電工基礎理論知識中級版

1、1 電工基礎理論知識電工基礎理論知識 （中級版中級版） 2 3 4 電路的定義電路的定義:電流的通路稱為電路電流的通路稱為電路。 電路的組成電路的組成:電源、連接導線、控制與保護裝電源、連接導線、控制與保護裝 置和負載四部分組成置和負載四部分組成。 在日常生活中在日常生活中,我們會廣泛接觸到各種電路。手電我們會廣泛接觸到各種電路。手電 筒就是一中非常簡單的電路。筒就是一中非常簡單的電路。 5 電路的基本組成包括以下四個部分電路的基本組成包括以下四個部分: (1)電源電源(供能元件供能元件): 為電路提供電能的設備和器件為電路提供電能的設備和器件( (如如 電池、發(fā)電機等電池、發(fā)電機等) )。

2、模擬手電筒電路模擬手電筒電路 (2)負載負載(耗能元件耗能元件): 使用使用( (消耗消耗) )電能的設備和器件電能的設備和器件( (如燈泡如燈泡 等用電器等用電器) )。 控制電路工作狀態(tài)的器件或設備控制電路工作狀態(tài)的器件或設備( (如開關等如開關等) )。 將電器設備和元器件按一定方式連接起來將電器設備和元器件按一定方式連接起來 ( (如各種銅、鋁電纜線等如各種銅、鋁電纜線等) )。 (4)控制器件控制器件: (3)連接導線連接導線: 6 電路可以實現(xiàn)電能的電路可以實現(xiàn)電能的 傳輸、分配和轉換。傳輸、分配和轉換。 電力系統(tǒng)中電力系統(tǒng)中: 電子技術中電子技術中: 電路可以實現(xiàn)電信號的電路可以

3、實現(xiàn)電信號的 傳遞、存儲和處理。傳遞、存儲和處理。 7 電源 負 載 實體電路 控制裝置 與實體電路相對應、由理想元件構成的與實體電路相對應、由理想元件構成的 , ,稱為實體電路的稱為實體電路的。 電路模型 負載 電源 開關 連接導線 S RL + U I US + _ R0 連接導線 8 白熾燈的電白熾燈的電 路模型可表路模型可表 示為示為: 實際電路器件實際電路器件品種繁多品種繁多, ,其電磁特性其電磁特性多元多元而而復雜復雜, ,采采 取取模型化處理模型化處理可獲得有意義的分析效果。可獲得有意義的分析效果。 i R R L 的的電電 特性可用特性可用 表征表征 的電的電 特性可用特性可用

4、 表征表征 由于白熾燈中耗能 的因素大大于產(chǎn)生 磁場的因素,因此L 可以忽略。 理想電路元件理想電路元件是實際電路器件的理想化和近似是實際電路器件的理想化和近似, 其電特性其電特性單一單一、確切確切,可定量分析和計算?？啥糠治龊陀嬎恪?9 R C + US 只具耗能 的電特性 只具有儲 存電能的 電特性 輸出電壓恒 定,輸出電 流由它和負 載共同決定 輸出電流恒 定,兩端電 壓由它和負 載共同決定 L 只具有儲 存磁能的 電特性 IS 無源二端元件 有源二端元件 10 必須指出必須指出, ,電路在進行上述電路在進行上述模型化處理時是有條件的模型化處理時是有條件的: : 實際電路中各部分的基本

5、電磁現(xiàn)象可以分別研究實際電路中各部分的基本電磁現(xiàn)象可以分別研究, ,并且并且 相應的電磁過程都集中在電路元件內(nèi)部進行。這種電相應的電磁過程都集中在電路元件內(nèi)部進行。這種電 路稱為路稱為元件的電路。元件的電路。 1. 電磁過程都集中在元件內(nèi)部進行電磁過程都集中在元件內(nèi)部進行,其次要因素可以其次要因素可以 忽略。如忽略。如R,L、C這些只具有單一電磁特性的理想電這些只具有單一電磁特性的理想電 路元件。路元件。 2. 2. 任何時刻從集中參數(shù)元件一端流入的電流恒等于從它任何時刻從集中參數(shù)元件一端流入的電流恒等于從它 另一端流出的電流另一端流出的電流, ,并且元件兩端的電壓值完全確定。并且元件兩端的電

6、壓值完全確定。 工程應用中工程應用中, ,實際電路的幾何尺寸遠小于工作電磁波的波實際電路的幾何尺寸遠小于工作電磁波的波 長長, ,因此都符合模型化處理條件因此都符合模型化處理條件, ,均可按集中假設為前提，均可按集中假設為前提， 有效地描述實際電路，從而獲得有意義的電路分析效果。有效地描述實際電路，從而獲得有意義的電路分析效果。 11 電荷的定向移動形成電流。電荷的定向移動形成電流。 電流的大小用電流的大小用表示表示,簡稱電流。簡稱電流。 電流強度電流強度:單位時間內(nèi)通過導體截面的電荷量。單位時間內(nèi)通過導體截面的電荷量。 大寫大寫 I 表示直流電流表示直流電流 小寫小寫 i 表示電流的一般符號

7、表示電流的一般符號 dt dq i 電流的國際單位制是安培電流的國際單位制是安培【A】, ,較小的單位還有毫安較小的單位還有毫安 【mA】和微安和微安【A】等等, ,它們之間的換算關系為它們之間的換算關系為: : 12 正電荷運動方向規(guī)定為正電荷運動方向規(guī)定為電流的實際方向電流的實際方向。 電流的方向用一個箭頭表示。電流的方向用一個箭頭表示。 任意假設的電流方向稱為任意假設的電流方向稱為電流的參考方向電流的參考方向。 如果求出的電流值為正如果求出的電流值為正,說明參考方向與說明參考方向與 實際方向一致實際方向一致,否則說明參考方向與實際方向否則說明參考方向與實際方向 相反。相反。 13 電路中

