電路與電工技術(shù) 第1章 電路的基本概念和基本定律

1第1章電路的基本概念和基本定律1.1電路及電路模型1.2電路的基本物理量1.3電路的三種狀態(tài)和電氣設(shè)備的額定值1.4電路基本元件及其伏安關(guān)系 2第1章電路的基本概念和基本定律學(xué)習(xí)目的：1.了解電路組成、電路的三種基本狀態(tài)和各基本物理量及其方向。2.理解電流、電流強(qiáng)度、電位、電壓、電阻、電動勢、端電壓的概念及相互之間的關(guān)系，掌握電路中各點電位及任意兩點間電壓的計算方法。3.掌握各種電路的歐姆定律、電源的外特性。4.理解電能和電功率的概念，了解電流的熱效應(yīng)。學(xué)習(xí)重點：電路的組成，電路中各基本物理量的概念，電路的三種基本狀態(tài)，電路歐姆定律。學(xué)習(xí)難點：電路基本物理量的實際方向與參考方向的區(qū)別與聯(lián)系。1)電路的組成

電路：由電氣器件或設(shè)備，按一定方式連接起來，完成能量的傳輸、轉(zhuǎn)換或信息的處理、傳遞。組成：電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)。1.1

電路及電路模型220V開關(guān)S鎮(zhèn)流器L啟輝器日光燈管R日光燈實際電路2)電路的作用

1.實現(xiàn)電能的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換。2.完成信號的處理和傳遞。1.1.2電路模型實際電路的分析方法

用儀器儀表對實際電路進(jìn)行測量，把實際電路抽象為電路模型，用電路理論進(jìn)行分析、計算。1)

理想電路元件

實際的電路是由一些按需要起不同作用的元件或器件所組成，如發(fā)電機(jī)、變壓器、電動機(jī)、電池、電阻器等，它們的電磁性質(zhì)是很復(fù)雜的。例如：一個線圈在有電流通過時R

L

消耗電能（電阻性）

產(chǎn)生磁場儲存磁場能量（電感性）

忽略R為了便于分析與計算實際電路，在一定條件下常忽略實際部件的次要因素而突出其主要電磁性質(zhì)，把它看成理想電路元件。理想電路元件Li+–u將實際電路中的元件用理想電路元件表示，稱為實際電路的電路模型。220V開關(guān)S鎮(zhèn)流器L啟輝器Q日光燈管R實際電路sRLus

+-電路模型2）電路模型1）電流定義帶電粒子或電荷在電場力作用下的定向運動形成電流。單位時間內(nèi)流過導(dǎo)體截面的電荷量定義為電流強(qiáng)度。2）電流的單位A（安培）、mA(毫安）、μA（微安）1.2電路的基本物理量1.2.1電流3）電流的實際方向

正電荷運動的方向。(客觀存在）Riab電流的方向可用箭頭表示,也可用字母順序表示()1）電位定義：電場力把單位正電荷從一點移到參考點所做的功。單位：V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）（電路中電位參考點：接地點，Vo=0）1.2.2電壓、電位、電動勢及其參考方向2）電壓電場力把單位正電荷從一點移到另一點所做的功。單位：定義：V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）實際方向：由高電位端指向低電位端也可用字母順序表示()，Ruab也可用+，-

號表示。電壓的方向可用箭頭表示,+u-

定義：電源力把單位正電荷從“-”

極板經(jīng)電源內(nèi)部移到“+”

極板所做的功。

單位：3）電動勢V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）實際方向：由低電位端指向高電位端電動勢的方向用+，-

號表示，R–

+IEU+-也可用箭頭表示。U=E

在電路的分析計算中，不僅要算出電壓、電流、的大小，還要確定這些量在電路中的實際方向。

在電路中各處電壓、電流的方向很難事先判斷出來。因此電路內(nèi)各處電壓、電流的實際方向也就不能事先確定。

為了解決以上的問題，在分析電路之前，首先假定一個電壓或電流方向（參考方向）。

在復(fù)雜電路分析中，必須列寫電路方程，但不知道電壓、電流、的方向就寫不出電路方程。4）電流電壓的參考方向電流的實際方向：正電荷運動的方向(客觀存在）電流的參考方向：任意假定實際方向（2A）參考方向（參考方向與實際方向相同）實際方向（2A）參考方向（參考方向與實際方向相反）（1）電流的參考方向（2）電壓的參考方向電壓實際方向：由高電位端指向低電位端(客觀存在）電壓的參考方向：任意假定AB如果A、B的實際電位為：UU=4VABUU=-4V電源兩端的電壓電動勢正方向表示電位升電壓正方向表示電位降EUEUABAB結(jié)論：當(dāng)電壓的參考方向與電動勢的參考方向相反時

當(dāng)電壓的參考方向與電動勢的參考方向相同時注意：1.i、u、e的參考方向可任意假定。但一經(jīng)選定，分析過程中不應(yīng)改變。2.電路中標(biāo)出的方向一律指參考方向。3.同一元件的

u、i

同方向，稱為關(guān)聯(lián)參考方向。IRU+–IRU+–或IRU+–IRU+–或關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向功率是電場力在單位時間內(nèi)所做的功。

