电路的基本概念与基本定律

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1、电电 工工 技技 术术 电电 工工 技技 术术 第第1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律1.1 电路的作用与组成电路的作用与组成1.2 电路模型电路模型1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.4 欧姆定律欧姆定律1.6 克希荷夫定律克希荷夫定律1.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算c. 负载负载 电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的。电工设备或元件按一定方式组合起来的。a. 电源电源b. 中间环节中间环节1.1 电路

2、的作用与组成部分电路的作用与组成部分1.1.电能的传输与转换电能的传输与转换电路的作用电路的作用电路的作用电路的作用发电发电机机升压升压变压器变压器输电线输电线降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机用电器用电器第第1章章 1 1电路的组成电路的组成电路的组成电路的组成2. 传递与处理信号传递与处理信号 放放放放大大大大器器器器话筒话筒话筒话筒扬声器扬声器扬声器扬声器其它形式的能量其它形式的能量电能电能电能电能其它形式的能量其它形式的能量连接电源和负载，连接电源和负载，传输、分配电能传输、分配电能a. 信号源信号源b. 负载负载话筒把声音话筒把声音（信息）（信息）（信息）（信息） 电信号电信号

3、电信号电信号扬声器把电信号扬声器把电信号 声音声音声音声音（信息）（信息）（信息）（信息） 电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的。电工设备或元件按一定方式组合起来的。1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分电路的作用电路的作用电路的作用电路的作用第第1章章 1 1负载负载电源电源中间环节中间环节1.1 电路的作用与组成电路的作用与组成发电发电发电发电机机机机升压升压升压升压变压器变压器变压器变压器输电线输电线降压降压降压降压变压器变压器变压器变压器电灯电灯电灯电灯电动机电动机电动机电动机信号源信号源负载负载电

4、源和电源和信号源信号源的的电压或电流电压或电流称为称为激励激励激励激励，它推动电路的工作。，它推动电路的工作。由由激励激励在电路中产生的在电路中产生的电压和电流电压和电流称为称为响应响应响应响应。电路分析电路分析电路分析电路分析是在已知电路结构和参数的条件下，讨论是在已知电路结构和参数的条件下，讨论激激激激励励励励响响响响应应应应与与的关系的关系第第1章章 1 1放放放放大大大大器器器器话筒话筒话筒话筒扬声器扬声器扬声器扬声器电路？电路？电路模型？电路模型？电流流过的全部通路电流流过的全部通路： 由理想元件由理想元件组成的电路组成的电路1.2 电路模型电路模型第第1章章 1 21.5V电源负载

5、连接导线电路实体电路实体电路模型电路模型用用理想理想电路元件组成的电路，电路元件组成的电路，称为实际电路的称为实际电路的电路模型电路模型。1.2 电路模型电路模型开关第第1章章 1 2SER 电流电流磁场磁场储存磁场能量储存磁场能量( (可逆可逆) )L实际的电路元件或器件其电磁性质是很复杂的。实际的电路元件或器件其电磁性质是很复杂的。例如：一盏白炽灯在有电流通过时：例如：一盏白炽灯在有电流通过时：电压电压电场电场储存电场能量储存电场能量( (可逆可逆) )Ci1.2 电路模型电路模型第第1章章 1 2C+uR LC 为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下为了便于分析与计算实际电路，在一定条

6、件下常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，把它看成把它看成理想电路元件理想电路元件理想电路元件理想电路元件。iiR第第1章章 1 2理想电源元件理想电源元件理想电路元件理想电路元件理理想想电电压压源源理理想想电电流流源源电电阻阻 R电电感感 L电电容容 C理想电路元件理想电路元件电路元件电路元件理理想想受受控控源源第第1章章 1 2第第1章章 1 31.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向1. 电压的实际方向：电压的实际方向：由由高高电位端指向电位端指向低低电位端电位端2. 电流的实际方向：电流的实际方向：正电荷运动的方向或正电荷运

7、动的方向或负电荷运动的反方向负电荷运动的反方向3. 电压、电流的参考方向：电压、电流的参考方向：任意假定任意假定电压、电流参考方向与实际方向电压、电流参考方向与实际方向相同为正值相同为正值相同为正值相同为正值例如：例如：E=3V，则，则 U=3V 或或 UAB=3V则则 U= 3V 或或 UAB= 3VER+ + UIAB+电压、电流参考方向与实际方向电压、电流参考方向与实际方向相反为负值相反为负值相反为负值相反为负值第第1章章 1 4通过电阻的电流与电压成正比通过电阻的电流与电压成正比表达式表达式= RUIU 、I参考方向相同参考方向相同U= IRU、 I参考方向相反参考方向相反图图B中若中

