第1章 電路模型與電路定律

1、跳轉(zhuǎn)到第一頁跳轉(zhuǎn)到第一頁n電流、電壓參考方向及功率計算電流、電壓參考方向及功率計算n常用電路元件的伏安特性常用電路元件的伏安特性n電路的負(fù)載、開路及短路狀態(tài)電路的負(fù)載、開路及短路狀態(tài)n額定值的意義額定值的意義n基爾霍夫定律基爾霍夫定律n電位的概念及計算電位的概念及計算跳轉(zhuǎn)到第一頁跳轉(zhuǎn)到第一頁電路是為了某種需要而將某些電工設(shè)備或電路是為了某種需要而將某些電工設(shè)備或元件按一定方式組合起來的電流通路。由元件按一定方式組合起來的電流通路。由電源電源、負(fù)載負(fù)載和和中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)3部分組成。部分組成。n一：進行能量的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配。一：進行能量的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配。n二：實現(xiàn)信號的傳遞、存儲和處理。二：

2、實現(xiàn)信號的傳遞、存儲和處理。跳轉(zhuǎn)到第一頁電荷的定向移動形成電流。電荷的定向移動形成電流。電流大?。簡挝粫r間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電量。電流大?。簡挝粫r間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電量。大寫大寫 I 表示直流電流表示直流電流小寫小寫 i 表示電流的一般符號表示電流的一般符號dtdqi 跳轉(zhuǎn)到第一頁正電荷運動方向規(guī)定為正電荷運動方向規(guī)定為電流的實際方向電流的實際方向。電流的方向用箭頭或雙下標(biāo)變量表示。電流的方向用箭頭或雙下標(biāo)變量表示。任意假設(shè)的電流方向稱為任意假設(shè)的電流方向稱為電流的參考方向電流的參考方向。 如果求出的電流值為正，說明參考方向如果求出的電流值為正，說明參考方向與實際方向一致，否則說明參考方向與實際

3、與實際方向一致，否則說明參考方向與實際方向相反。方向相反。I正值I負(fù)值(a)(b)跳轉(zhuǎn)到第一頁電路中電路中a a、b b點兩點間的點兩點間的電壓電壓定義為單位正電荷由定義為單位正電荷由a a點移至點移至b b點電場力所做的功。點電場力所做的功。dqdWu 電路中某點的電路中某點的電位電位定義為單位正電荷由該定義為單位正電荷由該點移至參考點電場力所做的功。點移至參考點電場力所做的功。電路中電路中a a、b b點兩點間的電壓等于點兩點間的電壓等于a a、b b兩點兩點的電位差的電位差。baabVVU跳轉(zhuǎn)到第一頁電壓的實際方向電壓的實際方向規(guī)定由電位高處指向電位低處。規(guī)定由電位高處指向電位低處。與電

4、流方向的處理方法類似，與電流方向的處理方法類似，可任選一方向為可任選一方向為電壓的參考方向電壓的參考方向例：例： 當(dāng)當(dāng)ua =3V ub = 2V時時u1 =1V最后求得的最后求得的u為正值，說明電壓的實際為正值，說明電壓的實際方向方向與參考與參考方向方向一致，否則說明兩者相反。一致，否則說明兩者相反。u2 =1V+u1 abu2+ab跳轉(zhuǎn)到第一頁 對一個元件，電流參考方向和電壓參考對一個元件，電流參考方向和電壓參考方向可以相互獨立地任意確定，但為了方便方向可以相互獨立地任意確定，但為了方便起見，常常將其取為一致，稱起見，常常將其取為一致，稱關(guān)聯(lián)方向關(guān)聯(lián)方向；如；如不一致，稱不一致，稱非關(guān)聯(lián)方

5、向非關(guān)聯(lián)方向。+u(a) 關(guān)聯(lián)方向abiu+(b) 非關(guān)聯(lián)方向abi 如果采用關(guān)聯(lián)方向，在標(biāo)示時標(biāo)出一種即如果采用關(guān)聯(lián)方向，在標(biāo)示時標(biāo)出一種即可。如果采用非關(guān)聯(lián)方向，則必須全部標(biāo)示?？?。如果采用非關(guān)聯(lián)方向，則必須全部標(biāo)示。跳轉(zhuǎn)到第一頁 電動勢是衡量外力即非靜電力做功能力電動勢是衡量外力即非靜電力做功能力的物理量。外力克服電場力把單位正電荷從的物理量。外力克服電場力把單位正電荷從電源的負(fù)極搬運到正極所做的功，稱為電源的負(fù)極搬運到正極所做的功，稱為電源電源的電動勢的電動勢。dqdWe 電動勢的實際方向與電壓實際方向相反，電動勢的實際方向與電壓實際方向相反，規(guī)定為由負(fù)極指向正極。規(guī)定為由負(fù)極指向正極

