電工學(xué)電路的基本概念與基本定律

1、 電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設(shè)備電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成?；螂娐吩匆欢ǚ绞浇M合而成。 放放大大器器揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器話(huà)筒話(huà)筒發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電爐電爐.輸電線(xiàn)輸電線(xiàn)電源電源: 提供提供電能的裝置電能的裝置負(fù)載負(fù)載: 取用取用電能的裝置電能的裝置中間環(huán)節(jié)：中間環(huán)節(jié)：傳遞、分傳遞、分配和控制電能的作用配和控制電能的作用發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電爐電爐.輸電線(xiàn)輸電線(xiàn)直流電源直流電源: 提供能源提供能源負(fù)載負(fù)載信號(hào)源信號(hào)源: 提供信息提供信息放放

2、大大器器揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器話(huà)筒話(huà)筒 電源或信號(hào)源的電壓或電流稱(chēng)為激勵(lì)，它推動(dòng)電路電源或信號(hào)源的電壓或電流稱(chēng)為激勵(lì)，它推動(dòng)電路工作；由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流稱(chēng)為響應(yīng)。工作；由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流稱(chēng)為響應(yīng)。信號(hào)處理：信號(hào)處理：放大、調(diào)諧、檢波等放大、調(diào)諧、檢波等手電筒的電路模型手電筒的電路模型 為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路, 一般要將實(shí)際電一般要將實(shí)際電路模型化，用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或路模型化，用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來(lái)模擬實(shí)際電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)際電其組合來(lái)模擬實(shí)際電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的電路模型。路相對(duì)應(yīng)的電路模型。 手

3、電筒由電池、手電筒由電池、燈泡、開(kāi)關(guān)和筒體組成。燈泡、開(kāi)關(guān)和筒體組成。 理想電路元件主要理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。電容元件和電源元件等。+R0R開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)EI電珠電珠+U干電池干電池 導(dǎo)線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)C干干電電池池?zé)魺襞菖蓍_(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān) 電池電池是電源元件，其是電源元件，其參數(shù)為電動(dòng)勢(shì)參數(shù)為電動(dòng)勢(shì) E 和內(nèi)阻和內(nèi)阻Ro； 燈泡燈泡主要具有消耗電能主要具有消耗電能的性質(zhì)，是電阻元件，的性質(zhì)，是電阻元件，其參數(shù)為電阻其參數(shù)為電阻R； 筒體筒體用來(lái)連接電池和燈用來(lái)連接電池和燈泡，其電阻忽略不計(jì)，認(rèn)泡，其電阻忽略不計(jì)，認(rèn)為是無(wú)電阻的理想導(dǎo)體。為是無(wú)電阻的理想導(dǎo)體

4、。 開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)用來(lái)控制電路的通用來(lái)控制電路的通斷。斷。+R0R開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)EI電珠電珠+U干電池干電池 導(dǎo)線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)物理量物理量實(shí)實(shí) 際際 方方 向向電流電流 I正電荷運(yùn)動(dòng)的方向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)E ( (電位升高的方向電位升高的方向) ) 電壓電壓 U( (電位降低的方向電位降低的方向) )高電位高電位 低電位低電位 單單 位位kA 、A、mA、A低電位低電位 高電位高電位kV 、V、mV、VkV 、V、mV、V電流：電流：Uab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)電壓：電壓：I 在分析與計(jì)算電路時(shí)，對(duì)在分析與計(jì)算電路時(shí)，對(duì)電量任意假定的方向。電量任意假定的方向。Iab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)箭箭 標(biāo)標(biāo)abRI正負(fù)極性正負(fù)

5、極性+abU U+_+R0E3V注意：注意： 在參考方向選定后在參考方向選定后,電流電流(或電壓或電壓)值才有正負(fù)之分。值才有正負(fù)之分。 實(shí)際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向一致一致，電流，電流(或電壓或電壓)值為值為正值正值；實(shí)際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向相反相反，電流，電流(或電壓或電壓)值為值為負(fù)值負(fù)值。 電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)為為E =3V方向由負(fù)極方向由負(fù)極指向正極指向正極 ；U+R0E3VU +例例: 電路如圖所示。電路如圖所示。 電壓電壓U 的參考方向與實(shí)際的參考方向與實(shí)際方向相反方向相反, U = 2.8V;即即: U = U 電壓電壓U的參考方向與實(shí)際的參考方向與實(shí)際方向相同方向