8、電路中a a、b b點兩點間的點兩點間的電壓電壓定義為單位正定義為單位正 電荷由電荷由a a點移至點移至b b點電場力所做的功。點電場力所做的功。 dq dW u ab ab 電路中某點的電路中某點的電位電位定義為單位正電荷由該定義為單位正電荷由該 點移至參考點電場力所做的功。點移至參考點電場力所做的功。 Q W U ab ab 直流情況下直流情況下 注意注意: :變量用小寫字母表示變量用小寫字母表示, , 恒量用大寫字母表示。恒量用大寫字母表示。 14 從工程應用的角度來講從工程應用的角度來講, ,電路電路中電壓是產(chǎn)生電中電壓是產(chǎn)生電 流的根本原因流的根本原因。數(shù)值上。數(shù)值上, ,電壓等于電

9、路中兩點電壓等于電路中兩點 電位的差值。即電位的差值。即: : 電路中電路中a a、b b兩點間的電壓等于兩點間的電壓等于a a、b b兩點電位差兩點電位差。 baab uuu 電壓的國際單位制是伏特電壓的國際單位制是伏特 V, ,常用的單位還有常用的單位還有 毫伏毫伏 mV和千伏和千伏【KV】等等, ,換算關系為換算關系為: : 電工技術基礎問題分析中電工技術基礎問題分析中, ,通常規(guī)定通常規(guī)定電壓的電壓的參參 考正方向考正方向高電位指向低電位高電位指向低電位, ,因此電壓又稱作因此電壓又稱作 電壓降電壓降 15 電壓的實際方向電壓的實際方向規(guī)定由規(guī)定由電位高處指向電位低處電位高處指向電位低

10、處。 與電流方向的處理方法類似與電流方向的處理方法類似, 可任選一方向為可任選一方向為電壓的參考方向電壓的參考方向 例例:當當ua =3V ub = 2V時時 u1 =1V 最后求得的最后求得的u為正值為正值,說明電壓的實際說明電壓的實際方向方向與與 參考參考方向方向一致一致,否則說明兩者相反。否則說明兩者相反。 u2 =1V 16 對一個元件對一個元件,電流參考方向和電壓參考電流參考方向和電壓參考 方向可以相互獨立地任意確定方向可以相互獨立地任意確定,但為了方便但為了方便 起見起見,常常將其取為一致，稱常常將其取為一致，稱關聯(lián)方向關聯(lián)方向;如不如不 一致，稱一致，稱非關聯(lián)方向非關聯(lián)方向。 如

11、果采用關聯(lián)方向如果采用關聯(lián)方向,在標示時標出一種即可在標示時標出一種即可 。如果采用非關聯(lián)方向。如果采用非關聯(lián)方向,則必須全部標示。則必須全部標示。 17 對電路進行分析計算時對電路進行分析計算時應注意應注意: :列寫電路方程式之列寫電路方程式之 前前, ,首先要在電路中標出電流、電壓的參考方向。首先要在電路中標出電流、電壓的參考方向。電電 路圖上電流、電壓參考方向的標定路圖上電流、電壓參考方向的標定, ,原則上任意假定原則上任意假定, , 但但一經(jīng)選定，在整個分析計算過程中，這些參考方向一經(jīng)選定，在整個分析計算過程中，這些參考方向 就不允許再變更就不允許再變更 a I U b 非關聯(lián)參考方向

12、非關聯(lián)參考方向 a I U b 關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向 實際電源上的電壓、電流方向總是實際電源上的電壓、電流方向總是的的, , 實際負載上的電壓、電流方向是實際負載上的電壓、電流方向是的。因此的。因此, , 假定某元件是電源時假定某元件是電源時, ,應選取應選取非關聯(lián)參考方向非關聯(lián)參考方向， 假定某元件是負載應選取假定某元件是負載應選取關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向。 18 電動勢是衡量外力即非靜電力做功能力電動勢是衡量外力即非靜電力做功能力 的物理量。外力克服電場力把單位正電荷從的物理量。外力克服電場力把單位正電荷從 電源的負極搬運到正極所做的功電源的負極搬運到正極所做的功,稱為稱為電源的電源的

13、 電動勢電動勢。 dq dW e 電動勢的實際方向與電壓實際方向電動勢的實際方向與電壓實際方向相反相反, 規(guī)定為由負極指向正極。規(guī)定為由負極指向正極。 19 電場力在單位時間內(nèi)所做的功稱為電場力在單位時間內(nèi)所做的功稱為電功率電功率,簡簡 稱功率。它是稱功率。它是描述電流做功快慢描述電流做功快慢的物理量。的物理量。 dt dW p 功率與電流、電壓的關系功率與電流、電壓的關系: 關聯(lián)方向時關聯(lián)方向時: p =ui 非關聯(lián)方向時非關聯(lián)方向時: p =ui p0時吸收功率時吸收功率,p0時放出功率。時放出功率。 20 :求圖示各元件的功率求圖示各元件的功率. （a）關聯(lián)方向關聯(lián)方向, P=UI=52

14、=10W, P0,吸收吸收10W功率。功率。 （b）關聯(lián)方向，關聯(lián)方向， P=UI=5(2)=10W， P0，吸收吸收10W功率。功率。 21 UI t UIt t W P 電功率反映了電路元器件能量轉換的本領。電功率反映了電路元器件能量轉換的本領。如如100W 的電燈表明在的電燈表明在1 1秒鐘內(nèi)該燈可將秒鐘內(nèi)該燈可將100J的電能轉換成光能和熱能的電能轉換成光能和熱能; ; 電機電機1000W表明它在一秒鐘內(nèi)可將表明它在一秒鐘內(nèi)可將1000J的電能轉換成機械能。的電能轉換成機械能。 國際單位制國際單位制:U 【V】,I【A】,電功率電功率P用瓦特用瓦特【W(wǎng)】 用電器用電器額定工作時的電壓額

15、定工作時的電壓叫額定電壓叫額定電壓, , ; ;額定功率通常標示在電器設備的銘額定功率通常標示在電器設備的銘 牌數(shù)據(jù)上牌數(shù)據(jù)上, ,作為用電器正常工作條件下的最高限值。作為用電器正常工作條件下的最高限值。 對于對于線性電阻元件線性電阻元件而言而言,電功率公式還可以寫成電功率公式還可以寫成 2 2 RI R U UIP 22 擴展擴展:最大輸出功率定理最大輸出功率定理 當當負載電阻負載電阻R和電源內(nèi)阻和電源內(nèi)阻R0相等相等時時,電源輸出功率電源輸出功率 最大（負載獲得最大功率最大（負載獲得最大功率Pmax）,即當即當R= R0時時, 在無線電技術中在無線電技術中,把負載電阻等于電源內(nèi)阻的狀態(tài)把負

