电路及其分析方法(1-2).ppt

电 工 技 术,一、电能的应用 电能应用在工业、农业及国民经济各部门，在日常生活中也是不可缺少的。,绪论,1.电能的优越性（1）便于转换（2）便于传输（3）便于控制,2.不足之处 难于储存,二、课程的目的和学习方法 目的获得电的基本理论知识，为今后的学习和工程技术研究打下基础。方法掌握好物理概念（多看参考书）；多做习题。,第 1 章电路及其分析方法,本章要求:1.理解电压与电流参考方向的意义；2.理解电路的基本定律并能正确应用；3.了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义；4.会计算电路中各点的电位5.掌握支路电流法、叠加原理和戴维宁定理等 电路的基本分析方法。6.了解实际电源的两种模型及其等效变换。,1-1 电路的作用与组成部分 电路电流流经的闭合路径（由电工设备和元件 组成）。,一.电路的组成 电源（信号源）中间环节 负载,二.电路的作用传输和转换电能；传递和处理信号。,电源：将非电能转换成电能的装置,(干电池,蓄电池,发电机)或信号源。,中间环结：把电源与负载连接起来的部分,(连接导线,开关),负载：将电能转换成非电能的用电设备,(电灯,电炉,电动机),一.电路的组成：,电路的组成,二.电路的作用,1.电能传输和转换,发电机,升压变压器,降压变压器,电灯电炉,热能,水能,核能转电能,传输分配电能,电能转换为光能,热能和机械能,2.信号的传递和处理,放大器,扬声器,将语音转换为电信号,(信号源),信号转换、放大、信号处理,(中间环节),接受转换信号的设备,(负载),电路分析在已知电路结构与元件参数情 况下研究电路激励与响应之间 的关系。,激励推动电路工作的电源的电压或电流。,响应由于电源或信号源的激励作用，在 电路中产生的电压与电流。,将实际元件理想化，由理想化的电路元件组成的电路。,例如：,理想化导线,理想化元件,今后我们分析的都是电路模型，简称电路。,1-2 电路的模型,理想化电源,电路模型:由理想元件组成的电路.,（一）理想无源元件(线性元件),1.电阻:电路中消耗电能的理想元件,2.电容:电路中储存电场能的理想元件,3.电感:电路中储存磁场能的理想元件,线性电路:由线性元件和电源元件组成的电路.,（二）理想电源元件,1.理想电压源,恒压源,2.理想电流源,恒流源,1-3 电压和电流的参考方向,电路中的箭头方向为电压与电动势和电流的参考方向.,电路中物理量的正方向(参考方向),物理量的正方向：,物理量的实际正方向,一、电流,电流方向正电荷运动的方向,（实际方向）。,电流参考方向任选一方向为电流正方向。,正值,负值,Iab=-Iba,二、电压,电压方向由高电位端指向低电位端（实际方向）。,电压参考方向任选一方向位为电压正方向。,电压表示方法：,Uab=-Uba,关联正方向：,关联正方向,三、电动势,电动势的方向电位升高的方向（实际方向）。,电动势的参考方向任选一方向为电动势的正方向。,电动势的表示方法：,a.箭头,b.正负号,c.双下标,电动势和电压的关系：,电压与电动势规定正方向相反时,E=U,电压与电动势规定正方向相同时,E=-U,由以上关系可以看出：电压源可由一个大小相等，方向相反的外加电压表示。,(U=E),实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。,实际方向与参考方向的关系,注意：在参考方向选定后，电流(或电压)值才有正负之分。,若 I=5A，则电流从 a 流向 b；,例：,若 I=5A，则电流从 b 流向 a。,若 U=5V，则电压的实际方向从 a 指向 b；,若 U=5V，则电压的实际方向从 b 指向 a。,欧姆定律,U、I 参考方向相同时，,U、I 参考方向相反时，,表达式中有两套正负号：式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；,U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。,通常取 U、I 参考方向相同。,U=I R,U=IR,解：对图(a)有,U=IR,例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。,对图(b)有,U=IR,电路分析中的假设正方向(参考方向）,问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？,电流方向AB？,电流方向BA？,(1)在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；,解决方法,(3)根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。,(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式并计算；,例,已知：E=2V,R=1求：当Uab分别为 3V 和 1V 时，IR=?,U,(3)数值计算,（实际方向与假设方向一致）,（实际方向与假设方向相反）,U,(4)为了避免列方程时出错，习惯上把 I 与 U 的方向 按相同方向假设(关联正方向）。,(1)方程式U/I=R 仅适用于假设正方向一致的情况。,(2)“实际方向”是物理中规定的，而“假设 正方向”则 是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。