第一章.电路的基本概念解析

下一页返回上一页主讲教师：陈根龙[e-mail]答疑地点：综合实验楼B339办公室电话：67792175答疑时间：周二下午2:30-4:00电工技术下一页返回上一页考试信息统计学期初次选修重修2013-2014S考试人数及格人数挂科人数及格率考试人数及格人数挂科人数及格率2502183287.20%59332656%2014-2015A考试人数及格人数挂科人数及格率考试人数及格人数挂科人数及格率88731583%34171750%总结:第一次选修同学只有10%-20%的同学挂科,重修的同学挂科率在50%左右。另外：还有很大一部分重修同学放弃考试。下一页返回上一页课件下载:[e-mail],密码：DHU2015S教材：电工学(上册，第7版),秦曾煌,高教出版社考核方式：考试(70%)+考勤、平时测试、作业(30%)作业：每周二上课前交考勤用随堂测验和点名，请准备若干小纸条下一页返回上一页课程基本信息•课程内容第1、2章：电路分析（10学时）；第3章：暂态分析（6学时）；第4：正弦交流电；5章：单相与三相交流电路（14学时）；第6章：磁路与线圈（4学时）；第7章：交流电动机（8学时）；第10章：继电器（6学时）。下一页返回上一页第一章电路的基本概念1.电路的作用与组成2.电路模型及基本物理量3.电气设备额定值和电路的工作状态4.基尔霍夫定律下一页返回上一页a.理解电路的基本物理量并能正确应用；b.理解电压与电流参考方向的意义；c.会计算电路中各点的电位；d.了解电路的有载工作、开路与短路状态；e.理解电功率的计算并判断物理作用。f.掌握基本定律的使用本章要求下一页返回上一页1.电路的作用与组成(1)实现电能的输送和转换(2)实现信息的处理和传递放大器扬声器话筒1.1电路的作用电路：电流的通路，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。发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线下一页返回上一页1.2电能电路的组成电源:提供电能的装置负载:取用电能的装置中间环节：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...输电线下一页返回上一页直流电源直流电源:提供能源信号处理：放大、调谐、检波等负载信号源:提供信息1.2信息电路的组成放大器扬声器话筒电源或信号源的电压或电流称为激励，由激励所产生的电压和电流称为响应。下一页返回上一页2.电路模型及基本物理量手电筒的电路模型数学方法R+RoE–S+U–I电池导线灯泡开关理想电路元件：电阻R、电感L、电容C和电源ES、IS实际电路电磁性质电路(模型)2.1下一页返回上一页•电荷在电场力作用下移动形成电流I，单位：A•电压U等于电场力把单位正电荷从a点移动到b点所做的功，单位：V•电动势E等于电源力把单位正电荷从低电位点移动到高电位点所做的功，单位：VbaabVVU2.2电路基本物理量下一页返回上一页2.2电路基本物理量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下一页返回上一页+-+-E2例：图中标识的都是参考(正)方向下一页返回上一页(2)表示方法(1)参考方向(正方向)在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。2.3电路基本物理量的参考方向IE+_aRbU+_Uab下标电压：箭标abU极性+-电流：Iab下标箭标abI极性+-下一页返回上一页一致(关联一致)，电流(或电压)值为正值；相反，电流(或电压)值为负值。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。下一页返回上一页U与E的关系EUEUEUEUE=U=4VE=-U=4V-E=U=4V-E=-U=4V|E|=|U|=4V下一页返回上一页★2.4欧姆定律U=±IRU、I参考方向相同时，U、I参考方向相反时，RUIRUI通常取U、I参考方向相同(关联一致)。U=IRU=–IR下一页返回上一页解：对图(a)有,U=IR例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图(b)有,U=–IRΩ326:IUR所以Ω326:IUR所以RU6V2ARU6VI(a)(b)I–2A下一页返回上一页2.5电路中电位的概念及计算电位：电路中某点A至参考点O的电压，记为“VA”.电位的计算步骤:(1)选参考点，设其电位为0；(2)标出电流参考方向；(3)计算各点至参考点间的电压。•常用符号：电工工程：大地；电子电路：导线的交汇点UAO=VA-VO;VA=UAO(VO=0)下一页返回上一页例分别以a,b为参考点求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd。解：设a为参考点，即Va=0VVb=Uba=–10×6=60VVc=Uca=4×20=80VVd=Uda=6×5=30V设b为参考点，即Vb=0VVa=Uab=10×6=60VVc=Ucb=E1=140VVd=Udb=E2=90Vbac204A610AE290VE1140V56AdUab=10×6=60VUcb=E1=140VUdb=E2=90VUab=10×6=60VUcb=E1=140VUdb=E2=90V下一页返回上一页结论：(1)电位是相对的，取决于参考点的选取;(2)两点间的电压是固定的，与零电位参考点的选取无关;(3)借助电位的概念可作简化电路图bca204A610AE290VE1140V56Ad+90V205+140V6cd下一页返回上一页例图示电路，计算开关S断开和闭合时A点的电位VA解:(1)当开关S断开时(2)当开关闭合时,如图(b)电流I2=0，电位VA=0V。电流I1=I2=0，电位VA=6V。