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1、 第1章电电路的基本概概念和定律第1章 电电路的基本概概念和定律内内容概概述：本章主要介绍实际电 路，电路模型，电路中的基本物理量：电流、电压、功率和能量，电阻元件，独立电压源和 独立电流源，基尔霍夫电压定律（KVL）和电流定律（KCL）。1.电流、电压的参考方向概念及功率的计算。2. 基尔霍夫电压定律和电流定律实质及应用。难难点：1. 功率的计算。2. 依据基尔霍夫电压定律和电流定律列方程求解电量。重点：第1章 电电路的基本概概念和定律1.3.1 实际电实际电 路和电电路模型一、实际电 路实际电实际电 路元件：实际中电气元件的物理实体。如：电 灯等。实际电实际电 路：由实际电 路元件按一定方
2、式连接起来的物 理实体。如：日光灯等。第1章 电电路的基本概概念和定律电电路的功能：（1）进行电能的产生、传输、分配与转化。（2）实现信号的产生、传递、变换、处理与控制。二、理想电路元件、电路模型理想电电路元件：是实际电气 器件主要电磁特性的科学抽 象。电阻R：消耗电能的单一电磁特性；电感L：建立磁场，储存磁场能量的单一电磁特性；电容C：建立电场，储存电场能量的单一电磁特性；第1章 电电路的基本概概念和定律电电路模型：由理想电路元件组成的电路。 例如： 一实际线 圈三、电路图电电路原理图图：只表示元件的连接关系。电气图 所用元件图形符号见表1-1。电电路模型图图：由理想电路元件通过一定的连接
3、构成的图。模型图所用元件图形符号见表1-2。第1章 电电路的基本概概念和定律第1章 电电路的基本概概念和定律第1章 电电路的基本概概念和定律四、集总参数电 路与分布参数电 路1. 集总参数电总参数电 路：其电路的几何尺寸l0，相同；i0t在时， i0 相同，u0为实际 吸收功率， p0为实际发出功率， p0，所以，电阻元件永远消耗功率。（5）吸收的电能u、i 取关联参 考方向时，t时间内 吸收的电能为：直流时：i=I 上式为：WR=P(t-0)=Pt=RI2t=Gu2t讨论讨论 ：（1）电阻元件为耗能元件。（2）R=0， u=0，为短路，短路电流由外电路决 定；R= ， i=0，为开路，开路电
4、压由外电路决定。（3）R为无源元件，电源供给u、i 时 ，WR 0， 但R本身不产生能量。第1章 电电路的基本概概念和定律例1-2 有一个220V、40W的白炽灯，在额定电压220V下 工作时电流、电阻为多少？该灯泡消耗1kW h电需要多长时间？解：第1章 电电路的基本概概念和定律独立电源是指其对外特性由电源本身决定，而不受电 源以外的其它电路所控制。独立电源是实际电 源的一种科 学抽象，是理想电路元件。 一、独立电压源1.理想电压源（1）定义：输出的电压与 流过该元件的电流无关的二端元件。电路符号：+_uSi+_USIi0u直流理想电压源的V-A特性1.3.4 电电路中的独独立电电源第1章
5、电电路的基本概概念和定律（3）特例情况：US=0时，V-A特性与i 轴重合。电源短路。 （4）电源的功率：uS与i 取非关联关联 参考方向时，实际发 出；，实际吸收。uS与i 取关联关联 参考方向时，电源发发出功率为：电源吸收功率为：，实际吸收；，实际发 出。（2）特点：（a）其端电压与 外电路无关；（b）其电流可以是任意的，由外电路决定。第1章 电电路的基本概概念和定律2.实际电 源的电压源模型实际电 源是存在内阻的，通过测量一实际的直流 电源，可得到其V-A特性曲线，如图示：可见k为电阻量纲， 令 k=Rs,uoc=uS有此式为实际电 源的电路方程，由它可 画出实际电压 源的电路模型。如图
6、所 示： Rs电源内阻所以，V-A特性曲线方程：第1章 电电路的基本概概念和定律特例：（1）不接负载时 ，a，b 端开路， 此时 开路电压短路电流i=0。（2）a、b短路时， 当RS很小时，iSC很大,此种情况不允许出现。一般情况下，电源与负载连 接处于工 作状态。如图所示：第1章 电电路的基本概概念和定律例1-3 开路时测得某直流电源端电压为 24V，接上外电阻R后，用电压表测得R两端电压为 20V，用电流表测得流经R的电流 I=10A，求电阻R与电源内阻RS。由题意知本题的电路模型如图所示。解：+_第1章 电电路的基本概概念和定律（3）特例：IS=0时，V-A特性与u 轴重合。此时电源开路
