電工技術(shù)基礎(chǔ)教案第1章 電路模型與電路定律課件

1、電工技術(shù)基礎(chǔ)制作 機(jī)械設(shè)備2011年7月學(xué)習(xí)要點(diǎn)電流、電壓參考方向及功率計(jì)算常用電路元件的伏安特性電路的負(fù)載、開路及短路狀態(tài)額定值的意義基爾霍夫定律電位的概念及計(jì)算第1章 電路模型及電路定律第1章 電路模型及電路定律1.1 電路及基本物理量1.2 電路模型1.3 電氣設(shè)備的額定值及電路的工作狀態(tài)1.4 基爾霍夫定律1.5 電位的概念及計(jì)算1.1 電路及基本物理量電路的組成電路是為了某種需要而將某些電工設(shè)備或元件按一定方式組合起來的電流通路。由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)3部分組成。電路的主要功能一：進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配。二：實(shí)現(xiàn)信號的傳遞、存儲和處理。1.1.1 電路的組成及功能正電荷運(yùn)動方向規(guī)

2、定為電流的實(shí)際方向。電流的方向用箭頭或雙下標(biāo)變量表示。任意假設(shè)的電流方向稱為電流的參考方向。 如果求出的電流值為正，說明參考方向與實(shí)際方向一致，否則說明參考方向與實(shí)際方向相反。1.1.3 電壓、電位和電動勢電路中a、b點(diǎn)兩點(diǎn)間的電壓定義為單位正電荷由a點(diǎn)移至b點(diǎn)電場力所做的功。電路中某點(diǎn)的電位定義為單位正電荷由該點(diǎn)移至參考點(diǎn)電場力所做的功。電路中a、b點(diǎn)兩點(diǎn)間的電壓等于a、b兩點(diǎn)的電位差。 對一個(gè)元件，電流參考方向和電壓參考方向可以相互獨(dú)立地任意確定，但為了方便起見，常常將其取為一致，稱關(guān)聯(lián)方向；如不一致，稱非關(guān)聯(lián)方向。 如果采用關(guān)聯(lián)方向，在標(biāo)示時(shí)標(biāo)出一種即可。如果采用非關(guān)聯(lián)方向，則必須全部標(biāo)

3、示。 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電源的負(fù)極搬運(yùn)到正極所做的功，稱為電源的電動勢。 電動勢的實(shí)際方向與電壓實(shí)際方向相反，規(guī)定為由負(fù)極指向正極。1.1.4 電功率電場力在單位時(shí)間內(nèi)所做的功稱為電功率，簡稱功率。功率與電流、電壓的關(guān)系：關(guān)聯(lián)方向時(shí)：p =ui非關(guān)聯(lián)方向時(shí)：p =uip0時(shí)吸收功率，p0時(shí)放出功率。例：求圖示各元件的功率.（a）關(guān)聯(lián)方向，P=UI=52=10W，P0，吸收10W功率。（b）關(guān)聯(lián)方向，P=UI=5(2)=10W，P0，吸收10W功率。解：元件A：非關(guān)聯(lián)方向，P1=U1I=101=10W，P10，產(chǎn)生10W功率，電源。元件B：關(guān)

4、聯(lián)方向，P2=U2I=61=6W，P20，吸收10W功率，負(fù)載。P1+P2+P3=1=+6+4=0，功率平衡。例： I=1A，U1=10V，U2=6V，U3=4V。求各元件功率，并分析電路的功率平衡關(guān)系。1.2 電路模型 為了便于對電路進(jìn)行分析計(jì)算，常常將實(shí)際電路元件理想化，也稱模型化，即在一定條件下突出其主要的電磁性質(zhì)，忽略次要的因素，用一個(gè)足以表征其主要特性的理想元件近似表示。由理想電路元件所組成的電路，稱為電路模型。常見的電路元件有電阻元件、電容元件、電感元件、電壓源、電流源。 電路元件在電路中的作用或者說它的性質(zhì)是用其端鈕的電壓、電流關(guān)系即伏安關(guān)系（VAR）來決定的。1.2.1 電路模

5、型的概念伏安關(guān)系：2電感元件符號：電感元件是一種能夠貯存磁場能量的元件，是實(shí)際電感器的理想化模型。稱為電感元件的電感，單位是亨利（）。只有電感上的電流變化時(shí)，電感兩端才有電壓。在直流電路中，電感上即使有電流通過，但，相當(dāng)于短路。存儲能量：3電容元件電容元件是一種能夠貯存電場能量的元件，是實(shí)際電容器的理想化模型。伏安關(guān)系：符號：只有電容上的電壓變化時(shí)，電容兩端才有電流。在直流電路中，電容上即使有電壓，但，相當(dāng)于開路，即 電容具有隔直作用。C稱為電容元件的電容，單位是法拉（F）。存儲能量：（2）特性曲線與符號i=iS流過電流為is，與電源兩端電壓無關(guān)，由電源本身確定，電壓任意，由外電路確定。5理想

