電工與電氣設(shè)備課件：Chapter1 電路分析基礎(chǔ)

1、歡迎學習電工與電氣設(shè)備教材與參考書課程性質(zhì) 電工及電氣設(shè)備是高等學校理工科非電類專業(yè)本科學生的一門傳統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)課。水利水電工程專業(yè)的一門學科基礎(chǔ)課。本課程的主要任務是使學生掌握復雜交、直流電路的分析方法和基本定理，了解變壓器、異步電動機、高、低壓電氣設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)，深刻理解它們的基本知識、基本理論和基本計算方法等。第1章 電路分析基礎(chǔ)第2章 正弦交流電路第3章 變壓器第4章 異步電動機第5章 電力系統(tǒng)及電氣設(shè)備內(nèi)容及學時安排第6章 電氣主接線和自用電10-12學時10-12學時4-6學時4-6學時6-8學時2-4學時實驗 戴維南定理電路實驗 單相交流電路實驗 總48學時*1975如何學好本課

2、程抓好四個環(huán)節(jié)提前預習認真聽課及時復習獨立作業(yè)電路分析基礎(chǔ)Basis of Circuit Analysis第 一 章Chapter 1*1977第一節(jié) 電路的基本概念第二節(jié) 電壓源、電流源及等效變換第三節(jié) 基爾霍夫定律第四節(jié) 電路的基本分析方法第五節(jié) 電路的基本定理第六節(jié) 一階電路的時域響應內(nèi)容提綱*1978基本要求 了解電路的作用；理解電路模型及電路的三種工作狀態(tài)；理解額定值的意義； 正確理解電位、電壓、電動勢，電流等常用物理量；理解電壓、電流正方向的意義； 熟練應用歐姆定律和基爾霍夫定律。本章重點基爾霍夫定律本章難點 電壓、電流正方向的意義學習要點*1979負載：第一節(jié) 電路的基本概念電

3、路 由實際元器件構(gòu)成的電流的通路。是為了某種需要由電工設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成。 電源：電路中提供電能的裝置。如發(fā)電機、蓄電池等。在電路中接收電能的設(shè)備。如電動機、電燈等。中間環(huán)節(jié)：電源和負載之間不可缺少的連接、控制和保護部件，如連接導線、開關(guān)設(shè)備、測量設(shè)備以及各種繼電保護設(shè)備等。1、電路的組成*19710電源: 提供電能的裝置負載: 取用電能的裝置中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐.輸電線*19711 電路可以實現(xiàn)電能的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換。電力系統(tǒng)中：2、電路的功能 (1) 實現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換 發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐.

4、輸電線*19712電能的輸送和分配發(fā)電廠主傳輸線500 kV升壓降壓電壓分配10 kV降壓變電站三 相單相 主設(shè)備 ( 380V )插座 ( 220V )儀表控制盤儀表單 相*19713(2)實現(xiàn)信號的傳遞與處理放大器揚聲器話筒電子技術(shù)中： 電路可以實現(xiàn)電信號的傳遞、存儲和處理。*19714各種設(shè)備儀器*197153、電路模型和電路元件電源負載實體電路中間環(huán)節(jié) 與實體電路相對應、由理想元件構(gòu)成的電路圖，稱為實體電路的電路模型。電路模型負載電源開關(guān)連接導線SRL+ UIUS+_R0*19716白熾燈的電路模型可表示為： 實際電路器件品種繁多，其電磁特性多元而復雜，采取模型化處理可獲得有意義的分析

5、效果。如iR R L消耗電能的電特性可用電阻元件表征產(chǎn)生磁場的電特性可用電感元件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。 理想電路元件是實際電路器件的理想化和近似，其電特性單一、確切，可定量分析和計算。白熾燈電路*19717RC+ US電阻元件只具耗能的電特性電容元件只具有儲存電能的電特性理想電壓源輸出電壓恒定，輸出電流由它和負載共同決定理想電流源輸出電流恒定，兩端電壓由它和負載共同決定L電感元件只具有儲存磁能的電特性IS理想電路元件分有無源和有源兩大類無源二端元件 有源二端元件 電路模型： 由理想電路元件所組成的電路為電路模型。*197184、電路的基本物理量電路中

6、某點A的電位是單位正電荷在電場力作用下，自該點沿任意路徑移到參考點所做的功。電位是一相對物理量，其大小和極性是相對參考點（零電位點）而言。RE2E1abcRE2E1abcE1=10VE2=6VVVVVVV（1）電位（電勢）*19719直流情況下（2）電壓（電位差） 高中物理課對電壓的定義是：電場力把單位正電荷從電場中的一點移到另一點所做的功。其表達式為：注意：變量用小寫字母表示，恒量用大寫字母表示。 電壓的國際單位制是伏特（V），常用的單位還有毫伏（mV）和千伏（kV）等，換算關(guān)系為：1V=103mV=103kV 電工技術(shù)基礎(chǔ)問題分析中，通常規(guī)定電壓的參考正方向由高電位指向低電位，因此電壓又稱

7、作電壓降。 從工程應用的角度來講，電路中電壓是產(chǎn)生電流的根本原因。數(shù)值上，電壓等于電路中兩點電位的差值。即：*19720電路中任意兩點間的電位差，是一絕對量，不受參考點改變的影響，也與電路路徑的選擇無關(guān)RE2E1abcE1=10VE2=6VVRE2E1abcV電壓的實質(zhì)兩點間的電位差，其中一點是參考點，其電位預先被指定為零*19721（3）電流 電流的國際單位制是安培（A），較小的單位還有毫安（mA）和微安（A）等，它們之間的換算關(guān)系為：i dqdt=（1-1）1A=103mA=106A=109nAI Q t=（1-2） 電荷有規(guī)則的定向移動形成電流。單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量，電流的大