16、載電阻等于電源內(nèi)阻的狀態(tài) 叫做叫做電阻匹配電阻匹配。負載匹配負載匹配時時,負載（如揚聲器）可負載（如揚聲器）可 獲得最大功率獲得最大功率。 R E P 4 2 max 電路中的功率平衡電路中的功率平衡:在一個閉合回路中在一個閉合回路中,根據(jù)能根據(jù)能 量守恒和轉化定律量守恒和轉化定律,電源電動勢發(fā)出的功率電源電動勢發(fā)出的功率,等于負等于負 載電阻和電源內(nèi)阻消耗的功率。即載電阻和電源內(nèi)阻消耗的功率。即 內(nèi)阻負載電源 PPP 23 日常生產(chǎn)和生活中日常生產(chǎn)和生活中,電能（或電功）也常用度電能（或電功）也常用度 作為量綱作為量綱:1度度=1KWh=1KVAh 電能電能 電能的轉換是在電流作功的過程中進

17、行的。因此電能的轉換是在電流作功的過程中進行的。因此, ,電流電流 作功所消耗電能的多少可以用電功來量度。電功作功所消耗電能的多少可以用電功來量度。電功: : 式中單位式中單位:U【V】;I【A】;t【s】時時,電功電功W為焦耳為焦耳【J】 1度電的概念度電的概念 1000W的電爐加熱的電爐加熱1小時小時; 100W的電燈照明的電燈照明10小時小時; 40W的電燈照明的電燈照明25小時。小時。 UItUqW 對于對于純電阻電路純電阻電路, ,歐姆定律成立歐姆定律成立, ,電能也可由下式計算。電能也可由下式計算。 tRIt R U W 2 24 %100%100 2 2 1 2 PP P P P

18、 提高電能效率能大幅度節(jié)約投資。據(jù)專家測算提高電能效率能大幅度節(jié)約投資。據(jù)專家測算, ,建建 設設1 1千瓦的發(fā)電能力千瓦的發(fā)電能力, ,平均在平均在70007000元左右元左右; ;而節(jié)約而節(jié)約1 1千瓦千瓦 的電力的電力, ,大約平均需要投資大約平均需要投資20002000元，不到建設投資的元，不到建設投資的 1/31/3。通過提高電能效率節(jié)約下來的電力還不需要增加。通過提高電能效率節(jié)約下來的電力還不需要增加 煤等一次性資源投入，更不會增加環(huán)境污染。煤等一次性資源投入，更不會增加環(huán)境污染。 效率效率 電氣設備運行時客觀上存在損耗電氣設備運行時客觀上存在損耗,在工程應用中在工程應用中,常把輸

19、常把輸 出功率與輸入功率的比例數(shù)稱為效率出功率與輸入功率的比例數(shù)稱為效率,用用“”表示表示: 所以所以, ,提高電能效率與加強電力建設具有相同的提高電能效率與加強電力建設具有相同的 重要地位重要地位, ,不僅有利于緩解電力緊張局面不僅有利于緩解電力緊張局面, ,還能促進資還能促進資 源節(jié)約型社會的建立。源節(jié)約型社會的建立。 25 電氣設備電氣設備工作條件下的工作條件下的稱為額定值稱為額定值 電氣設備的額定值是根據(jù)設計、材料及制造工藝電氣設備的額定值是根據(jù)設計、材料及制造工藝 等因素等因素,由制造廠家給出的技術數(shù)據(jù)。由制造廠家給出的技術數(shù)據(jù)。 IUS(RSRL) （1）通路）通路 U=USIRS

20、 RL S US RS （2）開路）開路 U=US I0 S US RS RL U=0 IUS/RS （3）短路短路 RL S US RS 26 27 伏安關系（伏安關系（歐姆定律歐姆定律）: 關聯(lián)方向時關聯(lián)方向時:u =Ri 非關聯(lián)方向時非關聯(lián)方向時:u =Ri 一種消耗電能的元件。一種消耗電能的元件。 R u Riuip 2 2 0 U I I U R 由電阻的伏安特性曲線可得由電阻的伏安特性曲線可得,電阻元件上的電阻元件上的 電壓、電流關系為電壓、電流關系為關系關系,即即: 即時電阻元件上的電壓、電流關即時電阻元件上的電壓、電流關 系遵循歐姆定律。即元件通過電系遵循歐姆定律。即元件通過電

21、 流就會發(fā)熱流就會發(fā)熱,消耗的能量為消耗的能量為: 28 1、部分電路歐姆定律、部分電路歐姆定律:流過電阻的電流跟導體流過電阻的電流跟導體 兩端的電壓成正比兩端的電壓成正比,跟導體的電阻成反比。跟導體的電阻成反比。 R U I 歐姆定律歐姆定律 或U=IR 部分電路歐姆定律部分電路歐姆定律 注意注意: （1）當）當U、I見為見為非關聯(lián)非關聯(lián)參考方向（參考方向（U、I參參 考方向相反）時考方向相反）時,歐姆定律應寫成歐姆定律應寫成 ,式中式中“-” 號切不可漏掉號切不可漏掉; （2）電阻值不隨電壓、電流變化而變化的電阻叫）電阻值不隨電壓、電流變化而變化的電阻叫 線性電阻線性電阻,由線性電阻組成的

22、電路叫線性電路。阻由線性電阻組成的電路叫線性電路。阻 值隨電壓、電流的變化而改變的電阻叫值隨電壓、電流的變化而改變的電阻叫非線性電非線性電 阻阻，含有非線性電阻的電路叫非線性電路。，含有非線性電阻的電路叫非線性電路。 R U I 29 2、全電路歐姆定律、全電路歐姆定律 對全電路進行分析研究時對全電路進行分析研究時,必須考慮電源的內(nèi)阻。如圖必須考慮電源的內(nèi)阻。如圖R 為負載的電阻、為負載的電阻、E為電源電動勢、為電源電動勢、r為電源的內(nèi)阻。為電源的內(nèi)阻。 0 RR E I 關聯(lián)方向下關聯(lián)方向下,全電路歐姆定律可用公式表述為全電路歐姆定律可用公式表述為 式中式中: E電源電動勢電源電動勢,單位是

