電工技術(shù)第1章 電路的基本概念與基本定律ppt課件

1、第 1 章電路的基本概念與基本定律第 1 章電路的基本概念與基本定律1.1電路與電路模型電路與電路模型1.2電路的主要物理量電路的主要物理量1.3電路的三種狀態(tài)電路的三種狀態(tài)1.4電壓源和電流源及其等效變換電壓源和電流源及其等效變換1.5基爾霍夫定律基爾霍夫定律本章小結(jié)本章小結(jié)思考題與習題思考題與習題第 1 章電路的基本概念與基本定律 1.1電路與電路模型電路與電路模型1.1.1電路電路電路是人們在生產(chǎn)、電路是人們在生產(chǎn)、 生活中為了實現(xiàn)某生活中為了實現(xiàn)某種需求，種需求， 將各種電氣設(shè)備按一定方式連接將各種電氣設(shè)備按一定方式連接起來的整體，起來的整體， 它提供了電流流通的路徑。它提供了電流流通

2、的路徑。 電源、電源、 負載和中間環(huán)節(jié)是電路的基本組負載和中間環(huán)節(jié)是電路的基本組成部分，如圖成部分，如圖1-1所示。所示。 圖中電路以干電池圖中電路以干電池為電源，為電源， 燈泡為負載，燈泡為負載， 開關(guān)、開關(guān)、 導(dǎo)線為中間導(dǎo)線為中間環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)。 第 1 章電路的基本概念與基本定律圖1-1 電路的組成第 1 章電路的基本概念與基本定律電源： 給電路提供電能的裝置， 將非電能轉(zhuǎn)換成電能。 例如， 干電池和蓄電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能， 而發(fā)電機是將熱能、 水能、 風能、 原子能等轉(zhuǎn)換成電能。 所以電源是電路中的能量來源， 是推動電流運動的源泉， 在它的內(nèi)部進行著由非電能到電能的轉(zhuǎn)換。 第 1 章電

3、路的基本概念與基本定律負載： 電路中消耗電能的裝置， 將電能轉(zhuǎn)換成非電能。 例如， 電爐將電能轉(zhuǎn)換成熱能， 電燈將電能轉(zhuǎn)換成光能， 電動機將電能轉(zhuǎn)換成機械能等。 中間環(huán)節(jié)： 把電源與負載連接起來的部分， 起傳遞和控制電能的作用。 電路按功能可以分為兩類， 一類是電力電路， 另一類是信號電路。第 1 章電路的基本概念與基本定律電力電路主要起電能的傳輸、 轉(zhuǎn)換和分配的作用。 電力系統(tǒng)電路就是這樣的典型例子，發(fā)電機組將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能， 經(jīng)變壓器、 輸電線傳輸?shù)礁饔秒姴块T， 用戶又把電能轉(zhuǎn)換成光能、 熱能、 機械能等其他形式的能量而加以利用。 對于這一類電路， 一般要求在傳輸和轉(zhuǎn)換過程中，

4、盡可能地減少能量損耗以提高效率。第 1 章電路的基本概念與基本定律信號電路在電子技術(shù)、 電子計算機和非電量電測中廣泛應(yīng)用， 其主要目的是實現(xiàn)信號例如語言、 音樂、 文字、 圖像、 溫度、 壓力等的傳遞、 存儲和處理。 電視機就是通過有線或無線的方式接收電視信號， 然后進行轉(zhuǎn)換處理并輸出圖像和聲音的。 在這類電路中，雖然也有能量的傳輸和轉(zhuǎn)換問題， 但最主要的是信號傳遞的質(zhì)量， 一般要求傳輸?shù)倪^程中信號不能失真， 應(yīng)盡可能準確、 快速。 第 1 章電路的基本概念與基本定律1.1.2 電路模型電路模型1. 實際電路實際電路實際的電路器件在工作時的電磁性質(zhì)不是單一的，實際的電路器件在工作時的電磁性質(zhì)不