8、小用電流強度表征，定義式為：交流（AC）：大小和方向隨時間變化，常用i表示 在電工技術(shù)分析中，僅僅指出電流的大小是不夠的，通常以正電荷移動的方向規(guī)定為電流的參考正方向。直流（DC）：大小和方向不隨時間變化，用I表示*19722 日常生產(chǎn)和生活中，電能（或電功）也常用度作為量綱：1度=1KWh=1KVAh（4）電能 電能的轉(zhuǎn)換是在電流作功的過程中進行的。因此，電流作功所消耗電能的多少可以用電功來量度。電功：式中單位：U【V】；I【A】；t【s】時，電功W為焦耳【J】1度電的概念1000W的電爐加熱1小時；100W的電燈照明10小時；40W的電燈照明25小時。*19723 電功率反映了電路元器件能

9、量轉(zhuǎn)換的本領(lǐng)。如100W的電燈表明在1秒鐘內(nèi)該燈可將100J的電能轉(zhuǎn)換成光能和熱能；電機1000W表明它在一秒鐘內(nèi)可將1000J的電能轉(zhuǎn)換成機械能。（5）電功率 電工技術(shù)中，單位時間內(nèi)電流所作的功稱為電功率。電功率用“P ”表示：國際單位制：U 【V】，I【A】，電功率P用瓦特【W(wǎng)】 通常情況下，用電器的實際功率并不等于額定電功率。當實際功率小于額定功率時，用電器實際功率達不到額定值，當實際功率大于額定功率時，用電器易損壞。 用電器額定工作時的電壓叫額定電壓，額定電壓下的電功率稱為額定功率；額定功率通常標示在電器設(shè)備的銘牌數(shù)據(jù)上，作為用電器正常工作條件下的最高限值。*19724 提高電能效率能

10、大幅度節(jié)約投資。據(jù)專家測算，建設(shè)1千瓦的發(fā)電能力，平均在7000元左右；而節(jié)約1千瓦的電力，大約平均需要投資2000元，不到建設(shè)投資的1/3。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。（6）效率 電氣設(shè)備運行時客觀上存在損耗，在工程應用中，常把輸出功率與輸入功率的比例數(shù)稱為效率，用“”表示： 所以，提高電能效率與加強電力建設(shè)具有相同的重要地位，不僅有利于緩解電力緊張局面，還能促進資源節(jié)約型社會的建立。 *19725想想 練練1、某用電器的額定值為“220V，100W”，此電器正常工作10小時，消耗多少焦耳電能？合多少度電？2、一只標有“220V，60W”

11、的電燈，當其兩端電壓為多少伏時電燈能正常發(fā)光？正常發(fā)光時電燈的電功率是多少？若加在燈兩端的電壓僅有110伏時，該燈的實際功率為多少瓦？額定功率有變化嗎？ 3、把一個電阻接在6伏的直流電源上，已知某1秒鐘時間內(nèi)通過電阻的電量為3個庫侖，求這1秒鐘內(nèi)電阻上通過的電流和電流所做的功各為多少？3A，18J3600000J，1度電220V，60W；15W，不變。*19726 物理中對基本物理量規(guī)定的方向電路基本物理量的實際方向物理量實 際 方 向電流 I正電荷運動的方向電動勢E (電位升高的方向) 電壓 U(電位降低的方向)高電位 低電位 單 位kA 、A、mA、A低電位 高電位kV 、V、mV、VkV

12、 、V、mV、V5、電流、電壓的參考方向*19727(b) 參考方向的表示方法電流：Uab 雙下標電壓： (a) 參考方向IE+_ 在分析與計算電路時，對電量任意假定的方向。Iab 雙下標電路基本物理量的參考方向aRb箭 標abRI正負極性+abU U+_*19728實際方向與參考方向一致，電流(或電壓)值為正值；實際方向與參考方向相反，電流(或電壓)值為負值。(c) 實際方向與參考方向的關(guān)系注意： 在參考方向選定后，電流 ( 或電壓 ) 值才有正負之分。 若 I = 5A，則電流從 a 流向 b；例：若 I = 5A，則電流從 b 流向 a 。abRIabRU+若 U = 5V，則電壓的實際

13、方向從 a 指向 b；若 U= 5V，則電壓的實際方向從 b 指向 a 。*19729 對于二端元件而言，電壓的參考極性和電流參考方向的選擇有四種可能的方式，如圖下所示。習慣的取法：取關(guān)聯(lián)參考方向*19730技巧：求解電路時，若事先并不知某 元件上電流、電壓的實際方向 時，就取參考方向，通過計算 結(jié)果就知啦！*19731歐姆定律U、I 參考方向相同時，U、I 參考方向相反時，RU+IRU+I 表達式中有兩套正負號： 式前的正負號由U、I 參考方向的關(guān)系確定； U、I 值本身的正負則說明實際方向與參考 方向之間的關(guān)系。 通常取 U、I 參考方向相同。U = I R U = IR*19732解：對

14、圖(a)有, U = IR例：應用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻R。對圖(b)有, U = IRRU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A*19733 在電路圖上預先標出電壓、電流的參考方向，目的是為解題時列寫方程式提供依據(jù)。因為，只有參考方向標定的情況下，方程式各電量前的正、負號才有意義。I 為什么要在電路圖中預先標出參考方向？例如 +USR0RI 設(shè)參考方向下US=100V，I=5A，則說明電源電壓的實際方向與參考方向一致；電流為負值說明其實際方向與圖中所標示的參考方向相反。 注意：參考方向一經(jīng)設(shè)定，在分析和計算過程中不得隨意改動。方程式各量前面的正、負號均應依據(jù)參考方向?qū)懗?，?/p>

