《电工技术 教学课件 ppt 作者 王殿宾 第1章 电路的基本概念和定律》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工技术 教学课件 ppt 作者 王殿宾 第1章 电路的基本概念和定律（71页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1.1 电路和电路模型,1.2 电路的基本物理量,1.3 电路中的基本元件,1.4 电压源和电流源,1.5 基尔霍夫定律,第1章 电路的基本概念和定律,教学目的 1.了解实际电路、理想电路元件和电路模型的概念。 2.熟练掌握电流、电压和电功率的概念。 3.理解电位、电动势和能量的概念。 教学内容概述 主要介绍理想电路元件和电路模型的概念以及电路中常 用的物理量：电流、电压和电功率的概念。 教学重点和难点 重点：电流、电压的参考方向及关联参考方向和电功率 的计算。 难点：电功率的计算及对电路发出和吸收功率的判断。,1.1 电路和电路模型,1.1 电路和电路模型 1.1.1 电路及其组成 1.电路
2、：实际电路是指用导线将某些电气设备或器件按一定方式连接起来，以实现某一特定功能的电流通路。如：手电筒电路和日光灯的实际电路,1.1 电路和电路模型 1.1.1 电路及其组成 2.电路的组成：一个完整的电路通常由电源、负载和中间环节三部分组成。,（1）电源 电源是给电路提供能源的装置，其作用是把其他形式的能转换为电能。 （2）负载 负载是电路中的耗能装置，它的作用是将电源提供的电能转换为其他形式的能。 （3）中间环节 连接电源和负载的部分统称为中间环节，如导线、开关、变压器等。其作用是将电源和负载连接起来形成闭合回路，并对整个电路实行控制、保护和测量。,1.1.2 电路的功能： 1实现能量的传送
3、、分配与转换。 2实现信号的传递与处理 1.1.3 理想电路元件和电路模型 1、理想电路元件：是实际电气器件主要电磁特性的科学抽象。 如：电阻R：电阻是实际电阻器的理想化模型，它表征了该元件消耗电能的特征； 电感L：电感是实际线圈的理想化模型，它表征了该元件储存磁能的特征； 电容C：电容是实际电容器的理想化模型，它表征了该元件储存电能的特征。,2.电路模型：由理想电路元件组成的电路。 举例： 一实际线圈,3.电路图 电路图分为：原理图、装配图、电路模型图。 前两种用于工程中安装、检修和调试。 原理图：只表示线路的接法。图形符号见表1-1； 装配图：除表示电路的实际接法外，还画出有关部分的装 置
4、与结构，反映出电路的几何尺寸和各元件实际形状。 电路模型图：由理想电路元件通过一定的连接构成的图。电路元件符号见表1-2。,举例 手电筒电路,4、电路的分类 1.集总参数电路：其电路的几何尺寸l电路的工作频率 对应的波长。 集总参数电路又分为线性电路和非线性电路 2.分布参数电路：l 的电路。 本门课程学习集总参数线性电路的分析方法。,1.2 电路中的基本物理量 1.2.1 电流及其参考方向 1.定义：电荷的定向移动形成电流。其大小用电流强度表示。 电流强度：单位时间内通过导体某一横截面的电荷量。可表为：,若电流或电荷随 t 变化，用i(t)、q(t)或 i、q 表示。 则电荷随t的变化率可近
5、似表为,因此电流可定义为,单位及换算：,其精确值为：,2.方向 （1）实际方向：规定为正电荷定向移动的方向。 （2）参考方向：人为假定的方向。 二者关系：i0，相同；i0，相反。 例如：,实际方向与参考方向相同,实际方向与参考方向不相同,例1-1 电流参考方向如图示。已知：（1）q=2t A； （2）q=100sint A，求 i 并指出其实际方向。,实际方向和参考方向相同 ab,解： （1）,（2）,当i0 时,当i0时,（k=0,1,2） 相同，ab,（k=0,1,2） 相反，ba,1.2.2 电压、电位及电压的参考方向 1.电压的定义：单位正电荷从电路的一点移至另一 点的过程中电场力所做
