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电工技术基础

电工技术基础. 主讲人 ： 方跃春、李桂平、邱俊. 第 1 章 电路的基本概念和基本定律. 电路的基本概念 1.1.1 电路中的物理量 1.1.2 电路元件 电路的基本定律 1.2.1 欧姆定律 1.2.2 基尔霍夫定律. 1.1. 1.2. I. 灯泡. 电池. +. R. U. E. _. 电源. 负载. 1.1 电路的基本概念. 1.1.1 电路的物理量. 电流 电压 电动势. 物理量方向的表示方法. I. a. +. R. U ab. 灯泡. E. 电池. _. b. u. a.

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Presentation Transcript

  1. 电工技术基础 主讲人 ： 方跃春、李桂平、邱俊

  2. 第1章 电路的基本概念和基本定律 • 电路的基本概念 • 1.1.1 电路中的物理量 • 1.1.2 电路元件 • 电路的基本定律 • 1.2.1 欧姆定律 • 1.2.2 基尔霍夫定律 1.1 1.2

  3. I 灯泡 电池 + R U E _ 电源 负载 1.1 电路的基本概念 1.1.1电路的物理量 电流 电压 电动势

  4. 物理量方向的表示方法 I a + R Uab 灯泡 E 电池 _ b u a b _ 电流：从高电位 指向低电位。 正负号 + 箭 头 u I a b - + R 电压 Uab（高电位在前， 低电位在后） 双下标

  5. 实际方向：电路中电量实际存在的方向。 参考方向： 为便于分析计算，对电量人为假设的方向。 实际方向 物理量的方向： 参考方向

  6. 物理量的实际方向

  7. IR A B R E1 E2 物理量的参考方向 问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？ 电流方向 BA？ 电流方向 AB？

  8. 解决方法 (1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向； (2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式； (3) 根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。

  9. R=1Ω 解： (1) 假定电路中IR的参考方向如图所示； E1 E2＝2V (2) 列电路方程： IR 已知：E2=2V, R=1Ω 问： 当E1分别为 3V 和 1V 时，R中电流？ (3) 数值计算 （实际方向与假设方向一致） （实际方向与假设方向相反）

  10. 提示 (1) 方程式U/I=R仅适用于假设正方向一致的情况。 (2) “实际方向”是物理中规定的，而“假设 正方向”则 是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。 (3) 在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向” (即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程 计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的. (4) 为了避免列方程时出错，习惯上把I与 U的方向 按相同方向假设。

  11. 假设: 与 的方向一致 IR a b UR 假设: 与 的方向相反 IR a b UR 例

  12. 电 功 率 功率的计算：设电路任意两点间的电压为U ,流入此 部分电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的功率为: I a U 电路 b I a 电路 U b

  13. I＝2A a I＝2A a U=3V R U=－3V R b b I＝2A a I＝2A a + + U＝3V U＝－3V - - b b 若 P  0 ，电路吸收功率，性质为负载 P=－UI =－（－3）×2 =6W P=UI =3×2 =6W 若 P ﹤0 ，电路发出功率，性质为电源 P=－UI =－3×2 =－6W P=UI =（－3）×2 =－6W

  14. P（吸收）= P（发出） 根据能量守衡关系 2×2×1=4W 1Ω I＝2A 4×2=8W + + + 6V 4V - - －6×2＝－12W

  15. 结 论 在进行功率计算时，如果假设 U、I正方向一致。 当 计算的 P > 0时, 则说明 U、I的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。 当计算的 P < 0时, 则说明 U、I的实际方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。 所以，从 P 的 + 或 - 可以区分器件的性质， 或是电源，或是负载。

  16. 1.1.2 电路元件 （常用单位：、k、M ） 1. 电阻 R i i u u R i u (一) 无源元件 线性电阻 非线性电阻 伏 - 安 特性

  17. 磁通 i u 线圈 匝数 2.电感L： 单位电流产生的磁链 （单位：H, mH, H）

  18. 当 (直流) 时, 所以,在直流电路中电感相当于短路. 电感中电流、电压的关系 i + e u -

  19. i u e 线圈 面积 L=Const (如:空心电感  不变) 导磁率 线性电感: 线圈 长度 L = Const (如:铁心电感  不为常数) 非线性电感 : 电感和结构参数的关系

  20. 电感的储能 电感是一种储能元件, 储存的磁场能量为：

  21. i +q ++ ++ u - - - - -q + _ 3.电容 C 单位电压下存储的电荷 （单位：F, F, pF） 电容符号 有极性 无极性

  22. i u C 当 (直流) 时, 所以,在直流电路中电容相当于断路. 电容上电流、电压的关系

  23. i u C 介电 常数 极板 面积 C=Const (不变) 线性电容: 板间 距离 C = Const (不为常数) 非线性电容: 电容和结构参数的关系