15、電量的真實方向是以計算結(jié)果和參考方向二者共同確定的。*19734思考 回答1.在電路分析中，引入?yún)⒖挤较虻哪康氖鞘裁矗?.應用參考方向時，你能說明“正、負”、“加、減”及“相同、相反”這幾對詞的不同之處嗎？ 電路分析中引入?yún)⒖挤较虻哪康氖牵簽榉治龊陀嬎汶娐诽峁┓奖愫鸵罁?jù)。 應用參考方向時，“正、負”是指在參考方向下，電壓、電流數(shù)值前面的正負號，如某電流為“5A”，說明其實際方向與參考方向相反，某電壓為“100V”，說明該電壓實際方向與參考方向一致；“加、減”指參考方向下電路方程式中各量前面的加、減號；“相同”是指電壓、電流為關(guān)聯(lián)參考方向，“相反”指的是電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)。 *19735檢

16、驗學習結(jié)果電路由哪幾部分組成？試述電路的功能？為何要引入?yún)⒖挤较颍繀⒖挤较蚝蛯嶋H方向有何聯(lián)系與區(qū)別？何謂電路模型？理想電路元件與實際元器件有何不同？*19736第二節(jié) 電壓源、電流源及等效變換本節(jié)的要求：了解電壓源、電流源及其伏安特性;理解電源的電壓模型和電流源模型等效變換了解電源的有載工作、開路與短路狀 態(tài)中，電壓、電流與功率的特征； 理解電功率和額定值的意義。*19737 常用的干電池和可充電電池*197381.實際電源的電壓源模型 U = E IR0 U0=E 電壓源的外特性IUIRLR0+-EU+O電壓源電壓源模型電源的外特性*19739 U0=E 電壓源的外特性IUIRLR0+-EU

17、+理想電壓源O電壓源IE+_U+_RL若 R0 = 0理想電壓源理想電壓源 : U E理想電壓源（恒壓源） 若 R0RL ，I IS ，可近似認為是理想電流源。*19744(2) U = 任意值， 由外電路決定理想電流的伏安特性:外特性曲線 IUISORLIISU+_ (1) I IS*19745R / 1210201000u / V2420402000P /W4840804000如何理解理想電流源的輸出電壓取決于外電路？ 外電路要多少電供多少電。當然，不要超額。*197463. 電壓源模型與電流源模型的等效變換由圖a： U = E IR0由圖b： U = ISR0 IR0IRLR0+EU+a

18、.電壓源等效變換條件:E = ISR0RLR0UR0UISI+b.電流源例1:求下列各電路的等效電源解:+abU25V(a)+abU5V(c)+a+-2V5VU+-b2(c)+(b)aU 5A23b+(a)a+5V32U+a5AbU3(b)+例2:試用電壓源與電流源等效變換的方法計算2電阻中的電流。解:8V+22V+2I(d)2由圖(d)可得6V3+12V2A6112I(a)2A3122V+I2A61(b)4A2222V+I(c)*19749 電壓源和電流源的等效關(guān)系只對外電路而言， 對電源內(nèi)部則是不等效的。R0+EabISR0abII+UU兩電路中，I和U一樣，對外等效電路內(nèi)部，耗能電路內(nèi)部

19、， 不耗能不等效注意事項*19750 等效變換時，兩電源的參考方向要一一對應。R0+EabISR0abR0+EabISR0ab等效變換條件:E = ISR0注意事項*19751 理想電壓源與理想電流源之間無等效關(guān)系。 圖中的電阻不局限于電源內(nèi)阻， 可以是任意的電阻+EabISab注意事項沒有對應關(guān)系R0+EabISR0ab任意的電阻*1975210V+2A2II = ?哪個答案對？問題與討論*19753狀態(tài)：開關(guān)閉合,接通電源與負載負載端電壓（電源端電壓）：U = IR 特征:（1）電源有載工作IR0R+ -EU+ -電流的大小由負載決定。 或 U = E IR0電流的特征電壓的特征4、電路工

20、作狀態(tài)*19754電源端電壓：IR0R+ -EU+ - 在電源有內(nèi)阻時，I U 。U = E IR0電源的外特性EUI0 當 R0R 時，則U E ，表明當負載變化時，電源的端電壓變化不大，即帶負載能力強。電源端電壓的特征*19755UI = EI IRoP = PE P負載取用功率電源產(chǎn)生功率內(nèi)阻消耗功率負載大小的概念: 負載增加指負載取用的電流和功率增加(電壓一定)，等效電阻減小。IR0R+ -EU+ -U = E IR0電路功率的特征為什么？負載并聯(lián)！*19756電源與負載的判別 根據(jù) U、I 的實際方向判別電源：U、I 實際方向相反，即電流從“+”端流出 （發(fā)出功率）； 負載：U、I

21、實際方向相同，即電流從“-”端流出 （吸收功率）。IR+ -USU+ -I都是實際方向由此可得：*19757電源與負載的判別U、I 參考方向不同，P = UI 0，電源； P = UI 0，負載。U、I 參考方向相同，P =UI 0，負載； P = UI 0，電源。 根據(jù) U、I 的參考方向判別UI可以證明：*19758舉例1：右下圖電路，若已知元件吸收功率為20W，電壓U=5V，求電流I。+UI元 件 分析：由圖可知UI為關(guān)聯(lián)參考方向，因此: 舉例2：右下圖電路，若已知元件中電流為I=100A，電壓U=10V，求電功率P，并說明元件是電源還是負載。+UI元 件 解：UI非關(guān)聯(lián)參考，因此:元件

22、吸收正功率，說明元件是負載。I為負值，說明它的實際方向與圖上標示的參考方向相反。*19759舉例3：在圖示電路中，已知U1=1V, U2=-6V, U3=-4V, U4=5V, U5=-10V, I1=1A, I2=-3A , I3=4A, I4=-1A, I5=-3A。試求：(1) 各二端元件吸收的功率； (2) 整個電路吸收的功率。 例11 *19760 舉例4：在圖圖示電路中，已知U1=1V, U2=-6V, U3=-4V, U4=5V, U5=-10V, I1=1A, I2=-3A , I3=4A, I4=-1A, I5=-3A。整個電路吸收的功率為解：各二端元件吸收的功率為*1976