6、。跳轉(zhuǎn)到第一頁電場力在單位時間內(nèi)所做的電場力在單位時間內(nèi)所做的功稱為功稱為電功率電功率，簡稱功率。，簡稱功率。dtdWp 功率與電流、電壓的關(guān)系：功率與電流、電壓的關(guān)系：關(guān)聯(lián)方向時：關(guān)聯(lián)方向時：p =ui非關(guān)聯(lián)方向時：非關(guān)聯(lián)方向時：p =uip0時吸收功率，時吸收功率，p0時放出功率。時放出功率。跳轉(zhuǎn)到第一頁+ U=5V (a)(b)I=2A+ U=5V I=-2A(c)+ U=5V I=-2A：求圖示各元件的功率：求圖示各元件的功率.（a）關(guān)聯(lián)方向，關(guān)聯(lián)方向，P=UI=52=10W，P0，吸收吸收10W功率。功率。（b）關(guān)聯(lián)方向，關(guān)聯(lián)方向，P=UI=5(2)=10W，P0，吸收吸收10W功率

7、。功率。跳轉(zhuǎn)到第一頁：元件：元件A：非關(guān)聯(lián)方向，非關(guān)聯(lián)方向，P1=U1I=101=10W，P10，吸收吸收10W功率，負(fù)載。功率，負(fù)載。元件元件C：關(guān)聯(lián)方向，關(guān)聯(lián)方向，P3=U3I =41=4W，P30，吸收吸收10W功率，負(fù)載。功率，負(fù)載。P1+P2+P3=10+6+4=0，功率平衡。功率平衡。IABC +U1 + U3+ U2 ： I=1A，U1=10V，U2=6V，U3=4V。求各元件功率，并求各元件功率，并分析電路的功率平衡關(guān)系。分析電路的功率平衡關(guān)系。跳轉(zhuǎn)到第一頁跳轉(zhuǎn)到第一頁伏安關(guān)系（歐姆定律）：伏安關(guān)系（歐姆定律）：關(guān)聯(lián)方向時：關(guān)聯(lián)方向時：u =Ri非關(guān)聯(lián)方向時：非關(guān)聯(lián)方向時：u

8、=Ri符號：符號：Ri+u 功率：功率：RuRiuip22電阻元件是一種消耗電能的元件。電阻元件是一種消耗電能的元件。跳轉(zhuǎn)到第一頁伏安關(guān)系：伏安關(guān)系：符號：符號：電感元件是一種能夠貯存磁場能量的元電感元件是一種能夠貯存磁場能量的元件，是實際電感器的理想化模型。件，是實際電感器的理想化模型。+u i LdtdiLu dtdiLu稱為電感元件的電感，單位是亨利（）。稱為電感元件的電感，單位是亨利（）。只有電感上的電流變化時，只有電感上的電流變化時，電感兩端才有電壓。在直流電感兩端才有電壓。在直流電路中，電感上即使有電流電路中，電感上即使有電流通過，但，相當(dāng)于短通過，但，相當(dāng)于短路。路。存儲能量：存

9、儲能量：2L21LiW 跳轉(zhuǎn)到第一頁電容元件是一種能夠貯存電場能量的元電容元件是一種能夠貯存電場能量的元件，是實際電容器的理想化模型。件，是實際電容器的理想化模型。伏安關(guān)系：伏安關(guān)系：符號：符號：i C+u dtduCi dtduCi只有電容上的電壓變化時，電只有電容上的電壓變化時，電容兩端才有電流。在直流電路容兩端才有電流。在直流電路中，電容上即使有電壓，但中，電容上即使有電壓，但，相當(dāng)于開路，即，相當(dāng)于開路，即 電容具電容具有有隔直作用隔直作用。C稱為電容元件的電容，單位是法拉（稱為電容元件的電容，單位是法拉（F）。）。存儲能量：存儲能量：2C21CuW 跳轉(zhuǎn)到第一頁（1）伏安關(guān)系）伏安關(guān)

10、系u=uS 端電壓為端電壓為us，與流過電與流過電壓源的電流無關(guān)，由電壓源的電流無關(guān)，由電源本身確定，電流任意源本身確定，電流任意，由外電路確定。，由外電路確定。（2）特性曲線與符號）特性曲線與符號 u UsO tUs+ us+ 跳轉(zhuǎn)到第一頁（2）特性曲線與符號）特性曲線與符號 i IsO u isi=iS流過電流為流過電流為is，與電源與電源兩端電壓無關(guān)，由電兩端電壓無關(guān)，由電源本身確定，電壓任源本身確定，電壓任意，由外電路確定。意，由外電路確定。（1）伏安關(guān)系）伏安關(guān)系跳轉(zhuǎn)到第一頁 +Us I(b)電壓源串聯(lián)內(nèi)阻的模型Ro+U+UI(c)電流源并聯(lián)內(nèi)阻的模型IsRoIIsUUs0(a)實際