5、是單一的， 比較復(fù)雜。比較復(fù)雜。 例如白熾燈在通電工作時能把電能轉(zhuǎn)換例如白熾燈在通電工作時能把電能轉(zhuǎn)換成光能，成光能， 消耗電能，消耗電能， 具有電阻的性質(zhì)，具有電阻的性質(zhì)， 但通過它但通過它的電壓和電流還會產(chǎn)生電的電壓和電流還會產(chǎn)生電場和磁場，場和磁場， 因此也具有儲存電場能量和磁場能量即因此也具有儲存電場能量和磁場能量即電容和電感的性質(zhì)。電容和電感的性質(zhì)。 在電路的分析和計算中，在電路的分析和計算中， 如果如果對一個器件要考慮所有的電磁性質(zhì)，對一個器件要考慮所有的電磁性質(zhì)， 將是十分困難將是十分困難的。的。第 1 章電路的基本概念與基本定律2. 電路模型在電路的分析計算時， 通常用一個假定

6、的二端元件如電阻元件來代替實際元件如電燈泡）， 這個二端元件的電磁性質(zhì)反映了實際元件的電磁性質(zhì)， 這個假定的二端元件稱為理想電路元件。第 1 章電路的基本概念與基本定律將實際電路中的各種元件設(shè)備按其主要物理性質(zhì)分別用理想電路元件來表示， 構(gòu)成的電路就是實際電路的“理想電路模型”， 簡稱電路模型。 例如， 圖1-2所示電路就是圖1-1所示實際電路的電路模型， 圖中E為電源電動勢， R0為電源內(nèi)阻， RL為負載電阻。 第 1 章電路的基本概念與基本定律圖1-2 電路模型第 1 章電路的基本概念與基本定律1.2 電路的主要物理量電路的主要物理量1.2.1 電流電流1. 電流電流在電場作用下，在電場作

7、用下， 帶電粒子的定向移動形帶電粒子的定向移動形成了電流。成了電流。 電流的大小用電流強度來描述，電流的大小用電流強度來描述， 數(shù)值等于單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的電數(shù)值等于單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的電荷量。荷量。 設(shè)在設(shè)在dt時間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的電時間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的電荷量為荷量為dq， 則通過該截面的電流強度為則通過該截面的電流強度為第 1 章電路的基本概念與基本定律tqidd (1-1)式(1-1)說明， 在一般情況下， 電流強度是隨時間而變的。 如果電流強度不隨時間而變， 即dq/dt=常數(shù)， 則這種電流就稱為恒定電流， 簡稱直流DC）。 于是式1-1可寫為tQI (

8、1-2)第 1 章電路的基本概念與基本定律式1-2中， Q為某時間段內(nèi)通過導(dǎo)體某一截面的總電荷量。 電流強度在工程上常簡稱電流。 在我國法定計量單位中， 電流電流強度的單位是安培， 簡稱安A）。 在計量大電流時， 用千安kA為計量單位； 計量微小電流時， 可用毫安(mA)或微安(A)為計量單位。 它們的換算關(guān)系如下1 kA=103 A1 mA=103 A1 A=106 A第 1 章電路的基本概念與基本定律2. 電流的參考方向參考方向是人們?nèi)我膺x定的一個方向， 在電路圖中用箭頭表示。 當電流的參考方向與實際方向一致時， 電流為正值i0）； 當電流的參考方向與實際方向相反時， 電流為負值i0； (

9、b) i0)時， 電壓的實際方向與參考方向一致； 電壓為負(u0; (b) u0， 說明這段電路上電壓和電流的實際方向是一致的， 電路吸收了功率， 是負載性質(zhì)。（2） P0， 表示電路消耗功率； P0， 表示電路提供功率。 第 1 章電路的基本概念與基本定律3. 電流源和電壓源一個實際的直流電源可采用兩種理論模型， 即電壓源模型和電流源模型， 兩者之間可以進行等效變換， 其變換的條件是： IS=E/R0。 它們之間的等效關(guān)系是對外電路而言的， 對電源內(nèi)部則是不等效的。 第 1 章電路的基本概念與基本定律4. 基爾霍夫定律基爾霍夫定律是分析電路元件間約束關(guān)系的基本定律， 它分為電流定律KCL和電