23、伏單位是伏特特,符號為符號為V; R負載電阻負載電阻,單位是歐單位是歐姆姆，符號為，符號為; R0電源內(nèi)阻，單位是歐電源內(nèi)阻，單位是歐姆姆，符號為，符號為; I閉合電路中的電流，單位是安閉合電路中的電流，單位是安培培，符號為，符號為A。 閉合電路歐姆定律閉合電路歐姆定律說明說明:閉合電路中的電流與電閉合電路中的電流與電 源電動勢成正比源電動勢成正比,與電路的總電阻（內(nèi)電路電阻與與電路的總電阻（內(nèi)電路電阻與 外電路電阻之和）成反比。外電路電阻之和）成反比。 30 一種能夠貯存磁場能量的元件一種能夠貯存磁場能量的元件,是實是實 際電感器的理想化模型。際電感器的理想化模型。 dt di Lu dt

24、di Lu 線性電感元件的韋安特性線性電感元件的韋安特性 0 i 電感產(chǎn)品實物圖電感產(chǎn)品實物圖 電感元件圖符號電感元件圖符號 對線性電感元件而言對線性電感元件而言,任一瞬時任一瞬時, 其電壓和電流的關系為微分其電壓和電流的關系為微分(或積或積 分分)的的關系關系,即即伏安關系伏安關系: 顯然顯然,只有電感元件上的只有電感元件上的電流電流時時,電感兩端才有電壓。電感兩端才有電壓。在在直流直流 電路中電路中,電感電感上即使有電流通過，但，上即使有電流通過，但，相當于短路相當于短路。因此，我們因此，我們 把電感元件稱為動態(tài)元件。動態(tài)元件可以儲能，儲存的磁能為把電感元件稱為動態(tài)元件。動態(tài)元件可以儲能，

25、儲存的磁能為: 2 2 1 Liw L 2 2 1 LIW L 稱為電感元件的電感稱為電感元件的電感 ,單位是亨利（）。單位是亨利（）。 31 一種能夠貯存電場能量的元件一種能夠貯存電場能量的元件,是是 實際電容器的理想化模型。實際電容器的理想化模型。 dt du Ci dt du Ci 電容元件的電容元件的工作方式就是充放電工作方式就是充放電。只有電容上的。只有電容上的電壓變電壓變 化時化時, ,電容兩端才有電流電容兩端才有電流。在。在直流電路中直流電路中, ,電容上即使有電容上即使有 電壓電壓, ,但，但，相當于開路相當于開路，即，即 電容具有電容具有隔直作用隔直作用。 電容元件也是動態(tài)元

26、件，其儲存的電場能量為電容元件也是動態(tài)元件，其儲存的電場能量為: : C稱為電容元件的電容稱為電容元件的電容,單單 位是法拉（位是法拉（F）。）。 0 q q u 電容元件圖符號 對線性電容元件而言對線性電容元件而言,任一瞬時任一瞬時,其其 電壓、電流的關系也是微分電壓、電流的關系也是微分(或積或積 分分)的的關系關系,即即伏安關系伏安關系: 2 C 2 1 Cuw 2 2 1 CUW C 32 （1）伏安關系）伏安關系 u=uS 端電壓為端電壓為us， ，與流過電 與流過電 壓源的電流無關，由電壓源的電流無關，由電 源本身確定，電流任意源本身確定，電流任意 ，由外電路確定。，由外電路確定。

27、： i=iS 流過電流為流過電流為is， ，與電源 與電源 兩端電壓無關，由電兩端電壓無關，由電 源本身確定，電壓任源本身確定，電壓任 意，由外電路確定。意，由外電路確定。 33 （2）特性曲線與符號）特性曲線與符號 34 任何電源都可以用兩種電源任何電源都可以用兩種電源 模型來表示模型來表示,輸出電壓比較穩(wěn)定輸出電壓比較穩(wěn)定 的的,如發(fā)電機、干電池、蓄電池如發(fā)電機、干電池、蓄電池 等等通常用電壓源模型通常用電壓源模型(理想電壓理想電壓 源和一個電阻元件相串聯(lián)的形源和一個電阻元件相串聯(lián)的形 式式)表示表示; 柴油機組柴油機組 汽油機組汽油機組 蓄電池蓄電池 輸出電流較穩(wěn)定的輸出電流較穩(wěn)定的:如

28、光電池或如光電池或 晶體管的輸出端等晶體管的輸出端等通常用電流源模型通常用電流源模型 (理想電流源和一個內(nèi)阻相并聯(lián)的形理想電流源和一個內(nèi)阻相并聯(lián)的形 式式)表示。表示。 US + _ R0 IS R0 電壓源電壓源 電流源電流源 35 理想電壓源的外特性理想電壓源的外特性 0 U I 電壓源模型的外特性電壓源模型的外特性 0 U I 電壓源模型 輸出端電壓 I 理想電壓源內(nèi)阻為零理想電壓源內(nèi)阻為零,因此輸出電壓因此輸出電壓 恒定恒定; 實際電源總是存在內(nèi)阻的實際電源總是存在內(nèi)阻的,因此實際因此實際 電壓源模型電路中的負載電流增大時電壓源模型電路中的負載電流增大時,內(nèi)內(nèi) 阻上必定增加消耗，從而造

29、成輸出電壓阻上必定增加消耗，從而造成輸出電壓 隨負載電流的增大而減小。因此，實際隨負載電流的增大而減小。因此，實際 電壓源的外特性稍微向下傾斜。電壓源的外特性稍微向下傾斜。 U S US R0U RL 36 理想電流源的內(nèi)阻理想電流源的內(nèi)阻 R0I(相當于開路相當于開路),因此因此 內(nèi)部不能分流內(nèi)部不能分流,輸出的電流值恒定。輸出的電流值恒定。 理想電流源的外特性理想電流源的外特性 0 I I U 電流源模型的外特性電流源模型的外特性 0 I I U U + _ RL R0I IS I 電流源模型 實際電流源的內(nèi)阻總是有限值實際電流源的內(nèi)阻總是有限值,因此當負載增因此當負載增 大時大時,內(nèi)阻上