6、的功，称为该两点间的电压。可 表为,若电压或能量随t 变化，用u(t)、w(t)、q(t)或u、w、q 表示。 能量随电荷的变化率可近似表为,u在t 时刻的精确值为：,所以电压的定义式为,单位及换算：,2.电位的定义：取电路中某一点为参考点，则电路中点A到 参考点的电压称为a点的电位。表为Va。 说明：参考点的选择是任意的。参考点的电位为零。工程上 常选大地或机壳为参考点。 3.电压与电位的关系：,电位的单位与电压的单位相同。,4.电压的方向： （1）电压的实际方向：正电荷在电场力作用下移动的方向 。所以电压的实际方向为从高电位指向低电位。 （2）电压的参考方向：人为假定的方向。 二者关系：u
7、0 相同；u0 ，表示A点 电位高于参考点电位，反之亦然。,5.电压电流的关联参考方向 电压电流的参考方向关系共4种：,分两类：（1）二者参考方向一致，称为关联参考方向； （2）二者参考方向不一致，称为非关联参考方向。,说明： 1.选用哪一种，原则上任意。习惯上：无源元件取一致方向； 有源元件取不一致方向。 2.u、i 参考方向一经确定，计算过程中不得改变。 3.电路图中标出的方向均为参考方向。,6.电动势的实际方向：由电源负极指向正极。 电动势的参考方向：人为假定的方向。 电动势与电压的参考方向关系：,(a) u=e (b) u=e (c) u=-e,1.2.3、电功率与电能 1.电功率：单
8、位时间内电场力所做的功就是电功率，简称功率，用符号p表示 。 直流时,p=ui,功率随时间变化时，则有,即,将dw=udq，且dq=idt 代入得：,单位：瓦特（W),单位换算：,u、i 方向与 p 的关系： （1）u、i 取关联参考方向时： p0为吸收功率， p0为发出功率， p0为吸收功率；,2.电能 定义：一段时间内电场力所做的功称为电能。可表为： W=P t 若功率随时间变化，则：,单位：焦耳J,若u、i 为恒定值，则： 若u、i 方向如图示：,则 w0，吸收电能；w0， 释放电能。,小结：,1.实际电路或实际电路元件可以用理想电路元件或理想电路元件组合的电路模型进行模拟。,2.电流、
9、电压均有实际方向和参考方向之分，后者原则上可任意规定。同一支路二者参考方向有关联参考方向和非 关联参考方向之分，一般无源元件取前者，有源元件取后者。,3.判断元件吸收还是发出功率，和其电压、电流参考方向的选择有关。,教学目的 1.了解理想电路元件的分类和非线性电路元件的概念。 2.熟练掌握电阻、电感和电容元件的特点及电压电流关系式。 3.会计算电阻元件的功率和电感、电容的能量。 教学内容概述 主要介绍理想电路元件R 、 L 、 C的特点以及常用的电压电流关系式和电功率及能量的计算公式。 教学重点和难点 重点：电阻、电感和电容元件的特点及电压电流关系式。 难点：电感、电容元件电压电流关系的物理实
10、质。,1.3 电路中的基本元件,1.3 电路中的基本元件 1.3.1 电阻元件及其VCR 1.电阻元件：由u-i 平面的一条曲线确定的二端元件在任一时刻 的电压电流关系，此二端元件称为二端电阻元件。 表示为： f（u,i）=0 此关系曲线称为伏安特性曲线。,2.分类：,3.线性电阻的电压和电流关系（线性时不变电阻） 定义：元件上电压正比于电流， 该元件称为线性电阻。 表为,电阻元件的电路符号,u = R i,R,i,u,O,当u、i 取关联参考方向时，上式成立。 单位：电压用V，电流用A，电阻为 电阻的V-A特性为过原点的直线。,电导的定义：,单位：电导为S，电阻为。,欧姆定律还可表为：,i
11、=G u,或,单位：电导为S，电流用A，电压用V。,4.线性电阻元件的功率 任意电路段u、i 取关联参考方向时，吸收的功率为：,p = ui,将欧姆定律代入后得：,注意：欧姆定律及上式的使用条件为 u、i 取关联参考方向。 若取非关联参考方向，以上各式前加负号。,5.电阻元件吸收的电能 u、i 取关联参考方向时任意段电路吸收的电能为：,直流时,i=I,上式为：,W=P(t-0)=Pt=RI2t=Gu2t,讨论： （1）电阻元件为耗能元件。 （2）R=0，为短路， R=，为开路。 （3）R为无源元件，电源供给u、i 时 ，WR0， 但R本身不产生能量。,例12 某家用电器，一昼夜耗电1.8kWh