6、相同, U = 2.8V, 方向由方向由 指向指向；2.8V 2.8V 電流電流I的參考方向的參考方向與實(shí)際方向相同，與實(shí)際方向相同，I=0.28A,由由 流向流向,反之亦然。反之亦然。實(shí)際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向一致一致，電流，電流(或電壓或電壓)值為值為正值正值；實(shí)際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向相反相反，電流，電流(或電壓或電壓)值為值為負(fù)值負(fù)值。I = 0.28A I = 0.28AU+R0E3VU +例例: 電路如圖所示。電路如圖所示。2.8V 2.8V1.3.1 1.3.1 在下圖中，在下圖中，U Uabab=-5V=-5V，試問(wèn)，試問(wèn)a,ba,b兩點(diǎn)哪點(diǎn)電位高？?jī)牲c(diǎn)哪點(diǎn)

7、電位高？ U Uabab是否表示是否表示a a端的電位高于端的電位高于b b端的電位？端的電位？abR1.3.2 1.3.2 在下圖中，在下圖中，U U1 1=-6V=-6V， U2 2=4V,試問(wèn)試問(wèn)U Uabab等于多少伏？等于多少伏？ab+U1 1- - -U2 2+ +1.3.3 1.3.3 U Uabab是否表示是否表示a a端的實(shí)際電位高于端的實(shí)際電位高于b b端的實(shí)際電位？端的實(shí)際電位？ 歐姆定律歐姆定律U、I 參考方向相同時(shí)參考方向相同時(shí)RU+IRU+I 表達(dá)式中有兩套正負(fù)號(hào)：表達(dá)式中有兩套正負(fù)號(hào)：(1) 式前的正負(fù)號(hào)由式前的正負(fù)號(hào)由U、I 參考方向的關(guān)系確定；參考方向的關(guān)系確

8、定； (2) U、I 值本身的正負(fù)則說(shuō)明實(shí)際方向與參考方向值本身的正負(fù)則說(shuō)明實(shí)際方向與參考方向 之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。 通常取通常取 U、I 參考方向相同。參考方向相同。U = I R 解解: 對(duì)圖對(duì)圖(a)有有, U = IR 例例: 應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子，并求電阻應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子，并求電阻R。對(duì)圖對(duì)圖(b)有有, U = IR326 : IUR所所以以326: IUR所所以以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A電流的參考方向電流的參考方向與實(shí)際方向相反與實(shí)際方向相反電壓與電流參電壓與電流參考方向相反考方向相反1.5 電源有載工作、開(kāi)路與短路電源有載工作、

9、開(kāi)路與短路開(kāi)關(guān)閉合開(kāi)關(guān)閉合, 接通電源與負(fù)載接通電源與負(fù)載RREI 0負(fù)載端電壓負(fù)載端電壓U = IR 1. 電壓電流關(guān)系電壓電流關(guān)系(1) 電流的大小由負(fù)載決定。電流的大小由負(fù)載決定。 (2) 在電源有內(nèi)阻時(shí)，在電源有內(nèi)阻時(shí)，I U 。或或 U = E IR0電源的外特性電源的外特性EUI0R0ER+I 開(kāi)關(guān)閉合開(kāi)關(guān)閉合,接通接通電源與負(fù)載。電源與負(fù)載。RREI 0U = IR或或 U = E IRoUI = EI I2RoP = PE P負(fù)載負(fù)載取用取用功率功率電源電源產(chǎn)生產(chǎn)生功率功率內(nèi)阻內(nèi)阻消耗消耗功率功率(3) 電源輸出的功率由負(fù)載決定。電源輸出的功率由負(fù)載決定。負(fù)載大小的概念負(fù)載大小

