《电工电子技术Ⅰ》第1章电路的基本概念与定律.ppt

1、1,1.14 电路的基本概念,1.5 电源的工作状态,1.6 基尔霍夫定律,电路的基本概念与基本定律,第1章,1.7 电路中电位的计算,2,1.14 电路的基本概念,1.1 电路的作用与组成部分,电路的作用：(1)实现电能的传输和转换（如电力系统）,把其他形式的能量转化成电能,用户,把电能转化成其他形式的能量,（2）进行信号的传递与处理（如电视机电路）；,3,二、电路的组成,电源,负载,电源：提供电能和信号,在电源的作用下，电路中产生电压、电流。,电源又叫激励或输入,由电源在电路中产生的电压和电流统称为响应或输出,负载：接收电能或信号,中间环节：电源和负载的连接部分,如电线、开关等,4,1.2

2、 电路模型,对电路中的每个元器件特性建立元件模型； 忽略元件的次要特性，用规定的理想化模型表征其物理特性。,5,实际元件用理想元件或其组合来近似代替，得到实际电路的模型叫做电路模型。,6,1.3 电流和电压的参考方向,I,电流和电压的正方向：,7,实际正方向：,物理中对电量规定的方向。,电流I,电动势E,电压U,正电荷移动的方向,电源驱动正电荷的方向,电位降落的方向,A, kA, mA, A,V, kV, mV, V,V, kV, mV, V,8,物理量正方向的表示方法,正负号,Uab（高电位在前， 低电位在后）,双下标,箭 头,1,2,3,9,假设正方向（参考方向）,在分析计算时，对电量人为

3、规定的方向。,在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向，电路如何求解？,问题的提出,电流方向 AB？,电流方向 BA？,10,(1) 在解题前先任意设定一个正方向，作为参考方向；,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； 若未标参考方向，则结果的正、负无意义！,(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；,(3) 根据计算结果确定实际方向：,假设正方向（参考方向）的应用,注意！,11,已知：E=2V, R=1 求： 当U 分别为 3V 和 1V 时，求IR的大小和方向?,(3) 数值 计算,（实际方向与参考方向一致）,（实际

4、方向与参考方向相反）,12,如果一段电路或者一个元件上的电压和电流的参考方向一致，则称为关联参考方向，否则称为非关联参考方向,关联参考方向,非关联参考方向,如果采用关联方向，我们在标示时，标出一种即可。如果采用非关联方向，则必须全部标示。,关联参考方向,13,(3) 为了避免列方程时出错，习惯上采用关联参考方向。,(1) “实际方向”是物理中规定的，而“参考方向”则 是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。,(2) 在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向” (即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程 计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的.,14,1.4 欧姆定律,注意（1）用欧姆

5、定律列方程时，一定要在图中 标明正方向。 （2）定律只适用于线性电阻。,15,负载电阻,一、电源有载工作,电源电动势,电源外特性:,电源内阻,1.5 电源的有载工作、开路与短路,电路电流:,电源端电压:,16,电路功率:,功率平衡,伏安特性的斜率与R0有关， R0越小，斜率越小。,R0 RL时，U 随负载的变动很小，受负载的影响很小，电源带负载能力强。,电源的内阻越小，带负载能力越强。,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:,3、电源与负载的判别,在 U、 I 取关联参考方向的前提下，,“吸收功率”,若P = UI 0,能量守衡方程,P（吸收）

6、= P（发出）,若P = UI 0,“发出功率”,元件的电路性质：,有的电路设备起电源作用 是电源性质 发出功率。,注：电源在电路中不一定起电源的作用， 负载在电路中不一定起负载的作用。,有的电路设备起负载作用 是负载性质 吸收功率。,电源和负载的判断方法：,当P 0时, 则说明此部分电路 吸收功率，为负载。,假设U、I取关联参考方向。,当P 0时, 则说明此部分电路 发出功率，为电源。,如果采用非关联参考方向，判断依据正好相反,例：已知，U=5v，在I=1A和I=-1A时，问：元件A 是吸收或发出功率？判断电路性质？,（1）I=1A: P=UI=5w，P0,U、I采用关联参考方向：,A吸收功

7、率，是负载,（2）I=-1A: P=UI=-5w，P0,A发出功率，是电源,22,当元件上的U、I 的实际方向一致： 则此元件吸收功率，为负载。,当元件上的U、I 的实际方向相反： 则此元件发出功率，为电源。,实际方向根据参考方向和计算结果的正、负得到。,例：已知，U=5v，在I=1A和I=-1A时，问：元件A 是吸收或发出功率？判断电路性质？,（1）I=1A: U和I的实际方向相同,A吸收功率，是负载,（2）I=-1A:U和I的实际方向相反,A发出功率，是电源,例：,若：电压表和电流表均正偏，判断A、B 谁是电源，谁是负载,A：电压和电流的实际方向相反，是电源,B：电压和电流的实际方向相同，