7、。（4）电源发出的功率计算与理想电压源相同。即：ui iS+-二、独立电流源1.理想电流源（1）定义：输出的电流与该元件的端电压无关的二端元件。 电路符号：直流理想电流源的V-A特性如图示。u0i（2）特点：（a）其电流与外电路无关；（b）其端电压可以是任意的，由外电路决定。IS第1章 电电路的基本概概念和定律2.实际电 源的电流源模型可测得实际电 源端口的V-A特性如图示。其V-A特性曲线方程可表为：i=- k u+iS 可见k为电导 量纲令 k=GS 代入上式有 i= -GSu+iS此式为实际电 源的电路方程，由它可画出实际电 源的电流源电路模型。如图示。第1章 电电路的基本概概念和定律（
8、1）a、b端开路，不接负载时 ，此时，i=0，特例：= uOC=0（2）a、b端短路，即电源短路时，一般情况下，为带负载 正常工作。此时，u=0，= 0=iSC=iS第1章 电电路的基本概概念和定律解： 电压源吸收的功率为 电流源发出的功率为例1-4 计算图示6电阻上的电流和两电源的功率。 6电阻上的电流：第1章 电电路的基本概概念和定律小结结：1. 电阻元件是电路中消耗能量的电磁现象。其u、i关系为：u=Ri；吸收功率：2. 理想电压源和理想电流源是忽略了实际电 源内阻后的理想电路元件。前者的电压和后者的电流与负载 无关，而前者的电流和后者的电压则与负载 有关。3. 实际电压 源模型是理想电
9、压源与电阻串联，输出电压随端口电流增大而减小；实际电 流源模型是理想电流源与电导并联 ，输出电流随端口电压增大而减小。第1章 电电路的基本概概念和定律1.3.5 基尔霍夫定律1.支路：电路中的每一个二端元件称为一条支路。习惯上：几个相串联的元件分支构成一条支路。2.节节点：元件之间的联接点。习惯上：三条以及三条以上支路的联接点。3.回路：电路中任意闭合路径。网网孔：把电路画到平面上，再分不出其他回路的回路（ 即网孔是最小的回路）。abfgcdeh电路中常用的几个名称（10条）（6条）（8个）（4个）（7个）(4个，有3个内网 孔，1个外网孔）第1章 电电路的基本概概念和定律i2+ i3= i1
10、或为： - i1+i2+ i3=0i入=i出 i 出=0二、基尔霍夫电流定律1. 内内容：对于集总参数电 路，在任意时刻，流出电路任一节点的电流之和等于流入该节点的电流之和。 即若规定流出节点的电流为正，流入的为负，则KCL又可 表示为：流出节点的电流代数和等于零。即例如图中节点a的KCL为：第1章 电电路的基本概概念和定律例如图中红色虚线包围的封闭面有 KCL：说说明：（1）KCL与电路元件的性质无关；（2）KCL 对电路中任意节点的电流施加了线性约束。-i2-i3+ i4+ i6=0上式可由节点b、d 的KCL方程相加得到 ：b点：d点：2. 实质实质 ：电荷守恒，电流连续。3.推广：KC
11、L可以推广到电路中任意封闭面。第1章 电电路的基本概概念和定律 u=0三、基尔霍夫电压定律1. 内内容：对于集总参数电 路，在任一时刻，任一回路中，沿该回路全部支路电压的代数和等于零。 即2.使用KVL的方法：先选定回路，再规定各支路（或元件的）电压参 考方向 ，再确定回路绕行方向，最后列出KVL方程。列写KVL方程时，分电压的参考方向与回路绕行方向一致的项取正号，反之取负号。第1章 电电路的基本概概念和定律例如图示电路，则有：-u1+u2+ u6-u4=02. 实质实质 ：电位的单值性，能量守恒的体现。3.推广：KVL可以推广到求电路中任意两点之间的电压。由（1）式有： u1= u2+ u6
12、-u4 （1）即：电路中两点之间的电压等于由正极找一条路径绕到 负极所有元件电压代数和。第1章 电电路的基本概概念和定律说说明：（1）KVL与电路元件的性质无关；（2）KVL 对电路中任意回路的各支路电压施加了线性约束。例1-5 图示电路，已知 US=2V，IS1=6A， IS2=2A， R1=3 ， R2=1 ，求各支路电 流I1、I2、 I3，并以d为参考点，求a、b、c 三点的电位Va、Vb、 Vc、再求三电源各自的功率。第1章 电电路的基本概概念和定律解：由KCL知：I1=IS1=6A I2=IS2=2A I3=I1-I2=4A由电阻元件的VCR知：U3=R1I3=3 4=12VU4=R2I3=1 4=4V以d为参考节点，有Vc=U4=4V Vb=U3+Vc=16V Va=Vb- US=14V由KVL知 U2=Vb=16V U1=Va=14V电流源IS1发出的功率为 P1=I1U1=6 14=84V电流源IS2吸收的功率为 P2=I2U2= 2 16= 32V电压源US发出的功率为 P3=I1US=6 2=12V第1章 电电路的基本概概念和定律小结结：KCL和KVL是集总参数电 路的基本定律，其对电路中节点的电流和回路的电压建立起一种约束关系，其为列写电路方程的基本依据之一。第1章 电电路的基本概概念和定律
