電壓源、電流源及等效變換

1、模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路電壓源、電流源及等效變換電壓源、電流源及等效變換模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 1掌握電壓源的定義和特點(diǎn)。2掌握掌握電流源的定義和特點(diǎn)。3掌握電壓源和電流源變換的方法。模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路 一、電壓源學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)內(nèi)容 二、電流源三、電壓源和電流源的等效變換。模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路假定各支路電流方向及各回路繞向；選定獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，列出獨(dú)立的KCL電流方程式；選定網(wǎng)孔，列出獨(dú)立的KVL電壓方程式；帶入?yún)?shù)，解聯(lián)立方程組。2、應(yīng)用支路電流法的步驟復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路電源獨(dú)立電源受控電

2、源電壓源電流源新課教學(xué)新課教學(xué)模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路一、電壓源1、實(shí)際電壓源、實(shí)際電壓源如圖1所示。例如，發(fā)電機(jī)、電池及各種信號(hào)源都含有電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻 ，因此，都可以用電壓源來(lái)表示。a、定義：、定義：或圖1 實(shí)際電壓源+模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路電壓源是以輸出電壓的形式向負(fù)載供電的，如圖2所示。電壓源輸出電壓源電壓源rEIs 當(dāng)電壓源向負(fù)載輸出電壓時(shí)，如圖2所示，電源的端電壓U總是小于它的恒定的電動(dòng)勢(shì)E。電源的端電壓U、電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻之間有如下關(guān)系： U=E-Ir0圖2模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路可見，電壓源的供電特性是電源的端電壓隨輸出電流的增大而減小。

3、電壓源的內(nèi)阻越小，它對(duì)外供電就越穩(wěn)定。故電壓源的內(nèi)阻越小越好。圖2 電壓源輸出U=E-Ir0模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路2 2、理想電壓源、理想電壓源a、定義：、定義：內(nèi)阻為零的電壓源稱為理想電壓源，如圖3所示。由于理想電壓源的輸出電壓恒等于電源電動(dòng)勢(shì)且與負(fù)載大小無(wú)關(guān)，所以又稱為恒壓源。圖3 理想電壓源模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路b、特點(diǎn)、特點(diǎn)模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路根據(jù)歐姆定律RU根據(jù)歐姆定律I=RUI=模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路提示： 理想電壓源實(shí)際上是不存在的，也就是說實(shí)際上電源總是存在一定數(shù)值的內(nèi)阻。但如果電壓源的內(nèi)阻遠(yuǎn)小于負(fù)載電阻，即rR

4、，就可以把它看成是理想電壓源了。應(yīng)注意，理想電壓源不允許短路，否則電源的輸出電流將很大，容易造成電源的損壞。模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路二、電流源1、實(shí)際電流源、實(shí)際電流源a、定義：、定義：圖4 實(shí)際電流源模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路電流源電流源電流源向負(fù)載電流源向負(fù)載R R輸出電流時(shí)，如圖輸出電流時(shí)，如圖5 5所示，它輸出的電所示，它輸出的電流流I與電流源的恒定電流與電流源的恒定電流Is、輸出電壓、輸出電壓U U、輸出之間的關(guān)系、輸出之間的關(guān)系是：是：可見，電流源的供電特性是輸出電流隨內(nèi)阻的增大而增可見，電流源的供電特性是輸出電流隨內(nèi)阻的增大而增大，。故電流源的內(nèi)阻越大越

5、好。大，。故電流源的內(nèi)阻越大越好。圖5I=IssrU模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路I=IssrU模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路2、理想電流源、理想電流源a、定義：內(nèi)阻為0的電流源稱為理想電流源，如圖6所示。它對(duì)外供電電流穩(wěn)定不變，對(duì)外供電電流的大小取決于負(fù)載電阻的大小。圖6 理想電流源 模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路RL IUISOIISU+_b、特點(diǎn)、特點(diǎn)模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路例例2：設(shè)：設(shè) IS = 10 A，接上，接上RL 后，恒流源對(duì)外輸出電流。后，恒流源對(duì)外輸出電流。10A 得到：根據(jù)歐姆定律：U=IR根據(jù)歐姆定律：U=IR得到：解：解：RLI

6、ISU+_模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路URLI 電源IUS+UR0IsR0UI三、電壓源和電流源的等效變換。模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路1 1、電壓源和電流源等效變換的含義：一電壓源與一電流、電壓源和電流源等效變換的含義：一電壓源與一電流源互相變換后對(duì)同一負(fù)載供電性能不變稱為這兩個(gè)電壓源源互相變換后對(duì)同一負(fù)載供電性能不變稱為這兩個(gè)電壓源和電流源的等效變換。和電流源的等效變換。模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路2 2、等效互換條件、等效互換條件U = EIR0U = IR0R0 = IsR0 I R0 = ( Is I ) R0第1章IE+UR0IsR0UIIUIR0 E

