《電路及磁路》第一章電路的基本概念及定律.ppt

1、電路及磁路,緒 論,一、課程的地位和主要內(nèi)容,電工電子技術(shù)研究電工技術(shù)和電子技術(shù) 的理論及其應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。,電工技術(shù) （上冊）,電子技術(shù) （下冊）,電路分析基礎(chǔ),磁路與電機(jī),模擬電子技術(shù),數(shù)字電子技術(shù),二、電工電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,現(xiàn)狀,容量大型化,器件小型化,設(shè)計(jì)自動(dòng)化,計(jì)算機(jī)檢測控制系統(tǒng)原理框圖,電工電子技術(shù)的典型應(yīng)用,三、如何學(xué)好電工電子技術(shù),課程特點(diǎn)：內(nèi)容多且廣、學(xué)時(shí)相對少,1、注意掌握“三基”：,2、注重綜合分析與設(shè)計(jì) 注重工程化素質(zhì)培養(yǎng),基本原理、基本分析方法、基本應(yīng)用,3、提高學(xué)習(xí)效率、培養(yǎng)自學(xué)能力,課堂、答疑、作業(yè)、自學(xué)、討論、實(shí)驗(yàn),第1章 電路的基本概念與基本定律,1.1

2、電路的作用與組成部分,1.2 電路模型,1.3 電壓和電流的參考方向,1.4 歐姆定律,1.5 電源有載工作、開路與短路,1.6 基爾霍夫定律,1.7 電路中電位的概念及計(jì)算,本章要求: 1.理解電壓與電流參考方向的意義； 2. 理解電路的基本定律并能正確應(yīng)用； 3. 了解電路的有載工作、開路與短路狀態(tài)， 理解電功率和額定值的意義； 4. 會(huì)計(jì)算電路中各點(diǎn)的電位。,第1章 電路的基本概念與基本定律,1.1 電路的作用與組成部分,(1) 實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換,(2)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞與處理,1. 電路的作用,電路是電流的通路，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。,2. 電路的

3、組成部分,電源: 提供 電能的裝置,負(fù)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,直流電源: 提供能源,信號(hào)處理： 放大、調(diào)諧、檢波等,負(fù)載,信號(hào)源: 提供信息,2.電路的組成部分,電源或信號(hào)源的電壓或電流稱為激勵(lì)，它推動(dòng)電路工作；由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。,1. 2 電路模型,手電筒的電路模型,為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路,一般要將實(shí)際電路模型化，用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來模擬實(shí)際電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)際電路相對應(yīng)的電路模型。,例：手電筒,電池,導(dǎo)線,燈泡,開關(guān),手電筒由電池、燈 泡、開關(guān)和筒體組成。,理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容

4、元件和電源元件等。,手電筒的電路模型,電池,導(dǎo)線,燈泡,開關(guān),電池是電源元件，其參數(shù)為電動(dòng)勢 E 和內(nèi)阻Ro；,燈泡主要具有消耗電能的性質(zhì)，是電阻元件，其參數(shù)為電阻R；,筒體用來連接電池和燈泡，其電阻忽略不計(jì)，認(rèn)為是無電阻的理想導(dǎo)體。,開關(guān)用來控制電路的通斷。,今后分析的都是指電路模型，簡稱電路。在電路圖中，各種電路元件都用規(guī)定的圖形符號(hào)表示。,1.3 電壓和電流的參考方向,物理中對基本物理量規(guī)定的方向,1. 電路基本物理量的實(shí)際方向,(2) 參考方向的表示方法,電流：,電壓：,(1) 參考方向,在分析與計(jì)算電路時(shí)，對電量任意假定的方向。,2. 電路基本物理量的參考方向,實(shí)際方向與參考方向一致