10、的概念: 負(fù)載增加指負(fù)載取用的負(fù)載增加指負(fù)載取用的電流和功率增加電流和功率增加(電壓一定電壓一定)。R0ER+I 1. 電壓電流關(guān)系電壓電流關(guān)系 2. 功率與功率平衡功率與功率平衡例例: 已知已知:電路中電路中U=220V，I=5A，內(nèi)阻，內(nèi)阻R01= R02= 0.6 。求求: (1) 電源的電動(dòng)勢(shì)電源的電動(dòng)勢(shì)E1和負(fù)載的反電動(dòng)勢(shì)和負(fù)載的反電動(dòng)勢(shì)E2 ； (2) 說(shuō)明功率的平衡關(guān)系。說(shuō)明功率的平衡關(guān)系。R01E1UI+R02E2+解：解：(1) 對(duì)于電源對(duì)于電源 U= E1- U1= E1-IR01 即即 E1= U +IR01= 220+5 0.6=223V U= E2+ U2= E2+I

11、R02 即即 E2= U -IR01 = 220-5 0.6 = 217V(2)由上面可得，由上面可得，E1=E2 +IR01+IR02 等號(hào)兩邊同時(shí)乘以等號(hào)兩邊同時(shí)乘以 I，則得，則得 E1 I =E2 I +I2R01+I2R02代入數(shù)據(jù)有代入數(shù)據(jù)有 223 5=217 5+52 0.6+ 5+52 0.6 1115W=1085W+15W+15W。電源：電源： U、I 實(shí)際方向相反，即電流從實(shí)際方向相反，即電流從“+”+”端流出，端流出， （發(fā)出功率）（發(fā)出功率） 負(fù)載：負(fù)載： U、I 實(shí)際方向相同，即電流從實(shí)際方向相同，即電流從“- -”端流出。端流出。 （吸收功率）（吸收功率）abI+

12、U+abUI吸收功率吸收功率-是負(fù)載是負(fù)載發(fā)出功率發(fā)出功率-是電源是電源1.5.4 方框代表電源或負(fù)載。已知方框代表電源或負(fù)載。已知U=220V，I= -1A， 試問(wèn)哪些元件是電源，哪些是負(fù)載？試問(wèn)哪些元件是電源，哪些是負(fù)載？UI+(a)UI+(b)UI+(c)UI+(d) 額定值額定值: 電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)的規(guī)定使用值電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)的規(guī)定使用值 1. 額定值反映電氣設(shè)備的使用安全性；額定值反映電氣設(shè)備的使用安全性； 2. 額定值表示電氣設(shè)備的使用能力。額定值表示電氣設(shè)備的使用能力。 例：例：一只一只220V, 60W的白熾燈的白熾燈, 接在接在220V的電源的電源上，試求通過(guò)電燈的電

13、流和電燈在上，試求通過(guò)電燈的電流和電燈在220V電壓下工作電壓下工作時(shí)的電阻。如果每晚工作時(shí)的電阻。如果每晚工作3h(小時(shí)小時(shí))，問(wèn)一個(gè)月消耗，問(wèn)一個(gè)月消耗多少電能多少電能? 注意：注意：電氣設(shè)備工作時(shí)的實(shí)際值不一定都等于其電氣設(shè)備工作時(shí)的實(shí)際值不一定都等于其額定值，要能夠加以區(qū)別。額定值，要能夠加以區(qū)別。A0.273A22060 UPI解解: 通過(guò)電燈的電流為通過(guò)電燈的電流為： I IN ，P IN ，P PN 額定工作狀態(tài)：額定工作狀態(tài)： I = IN ，P = PN 在在220V電壓下工作時(shí)的電阻電壓下工作時(shí)的電阻 0680.273220IUR一個(gè)月用電一個(gè)月用電W = Pt = 60W

14、 (3 30) h = 0.06kW 90h = 5.4kW. h特征特征: 開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān) 斷開(kāi)斷開(kāi)I = 0電源端電壓電源端電壓 ( 開(kāi)路電壓開(kāi)路電壓 )負(fù)載功率負(fù)載功率U = U0 = EP = 01. 開(kāi)路處的電流等于零；開(kāi)路處的電流等于零； I = 02. 開(kāi)路處的電壓開(kāi)路處的電壓 U 視電路情況而定。視電路情況而定。電路中某處斷開(kāi)時(shí)的特征電路中某處斷開(kāi)時(shí)的特征: :I+U有有源源電電路路IRoR EU0 電源外部端子被短接電源外部端子被短接 特征特征:0SREII U = 0 PE = P = IR0P = 01. .短路處的電壓等于零；短路處的電壓等于零； U = 02. .短路處的電