23、1電氣設(shè)備的額定值額定值: 電氣設(shè)備在正常運行時的規(guī)定使用值電氣設(shè)備的三種運行狀態(tài)欠載(輕載)： I IN ，P IN ，P PN (設(shè)備易損壞)額定工作狀態(tài)： I = IN ，P = PN (經(jīng)濟合理安全可靠) 1. 額定值反映電氣設(shè)備的使用安全性；2. 額定值表示電氣設(shè)備的使用能力。例：燈泡：UN = 220V ，PN = 60W電阻： RN = 100 ，PN =1 W *19762特征: 狀態(tài)：開關(guān) 斷開（2）電源開路I = 0電源端電壓 ( 開路電壓 )U = U0 = EP =PE=P=0 開路處的電流等于零，I = 0 開路處的電壓 U 視電路情況而定。電路中某處斷開時的特征:I

24、+U有源電路IRoR+ -EU0+ -功率的特征電壓的特征電流的特征*19763狀態(tài)：電源外部端子被短接（3）電源短路 特征:電源端電壓負載功率電源產(chǎn)生的能量全被內(nèi)阻消耗掉短路電流（很大）U = 0 PE = P = IR0P = 0 短路處的電壓等于零，U = 0 短路處的電流 I 視電路情況而定。電路中某處短路時的特征:I+U有源電路IR0R+ -EU0+ -電流的特征電壓的特征功率的特征*19764電位：電路中某點A的電位是單位正電荷在電場力作用下，自改點沿任意路徑一道參考點所做的功。電位是一相對物理量，其大小和極性是相對參考點（零電位點）而言。 電位的計算步驟: (1) 任選電路中某一

25、點為參考點，設(shè)其電位為零； (2) 標出各電流參考方向并計算； (3) 計算各點至參考點間的電壓即為各點的電位。某點電位為正，說明該點電位比參考點高；某點電位為負，說明該點電位比參考點低。5、電位的計算（1）電位（電勢）*19765例1：討論該電路圖中各點的電位 *19766如果選定b點作為參考點，則 如果選定a點作為參考點的話，則*19767例2 求圖示電路中各點的電位:Va、Vb、Vc、Vd 。解：設(shè) a為參考點， 即Va=0VVb=Uba= 106= 60VVc=Uca = 420 = 80 VVd =Uda= 65 = 30 V設(shè) b為參考點，即Vb=0VVa = Uab=106 =

26、60 VVc = Ucb = E1 = 140 VVd = Udb =E2 = 90 Vbac204A610AE290VE1140V56AdUab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 VUab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 V*19768 結(jié)論：(1)電位值是相對的，參考點選取的不同，電路中 各點的電位也將隨之改變；(2) 電路中兩點間的電壓值是固定的，不會因參考 點的不同而變， 即與零電位參考點的選取無關(guān)。借助電位的概念可以簡化電路作圖bca204A610AE290VE1140V56Ad+9

27、0V205+140V6cd*19769計算電路中B點的電位.解 ：例3*19770例4: 圖示電路，計算開關(guān)S斷開和閉合時A點 的電位VA解: (1)當開關(guān)S斷開時(2) 當開關(guān)閉合時,電路 如圖（b）電流 I2 = 0，電位 VA = 0V 。電流 I1 = I2 = 0，電位 VA = 6V 。電流在閉合路徑中流通2A+I12I26V(b)2+6VA2SI2I1(a)*1977112V求開關(guān)S打開和閉合時a點的電位值。12V642012VS 解畫出S打開時的等效電路：baSbadc64c2012V 顯然，開關(guān)S打開時相當于一個閉合的全電路，a點電位為：S閉合時的等效電路：642012V12

28、VbacS閉合時，a點電位只與右回路有關(guān)，其值為：dd例5：*19772例6： 電路如下圖所示，(1) 零電位參考點在哪里？畫電路圖表示出來。(2) 當電位器RP的滑動觸點向下滑動時，A、B兩點的電位增高了還是降低了？A+12V12VBRPR1R212V12VBARPR2R1I解：（1）電路如左圖，零電位參考點為+12V電源的“”端與12V電源的“+”端的聯(lián)接處。 當電位器RP的滑動觸點向下滑動時，回路中的電流 I 減小，所以A電位增高、B點電位降低。（2） VA = IR1 +12 VB = IR2 12*19773電路如下圖所示，分別以A、B為參考點計算C和D點的電位及UCD。10 V2

29、+5 V+3 BCDIA 解以A點為參考電位時I =10 + 53 + 2= 3 AVC = 3 3 = 9 VVD= 3 2= 6 VUCD = VC VD = 15 V以B點為參考電位時VD = 5 VVC = 10 VUCD = VC VD= 15 V* 電路中某一點的電位等于該點到參考點的電壓；*電路中各點的電位隨參考點選的不同而改變，但是任意兩點間的電壓不變。例7：*19774檢驗學習結(jié)果下圖電路中若選定C為參考點，當開關(guān)斷開和閉合時，判斷各點的電位值。試述電壓和電位的異同，若電路中兩點電位都很高，則這兩點間電壓是否也很高？+A24V-BCDS理想電源和實際電源有何區(qū)別？理想電源之間

30、能否等效互換？實際電源模型的互換如何？電壓源外特性與橫軸相交處的電流=？電流工作狀態(tài)？UI0U0=EI=?*19775第三節(jié) 基爾霍夫定律本節(jié)的要求：掌握KCL、KVL的內(nèi)容； 能熟練地列寫KCL、KVL 方程，并進行計算。本節(jié)是本章的重點！*19776支路：電路中的每一個分支。 一條支路流過同一個電流，稱為支路電流。結(jié)點：三條或三條以上支路的聯(lián)接點。回路：由支路組成的閉合路徑。網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路（中空）的回路。I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E1123介紹幾個名詞*19777支路：ab、bc、ca、 （共6條）adbcE+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I下面介紹一個例子幾條

