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1、跳转到第一页电工技工技术根底根底制造制造 姜姜伟2006年年5月月跳转到第一页学学习要点要点n电流、流、电压参考方向及功率参考方向及功率计算算n常用常用电路元件的伏安特性路元件的伏安特性n电路的路的负载、开路及短路形状、开路及短路形状n额定定值的意的意义n基基尔霍夫定律霍夫定律n电位的概念及位的概念及计算算第第1章章 电路模型及电路定律电路模型及电路定律跳转到第一页第第1章章 电路模型及电路定律电路模型及电路定律n n1.1 电路及根本物理量路及根本物理量n n1.2 电路模型路模型n n1.3 电气气设备的的额定定值及及电路的任路的任务形状形状n n1.4 基基尔霍夫定律霍夫定律n n1.5
2、 电位的概念及位的概念及计算算跳转到第一页1.1 电路及根本物理量路及根本物理量电路的路的组成成电路是路是为了某种需求而将某些了某种需求而将某些电工工设备或或元件按一定方式元件按一定方式组合起来的合起来的电流通路。由流通路。由电源、源、负载和中和中间环节3部分部分组成。成。电路的主要功能路的主要功能一：一：进展能量的展能量的转换、传输和分配。和分配。二：二：实现信号的信号的传送、存送、存储和和处置。置。1.1.1 电路的路的组成及功能成及功能跳转到第一页1.1.2 电流流电荷的定向挪荷的定向挪动构成构成电流。流。电流大小：流大小：单位位时间内内经过导体截面的体截面的电量。量。大写大写 I 表示
3、直流表示直流电流流小写小写 i 表示表示电流的普通符号流的普通符号跳转到第一页正正电荷运荷运动方向方向规定定为电流的流的实践方向。践方向。电流的方向用箭流的方向用箭头或双下或双下标变量表示。量表示。恣意假恣意假设的的电流方向称流方向称为电流的参考方向。流的参考方向。 假设求出的电流值为正，阐明参考方向与实践方向一致，否那么阐明参考方向与实践方向相反。跳转到第一页1.1.3 电压、电位和位和电动势电路中路中a a、b b点两点点两点间的的电压定定义为单位正位正电荷由荷由a a点移至点移至b b点点电场力所做的功。力所做的功。电路中某点的路中某点的电位定位定义为单位正位正电荷由荷由该点移至参考点点
4、移至参考点电场力所做的功。力所做的功。电路中路中a a、b b点两点点两点间的的电压等于等于a a、b b两点两点的的电位差。位差。跳转到第一页电压的的实践方向践方向规定由定由电位高位高处指向指向电位低位低处。与与电流方向的流方向的处置方法置方法类似，似，可任可任选一方向一方向为电压的参考方向的参考方向例：例： 当当ua =3V ub = 2V时u1 =1V最后求得的最后求得的u为正正值，阐明明电压的的实践方向践方向与参考方向一致，否那么与参考方向一致，否那么阐明两者相反。明两者相反。u2 =1V跳转到第一页 对一个元件，电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地恣意确定，但为了方便起见，经常将
5、其取为一致，称关联方向；如不一致，称非关联方向。 假假设采用关采用关联方向，在方向，在标示示时标出一种即出一种即可。假可。假设采用非关采用非关联方向，那么必需全部方向，那么必需全部标示。示。跳转到第一页 电动势是衡量外力即非静是衡量外力即非静电力做功才干力做功才干的物理量。外力抑制的物理量。外力抑制电场力把力把单位正位正电荷从荷从电源的源的负极搬运到正极所做的功，称极搬运到正极所做的功，称为电源源的的电动势。 电动势的的实践方向与践方向与电压实践方向相反，践方向相反，规定定为由由负极指向正极。极指向正极。跳转到第一页1.1.4 电功率功率电场力在力在单位位时间内所做的内所做的功称功称为电功率，
