电工学B1.

R0R+-E内蒙古工业大学电工电子教学中心第1章电路及其分析方法本章主要介绍电路的基本概念、基本定律及电路的分析计算方法。第1章电路及其分析方法1.1电路的作用与组成部分1.2电路模型1.3电压和电流的参考方向1.4电源有载工作、开路与短路1.5基尔霍夫定律1.6电阻的串联与并联第1章电路的基本概念与基本定律1.7支路电流法1.8叠加定理1.9电压源与电流源及其等效变换1.10戴维宁定理1.11电路中电位的计算1.12电路的暂态分析•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章第1章电路及其分析方法电路的基本概念及其分析方法是电工技术和电子技术的基础。本章首先讨论电路的基本概念和基本定律，如电路模型、电压和电流的参考方向、基尔霍夫定律、电源的工作状态以及电路中电位的计算等。这些内容是分析与计算电路的基础。然后介绍几种常用的电路分析方法，有支路电流法、叠加原理、电压源模型与电流源模型的等效变换和戴维宁定理。最后讨论电路的暂态分析。介绍用经典法和三要素法分析暂态过程。•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章1.电路的作用•电路：电流流通的路径。是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。a.实现电能的传输和转换；发电机升压变压器降压变压器负载(电灯)(电动机)(电炉)…输电线如：电力系统1.1电路的作用与组成部分•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章b.传递和处理信号（声音信号；图象信号；测量信号或控制信号）如：扩音机电路放大器话筒扬声器1.电路的作用电路的作用与组成部分•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章包括：电源+中间环节+负载2.电路的组成电源:提供电能的装置负载:取用电能的装置中间环节：起传递、分配和控制电能的作用发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线如：.电力系统：电路的作用与组成部分•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章包括：电源+中间环节+负载2.电路的组成如：.扩音机：负载信号源（相当于电源）:提供信息放大器扬声器话筒信号处理（中间环节）：放大、调谐、检波等电路的作用与组成部分•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章概念介绍：激励与响应激励：电路中电源或信号源上的电压或电流。由它推动电路工作。响应：由于激励在电路各部分产生的电压或电流。电路分析就是在已知电路结构和元件参数的条件下，讨论电路的激励与响应的关系。电路的作用与组成部分•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章•实际电路都是根据人们的需要由实际的电路元件或器件所组成，以完成人们的预想要求。1.2电路模型如：发电机、变压器、电动机、晶体管、电阻器及电容器等。但是，实际元器件的电磁特性十分复杂。为便于对电路的分析和数学描述，常将实际元器件理想化（即模型化）。•理想化（模型化）：即在一定条件下突出电路元件的主要电磁性质，忽略其次要因素，将其近似看作理想的电路元件。•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章i例如：一个白炽灯在有电流通过时，RRL消耗电能(电阻性)产生磁场储存磁场能量(电感性)忽略L电路模型•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章•如：手电筒电路电路模型：由理想电路元件组成的电路称为实际电路的电路模型。R+RoE–S+U–I电路模型电池灯泡开关实际电路电路模型•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章说明：今后所分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。电路模型•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章1.3电压和电流的参考方向对电路进行分析计算时，不仅要算出电压、电流、功率值的大小，还要确定这些量在电路中的实际方向。但是，在电路中各处电位的高低、电流的方向等很难事先判断出来。因此电路内各处电压、电流的实际方向也就不能确定。为此引入参考方向的规定。•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章物理中对基本物理量规定的方向1.电路基本物理量的实际方向物理量实际方向电流I正电荷运动的方向电动势E(电位升高的方向)电压U(电位降低的方向)高电位低电位单位kA、A、mA、μA低电位高电位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV电压和电流的参考方向•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章(2)参考方向的表示方法电流：Uab双下标电压：(1)参考方向IE+_在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。Iab双下标2.电路基本物理量的参考方向aRb箭标abRIU+_正负极性+–abU电压和电流的参考方向•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。3.实际方向与参考方向的关系注意：在参考方向选定后，电流(或电压)值才有正负之分。若I=5A，则电流从a流向b；例：若I=–5A，则电流从b流向a。abRIabRU+–若U=5V，则电压的实际方向从a指向b；若U=–5V，则电压的实际方向从b指向a。电压和电流的参考方向•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章定义的：电压和电流关联参考方向电压和电流参考方向常以关联参考方向选取。