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1、,电工电子技术,主讲:胡跃辉,2009年2月,第3页,第1章 电路分析基础,第2章 正弦交流电路,第3章 三相交流电路,第4章 磁路与变压器,第5章 异步电动机及其控制,第一篇 电工电子技术,第二篇,理解电流、电压参考方向的问题；掌握基尔霍夫定律及其应用；了解电气设备额定值的定义；熟悉电路在不同工作状态下的特点；深刻理解电路中电位的概念并能熟练计算电路中各点的电位。,第1章 电路分析基础,学习要点,第二页,第1章 电路分析基础,1.1 电路分析基础知识,1.2 电气设备的额定值及电路的工作状态,1.3 基本电路元件和电源元件,1.4 电路定律及电路基本分析方法,1.5 电路中的电位及其计算方法
2、,1.6 叠加定理,1.7 戴维南定理,第二页,1.1 电路分析基础知识,1. 导体、绝缘体和半导体,原子核中有质子和中子，其中质子带正电，中子不带电,绕原子核高速旋转的电子带负电,自然界物质的电结构：,导体的外层电子数很少且距离原子核较远，因此受到原子核的束缚力很小，极易挣脱原子核的束缚游离到空间成为自由电子，自由电子在外电场作用下定向移动形成电流。,半导体的外层电子数一般为4个，其导电性界于导体和绝缘体之间。,绝缘体外层电子数常为8个，且距离原子核较近，因此受到原子核很强的束缚力而无法挣脱，我们把外层电子数为8个称为稳定结构，这种结构中不存在自由电子，因此不导电。,第四页,绝缘体是否在任何
3、条件下都不导电？,当外界电场的作用超过原子核对外层电子的束缚力时，绝缘体的外层电子也同样会挣脱原子核的束缚成为自由电子，这时我们称为绝缘被 击穿。,半导体有什么特殊性？,半导体的导电性虽然 介于导体和绝缘体之间，但半导体在外界条件变化时，其导电能力会大大增强；若掺入某些杂质后，其导电能力甚至会增加成千上万倍，半导体的这种特殊性，使它在电子技术中得到了广泛地应用。,检 验 学 习 结 果,第四页,2.电路的组成和功能,（1） 电路的组成,电路一般由电源、负载和中间环节组成。,电源：,如发电机、电池等，电源可将其它形式的能量转换成电能，是向电路提供能量的装置。,负载：,指电动机、电灯等各类用电器，
4、在电路中是接收 电能的装置，可将其它形式的能量转换成电能。,中间环节：,将电源和负载连成通路的输电导线、控制电路通断的开关设备和保护电路的设备等。,第四页,电路可以实现电能的传输、分配和转换。,（2）电路的主要功能：,电力系统中：,电子技术中：,电路可以实现电信号的传递、存储和处理。,第四页,3.电路模型和电路元件,电源,负 载,负载,实体电路,S,中间环节,电路模型,与实体电路相对应的电路图称为实体电路的电路模型。,第四页,电路模型中的所有元件均为理想电路元件。,实际电路元件的电特性是多元的、复杂的。,R,L,消耗电能的电特性可用电阻元件表征,产生磁场的电特性可用电感元件表征,由于白炽灯中耗
5、能的因素大大于产生磁场的因素，因此L 可以忽略,白炽灯的电路模型可表示为：,理想电路元件的电特性是精确的、惟一的。,第四页,理想电路元件又分有有源和无源两大类,电阻元件,电容元件,理想电压源,理想电流源,无源二端元件,有源二端元件,电感元件,第四页,集总参数元件的特征,2. 对于集总参数元件，任何时刻从元件一端流入的电流，恒等于从元件另一端流出的电流，并且元件两端的电压值是完全确定的。,1.在元件中所发生的电磁过程都集中在元件内部进行，其次要因素可以忽略的理想化电路元件。 如前面提到的无源电路元件R，只具有耗能的电特性；L只具有储存磁场能量的电特性；C只具有储存电场能量的电特性。,第四页,4.
