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1、NN中国建筑工业出版社 贾永康主编第六章、电工理论基础建筑设备6.1 直流电路 电路就是电流所经过的路径，电路为一闭合 回路。电路由电源、中间环节和负载组成，如图 12-1（a）所示。 1 电源 电源，即电能的源泉，是推动电路中电流流 动的原动力。电源是指电路中供给电能的设备， 如图12-1（a）中的电池，它的作用是将非电形式 的能量转换为电能。如电池将化学能转换为电能 ，发电机将机械能转换为电能等。6.1.1 电路及其组成 2 中间环节 中间环节主要包括连接导线和一些控制、保 护电器等，它们将电源和负载连接成一个闭合回 路，在电路中起传输、分配电能以及保护等作用 。 3 负载 负载是指用电设
2、备，即电路中消耗电能的设 备，它的作用是将电能转换为其他形式的能量。 如电灯将电能转换为光能，电炉将电能转换为热 能，电动机将电能转换为机械能等。6.1 直流电路6.1 直流电路图12-1电路的组成及电路模型 (a) 电路的组成;（b） 电路模型（电路图）Back 将实际器件抽象成理想化的模型，用一些规 定的图形符号来表示，绘制成电路模型，即电路 图。 如图12-1（a）所示的实际电路就可以用图12 -1（b）所示的电路模型表示，其中电池用电动势 E和内电阻R0表示，灯泡用负载电阻RL表示，开 关用无接触电阻的理想开关K表示。由于金属导 线的电阻相对于负载电阻来说很小，一般可以忽 略不计，即认
3、为它是理想导线。6.1 直流电路6.1.2 电路模型6.1 直流电路图12-1电路的组成及电路模型 (a) 电路的组成;（b） 电路模型（电路图）Back 1 电流 电路中的带电粒子（电子和离子）受到电源 电场力的作用，形成有规则的定向运动，称为电 流。电流的大小是用单位时间内通过导体某一横 截面积的电荷量来度量的，称为电流强度，简称 电流。电流的正方向规定为正电荷的移动方向。 大小和方向均不随时间变化的电流称为直流 电流，电流强度的符号用I表示，即I=Q/t。在国际 单位制中，电流强度的单位为安培，简称安（A ）。6.1 直流电路6.1.3 电路的基本物理量 2 电位 电位表示电场中某一点所
4、具有的电位能。一 般指定电路中一点为参考点（在电力系统中指定 大地为参考点），且规定该参考点的电位为零。 电场力将单位正电荷从A点沿任意路径移到参考 点所做的功称为A点的电位或电势，用VA表示， 单位为伏特，简称伏（V）。6.1 直流电路 3 电压 电场力把单位正电荷从电场的A点移到B点所 做的功，称为AB两点间的电压，用UAB表示，即 UAB=WAB/Q。显然，电路中某两点间的电位差等 于该两点间的电压，即VA-VB=UAB。当然，电压 的单位也为伏特。6.1 直流电路 4 电动势 在电源内部，非电场力将单位正电荷从电源 的低电位端（负极）移到高电位端（正极）所做 的功，称为电源的电动势，用
5、符号E表示，电动 势的单位也是伏特。 5 电阻 导体阻碍电流通过的能力，称为电阻，用R 表示，单位为欧姆，简称欧（）。6.1 直流电路 6 电功率 单位时间内电流所做的功称为电功率，简称 功率，用符号P表示，单位为瓦特，简称瓦（W） 。 根据电流、电压、功率的定义， P=W/t= UI6.1 直流电路 1 欧姆定律 当电阻两端加上电压时，电阻中就会有电流 通过。实验证明：在一段没有电动势而只有电阻 的电路中，电流的大小与电阻两端的电压高低成 正比，与电阻的大小成反比。这一规律称为欧姆 定律，用公式表示如下： I=U/R6.1 直流电路6.1.4 电路的基本定律 2 克希荷夫（Kirchhoff
6、）定律 支路 电路中通过同一电流的每个分 支称为支路。图12-2中的ab、cd、ef均是支路 。 节点 电路中三条或三条以上支路的 联结点称为节点。图12-2中a、b两点为节点。 回路 电路中任一闭合路径称为回路 。图12-2中的abdca、aefba、aefbdca均是回路 ， 其中回路abdca和aefba内部不包含支路， 称为网孔。 任何复杂电路都有三条以上的支路、两个 以上的节点和两个以上的回路。6.1 直流电路 （1） 克希荷夫电流定律（KCL） 克希荷夫电流定律是用来确定联结在同一节 点上各支路电流间的关系。 克希荷夫电流定律指出：在任一瞬时，流入 电路中任一节点的电流之和等于流出
7、该节点的电 流之和，即 I入=I出 (12-2) 如果规定流入节点的电流为正号，流出节点 的电流为负号，则上式可改写为 I=0 (12-3)6.1 直流电路 因此，克希荷夫电流定律也可表述为：在任 一瞬时，电路中任一个节点上电流的代数和等于 零。 克希荷夫电流定律通常应用于节点，但也可 以把它推广应用于包围部分电路的任一假设的闭 合面，如图12-3所示，IA+IB+IC=0。6.1 直流电路 【例12-1】图12-4表示某复杂电路中的一个节点a 。已知I1=-6A，I2=3A，I3=8A，假设通过R的电流 I4的参考方向如图所示，试求通过R的电流I4。 【解】根据克希荷夫电流定律列出电流方程为