  24. 电容的储能 电容是一种储能元件, 储存的电场能量为：

  25. 无源元件小结 理想元件的特性 （u 与 i的关系） R L C

  26. 例： 电感线圈 L：电感量 R：导线电阻 C：线间分布电容 实际元件的特性可以用若干理想元件来表示 参数的影响和电路的工作条件有关。

  27. L R1 C U R2 R1 R2 U 注意 L、C在不同电路中的作用 U为直流电压时,以上电路等效为

  28. U I E RO U + I E - 两个内部参数：R0，E 两个外部参数：I，U (二) 电源 1.电压源 Ro越大 斜率越大 伏安特性

  29. I a Uab 伏安特性 + Uab E E _ b I 理想电压源 （恒压源）: RO= 0 时的电压源。 特点：(1）输出电 压不变，其值恒等于电动势。 即 Uab E； （2）电源中的电流由外电路决定。

  30. I a + R2 2 Uab E R1 2 _ b 当R1接入时 ： I=5A 则： 恒压源中的电流由外电路决定 例 设:E=10V 当R1R2同时接入时： I=10A

  31. 恒压源特性小结 a I + R E _ b Uab E 恒压源特性中不变的是：_____________ I 恒压源特性中变化的是：_____________ 外电路的改变 _________________ 会引起 I 的变化。 大小 I 的变化可能是 _______ 的变化， 或者是_______ 的变化。 方向

  32. I a Uab RO 外特性 Uab RO IS Is I b RO越大 特性越陡 2. 电流源 电流源模型

  33. I a 伏 安 特 性 Uab Uab Is I b IS 理想电流源 （恒流源):RO=时的电流源。 特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电 流源电流 IS； （2）输出电压由外电路决定。

  34. I 例 Is R U 则: R=1 时， U =1V R=10  时， U =10V 恒流源两端电压由外电路决定 设: IS=1 A

  35. 恒流源特性小结 a I Uab Is R b 理想恒流源两端 可否被短路？ Is 恒流源特性中不变的是：_____________ Uab 恒流源特性中变化的是：_____________ 外电路的改变 _________________ 会引起 Uab的变化。 大小 Uab的变化可能是 _______ 的变化， 或者是 _______的变化。 方向

  36. 电压源中的电流 如何决定？电流 源两端的电压等 于多少？ 例 I R a _ Is Uab=? E + b 原则：Is不能变，E 不能变。 电压源中的电流 I= IS 恒流源两端的电压

  37. 恒压源与恒流源特性比较 恒压源 恒流源 I I a a Uab = E （常数） 不 变 量 I = Is （常数） + Uab Is Uab E _ b b 变 化 量 Uab的大小、方向均为恒定， 外电路负载对 Uab无影响。 I的大小、方向均为恒定， 外电路负载对 I无影响。 输出电流 I可变 ----- I的大小、方向均 由外电路决定 端电压Uab可变 ----- Uab的大小、方向 均由外电路决定

  38. 3.两种电源的等效互换 I ' a I a RO Uab' Uab + RO' E IS - b b 等效互换的条件：对外的电压电流相等。 即 I = I ' Uab= Uab'

  39. 等效互换公式 I' a I a Uab' RO' RO IS Uab + b E - b 若 则 I = I ' Uab = Uab'

  40. 电流源 电压源 I ' I a a Is Uab' RO Uab RO' + b - E b

  41. 等效变换的注意事项 “等效”是指“对外”等效（等效互换前后对外伏--安 特性一致）， (1) 对内不等效。 I I ' a a RO Is Uab' RO' RL Uab + RL b E - b 对外等效 对内不等效 RO中不消耗能量 RO'中则消耗能量 例如：RL=∞时

  42. a I' a I RO Is RO' + E - b b a I' a I RO Is - RO' E + b b (2) 注意转换前后 E与 Is的方向

  43. (3) 恒压源和恒流源不能等效互换 a I' a I + Uab' E Is - b b （不存在）

  44. 进行电路计算时，恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均可等效变换。RO和 RO'不一定是电源内阻。 (4)

  45. I=? R5 R1 R2 I R3 + + R4 E3 Is - - E1 R5 I R1 R2 R4 R3 I1 I3 Is 应 用 举 例

  46. R5 I R4 Is I1+I3 R1//R2//R3 R5 (接上页) I R1 R2 R4 R3 I1 I3 Is

  47. R5 I Rd R4 + + Ed E4 - - (接上页) R5 I IS R4 I1+I3 R1//R2//R3

  48. 电路的基本定律 1.2 1.2.1欧姆定律 1.2.2基尔霍夫定律 1.基尔霍夫电流定律 2.基尔霍夫电压定律

  49. I I I U U U R R R 1.2.1 欧姆定律 注意：用欧姆定律列方程时，一定要在 图中标明参考方向！

  50. a I R Uab + E _ b 广义欧姆定律 (支路中含有电动势时的欧姆定律) 当 Uab>E时， I >0 表明方向与图中假设方向一致 当 Uab<E 时， I <0 表明方向与图中假设方向相反

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