(电工)电路的基本概念与基本定律

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1、任课教师：魏佩瑜教授 电工电子教研室Date1第第1 1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律1.11.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分1.21.2 电路模型电路模型1.31.3 电路的基本物理量电路的基本物理量1.41.4 电路的基本元件电路的基本元件1.51.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.61.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.71.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算Date2本章要求本章要求: :1.1.熟练掌握电压与电流参考方向的意义；熟练掌握电压与电流参考方向的意义；2. 2. 熟练掌握电路的基本定律并能正确应用；熟练

2、掌握电路的基本定律并能正确应用；3. 3. 熟练掌握电路元件的熟练掌握电路元件的VCR(VCR(或或VAR)VAR)；4. 4. 了解电路的有载工作、开路与短路状态，掌握了解电路的有载工作、开路与短路状态，掌握电功率和额定值的意义；电功率和额定值的意义；5. 5. 会计算电路中各点的电位。会计算电路中各点的电位。第第1 1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律Date31.1 1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分(1) (1) 实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换 (2)(2)实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理放大 器扬声器话筒电路是电流的通路

3、，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 .输电线还可以实现测量、自动还可以实现测量、自动 控制和贮存信息等控制和贮存信息等1.1.1 1.1.1 电路的作用电路的作用Date41.1.2 1.1.2 电路的组成部分电路的组成部分电源: 提供 电能的装置负载: 取用 电能的装置中间环节：传递、分 配和控制电能的作用发电机升压 变压器降压 变压器电灯 电动机 电炉 .输电线Date5直流电源直流电源直流电源: 提供能源负载信号源: 提供信息1.1.2 1.1.2 电路的组成部分电路的组成部分放大 器扬声器话筒电源或信号源的电压或

4、电流称为激励，它推动电路工 作；由激励所产生的电压和电流称为响应。信号处理： 放大、调谐、检波等电路种类繁多，但都基于同一个理论，即电路理论。Date61.2 1.2 电路模型电路模型 电路模型：由反映实际电路部件主要电磁性质的理电路模型：由反映实际电路部件主要电磁性质的理 想电路元件及其组合而组成。想电路元件及其组合而组成。理想电路元件：有某种确定的电磁性能的理想元件。理想电路元件：有某种确定的电磁性能的理想元件。理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件 、电压源和电流源元件等。电路图电路图( (模型模型) )实际电路实际电路导线导线电池电池开关开关 灯泡灯泡R RS SR RL L+

5、 +- -U US SS S电气原理图电气原理图Date7手电筒的电路模型手电筒的电路模型电池是电源元件，其 参数为电动势 E 和内阻 Ro；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今后分析的都是指电 路模型，简称电路。在路模型，简称电路。在 电路图中，各种电路元电路图中，各种电路元 件都用规定的图形符号件都用规定的图形符号 表示。表示。+R0R开关EI电珠+U干电池导线Date8电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链

6、 、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要 关心的物理量是电流、电压和功率。关心的物理量是电流、电压和功率。 电流：带电粒子有规则的定向运动。电流：带电粒子有规则的定向运动。1.3.1 1.3.1 电流电流i i( (t t) )= =deldellimlim t t0 0 q q( (t t) ) t td dq q( (t t) ) d dt t 电流强度：单位时间内通过导体横截面的电荷量。电流强度：单位时间内通过导体横截面的电荷量。 单位：单位：A (A (安安) )、kAkA、mAmA、 A A1kA=101kA=103 3A A， 1mA=

7、101mA=10-3-3A A ， 1 1 A=10A=10-6-6A A 1.3 1.3 电路的基本物理量电路的基本物理量Date9元件元件( (导线导线) )中电流流动的实际方向只有两种可能中电流流动的实际方向只有两种可能 ： 方向：正电荷的运动方向：正电荷的运动规定规定为电流的实际方向为电流的实际方向问题：对于复杂电路问题：对于复杂电路A AB B实际方向实际方向A AB B实际方向实际方向 90V90V1 120A20A2 2 100V100V3 34 4 110V110V5 5o oi i，u u t tp p2p2p电路中的电流随时间变化电路中的电流随时间变化电流的实际方向往往很难

8、电流的实际方向往往很难 事先判断。事先判断。Date10任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考 方向。方向。一般用箭头表示。一般用箭头表示。 参考方向参考方向电流的参考方向与实际方向的关系电流的参考方向与实际方向的关系A AB B参考方向参考方向A AB B参考方向参考方向实际方向实际方向A AB B参考方向参考方向实际方向实际方向i i0 0i i0 0 表明：表明：电流电流( (代数量代数量) )有大小和方向有大小和方向( (正负正负) )。i i参考方向也可以用双下标表示：如参考方向也可以用双下标表示：如 i iABAB。A AB Bi iA