6、功率，简称功率。称功率。功率与功率与电流、流、电压的关系：的关系：关关联方向方向时：p =ui非关非关联方向方向时：p =uip0时时吸收功率，吸收功率，p0时时放出功率。放出功率。跳转到第一页例：求例：求图示各元件的功率示各元件的功率.a关关联方向，方向，P=UI=52=10W，P0，吸收，吸收10W功率。功率。b关关联方向，方向，P=UI=5(2)=10W，P0，吸收，吸收10W功率。功率。跳转到第一页解解：元元件件A：非非关关联方方向向，P1=U1I=101=10W，P10，产生生10W功率，功率，电源。源。元元件件B：关关联方方向向，P2=U2I=61=6W，P20，吸收吸收10W功率
7、，功率，负载。P1+P2+P3=1=+6+4=0，功率平衡。，功率平衡。例例： I=1A，U1=10V，U2=6V，U3=4V。求求各各元元件件功功率率，并并分析分析电路的功率平衡关系。路的功率平衡关系。跳转到第一页1.2 电路模型路模型 为为了便于了便于了便于了便于对电对电路路路路进进展分析展分析展分析展分析计计算，算，算，算，经经常将常将常将常将实实践践践践电电路元路元路元路元件理想化，也称模型化，即在一定条件下突出其主要的件理想化，也称模型化，即在一定条件下突出其主要的件理想化，也称模型化，即在一定条件下突出其主要的件理想化，也称模型化，即在一定条件下突出其主要的电电磁性磁性磁性磁性质质
8、，忽略次要的要素，用一个足以表征其主要特，忽略次要的要素，用一个足以表征其主要特，忽略次要的要素，用一个足以表征其主要特，忽略次要的要素，用一个足以表征其主要特性的理想元件近似表示。由理想性的理想元件近似表示。由理想性的理想元件近似表示。由理想性的理想元件近似表示。由理想电电路元件所路元件所路元件所路元件所组组成的成的成的成的电电路，路，路，路，称称称称为电为电路模型。常路模型。常路模型。常路模型。常见见的的的的电电路元件有路元件有路元件有路元件有电电阻元件、阻元件、阻元件、阻元件、电电容元件、容元件、容元件、容元件、电电感元件、感元件、感元件、感元件、电压电压源、源、源、源、电电流源。流源。
9、流源。流源。 电电路元件在路元件在路元件在路元件在电电路中的作用或者路中的作用或者路中的作用或者路中的作用或者说说它的性它的性它的性它的性质质是用其端是用其端是用其端是用其端钮钮的的的的电压电压、电电流关系即伏安关系流关系即伏安关系流关系即伏安关系流关系即伏安关系VARVAR来决来决来决来决议议的。的。的。的。1.2.1 电路模型的概念路模型的概念跳转到第一页1.2.2 理想理想电路元件路元件伏安关系欧姆定律：伏安关系欧姆定律：关关联方向方向时：u =Ri非关非关联方向方向时：u =Ri1电阻元件阻元件符号：符号：功率：功率：电阻元件是一种耗阻元件是一种耗费电能的元件。能的元件。跳转到第一页伏
10、安关系：伏安关系：2电感元件感元件符号：符号：电感感元元件件是是一一种种可可以以储存存磁磁场能能量量的的元元件，是件，是实践践电感器的理想化模型。感器的理想化模型。称称为电感元件的感元件的电感，感，单位是亨利。位是亨利。只需只需电感上的感上的电流流变化化时，电感两端才有感两端才有电压。在直流。在直流电路路中，中，电感上即使有感上即使有电流流经过，但，相当于短路。但，相当于短路。存存储能量：能量：跳转到第一页3电容元件容元件电容容元元件件是是一一种种可可以以储存存电场能能量量的的元元件，是件，是实践践电容器的理想化模型。容器的理想化模型。伏安关系：伏安关系：符号：符号：只需只需电容上的容上的电压
