电路基础磨石建筑电气设计教程资料 (2)

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1、 第 1章 电路基础 路的基本概念 路的基本定律 路电流法 点电位法 想电源模型及等效电源定理 加原理 本章要求 : 2. 理解电路的基本定律并能正确应用； 3. 了解电路的有载工作、开路与短路状态， 理解电功率和额定值的意义； 4. 会计算电路中各点的电位。 第 1章 电路基础 电路的基本概念 实现电能的传输、分配与转换 1. 电路的作用 电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。 发电机 升压 变压器 降压 变压器 电灯 电动机电炉 . 输电线 路的 组成 手电筒的电路模型 为了便于分析电路 ,一般要将实际电路形象化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合

2、来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路图。 例：手电筒 R + S + U I 电池 导线 灯泡 开关 手电筒由电池、灯 泡、开关和筒体组成。 理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。 手电筒的电路模型 R + S + U I 电池 导线 灯泡 开关 电池 是电源元件，其参数为电动势 E 和内阻 灯泡 主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻 R； 筒体 用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。 开关 用来控制电路的通断。 今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。 对基本物理量规定的方向

3、 1. 电路基本物理量的实际方向 物理量 实 际 方 向 电流 I 正电荷运动的方向 电动势 E (电位升高的方向 ) 电压 U (电位降低的方向 ) 高电位 低电位 单 位 A、 A 低电位 高电位 V、 V V、 V (2) 参考方向的表示方法 电流： 双下标 电压： (1) 参考方向 I E + _ 在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。 双下标 2. 电路基本物理量的参考方向 a R b 箭 标 a b R I 正负极性 + a b U U + _ 实际方向与参考方向 一致 ，电流 (或电压 )值为 正值 ； 实际方向与参考方向 相反 ，电流 (或电压 )值为 负值 。 (3) 实

4、际方向与 参考方向的关系 注意： 在参考方向选定后，电流 ( 或电压 ) 值才有正负之分。 若 I = 5A， 则电流从 a 流向 b； 例： 若 I = 5A，则电流从 b 流向 a 。 a b R I a b R U + 若 U = 5V，则电压的实际方向从 a 指向 b； 若 U= 5V，则电压的实际方向从 b 指向 a 。 路的基本状态 开关闭合 ,接通电源与负载 0负载端电压 U = 征 : 1. 有载工作状态 I - E U - I 电流的大小由负载决定。 在电源有内阻时， I U 。 或 U = E 源的外特性 E U I 0 当 N ， P (设备易损坏 ) 额定工作状态： I

5、 = P = (经济合理安全可靠 ) 1. 额定值反映电气设备的使用安全性； 2. 额定值表示电气设备的使用能力。 例： 灯泡： 220V ， = 60W 电阻： 100 ， =1 W 特征 : 开关 断开 2 空载工作状态 I = 0 电源端电压 ( 开路电压 ) 负载功率 U = E P = 0 1. 开路处的电流等于零； I = 0 2. 开路处的电压 U 视电路情况而定。 电路中某处断开时的特征 : I + U 有 源 电 路 I - E - 电源外部端子被短接 特征 : 0S 电源端电压 负载功率 电源产生的能量全被内阻消耗掉 短路电流（很大） U = 0 P = I = 0 1.

6、短路处的电压等于零； U = 0 2. 短路处的电流 I 视电路情况而定。 电路中某处短路时的特征 : I + U 有 源 电 路 I - E - 路的基本定律 U、 I 参考方向相同时， U、 I 参考方向相反时， R U + I R U + I U = I R U = 欧姆定律 解： 对图 (a)有 , U = ： 应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻 R。 对图 (b)有 , U = 326 : 6V + 2A R + U 6V I (a) (b) I 2A 电路端电压与电流的关系称为伏安特性。 遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。 I/A U/V

7、o 线性电阻的伏安特性 线性电阻的概念： 常数即： 线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。 L E + _ U 电源 负载 I 0 0时， 基尔霍夫定律 支路： 电路中的每一个分支。 一条支路流过一个电流，称为支路电流。 结点： 三条或三条以上支路的联接点。 回路： 由支路组成的闭合路径。 网孔： 内部不含支路的回路。 2 I3 b a - 2 - 1 2 3 例 1： 支路： （共 6条） 回路： （共 7 个） 结点 ： a、 b、 c、 d (共 4个） 网孔： 共 3 个） a d b c E + G 4 1 基尔霍夫电流定律 (第一 定律 ) 1定律 即 : 入 = 出 在任一瞬间，

8、流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。 实质 : 电流连续性的体现。 或 : = 0 2 I3 b a - 2 - 1 结点 a： 2 = 20 基尔霍夫电流定律 （ 反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。 电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。 2推广 I =? 例 : 广义结点 I = 0 0 A B C B + _ + _ I 5 1 1 5 6V 12V 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。 基尔霍夫电压定律（第二定律 ) 1 定律 即： U = 0 在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电

9、位降之和。 对回路 1： 对回路 2： 1 +3 2+3= 1 +3 0 或 2+3 0 2 I3 b a - 2 - 1 2 基尔霍夫电压定律 （ 反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。 1列方程前 标注 回路循行方向； 电位升 = 电位降 + U = 0 0 2应用 U = 0列方程时 ， 项前符号的确定： 如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。 3. 开口电压可按回路处理 注意： 1 对回路 1： + B + 2 例： 对网孔 对网孔 对网孔 6 3 +1 = 0 2 4 6 = 0 4 + 3 E = 0 对回路 逆时针方向循行 ： 1 + 3 + 4 2 = 0 应用 U

10、 = 0列方程 对回路 逆时针方向循行 ： 2 1 + E = 0 a d b c E + 4 1 列节点电流方程 :节点数减一个 列回路电压方程 :网孔数 求解各支路电流 . 点电位法 电位：电路中某点至参考点的电压， 记为“ 。 通常设参考点的电位为零。 1. 电位的计算步骤 : (1) 任选电路中某一点为参考点，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 :b、 。 解： 设 即 V 10 6= c= 4 20 =

11、 80 V 6 5 = 30 V 设 V 0 6 = 60 V 140 V 90 V b a c 20 4A 6 10A 0V - 40V 5 6A - d 10 6 = 60 V 140 V 90 V 10 6 = 60 V 140 V 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 b c a 20 4A 6 10A 0V - 40V 5 6A - d +90V 20 5 +140V 6 c d 例 1: 图示电路，计算开关 S 断开和闭合时 的电位 : (1)当开关 (2) 当开关闭合时 ,电路 如图（ b） 电流 0， 电位 0V 。 电流 I2