11、電源的伏安特性實際電源的伏安特性實際電源的伏安特性oIRUUs或或oRUIIs 可見一個實際電源可可見一個實際電源可用兩種電路模型表示：一用兩種電路模型表示：一種為電壓源種為電壓源Us和內(nèi)阻和內(nèi)阻Ro串串聯(lián)，另一種為電流源聯(lián)，另一種為電流源Is和和內(nèi)阻內(nèi)阻Ro并聯(lián)。并聯(lián)。跳轉(zhuǎn)到第一頁實際使用電源時，應(yīng)注意以下實際使用電源時，應(yīng)注意以下3點：點：（1）實際電工技術(shù)中，實際電壓源，簡稱電壓源，常是指相）實際電工技術(shù)中，實際電壓源，簡稱電壓源，常是指相對負(fù)載而言具有較小內(nèi)阻的電壓源；實際電流源，簡稱電流對負(fù)載而言具有較小內(nèi)阻的電壓源；實際電流源，簡稱電流源，常是指相對于負(fù)載而言具有較大內(nèi)阻的電流源。

12、源，常是指相對于負(fù)載而言具有較大內(nèi)阻的電流源。（2）實際電壓源不允許短路由于一般電壓源的）實際電壓源不允許短路由于一般電壓源的R0很小，短路很小，短路電流將很大，會燒毀電源，這是不允許的。平時，實際電壓電流將很大，會燒毀電源，這是不允許的。平時，實際電壓源不使用時應(yīng)開路放置，因電流為零，不消耗電源的電能。源不使用時應(yīng)開路放置，因電流為零，不消耗電源的電能。（3）實際電流源不允許開路處于空載狀態(tài)?？蛰d時，電源內(nèi)）實際電流源不允許開路處于空載狀態(tài)?？蛰d時，電源內(nèi)阻把電流源的能量消耗掉，而電源對外沒送出電能。平時，阻把電流源的能量消耗掉，而電源對外沒送出電能。平時，實際電流源不使用時，應(yīng)短路放置，因

13、實際電流源的內(nèi)阻實際電流源不使用時，應(yīng)短路放置，因?qū)嶋H電流源的內(nèi)阻R0一般都很大，電流源被短路后，通過內(nèi)阻的電流很小，損耗一般都很大，電流源被短路后，通過內(nèi)阻的電流很小，損耗很小；而外電路上短路后電壓為零，不消耗電能。很??；而外電路上短路后電壓為零，不消耗電能。跳轉(zhuǎn)到第一頁是制造廠為了使產(chǎn)品能在給定的工作條是制造廠為了使產(chǎn)品能在給定的工作條件下正常運行而規(guī)定的正常容許值。額定值有件下正常運行而規(guī)定的正常容許值。額定值有額定電壓額定電壓UN與額定電流與額定電流IN或額定功率或額定功率PN 。必須。必須注意的是，電氣設(shè)備或元件的電壓、電流和功注意的是，電氣設(shè)備或元件的電壓、電流和功率的實際值不一定

14、等于它們的額定值。率的實際值不一定等于它們的額定值。跳轉(zhuǎn)到第一頁1、負(fù)載狀態(tài)、負(fù)載狀態(tài)I +US R0Rabcd+URRUI0SIRU 0SIRUUPPPEP=UI：電源輸出的功率：電源輸出的功率PS=USI：電源產(chǎn)生的功率：電源產(chǎn)生的功率P=I2R0：內(nèi)阻消耗的功率：內(nèi)阻消耗的功率跳轉(zhuǎn)到第一頁I +US R0SRabcd+U2、空載狀態(tài)、空載狀態(tài)00S0CPUUUI3、短路狀態(tài)、短路狀態(tài)02E0SSC00RIPPPRUIIUI +US R0Rabcd+U跳轉(zhuǎn)到第一頁例：設(shè)圖示電路中的電源額定功率例：設(shè)圖示電路中的電源額定功率PN=22kW ，額定電壓，額定電壓UN=220V，內(nèi)阻，內(nèi)阻R0=

15、0.2，R為可為可調(diào)節(jié)的負(fù)載電阻。求：調(diào)節(jié)的負(fù)載電阻。求：（1）電源的額定電流）電源的額定電流IN；（2）電源開路電壓）電源開路電壓U0C；（3）電源在額定工作情況下的負(fù)載電阻）電源在額定工作情況下的負(fù)載電阻RN；（4）負(fù)載發(fā)生短路時的短路電流）負(fù)載發(fā)生短路時的短路電流ISC。 +US R0SRI+U跳轉(zhuǎn)到第一頁 +US R0SRI+UA10022010223NNNUPIV2401002 . 02200NNS0CRIUUU2 . 2100220NNNIURA12002 . 02400SSCRUI解：解：(1)電源的額定電流為：電源的額定電流為：(2)電源開路電壓為：電源開路電壓為：(3)電源在