30、分配的電流必定增加內(nèi)阻上分配的電流必定增加,從而造成輸出電從而造成輸出電 流隨負載的增大而減小。即實際電流源的外特性也流隨負載的增大而減小。即實際電流源的外特性也 是一條稍微向下傾斜的直線。是一條稍微向下傾斜的直線。 37 Us = Is R0 內(nèi)阻改并聯(lián) Is = Us R0 兩種電源模型之間等效變換時兩種電源模型之間等效變換時,電壓源的數(shù)電壓源的數(shù) 值和電流源的數(shù)值遵循歐姆定律的數(shù)值關系值和電流源的數(shù)值遵循歐姆定律的數(shù)值關系, 但變換過程中但變換過程中內(nèi)阻不變。內(nèi)阻不變。 b I I R0 Uab + _ US+ _ a IS R0 US b I I R0 Uab + _ a 當外接當外接

31、負載相同負載相同時時,兩種電源兩種電源 模型模型對外部電路的電壓、電流相等對外部電路的電壓、電流相等。 內(nèi)阻改串聯(lián) 38 受控源的電壓或電流受電路中另一受控源的電壓或電流受電路中另一 部分的電壓或電流控制。部分的電壓或電流控制。 VCVS 電壓控制電壓源 VCCS 電壓控制電流源 CCVS 電流控制電壓源 CCCS 電流控制電流源 39 VCVS i1=0 u2= u1 CCVS u1=0 u2=ri1 VCCS i1=0 i2=gu1 CCC S u1=0 i2=i1 40 如采用關聯(lián)方向如采用關聯(lián)方向: p =u1i1 +u2i2=u2i2 41 : :一個或幾個二端元件首尾相接中間沒有一

32、個或幾個二端元件首尾相接中間沒有 分岔分岔, ,使各元件上通過的電流相等。使各元件上通過的電流相等。 結結/節(jié)點節(jié)點:三條或三條以上支路的聯(lián)接點。（三條或三條以上支路的聯(lián)接點。（n） 回路回路:電路中的任意閉合路徑。（電路中的任意閉合路徑。（l） 網(wǎng)孔網(wǎng)孔:其中不包含其它支路的單一閉合路徑。其中不包含其它支路的單一閉合路徑。 m=3 a b l=3 n=2 1 1 2 3 3 2 網(wǎng)孔網(wǎng)孔=2 + _ R1 US1 + _ US2 R2 R3 42 例例 支路:共 ?條 回路:共 ?個 節(jié)點:共 ?個 網(wǎng)孔:?個 I3 I1I2 I5 I6 I4 R3 US4 US3 _ + R6 + R4

33、R5 R1 R2 _ 43 在任一瞬時在任一瞬時,流入任一節(jié)點的電流之和必流入任一節(jié)點的電流之和必 定等于從該節(jié)點流出的電流之和。定等于從該節(jié)點流出的電流之和。 出入 ii 在任一瞬時在任一瞬時,通過任一節(jié)點電流的代數(shù)和恒通過任一節(jié)點電流的代數(shù)和恒 等于零。等于零。 0i 可假定流入節(jié)點的電流為正可假定流入節(jié)點的電流為正,流出節(jié)點的流出節(jié)點的 電流為負電流為負;也可以作相反的假定。也可以作相反的假定。 所有電流均為正。所有電流均為正。 44 KCL通常用于節(jié)點通常用于節(jié)點,但是對于包圍幾但是對于包圍幾 個節(jié)點的個節(jié)點的閉合面也是適用的閉合面也是適用的。 例例:列出下圖中各節(jié)點的列出下圖中各節(jié)點

34、的KCL方程方程 解解:取流入為正取流入為正 以上三式相加以上三式相加: i1 i2i3 0 節(jié)點節(jié)點a i1i4i60 節(jié)點節(jié)點b i2i4i50 節(jié)點節(jié)點c i3i5i60 45 在任一瞬時在任一瞬時,在任一回路上的電位升之在任一回路上的電位升之 和等于電位降之和。和等于電位降之和。 在任一瞬時在任一瞬時,沿任一回路電壓的代數(shù)和恒沿任一回路電壓的代數(shù)和恒 等于零。等于零。 降升 uu 電壓參考方向與回路繞行方向一致時電壓參考方向與回路繞行方向一致時 取正號取正號,相反時取負號。相反時取負號。 所有電壓均為正。所有電壓均為正。 0u 46 對于電阻電路對于電阻電路,回路中電阻上電壓降的回路中

35、電阻上電壓降的 代數(shù)和等于回路中的電壓源電壓的代數(shù)和代數(shù)和等于回路中的電壓源電壓的代數(shù)和, 即即電阻壓降等于電壓源升電阻壓降等于電壓源升。 s uiR 在運用上式時在運用上式時,電流參考方向與回路電流參考方向與回路 繞行方向一致時繞行方向一致時iR前取正號前取正號,相反時取負號相反時取負號; 電壓源電壓方向與回路繞行方向一致時電壓源電壓方向與回路繞行方向一致時us 前取負號前取負號,相反時取正號。相反時取正號。 47 #1 #2 例例 0 S13311 URIRI #3 ）（ ）（ 2 1 S23322 S13311 URIRI URIRI S23322 URIRI S1S22211 UURI

36、RI I1I2 I3 R3US1 + _ US2 _ + R1R2 KVL方程式的常用形式, 是把變量和已知量區(qū)分放在 方程式兩邊,顯然給解題帶來 一定方便。 S13311 URIRI 先標繞行方向 48 KVL通常用于通常用于閉合閉合回路回路,但但也可推廣也可推廣 應用到任一不閉合的電路上應用到任一不閉合的電路上。 0 111222333 sssab uRiuRiRiuu 例例:列出下圖的列出下圖的KVL方程方程 49 US I I U R + _ + _ A BC UA + _UAB + _ UB + _ 50 具有相同電壓電流關系（即伏安關系具有相同電壓電流關系（即伏安關系, 簡寫為簡寫

