(a)

－+

－+

将负载划出

－+

将6V，3Ω电压源等效成3A，3Ω的电流源（注意电流源的方向）2.2电源等效变换【例2】电路图如下图(a)所示，试用电源等效变换法求R2支路的电流I2

－+

将6V，3Ω电压源等效成3A，3Ω的电