8、若I= 2A，R=3 ，则，则U = (2)3 = 6V电流的参考方向电流的参考方向电流的参考方向电流的参考方向与实际方向相反与实际方向相反与实际方向相反与实际方向相反 UIR图图A+ + 或或UIR图图B+ + UIR图图C+ + 电压与电流电压与电流电压与电流电压与电流参考方向相反参考方向相反参考方向相反参考方向相反1.4 欧姆定律欧姆定律u /V0i /A1.4 欧姆定律欧姆定律遵循欧姆定律的电阻称遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻为线性电阻, (反之为非反之为非线性电阻线性电阻), 它是一个与它是一个与电压电流无关的常数。电压电流无关的常数。线性电阻的线性电阻的伏安特性曲线伏安特性曲线伏安

9、特性曲线伏安特性曲线ABUIR+第第1章章 1 4EI IU第第1章章 1 51.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.5.1 1.5.1 电源有载工作电源有载工作电源有载工作电源有载工作1. 1. 电压与电流电压与电流电压与电流电压与电流R0RABCDU= RIR + R0I = EU= ER0 I ER0 IU电源的外特性曲线电源的外特性曲线电源的外特性曲线电源的外特性曲线当 R0 R时，时，U E说明电源带负载能力强说明电源带负载能力强IU0第第1章章 1 51.5.1 1.5.1 电源有载工作电源有载工作电源有载工作电源有载工作1. 1. 电压与电流电压与电流电压与电

10、流电压与电流U=RIU=E R0I 2. 2. 功率与功率平衡功率与功率平衡功率与功率平衡功率与功率平衡UI = EI R0 I2 P = PE P 电源产电源产电源产电源产生功率生功率生功率生功率内阻消内阻消内阻消内阻消耗功率耗功率耗功率耗功率电源输电源输电源输电源输出功率出功率出功率出功率功率的单位：瓦功率的单位：瓦特特 (W)或千瓦或千瓦 (kW)电源产电源产电源产电源产生功率生功率生功率生功率=负载取负载取负载取负载取用功率用功率用功率用功率+内阻消内阻消内阻消内阻消耗功率耗功率耗功率耗功率EI IUR0RABCR + R0I = E1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与

11、短路D第第1章章 1 51.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.5.1 电源有载工作电源有载工作3. 3. 电源与负载的判别电源与负载的判别电源与负载的判别电源与负载的判别根据电压、电流的根据电压、电流的实际方向实际方向实际方向实际方向判别判别电源：电源：U和和 I 的实际方向相反，发出的实际方向相反，发出 (提供提供)功率功率负载：负载：U和和 I 的实际方向相同，取用的实际方向相同，取用 (消耗消耗)功率功率根据电压、电流的根据电压、电流的参考方向参考方向参考方向参考方向判别判别电源：电源：P = U I 为负值，为负值，发出发出发出发出 (提供提供) 功率功率若电压、

12、电流的参考方向相同若电压、电流的参考方向相同若电压、电流的参考方向相同若电压、电流的参考方向相同负载：负载：P = U I 为正值，为正值，取用取用取用取用 (消耗消耗) 功率功率正方向正方向1、假定方向（参考方向）、假定方向（参考方向）2、实际方向（真实方向）、实际方向（真实方向）二者方向相同时，二者方向相同时，二者方向相同时，二者方向相同时，U U ( (I I) ) 0 0二者方向相反时，二者方向相反时，二者方向相反时，二者方向相反时，U U ( (I I) ) 0 0例例：求功率：求功率P，说明，说明P 的性质的性质UIUI1.若：若：I=2A, U=5V, I=2A,U=-5V, 2

13、.若：若：I=-2A,U=5V, I=-2A,U=-5V, U、I 的实际方向的实际方向相同相同相同相同时，时，P消耗消耗U、I 的实际方向的实际方向相反相反相反相反时，时，P提供提供结论结论P=UI= 10WP=UI= -10WP=UI= -10WP=UI=10W消耗消耗消耗消耗 提供提供提供提供第第1章章 1 51.5.1 电源有载工作电源有载工作4. 4. 额定值与实际值额定值与实际值额定值与实际值额定值与实际值S1US2电源电源+IS3P 电源输出的电流和功电源输出的电流和功率由负载的大小决定率由负载的大小决定 额定值是为电气设备额定值是为电气设备在给定条件下正常运行在给定条件下正常运

14、行而规定的允许值而规定的允许值电气设备不在额定电气设备不在额定条件下运行的危害：条件下运行的危害：不能充分利用设备的能力不能充分利用设备的能力降低设备的使用寿命甚至损坏设备降低设备的使用寿命甚至损坏设备第第1章章 1 5EIU01.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.5.2 电源开路电源开路特特 征征R0RABCDI = 0U= U0 = E P = 0第第1章章 1 5U U = = = = 0 0 0 0I I 视电路参数而定视电路参数而定视电路参数而定视电路参数而定有源电路EUISR1电流过大，将烧毁电源电流过大，将烧毁电源电流过大，将烧毁电源电流过大，将烧毁电源1.

