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1、电电工工原原理理重庆电力教育培训中心重庆电力教育培训中心 房兆源教授房兆源教授第一章第一章 电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律电路电路电气器件相互联接的整体构成了电电气器件相互联接的整体构成了电流可以流通的路径流可以流通的路径 电路，电路，也称为电网络。也称为电网络。信信号号的的产产生生和和处处理理电电路路（传输、变换和使用电能） （如发电机、变压器、输电线、电动机）功率（或能量）的转换与处理电路功率（或能量）的转换与处理电路（放大电路、声音 图象文字处理电路）电路主要由以下三部分组成电路主要由以下三部分组成电源供给电能或发出电信号的设备（把其他形 式的能量转换成电能或电信号）负
2、载是用电或接收电信号的设备（其作用 是把电能转换成其他形式的能量）联接导线用于传输电能和电信号激励信号（激励）激励信号（激励）电路中的外施信号或输电路中的外施信号或输 入信号。入信号。响应信号（响应）响应信号（响应）电路中的输出信号或由电路中的输出信号或由 激励源在电路中任何部分引起的电压激励源在电路中任何部分引起的电压 和电流也可称为响应。和电流也可称为响应。+_一个简单的实际电路一个简单的实际电路电路电路模型模型原因：原因： 一一个个实实际际的的电电器器设设备备和和器器件件，其其物物理理过过程程十十分分复复杂杂例例如如：实实际际的的日日光光灯灯镇镇流流器器的的线线圈圈周周围围不不但但存存在
3、在着着磁磁场场，而而且且存存在在着着电电场场且且要要发发热热，即即具具有有电电感感、电电容容电电阻阻的的特特性性。因因此此很很难难用用一一个简单数学式来表达。个简单数学式来表达。处理：对实际的部件进行化简（即理想化）处理：对实际的部件进行化简（即理想化） 忽忽略略次次要要性性质质得得到到的的只只有有某某种种单单一一电电磁磁性性能的元件即：能的元件即：理想的电路元件理想的电路元件具有某种单一电磁性能的元件具有某种单一电磁性能的元件。电电路路模模型型由由规规定定的的电电路路图图形形符符号号代代表表电电路路中中的的具具体体元元器器件件（理理想想的的电电路路元元件件和和理理想想的导的导 线组成的电路图
4、。线组成的电路图。 线性电感元件（储存磁场能量）线性电感元件（储存磁场能量）线性电容元件（储存电场能量）线性电容元件（储存电场能量）线性电阻元件（消耗电能的元件线性电阻元件（消耗电能的元件）关于电路的一些名词关于电路的一些名词节点节点电路中有三个或三个以上元件的连接点称为节点。电路中有三个或三个以上元件的连接点称为节点。支路支路两相邻节点间的无分支电路二端元件称为支路。两相邻节点间的无分支电路二端元件称为支路。 回路回路电路中由支路组成的不重复的闭合路径电路中由支路组成的不重复的闭合路径 网孔网孔平面网络中内部不含支路的回路。平面网络中内部不含支路的回路。平面网络平面网络可以画在一个平面，在节
5、点以外的地方而不可以画在一个平面，在节点以外的地方而不出现有支路相交叉的情况的电路出现有支路相交叉的情况的电路。 R1R1abRab结点结点321456879123支路支路网孔网孔回路回路11电路的主要物理量电路的主要物理量一、电流及其参考方向一、电流及其参考方向 电电流流是是电电路路中中重重要要的的基基本本物物理理量量，它它的的大大小小用用电电流流强度表示。强度表示。电流强度定义：电流强度定义： 单位时间内通过导体横截面的电量。（或电流单位时间内通过导体横截面的电量。（或电流强度是电荷对时间的变化率）强度是电荷对时间的变化率）（规定）方向：正电荷运动的方向为电流的方向。（规定）方向：正电荷运