15、流短路處的電流 I 視電路情況而定。視電路情況而定。I+U有有源源電電路路IRRo E電源短路是一種嚴(yán)重事故，必須設(shè)法避免。電源短路是一種嚴(yán)重事故，必須設(shè)法避免。短路原因：短路原因：絕緣損壞，或接線(xiàn)錯(cuò)誤，操作不慎等。絕緣損壞，或接線(xiàn)錯(cuò)誤，操作不慎等。預(yù)防措施：預(yù)防措施：為了防止短路造成的嚴(yán)重后果，通常在為了防止短路造成的嚴(yán)重后果，通常在電源出口處的電路中接入熔斷器或自動(dòng)斷路器，以電源出口處的電路中接入熔斷器或自動(dòng)斷路器，以便在發(fā)生短路時(shí)，能迅速將故障電路切除。便在發(fā)生短路時(shí)，能迅速將故障電路切除。IRRo EFUFU1.5.11.5.2 額定電流為額定電流為100A的發(fā)電機(jī)，只接了的發(fā)電機(jī)，只

16、接了60A的照明的照明 負(fù)載，還有電流負(fù)載，還有電流40A流到哪里去了？流到哪里去了？1.5.8 根據(jù)日常觀察，電燈在深夜要比黃昏時(shí)亮一些，根據(jù)日常觀察，電燈在深夜要比黃昏時(shí)亮一些， 為什么？為什么？IRo E=220V熔斷器熔斷器FUFU60W220V100W220VSI1I2支路：支路：電路中的每一個(gè)分支。電路中的每一個(gè)分支。 一條支路流過(guò)一個(gè)電流，稱(chēng)為支路電流。一條支路流過(guò)一個(gè)電流，稱(chēng)為支路電流。三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)。三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)。由支路組成的閉合路徑。由支路組成的閉合路徑。內(nèi)部不含支路的回路。內(nèi)部不含支路的回路。I1I2I31 12 23 3ba E2R2 R3R1

17、E1adbcE+GR3R4R2I2I4IGI1I3IR1 在任一瞬間，流向任一結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)在任一瞬間，流向任一結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流。點(diǎn)的電流。 實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì): 或或: = 0對(duì)結(jié)點(diǎn)對(duì)結(jié)點(diǎn) a： I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 0ba E2R2 R3R1E1I1I2I3I =?例例:I = 0IA + IB + IC = 02 +_+_I5 1 1 5 6V12VIAIBIABIBCICAACBIC廣義結(jié)點(diǎn)廣義結(jié)點(diǎn)即：即： U = 0 在任一瞬間，從回路中任一點(diǎn)出發(fā)，沿回路循行在任一瞬間，從回路中任一點(diǎn)出發(fā)，沿回路循行一周，則在這個(gè)方向上電位升之和等于電位降之和。一周

18、，則在這個(gè)方向上電位升之和等于電位降之和。對(duì)回路對(duì)回路1：對(duì)回路對(duì)回路2： E1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+I3 R3=E2或或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 1 12 2I1I2I3ba E2R2 R3R1E11列方程前列方程前標(biāo)注標(biāo)注回路循行方向；回路循行方向； 電位升電位升 = 電位降電位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 02應(yīng)用應(yīng)用 U = 0項(xiàng)前符號(hào)的確定：項(xiàng)前符號(hào)的確定： 3. 開(kāi)口電壓可按回路處理開(kāi)口電壓可按回路處理 注意：注意：1 1對(duì)回路對(duì)回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_對(duì)網(wǎng)孔對(duì)網(wǎng)孔abda：對(duì)網(wǎng)孔對(duì)網(wǎng)孔acba：對(duì)網(wǎng)孔對(duì)網(wǎng)孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0對(duì)回路對(duì)回路 adbca，沿逆時(shí)針?lè)较蜓?，沿逆時(shí)針?lè)较蜓校?I1 R1 + I3 R3 + I4 R