01電工(基本定律)

海南風(fēng)光 第 1章 電路的基本概念與定律 第 1講 第 2章 電路的分析方法 歡迎學(xué)習(xí) 電工技術(shù) 1. 掌握電路的基本原理及分析方法 , 為學(xué)習(xí)電子技術(shù)打下基礎(chǔ)。 2. 學(xué)習(xí)交流電路的基本原理，掌握正確及 安全用電方法，培養(yǎng)工作技能。 3. 學(xué)習(xí)電動(dòng)機(jī)的基本原理和控制技術(shù)。 4. 通過實(shí)驗(yàn) , 學(xué)習(xí)各種實(shí)驗(yàn)室常規(guī)電子儀器 的使用方法 , 鍛煉電工方面的動(dòng)手能力。 第 1章 電路的基本概念與定律 1.1 電路中的物理量 1.2 電路元件 1.3 基爾霍夫定律 2.1 電壓源和電流源的等效互換 2.2 支路電流法 第 2章 電路的分析方法 1.1 電路中的物理量 電池 燈泡 電流 電壓 電動(dòng)勢(shì) E I R U + _ 電源 負(fù)載 電路中物理量的正方向 物理量的 正方向 ： 實(shí)際正方向 假設(shè)正方向 實(shí)際正方向 ： 物理中對(duì)電量規(guī)定的方向。 假設(shè)正方向 （參考正方向）： 在分析計(jì)算時(shí)，對(duì)電量人為規(guī)定的方向。 物理量的實(shí)際正方向 物理量 單位 實(shí)際正 方向電流 I A 、 kA 、 mA 、 A正電荷移動(dòng)的方向電動(dòng)勢(shì) E V 、 kV 、 mV 、 V電源驅(qū)動(dòng)正電荷的方向 ( 低電位 高電位 )電壓 U V 、 kV 、 mV 、 V電位降落的方向 ( 高電位 低電位 )物理量正方向的表示方法 電池 燈泡 Uab _ + 正負(fù)號(hào) a b Uab（ 高電位在前， 低電位在后） 雙下標(biāo) 箭 頭 Uab a b 電壓 + - I R 電流 ：從高電位 指向低電位。 I R Uab E + _ a b U + _ 物理量正方向的表示方法 I R Uab + _ a b U + _ 電壓的正方向箭頭和正負(fù)號(hào)是等價(jià)的 ,只用其中之一 . I R Uab a b U 電路分析中的 假設(shè) 正方向 （參考方向） 問題的提出 ： 在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量 的實(shí)際方向，電路如何求解？ 電流方向 AB？ 電流方向 BA？ U1 A B R U2 IR (1) 在解題前先設(shè)定一個(gè)正方向，作為參考方向； 解決方法 (3) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向： 若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與假設(shè)方向一致； 若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與假設(shè)方向相反。 (2) 根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān) 系的代數(shù)表達(dá)式； 規(guī)定正方向的情況下歐姆定律的寫法 I與 U的方向一致 U = IR a I R U b I與 U的方向相反 U = IR a I R U b 規(guī)定正方向的情況下電功率的寫法 功率的概念 ：設(shè)電路任意兩點(diǎn)間的電壓為 U ,流入此 部分電路的電流為 I， 則這部分電路消耗的功率為 : I U P = 如果 U I方向不一致寫法如何？ 電壓電流正方向一致 a I R U b 規(guī)定正方向的情況下電功率的寫法 a I R U b 電壓電流正方向相反 P = UI 功率有正負(fù)？ 吸收功率或消耗功率（起負(fù)載作用） 若 P 0 輸出功率（起電源作用） 若 P 0 電阻消耗功率肯定為正 電源的功率可能為正（吸收功率），也可能為負(fù)（輸出功率） 功率有正負(fù) 電源的功率 I U a b + - P = UI P = UI I U a b + - 電壓電流正方向不一致 電壓電流正方向一致 含源網(wǎng)絡(luò)的功率 I U + - 含源網(wǎng)絡(luò) P = UI 電壓電流正方向一致 P = UI 電壓電流正方向不一致 I U + - 含源網(wǎng)絡(luò) 當(dāng) 計(jì)算的 P 0 時(shí) , 則說明 U、 I 的實(shí)際方向一致，此部分電路消耗電功率， 為 負(fù)載 。 所以，從 P 的 + 或 - 可以區(qū)分器件的性質(zhì)， 或是電源，或是負(fù)載。 