5、，電流(或電壓)值為正值； 實(shí)際方向與參考方向相反，電流(或電壓)值為負(fù)值。,(3) 實(shí)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(fù)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 。,若 U = 5V，則電壓的實(shí)際方向從 a 指向 b；,若 U= 5V，則電壓的實(shí)際方向從 b 指向 a 。,1.4 歐姆定律,U、I 參考方向相同時(shí)，,U、I 參考方向相反時(shí)，,表達(dá)式中有兩套正負(fù)號(hào)： 式前的正負(fù)號(hào)由U、I 參考方向的關(guān)系確定；, U、I 值本身的正負(fù)則說明實(shí)際方向與參考 方向之間的關(guān)系。,通常取 U、I 參

6、考方向相同。,U = I R,U = IR,解：對圖(a)有, U = IR,例：應(yīng)用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻R。,對圖(b)有, U = IR,電路端電壓與電流的關(guān)系稱為伏安特性。,遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻，它表示該段電路電壓與電流的比值為常數(shù)。,線性電阻的概念：,線性電阻的伏安特性是一條過原點(diǎn)的直線。,1.5 電源有載工作、開路與短路,開關(guān)閉合,接通電源與負(fù)載,（負(fù)載端）,U = IR,特征:,1.5.1 電源有載工作, 電流的大小由負(fù)載決定（E恒定）。, 在電源有內(nèi)阻(Ro0)時(shí)，I U 。,或 U = E IR0,當(dāng) R0R 時(shí)，則U E ，表明當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，電源的端

7、電壓變化不大，即帶負(fù)載能力強(qiáng)。,Us,I,（電源端）,功率:,1.5.1 電源有載工作,知：UI = EI IRo,P = PE P,負(fù)載 取用 功率,電源 產(chǎn)生 功率,內(nèi)阻 消耗 功率,E恒定時(shí)，電源輸出的功率P由負(fù)載R決定。,負(fù)載大小的概念: 負(fù)載增加指負(fù)載取用的 電流和功率增加(電壓一定)。,由：U = E IRo,令：,P=UI PE =EI P = IRo,則：,電源與負(fù)載的判別,U、I 參考方向不同，P = UI 0，電源； P = UI 0，負(fù)載。,U、I 參考方向相同，P =UI 0，負(fù)載； P = UI 0，電源。,1. 根據(jù) U、I 的實(shí)際方向判別,2. 根據(jù) U、I 的參

8、考方向判別,電源： U、I 實(shí)際方向相反，即電流從“+”端流出， （發(fā)出功率）；,負(fù)載： U、I 實(shí)際方向相同，即電流從“-”端流出。 （吸收功率）。,電氣設(shè)備的額定值,額定值: 電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)的規(guī)定使用值,電氣設(shè)備的三種運(yùn)行狀態(tài),欠載(輕載)： I IN ，P PN (不經(jīng)濟(jì)),過載(超載)： I IN ，P PN (設(shè)備易損壞),額定工作狀態(tài)： I = IN ，P = PN (經(jīng)濟(jì)合理安全可靠),特征:,開關(guān) 斷開,1.5.2 電源開路,1. 開路處的電流等于零； I = 0 2. 開路處的電壓 U 視電路情況而定。,電路中某處斷開時(shí)的特征:,Us,電源外部端子被短接,1.5.3 電

9、源短路,1. 短路處的電壓等于零； U = 0 2. 短路處的電流 I 視電路情況而定。,電路中某處短路時(shí)的特征:,1. 6 基爾霍夫定律,支路：電路中的每一個(gè)分支。 一條支路流過一個(gè)電流，稱為支路電流。,結(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)。,回路：由支路組成的閉合路徑。,網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路的回路。,例1：,支路：ab、bc、ca、 （共6條）,回路：abda、abca、 adbca （共7 個(gè)）,結(jié)點(diǎn)：a、 b、c、d (共4個(gè)）,網(wǎng)孔：abd、 abc、bcd （共3 個(gè)）,1.6.1 基爾霍夫電流定律(KCL定律),1定律,即: 入= 出,在任一瞬間，流向任一結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流