37、為VAR）的不同電路稱為的不同電路稱為,將將 某一電路用與其等效的電路替換的過程稱某一電路用與其等效的電路替換的過程稱 為為。將電路進行適當?shù)牡刃ё儞Q。將電路進行適當?shù)牡刃ё儞Q, 可以使電路的分析計算得到簡化。可以使電路的分析計算得到簡化。 51 n RRRR 21 n個電阻串聯(lián)可等效為一個電阻個電阻串聯(lián)可等效為一個電阻 串聯(lián)各電阻中通過的電流相同串聯(lián)各電阻中通過的電流相同 52 分壓公式分壓公式 u R R iRu k kk 兩個電阻串聯(lián)時兩個電阻串聯(lián)時 u RR R u 21 1 1 u RR R u 21 2 2 53 n個電阻并聯(lián)可等效為一個電阻個電阻并聯(lián)可等效為一個電阻 n RRRR

38、 1111 21 并聯(lián)各電阻兩端的電壓相同并聯(lián)各電阻兩端的電壓相同 54 分流公式分流公式 兩個電阻并聯(lián)時兩個電阻并聯(lián)時 i R R R u i kk k i RR R i 21 2 1 i RR R i 21 1 2 55 Rab=R1+ R6+(R2/R3)+(R4/R5) R1 R2R3 R4 R5 R6 a b 由由a、b端向里看端向里看, R2和和R3,R4和和R5 均連接在相同的兩點之間均連接在相同的兩點之間,因此是因此是 并聯(lián)關系，把這并聯(lián)關系，把這4個電阻兩兩并聯(lián)個電阻兩兩并聯(lián) 后，電路中除了后，電路中除了a、b兩點不再有結兩點不再有結 點，所以它們的等效電阻與點，所以它們的等

39、效電阻與R1和和R6 相串聯(lián)。相串聯(lián)。 電阻混聯(lián)電路的等效電阻計算電阻混聯(lián)電路的等效電阻計算,關鍵在關鍵在 于正確找出電路的連接點于正確找出電路的連接點,然后分別把兩兩然后分別把兩兩 結點之間的電阻進行串、并聯(lián)簡化計算結點之間的電阻進行串、并聯(lián)簡化計算,最最 后將簡化的等效電阻相串即可求出。后將簡化的等效電阻相串即可求出。 56 支路電流法是以支路電流為未知量支路電流法是以支路電流為未知量, 直接應用直接應用KCL和和KVL,分別對節(jié)點和回路分別對節(jié)點和回路 列出所需的方程式列出所需的方程式,然后聯(lián)立求解出各未然后聯(lián)立求解出各未 知電流。知電流。 一個具有一個具有b條支路、條支路、n個節(jié)點的電

40、路個節(jié)點的電路, 根據(jù)根據(jù)KCL可列出（可列出（n1）個獨立的節(jié)點電個獨立的節(jié)點電 流方程式流方程式,根據(jù)根據(jù)KVL可列出可列出b(n1)個獨個獨 立的回路電壓方程式。立的回路電壓方程式。 57 圖示電路圖示電路 （2）節(jié)點數(shù)）節(jié)點數(shù)n=2, 可列出可列出21=1個個 獨立的獨立的KCL方程。方程。 （1）電路的支路）電路的支路 數(shù)數(shù)b=3,支路電流支路電流 有有i1 、 、i2、 i3三個。 三個。 （3）獨立的）獨立的KVL方程數(shù)為方程數(shù)為3(21)=2個。個。 13311s uRiRi回路回路I 23322s uRiRi回路回路 0 321 iii節(jié)點節(jié)點a 58 解得解得:i1=1A

41、i2=1A i10說明其實際方向與圖示方向相反。說明其實際方向與圖示方向相反。 對節(jié)點對節(jié)點a列列KCL方程方程: i2=2+i1 例例:如圖所示電路如圖所示電路,用支路電流法求各支路電流用支路電流法求各支路電流 及各元件功率。及各元件功率。 解解:2個電流變量個電流變量i1和和i2,只只 需列需列2個方程。個方程。 對圖示回路列對圖示回路列KVL方程方程: 5i1+10i2=5 59 各元件的功率各元件的功率: 5電阻的功率電阻的功率:p1=5i12=5(1)2=5W 10電阻的功率電阻的功率: p2=10i22=512=10W 5V電壓源的功率電壓源的功率: p3=5i1=5(1)=5W

42、因為因為2A電流源與電流源與10電阻并聯(lián)電阻并聯(lián),故其兩端的故其兩端的 電壓為：電壓為：u=10i2=101=10V,功率為：功率為： p4=2u=210=20W 由以上的計算可知由以上的計算可知,2A電流源發(fā)出電流源發(fā)出20W功率功率 ，其余，其余3個元件總共吸收的功率也是個元件總共吸收的功率也是20W，可見可見 電路功率平衡。電路功率平衡。 60 例例:如圖所示電路如圖所示電路,用支路電流法求用支路電流法求u、i。 解解:該電路含有一個電壓為該電路含有一個電壓為4i的受控源的受控源,在求解在求解 含有受控源的電路時含有受控源的電路時,可將受控源當作獨立電可將受控源當作獨立電 源處理。源處理

43、。 對節(jié)點對節(jié)點a列列KCL方程方程: i2=5+i1 對圖示回路列對圖示回路列KVL方程方程: 5i1+i2=4i1+10 由以上兩式解得由以上兩式解得: i1=0.5A i2=5.5A 電壓電壓:u=i2+4i1=5.5+40.5=7.5V 61 對只有兩個節(jié)點的電路對只有兩個節(jié)點的電路,可用彌爾曼公式可用彌爾曼公式 直接求出兩節(jié)點間的電壓。直接求出兩節(jié)點間的電壓。 R i R u u s s 1 ab 62 如圖電路如圖電路,根據(jù)根據(jù)KCL 有有:i1+i2-i3-is1+is2=0 設節(jié)點設節(jié)點ab間電壓為間電壓為uab, 則有則有: 3 ab 3 2 ab2 2 1 ab1 1 R

44、u i R uu i R uu i s s 321 21 2 2 1 1 ab 111 RRR ii R u R u u ss ss 因此可得因此可得: 63 例例:用節(jié)點電壓法求圖示電路中節(jié)點用節(jié)點電壓法求圖示電路中節(jié)點a的電位的電位ua。 + 15V 3 4 + 8V a a +15V +8V 6V 6 6V + (a) 電路(b) 圖(a)還原后的電路 3 4 6 4 4 V6 4 1 6 1 4 1 3 1 6 6 4 8 3 15 a u 解解: 求出求出ua后后,可用歐可用歐 姆定律求各支路姆定律求各支路 電流。電流。 64 a 點電位 a b 1 5A a b 1 5A 1、電位

