电工技术基础第1章

电工技术基础电工技术基础南京理工大学主要教材：«电工技术基础»电子工业出版社其中：理论授课：40学时课程安排•计划学时：48学时实验学时：8学时电工技术基础南京理工大学绪论电工技术基础南京理工大学性质：电工学是一门非电专业的技术基础课程。课程简况：任务：为学生学习专业知识和从事工程技术工作◆打好电工技术的理论基础◆得到必要的电工技术的基本技能训练电工技术基础南京理工大学1.1电路及电路模型–+第一章电路的基本概念与基本定律1.电路(circuit)电路：电流的通路电工技术基础南京理工大学能量的转换与传输信号的传递与处理信息的存储1.电路(circuit)电路的作用1.1电路及电路模型电工技术基础南京理工大学电路的组成电源：产生电能或提供电信号负载：消耗电能或取用电信号中间环节：对电能或电信号进行控制、分配、处理等2.电路模型(circuitmodel)RL+RSUs–Ｑ+U–I手电筒的电路模型R实际电路电路模型理想化1.1电路及电路模型电工技术基础南京理工大学电路模型可以表征或近似表示一个实际器件（或电路）中所有的主要物理现象电路模型可以通过理想的电路元件相互联接而成理想电路元件具有精确的数学定义1.1电路及电路模型电工技术基础南京理工大学3.理想的电路元件(idealcircuitelement)无源元件：(passiveelement)1.1电路及电路模型电工技术基础南京理工大学电阻元件R电感元件L电容元件C消耗电能..R存储电场能量..C存储磁场能量..L金属膜电阻器METALFILMFIXEDRESISTOR（MFTYPE）金属氧化物电阻器METALOXIDEFILMRESISTOR(MOFTYPE)碳膜电阻器CARBONFILMFIXEDRESISTOR熔断涂覆电阻器FUSIBLEFILMRESISTOR线绕涂覆电阻器WIREWOUNDRESISTOR(KNPTYPE)绕涂覆电阻器WIREWOUNDRESISTOR(KNHTYPE)电工技术基础南京理工大学电工技术基础南京理工大学有源元件:独立源(activeelement)电流源USis(t)VCCS，VCVS，CCCS，CCVSus(t)+_非独立电源（受控源）:(controlledsource)3.理想的电路元件(idealcircuitelement)1.1电路及电路模型电工技术基础南京理工大学电压源线圈模型：(coilmodel)直流：交流：低频RRL高频RLC(direct-currentcircuit)(alternat-currentcircuit)电工技术基础南京理工大学3.理想的电路元件(idealcircuitelement)1.1电路及电路模型1.2电路的基本物理量及其参考方向电流的参考方向(referencedirection)问题的提出：定义单位：A（ampere安培）（kA，mA，A）dqitdt()QIt直流电流1.电流(current)电工技术基础南京理工大学--瞬时值电流参考方向：是一种任意选定的方向i约定：i0时，实际方向与参考方向一致i0时，实际方向与参考方向相反i0注意事项i0i1.电流(current)电工技术基础南京理工大学1.2电路的基本物理量及其参考方向电流正负仅对参考方向而言电流参考方向也可用双下标表示iAB2.电压(voltage)单位：V（伏特）（kV，mV，V）abRU+–定义：()()()dWtutdqtWUQ电压：直流电工技术基础南京理工大学1.2电路的基本物理量及其参考方向电压参考方向：是一种任意选定的方向约定：u0时，实际方向与参考方向一致u0时，参考方向与实际方向相反u0注意事项u+–u+–u+–u_+u02.电压(voltage)电工技术基础南京理工大学1.2电路的基本物理量及其参考方向电压正负仅对参考方向而言电压参考方向也可用箭头或双下标表示参考方向实际方向关联参考方向电流、电压参考方向一致+uiu+i非关联参考方向电工技术基础南京理工大学1.2电路的基本物理量及其参考方向电压与电流的关联参考方向强调：关联参考方向一定是针对一段电路而言Us+_IUR+_RUR与I参考方向关联电工技术基础南京理工大学1.2电路的基本物理量及其参考方向参考方向小结：1.电压电流的参考方向是任意假定的，分析电路前要先标好2.电压电流的参考方向一经假定的就不要在分析电路时任意更改3.电压电流的参考方向可任意假定，但不会改变其实际方向电工技术基础南京理工大学1.2电路的基本物理量及其参考方向4.功率（power)()()dWtptdtWPt定义电工技术基础南京理工大学1.2电路的基本物理量及其参考方向d()d()d()()()dddwtwtqptutittqt直流..i(t)ABu(t)+_电工技术基础南京理工大学公式●u、i关联参考方向●u、i非关联参考方向发出功率P0P0+uiiu+吸收功率4.功率（power)1.2电路的基本物理量及其参考方向p(t)=u(t)i(t)p(t)=u(t)i(t)直流功率的计算..IABU+_PUI..IABU+_PUI电工技术基础南京理工大学1.2电路的基本物理量及其参考方向能量电路从0到t时刻所吸收的电能为：单位：焦耳(J)0()tWptdt1度=1千瓦小时.电工技术基础南京理工大学1.2电路的基本物理量及其参考方向..2AAB5V+_例：解：5210WP（吸收功率）电工技术基础南京理工大学1.2电路的基本物理量及其参考方向电工技术基础南京理工大学+_+_+++___U1U2U4U3U5I1I3I2求各两端元件的功率判定电压电流的实际方向例U1=1VI1=1AU2=-6VI2=-3AU3=-4VI3=4AU5=-10VU4=5V已知：1.2电路的基本物理量及其参考方向123451.3电阻元件(resistanceelement)1.电阻伏安关系可用u-i平面过坐标原点的曲线来描述的二端元件。