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1、焦作电厂集控运行高级工培训 孟凡,描述电路的基本物理量，包括电压、电流、功率等； 电路的基本定律：基尔霍夫定律 组成电路的基本元件介绍，包括电阻、电压源、电流源等。,电路的基本概念及基本定律,一、电路及电路模型,电路（circuit）将电气器件按照一定的连接方式组合起来，构成电流的通路，叫电路（或叫网络network）。 元件（element）为便于数学分析，根据实际器件的主要电磁性能，引用一些由数学定义的理想电路元件，简称元件。,主要介绍：电路的一般概念、名词,电路理论中所研究的电路实际是电路模型的简称。电路理论及其分析方法，就是从物理实际建立电路模型，用数学手段分析电路模型，再回到物理实际
2、。其实，这样的方法不仅应用于电路的研究，而且应用于各个学科。,电路理论中，引用的主要元件有电阻、电容、电感、理想电压源、理想电流源。这些元件都具有两个端钮（terminal），叫做二端元件。当然，还有多个端钮的元件，称为多端元件。,有关电路的一些名词：,以图示为例，介绍一些有关的电路名词。图示方框表示没有说明具体性质的二端元件,串联：二端元件的首尾相接，中间没有分支，称为串联（series connection）。,并联：二端元件的两个端钮，分别接于电路中的相同两点间，称为并联（parallel connection）,支路：每一个二端元件叫做一个支路。引伸为串联元件就组成一条支路（branc
3、h）。,节点：两个及两个以上支路的点叫做节点（node）。,回路：由几条支路组成的闭合路叫做回路（loop）,二、 电流、电压,一、电流（current）,定义：电荷的定向移动的这种物理现象就称为电流。衡量电流大小的物理量为电流强度单位时间内通过导体横截面的电荷量就称为电流强度，简称电流。所以平时所说的电流就代表了两种含义。 单位：安培（ampere），简称安，符号为A。实用中还有kA，mA。,二、电压（voltage）,电压是用来衡量电场（移动电荷）作功能力的物理量。电荷在电场中从一点移到另一点时，它所具有的能量的改变量只和这两点的位置有关，而与移动的路径无关。,定义：两点间电压的大小等于单
4、位电荷 量从一点移到另一点时能量的改变量，如电荷量为dq的电荷在电场中从一点移到另一点时能量的改变量为d，则此两点间的电压的大小为,方向：如果正电荷 由A移到B时能量减少，则此两点间电压的方向从A到B。,单位：国际单位为伏特（volt），简称为伏，符号为V。实用中有kV、mV。,三、电位（potential）,在电路中任选一点，作为参考点，则某点的电位就是 由该点到参考点的电压。即两点间的电压等于这两点的电位的差，所以电压又称电位差。 需要注意的是：参考点选择不同，同一点的电位就不同，电压与参考点的选择无关，即两点间的电压是恒定不变的。,四、电流、电压的参考方向（reference direc
5、tion）,为了分析、计算的方便，引入参考方向。在分析、计算前，首先任意选定电压、电流的方向，作为分析计算的标准，这个方向就称为参考方向。若按照参考方向计算出的电压、电流为正，则说明所选定的参考方向与实际方向一致。反之，则说明参考方向与实际方向相反。这样电压、电流都是对应于所选 参考方向而言的有正、负的数值。,对于参考方向，需要注意以下几点： 电流、电压的方向是客观存在的，而参考方向是人为选择的决定的。在分析、计算的过程中，参考方向一经选 定，就不能变动。 每次分析、计算前，都需要首先选定它的参考方向。 对同一电流或电压，如果参考方向选择不同，则计算结果是：瞬时值大小一样而异号。 今后，一些结
6、论及公式都是在一定的参考方向选择之下得出的，应用这些结论时必须遵照原先所选择的参考方向。,四、电功率（electric power）,定义：传送电能的速率或电能转换为其它形式能量的速率，称为功率，用P或p表示。有吸收或发出功率两种形式。,定义式：,图示：所选电压、电流的方向为关联参考方向，则当得到的功率为正值时，就表示网络吸收功率。反之，则认为网络发出功率。,图示网络，电压、电流选择为非关联参考方向，若求得功率为正值，则表示网络发出功率。反之，则表示网络吸收功率。,直流情况下，功率表达式为 PUI,单位：国际单位制为瓦（watt）。实用中有mW、KW、MW,电能：功率与能量的关系:,当然，直流