45、的概念、電位的概念 b點電位 65 12V 12V 6K 4K 20K 12V b a b a d c 6K 4K c 20K 12V V420 2046 1212 12 a V 6K 4K 20K 12V 12V ba c V24 204 12 a V d d 2、電位的計算、電位的計算 66 10 V 2 + 5 V + 3 I I = 10 + 5 3 + 2 = 3 A VC = 3 3 = 9 V VD= 3 2= 6 V UCD = VC VD = 15 V VD = 5 VVC = 10 V UCD = VC VD= 15 V 67 實際電源的伏安特性實際電源的伏安特性 o IR

46、UU s 或或 o R U II s 可見一個實際電源可見一個實際電源 可用可用兩種電路模型兩種電路模型表示表示: 一種為一種為電壓源電壓源Us和內(nèi)阻和內(nèi)阻 Ro串聯(lián)串聯(lián),另一種為另一種為電流源電流源Is 和內(nèi)阻和內(nèi)阻Ro并聯(lián)。并聯(lián)。 68 同一個實際電源的兩種模型對同一個實際電源的兩種模型對等效等效, 等效條件為等效條件為: o R U I s s o RIU ss 或或 且兩種電源模型的內(nèi)阻相等且兩種電源模型的內(nèi)阻相等 69 例例:用電源模型等效變換的方法求圖（用電源模型等效變換的方法求圖（a）電路電路 的電流的電流i1和和i2。 解解:將原電路變換為圖（將原電路變換為圖（c）電路電路,由

47、此可得由此可得: (a) 電路 2A i1 i2 + 5V 10 5 (b) (a)的等效電路 2A i2 10 5 1A 3A i2 10 5 (c) (b)的等效電路 A13 510 5 2 i A1212 21 ii 70 在線性電路中在線性電路中,任何一條支路的電流（或電任何一條支路的電流（或電 壓）壓）,都是各個電源單獨單獨作用時在該支路都是各個電源單獨單獨作用時在該支路 中所產(chǎn)生的電流（或電壓）的代數(shù)和。這就是中所產(chǎn)生的電流（或電壓）的代數(shù)和。這就是 。 :當某一獨立源單獨作用時當某一獨立源單獨作用時,其其 他獨立源置零他獨立源置零。 開路短路0 0 SS Iu 71 I R1 R

48、2 IS US I R1 R2 US I R1 R2 IS 4V R1 R2 2A 2 2 I 求求 I 解解:應用疊加定理應用疊加定理 R1 2A I R2 R1 R2 I 4V A2 2 4 I A1 22 2 2 I A211I 72 12V + _ B A I2 3 7.2V + _ 2 12V + _ 6 A1 )2/3(6 2 . 7 2 I A1 63 3 )6/3(2 12 2 I B A 3 7.2V + _ 2 6 I2 I 2 73 1. 1. 疊加定理只適用于線性電路（電路參數(shù)疊加定理只適用于線性電路（電路參數(shù) 不隨電壓、電流的變化而改變）不隨電壓、電流的變化而改變）。

49、 2. 疊加時只將電源分別考慮疊加時只將電源分別考慮, ,電路的結構和電路的結構和 參數(shù)不變。暫時不予考慮的恒壓源應予以短參數(shù)不變。暫時不予考慮的恒壓源應予以短 路路, ,即令即令U=0;暫時不予考慮的恒流源應予以暫時不予考慮的恒流源應予以 開路開路,即令即令Is=0。 3. 解題時要標明各支路電流、電壓的正方解題時要標明各支路電流、電壓的正方 向。原電路中各電壓、電流的最后結果是向。原電路中各電壓、電流的最后結果是 各分電壓、分電流的代數(shù)和。各分電壓、分電流的代數(shù)和。 74 4. 疊加定理只能用于電壓或電流的計算疊加定理只能用于電壓或電流的計算, ,不不 能用來求功率能用來求功率, ,即功率

50、不能疊加。如即功率不能疊加。如: : 5. 運用疊加定理時也可以把電源分組求解運用疊加定理時也可以把電源分組求解,每每 個分支電路的電源個數(shù)可能不止一個。個分支電路的電源個數(shù)可能不止一個。 333 III 3 2 33 2 3 3 2 333 2 33 )()( )( RIRI RIIRIP R3 I3 =+ 75 對外電路來說對外電路來說,任何一個線性有源二端網(wǎng)絡任何一個線性有源二端網(wǎng)絡,都都 可以用一條含源支路即電壓源和電阻串聯(lián)的支路可以用一條含源支路即電壓源和電阻串聯(lián)的支路 來代替來代替,其電壓源電壓等于線性有源二端網(wǎng)絡的開其電壓源電壓等于線性有源二端網(wǎng)絡的開 路電壓路電壓uOC，電阻等

51、于線性有源二端網(wǎng)絡除源后兩電阻等于線性有源二端網(wǎng)絡除源后兩 端間的等效電阻端間的等效電阻Ro。這就是這就是。 N a b us Ro a b + 76 A B A B 77 已知:R1=20 、 R2=30 R3=30 、 R4=20 U=10V 求:當 R5=16 時,I5=? R1 R3 + _ R2 R4 R5 U I5 R5 I5 R1 R3 + _ R2 R4 U 有源二 端網(wǎng)絡 78 2V4-6 2030 20 10 3020 30 10 DBADOC UUU I5 20 + _ A B 30 30 20 10V 16 US R0 + _ A B 20 + _ + _ 30 30

52、20 10V 79 R0=RAB=20/3030/20 =12+12=24 A05. 0 1624 2 5 I 2030 30 20 A 2V 24 + _ 16 I5 B 由全電路歐姆定律可得: 80 US =(30/50) RS +30 US =(50/100) RS +50 有源 V U0 二端網(wǎng)絡 U0 150V 200K R 81 :電路從一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一電路從一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一 個穩(wěn)定狀態(tài)個穩(wěn)定狀態(tài),電壓、電流等物理量經(jīng)歷一個電壓、電流等物理量經(jīng)歷一個 隨時間變化的過程。隨時間變化的過程。 :電路結構或參數(shù)的突然改變。電路結構或參數(shù)的突然改變。 :能量不能躍變。能量不能躍