4.关联参考方向abIU+-IU-ab+当a、b两点间所选择的电压参考方向由a指向b时，也选择电流的参考方向经电路由由a指向b，这种参考方向的选取被定义成为关联参考方向。电压和电流的参考方向•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章回顾：欧姆定律U、I参考方向相关联时，U、I参考方向不相关联时，RU+–IRU+–I表达式中有两套正负号：①式前的正负号由U、I参考方向的关系确定；②U、I值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。通常取U、I为关联参考方向。U=IRU=–IR•欧姆定律：通过电阻的电流与电压成正比。•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章[例]应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。UIR6V2A(a)UIR6V-2A(b)UIR-2A-6V(d)UIR(c)-6V2A•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章•对于(a)图UIR6V2A(a)UIR6V-2A(b)IUR632•对于(b)图IUR623例题电压与电流参考方向相反电流的参考方向与实际方向相反•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章UIR-2A-6V(d)UIR(c)-6V2A•对于(c)图IUR•对于(d)图IUR623623例题•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章•电路端电压与电流的关系称为伏安特性。线性电阻：遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性常数即：IUR线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。（关联参考方向下）概念介绍：线性电阻•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章开关闭合,接通电源与负载RREI+0电源或负载端电压U=E–IR0特征:IU+R0R+E(1)电流的大小由负载决定。(2)在电源有内阻时，IU。或U=IR1.4电源有载工作、开路与短路当R0R时，则UE，表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。1.4.1电源有载工作•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章UI=EI–I2RoP=PE–P负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率(3)电源输出的功率由负载决定；任何电路的功率总是平衡的。•负载大小的概念:负载增加指负载取用的电流和功率增加(电压一定)。•电源的外特性：IUE0功率：U=E–IR0IU+R0R+E1.4.1电源有载工作功率平衡式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章[例1]已知:电路中U=220V，I=5A，内阻R01=R02=0.6。求:(1)电源的电动势E1和负载的反电动势E2；(2)说明功率的平衡关系。R01E1UI+–+–R02E2+–解：(1)对于电源U=E1-U1=E1-IR01即E1=U+IR01=220+50.6=223V负载：U=E2+U2=E2+IR02即E2=U-IR02=220-50.6=217V(2)由上面可得，E1=E2+IR01+IR02等号两边同时乘以I，则得E1I=E2I+I2R01+I2R02代入数据有2235=2175+520.6+5+520.61115W=1085W+15W+15W。-U1++U2-•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章电源与负载的判别U、I参考方向不同，P=-UI0，负载；P=-UI0,电源。U、I参考方向相同，P=UI0，负载；P=UI0，电源。(1)根据U、I的实际方向判别(2)根据U、I的参考方向判别电源：U、I实际方向相反，即电流从“+”端流出。（发出功率）；负载：U、I实际方向相同，即电流从“-”端流出。（吸收功率）。电源有载工作•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章电源与负载的判别[例2]已知：图中UAB=3V，I=–2A[解]P=UI=(–2)3=–6W求：N的功率，并说明它是电源还是负载。因为此例中电压、电流的参考方向相同而P为负值，所以N发出功率，是电源。想一想，若根据电压电流的实际方向应如何分析？NABI电源有载工作•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章电气设备的额定值•额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值•电气设备的三种运行状态(U=UN)欠载(轻载)：IIN，PPN(不经济)过载(超载)：IIN，PPN(设备易损坏)额定工作状态：I=IN，P=PN(经济合理安全可靠)(1)额定值反映电气设备的使用安全性；(2)额定值表示电气设备的使用能力。例：灯泡：UN=220V，PN=60W•注意：电气设备在额定电压下工作时，电流及功率的实际值不一定都等于其额定值，要能够加以区别。电源有载工作•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章特征:开关断开,处于空载1.4.2电源开路I=0电源端电压(开路电压)负载功率U=U0=EP=0(1)开路处的电流等于零：I=0(2)开路处的电压U视电路情况而定。电路中某处断开时的特征:I+–U有源电路IRoR+EU0+•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级‹日期/时间›‹页脚›‹#›电工学第一章电源两端被短接1.