6、动的方向为电流的方向。国际单位：安培（国际单位：安培（A）1KA=103A 1A=103mA 1mA=103A 提问：提问： 1对于任意一个给定的电路我们是否都预先对于任意一个给定的电路我们是否都预先 知道导线中电流的流向呢？知道导线中电流的流向呢？ 2是是否否需需要要先先弄弄清清电电流流的的流流向向再再进进行行计计算算呢呢？12345673V2V1V?12345673V2V1V13V1V采取方法：采取方法： 1 1假定电流的参考方向（正方向）（用尖头表示）假定电流的参考方向（正方向）（用尖头表示） 2 2根据假定进行计算：根据假定进行计算： 若若表示电流的真实方向与参考方向一致；表示电流的真
7、实方向与参考方向一致；若若表示电流的真实方向与参考方向一致；表示电流的真实方向与参考方向一致；例例 ： 图图 中中 方方 框框 用用 来来 泛泛 指指 元元 件件 ， 试试 分分 别别 指指 出出 图图（a）（）（b）、（）、（c）中电流的真实方向。）中电流的真实方向。二、电压电位电动势及其参考方向二、电压电位电动势及其参考方向电压的定义：电压的定义： 电电场场中中ab两两点点间间的的电电位位差差定定义义为为单单位位正正电电荷荷由由a点经任意路径移到点经任意路径移到b点时电场力所作的功。点时电场力所作的功。 在电路理论中，将作如下表达：在电路理论中，将作如下表达： 在在电电路路中中ab两两点点
8、间间的的电电压压定定义义为为单单位位正正电电荷荷在在电电场场力力的的作作用用下下由由a点点经经任任意意路路径径运运动动到到b 点点时时，该该电电荷荷所所失失去去（转转换换）的的能能量量或或说说该该段段电电路路所所吸吸收的能量。收的能量。dq通过该段电路的电荷量。通过该段电路的电荷量。dwAB为该电荷所失去的能量或该段电路为该电荷所失去的能量或该段电路 吸收的能量。吸收的能量。国际单位：伏特（国际单位：伏特（V）单位换算：单位换算：1KV=103V 1V=103mV 1mV=103V电位的定义：电位的定义： 电电场场中中某某点点a的的电电位位是是单单位位正正电电荷荷由由该该点点经经任任意意路径移
9、至无穷远处时电场力所作的功。路径移至无穷远处时电场力所作的功。 （理论上）（理论上） 将将单单位位正正电电荷荷由由某某点点a经经任任意意路路径径移移至至参参考考点点时时电场力所作的功。电场力所作的功。注意：注意：1电位的值与参考点选择有关，电位差与参电位的值与参考点选择有关，电位差与参 考点的选择无关。考点的选择无关。2理论上理论上V=0 ，实际，实际V大地（设备外壳）大地（设备外壳）=03表示表示A点电位高于零电位点点电位高于零电位点表示表示A点电位低于零电位点点电位低于零电位点提问：在电路中，每个元件两端的电压极提问：在电路中，每个元件两端的电压极 性是否已知？性是否已知？采取方法：采取方
10、法： 1假定电压的参考方向（参考极性）假定电压的参考方向（参考极性） （有几种表示方法）（有几种表示方法） 2根据假定进行计算根据假定进行计算若若:表示电压的真实方向与参考方向一致表示电压的真实方向与参考方向一致表示电压的真实方向与参考方向相反表示电压的真实方向与参考方向相反电压参考方向的三种表示法：电压参考方向的三种表示法： 1箭头表示箭头表示 2正负号表示正负号表示 3双下标表示双下标表示uab+_+ + + + + +_ _ _ _ _ _ _K+F_静电力静电力(阻碍电荷向阻碍电荷向 正极板运动正极板运动F静电力静电力F非非静电力静电力F_非非静电力静电力 (移送电荷向正极板运动移送电