53、變。 82 :電路工作條件發(fā)生變化電路工作條件發(fā)生變化,如電源的接通或如電源的接通或 切斷切斷,電路連接方法或參數(shù)值的突然變化等稱電路連接方法或參數(shù)值的突然變化等稱 為換路。為換路。 :電容上的電壓電容上的電壓uC及電感中的電流及電感中的電流iL在在 換路前后瞬間的值是相等的換路前后瞬間的值是相等的,即即: :只有只有uC 、 、 iL受換路定理的約束而保持 受換路定理的約束而保持 不變不變,電路中其他電壓、電流都可能發(fā)生躍變。電路中其他電壓、電流都可能發(fā)生躍變。 )0()0( )0()0( LL CC ii uu 83 例例:圖示電路原處于穩(wěn)態(tài)圖示電路原處于穩(wěn)態(tài),t=0時開關時開關S閉合閉合

54、,求求 初始值初始值uC(0+)、iC(0+)和和u(0+)。 解解:由于在直流穩(wěn)態(tài)電路中由于在直流穩(wěn)態(tài)電路中,電感電感L相當于短路、相當于短路、 電容電容C相當于開路相當于開路,因此因此t=0-時電感支路電流時電感支路電流 和電容兩端電壓分別為和電容兩端電壓分別為: 4 R1 R2 2 + u + C uC + Us 12V L iL + uL R3 6 i1 iC V2 . 762 . 1 )0( )0()0( A2 . 1 64 12 )0( 3L 31C 31 L Ri Riu RR U i s 84 在開關在開關S閉合后瞬間閉合后瞬間,根據(jù)換路定理有根據(jù)換路定理有: V2 . 7)0

55、()0( A2 . 1)0()0( CC LL uu ii 由此可畫出開關由此可畫出開關S閉合后瞬間即時的等閉合后瞬間即時的等 效電路效電路,如圖所示。由圖得如圖所示。由圖得: 4 R1 R2 2 + Us 12V R3 6 iL(0+) + uL(0+) + u(0+) + uC(0+) i1(0+) iC (0+) A02 . 12 . 1 )0()0()0( A2 . 1 6 2 . 7 )0( )0( 1LC 3 1 iii R u i C 85 u(0+)可用節(jié)點電壓法由可用節(jié)點電壓法由t=0+時的電路求出時的電路求出, 為為: V4 . 2 2 1 4 1 2 . 1 4 12 1

56、1 )0( )0( 21 L 1 RR i R U u s 4 R1 R2 2 + Us 12V R3 6 iL(0+) + uL(0+) + u(0+) + uC(0+) i1(0+) iC (0+) 86 R + C uC + Us iCS s Uu dt du RC C C s UuRi CC dt du Ci C C 圖示電路圖示電路,電容電容C無初始儲能無初始儲能,uC(0+)=0V,t=0時開時開 關關S閉合，電源對電容充電，從而產(chǎn)生過渡過閉合，電源對電容充電，從而產(chǎn)生過渡過 程。根據(jù)程。根據(jù)KVL，得回路電壓方程為得回路電壓方程為: 從而得微分方程從而得微分方程: 而而: 87

57、解微分方程解微分方程,得得: t euuuu )()0()( CCCC 可見只要知道可見只要知道uC(0+)、uC()和和三個要素三個要素, 即可求出即可求出uC。這種利用三要素來求解一階線性這種利用三要素來求解一階線性 微分方程解的方法稱為微分方程解的方法稱為。 式中式中uC(0+)、uC()和和分別為換路后電容分別為換路后電容 電壓電壓uC的的、和電路的和電路的。 時間常數(shù)時間常數(shù)=RC決定充電過程的快慢。決定充電過程的快慢。 88 R + C uC + Us iCS 對于圖示電路對于圖示電路,由于由于 uC(0+)=0, uC()=US,=RC，所所 以以: )1 ( C RC t s

58、eUu 充電電流為充電電流為: RC t sC e R U dt du Ci C uC iC t O uC，iC Us R Us uC及及iC的波形如右圖所示。的波形如右圖所示。 89 圖示電路圖示電路,開關開關S原來在位置原來在位置1,電容已充有電壓電容已充有電壓 Uo。t=0開關開關S從位置從位置1迅速撥到位置迅速撥到位置2,使電容使電容C 在初始儲能的作用下通過電阻在初始儲能的作用下通過電阻R放電，產(chǎn)生電放電，產(chǎn)生電 壓、電流的過渡過程，直到全部能量被消耗完壓、電流的過渡過程，直到全部能量被消耗完 為止。由于為止。由于uC(0+)= Uo ， uC()=0，=RC，根根 據(jù)三要素法，得換

59、路后電容電壓為據(jù)三要素法，得換路后電容電壓為: R + C uC + Us iC S1 2 RC t eUu oC 90 放電電流為放電電流為: RC t C e R U dt du Ci o C uC及及iC的波形如下圖所示。的波形如下圖所示。 uC iC t O uC，iC Uo R U o 91 RL電路的過渡過程分析方法與電路的過渡過程分析方法與RC電路相同電路相同, 即根據(jù)換路后的電路列出微分方程即根據(jù)換路后的電路列出微分方程,然后求解然后求解 該微分方程即可。由于該微分方程即可。由于RL電路的微分方程也電路的微分方程也 是一階常系數(shù)線性微分方程是一階常系數(shù)線性微分方程,所以三要素法

60、對所以三要素法對 RL電路過渡過程的分析同樣適用，但需注意電路過渡過程的分析同樣適用，但需注意 RL電路的時間常數(shù)為電路的時間常數(shù)為:=L/R。例如，電感例如，電感L 中的電流中的電流iL為為: t LLLL eiiii )()0()( 92 93 磁力線與電磁力線與電 流的方向流的方向 94 95 96 確定安培力確定安培力f的的 方向方向 97 直導體中產(chǎn)生的感生電動勢（直導體中產(chǎn)生的感生電動勢（切割電動勢切割電動勢）。）。 E=Blvsin Em=Blv 右手定則判感生電動勢的方向。右手定則判感生電動勢的方向。發(fā)電機制作原發(fā)電機制作原 理。理。 確定切割電動勢確定切割電動勢e的方向的方向