12、,工作电压为220V， 求该电器的功率和电阻值。 解：,1.3.2 电容元件及其VCR 电容元件符号如图示：,1.定义：由q-u平面的一条曲线确定的二端元件。表为：,f（q, u）=0,2.分类：,与电阻元件类似,3.线性电容元件（线性时不变） 定义：元件上电荷正比于电压，该元件称为线性电容。,q=Cu,其中： q：正极板上的电荷。C u：电容电压（参考方向如图示）。V C：电容系数，简称电容（线性电容为常数）。F,可表为,电容的单位换算：,q-u 特性,u,C,q,O,4.线性电容电压电流关系如图示,得,表示：电容电流正比于电压对时间的变化率。该式还可表为：,若u(0)=0，则,即：电容电压
13、在 t 时刻的值等于从0t电流对时间的积分。,单位：uV iA CF ts,u、i 取关联参考方向时，将q=Cu代入,5.电容的储能 u、i 取关联参考方向时：,若u(0)=0，则,能量的单位为：焦耳（J） WC0，表示吸收能量，WC 0，表示发出能量,6. 电容的特点 （1）电容元件为贮能元件； （2）电容元件有隔直通交作用； （3）电容元件为无源元件。电源提供u，所以WC0， C本身不产生能量。,例1-3 确定图中电容元件储存的最大能量以及在0 t0.5s 内电阻元件消耗的能量。 已知 u=100sin2t V,解：,可见，WCmax的2.5%在贮能和释放能量中被消耗。 一般低损耗电容器，
14、容量也较小。,时，sin2 t =1 , 所以，WCmax=0.1 J,1.定义：由 -i 平面的一条曲线确定的二端元件。表为：,1.3.3 电感元件及其VCR 电感元件符号如图示。,f（, i）=0,2.分类：与电阻元件相类似。 即分为： 线性时变电感元件 线性时不变电感元件 非线性时变电感元件 非线性时不变电感元件,3.线性电感元件（线性时不变）,L,i,0, =Li,定义：元件上磁链正比于电流， 该元件称为线性电感元件。当与i 参考方向满足右螺旋定则 时，有,：磁链 =N。Wb i： 流过L的电流。A L：电感系数，简称电感（线性电感 为常数）。H 换算关系：,线性电感的 i 特性,4.
15、线性电感元件电压电流关系,e,i,y,e,i,y,e,e,由电磁感应定律：,当e与i 取一致参考方向时，称e与 满足右螺旋定则，如图示。,此时有：,分析,实际方向,实际方向,参考方向,当u与i 取一致方向时，如图示。,e,此时有：,将=Li 代入上式，得：,上式表示：线性电感元件的电压正比于电流对时间的变化率。 注意：u与i 取关联参考方向。否则,电感元件电压电流关系的另一形式：,若i(0)=0，,即：电感电流在 t 时刻的值等于从0t电压对时间的积分。,单位：uV iA LH tS,则,单位： WLJ iA LH 6.电感元件的特点 （1）电感元件为贮能元件； （2）电感元件对直流有短接作用
16、； （3）电感元件为无源元件。,5.电感的储能,u、i 取关联参考方向时：,若i(0)=0，,则,例1-4 图中为一实际线圈的电路模型，i=12sint A，求储存 在电感中的最大能量，并计算电感在储存、释放能量期间 （一次）电阻消耗的能量。电路如图示。,解：,t从03s，WL从0 WLmax=216J L 吸收能量（贮能过程） t从3s6s，WL从WLmax 0 L释放能量,对于大电感的线圈来说较为合理。一个周期内能量损失 与最大储能的比通常称为线圈的品质因数,在06s内储存和释放216J 能量的过程中，线圈消耗掉43.2J。,小结：,1.三种线性无源二端元件电阻、电感和电容的定义式为：,2.在电压电流取关联参考方向的条件下，三元件的电压 电流关系（VCR)分别为：,注意：使用以上各公式中，各物理量的单位。,u = R i,教学目的 1.理解实际电源的电
