第1章电路基本概念与基本定律.ppt

1、第1章电路的基本概念与基本定律,1.1 电路的作用与组成部分,1.2 电路模型,1.3 电压和电流的参考方向,1.5 电源有载工作、开路与短路,1.4 欧姆定律,1.6 基尔霍夫定律,1.7 电路中电位的概念及计算,第1章 目录,3 负载,电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电工设备 或元件按一定方式组合起来的。,1 电源,2 中间环节,1.1 电路的作用与组成部分,1.电能的传输与转换,电路的作用,2. 传递与处理信号,发电机,升压 变压器,输电线,降压 变压器,电灯 电动机 ,放 大 器,话筒,扬声器,其它形式的能量电能,电能其它形式的能量,连接电源和负载，传输、分配电能,电路的组成,

2、信号源,负载,话筒把声音（信息）电信号,扬声器把电信号 声音（信息）,第1章 1 1,负载,电源,中间环节,1.1 电路的作用与组成部分,发电机,升压 变压器,输电线,降压 变压器,电灯 电动机 ,放 大 器,话筒,扬声器,信号源,负载,电源和信号源的电压或电流称为激励，它推动电路的工作。,激 励,响 应,由激励在电路中产生的电压和电流称为响应,电路分析是在已知电路结构和参数的条件下，讨论,与,的关系,第1章 1 1,电流磁场储存磁场能量 （可逆）,L,1.2 电路模型,第1章 1 2,实际的电路元件或器件 其电磁性质是很复杂的,例如：一个白炽灯在有电流通过时,电压电场储存电场能量 （可逆）,

3、C,R,第1章 1 2,L,C,为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下常忽略 实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，把它看 成理想电路元件。,电路实体,电路模型,第1章 1 2,1.2 电路模型,第1章 1 2,用理想电路元件组成的电路， 称为实际电路的电路模型。,理想电源元件,理想无源元件,理 想 电 压 源,理 想 电 流 源,电 阻 R,电 感 L,电 容 C,第1章 1 2,第1章 1 3,1.3 电压和电流的参考方向,第1章 1 3,E,R,+,U,I,电压的实际方向：,由高电位端指向低电位端,电流的实际方向：,正电荷运动的方向或 负电荷运动的反方向,电压、电流的参考方向：任意假

4、定,电压、电流参考方向与实际方向相同为正值，相反为负值,例如：E=3V，若假定电压的参考方向为 上“+”下“”，则U=3V或UAB=3V,A,B,反之，若假定电压的参考方向为上“” 下“+”，则U= 3V或UAB= 3V,+,电压的参考方向除用+、极性和双下标表示外，还可用箭头表示。,电流的参考方向则用箭头和双下标表示。,第1章 1 4,1.4 欧姆定律,通过电阻的电流与电压成正比,表达式,U 、I参考方向相同,U= IR,U、 I参考方向相反,图B中若I= 2A，R=3，则U= (2)3=6V,电压与电流参 考方向相反,电流的参考方向 与实际方向相反,第1章 1 4,1.4 欧姆定律,遵循欧

5、姆定律的电阻称 为线性电阻,(反之为非 线性电阻),它是一个与 电压电流无关的常数。,线性电阻的 伏安特性曲线,A,B,U,I,R,+,E,I,U,第1章 1 5,1.5 电源有载工作、开路与短路,1.5.1 电源有载工作,1. 电压与电流,R0,R,A,B,C,D,U=RI,U=E R0I,电源的外特性曲线,说明电源带负载能力强,第1章 1 5,1.5 电源有载工作、开路与短路,1.5.1 电源有载工作,1. 电压与电流,U=RI,U=E R0I,2. 功率与功率平衡,UI=EI R0I2,电源产 生功率,内阻消 耗功率,电源输 出功率,功率的单位：瓦特(W) 或千瓦(KW),电源产 生功率

6、,=,负载取 用功率,+,内阻消 耗功率,E,I,U,R0,R,A,B,C,第1章 1 5,1.5 电源有载工作、开路与短路,1.5.1 电源有载工作,3. 电源与负载的判别,根据电压、电流的实际方向判别,电源：U和I的实际方向相反， 发出功率,负载：U和I的实际方向相同， 取用功率,根据电压、电流的参考方向判别,电源：P=UI为负值，发出功率,若电压、电流的参考方向相同,负载：P= UI为正值，取用功率,例；,已知： UAB=3V,解：P=UI = (2)3= 6W,I = 2A,求：N的功率，并说明它 是电源还是负载,因为此例中电压、电流 的参考方向相同,而P为负值，所以 N发出功率是电源