11、变化化时，电容两端才有容两端才有电流。在直流流。在直流电路路中，中，电容上即使有容上即使有电压，但，但，相当于开路，即，相当于开路，即 电容具容具有隔直作用。有隔直作用。C称称为电为电容元件的容元件的电电容，容，单单位是法拉位是法拉 F 。存存储能量：能量：跳转到第一页4理想理想电压源源1伏安关系伏安关系u=uS 端电压为端电压为us，与流过电，与流过电压源的电流无关，由电压源的电流无关，由电源本身确定，电流恣意，源本身确定，电流恣意，由外电路确定。由外电路确定。2特性曲特性曲线与符号与符号跳转到第一页2特性曲特性曲线与符号与符号i=iS流过电流为流过电流为is，与电源，与电源两端电压无关，由
12、电两端电压无关，由电源本身确定，电压恣源本身确定，电压恣意，由外电路确定。意，由外电路确定。5理想理想电流源流源1伏安关系伏安关系跳转到第一页1.2.3 实践践电源的两种模型源的两种模型实践践电源的伏安特性源的伏安特性或或 可可见一个一个实践践电源可源可用两种用两种电路模型表示：一路模型表示：一种种为电压源源Us和内阻和内阻Ro串串联，另一种，另一种为电流源流源Is和内阻和内阻Ro并并联。跳转到第一页实践运用践运用电源源时，应留意以下留意以下3点：点：1实践践电工工技技术中中，实践践电压源源，简称称电压源源，常常是是指指相相对负载而而言言具具有有较小小内内阻阻的的电压源源；实践践电流流源源，简
13、称称电流流源，常是指相源，常是指相对于于负载而言具有而言具有较大内阻的大内阻的电流源。流源。2实践践电压源源不不允允许短短路路由由于于普普通通电压源源的的R0很很小小，短短路路电流流将将很很大大，会会烧毁电源源，这是是不不允允许的的。平平常常，实践践电压源不运用源不运用时应开路放置，因开路放置，因电流流为零，不耗零，不耗费电源的源的电能。能。3实践践电流流源源不不允允许开开路路处于于空空载形形状状。空空载时，电源源内内阻阻把把电流流源源的的能能量量耗耗费掉掉，而而电源源对外外没没送送出出电能能。平平常常，实践践电流流源源不不运运用用时，应短短路路放放置置，因因实践践电流流源源的的内内阻阻R0普
14、普通通都都很很大大，电流流源源被被短短路路后后，经过内内阻阻的的电流流很很小小，损耗耗很小；而外很小；而外电路上短路后路上短路后电压为零，不耗零，不耗费电能。能。跳转到第一页1.3 电气气设备的的额定定值及及电路的任路的任务形状形状1.3.1 电气气设备的的额定定值额额定定定定值值是制造厂是制造厂是制造厂是制造厂为为了使了使了使了使产产品能在品能在品能在品能在给给定的任定的任定的任定的任务务条条条条件下正常运件下正常运件下正常运件下正常运转转而而而而规规定的正常允定的正常允定的正常允定的正常允许值许值。额额定定定定值值有有有有额额定定定定电压电压UNUN与与与与额额定定定定电电流流流流ININ
15、或或或或额额定功率定功率定功率定功率PN PN 。必。必。必。必需留意的是，需留意的是，需留意的是，需留意的是，电电气气气气设备设备或元件的或元件的或元件的或元件的电压电压、电电流和流和流和流和功率的功率的功率的功率的实实践践践践值值不一定等于它不一定等于它不一定等于它不一定等于它们们的的的的额额定定定定值值。跳转到第一页1.3.2 电路的任路的任务形状形状1、负载形状形状P=UI：电电源源输输出的功率出的功率PS=USI：电电源源产产生的功率生的功率P=I2R0：内阻耗：内阻耗费费的功率的功率跳转到第一页2、空、空载形状形状3、短路形状、短路形状跳转到第一页例例：设图示示电路路中中的的电源源
16、额定定功功率率PN=22kW ，额定定电压UN=220V，内内阻阻R0=0.2，R为可可调理的理的负载电阻。求：阻。求：1电源的源的额定定电流流IN；2电源开路源开路电压U0C；3电源在源在额定任定任务情况下的情况下的负载电阻阻RN；4负载发生短路生短路时的短路的短路电流流ISC。跳转到第一页解：解：(1)电源的源的额定定电流流为：(2)电源开路源开路电压为：(3)电源在源在额定形状定形状时的的负载电阻阻为：(4)短路短路电流流为：跳转到第一页1.4 基基尔霍夫定律霍夫定律支路、支路、节点、回路点、回路电路中两点之路中两点之间经过同一同一电流的不分叉的一流的不分叉的一段段电路称路称为支路。支路