电流在闭合路径中流通2KA+I12kI2–6V(b)2k+6VA2kSI2I1(a)下一页返回上一页例电路如下图所示,(1)零电位参考点在哪里？画电路图表示出来;(2)当电位器RP的滑动触点向下滑动时,A、B两点的电位增高了还是降低了？A+12V–12VBRPR1R212V–12V–BARPR2R1I解：（1）电路如左图，零电位参考点为+12V电源的“–”端与–12V电源的“+”端的联接处。当电位器RP的滑动触点向下滑动时，回路中的电流I减小，所以A电位增高、B点电位降低。（2）VA=–IR1+12VB=IR2–12下一页返回上一页◆功率•单位时间内电场力所做的功，为电功率。用P来表示，单位为W。P=W/T=±UI；•当电压、电流的正方向关联一致时，P=+UI；•当电压、电流的正方向不一致时，P=-UI下一页返回上一页2.6电源与负载的判别(元件作用)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，消耗功率；P=UI0，电源，发出功率。1.根据U、I的实际方向判别2.根据P值判别电源：U、I实际方向相反，即电流从“+”端流出，负载：U、I实际方向相同，即电流从“-”端流出。★（发出功率）（吸收功率）IE+_aRbU+_下一页返回上一页例：US=30V,电压源和电流源发出或吸收的功率值,并说明哪个是电源,哪个是负载？RIUI3A2AS1S2S+－.下一页返回上一页例：•I1=()；I=()；•判断3V电源是发出功率还是吸收功率?（）＋－1sIA1I3V＋－1V1I下一页返回上一页额定值：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电阻：RN=100，PN=1W3.电气设备额定值和电路工作状态下一页返回上一页三种工作状态：通路、开路、短路RREI0负载端电压U=IR特征:3.1电路的工作状态IR0REUI①电流的大小由负载决定。②在电源有内阻时，IU。或U=E–IR0电源的外特性EUI0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。下一页返回上一页开关闭合,接通电源与负载。RREI0负载端电压U=IR特征:3.2电源有载工作①电流的大小由负载决定。②在电源有内阻时，IU。或U=E–IRoUI=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。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)。IR0REUI下一页返回上一页特征:开关断开3.3电源开路I=0电源端电压(开路电压)负载功率U=U0=EP=01.开路处的电流等于零；I=02.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:IRoREU0IU有源电路下一页返回上一页电源外部端子被短接3.4电源短路特征:0SREII电源端电压负载功率电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流（很大）U=0PE=P=I²R0P=01.短路处的电压等于零:U=0;2.短路处的电流I视电路情况而定:电源电压全部降在内阻上，产生很大的短路电流，容易损坏电器设备，加入熔断器，发生事故时自动切断。电路中某处短路时的特征:IU有源电路IR0REU0下一页返回上一页4.1电路的基本概念•结点N:电路中3个或3个以上元件的联结点•支路B:电路中两结点之间的每一个分支•网孔:电路中未被任何支路分割的最简单的回路B-(N-1)+-+-4.基尔霍夫定律下一页返回上一页某电路经串、并联等效变换可化简为网孔的称为简单电路;否则，称为复杂电路。•例：1sIA1I3V1V1I下一页返回上一页II21A13A1V+-1II21A13A1V+-1结点，支路，网孔，回路ab两四三六下一页返回上一页三结点、五支路（五个不同的电流）2Ω6Ω1Ω-+7V5Ω2AIcab12345下一页返回上一页4.2基尔霍夫电流定律(KCL定律)1．定律即:Ｉ入=Ｉ出在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。实质:电流连续性的体现。或:Ｉ=0I1I2I3baE2R2R3R1E1对结点a：I1+I2=I3或I1+I2–I3=0下一页返回上一页电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。2．推广I=?例:广义结点I=0IA+IB+IC=0ABCIAIBIC2+_+_I51156V12V下一页返回上一页在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。4.3基尔霍夫电压定律（KVL定律)1．定律即：U=0在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。对回路1：对回路2：E1=I1R1+I3R3I2R2+I3R3=E2或I1R1+I3R3–E1=0或I2R2+I3R3–E2=0I1I2I3baE2R2R3R1E112基尔霍夫电压定律（KVL）反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。下一页返回上一页1．列方程前标注回路循行方向；电位升=电位降E2=UBE+I2R2U=0I2R2–E2+UBE=02．应用U=0列方程时，项前符号的确定：如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。3.开口电压可按回路处理注意：1对回路1：E1UBEE+B+–R1+–E2R2I2_下一页返回上一页例：对网孔abda：对网孔acba：对网孔bcdb：R6I6R6–I3R3+I1R1=0I2R2–I4R4–I6R6=0I4R4+I3R3–E=0对回路adbca，沿逆时针方向循行：–I1R1+I3R3+I4R4–I2R