7、,想一想，若根据电压电流 的实际方向应如分析？,第1章 1 5,1.5.1 电源有载工作,4. 额定值与实际值,S1,U,S2,+,I,S2,P,电源输出的电流和功 率由负载的大小决定,额定值是为电气设备在 给定条件下正常运行而 规定的允许值,电气设备不在额定 条件下运行的危害：,不能充分利用设备的能力,降低设备的使用寿命甚至损坏设备,E,I,U0,第1章 1 5,1.5 电源有载工作、开路与短路,1.5.2 电源开路,特征,R0,R,A,B,C,D,I=0,U=U0=E,P=0,U=0,I 视电路而定,E,U,IS,R1,1.5 电源有载工作、开路与短路,1.5.3 电源短路,特 征,R2,

8、R0,U=0,I=IS=E/ R0,P = 0,U,短接,第1章 1 5,R3,a,b,E1,结点 电路中三条或三条 以上支路联接的点,支路 电路中的每一分支,c,d,回路 由一条或多条支路 组成的闭合路径,如 acb ab adb,如 abca adba adbca,1.6 基尔霍夫定律,第1章 1 6,E2,如 a,b,R2,R1,（直流电路中）, I= 0, i = 0,（对任意波形的电流）,在任一瞬间流入节点电 流的代数和等于零,例：若I1=9A， I2= 2A， I4=8A。 求： I3,KCL,电流的参考方向 与实际方向相反,第1章 1 6,1.6.1 基尔霍夫电流定律 KCL,I

9、1I2+ I3 + I4=0,解：,IA,IB,IAB,IBC,ICA,KCL推广应用,或 I = 0,第1章 1 6,IC,对A、B、C三个结点 应用KCL可列出：,IA= IABICA,IB= IBCIAB,IC= ICAIBC,上列三式相加，便得,IA + IB + IC =0,可见，在任一瞬间通过任一封闭 合面的电流的代数和也恒等于零。,E2,U4,E1,U1,U2,a,b,c,e,d,+,+,+,1.6.2 基尔霍夫电压定律（KVL）,在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。, U = 0,若,求：,U2=？,E1 =5V，,电压的参考极性 与实际极性是否相同

10、,第1章 1 6,E2 = 3V,U3 =8V，,U1 = 2V，,U1+U2 U3 U4 + U5 =0,U2 (3) 8+5 + (2)=0,KVL,+,U5,U3,+,或 E = U,U1+U2U4 = E2 E1,根据 U = 0,KVL推广应用于假想的闭合回路,E+ IR UAB=0,第1章 1 6,UAB= E+ IR,或,根据KVL可列出,UB,UA,UAB,UAB= UA UB,UA UB UAB=0,1.7 电路中电位的概念及计算,电位：电路中某点至参考点的电压，记为“VX” 。 通常设参考点的电位为零。,1. 电位的概念,电位的计算步骤: (1) 任选电路中某一点为参考点，

11、设其电位为零； (2) 标出各电流参考方向并计算； (3) 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。,某点电位为正，说明该点电位比参考点高； 某点电位为负，说明该点电位比参考点低。,2. 举例,求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd 。,解： 设 a为参考点， 即Va=0V,Vb=Uba= 106= 60V Vc=Uca = 420 = 80 V Vd =Uda= 65 = 30 V,设 b为参考点，即Vb=0V,Va = Uab=106 = 60 V Vc = Ucb = E1 = 140 V Vd = Udb =E2 = 90 V,b,a,Uab = 106 = 60 V Ucb

12、= E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,结论：,(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中 各点的电位也将随之改变；,(2) 电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考 点的不同而变， 即与零电位参考点的选取无关。,借助电位的概念可以简化电路作图,例1: 图示电路，计算开关S 断开和闭合时A点 的电位VA,解: (1)当开关S断开时,(2) 当开关闭合时,电路 如图（b）,电流 I2 = 0， 电位 VA = 0V 。,电流 I1 = I2 = 0， 电位 VA = 6V 。,电流在闭合 路径中流通,例2：