10、。, 實(shí)質(zhì): 電流連續(xù)性的體現(xiàn)。,或: = 0,對結(jié)點(diǎn) a：,I1+I2 = I3,或 I1+I2I3= 0,基爾霍夫電流定律（KCL）反映了電路中任一結(jié)點(diǎn)處各支路電流間相互制約的關(guān)系。,電流定律可以推廣應(yīng)用于包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面。,2推廣,I =?,例:,廣義結(jié)點(diǎn),I = 0,IA + IB + IC = 0,在任一瞬間，沿任一回路循行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。,1.6.2 基爾霍夫電壓定律（KVL定律),1定律,即： U = 0,在任一瞬間，從回路中任一點(diǎn)出發(fā)，沿回路循行一周，則在這個(gè)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 +I

11、3 R3,I2 R2+I3 R3=E2,或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0,或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0,基爾霍夫電壓定律（KVL） 反映了電路中任一回路中各段電壓間相互制約的關(guān)系。,1列方程前標(biāo)注回路循行方向；,電位升 = 電位降 E2 =UBE + I2R2, U = 0 I2R2 E2 + UBE = 0,2應(yīng)用 U = 0列方程時(shí)，項(xiàng)前符號(hào)的確定： 如果規(guī)定電位降取正號(hào)，則電位升就取負(fù)號(hào)。,3. 開口電壓可按回路處理,注意：,對回路1：,例：,對網(wǎng)孔abda：,對網(wǎng)孔acba：,對網(wǎng)孔bcdb：,R6,I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0,I2 R2 I4

12、R4 I6 R6 = 0,I4 R4 + I3 R3 E = 0,對回路 adbca，沿逆時(shí)針方向循行：, I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0,應(yīng)用 U = 0列方程,對回路 cadc，沿逆時(shí)針方向循行：, I2 R2 I1 R1 + E = 0,1.7 電路中電位的概念及計(jì)算,電位：電路中某點(diǎn)至參考點(diǎn)的電壓，記為“VX” 。 通常設(shè)參考點(diǎn)的電位為零。,1. 電位的概念,電位的計(jì)算步驟: (1) 任選電路中某一點(diǎn)為參考點(diǎn)，設(shè)其電位為零； (2) 標(biāo)出各電流參考方向并計(jì)算； (3) 計(jì)算各點(diǎn)至參考點(diǎn)間的電壓即為各點(diǎn)的電位。,某點(diǎn)電位為正，說明該點(diǎn)電位比參考點(diǎn)高； 某點(diǎn)

13、電位為負(fù)，說明該點(diǎn)電位比參考點(diǎn)低。,2. 舉例,求圖示電路中各點(diǎn)的電位:Va、Vb、Vc、Vd 。,解： 設(shè) a為參考點(diǎn)， 即Va=0V,Vb=Uba= 106= 60V Vc=Uca = 420 = 80 V Vd =Uda= 65 = 30 V,設(shè) b為參考點(diǎn)，即Vb=0V,Va = Uab=106 = 60 V Vc = Ucb = E1 = 140 V Vd = Udb =E2 = 90 V,b,a,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,結(jié)論：,(1)電位值是相對的，參考點(diǎn)選取的不同，電路中 各點(diǎn)的電位也將隨之改變；,(2) 電路中兩點(diǎn)間的電壓值是固定的，不會(huì)因參考 點(diǎn)的不同而變， 即與零電位參考點(diǎn)的選取無關(guān)。,借助電位的概念可以簡化電路作圖,例1: 圖示電路，計(jì)算開關(guān)S 斷開和閉合時(shí)A點(diǎn) 的電位VA,解: (1)當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),(2) 當(dāng)開關(guān)閉合時(shí),電路 如圖（b）,電流 I2 = 0， 電位 VA = 0V 。,電流 I1 = I2 = 0， 電位