11、荷向正极板运动电动势电动势 在电场力的作用下正在电场力的作用下正电荷一般总是从高电位向电荷一般总是从高电位向低电位运动，为了形成连低电位运动，为了形成连续的电流，电源中正电荷续的电流，电源中正电荷必须从低电位移向高电位，必须从低电位移向高电位，将正电荷从低电位移向高将正电荷从低电位移向高电位非静电力能完成，只电位非静电力能完成，只有非静电力才能完成。有非静电力才能完成。 电源就是提供非静电力的装置电源就是提供非静电力的装置非静电力的产生：非静电力的产生： 1在电池中的非静电力由化学作用产生在电池中的非静电力由化学作用产生 2在发电机中非静电力由电磁感应产生在发电机中非静电力由电磁感应产生定义：
12、定义： 非非静静电电力力将将单单位位正正电电荷荷从从电电源源内内部部负负极极端端移移向向正极端所作的功为电源电动势正极端所作的功为电源电动势关于电压电位电动势极其参考方向问题关于电压电位电动势极其参考方向问题+ u u e e u(a)(b)(c)三、电功率和电能三、电功率和电能问题的引入：问题的引入： 在在许许多多电电气气设设备备中中，所所需需要要的的并并不不是是电电流流本本身身，而而是是伴伴随随着着电电流流电电压压的的电电场场能能量量因因为为电电能能可可以以转转化化为热、机械能、光能、化学能等。为热、机械能、光能、化学能等。若正电荷从若正电荷从a到到b时若电场力作正功为：时若电场力作正功为
13、： 单位时间内这部分电路所吸收的电能叫做这部分单位时间内这部分电路所吸收的电能叫做这部分 电路吸收的电功率电路吸收的电功率（此时（此时Uab与与i为关联参考方向）为关联参考方向） 功率的计算功率的计算0 表示该电路或元件吸收（消耗）能量表示该电路或元件吸收（消耗）能量 0 则有则有u0 (合符实际）合符实际）若若： i0 则有则有u 0(合符实际）合符实际） 当当 u、i为非关联参考方向时为非关联参考方向时若：若：i0i+u若：若：i0 则有则有u0i+u真实真实方向方向i+u+u真实真实极性极性 故：故：注意的问题：注意的问题：1. 公式前面的正负号取决于电压电流的参考方向是公式前面的正负号
14、取决于电压电流的参考方向是 否关联否关联2. 电压电压u、电流、电流i本身可正可负本身可正可负表示导体的导电性能。单位：西门子（表示导体的导电性能。单位：西门子（S） 伏安关系的另一种表示：伏安关系的另一种表示：电导：三、全电路的欧姆定律三、全电路的欧姆定律EU+U内内IR+Ir内内四、电路的三种工作状态四、电路的三种工作状态1.开路工作状态开路工作状态2.负载状态负载状态3.短路状态短路状态1-5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律电路综合（根据对电路性能的要求确定电路的电路综合（根据对电路性能的要求确定电路的 结构和元件结构和元件 应具备的特性应具备的特性）电路分析（已知电路的结构及内部参数，求解各
15、部分的电电路分析（已知电路的结构及内部参数，求解各部分的电 压和电流及功率压和电流及功率）怎样求出各部分电压和电流呢？ 求求解解电电路路有有很很多多方方法法，但但是是所所有有的的电电路路分分析析的的方方法法的的基基本本依依据据都都来来源源于于电电路路两个方面两个方面的规律的规律元件约束（组成电路的各元件各方面的规律即元件端元件约束（组成电路的各元件各方面的规律即元件端 钮钮ui关系，该规律只决定于元件本身的性关系，该规律只决定于元件本身的性 质，与电路的连接状态无关（欧姆定律）质，与电路的连接状态无关（欧姆定律）拓扑约束（与各元件的连接状况有关，与组成电路拓扑约束（与各元件的连接状况有关，与组
16、成电路 的各元件的性质无关即（基尔霍夫定律的各元件的性质无关即（基尔霍夫定律)1基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律KCL（Kirchhoff s current Law） 基基尔尔霍霍夫夫定定律律是是反反映映电电路路中中汇汇集集于于任任一一节节点的各支路电流之间的相互关系的规律。点的各支路电流之间的相互关系的规律。 对于任一电路中任一结点，在任时刻流入（或流对于任一电路中任一结点，在任时刻流入（或流出）该结点上各支路电流的代数和恒等于零出）该结点上各支路电流的代数和恒等于零数学表达式：数学表达式： i1i2i3i4A（约定出为正，入为负）（约定出为正，入为负） 另一种表述：流入该节点电流的总和等