(volt-amperecharacteristic)伏安特性曲线-+-ui电工技术基础南京理工大学ui0R单位：(欧姆)2.线性电阻(linearresistance)伏安关系为过u-i平面坐标原点的一条直线，斜率为R。电工技术基础南京理工大学1.3电阻元件(resistanceelement)伏安特性曲线ui0电工技术基础南京理工大学电压与电流关系+-ui2.线性电阻(linearresistance)1.3电阻元件(resistanceelement)否则u=Ri注意：u、i为关联参考方向u=Riu、i为非关联参考方向G单位：S(西门子)3.电导(conductance)电工技术基础南京理工大学伏安关系为过i-u平面坐标原点的一条直线，斜率为G。1.3电阻元件(resistanceelement)iu0电流与电压成正比G电工技术基础南京理工大学3.电导(conductance)1.3电阻元件(resistanceelement)+-ui注:电流、电压为关联参考方向i=GuI=GU1GR电阻功率的计算2puiRi..iu+_R..iu+_R2()puiRiiRi电阻元件是耗能元件20pRi电工技术基础南京理工大学1.3电阻元件(resistanceelement)独立电源1.4独立电源(independentsource)电工技术基础南京理工大学1.4独立电源(independentsource)电工技术基础南京理工大学电压源若一个二端元件输出电压恒定则称为理想电压源电路符号理想电压源..us(t)+_..Us基本性质理想电压源Us+_IU+_R输出电压恒定，和外电路无关其流过的电流由外电路决定1.4独立电源(independentsource)电工技术基础南京理工大学电工技术基础南京理工大学伏安曲线理想电压源Us+_IU+_R0UIUsssUUUUIRR1.4独立电源(independentsource)1.4独立电源(independentsource)电工技术基础南京理工大学直流稳压电源实际电压源+--+USRoIUU=US–RoI实际电压源Ro越小越好0IUUS1.4独立电源(independentsource)电工技术基础南京理工大学RoI三种工作状态加载:soUURI开路:ocs0,IUU(Uoc开路电压)短路:ssc0,oUUIR(Isc短路电流)（不允许）Us+_RoI..U+_实际电压源1.4独立电源(independentsource)电工技术基础南京理工大学电流源若一个二端元件输出电流恒定则称为理想电流源电路符号理想电流源..is(t)..Is1.4独立电源(independentsource)电工技术基础南京理工大学1.4独立电源(independentsource)电工技术基础南京理工大学基本性质理想电流源输出电流恒定，和外电路无关其两端电压由外电路决定IsIU+_R伏安曲线理想电流源0UIIsssIIURIRIIsIU+_R1.4独立电源(independentsource)电工技术基础南京理工大学实际电流源+-ISRoIUU=RoISRoIRo越大越好IsUI0电工技术基础南京理工大学1.4独立电源(independentsource)三种工作状态实际电流源加载:sUIIR短路:scs0,UII开路:ocs0,IURI（不允许）IsRI..U+_(G)电工技术基础南京理工大学1.4独立电源(independentsource)1.5电路的三种工作状态有载工作状态SLoLUIRRSSCoUIROCSUU电工技术基础南京理工大学开路(opencircuit)短路(shortcircuit)US+-RoILQ12RL1.6基尔霍夫定律电路中支路电压、电流受到两类约束：元件特性对元件的电压、电流约束元件之间的相互连接（拓扑结构）对电路支路电压、电流约束基尔霍夫定律与元件性质无关电工技术基础南京理工大学1.名词介绍网孔(mesh):电路中的每一网格。支路(branch):无分支的一段电路。结点(node):三条或三条以上支路的连接点。回路(loop):由支路构成的闭合路径。1.6基尔霍夫定律电工技术基础南京理工大学6条支路4个结点7个回路3个网孔U1U2R1R3R2R6R5R41.名词介绍1.6基尔霍夫定律电工技术基础南京理工大学2.基尔霍夫电流定律KCL：任一时刻，任一节点上所流过的电流代数和恒为零。0i(Kirchhoffscurrentlaw)(KCL)电工技术基础南京理工大学1.6基尔霍夫定律●约定：电流流出取“＋”，流入取“－”.Example对下图列KCL方程若i1=2Ai2=-4Ai3=-3A得i4=3A注意两套正负号i4i2i3i1-i1+i2-i3+i4=0则-2+(-4)-(-3)+i4=02.基尔霍夫电流定律电工技术基础南京理工大学1.6基尔霍夫定律KCL另一形式：任一时刻，任一节点上流入该节点的电流等于流出该节点的电流。电工技术基础南京理工大学2.基尔霍夫电流定律1.6基尔霍夫定律∑i入＝∑i出KCL推广：流过封闭面的电流代数和为零。Example2AU1R2U2R1I1AR34AI13A1+2+I=3+42.基尔霍夫电流定律1.6基尔霍夫定律电工技术基础南京理工大学KVL：任一时刻，沿任一回路上所有电压的代数和恒为零。(Kirchhoffsvoltagelaw)(KVL)∑u＝03.基尔霍夫电压定律电工技术基础南京理工大学1.6基尔霍夫定律●先设回路绕行方向，再设电压参考方向。3.基尔霍夫电压定律1.6基尔霍夫定律电工技术基础南京理工大学●当电压参考方向与绕行方向一致时,取“＋”;否则取“－”。u1+_u3+_u2+_u4+_12340uuuuus+_Rsi..u+_ss0uuRiKVL推广：假想回路、开口电路3.基尔霍夫电压定律1.6基尔霍夫定律电工技术基础南京理工