31、支路？幾個結(jié)點？結(jié)點：a、 b、c、d (共4個）*19778回路：abda、abca、 adbca （共7 個）網(wǎng)孔：abd、 abc、bcd （共3 個）adbcE+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I幾個回路？幾個網(wǎng)孔？*19779數(shù)一數(shù)圖示電路的支路、結(jié)點、回路和網(wǎng)孔數(shù)。*197801. 基爾霍夫電流定律(KCL)定律的內(nèi)容： 即: 入= 出 敘述法之一：在任一瞬間，流進任一結(jié)點的電流等于流出該結(jié)點的電流。一般地: = 0I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E1例：對于結(jié)點 a，有：I1+I2 = I3或 ：I1+I2I3= 0*197811. 基爾霍夫電流定律(KCL)定律

32、的內(nèi)容：一般地: = 0I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E1 敘述法之二：在任一瞬間，流進（或流出）任一結(jié)點的電流代數(shù)和為零。一般地：流進結(jié)點： +流出結(jié)點：均為：參考方向*197821. 基爾霍夫電流定律(KCL)KCL的實質(zhì): 電流連續(xù)性的體現(xiàn)。I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E1KCL：約束了電路中任一結(jié)點各支路間的電流*19783例：解：求左圖示電路中電流i1、i2。i1i4i2i3整理為： i1+ i3= i2+ i4可列出KCL：i1 i2+i3 i4= 0例：i1i2+10 +(12)=0 i2=1A 4+7+i1= 0 i1= 3A 7A4Ai110A-12

33、Ai2其中i1得負值，說明它的實際方向與參考方向相反。*19784基氏電流定律的推廣I=?I1I2I3I1+I2=I3I=0IU2+_U1+_RU3+_RRR廣義節(jié)點電流定律還可以擴展到電路的任意封閉面。廣義節(jié)點例：例：*19785I =?廣義結(jié)點I = 0IA + IB + IC = 0ABCIAIBIC2+_+_I51156V12V這些電流： 有的為正； 有的為負例：*197862. 基爾霍夫電壓定律（KVL)定律的內(nèi)容：敘述法之一： 在任一瞬間，從回路中任一點出發(fā)，沿回路繞行一周，則在這個方向上電位升之和等于電位降之和。對回路1：對回路2： E1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+

34、I3 R3=E2或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E112 即: 電位升= 電位降即： U = 0*19787敘述方法之二：在任一瞬間，沿任一回路繞行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。2. 基爾霍夫電壓定律（KVL)定律的內(nèi)容 U = 0I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E112一般地：電位降： +電位升：KVL：約束了電路中任一回路各元件間 的電壓*19788 電位升 = 電位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 0開口電壓可按回路處理1對回路1：

35、E1UBEE+B+R1+E2R2I2_KVL的推廣應用*19789然后根據(jù)： U = 0I1+US1R1I4US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4得：-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0R1I1US1+R2I2+R3I3+R4I4+US4=0R1I1+R2I2+R3I3+R4I4=US1US4電阻壓降可得KVL另一形式：IR=US電源壓升先標繞行方向例：*19790例1：對網(wǎng)孔abda：對網(wǎng)孔acba：對網(wǎng)孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0對回路 adbca，沿逆時針方向循行

36、： I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0應用 U = 0列方程對回路 cadc，沿逆時針方向循行： I2 R2 I1 R1 + E = 0adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I*19791 例2：如對圖示電路的三個回路，沿順時針方向繞行回路一周，寫出的KVL方程。 123*19792例3 電路如圖所示。已知uS1=10V, iS1=1A, iS2=3A, R1=2, R2=1。求電壓源和各電流源發(fā)出的功率。 *19793 電壓源的發(fā)出功率為 電流源iS1和iS2發(fā)出的功率分別為： 解： 根據(jù)KCL求得 根據(jù) KVL求得： *19794檢驗學習結(jié)果I2I31

37、KA41K2K10mA6mAA5A4=？ A5 =？212V+_16V+_155IabA4=7mAA5=3mA結(jié)點n=2支路b=3Uab=0 I=0結(jié)點？支路？Uab=？I=？*19795 對于簡單電路，通過串、并聯(lián)關(guān)系即可求解。如：E+-2RE+-R2RRR2R2R2R*19796對于復雜電路（如下圖）僅通過串、并聯(lián)無法求解，必須經(jīng)過一定的解題方法，才能算出結(jié)果。 如：E4-I4+_E3+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I3*19797第四節(jié) 電路的基本分析方法本節(jié)的要求：掌握學會用支路電流法、 節(jié)點電壓法求解復雜電路 重點：用支路電流法、節(jié)點電壓法求解復雜電路的步驟難點：列回路電壓

38、方程、節(jié)點電壓法列方程 *19798一、支路電流法以支路電流為未知量、應用KCL和KVL列方程組進行求解的方法。ba+-E2R2+ -R3R1E1I1I3I2I1、I2、I3三個未知數(shù)，如何求出？可列出3個關(guān)于I1、I2、I3的獨立方程 然后求之。*19799 選取各未知支路電流的參考方向； 對結(jié)點列寫KCL 方程；ba+-E2R2+ -R3R1E1I1I3I2對結(jié)點 a：12I1+I2I3=0步驟:如何保證KCL方程的獨立性？不對電路中的某一個結(jié)點列KCL方程*197100 對回路列出KVL方程； ba+-E2R2+ -R3R1E1I1I3I2對結(jié)點 a：12I1+I2I3=0對回路1：對回

39、路2：I1 R1 +I3 R3=E1I2 R2+I3 R3=E2還要2個方程，如何列？如何保證所列的KVL方程獨立？*197101ba+-E2R2+ -R3R1E1I1I3I2對結(jié)點 a：12I1+I2I3=0對回路1：對回路2：I1 R1 +I3 R3=E1I2 R2+I3 R3=E2方法之一：每列一個KVL方程， 保證至少有一個新支路方法之二：對網(wǎng)孔列寫KVL方程建議大家用此法*197102ba+-E2R2+ -R3R1E1I1I3I2對結(jié)點 a：12I1+I2I3=0對回路1：對回路2：I1 R1 +I3 R3=E1 I2 R2+I3 R3=E2 解聯(lián)立方程，求未知數(shù)*197103(1)