7、情况下，有,电能的单位为J。实用中有,功率平衡（守恒）原理：任一电路，任一瞬间，吸收电能的各元件功率的总和等于发出电能的各个元件功率的总和。即所有元件吸收的功率总和为零。这个结论称为“电路的功率平衡”,练习：试求图示电路吸收或发出的功率。,一、基尔霍夫电流定律（Kirchhoff current law）,流进电路中某一节点的电荷量一定等于流出该节点的电荷量，这一结论称为电流的连续性原理。KCL是电流连续性原理在电路中的体现。,图示，对电路中的任一节点，在任一时刻，对所电流参考方向的情况下，有,基尔霍夫定律,上式又可写成,即,所以，KCL定律可叙述为：对电路的任一节点，在任一瞬间，流进该节点的
8、电流等于流出该节点的电流，即任一节点的电流的代数和等于零。,KCL也适用于广义节点。如图示。,二、基尔霍夫电压定律（Kirchhoff voltage law）,它是电压与路径无关这一性质在电路中的体现。看图。,对图示所选电压的参考方向及回路的绕行方向，有,即,所以，KVL可叙述为：电路的任一瞬间，任一回路的各支路电压的代数和等于零。,需要说明的是：KCL与KVL与构成电路的元件性质是无关的，而只与电路的连接方式有关。它们所表达的是电路中的节点电流与回路电压所应遵循的约束关系。,例：试计算图示电路中各元件的功率，并说明是吸收还是发出功率。并核算功率是否平衡。,例：试求图示电路中各元件的功率，并
9、核算功率平衡。,电阻元件,一、电阻(resistance)元件的定义,电阻元件是一个二端元件，它的电流和电压的方向总是一致的，它电流和电压的大小成代数关系。实际中分为线性电阻元件（电流和电压的大小成正比，图示）与非线性电阻元件，主要介绍线性电阻元件的特性。,电阻的倒数称为电导（conductance）,国际单位制中，电阻的单位为欧姆（ohm），符号为。电导的单位为西门子（simens），符号为S。,二、电阻元件的电压、电流关系,在选择电压、电流为关联参考方向的情况下，有,在选择电压、电流为非关联参考方向的情况下，有,需要注意： 1.电阻元件任一时刻的电压（或电流）只决定于同一时刻的电流（或电压
10、），而与过去的电压或电流没有关系。 2.元件的性质决定了元件的电压、电流所受到的另一种约束，这种约束与元件在电路中的连接方式无关,三、电阻电路的两种特殊情况,一般地，电阻元件有电流就有电压，有电压就有电流。但有两种特殊情况：电阻为零（R0）和无限大（R）。,四、电阻元件的功率,电阻元件是一种耗能元件，所以在选择了电压、电流为关联参考方向后，有,例：图示，已知 ， 试求 。,例：试求图示部分电路中的R和这部分电路的功率。,电容元件（capacitance）,一、电容元件,电容元件是实际电容器的理想化模型。其是一个二端元件，在任意时刻，沿电压方向聚集等量的正、负电荷；每一极板上储存的电量q与电压u
11、的大小成代数关系，即电量与电压的关系由平q u平面上一条曲线所决定,对于线性电容元件：,单位：F（法拉）。常用的还有F、pF。,符号：,二、电容元件的电压与电流关系,电容元件储存的能量：,电感元件（inductance）,一、电感元件,电感元件是实际电感器的理想模拟。其是一个二端元件，在任意时刻，它的磁链与电流的方向成右手螺旋关系，磁链与电流的大小成代数关系，即磁链与的电流的关系由i平面上的一条曲线所决定。,对于线性电感元件：,单位：H（亨利）。常用的还有mH。,符号：,二、电感元件的电压与电流关系,电感元件储存的能量：,电压源与电流源,一、电压源,理想电压源简称电压源（voltage sou
12、rce），它是一个二端元件，它的电压为一定的时间函数，与通过它的电流无关；它的电流（以及功率）由与之相连的外部电路决定。,电压源在电路中的符号如右图。,为说明电压源的特性，看下面的例子。,图示电路，当电阻分别为R1、2 时，电压源的电流及功率分别为多少？,二、电流源,理想电流源简称电流源（current source），是一个二端元件，它的电流为一定的时间函数，与它的电压无关，它的电压（以及功率）由与之相连的外部电路决定。,电流源在电路中的符号如右图。,为了说明电流源的特性，看下面的例子。,例：图示电路，已知电流源IS1A，当电阻R分别为2、3 时，电流源的电压与功率分别为多少？,总结：电压源的电压不因外部电路的不同而不同，电流源的电流不因其外部电路的不同而不同，所以电压和电流源统称为独立源。,三、实际直流电源的电路模型,实际电源工作时，由于内部有损耗，电压、电流要随着它外部的情况的改变而改变。,电阻的星三角变换,