15、5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.5.3 1.5.3 电源短路电源短路电源短路电源短路特特征征R2R0U=0I=IS=E/ R0P = 0 PE = P = R0IS2 ER1R2R0U短接短接短接短接I第第1章章 1 5+ R3abE1节点节点 电路中三条或三条电路中三条或三条 以上支路联接的点以上支路联接的点支路支路 电路中的每一分支电路中的每一分支cd回路回路 由一条或多条支路由一条或多条支路 组成的闭合路径组成的闭合路径如如 acb, ab, adb如如 abca, adba, adbca 1.6 克希荷克希荷夫定律夫定律第第1章章 1 6E2如如 a , bR2

16、R1名词术语：名词术语：网孔网孔 中间无分支的回路中间无分支的回路如如 abca, adba I = 0 （直流电路中）（直流电路中） i = 0 （对任意波形（对任意波形 的电流）的电流）在任一瞬间流入节点电在任一瞬间流入节点电流的代数和等于零流的代数和等于零例例: 若若I1=9A, I2= 2A, I4=8A。求求: I3=?09I382（）I319AKCL电流的参考方向与实际方向相反1.6.1 克希荷克希荷夫电流定律夫电流定律 (KCL)I1I2I3I4I1I2+ I3 + I4=0解：解：第第1章章 1 6IAIBIABIBCICAKCL推广应用推广应用或或 I = 0ICABC对对A

17、、B、C三个节点三个节点应用应用KCL可列出：可列出：IA= IABICAIB= IBCIABIC= ICAIBC上列三式相加，便得上列三式相加，便得IA + IB + IC = 0 可见，在任一瞬间通过任一可见，在任一瞬间通过任一封闭面的电流的代数和恒等于零。封闭面的电流的代数和恒等于零。第第1章章 1 6E1U4E2U1U2abced+1.6.2 克希荷夫电压定律克希荷夫电压定律（KVL） 在任一瞬间，沿任一回路在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。压的代数和恒等于零。 U = 0若若求：求：U2=？E2 = 5V电压的参考极性电压的参考极性

18、电压的参考极性电压的参考极性与实际极性不相同与实际极性不相同与实际极性不相同与实际极性不相同E1= 3V，U4 = 8V，U1 = 2V，U1+ U2 U3 U4 + U5 =0(2) + U2 (3) 8 + 5 = 0KVL+U5U3+或或 U = EU1+ U2 U4 = E1 E2U2 = 2V(2) + U2 8 = (3) 5或或U2 = 2V第第1章章 1 6根据根据 U = 0KVL推广应用于假想的闭合回路推广应用于假想的闭合回路E+ IR UAB=0第第1章章 1 6UAB= E+ IRERABI或或根据根据KVL可列出可列出UB UA ABCUAB UAB= UA UB U

19、A UB UAB=0一、电位的概念一、电位的概念一、电位的概念一、电位的概念电位：选定电路中某点作为参考点，令其电位为零，其它点电位：选定电路中某点作为参考点，令其电位为零，其它点 到参考点的电压，即为该点的电位，用到参考点的电压，即为该点的电位，用V表示。表示。参考点不同参考点不同参考点不同参考点不同, , 电位不同电位不同电位不同电位不同, , 但电压不变但电压不变但电压不变但电压不变若电位为负，则低于参考点电位，两点之间电压若电位为负，则低于参考点电位，两点之间电压 0。2 6 4 3 + -10Vabcd1.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算第第1章章 1 7R2E1E2

20、R3R1abcdd三、利用电位三、利用电位 化简电路化简电路E1=2VE2=5V+2V5V1.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算第第1章章 1 7R2R3R1abc三、利用电位化简电路三、利用电位化简电路三、利用电位化简电路三、利用电位化简电路ECRCRBTEB+VB C+VC例：例：思考题：将电路图化为原理电路图思考题：将电路图化为原理电路图D2R+3V0VF-12V(1)-10V+5V+20V-2VR1R2R3R4(2)第第1章章 1 7RCRBT第第 一一 章章 小小 结结一、基本概念一、基本概念 1. 参考方向参考方向 真实方向和假定方向的关系真实方向和假定方向的关系 2. 额定值额定值 使电器工作在效益最好的状态下使电器工作在效益最好的状态下 3. 功率功率的计算及的计算及功率性质的判别功率性质的判别 4. 电位的计算和应用电位的计算和应用二、基本定律二、基本定律 1. 欧姆定律（欧姆定律（ L） U = IRU = IR 2. 克希荷夫定律电流定律（克希荷夫定律电流定律（KCL） I I = = 0 0 3. 克希荷夫定律电压定律（克希荷夫定律电压定律（KVL） U U= 0, = 0, U U= = E E电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律