40、 應用KCL列(n-1)個結(jié)點電流方程 因支路數(shù) b=6，所以要列6個方程。(2) 應用KVL選網(wǎng)孔列回路電壓方程(3) 聯(lián)立解出 IG 例1：adbcE+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I對結(jié)點 a： I1 I2 IG = 0對網(wǎng)孔abda：IG RG I3 R3 +I1 R1 = 0對結(jié)點 b： I3 I4 +IG = 0對結(jié)點 c： I2 + I4 I = 0對網(wǎng)孔acba：I2 R2 I4 R4 IG RG = 0對網(wǎng)孔bcdb：I4 R4 + I3 R3 = E 試求檢流計中的電流IG。RG 支路電流法： 列方程容易， 解方程難呀！*197104(1) 應用KCL列結(jié)點電流方程

41、 支路數(shù)b =4，且恒流源支路的電流已知。(2) 應用KVL列回路電壓方程(3) 聯(lián)立解得：I1= 2A， I2= 3A， I3=6A 例2：試求各支路電流。對結(jié)點 a： I1 + I2 I3 = 7對回路1：12I1 6I2 = 42對回路2：6I2 + UX = 0baI2I342V+I11267A3cd12 因所選回路中包含恒流源支路，而恒流源兩端的電壓未知，所以有3個網(wǎng)孔則要列3個KVL方程。3+UX對回路3：UX + 3I3 = 0*197105是否能少列一個方程?N=4 B=6R6aI3sI3dE+_bcI1I2I4I5I6R5R4R2R1Ux電流方程支路電流未知數(shù)少一個：支路中含

42、有恒流源的情況例3：試求各支路電流。*197106N=4 B=6電壓方程：結(jié)果：5個電流未知數(shù) + 一個電壓未知數(shù) = 6個未知數(shù) 由6個方程求解。dE+_bcI1I2I4I5I6R5R4R2R1UxaI3s支路電流法小結(jié)解題步驟結(jié)論與引申2. 列電流方程。 對每個節(jié)點有1. 對每一支路假設(shè)一未知電流。4. 解聯(lián)立方程組。對每個回路有3. 列電壓方程： (N-1)I1I2I31. 假設(shè)未知數(shù)時，正方向可任意選擇。1. 未知數(shù)=B，#1#2#3根據(jù)未知數(shù)的正負決定電流的實際方向。2. 原則上，有B個支路就設(shè)B個未知數(shù)。 （恒流源支路除外）若電路有N個節(jié)點，則可以列出 節(jié)點方程。2. 獨立回路的選

43、擇：已有(N-1)個節(jié)點方程， 需補足 B -（N -1）個方程。一般按網(wǎng)孔選擇*197108支路電流法的優(yōu)缺點優(yōu)點：支路電流法是電路分析中最基本的 方法之一。只要根據(jù)克氏定律、歐 姆定律列方程，就能得出結(jié)果。缺點：電路中支路數(shù)多時，所需方程的個 數(shù)較多，求解不方便。支路數(shù) B=4須列4個方程式ab*197109節(jié)點電位的概念：Ua = 5V a 點電位：ab15Aab15AUb = -5V b 點電位：在電路中任選一節(jié)點，設(shè)其電位為零（用 標記），此點稱為參考點。其它各節(jié)點對參考點的電壓，便是該節(jié)點的電位。記為：“UX”（注意：電位為單下標）。二、節(jié)點電位法*197110電位的特點：電位值是

44、相對的，參考點選得不同，電路中其它各點的電位也將隨之改變；電壓的特點：電路中兩點間的電壓值是固定的，不會因參考點的不同而改變。注意：電位和電壓的區(qū)別。*197111電位在電路中的表示法E1+_E2+_R1R2R3R1R2R3+E1-E2*197112R1R2+15V-15V 參考電位在哪里？R1R215V+-15V+-*197113 節(jié)點電位法適用于支路數(shù)多，節(jié)點少的電路。如： 共a、b兩個節(jié)點，b設(shè)為參考點后，僅剩一個未知數(shù)（a點電位Ua）。abUa節(jié)點電位法中的未知數(shù)：節(jié)點電位“UX”。節(jié)點電位法解題思路 假設(shè)一個參考點，令其電位為零， 求其它各節(jié)點電位，求各支路的電流或電壓。 *1971

45、14節(jié)點電位方程的推導過程（以下圖為例）I1ABR1R2+-+E1E2R3R4R5+-E5I2I3I4I5C則：各支路電流分別為 ：設(shè)：節(jié)點電流方程：A點：B點：*197115將各支路電流代入A、B 兩節(jié)點電流方程，然后整理得：其中未知數(shù)僅有：UA、UB 兩個。*197116節(jié)點電位法列方程的規(guī)律以A節(jié)點為例：方程左邊：未知節(jié)點的電位乘上聚集在該節(jié)點上所有支路電導的總和（稱自電導）減去相鄰節(jié)點的電位乘以與未知節(jié)點共有支路上的電導（稱互電導）。R1R2+-+E1E2R3R4R5+-E5I2I3I4I5CAB*197117節(jié)點電位法列方程的規(guī)律以A節(jié)點為例：方程右邊：與該節(jié)點相聯(lián)系的各有源支路中的

