电路的基本概念和定律定理.ppt
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1、电 工 学(电工及电子技术),首都经济贸易大学安全与环境工程学院文华,绪 论,第一为什么要学习电工学?第二电工学这门课程包括哪些内容?第三怎么样才能学好电工学?,电工学(电工及电子技术)研究电能在技术领域中的应用的一门课程。1.电能应用广泛2.电能的优越性,第一为什么要学习电工学?,1)电能容易转换:,2.电能的优越性,2)电能容易输送:,3)电能容易控制:实现自动化,2.电能的优越性,2)电能容易输送:,3)电能容易控制:实现自动化,1)电能容易转换:,2.电能的优越性,19世纪:电工技术的发展使得人类实现了,电工技术的发展主要经历了两个时期:,20世纪:电子技术的发展促进了通信、制造和计算
2、机的迅速发展。,20世纪中叶(1946年)第一台电子数字计算机ENIAC(电子管)Electronic Numerical Integrator And Computer(1947年)第一支晶体管(美AT&T公司贝尔实验室)1958年第一块集成电路(ICIntegrated Circuit)(集成十几支晶体管)七十年代以来大规模集成电路(LSILarge Scale Integration)(集成二十万支晶体管)九十年代初 超大规模集成电路(VLSIVery Large Scale Integration)(集成上百万支晶体管)目前 集成电路飞速发展(集成上千万支晶体管),回顾电子技术发展里程
3、碑,第二电工学这门课程包括哪些内容?,本课程是非电类专业的技术基础课内容:电路、电机及传动控制、电子技术要求:掌握本课程的 基本理论 基本知识 基本技能 为后续课及毕业后工作奠定基础。,第三怎么样才能学好电工学?,理论与实际相结合建议:1.认真听讲2.认真记笔记3.认真完成作业4.认真作好实验,第一章电路的基本知识和基本定律、定理,1-1 电路和电路图1-2 简单电路的分析计算1-3 电气设备的额定值和电路的状态1-4 基尔霍夫定律1-5 复杂电路的基本分析方法1-6 电压源和电流源及其等效变换1-7 叠加定理1-8 等效电源定理,第1章 电路的基本知识和基本定律、定理,1-1 电路和电路图一
4、、电路的组成与作用二、电路模型和理想电路元件,三、内电路与外电路,四、激励与响应,第1章 电路的基本知识和基本定律、定理,一、电路的组成与作用,电路:就是电流所通过的路径。它是由电路元件按一定方式组合而成的。,1、电路的组成:,电源、负载、中间环节三部分,电源,中间环节,负载,电源:将非电能转换成电能的装置,例如:发电机、干电池,负载:将电能转换成非电能的装置,例如:电动机、电炉、灯,中间环节:连接电源和负载的部分,起传输和分 配电能的作用。例如:输电线路,电路的作用之二:,2、电路的作用:,(电子电路,即信号电路),传递和处理信号。,实现电能的传输和转换。(作用之一),工程图:用电路部件符号
5、绘制的电路图,蓄电池对白炽灯供电电路,实际电路:,在电路理论上:,1-1 电路和电路图一、电路的组成与作用二、电路模型和理想电路元件,第一章电路的基本知识和基本定律,三、内电路与外电路,四、激励与响应,二、电路模型和理想电路元件,1、理想电路元件:在一定条件下,突出其主要电磁性能,忽略次要因素,将实际电路元件理想化(模型化)。,2.五种最基本的理想电路元件,US:源电压 US E,IS:源电流,(d)、(e)为无内部电能损耗的理想化电源,3.电路模型把实际电路近似的看作是由理想电路元件组成的理想化的电路。,热电偶,三、内电路与外电路,内电路电源内部电流通路外电路电源外部电流通路,内电路与外电路