8、： I入=I1+I4=I出=I2+I3 I4=I2+I3-I1=3+8-(-6)=17(A) I4为正值，表明与假设的参考方向相同，通 过R的电流I4的实际方向是流入a点的。6.1 直流电路 （2） 克希荷夫电压定律（KVL） 克希荷夫电压定律指出：在任一瞬时，沿电 路任一回路顺时针或逆时针绕行一周，回路中各 段电压的代数和恒等于零（一般取电位升为正， 电位降为负），或电位升等于电位降。即 U=0 或 U升=U降6.1 直流电路 【例12-2】在图12-5中，E1=50V，E2=100V， E3=25V，R1=15，R2=15，R3=10，R4=10， 求回路中的电流。 【解】假设回路绕行方向
9、为顺时针，回路电流为I ，回路电流的参考方向也为顺时针。根据KVL列 出方程如下： U升=U降 E1+E2=R1I+R2I+E3+R4I+R3I 解得： I=(E1+E2-E3)/(R1+R2+R3+R4)=(50+100- 25)/(15+15+10+10)=2.5(A)6.1 直流电路6.1 直流电路图12-2 复杂电路Back6.1 直流电路图12-3 KCL的扩展应用Back6.1 直流电路图12-4 例12-1图Back6.1 直流电路图12-5 例12-2图Back 1 电阻的串联(图12-6) 如果多个电阻顺序相联，并且在这些电阻中 通过同一电流，这样的联结方式称为电阻的串联 。
10、串联等效电阻的计算公式为： R=R1+R2+Rn6.1 直流电路6.1.5 电路的分析计算方法6.1.5.1 电阻的串并联 2 电阻的并联(图12-7) 如果多个电阻联结在两个公共的节点之间， 每个电阻上施加同一电压，这样的联结方式称为 电阻的并联。 并联等效电阻的计算公式为： 1/R=1/R1+1/R2+1/Rn6.1 直流电路6.1 直流电路图12-6 电阻的串联 Back6.1 直流电路图12-7 电阻的并联Back 支路电流法计算电路的步骤为： （1） 标出各支路电流的方向。如果不能确 定电流的实际方向，可先任意假设一个方向。最 后根据计算得到的电流值是正还是负，判别实际 方向与假设方
11、向一致或相反。 （2） 根据克希荷夫电流定律，对n个节点列 出（n-1）个独立的电流方程式。所谓独立的电流 方程，一般是指在方程中至少包含一个在其他方 程中没有出现过的新支路电流。6.1 直流电路6.1.5.2 支路电流法 （3） 根据克希荷夫电压定律，对各回路列 出b-（n-1）个独立的电压方程式。独立的电压方 程数等于电路的网孔数。网孔是指内部不包含其 他支路的回路。具有b个支路、n个节点的电路中 ，网孔数为b-（n-1）个。 （4） 解联立方程组，求出各未知的支路电 流。 上面根据克希荷夫电流定律和电压定律一共 可列出（n-1）+b-（n-1）b个独立方程，所 以能解出b个支路电流。6.
12、1 直流电路 【例12-3】试求图12-8所示电路的各支路电流。 【解】在电路图中标出电流和回路绕行方向，根据KCL与 KVL列出方程为： 对节点A:I1+I2=I3 对回路1:E1=R1I1+R3I3 对回路2:E2=R2I2+R3I3 将已知数据代入上面的方程，得：I1+I2-I3=0 I1+4I3=12 I2+4I3=6 解联立方程组得：I1=4A I2=-2A I3=2A 6.1 直流电路6.1 直流电路图12-8 例12-3图Back6.2 单相交流电路 大小和方向均随时间作周期性变化且平均值 为零的电动势、电压和电流统称为交流电。交流 电的波形可以为正弦、三角形或矩形等。其中随 时
13、间作正弦规律变化的电动势、电压和电流，称 为正弦交流电，正弦交流电流的波形如图12-9所 示。 正弦交流电的瞬时值可用正弦函数表示， 如 图12-9所示正弦交流电流可表示为： i=Imsin(t+) (12-6) 角频率、幅值和初相位称为正弦电量的三要 素。6.2.1 正弦交流电的三要素 1 频率、周期与角频率 正弦交流电作周期性变化一次所需的时间称 为周期T，单位是秒(s)。每秒内变化的次数称为 频率f，其单位是赫兹（Hz）。 正弦交流电每秒内变化的电角度称为角频率 ，其单位是弧度秒（rads）。显然，频率、 周期与角频率的关系为 =2f=2/T6.2 单相交流电路 2 幅值与有效值 正弦交流电在任一瞬间的值称为瞬时值，用 小写字母来表示，如i、u、e分别表示电流、电压 、电动势的瞬时值。瞬时值中最大的值称为幅值 或最大值，用带下标m的大写字母来表示，如