46、電動勢與本支路電導乘積的代數(shù)和：當電動勢方向朝向該節(jié)點時，符號為正，否則為負。ABR1R2+-+E1E2R3R4R5+-E5I2I3I4I5C*197118按以上規(guī)律列寫B(tài)節(jié)點方程：R1R2+-+E1E2R3R4R5+-E5I2I3I4I5CAB*197119例1I1E1E3R1R4R3R2I4I3I2AB 電路中只含兩個節(jié)點時，僅剩一個未知數(shù)。UB = 0 V設(shè) :則：I1I4求*197120設(shè)：例2電路中含恒流源的情況則：BR1I2I1E1IsR2ARS?*197121R1I2I1E1IsR2ABRS 對于含恒流源支路的電路，列節(jié)點電位方程 時應按以下規(guī)則：方程左邊：按原方法編寫，但不考慮

47、恒流源支路的電阻。 方程右邊：寫上恒流源的電流。其符號為：電流朝向未知節(jié)點時取正號，反之取負號。電壓源支路的寫法不變。*197122第五節(jié) 電路基本定理本節(jié)的要求：正確理解疊加原理， 并熟練運用 正確理解并熟練運用 戴維南定理；*197123 在多個電源同時作用的線性電路中，任何支路的電流或任意兩點間的電壓，都是各個電源單獨作用時所得結(jié)果的代數(shù)和。一、疊加定理內(nèi)容：計算功率時不能應用疊加原理！I =II+=IR1+R2ISUS*當恒流源不作用時應視為開路IR1+R2US+IR1R2IS*當恒壓源不作用時應視為短路*19712412V+_7.2V電源單獨作用時：用疊加原理求下圖所示電路中的I2。

48、根據(jù)疊加原理: I2 = I2 + I2=1+(1)=0BAI237.2V+_212V+_612V電源單獨作用時： 解BA37.2V+_26I2I2例1：*197125用疊加定理求：I= ?I = I+ I= 2+（1）=1A“恒流源不起作用”或“令其等于0”，即是將此恒流源去掉，使原恒流源處開路。+-I4A20V101010I4A101010+-I20V10101020V電壓源單獨作用時：4A電流源單獨作用時：例2：*197126例3： 電路如圖，已知 E =10V、IS=1A ，R1=10 R2= R3= 5 ，試用疊加原理求流過 R2的電流 I2和理想電流源 IS 兩端的電壓 US。 (

49、b) E單獨作用 將 IS 斷開(c) IS單獨作用 將 E 短接解：由圖( b) (a)+ER3R2R1ISI2+US+ER3R2R1I2+USR3R2R1ISI2+ US *197127 例3：電路如圖，已知 E =10V、IS=1A ，R1=10 R2= R3= 5 ，試用疊加原理求流過 R2的電流 I2 和理想電流源 IS 兩端的電壓 US。 (b) E單獨作用(c) IS單獨作用(a)+ER3R2R1ISI2+US+ER3R2R1I2+USR3R2R1ISI2+ US 解：由圖(c) *197128應用疊加定理要注意的問題1. 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

50、改變）。 2. 疊加時只將電源分別考慮，電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不變。暫時不予考慮的恒壓源應予以短路，即令U=0；暫時不予考慮的恒流源應予以開路，即令I(lǐng)s=0。3.疊加時，注意電流、電壓的參考方向。以原電路的參考方向為基準： 若分電流、分電壓與原電路中電流、電壓的參考方 向相同時，疊加時相應項取正號；反之，取負號。*1971294. 疊加定理只能用于電壓或電流的計算，不能用來求功 率，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，每個 分支電路的電源個數(shù)可能不止一個。 設(shè)：則：R3I3=+*197130內(nèi)容：對外電路來說，任何一個線性有源二端網(wǎng)絡，均可以用一個理想電壓源和一個電阻元件串

51、聯(lián)的有源支路來等效代替，其電壓源US等于線性有源二端網(wǎng)絡的開路電壓UOC，電阻元件的阻值R0等于線性有源二端網(wǎng)絡除源后兩個外引端子間的等效電阻Rab。適用范圍：只求解復雜電路中的某一條支路電流或電壓時。線性有源二端網(wǎng)絡 ababR0US+-二、戴維南定理*197131無源二端網(wǎng)絡： 二端網(wǎng)絡中沒有電源ABAB有源二端網(wǎng)絡： 二端網(wǎng)絡中含有電源 戴維南定理中的“等效代替”，是指對端口以外的部分“等效”，即對相同外接負載而言，端口電壓和流出端口的電流在等效前后保持不變。注意：*197132已知：R1=20 、 R2=30 R3=30 、 R4=20 U=10V求：當 R5=16 時，I5=?R1R

52、3+_R2R4R5UI5R5I5R1R3+_R2R4U等效電路有源二端網(wǎng)絡例1：戴維南定理應用舉例*197133US =UOC先求等效電源US及R0I520+_AB30302010V16USR0+_AB 求戴維南等效電路R0 =RABUOC20+_A+_30302010VBCD 解*197134再求輸入電阻RAB 恒壓源被短接后，C、D成為一點，電阻R1和 R2 、R3 和 R4 分別并聯(lián)后相串聯(lián)。即： R0=RAB=20/3030/20=12+12=24 得原電路的戴維南等效電路CR020A303020BDA2V24+_16I5B由全電路歐姆定律可得：*197135US =(30/50) R

53、S +30 US =(50/100) RS +50R0 =200 k US =150V例2. 如圖所示有源二端網(wǎng)絡，用內(nèi)阻為50k的電壓表測出開路電壓值是30V，換用內(nèi)阻為100k 的電壓表測得開路電壓為50V，求該網(wǎng)絡的戴維南等效電路。解有源VU0二端網(wǎng)絡U0150V200KR根據(jù)測量值列出方程式：例3： 電路如圖，已知E1=40V，E2=20V，R1=R2=4， R3=13 ，試用戴維寧定理求電流I3。E1I1E2I2R2I3R3+R1+ER0+_R3abI3ab有源二端網(wǎng)絡等效電源問題求解三步曲在此求I3就容易了解：( 1 ) 斷開待求支路E1I1E2I2R2I3R3+R1+abR2E1

