电工学(第七版)上册秦曾煌第1章电路的基本概念与基本定律ppt课件.pptx

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1、第1章 电路的基本概念与基本定律,1.1 电路的作用与组成部分,1.2 电路模型,1.3 电压和电流的参考方向,1.4 欧姆定律,1.5 电源有载工作、开路与短路,1.6 基尔霍夫定律,1.7 电路中电位的概念及计算,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。,第1章 电路的基本概念与基本定律,1.1 电路的作用与组成部分,(1)实现电能的传输、分配与转换,(2)实现信号的传递与处理,1.电路的作用,电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式

2、组合而成。,2.电路的组成部分,中间环节：传递、分配和控制电能的作用,电源:提供电能的装置,负载:取用电能的装置,直流电源:提供能源,负载,信号源:提供信息,2.电路的组成部分,电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。,信号处理：放大、调谐、检波等,1.2 电路模型,消耗电能(电阻性),产生磁场 储存磁场能量(电感性),忽略 L,例：白炽灯通过电流,理想电路元件：电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。,电阻元件 电感元件 电容元件,在实际分析中，可将实际电路理想化，即在一定条件下突出主要的电磁性质,忽略起次要因素的影响,由一些理想元件组成电路模型

3、。,手电筒的电路模型,干电池,导线,灯泡,例：,电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。,电路分析是在已知电路结构和参数的条件下，讨论激励与响应的关系。,今后分析的都是指电路模型，简称电路。,手电筒电路,电路中的物理量,电流电压电动势,1.3 电压和电流的参考方向,电路中物理量的正方向,物理量的正方向：,物理量正方向的表示方法,+,_,物理量正方向的表示方法,电压的正方向箭头和正负号是等价的,只用其中之一.,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？,U

4、1,A,B,R,U2,IR,(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：若计算结果为正值，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负值，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；,I=0.28A,I=0.28A,电动势为E=3V方向由负极指向正极；,例:电路如图所示。,电流I的参考方向与实际方向相同，I=0.28A,由流向,反之亦然。,电压U的参考方向与实际方向相反,U=2.8V;,即:U=U,电压U的参考方向与实际方向相同,U=2.8V,方向由指向；,2.8V,2.8V,1.4 欧姆定律,U、I 参

5、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：(1)式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定。,(2)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,电流的参考方向与实际方向相反,电压与电流参考方向相反,电路端电压与电流的关系称为伏安特性。,遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。,线性电阻的概念：,线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。,注意：1.用欧姆定律列方程时，一定要在 图中标

6、明正方 向。2.为避免欧姆定律中的负号在解题时漏掉,我们一 般将电压与电流的参考方向选取相同,称为关联 选取.,规定正方向的情况下电功率的写法,功率的概念：设电路任意两点间的电压为 U,流入此 部分电路的电流为 I，则这部分电路消耗的功率为:,电压电流正方向一致,规定正方向的情况下电功率的写法,电压电流正方向相反,P=UI,吸收功率或消耗功率（起负载作用）,若 P 0,输出功率（起电源作用）,若 P 0,电阻消耗功率肯定为正,电源的功率可能为正（吸收功率），也可能为负（输出功率）,功率有正负,电源的功率,P=UI,P=UI,电压电流正方向不一致,电压电流正方向一致,含源网络的功率,1.5 电源

7、有载工作、开路与短路,开关闭合,接通电源与负载,负载端电压,U=IR,1.电压电流关系,1.5.1 电源有载工作,(1)电流的大小由负载决定,(2)在电源有内阻时，I U。,或 U=E IR0,当 R0R 时，则U E，表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。,负载端电压,U=IR,1.5.1 电源有载工作,或 U=E IRo,UI=EI I2Ro,P=PE P,负载取用功率,电源产生功率,内阻消耗功率,电源输出的功率由负载决定。,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)。,1.电压电流关系,2.功率与功率平衡,例:已知:电路中U=220V，I=5A，内阻

8、R01=R02=0.6。,求:(1)电源的电动势 E1和负载的反电动势 E2；(2)说明功率的平衡关系。,解：(1)对于电源 U=E1 U1=E1 IR01 即 E1=U+IR01=220+50.6=223V U=E2+U2=E2+IR02 即 E2=UIR01=220 50.6=217V,(2)功率的平衡关系 E1=E2+IR01+IR02 等号两边同时乘以 I,则得 E1 I=E2 I+I2R01+I2R02代入数据有 223 5=217 5+52 0.6+5+52 0.6 1115W=1085W+15W+15W,电气设备的额定值,额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值,注意：电气设备工

