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1、电 工 技 术,第 1 章 电路的基本概念与基本定律,1-1 电路的作用与组成部分 电路电流流经的闭合路径(由电工设备和元件 组成)。,一. 电路的组成 电源(信号源) 中间环节 负载,二. 电路的作用传输和转换电能; 传递和处理信号。,电源:将非电能转换成电能的装置,(干电池,蓄电池,发电机)或信号源。,中间环结:把电源与负载连接起来的部分,(连接导线,开关),负载:将电能转换成非电能的用电设备,(电灯,电炉,电动机),一. 电路的组成:,电路的组成,二. 电路的作用,1. 电能传输和转换,发电机,升压变压器,降压变压器,电灯电炉,热能,水能,核能转电能,传输分配电能,电能转换为光能,热能和
2、机械能,2. 信号的传递和处理,放大器,扬声器,将语音转换为电信号,(信号源),信号转换、放大、信号处理,(中间环节),接受转换信号的设备,(负载),1-3 电压和电流的参考方向,电路中的箭头方向为电压与电动势和电流的参考方向.,电路中物理量的正方向(参考方向),物理量的正方向:,物理量的实际正方向,一、电流,电流方向正电荷运动的方向,(实际方向)。,电流参考方向任选一方向为电流正方向。,正值,负值,Iab = - Iba,二、电压,电压方向由高电位端指向低电位端(实际方向)。,电压参考方向任选一方向位为电压正方向。,电压表示方法:,Uab = -Uba,关联正方向:,关联正方向,三、电动势,
3、电动势的方向电位升高的方向(实际方向)。,电动势的参考方向任选一方向为电动势的正方向。,电动势的表示方法:,a.箭头,b.正负号,c.双下标,电动势和电压的关系:,电压与电动势规定正方向相反时,E=U,电压与电动势规定正方向相同时,E= -U,电路分析中的假设正方向(参考方向),问题的提出:在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向,电路如何求解?,电流方向 AB?,电流方向 BA?,(1) 在解题前先设定一个正方向,作为参考方向;,解决方法,(3) 根据计算结果确定实际方向: 若计算结果为正,则实际方向与假设方向一致; 若计算结果为负,则实际方向与假设方向相反。,(2) 根据电路的定律、定
4、理,列出物理量间相互关 系的代数表达式并计算;,例,已知:E=2V, R=1 求: 当Uab分别为 3V 和 1V 时,IR=?,(3) 数值计算,(实际方向与假设方向一致),(实际方向与假设方向相反),(4) 为了避免列方程时出错,习惯上把 I 与 U 的方向 按相同方向假设(关联正方向)。,(1) 方程式U/I=R 仅适用于假设正方向一致的情况。,(2) “实际方向”是物理中规定的,而“假设 正方向”则 是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。,(3) 在以后的解题过程中,注意一定要先假定“正方向” (即在图中表明物理量的参考方向),然后再列方程 计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的.
5、,提示,例,关联正方向,非关联正方向,1-4电阻串并联的等效变换,一、电阻的串联,R = R1 + R2 + + Rn =,分压作用:,二、电阻的并联,也可写成:,(G = 1/R 称电导,单位为西门子),今后电阻并联用“ / ”表示,例:1 / R2,1-5 欧姆定律,U和 I 为关联正方向时:,U和 I 为非关联正方向时:,线性电阻:遵循欧姆定律的电阻,其阻值的 大小和电流电压无关。,注意:用欧姆定律列方程时,一定要在 图中标明正方向。,例:,广义欧姆定律 (支路中含有电动势时的欧姆定律),当 UabE 时, I 0 表明方向与图中假设方向一致 当 UabE 时, I 0 表明方向与图中假
6、设方向相反,开关S断开时,外电路的电阻无穷大, 电流为零,电源的端电压U0等于电源电动势E。,二、开路(断路或空载),电路特征:,I = 0,U = 0 U0 = E,PE = P = 0,(其中:PE = EI、P = UI),三. 短路,U=0 I=0,P=0,电路特征:,用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括基氏电流和基氏电压两个定律。,术语:,网孔:不包含任何支路的回路,支路:电路中的每一个分支 (一个支路流过一个电流),结点:三个或三个以上支路的联结点,回路:电路中任一闭合路径,1-6 基尔霍夫定律,支路:ab、ad、 . (共6条),回路:abda、 bcdb、 .
7、 (共7 个),结点:a、 b、 . (共4个),例,对任何结点,在任一瞬间,流入结点的电流等于由结点流出的电流。,基氏电流定律的依据:电流的连续性,1.6.1 基尔霍夫电流定律(KCL),设:流入结点为正,流出结点为负。,在任一瞬间,一个结点上电流的代数和为 0。,电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面(广义结点)。,I1+I2=I3,I=0,基氏电流定律的扩展,I=?,对电路中的任一回路,沿任意循行方向的各段电压的代数和等于零。,即:,1.6.2. 基尔霍夫电压定律(KVL),即:,在任一回路的循行方向上,电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。,E、U和IR与循行方向相同为正,反之为负。,
8、例如: 回路 a-d-c-a,或:,注意:与循行方向相同为正, 反之为负。,其中:US3 = - E3 ,US4= - E4,基氏电压定律也适合开口电路。,例,由:,得:,网孔,网孔,设:电路中有N个结点,B个支路,N=2、B=3,小 结,电路中的电位该点与参考点(零电位点)之间的电压。 (参考点通常用“接地”符号表示,但该点没有和大地相连。),参考点选的不同,则各点的电位不同。 电流总是从高电位流向低电位。,例1,1-7 电路中电位的概念及计算,求:A点电位。,设b点为参考点:Vb=0,则:VA=0,设c点为参考点:Vc=0,则:,S断开时:,S闭合时:,则:,解:将原图电路改画成上图所示电路。,计算图中A点的电位。,解: -24V电源的正极在接地点上, 12和36两 电阻串联,流过电流为: I=24/(12+36)=0.5A,例2:,方向向左再向下,故A点电位,VA=-I x12= -0.5x12 = - 6V,在图(a)中求A点电位VA,解:将图(a)电路改画成(b)所示电路。,例3:,解:根据KCL有: I1-I2-I3=0 根据KVL,对左边回路有 E1-I1R1=VA 得:,对右边回路有E2+VA=I2R2,又VA=I3 R3,I3=VA/ R3 ,将各电流带入并整理得:,第一章 结束,