結(jié) 論 在進(jìn)行功率計(jì)算時(shí)， 如果假設(shè) U、 I 正方向一致 。 當(dāng)計(jì)算的 P 0 時(shí) , 則說明 U、 I 的實(shí)際方向相反，此部分電路發(fā)出電功率， 為電源 。 伏 - 安 特性 i u c o n s tiuR=R i u u i c o n s tiuR=線性電阻 非線性電阻 (一 ) 無源元件 1. 電阻 R （常用單位： 、 k、 M ） 1.2 電路元件 2.電感 L： u i （單位： H, mH, H） 單位電流產(chǎn)生的磁鏈 iNL=線圈 匝數(shù) 磁通 電感中電流、電壓的關(guān)系 dtdiLdtdNe =dtdiLeu =當(dāng) Ii =(直流 ) 時(shí) , 0=dtdi 0=u所以 ,在直流電路中電感相當(dāng)于短路 . iNL=u e i + + 3.電容 C uqC =單位電壓下存儲(chǔ)的電荷 （單位： F, F, pF） + + - - - - +q -q u i 電容符號(hào) 有極性 無極性 + _ dtduCdtdqi =電容上電流、電壓的關(guān)系 uqC =當(dāng) Uu =(直流 ) 時(shí) , 0=dtdu 0=i所以 ,在直流電路中電容相當(dāng)于斷路（開路） u i C 無源元件小結(jié) 理想元件的特性 （ u 與 i 的關(guān)系） L C R iRu =dtdiLu =dtduCi =U R1 R2 L C R1 U R2 U為直流電壓時(shí) ,以上電路等效為 注意 L、 C 在不同電路中的作用 1.電壓源 (二 ) 有源元件 主要講有源元件中的兩種電源：電壓源和電流源。 理想電壓源 （恒壓源） I US + _ a b Uab 伏安特性 I Uab US 特點(diǎn) ： (1）無論負(fù)載電阻如何變化，輸出電 壓不變 （ 2）電源中的電流由外電路決定，輸出功率 可以無窮大 恒壓源中的電流由外電路決定 設(shè) : U=10V I U + _ a b Uab 2 R1 當(dāng) R1 、 R2 同時(shí)接入時(shí)： I=10A R2 2 例 當(dāng) R1接入時(shí) ： I=5A 則： RS越大 斜率越大 電壓源模型 伏安特性 I U US U I RS + - US RL U = US IRS 當(dāng) RS = 0 時(shí)， 電壓源 模型就變成 恒壓源 模型 由理想電壓源串聯(lián)一個(gè)電阻組成 RS稱為電源的內(nèi)阻或輸出電阻 理想電流源 （恒流源 ) 特點(diǎn) ： （ 1）輸出電流不變，其值恒等于電 流源電流 IS； a b I Uab Is I Uab IS 伏 安 特 性 （ 2）輸出電壓由外電路決定。 2. 電流源 恒流源兩端電壓由外電路決定 I U Is R 設(shè) : IS=1 A R=10 時(shí)， U =10 V R=1 時(shí)， U =1 V 則 : 例 IS RS a b Uab I Is Uab I 外特性 電流源模型 RS RS越大 特性越陡 I = IS Uab / RS 由理想電流源并聯(lián)一個(gè)電阻組成 當(dāng) 內(nèi)阻 RS = 時(shí)， 電流源 模型就變成 恒流源 模型 恒壓源與恒流源特性比較 恒壓源 恒流源 不 變 量 變 化 量 U + _ a b I Uab Uab = U （常數(shù)） Uab的大小、方向均為恒定， 外電路負(fù)載對(duì) Uab 無影響。 I a b Uab Is I = Is （常數(shù)） I 的大小、方向均為恒定， 外電路負(fù)載對(duì) I 無影響。 輸出電流 I 可變 - I 的大小、方向均 由外電路決定 端電壓 Uab 可變 - Uab 的大小、方向 均由外電路決定 第 2章 電路的分析方法 2.1 兩種電源模型的等效互換 等效互換的條件：當(dāng)接有同樣的負(fù)載時(shí)， 對(duì)外的電壓電流相等。 I = I Uab = Uab 即： I RS + - U b a Uab IS a b Uab I RS 等效互換公式 I RS + - U b a Uab ( ) R I R I R I I U S S s S s ab = = I = I Uab = Uab 若 Uab = U IRS 則 U IRS = R I R I S S s U = ISRS RS = RS Uab IS a b I RS 例：電壓源與電流源的 等效互換舉例 I 2 + - 10V b a Uab 5A a b I 10V / 2 = 5A 2 5A 2 = 10V U = ISRS RS = RS IS = U / RS 等效變換的注意事項(xiàng) “等效”是指“對(duì)外”等效（等效互換前后對(duì)外伏 -安 特性一致）， 對(duì)內(nèi)不等效。 (1) Is a RS b Uab I RL a US + - b I Uab RS RL IS = US / RS RS = RS 注意轉(zhuǎn)換前后 US 與 Is 的方向 (2) a US + - b I RS US + - b I RS a Is a RS b I a Is RS b I (3) 恒壓源和恒流源不能等效互換 a b I Uab Is a US + - b I (4) 進(jìn)行電路計(jì)算時(shí)，恒壓源串電阻和恒電流源并電阻兩者之間均可等效變換。 RS和 RS不一定是電源內(nèi)阻。 1 1 1 R U I = 3 3 3 R U I = R1 R3 Is R2 R5 R4 I3 I1 I 應(yīng) 用 舉 例 - + Is R1 U1 + - R3 R2 R5 R4 I=？ U3 (接上頁 ) Is R5 R4 I R1/R2/R3 I1+I3 R1 R3 Is R2 R5 R4 I3 I1 I 4 5 4 R R R U U I d d + + = + Rd Ud + R4 U4 R5 I - - (接上頁 ) IS R5 R4 I R1/R2/R3 I1+I3 ( ) ( ) 4 4 3 2 1 3 2 1 3 1 / / / / R I E R R R R R R R I I U S d d = = + = - + Is R1 U1 + - R3 R2 R5 R4 I=？ U3 代入數(shù)值計(jì)算 已知： U1=12V， U3=16V， R1=2， R2=4， R3=4， R4=4， R5=5， IS=3A 解得： I= 0.2A (負(fù)號(hào)表示實(shí)際方向與假設(shè)方向相反 ) - + Is R1 U1 + - R3 R2 R5 R4 I=？ U3 I4 UR4 + 計(jì)算 功率 I4 =IS+I=3 +(-0.2)=2.8A UR4 = I4 R4 =2.8 4=11.2V P = I UR4 =(-0.2) 11.2= - 2.24W 負(fù)號(hào)表示輸出功率 R4=4 IS=3A I= 0.2A 恒流源 IS 的功率 如何計(jì)算 ? PIS= - 33.6W 10V + - 2A 2 I 討論題 ?=IA32410A72210A5210=+=III哪 個(gè) 答 案 對(duì) ? ? ? 1.3 基爾霍夫定律 （克希荷夫定律，克氏定律） 用來描述電路中各部分電壓或各部分電流間的關(guān)系 ,其中包括 克氏電流定律 和 克氏電壓定律 兩個(gè)定律。 名詞注釋： 節(jié)點(diǎn)： 三個(gè)或三個(gè)以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn) 支路： 電路中每一個(gè)分支 回路： 電路中任一閉合路徑 支路：共 3條 回路：共 3個(gè) 節(jié)點(diǎn)： a、 b (共 2個(gè)） 例 #1 #2 #3 a I1 I2 U2 + - R1 R3 R2 + _ I3 b U1 I3 E3 _ + R3 R6 a b c d I1 I2 I5 I6 I4 例 支路：共 ？條 回路：共 ？個(gè) 節(jié)點(diǎn)：共 ？個(gè) 6條 4個(gè) 獨(dú)立回路：？個(gè) 3個(gè) 有幾個(gè)網(wǎng)眼就有幾個(gè)獨(dú)立回路 (一 ) 克氏電流定律 對(duì)任何節(jié)點(diǎn)，在任一瞬間，流入節(jié)點(diǎn)的電流之和等于由節(jié)點(diǎn)流出的電流之和。或者說，在任一瞬間，一個(gè)節(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和為 0。 I1 I2 I3 I4 4231 IIII +=+克氏電流定律的 依據(jù) ：電流的連續(xù)性 I =0 即： 例 或 ： 04231 =+ IIII流入為正 流出為負(fù) 電流定律還可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面。 例 I1+I2=I3 例 I=0 克氏電流定律的擴(kuò)展 I=? I1 I2 I3 U2 U3 U1 + _ R R1 R + _ + _ R 廣義節(jié)點(diǎn) (二 ) 克氏電壓定律 對(duì)電路中的任一回路，沿任意循行方向轉(zhuǎn)一周，其電位降等于電位升?；?，電壓的代數(shù)和為 0。 例如： 回路 #1 1 3 3 1 1 U R I R I = + 電位降 電位升 即： 0= U#1 a I1 I2 U2 + -