6、 电压、电流及其参考方向,大写 I 表示直流电流，小写 i 表示电流的一般符号,（1） 电流, 电流强度等于单位时间内通过导体横截面的电荷量。,电流的单位及换算：1A=103mA=106A=109nA, 电荷的定向移动形成电流。, 电流的大小用电流强度表示，简称电流。,或,第四页,（2） 电压, 电路中a、b两点间的电压定义为单位正电 荷由a点移至b点电场力所做的功。, 电压是电路中产生电流的根本原因。, 电压等于电路中两点电位之差。,或,大写 U 表示直流电压，小写 u 表示电压的一般符号,电压的单位及换算：1V=103mV=10-3KV,第四页,（3） 电流、电压的参考方向,解题前在电路图
7、上标示的电压、电流方向称为参考方向。,为什么要在电路图中标示参考方向？,参考方向是为了给方程式中各量前面的正、负号以依据,关联参考方向下： U=IR,非关联参考方向下： U=IR,第四页,电压、电流的参考方向：,当电压、电流参考方向与实际方向相同时，其值为正，反之则为负值。,电流的参考方向用箭头表示；电压的参考方向除用极性“+”、“”外，还可用双下标或箭头表示,原则上： 任意假定。,第四页,例：当ua =3V ub = 2V时,u1 =1V,u2=1V,求得的u1为正值，说明电压的实际方向与参考方向一致；,求得的u2为负值，说明电压的实际方向与参考方向相反。,第四页,5. 电能、电功率和效率,
8、电能的转换是在电流作功的过程中进行的，因此电能的多少可以用功来量度。,式中电压的单位为伏特【V】，电流单位为安培【A】，时间的单位用秒【s】时，电能（或电功）的单位是焦耳【J】。,日常生产和生活中，电能（或电功）也常用度作为量纲：1度=1KWh=KVAh,（1）电能,第四页,单位时间内电流所作的功称为电功率，用“P”表示,（2）电功率,1W=10-3KW,功的单位为焦耳，时间单位为秒时，电功率的单位是“瓦”,（3）效率,输出功率与输入功率的比值称为效率，用“”表示,第四页,则某部分电路功率 P 0 , 说明U、I 实际方向与参考方向一致，说明电路吸收电功率，为负载。,所以，从 P 的 + 或
9、- 可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。,在进行功率计算时，如果假设 U、I 参考方向关联。,当某部分电路功率 P 0 时, 则说明 U、I 实际方向与参考方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。,计算功率时应注意的问题,第四页,检 验 学 习 结 果,1. 电路由哪几部分组成？试述电路的功能。,2. 电路元件与实体电路器件不何不同？何谓电路模型？,3. 为何要引入参考方向？参考方向与实际方向有何联系与区别？,4. 如何判别元件是电源还是负载？,第四页,1.2 电气设备的额定值及电路的工作状态,1. 电气设备的额定值,电气设备长期、安全工作条件下的最高限值称为额定值。,电气设备的额定值是根
10、据设计、材料及制造工艺等因素，由制造厂家给出的技术数据。,2. 电路的三种工作状态,（a）开路, U=US , U=USIR0 , U=0 ,IUS/R0,第四页,检 验 学 习 结 果,1. 电源外特性与横轴相交处的电流=？电源工作状态？,2. 该电阻允许加的最高电压=？允许通过的最大电流=？,3. 额定电流为100A的发电机，只接了60A的照明负载，还有40A电流去哪了？,4. 电源的开路电压为12V,短路电流为30A,则电源的US=?RS=？,第四页,1.3 基本电路元件和电源元件,2. 电感元件是储能元件,线性电阻元件 伏安特性,线性电感元件 韦安特性,线性电容元件 库伏特性,3. 电
11、容元件是储能元件,1. 电阻元件是耗能元件,电阻元件是即时元件,电感元件是动态元件,电容元件是动态元件,1. 基本电路元件,第四页,2. 电源元件,U= US,一个电源可以用两种模型来表示。用电压的形式 表示称为电压源，用电流的形式表示称为电流源。,电压源电路,当实际电压源的内阻 R0 = 0（相当于短路）时，U = US 为一定值，此时通过电压源的电流I 则由负载电阻 RL 和 U 共同确定，这样的电源称为理想电压源简称电压源。,理想电压源的外特性,第四页,I=IS,电流源电路,当实际电流源的内阻 RS=（相当于开路）时，I= IS 为一定值，而电流源两端电压则由负载电阻 RL 和 I 共同