6、電流源（1）伏安關(guān)系1.2.3 實(shí)際電源的兩種模型實(shí)際電源的伏安特性或 可見一個(gè)實(shí)際電源可用兩種電路模型表示：一種為電壓源Us和內(nèi)阻Ro串聯(lián)，另一種為電流源Is和內(nèi)阻Ro并聯(lián)。實(shí)際使用電源時(shí)，應(yīng)注意以下3點(diǎn)：（1）實(shí)際電工技術(shù)中，實(shí)際電壓源，簡稱電壓源，常是指相對負(fù)載而言具有較小內(nèi)阻的電壓源；實(shí)際電流源，簡稱電流源，常是指相對于負(fù)載而言具有較大內(nèi)阻的電流源。（2）實(shí)際電壓源不允許短路由于一般電壓源的R0很小，短路電流將很大，會燒毀電源，這是不允許的。平時(shí)，實(shí)際電壓源不使用時(shí)應(yīng)開路放置，因電流為零，不消耗電源的電能。（3）實(shí)際電流源不允許開路處于空載狀態(tài)?？蛰d時(shí)，電源內(nèi)阻把電流源的能量消耗掉，而

7、電源對外沒送出電能。平時(shí)，實(shí)際電流源不使用時(shí)，應(yīng)短路放置，因?qū)嶋H電流源的內(nèi)阻R0一般都很大，電流源被短路后，通過內(nèi)阻的電流很小，損耗很?。欢怆娐飞隙搪泛箅妷簽榱?，不消耗電能。1.3 電氣設(shè)備的額定值及電路的工作狀態(tài)1.3.1 電氣設(shè)備的額定值額定值是制造廠為了使產(chǎn)品能在給定的工作條件下正常運(yùn)行而規(guī)定的正常容許值。額定值有額定電壓UN與額定電流IN或額定功率PN 。必須注意的是，電氣設(shè)備或元件的電壓、電流和功率的實(shí)際值不一定等于它們的額定值。1.3.2 電路的工作狀態(tài)1、負(fù)載狀態(tài)P=UI：電源輸出的功率PS=USI：電源產(chǎn)生的功率P=I2R0：內(nèi)阻消耗的功率2、空載狀態(tài)3、短路狀態(tài)解：(1)電

8、源的額定電流為：(2)電源開路電壓為：(3)電源在額定狀態(tài)時(shí)的負(fù)載電阻為：(4)短路電流為：1.4 基爾霍夫定律支路、節(jié)點(diǎn)、回路電路中兩點(diǎn)之間通過同一電流的不分叉的一段電路稱為支路。電路中3條或3條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。電路中任一閉合的路徑稱為回路?；芈穬?nèi)部不含支路的稱網(wǎng)孔圖示電路有3條支路、兩個(gè)節(jié)點(diǎn)、3個(gè)回路、兩個(gè)網(wǎng)孔。KCL通常用于節(jié)點(diǎn)，但是對于包圍幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的閉合面也是適用的。例：列出下圖中各節(jié)點(diǎn)的KCL方程解：取流入為正以上三式相加： I1I2I3 0 節(jié)點(diǎn)a I1I4I60節(jié)點(diǎn)b I2I4I50節(jié)點(diǎn)c I3I5I601.4.2 基爾霍夫電壓定律（KVL）表述一表述二在任一瞬時(shí)，在任

9、一回路上的電位升之和等于電位降之和。在任一瞬時(shí)，沿任一回路電壓的代數(shù)和恒等于零。電壓參考方向與回路繞行方向一致時(shí)取正號，相反時(shí)取負(fù)號。所有電壓均為正。對于電阻電路，回路中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。在運(yùn)用上式時(shí)，電流參考方向與回路繞行方向一致時(shí)iR前取正號，相反時(shí)取負(fù)號；電壓源電壓方向與回路繞行方向一致時(shí)us前取負(fù)號，相反時(shí)取正號。KVL通常用于閉合回路，但也可推廣應(yīng)用到任一不閉合的電路上。例：列出下圖的KVL方程例：圖示電路，已知U1=5V， U3=3V，I=2A ，求U2、I2、R1、R2和US。解：I2=U32=32=1.5AU2= U1U3=53=2VR2=U2I2 =21.5=1.33I1=II2=21.5=0.5AR1=U1I1 =50.5=10US= UU1=235=11V例：圖示電路，已知US1=12V，US2=3V，R1=3，R2=9，R3=10，求Uab。解：由KCL I3= 0，I1=I2由KVL I1 R1 I2 R2=US1由KVL解得：解得：1.5 電位的概念及計(jì)算