,(3)在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向”(即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程 计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的.,提示,例,关联正方向,非关联正方向,p5,练习与思考1-3,课堂练习4,作业,1-4电源有载工作、开路和短路,1.4.1 电源有载工作,（注意：电源输出的功率和电流由负载决定。）,当RR0时,UE,1、电压和电流,负载大小的概念:负载增加指负载取用的电流和功率增加(电压一定)。,电源的外特性曲线,表示电源端电压与输出电流之间的关系曲线，称为外特性曲线。,U=IR=E IR0,上式表明：当R变化时，电源端电压变化不大，则此电源带负载的能力强。,2.功率与功率平衡,电源的发出功率=负载的取用功率+电源内阻上的消耗功率,P-电源输出的功率PE-电源产生的功率P-电源内阻上消耗的功率,功率平衡方程式：,3.电源与负载的判别,A.根据 U、I 的实际方向判别,电源：U、I 实际方向相反，即电流从“+”端流出，（发出功率）；,负载：U、I 实际方向相同，即电流从“-”端流出。（吸收功率）。,B.在 U、I 正方向选择一致的前提下：,“吸收功率”（负载）,“发出功率”（电源）,若 P=UI 0,若 P=UI 0,当 计算的 P 0 时,则说明 U、I 的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。,功率性质判断：,当计算的 P 0 时,则说明 U、I 的实际方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。,如果假设 U、I 正方向一致。,电源有时发出功率，有时消耗功率。,当计算的电源功率PE 0 时,则电源消耗功率，为负载；当计算的电源功率PE 0 时,则电源发出功率，为电源.,例,P=UI=-10W0,发出功率，是电源。,P=-UI=10W0，消耗功率，是负载。,P=-UI=-10W0，发出功率，是电源。,练习,4.额定值与实际值,额定值:制造厂为了使电子设备能在给定的工作条件下正常运行而规定的正常允许值。,UN、IN、PN,使用时，电压、电流、功率的实际值不一定等于额定值。,电器使用时的实际值不一定等于额定值的原因：,a.电器受外界影响如电压波动。,b.负载变化时，电源/电机的电流、功率通常不一定处于 额定工作状态。,电气设备的三种运行状态,欠载(轻载)：I IN，P PN(不经济),过载(超载)：I IN，P PN(设备易损坏),额定工作状态：I=IN，P=PN(经济合理安全可靠),开关S断开时，外电路的电阻无穷大,电流为零，电源的端电压U0等于电源电动势E。,、电源开路（断路或空载）,电路特征：,I=0,U=0,U0=E-R0 I=E,PE=P=0,（其中：PE=EI、P=UI）,.电源短路,U=0 I=0,P=0,电路特征：,U=0,Ex.,P45,用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括基氏电流和基氏电压两个定律。,术语：,网孔：不包含任何支路的回路,支路：电路中的每一个分支（一个支路流过一个电流）,结点：三个或三个以上支路的联结点,回路：电路中任一闭合路径,1基尔霍夫定律(克希荷夫),支路：ab、ad、.（共6条）,回路：abcda、abca、abdca、adbca.（共7 个）,结点：a、b、.(共4个）,例,网孔：abda、bcdb、adca（共3 个）,描述1、对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流 等于由结点流出的电流。,基氏电流定律的依据：电流的连续性,1.1 基尔霍夫电流定律（KCL),设：流入结点为正，流出结点为负。,描述2、在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为 0。,电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面（广义结点）。,I1+I2=I3,I=0,基氏电流定律的扩展,I=?,描述1（不推荐）对电路中的任一回路，沿任意循行方向的各段电压的代数和等于零。,即：,1.2 基尔霍夫电压定律（KVL）,即：,描述2 在任一回路的循行方向上，电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。,描述3在任一回路的循行方向上，电位降之和等于电位升之和。,基氏电压定律的依据：能量守恒,E、U和IR与循行方向相同为正，反之为负。,例如：回路 a-d-c-a,或：,注意：与循行方向相同为正，反之为负。,I3R3+E4=E3+I4R4+I5R5(电位降)(电位升),基氏电压定律也适合开口电路。,例,由：,得：,根据 U=0,UAB=UA UB,UA UB UAB=0,基氏电压定律也适合开口电路。,网孔,网孔,设：电路中有N个结点，B个支路,N=2、B=3,小 结,KVL求解电路方程小结,标出各电流、电压、电动势的参考正方向选定循行方向列KVL方程+/-：电阻电压/电动势参考正方向与循行方向一致，为+，反之为-,电位升=电位降 E2=UBE+I2R2,开口电压可按回路处理,对回路1：,课堂练习课堂测验1.5.10(a),1.6 电阻的串联与并联,一、电阻的串联,R=R1+R2+Rn=,分压作用：,二、电阻的并联,分流作用,今后电阻并联用“/”表示,例：1/R2,p18,简单电路由单回路或用串并联可化简成单回 路的电路。,复杂电路无法用串并联化简成单回路的电路。,电路的常用分析方法有：电压源与电流源的等效变换、支路电路法、叠加原理、戴维宁定理等。,例：对于复杂电路（如下图）仅通过串、并联无法求解，必须经过一定的解题方法，才能算出结果。,如：,下面主要介绍复杂电路的分析方法。,