12、确定，这样的电源称为理想电流源简称电流源。,理想电流源的外特性,电 流 源,第四页,实际电源的两种电路模型,实际电压源模型,实际电流源模型,a,若实际电源输出的电压变化不大，可用电压源和电阻相串联的电源模型表示，即实际电源的电压源模型；若实际电源输出的电流变化不大，则可用电流源和电阻相并联的电源模型表示，即实际电源的电流源模型。,第四页,两种电源之间的等效变换,当接有同样的负载时，对外的电压、电流相等。,Us = Is R0,内阻改并联,内阻改串联,两种电源模型之间等效变换时，内阻不变。,等效变换的条件：,第四页,检 验 学 习 结 果,1. uL=0时，WL是否也为0？若ic=0时，WC是否
13、为0？,2. 上述直流情况下，电感线圈的等效电路模型？,3. 电感元件在直流时相当于短路， L 是否为零？电容元件在直流时相当于开路，C是否为零？,4. 理想电源和实际电源有何区别？理想电源之间能否等效互换？实际电源模型的互换如何？,第四页,I = ?,哪个答案对？,第四页,第四页,1.4 电路定律及电路基本分析方法,1. 电阻的串联与并联,电阻的串联,电阻的并联,等效电阻,串联各电阻中通过的电流相同。,并联各电阻两端的电压相同。,如果两个串联电阻有： R1R2，则RR1,如果两个并联电阻有： R1R2，则RR2,第四页,电阻的混联计算举例,【解】 Rab=R1+ R6+(R2/R3)+(R4
14、/R5),分析：由a、b端向里看， R2和R3， R4和R5均连接在相同的两点之间，因 此是并联关系，把这4个电阻两两并 联后，电路中除了a、b两点不再有结 点，所以它们的等效电阻与R1和R6 相串联。,电阻混联电路的等效电阻计算，关键在于正确找出电路的联接点，然后分别把两两结点之间的电阻进行串、并联简化计算，最后将简化的等效电阻相加即可求出。,第四页,2. 电路名词,1. 支路：,一个或几个二端元件首尾相接中间没有 分岔，使各元件上通过的电流相等，这 种连接方式称为支路。,2. 结点：,三条或三条以上支路的联接点称之为结 点。,3. 回路：,电路中的任意闭合路径称为回路。,4. 网孔：,单一
15、闭合路径，其中不包含其它支路的 回路称为网孔。,第四页,节点共a、 b 2个,支路共3条,回路共3个,回路几个？,a,b,几条支路？,结点几个？,网孔数？,网孔共2个,第四页,支路：共 ？条,回路：共 ？个,节点：共 ？个,6条,4个,独立回路：？个,7个,有几个网眼就有几个独立回路,第四页,3. 基尔霍夫电流定律KCL,用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括基氏电流定律（KCL）和基氏电压定律（KVL)两个定律。,对任意结点，在任一瞬间，流入结点的电流之和等于由结点流出的电流之和。或者说，在任一瞬间，流入一个节点上的电流的代数和恒等于零。,KCL内容:,或：,流入为正 流出为
16、负,基氏电流定律的依据：电流的连续性原理,第四页,基氏电流定律的推广,I=?,广义节点,I1+I2=I3,I=0,广义节点,电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。,第四页,对电路中的任一回路，沿任意绕行方向转一周，其电位降等于电位升。或，电压降的代数和恒为零。,对题图回路#1列KVL方程：,电位降,即：,电位降为正 电位升为负,KVL内容:,IR=US 或 U=0,对题图回路#2列KVL方程：,电位降,电位降等于 电位升,对题图回路#3列KVL方程：,电位降,第三个方程式不独立,电位升,省略,第四页,KVL定律可以扩展应用于任意假想的闭合回路,列出下图的KVL方程,第四页,5. 负载获得最大功率的条件,左图所示的闭合全电路中，电流为：,负载上获得的功率为：,将式子整理为：,由此式能看出负载上获得最大功率的条件吗？,*R0=RL,第四页,检 验 学 习 结 果,当这两个电阻相串或相并时，等效电阻R？,负载获得最大功率的条件？最大功率为多少？,A4=？ A5 =？,结点？支路？Uab=？I