9、作时的实际值不一定都等于其额定值，要能够加以区别。,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),在220V电压下工作时的电阻,一个月用电,W=Pt=60W(3 30)h=0.06kW 90h=5.4kW.h,例：一只220V,60W的白炽灯,接在220V的电源上，试求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作时的电阻。如果每晚工作3h(小时)，问一个月消耗多少电能?,解:通过电灯的电流为,特征:,开关 断开,电源外部端子被短接,特征:,1.5.3 电源短路,1.5.2 电

10、源开路,为防止事故发生，需在电路中接入熔断器或自动断路器，用以保护电路。,1.6 基尔霍夫定律,1,2,3,支路：电路中的每一个分支。一条支路流过一个电流，称为支路电流。,结点：三条或三条以上支路的联接点。,回路：由支路组成的闭合路径。,网孔：内部不含支路的回路。,例1：,支路：ab、bc、ca、（共6条）,回路：abda、abca、adbca（共7 个）,结点：a、b、c、d(共4个）,网孔：abd、abc、bcd（共3 个）,1.6.1 基尔霍夫电流定律(KCL定律),1.定律,即:入=出,在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。,实质:电流连续性的体现。,或:=0,对结点 a

11、：,I1+I2=I3,或 I1+I2 I3=0,基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。,电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。,2.推广,I=?,例:,I=0,IA+IB+IC=0,广义结点,在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。,1.6.2 基尔霍夫电压定律（KVL定律),1.定律,即：U=0,在任一瞬间,从回路中任一点出发,沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。,对回路1：,对回路2：,E1=I1 R1+I3 R3,I2 R2+I3 R3=E2,或 I1 R1+I3 R3 E1=0,或 I2

12、R2+I3 R3 E2=0,基尔霍夫电压定律（KVL）反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。,1,2,1.列方程前标注回路循行方向；,电位升=电位降 E2=UBE+I2R2,U=0 I2R2 E2+UBE=0,2.应用 U=0列方程时，项前符号的确定：元件两端电压与回路循行方向一致取正号，不一致就取负号。,3.开口电压可按回路处理(广义回路）,注意：,对回路1：,1,例：,对网孔abda：,对网孔acba：,对网孔bcdb：,IG RG I3 R3+I1 R1=0,I2 R2 I4 R4 IGRG=0,I4 R4+I3 R3 E=0,对回路 adbca，沿逆时针方向循行：,I1 R1

13、+I3 R3+I4 R4 I2 R2=0,应用 U=0列方程,对回路 cadc，沿逆时针方向循行：,I2 R2 I1 R1+E=0,U1+U2 U3 U4+U5=0,例 2：图中若 U1=2 V，U2=8 V，U3=5 V，U5=3 V，R4=2，求电阻 R4 两端的电压及流过它的电流。,解：设电阻 R4 两端电压的极性及流过它的电流 I的参考方向如图示。,(2)+8 5 U4+(3)=0,U4=2 V,I=1 A,沿顺时针方向列写回路的 KVL 方程式,代入数据，有,U4=IR4,1.7 电路中电位的概念及计算,电位：电路中某点至参考点的电压，记为“VX”。通常设参考点的电位为零。,1.电位

14、的概念,电位的计算步骤:(1)任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；(2)标出各电流,电压参考方向并计算；(3)计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。,某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。,2.举例,求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd。,解：设 a为参考点，即Va=0V,Vb=Uba=106=60VVc=Uca=420=80 VVd=Uda=65=30 V,设 b为参考点，即Vb=0V,Va=Uab=106=60 VVc=Ucb=E1=140 VVd=Udb=E2=90 V,b,a,Uab=106=60 VUcb=E1=140 VUdb=

15、E2=90 V,Uab=106=60 VUcb=E1=140 VUdb=E2=90 V,结论：,(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各 点的电位也将随之改变；,(2)电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点 的不同而变，即与零电位参考点的选取无关。,借助电位的概念可以简化电路作图,3.利用电位化简电路,例：,思考题：将电路图化为原理电路图,例1:图示电路,计算开关S断开和闭合时A点的电位VA,解:(1)当开关S断开时,(2)当开关闭合时,电路如图(b),电流 I2=0电位 VA=0V,电流 I1=I2=0电位 VA=6V,电流在闭合路径中流通,例2：,电路如图(a)所示，(1)零电位参考点在哪里？画电路图表示出来。(2)当电位器 RP 的滑动触点向下滑动时，A、B两点的电位增高了还是降低了？,解：(1)零电位参考点为+12V 电源的“”端与12V电源的“+”端的联接处,如图(b)。,当电位器RP的滑动触点向下滑动时，回路中的电流 I 减小，所以A电位增高、B点电位降低。,(2)VA=IR1+12 VB=IR2 12,(a),