10、壓定律KVL）。 KCL適用于節(jié)點，其表達式為I=0，基本含義是任一瞬時流入任一節(jié)點的電流代數(shù)和等于零， 體現(xiàn)了電流的連續(xù)性。 KVL適用于回路， 其表達式為U=0， 表示任一瞬間， 沿任一閉合回路， 回路中各部分電壓的代數(shù)和為零， 體現(xiàn)了能量守恒。 基爾霍夫定律具有普遍性， 它不僅適用于直流電路， 也適用于由各種不同電路元件構(gòu)成的交流電路。 這兩個定律是分析電路的基礎(chǔ)。第 1 章電路的基本概念與基本定律思 考 題 與 習題1-1 某有源支路接于U=220 V的電源上， 極性如圖1-28所示，支路電阻為R0=1 ，測得電路中的電流I=10 A， 試求： （1） 此有源支路的電動勢E； （2）

11、此支路是向電網(wǎng)輸送電能還是從電網(wǎng)吸收電能， 并寫出功率平衡方程式。 第 1 章電路的基本概念與基本定律圖1-28 習題1-1的電路第 1 章電路的基本概念與基本定律1-2 某直流電源的額定功率PN=250 W， 額定電壓UN=50 V， 內(nèi)阻R0=1 ， 負載電阻R可以調(diào)節(jié)， 如圖1-29所示， 試求： （1） 額定狀態(tài)下的電流及負載電阻； （2） 空載狀態(tài)下的電壓； （3） 短路狀態(tài)下的電流。第 1 章電路的基本概念與基本定律圖1-29 習題1-2的電路第 1 章電路的基本概念與基本定律1-3 今有220 V 40 W和220 V 60 W的燈泡各一只， 將它們并聯(lián)接在220 V電源上，哪個

12、燈泡更亮？為什么？若串聯(lián)后再接到220 V電源上， 哪個燈泡亮？為什么？1-4 如圖1-30所示電路， 各電流的參考方向已設(shè)定。 已知I1=3 A， I2=1 A， I3=5 A。試確定I1、I2、 I3的實際方向。 第 1 章電路的基本概念與基本定律圖1-30 習題1-4的電路第 1 章電路的基本概念與基本定律1-5 求圖1-31所示各電路中的電壓U和電流I。圖1-31 習題1-5的圖第 1 章電路的基本概念與基本定律1-6 圖1-32所示電路， 試計算開關(guān)S斷開和閉合時A點的電位VA。 圖1-32 習題1-6的電路第 1 章電路的基本概念與基本定律1-7 電路如圖1-33所示， 求電流 I

13、 和電壓源的功率。 圖1-33 習題1-7的電路第 1 章電路的基本概念與基本定律1-8 電路如圖1-34所示， 求電流I和電流源的功率。圖1-34 習題1-8的電路第 1 章電路的基本概念與基本定律1-9 簡化圖1-35所示的各網(wǎng)絡(luò)為電壓源。 圖1-35 習題1-9的電路第 1 章電路的基本概念與基本定律1-10 如圖1-36所示電路， 求I1、I2、I3和U1、U2。 圖1-36 習題1-10的電路第 1 章電路的基本概念與基本定律1-11 圖1-37所示回路， 已標明各支路電流的參考方向， 試用基爾霍夫電壓定律寫出回路的電壓方程。 圖1-37 習題1-11的電路第 1 章電路的基本概念與基本定律1-12 圖1-38所示電路中， 若以B為參考點， 求A、 C、 D三點的電位及UAC、 UAD、UCD。 若改C點為參考點， 再求A、 C、D三點的電位及UAC、 UAD、 UCD。 圖1-38 習題1-12的電路第 1 章電路的基本概念與基本定律1-13 求圖1-39所示電路中的電壓UAB。 圖1-39 習題1-13的電路第 1 章電路的基本概念與基本定律1-14 求如圖1-40所示的電路中的Uab和 I。 圖1-40 習題1-14的電路第 1 章電路的基本概念與基本定