17、于另一种表述：流入该节点电流的总和等于流出该节点电流的总和流出该节点电流的总和物理实质：电流的连续性原理物理实质：电流的连续性原理i1i2i3i4A由KCL：表示：表示：i4的真实方向与参考方向相反。的真实方向与参考方向相反。注意注意一套：一套：KCL方程中各项电流方程中各项电流i前面的正负号，前面的正负号， 取决于选定的电流是流出还是流入节取决于选定的电流是流出还是流入节 点。（出、入符号相反）点。（出、入符号相反）另另一一套套：电电流流I本本身身数数值值的的正正负负号号，取取决决于于实实际际的的电电流方向与其参考方向流方向与其参考方向 是否一致。是否一致。推广：推广：KCL适用于任何封闭面
18、适用于任何封闭面已知：已知：i1、i2、i3求：求：i4元件元件i1i2i3i4i5封闭面封闭面思考：思考：I1=？，？，I2=？设备设备1设备设备2I1I22基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 KVL（Kirchhoff s Voltage Law） 基基尔尔霍霍夫夫电电压压定定律律是是反反映映电电路路任任一一回回路路中中各各支支路路电压之间相互关系的规律。电压之间相互关系的规律。 任任一一时时刻刻，沿沿任任一一回回路路的的各各支支路路电电压压的的代代数数和和恒等于零。恒等于零。数学表达式数学表达式物理实质：能量守恒物理实质：能量守恒由由KVL 黄绕向黄绕向红绕向红绕向（实质相同）（实质相同）
19、u1u2u3u44213+-ABCD总总原原则则电电压压降降取取正正，电电压压升升取取负负由VCR：+u1u2u3u42341A3A2AABCD+u42341A3A2AABCD黄绕向黄绕向 注意：运用注意：运用KVL时要涉及两套符号：时要涉及两套符号：一套：一套： KVL方程中各项电压方程中各项电压u前面的正负号前面的正负号,取决于参取决于参考方向对绕向而言考方向对绕向而言 的升降（降取正，升取负）的升降（降取正，升取负）另一套：另一套： 电压电压u自身内含数值的正负号，取决于实际方向自身内含数值的正负号，取决于实际方向与参考方向是否一致。与参考方向是否一致。原则：降取正，升取负。原则：降取正
20、，升取负。电阻电路的计算串联电路1.流过各电阻的电流相同。2.总电压等于各电阻上的电压降之和：UU1+U2+U33. 等效电阻R RR1+R2+R3R1+R2+R34.各电阻的电压与各自电阻值成正比：U1U1：U2U2：U3U3R1R1：R2R2：R3R35.各电阻的消耗功率与各自电阻阻值成正比：P1P1：P2P2：P3P3R1R1：R2R2：R3R3分压公式：U1U R1 （R1+R2）串联电路串并联电路1.各并联支路两端的电压等于外加电压：UU1U22.总电流等于各支路电流之和：II1+I23.等效电阻（两个电阻并联为积被和除）4.流过各电阻的电流与各自阻值成反比.5.各电阻的消耗功率与各自电阻阻值成反比： P1P1：P2P2：P3P31 1R1R1：1 1R2R2：1 1R3R3分流公式：I1IR2（R1+R2）压压 熔断信号器磁场基本概念通电直导线的磁场 通电螺线管线圈的磁场INS磁场基本定律载流导体在磁场中电磁力的方向左手定则(电动机定则)平行载流导线间的相互作用力直导线感应电势的方向右手定则(发电机定则)线圈感应电势的方向楞次定律自感自感现象互感现象涡流涡流产生的原因 减小涡流的方法铁损：涡流和磁滞的总损耗磁滞损耗 ：是铁质物质在交流电流作用下反复磁化造 成的损失。