6、,是站在电源的角度而言的。,四、激励与响应,1、激励电源或信号源的电压、电流输入,2、响应激励在电路各部分所产生的电压和电流输出,分析电路其实质分析激励和响应之间的关系。,1-1 电路和电路图总结一、电路的组成与作用二、电路模型和理想电路元件,第一章电路的基本知识和基本定律,三、内电路与外电路,四、激励与响应,1-1 电路和电路图1-2 简单电路的分析计算1-3 电气设备的额定值和电路的状态1-4 基尔霍夫定律1-5 复杂电路的基本分析方法1-6 电压源和电流源及其等效变换1-7 叠加定理1-8 等效电源定理,第1章 电路的基本知识和基本定律、定理,电路中物理量的方向,物理量的方向:,实际方向
7、:物理中对电量规定的方向。,参考方向:不管实际方向如何,而任意选定的一个方向。在分析计算时,对电量人为规定的正方向。,物理量的实际方向,电路分析中的参考方向,问题的提出:在复杂的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;,1.电流的方向 实际方向:正电荷运动的方向。参考方向:标注的方向。(可任意定)在电路分析中电
8、流参考方向的一般表示方法:1)箭头表示;2)双下标表示。实际方向与参考方向的关系:若I 0,I参与I实同方向;若I 0,I参与I实反方向。,电动势方向:从电源的负极指向正极。,2.电动势、电压的方向,电压方向:从高电位指向低电位,即电位降的方向。电压参考极性表示方法:1)通常用正()、负()极性表示,称为参考极性。“”表示参考极性的高电位点;“”表示低电位点。2)箭头表示。代表参考极性的箭头从()指向()。3)双下标表示。,“实际方向”是物理中规定的,而“参考方向”则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。,(2)在解题过程中,一定要先假定物理量的参考方向,然后再列方程计算。参考方向一旦选定,
9、就不再变动。缺少“参考方向”的物理量是无意义的.,提示,(3)“参考方向”可能与实际方向一致,也可能与实际方向相反,因而,今后的电流、电压用代数量表示。若实际方向和所选的参考方向一致,为正值,否则为负值。只有在标明参考方向的前提下,电流和电压才可能根据其值的正负确定电流、电压的实际方向。,(4)电路图中标注的I、U的方向均为参考方向。,已知:US1110V,US250V,US3220V,R20,I42.5A,I57.5A,I64A。求:(1)电源的开路电压U1、U2、U3和Uba的代数值;(2)负载电阻端电压U4、U5、U6和Ucd的代数值。,练习,关联参考方向:,电压和电流参考方向一致。,在
10、某元件的U与I取关联参考方向的前提下:则其功率:PUI 0时,表示元件吸收功率,是负载性质。PUI 0时,表示元件发出功率,是电源性质。,电压和电流参考方向不一致。,非关联参考方向:,3.电功率,关联参考方向:,电压和电流参考方向一致。,在某元件的U与I为非关联参考方向的前提下:则其功率:PUI 0时,表示元件吸收功率,是负载性质。PUI 0时,表示元件发出功率,是电源性质。,电压和电流参考方向不一致。,非关联参考方向:,3.电功率,能量守恒定律,各电源发出的功率之和恒等于各负载接受和消耗的功率之和。,电路的基本概念总结一、电路的组成与作用组成:电源、中间环节、负载作用:1、传输和变换电能;2
11、、传递和处理信号二、电路模型和理想电路元件电阻、电感、电容、理想电压源、理想电流源三、电压和电流的参考方向任意设定的正方向,1-1 电路和电路图1-2 简单电路的分析计算1-3 电气设备的额定值和电路的状态1-4 基尔霍夫定律1-5 复杂电路的基本分析方法1-6 电压源和电流源及其等效变换1-7 叠加定理1-8 等效电源定理,第1章 电路的基本知识和基本定律、定理,各种电气设备在工作时,其电压、电流和功率都有一定的限额,这些限额是用来表示它们的正常工作条件和工作能力的,称为电气设备的额定值。,13电气设备的额定值和电路的状态,一、电气设备的额定值,额定电流:IN,额定电压:UN,额定功率:PN