9、BAB电流的参考方向由电流的参考方向由A A指向指向B B。Date111. 1. 电压电压U U：单位正电荷：单位正电荷q q 从电路中一点移至另一从电路中一点移至另一 点时电场力做功点时电场力做功( (W)W)的大小。的大小。1.3.2. 1.3.2. 电压与电动势电压与电动势U Udeldeld dWW d dq q 实际电压方向：电位真正降低的方向。实际电压方向：电位真正降低的方向。 单位：单位： V (V (伏伏) )、kVkV、mVmV、 V V 电压：两点间的电位差。电压：两点间的电位差。电位电位V V：单位正电荷单位正电荷q q 从电路中一点移至参考点从电路中一点移至参考点 (

10、 (V V=0)=0)时电场力做功的大小。时电场力做功的大小。Date12假设高电位指向低电位的方向。假设高电位指向低电位的方向。问题：在问题：在复杂电路或交变电路中，两点间电压复杂电路或交变电路中，两点间电压 的实际方向往往不易判别，给实际电路问题的的实际方向往往不易判别，给实际电路问题的 分析计算带来困难。分析计算带来困难。 电压电压( (降降) )的参考方向的参考方向( (或参考极性或参考极性) ) A AB B元件元件u u参考方向参考方向+ +- -+ +- -实际方向实际方向u u0 0A AB B元件元件u u参考方向参考方向+ +- - - -+ +实际方向实际方向u u0 0

11、Date13 电压参考方向的三种表示方式：电压参考方向的三种表示方式：(1)(1)用箭头表示用箭头表示(2)(2)用正负极性表示用正负极性表示(3)(3)用双下标表示用双下标表示A AB B元件元件u u+ +- -A AB B元件元件u uA AB B元件元件u uABABDate14元件或支路的元件或支路的 u u，i i 采用相同的参考方向称之为采用相同的参考方向称之为 关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。关联参考方向关联参考方向关联参考方向关联参考方向非非关联参考方向关联参考方向B B 关联参关联参 考方向考方向A A 非非关联关联 参考方向

12、参考方向B B+ +- -u ui iA Au u+ +- -i iu u- -+ +i i问：对问：对A A、B B两部分电路电压电流参考方向关联否？两部分电路电压电流参考方向关联否？Date15 注意注意 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向；分析电路前必须选定电压和电流的参考方向； 参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注( (包包括方向和括方向和符号符号) )，在计算过程中不得任意改变；，在计算过程中不得任意改变； 参考方向不同时，其表达式相差一负号，但电压、参考方向不同时，其表达式相差一负号，但电压、电流的实际方向不变。电流的实际方向不变。2

13、. 2. 电动势：电源力把单位正电荷电动势：电源力把单位正电荷q q 从电源的负极经电从电源的负极经电源内部移至正极做功源内部移至正极做功( (W)W)的大小。的大小。方向：由低电位指向高电位。方向：由低电位指向高电位。单位与电压相同。单位与电压相同。Date161.3.3 1.3.3 电功率电功率当电流通过电炉和灯泡时，能使它们生热、发光当电流通过电炉和灯泡时，能使它们生热、发光 。功率的单位：W (瓦) (Watt，瓦特)，kW、mW等。(1) (1) 电功率电功率单位时间内电场力所做的功。单位时间内电场力所做的功。p p = =d dw w d dt tu u = =d dw w d d

14、q qi i = =d dq q d dt t p p = =d dw w d dt t= =d dw w d dq qd dq q d dt t= = uiui不仅适用于一个元件，也适用于任何一段电路。不仅适用于一个元件，也适用于任何一段电路。计算公式计算公式 p p = = uiui这说明电源提供的能量能通过负载转换为其他种这说明电源提供的能量能通过负载转换为其他种 不同形式的能量。不同形式的能量。Date17(2) (2) 电路吸收或发出功率的判断电路吸收或发出功率的判断 u u、i i 取取关联参考方向关联参考方向：+ +- -u ui i元元 件件A AB Bp p = = uiui

15、 表示元件表示元件吸收吸收的功率的功率 。p p0 0，吸收正功率。，吸收正功率。p p0 0，吸收负功率。，吸收负功率。( (实际吸收实际吸收) )( (实际发出实际发出) )- -+ +u ui i元元 件件A AB B u u、i i 取非取非关联参考方向关联参考方向： p p = = uiui 表示元件表示元件发出发出的功率的功率 。p p0 0，发出正功率。，发出正功率。p p0 0，发出负功率。，发出负功率。( (实际发出实际发出) )( (实际吸收实际吸收) )Date18例：求图示电路中各方例：求图示电路中各方 框所代表的元件吸收或框所代表的元件吸收或 产生的功率。已知：产生的功率。已知： 解：解：U U1 1 1V1V，U U2 23V3V，U U3 3 8V8V，U U4 44V4V，U U5 5 7V7V，U U6 63V3V，I I1 1 2A2A，I I2 2 1A1A，I I3 31A 1A 1 12 23 34 46 65 5 U U1 1I I1 1 U U3 3 U U2 2 U