7、 = R0 = R0 IsR0模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路電壓源模型電壓源模型 電流源模型電流源模型電流源模型電流源模型 電壓源模型電壓源模型R0EIs =R0 = R0E = Is R0 R0 = R0IE+UR0IsR0UIIsR0UIIE+UR0模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路即：電流源的恒定電流等于電壓源的短路電流即：電流源的恒定電流等于電壓源的短路電流； 電壓源和電流源的內(nèi)阻相等。電壓源和電流源的內(nèi)阻相等。 電壓源的電動(dòng)勢(shì)電壓源的電動(dòng)勢(shì)E E的方向與電流源恒定電流的方向與電流源恒定電流I IS S 的方向必須保持一致。的方向必須保持一致。 模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)

8、雜直流電路2）所謂“等效”是指“對(duì)外電路”等效（即對(duì)外電 路的伏安特性一致），對(duì)于電源內(nèi)部并不 一定等效。例如，在電源開路時(shí)：1）電壓源模型與電流源模型互換前后電流的 方向保持不變，即IS和Us方向一致。R0 不消耗能量 消耗 能量R0 說明說明IUS+UR0IsR0UI模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路3 3） 電壓源（恒壓源）與電流源（恒流源）電壓源（恒壓源）與電流源（恒流源） 之間不能互換。之間不能互換。IsUS+因理想電壓源內(nèi)阻為因理想電壓源內(nèi)阻為0，而理想電流源內(nèi)阻為無(wú)窮，而理想電流源內(nèi)阻為無(wú)窮大，不能滿足大，不能滿足r0=rsr0=rs故理想電壓源與理想電流源不能故理想電壓源與

9、理想電流源不能等效變換。等效變換。模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路 例3 試將左圖中的電壓源轉(zhuǎn)換為電流源，將右圖中的電流源轉(zhuǎn)換為電壓源。模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路解解：（1）將電壓源轉(zhuǎn)換為電流源 電流源電流的參考方向與電壓源正負(fù)極參考方向一致。Is= = 12/3 =4A 內(nèi)阻不變r(jià)E模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路 （2）將電流源轉(zhuǎn)換為電壓源 電壓源正負(fù)極參考方向與電流源電流的參考方向一致。E=Is r=28V=16V 內(nèi)阻不變模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路 例4 電路如下圖所示，試用電源變換的方法求R3支路的電流。模塊三

10、模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路 （1）將兩個(gè)電壓源分別等效變換成電流源IS1 = = = 18A IS2 = = = 9A11ER18122ER91模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路 （2）將兩個(gè)電流源合并成一個(gè)電流源。IS = IS1 +IS2 = 27A R = R1R2 （）= 0.5模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路 （3）最后可求得R3上電流為 RRR3【（）】模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路1.1.用一個(gè)恒定的電動(dòng)勢(shì)用一個(gè)恒定的電動(dòng)勢(shì)E與內(nèi)阻串聯(lián)表示的電源稱為電與內(nèi)阻串聯(lián)表示的電源稱為電壓源，內(nèi)阻壓源，內(nèi)阻=0=0的電壓源稱為理想電壓源；用一個(gè)恒定的的電壓源稱為理想

11、電壓源；用一個(gè)恒定的電流與內(nèi)阻并聯(lián)表示的電源稱為電流源，內(nèi)阻電流與內(nèi)阻并聯(lián)表示的電源稱為電流源，內(nèi)阻=0=0的電流的電流源稱為理想電流源。源稱為理想電流源。2.2.實(shí)際電壓源與實(shí)際電流源可以等效變換，等效變換的條實(shí)際電壓源與實(shí)際電流源可以等效變換，等效變換的條件是：電流源的恒定電流等于電壓源的短路電流件是：電流源的恒定電流等于電壓源的短路電流； 電壓源和電流源的內(nèi)阻相等；電壓源和電流源的內(nèi)阻相等； 電壓源的電動(dòng)勢(shì)電壓源的電動(dòng)勢(shì)E E的方向與電流源恒定電流的方向與電流源恒定電流I IS S的的方向必須保持一致。方向必須保持一致。小結(jié)小結(jié)3.3.等效指的是外部等效，內(nèi)部并不等效。理想電壓源與理等效指的是外部等效，內(nèi)部并