8、是负载,25,4、额定值：,设: E=10V,当R1 R2 同时接入时： I=10A，P=100w,电源输出的功率和电流决定于负载的大小。,结论：,26,各种电气设备的电压、电流、功率都有一个额定值。,对负载来讲：,额定值指负载正常工作时的条件及消耗的功率限额。,负载一般要额定工作（例：220v，40w的白炽灯）。,对电源来讲：额定值指电源向负载提供的 电流、电压和功率的限额。 通常在铭牌或说明书中标出 注意使用时不要超过额定值。,27,结论：,在一定条件下，电源输出的功率取决于负载的大小，所以电源不一定处于额定工作状态，但是一般不应该超过额定值因此：电源的额定状态与负载是有区别的，负载一般要

9、额定工作。电源的输出功率取决于负载。,28,（1）满载工作：输出额定的I、U、P。,（2）轻载工作：输出的P 低于额定值。,（3）超载工作：输出的P 高于额定值。不允许,电源的有载工作：,二.电源开路,I = 0,U=U0=E,P = 0,（空载）,29,三.电源短路,U = 0,外电路被短路（ RL =0）,P=0（输出功率）PE =I2 R0 （电源消耗的功率）,电源短路容易烧坏电源，因此电源使用中通常接入熔断器,30,练习与思考:1.5.1,(1) R00，S闭合后 I1变化？,不变,(2) R00，S闭合后 I1变化？,减小,(3)电源的额定功率为125kw、220v，接220v、60

10、w的电灯时，电灯会不会烧毁？,不会、电源输出的功率为60w,31,1.6 基尔霍夫定律,名词解释：,结点：三个或三个以上支路的联结点,支路：电路中每一个分支,回路：电路中任一闭合路径,网孔：回路中无支路时称网孔,描述电路中结点上的电流和回路中的电压所满足的普遍规律，其中包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。,32,支路：ab、ad、 . （共6条）,回路：abda、 bcdb、 . （共7 个）,结点：a、 b、 . (共4个）,网孔：abda、 bcdb adca （共3 个）,33,1. 基尔霍夫电流定律(KCL),对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由节点流出的电流。或者说，在任

11、一瞬间，一个节点上电流的代数和为 0。, I = 0,即：,对a节点：,或：,设流入节点取“+”，流出节点取“-”。,34,KCL还适用于电路的任意封闭面。,I1+I2 + I3=0,基尔霍夫电流定律的扩展,证明：,a:,b:,c:,35,I=0,I=?,计算图示电路中的未知电流 I 。,I,解：,2 - 3 - 4 - I=0,I= 2 - 3 - 4=-5A,利用扩展的KCL列方程：,36,2. 基尔霍夫电压定律(KVL),对电路中的任一回路，沿任意方向巡行一周，其电位升等于电位降。或，电压的代数和为 0。,回路 a-d-b-c-a,即：,或：,37,列写KVL方程的步骤：,标出回路中各段

12、电压和电流的参考方向；选定一个回路方向；,沿回路巡行一周，若电压（电流）与回路方向一致，取正； 相反，取负；,回路 a-b-c-a,回路 a-b-d-a,38,KVL也适合于开口电路。,基尔霍夫电压定律的扩展,39,基尔霍夫定律归纳,(1) KCL是在支路电流之间施加线性约束；KVL则对支路电压施加线性约束。这两个定律仅与元件的相互连接有关，而与元件的性质无关。不论元件是线性的还是非线性的，KCL和KVL总是成立的。,(2) 对一个电路应用KCL和KVL时，应对各结点和支路编号，并指定有关回路的绕行方向，同时指定各支路电流和支路电压的参考方向，一般两者取关联参考方向。,40,41,电位的概念：,1.7 电位的计算,42,电位值是相对的,参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变； 电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而改变。,电位和电压的区别,注意,43,电路如图示：,1、若选A为参考点，则各点电位如下,2、若选B为参考点，则各点电位如下,3、不论A或B为参考点，则各两点间的电压是不改变的。,VA=0,VB = UBA = -60V， VC = UCA = 80V， VD = UDA = 30V,VB=0,VA = UAB = 60V， VC = UCB =140V， VD = UDB