17、。电路中路中3条或条或3条以上支路的条以上支路的联接点称接点称为节点。点。电路中任一路中任一闭合的途径称合的途径称为回路。回路内部回路。回路内部不含支路的称网孔不含支路的称网孔图示示电路有路有3条支条支路、两个路、两个节点、点、3个回路、两个网个回路、两个网孔。孔。跳转到第一页1.4.1 基基尔霍夫霍夫电流定律流定律KCL在任一瞬在任一瞬时，流入任一，流入任一节点的点的电流之和必定等流之和必定等于从于从该节点流出的点流出的电流之和。流之和。在任一瞬在任一瞬时，经过任一任一节点点电流的代数和恒等流的代数和恒等于零。于零。表述一表述一表述二表述二可假定流入可假定流入节点的点的电流流为正，流出正，流
18、出节点点的的电流流为负；也可以作相反的假定。；也可以作相反的假定。一切一切电流均流均为正。正。跳转到第一页KCL通常用于通常用于节节点，但是点，但是对对于包于包围围几个几个节节点的点的闭闭合面也是适用的。合面也是适用的。例：列出以下例：列出以下图中各中各节点的点的KCL方程方程解：取流入解：取流入为正正以上三式相加：以上三式相加： I1I2I3 0 节点点a I1I4I60节点点b I2I4I50节点点c I3I5I60跳转到第一页1.4.2 基基尔霍夫霍夫电压定律定律KVL表述一表述一表述二表述二在任一瞬在任一瞬时，在任一回路上的，在任一回路上的电位升之和位升之和等于等于电位降之和。位降之和
19、。在任一瞬在任一瞬时，沿任一回路，沿任一回路电压的代数和恒等的代数和恒等于零。于零。电压参考方向与回路参考方向与回路绕行方向一致行方向一致时取正号，相反取正号，相反时取取负号。号。一切一切电压均均为正。正。跳转到第一页对于于电阻阻电路，回路中路，回路中电阻上阻上电压降的代降的代数和等于回路中的数和等于回路中的电压源源电压的代数和。的代数和。在运用上式在运用上式时，电流参考方向与回路流参考方向与回路绕行行方向一致方向一致时iR前取正号，相反前取正号，相反时取取负号；号；电压源源电压方向与回路方向与回路绕行方向一致行方向一致时us前取前取负号，相反号，相反时取正号。取正号。跳转到第一页KVL通常用
20、于通常用于闭闭合回路，但也可推行运合回路，但也可推行运用到任一不用到任一不闭闭合的合的电电路上。路上。例：列出以下例：列出以下图的的KVL方程方程跳转到第一页例：例：图示示电路，知路，知U1=5V， U3=3V，I=2A ，求，求U2、I2、R1、R2和和US。解：解：I2=U32=32=1.5AU2= U1U3=53=2VR2=U2I2 =21.5=1.33I1=II2=21.5=0.5AR1=U1I1 =50.5=10US= UU1=235=11V跳转到第一页例：例：图示示电路，知路，知US1=12V，US2=3V，R1=3，R2=9，R3=10，求，求Uab。解：由解：由KCL I3=
21、0，I1=I2由由KVL I1 R1 I2 R2=US1由由KVL解得：解得：解得：解得：跳转到第一页1.5 电位的概念及位的概念及计算算1.5.1 电位的概念位的概念电路中的某一点到参考点之路中的某一点到参考点之间的的电压，称作，称作该点点的的电位。位。电路中路中选定的参考点定的参考点虽然普通并不与大然普通并不与大地相地相联接，往往也称接，往往也称为“地。在地。在电路路图中，参考中，参考点用符号点用符号“表示。表示。跳转到第一页1.5.2 电位的位的计算算选b点点为参考点参考点选d点点为参考点参考点选用不同的参考点，各点用不同的参考点，各点电位的数位的数值不同，但恣意不同，但恣意两点之两点之间的的电压不随参考点的改不随参考点的改动而而变化。化。
