电工学-秦曾煌第七版-第一章课件

（1-0）第一章电路的基本概念和基本定律（1-1）第一章电路的基本概念和基本定律1.1电路的作用与组成部分1.2电路模型1.3电压和电流的参考方向1.4欧姆定律1.5电源有载工作、开路与短路1.6基尔霍夫定律1.7电路中电位的概念及计算（1-2）§1.1电路的作用与组成部分电路：电流的通路。它由电工设备或元件按一定方式组合而成。（1-3）(1)实现电能的传输、分配与转换(2)实现信号的传递与处理放大器扬声器话筒电路的作用发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线电力电路强电电路电子电路弱电电路（1-4）电路的组成部分电源:提供电能的装置负载:取用电能的装置中间环节：传递、分配和控制电能的作用发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线（1-5）直流电源直流电源:提供能源信号处理：放大、调谐、检波等负载信号源:提供信息放大器扬声器话筒（1-6）电路中的电源或信号源的电压或电流激励：响应：激励在电路中各部分产生的电压或电流电路分析：在已知电路结构和元件参数的条件下，讨论电路的激励与响应的关系。（1-7）用理想电路元件或它们的组合来模拟实际电路1.2电路模型具有某种确定的电磁性质的假想元件电阻元件电感元件电容元件电源元件实际元件理想化，是在一定条件下突出其主要的电磁性质，忽略其次要因素。（1-8）常用理想元件符号（1-9）手电筒的电路模型例：（1-10）电池是电源元件，其参数为电动势E和内阻Ro灯泡主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻R；筒体用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。手电筒的电路模型R+RoE–S+U–I电池灯泡导线开关开关用来控制电路的通断。（1-11）物理量的实际正方向物理量单位实际正方向电流IA、kA、mA、μA电动势EV、kV、mV、μV电压UV、kV、mV、μV§1.3电压和电流的参考方向正电荷移动的方向电源驱动正电荷的方向(低电位高电位)电位降落的方向(高电位低电位)（1-12）参考方向--电路分析中的假设正方向问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量，如何求解？电流方向AB？电流方向BA？E1ABRE2IR（1-13）(1)在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法:(3)根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关系的代数表达式；E1ABRE2IR（1-14）参考方向的表示方法+-IR电流：u_+正负号abUab（高电位在前，低电位在后）双下标箭头uab电压（1-15）实际正方向：物理中对电量规定的方向。参考方向：在分析计算时，对电量人为规定的方向。Notice（1-16）IRababRab+-RUI=-1AU=-3VUab=+3V例：试判别电流、电压的实际方向（1-18）某元件上电流的参考方向与电压的参考方向一致，称为关联参考方向元件i+_u关联参考方向（1-19）U、I参考方向相同时U、I参考方向相反时RU+–IRU+–IU=IRU=–IR1.4欧姆定律（1-20）例:应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻RRU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2A（1-21）①式前的正负号由U、I参考方向的关系确定；②U、I值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。用欧姆定律列方程时，一定要在图中标明参考方向!电路分析中尽可能采用关联参考方向欧姆定律UIR（1-22）（1-22）伏安特性iuconstiuRRiuuiconstiuR线性电阻非线性电阻电阻R（常用单位：、k、M）（1-23）I2=-1A5Ωabc5Ω5ΩI1=2AI3=-3AUab=?Ubc=?Uca=?P14题1.4.2（b）练习（1-24）1.5电源有载工作、开路与短路开关闭合,接通电源与负载RREI0负载端电压U=IR电压电流关系1.5.1电源有载工作在电源有内阻时IU或U=E–IR0电源的外特性EUI0R0ER+–I电源内阻越小，当电流有变动时，电源端电压变动不大---带负载能力强。负载大小的概念:负载增加指负载取用的电流和功率增加*（1-25）（1-25）aIRUb功率的概念PUI如果UI方向不一致结果如何？功率与功率平衡（1-26）负载端电压U=E–IRoUI=EI–I2RoP=PE–P负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率R0ER+–I功率与功率平衡P16例1.5.1（1-27）（1-27）电源：U和I的实际方向相反，即电流从实际的“+”端流出，发出功率。