《电路基本定律》PPT课件.ppt
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1、任课教师:王艳萍,电 路,1.电压、电流的参考方向,3.基尔霍夫定律,重点:,第1章 电路的基本概念与定律,(circuit concepts&laws),2.电路元件特性,4.实际电源的互换等效,1.1 电路和电路模型(model),1.实际电路,功能,a 能量的传输、分配与转换;,共性,建立在同一电路理论基础上,由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电流的通路。,b 信息的传递与处理。,2.电路的组成部分,电源:提供电能的装置,负载:取用电能的装置,中间环节:传递、分配和控制电能的作用,构成实际电路的电器件,电源,电阻器,蓄电池,交流稳压电源,电容器,电感线圈,铁心电抗器,变压器,晶体管
2、和集成电路,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,反映实际电路部件的主要电磁 性质的理想电路元件及其组合。,3.电路模型(circuit model),电路图,理想电路元件,有某种确定的电磁性能的理想元件,电路模型,几种基本的电路元件:,电阻元件:表示消耗电能的元件,电感元件:表示产生磁场,储存磁场能量的元件,电容元件:表示产生电场,储存电场能量的元件,电源元件:表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件,注,具有相同的主要电磁性能的实际电路部件,在一定条
3、件下可用同一模型表示;同一实际电路部件在不同的应用条件下,其 模型可以有不同的形式,例,3.集总参数电路,由集总元件构成的电路,集总元件,假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行,集总条件,注,集总参数电路中u、i可以是时间的函数,但与空间坐标无关,1.2 电路分析中的基本变量(circuit varible),电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。,1.电流及其参考方向(current reference direction),电流,电流强度,带电粒子有规则的定向运动,单位时间内通过导体横截面的电荷量,方向,规定正电
4、荷的运动方向为电流的实际方向,单位,1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6A,A(安培)、kA、mA、A,元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能:,实际方向,实际方向,A,A,B,B,问题,复杂电路或电路中的电流随时间变化时,电流的实际方向往往很难事先判断,参考方向,i 参考方向,任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。,A,B,i 参考方向,i 参考方向,i 0,i 0,实际方向,实际方向,电流的参考方向与实际方向的关系:,A,A,B,B,电流参考方向的两种表示:,用箭头表示:箭头的指向为电流的参考方向。,用双下标表示:如 iAB,电流的参考方向由A指向B。,电压U
5、,单位:V(伏)、kV、mV、V,2.电压及其参考方向(voltage reference direction),单位正电荷q 从电路中一点移至另一点时电场力做功(W)的大小,电位,单位正电荷q 从电路中一点移至参考点(0)时电场力做功的大小,实际电压方向,电位真正降低的方向,问题,复杂电路或交变电路中,两点间电压的实际方向往往不易判别,给实际电路问题的分析计算带来困难。,电压(降)的参考方向,假设的电压降低之方向,电压参考方向的三种表示方式:,(1)用箭头表示,(2)用正负极性表示,(3)用双下标表示,U,U,+,UAB,元件或支路的u,i 采用相同的参考方向称之为关联参考方向。反之,称为非
6、关联参考方向。,关联参考方向,非关联参考方向,关联参考方向,i,+,-,+,-,i,U,U,注,(1)分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。,(2)参考方向一经选定,必须在图中相应位置标注(包括方向和符号),在计算过程中不得任意改变。,(3)参考方向不同时,其表达式相差一负号,但实际 方向不变。,i,例,U,电压电流参考方向如图中所标,问:对A、B两部分电路电压电流参考方向关联否?,答:A 电压、电流参考方向非关联;B 电压、电流参考方向关联。,3.电功率,功率的单位:W(瓦)(Watt,瓦特),能量的单位:J(焦)(Joule,焦耳),单位时间内电场力所做的功。,电路吸收或发出功率的判断,
7、u,i 取关联参考方向,P=ui 表示元件吸收的功率,P0 吸收正功率(实际吸收),P0 吸收负功率(实际发出),p=ui 表示元件发出的功率,P0 发出正功率(实际发出),P0 发出负功率(实际吸收),u,i 取非关联参考方向,例,求图示电路中各方框所代表的元件消耗或产生的功率。已知:U1=1V,U2=-3V,U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3VI1=2A,I2=1A,I3=-1A,解,注,对一完整的电路,发出的功率消耗的功率,1.3 电路元件(resistor),2.线性定常电阻元件,电路符号,电阻元件,对电流呈现阻力的元件。其伏安关系用ui平面的一条曲线来描述:,任何时刻端
8、电压与其电流成正比的电阻元件。,1.定义,伏安特性,ui 关系,R 称为电阻,单位:(欧)(Ohm,欧姆),满足欧姆定律(Ohms Law),单位,G 称为电导,单位:S(西门子)(Siemens,西门子),u、i 取关联参考方向,伏安特性为一条过原点的直线,(2)如电阻上的电压与电流参考方向非关联 公式中应冠以负号,注,(3)说明线性电阻是无记忆、双向性的元件,欧姆定律,(1)只适用于线性电阻,(R 为常数),则欧姆定律写为,u R i i G u,公式和参考方向必须配套使用!,3.功率和能量,上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。,p u i(R i)i i2 R u(u/R)u2
9、/R,p u i i2R u2/R,功率:,可用功表示。从 t 到t0电阻消耗的能量:,4.电阻的开路与短路,能量:,短路,开路,线性电阻元件总结,图形符号:,文字符号或元件参数:R、G,伏安特性:u=R i i=G u,单位:W S,耗能元件,消耗的功率:,R,u2,无源、无记忆、双向元件,p=ui,=i2R,=,2、电感元件,实用的电感器是用铜导线绕制成的线圈。,各种类型的电抗器,2、电感元件(inductor),电感器,把金属导线绕在一骨架上构成一实际电感器,当电流通过线圈时,将产生磁通,是一种储存磁能的部件,(t)N(t),1。定义,电感元件,储存磁能的元件。其特性可用i 平面上的一条
10、曲线来描述,韦安特性,任何时刻,通过电感元件的电流i与其磁链 成正比。i 特性是过原点的直线,电路符号,2.线性定常电感元件,L 称为电感器的自感系数,L的单位:H(亨)(Henry,亨利),常用H,m H表示。,单位,线性电感的电压、电流关系,u、i 取关联参考方向,电感元件VCR的微分关系,表明:,(1)电感电压u 的大小取决于i 的变化率,与i 的大小无关,电感是动态元件;,(2)当i为常数(直流)时,u=0。电感相当于短路;,实际电路中电感的电压 u为有限值,则电感电流i 不能跃变,必定是时间的连续函数.,根据电磁感应定律与楞次定律,电感元件有记忆电压的作用,故称电感为记忆元件,(1)
11、当 u,i为非关联方向时,上述微分和积分表达式前要冠以负号;(2)上式中i(t0)称为电感电流的初始值,它反映电感初始时刻的储能状况,也称为初始状态。,电感元件VCR的积分关系,表明,注,3.电感的功率和储能,当电流增大,i0,d i/d t0,则u0,p0,电感吸收功率。,当电流减小,i0,d i/d t0,则u0,p0,电感发出功率。,功率,表明,电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量储存起来,在另一段时间内又把能量释放回电路,因此电感元件是无源元件、是储能元件,它本身不消耗能量。,u、i 取关联参考方向,(1)电感的储能只与当时的电流值有关,电感 电流不能跃变,反映了储能不能
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