12、,二、电路的几种状态,三种状态:负载状态、空载状态和短路状态,伏安特性,1、负载状态(开关合上),1).电压与电流 关系,R0R时,UUS,单位:W、kW,式中:PUS=USI-是电源产生的功率 P=R0I2-是电源内阻上所损耗的功率 P=UI-是电源输出的功率,2).功率与功率平衡,注意,一般用电设备都是并联于供电线上,接入的电灯数愈多,负载电阻RL愈小,电路中电流愈大,负载功率也愈大。在电工技术上把这种情况叫做负载增大。负载的大小指的是负载电流或功率的大小,而不是负载电阻的大小。,满载电路中电流达到电源或供电线的额定电流时的工作状态,过载电路中电流超过电源或供电线的额定电流,欠载电路中电流
13、小于电源或供电线的额定电流,短时间的少量的过载还是可以的,长时间的过载是不允许的。,2、空载状态或开路状态(开关断开),I=0U=U0=USP=0,3、短路状态,U=0I=ISC=US/R0P=0,1-1 电路和电路图1-2 简单电路的分析计算1-3 电气设备的额定值和电路的状态1-4 基尔霍夫定律1-5 复杂电路的基本分析方法1-6 电压源和电流源及其等效变换1-7 叠加定理1-8 等效电源定理,第1章 电路的基本知识和基本定律、定理,1-4 基尔霍夫定律,1845年德国科学家基尔霍夫说明了复杂电路中任一节点上各部分电流之间的相互关系以及任一回路中各部分之间的相互关系,这就是基尔霍夫定律。,
14、我们从三个方面来说明它:(1)每个元件就是一条支路,如图AGCB;(2)串联的元件我们视它为一条支路,如图AB、AFDB;(3)一条支路只能流过一个电流。,1.支路:有一个或几个元件首尾相接构成的无分支电路。,2.结点:三条或三条以上支路的连接点。,结点,4.网孔:简单的不可再分的回路,即未被其他支路分割的单孔回路。,3.回路:电路中由几个支路组成的闭合的路径。,网孔是回路,但回路不一定是网孔。电路也称网络。,支路:电路中每一个分支,回路:电路中任一闭合路径,结点:三个或三个以上支路的联结点,ab、ad、.(共6条),a、b、c、d(共4个),abda、bcdb、.(共7 个),对于简单电路,
15、通过串、并联关系即可求解。如:,5、简单电路:只有一个回路的无分支电路或电路 虽有分支,但利用电阻串并联关系可以转化为 无分支的只有一个回路的电路。,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。,6、复杂电路:运用电阻串、并联的计算方法不能将它简化成一个单回路电路,即。,定律内容:对于电路中任一结点,在任一瞬间,流入该结点的电流等于流出该结点的电流。定律也可表述为:流入电路任一结点的电流的代数和为零。,关系也适用于随时间变化的电流,KCL的依据:电流的连续性,一、基尔霍夫电流定律(KCL定律),或:,电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。,闭合面;I1+
16、I2=I3,I=0,KCL的扩展,I=?,C:I5+I6=I3,A:I1=I4+I6,B:I2+I4=I5,对结点a:,也可改写为:,对于虚线闭合面:,二、基尔霍夫电压定律(KVL方程),符号:参考方向与回路绕行方向一致的电压取正号,相反的取负号。参考方向与回路绕行方向一致的电流取正号,相反的取负号。参考方向与回路绕行方向一致的源电压取正号,相反的取负号。,即:,定律内容:对于电路中任一回路,在任一瞬间,沿该回路的所有支路电压的代数和等于零。,回路电压方程式,基尔霍夫电压定律反映的是电位单值性。,关系也适用于随时间变化的电压,例如:回路 a-d-c-a,或:,符号:与回路循行方向一致的电压取正
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