54、IE2+R1+ab+U0（2）求二端網(wǎng)絡的等效電路ER0+_ab 電路如圖，已知E1=40V，E2=20V，R1=R2=4， R3=13 ，試用戴維寧定理求電流I3。例3：E1I1E2I2R2I3R3+R1+abR2E1IE2+R1+ab+U0E = U0= E2 + I R2 = 20V +2.5 4 V= 30V或：E = U0 = E1 I R1 = 40V 2.5 4 V = 30V 電路如圖，已知E1=40V，E2=20V，R1=R2=4， R3=13 ，試用戴維寧定理求電流I3。例3：解： 求等效電源的內(nèi)阻R0 除去所有電源（理想電壓源短路，理想電流源開路）E1I1E2I2R2I3

55、R3+R1+abR2R1abR0 電路如圖，已知E1=40V，E2=20V，R1=R2=4， R3=13 ，試用戴維寧定理求電流I3。例3：( 3 ) 把移去的支路移回來，并求相應量E1I1E2I2R2I3R3+R1+abER0+_R3abI3 電路如圖，已知E1=40V，E2=20V，R1=R2=4， R3=13 ，試用戴維寧定理求電流I3。例3：*197141檢驗學習結(jié)果說明疊加定理的適用范圍，它是否僅適用于直流電路而不適用于交流電路的分析和計算？從疊加定理的學習中，可以掌握哪些基本分析方法？電流和電壓可以應用疊加定理進行分析和計算，功率為什么不行？*197142檢驗學習結(jié)果什么是二端網(wǎng)絡

56、、有源二端網(wǎng)絡？無源二端網(wǎng)絡？戴維南定理適用于哪些電路的分析和計算？是否對所有的電路都適用？應用戴維南定理求解電路的過程中，電壓源、電流源如何處理？如何求解戴維南等效電路的電壓源及內(nèi)阻？定理的實質(zhì)是什么？*197143第六節(jié) 一階電路的時域分析本節(jié)的要求：掌握換路定律，了解RC電路和RL電路的過渡過程，明確時間常數(shù)的含義，以及它對電路過程的影響。能解決簡單的時域響應問題。*197144動態(tài)電路: 含有動態(tài)元件(電感、電容)的電路, 通常用微分方程描述.一階動態(tài)電路: 只含有一個獨立動態(tài)元件的電路, 用一階微分方程描述.動態(tài)電路時域分析: 將動態(tài)電路中的激勵和響應都表示為時間t的函數(shù), 采用微分

57、方程來描述和分析動態(tài)電路的過程. 1、動態(tài)電路基本概念6.1 動態(tài)電路概述*197145電阻元件a.定義：電路中表示電能消耗的元件2.電阻元件、電感元件與電容元件b.電阻電路 交流電路: R = u/i 直流電路: R = U/IR 的單位為歐姆（）*197146d.實物c.功率P=UI=U2/R=RI2耗能元件*197147電感元件設(shè)線圈匝數(shù)為 N，則磁鏈: = N L電感:單位：韋伯(Wb)單位：亨利(H)下一節(jié)上一頁 (a) 電感器(b) 理想電感元件 a.定義*197148Lb.電感電壓與電流的關(guān)系在直流電路中，u=?u=0L相當于短路若電感元件電壓和電流取非關(guān)聯(lián)參考方向 注意：*19

58、7149以磁場能的形式儲存于L中單位：焦耳(J)當電感電流由0 i,所獲得的能量 瞬時功率 ： c.功率*197150電容元件a. 定義+ + (a) 電容器 (b) 理想元件 法拉（F）電壓與電流取關(guān)聯(lián)參考方向：b.電容電壓與電流的關(guān)系直流電路中，i=？i=0電容相當于開路*197151當電容電壓由0 u,所獲得的能量 瞬時功率： 以電場能的形式儲存于電容器中 單位：焦 耳 (J)c.功率 若電容元件電壓和電流取非關(guān)聯(lián)參考方向 注意：*1971523.換路與換路定律3.1 過渡過程 電路從一種穩(wěn)定狀態(tài)（簡稱“穩(wěn)態(tài)”）過渡到另一種穩(wěn)定狀態(tài)所經(jīng)歷的中間過程稱為過渡過程。 a.過渡過程 由于電路結(jié)

59、構(gòu)或參數(shù)的變化而導致電路工作狀態(tài)發(fā)生的變化稱為換路。 b.換路c.產(chǎn)生過渡過程的條件(1) 電路中含有儲能元件 (內(nèi)因)(2) 電路發(fā)生換路 (外因)*1971533.2 換路定律 L儲能：不能突變Cu C 儲能：在換路瞬間儲能元件的能量不能躍變電容電路： 設(shè)：t=0 表示換路瞬間 (定為計時起點) t=0- 表示換路前的終了瞬間 t=0+表示換路后的初始瞬間（初始值）電感電路：換路定律只適用于確定換路瞬間電容電壓和電感電流的初始值。 注意：*197154 初始值的確定方法：(2) 其它變量初始值的求法。(1) uC( 0+)、iL ( 0+) 的求法。1) 先由t =0-的電路求出 uC (

60、 0 ) 、iL ( 0 )； 2) 根據(jù)換路定律求出 uC( 0+)、iL ( 0+) 。1) 由t =0+的等效電路求其它變量的初始值；2) 在 t =0+時的電路中電容電壓用 uC( 0+)、電感電流用 iL ( 0+)。 重點*197155 【例1】 如圖3.5（a）所示電路，若 ， 。 ， ， 開關(guān)S閉合前電路已達穩(wěn)態(tài)， 時開關(guān)閉合。試求 、 、 、 和 解: 換路前，電路達到穩(wěn)定，此時，電容視為開路，電感視為短路*197156根據(jù)換路定律：換路后瞬間電路如圖所示電容用9V電壓源代替，電感用1A電流源代替。得到： 電容電壓和電感電流不發(fā)生躍變，其他變量均可能發(fā)生躍變。*197157一