16、額定狀態(tài)時的負(fù)載電阻為：電源在額定狀態(tài)時的負(fù)載電阻為：(4)短路電流為：短路電流為：跳轉(zhuǎn)到第一頁支路、節(jié)點、回路支路、節(jié)點、回路電路中兩點之間通過同一電流的不分叉的一電路中兩點之間通過同一電流的不分叉的一段電路稱為段電路稱為。電路中電路中3條或條或3條以上支路的聯(lián)接點稱為條以上支路的聯(lián)接點稱為。電路中任一閉合的路徑稱為電路中任一閉合的路徑稱為?；芈穬?nèi)部?；芈穬?nèi)部不含支路的稱不含支路的稱網(wǎng)孔網(wǎng)孔 +US1 I1R1I2I3R2R3+ US2abcd圖示電路有圖示電路有3條支條支路、兩個節(jié)點、路、兩個節(jié)點、3個回路、兩個網(wǎng)個回路、兩個網(wǎng)孔?？住ＬD(zhuǎn)到第一頁在任一瞬時，流入任一節(jié)點的電流之和必定等在

17、任一瞬時，流入任一節(jié)點的電流之和必定等于從該節(jié)點流出的電流之和。于從該節(jié)點流出的電流之和。出入II在任一瞬時，通過任一節(jié)點電流的代數(shù)和恒等在任一瞬時，通過任一節(jié)點電流的代數(shù)和恒等于零。于零。0I可假定流入節(jié)點的電流為正，流出節(jié)點可假定流入節(jié)點的電流為正，流出節(jié)點的電流為負(fù)；也可以作相反的假定。的電流為負(fù)；也可以作相反的假定。所有電流均為正。所有電流均為正。跳轉(zhuǎn)到第一頁KCL通常用于節(jié)點，但是對于包圍幾個通常用于節(jié)點，但是對于包圍幾個節(jié)點的閉合面也是適用的。節(jié)點的閉合面也是適用的。例：列出下圖中各節(jié)點的例：列出下圖中各節(jié)點的KCL方程方程解：取流入為正解：取流入為正以上三式相加：以上三式相加：

18、I1I2I3 0 節(jié)點節(jié)點a I1I4I60節(jié)點節(jié)點b I2I4I50節(jié)點節(jié)點c I3I5I60I4I2I6I5I3I1abc跳轉(zhuǎn)到第一頁在任一瞬時，在任一回路上的電位升之和在任一瞬時，在任一回路上的電位升之和等于電位降之和。等于電位降之和。在任一瞬時，沿任一回路電壓的代數(shù)和恒等在任一瞬時，沿任一回路電壓的代數(shù)和恒等于零。于零。降升UU電壓參考方向與回路繞行方向一致時電壓參考方向與回路繞行方向一致時取正號，相反時取負(fù)號。取正號，相反時取負(fù)號。所有電壓均為正。所有電壓均為正。0U跳轉(zhuǎn)到第一頁對于電阻電路，回路中電阻上電壓降的代對于電阻電路，回路中電阻上電壓降的代數(shù)和等于回路中的電壓源電壓的代數(shù)和

19、。數(shù)和等于回路中的電壓源電壓的代數(shù)和。sUIR在運用上式時，電流參考方向與回路繞行在運用上式時，電流參考方向與回路繞行方向一致時方向一致時iR前取正號，相反時取負(fù)號；前取正號，相反時取負(fù)號；電壓源電壓方向與回路繞行方向一致時電壓源電壓方向與回路繞行方向一致時us前取負(fù)號，相反時取正號。前取負(fù)號，相反時取正號。跳轉(zhuǎn)到第一頁KVL通常用于通常用于閉合閉合回路，但回路，但也可推廣應(yīng)也可推廣應(yīng)用到任一不閉合的電路上用到任一不閉合的電路上。0111222333sssabURIURIRIUU例：列出下圖的例：列出下圖的KVL方程方程 + I5+Uab + I3I1I2R3R1R2 US1US3+ US2I4ba跳轉(zhuǎn)到第一頁+U3 +US I3I12R1R2I2+ U +U1+U2例：圖示電路，已知例：圖示電路，已知U1=5V， U3=3V，I=2A ，求，求U2、I2、R1、R2和和US。解：解：I2=U32=32=1.5AU2= U1U3=53=2VR2=U2I2 =21.5=1.33I1=II2=21.5=0.5AR1=U1I1 =50.5=10US= UU1=235=11V跳轉(zhuǎn)