當(dāng)電阻元件電流和電壓的參考方向關(guān)聯(lián)情況下，電阻吸收的電功率為：1）功率的計算IRU+–關(guān)聯(lián)參考方向電阻在t時間內(nèi)消耗的電能：1kWh（1千瓦小時稱為1度）1.2.3電功率和電能量若P>0，電路實際吸收功率，元件為負(fù)載；若P<0，電路實際發(fā)出功率元件為電源。2）元件吸收或供出功率的判斷UI

當(dāng)元件電流和電壓的參考方向關(guān)聯(lián)情況下，吸收的電功率為：（U和I的實際方向相反，則是電源）（U和I的實際方向相同，是負(fù)載）UI非關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)（1）試判斷(a)、(b)中元件是吸收功率還是發(fā)出功率。I=-1AU=2V+–(a)U=-3V+–(b)I=2A

解：(a)(b)是吸收功率。元件電流和電壓的參考方向為關(guān)聯(lián)是發(fā)出功率。元件電流和電壓的參考方向為非關(guān)聯(lián)1.3電路的三種狀態(tài)和電氣設(shè)備的額定值

開路時的特點：1）開路狀態(tài)ab兩點間開路2）短路狀態(tài)

短路時的特點：IRUUs+-ROabIRUUs+-ROabab兩點間短路短路電流過大，電源易燒毀！為避免發(fā)生短路，一般在電路中接入熔斷器保護(hù)。3）電源有載工作狀態(tài)

額定值：

負(fù)載吸收功率：IRUUs+-ROab為電氣設(shè)備在給定條件下正常運行而規(guī)定的允許值。額定電壓：額定電流：額定功率：

當(dāng)電氣設(shè)備實際電流等于額定電流時，稱為滿載工作狀態(tài)。

小于額定電流時，稱為輕載工作狀態(tài)。

大于額定電流時，稱為過載工作狀態(tài)。1）電阻的分類分類：線性電阻（過原點的直線）非線性電阻1.4電路基本元件及其伏安關(guān)系1.4.1電阻元件電阻元件的u、i關(guān)系可由u–i平面的一條曲線確定。2）電阻的電壓電流關(guān)系（1）伏安特性曲線

電阻的伏安特性曲線0ui非線性電阻0ui線性電阻3）歐姆定律（線性電阻）關(guān)聯(lián)參考方向：G—電導(dǎo)，單位：西門子（S）0ui線性電阻伏安特性Riu非關(guān)聯(lián)參考方向：Riu4）電阻的功率關(guān)聯(lián)方向：非關(guān)聯(lián)方向：P>0吸收P<0釋放RiuRiu1.4.2電容元件及其伏安關(guān)系瓷介電容器滌綸電容器獨石電容器鋁電解電容器紙介電容器空氣可變電容器金屬化紙介電容器3）電容元件儲存的能量（關(guān)聯(lián)參考方向）電容C在任一瞬間吸收的功率：電容C在dt時間內(nèi)吸收的能量：電容C從0到t時間內(nèi)吸收的能量：設(shè)u(0)=0即P>0吸收能量P<0釋放能量1）線性電容（C為常數(shù)）iCu2）電容元件的電壓電流關(guān)系（關(guān)聯(lián)參考方向）（電容元件的VCR）u(0)—t=0時電壓u的值，若u(0)=01）線性電感（L為常數(shù)）iN+–uN—匝數(shù)Φ—磁通Ψ—磁鏈電感iL+–u（安）A韋伯（Wb）亨利（H）1.4.3電感元件及其伏安關(guān)系2）電感元件的電壓電流關(guān)系u、i、e（電動勢）的參考方向為關(guān)聯(lián)參考方向iL+–ue3）電感元件儲存的能量電感L在任一瞬間吸收的功率：電感L在dt時間內(nèi)吸收的能量：電感L從0到t時間內(nèi)吸收的能量：設(shè)i(0)=0（關(guān)聯(lián)參考方向）P>0吸收能量P<0釋放能量即U、I參考方向相同時，(關(guān)聯(lián)參考方向）U、I參考方向相反時，(非關(guān)聯(lián)參考方向）RU+–IRU+–I

表達(dá)式中有兩套正負(fù)號：①式前的正負(fù)號由U、I

參考方向的關(guān)系確定；②U、I

值本身的正負(fù)則說明實際方向與參考方向之間的關(guān)系。

通常取U、I參考方向相同。U=IR

U=–IR1.5.1一段無源支路的歐姆定律1.5歐姆定律電路端電壓與電流的關(guān)系稱為伏安特性。IUo

遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻，它表示該段電路電壓與電流的比值為常數(shù)。單位為。線性電阻的伏安特性線性電阻的概念：

線性電阻的伏安特性是一條過原點的直線。解：對圖（a）有，U=IRRU6V+–I2AR+–U6VI–2A例：應(yīng)用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻R。（a）（b）對圖（b）有，U=