IUab+-U、I参考方向一致―――→P=UI0U、I参考方向相反―――→P=UI0电源与负载的判别（1-28）（1-28）负载：U和I的实际方向相同，即电流从实际的“+”端流入，发出功率。U、I参考方向一致―――→P=UI0U、I参考方向相反―――→P=UI0IRUab电源与负载的判别（1-29）R+-EbaUabR+-EbaUabA、Uab=3V，E=5VB、Uab=5V，E=3VA:B:2Ω2ΩII例：判断方框内电路中起什么作用（是电源还是负载）？（1-30）练习：已知U=220V,I=-1A，试问各元件为负载？还是为电源?P20题1.5.4（1-31）（1-31）+-10V2A3A例：电路如图所示，试求电源的功率，并说明其为电源还是负载。+-+-I（1-32）（1-32）电源与负载的判别小结P0―→负载P0―→电源功率：P=︱UI︱取正值即可取关联参考方向―→P=UI负载：取用功率U和I的实际方向相同电流从实际的“+”端流入电源：产生功率U和I的实际方向相反电流从实际的“+”端流出（1-33）额定值和实际值额定值：UN、IN、PN常标于铭牌或其它说明中，产品在给定条件下正常运行的允许值。实际值：使用时的具体数值如：一个灯泡的额定电压是220V，功率是60W电气设备的三种运行状态:额定工作状态：I=IN，P=PN(经济合理安全可靠)过载(超载)：IIN，PPN(设备易损坏)欠载(轻载)：IIN，PPN(不能充分的利用设备的能力)额定值（1-34）（1-34）例：一只220V,60W的白炽灯,接在220V的电源上，求通过电灯的电流和电灯此时的电阻。如果每晚工作3h(小时)，问一个月消耗多少电能?P17：例1.5.2（1-35）例：有一额定值为5W500Ω的绕线电阻，其额定电流是多少？在使用时电压不得超过多大的数值？P18：例1.5.3（1-36）开关断开1.5.2电源开路(开路电压或空载电压)特征:I=0U=U0=EP=01.开路处的电流等于零2.开路处的电压等于电源电动势3.电源不输出功率IRoR-EU0-（1-37）电源外部端子被短接1.5.3电源短路特征:0SREII电源端电压负载功率电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流（很大）U=0PE=P=I²R0P=0IRRo-E（1-38）例：若电源的开路电压Uo=12V，短路电流Is=30A，试问电源的电动势和内阻各为多少？P19：例1.5.4ER0+-+-UI0（1-40）（1-40）1：试问可否将110Ｖ100W和110V40W的两只白炽灯串联在220V的电源上使用？2：试问将40Ω10W和200Ω20W的两只电阻串联使用，其两端最高允许电压应多大？3：据日常观察，电灯在深夜要比黄昏时亮一些，为什么？练习：（1-41）用来描述电路中各部分电压或电流间的关系，包括电流(KCL)和电压(KVL)两个定律。名词结点：三个或三个以上支路的联结点支路：电路中每一个分支每条支路流过一个电流，称为支路电流回路：电路中任一闭合路径§1.6基尔霍夫定律（1-42）支路数结点数回路数R1R2R3R4R5+_+_uS1uS2支路、结点、回路（1-43）一、基尔霍夫电流定律(KCL)对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于由结点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为0。I1I2I3I44231IIII基尔霍夫电流定律的依据：电流的连续性I=0即：例或：04231--IIII（1-44）KCL的应用—漏电保护器~220VIiIOIi≠IO时，表明有漏电出现开关S立刻打开，起到漏电保护的作用。电器漏电保护器SSIr（1-45）KCL可以扩展到电路的任意封闭面!I1+I2=I3例基尔霍夫电流定律的扩展I=?例I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R（1-46）二、基尔霍夫电压定律(KVL)对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位升等于电位降。例如：回路a-d-c-a33435544RIEERIRI电位升电位降0U或：033355444---ERIRIERI或电压的代数和为0。（1-47）0-ERIUabE+_RabUabI基尔霍夫电压定律也适合开口电路例RIUEab电位升电位降RIEUab-（1-48）例：已知UAB=5V，UBC=-4V，UDA=-3V试求UCD=？UCA=？P24：例1.6.2A_+BCDUAB____+++UCDUDAUCA+（1-49）例：已知R1=10kΩ，RB=20kΩ，EB=6VUS=6V，UBE=-0.3V试求IB、I2、I1R1US+-RB+_A+_UBEBEEBI1IBI2（1-50）1．列方程前标注回路循行方向；2．应用U=0列方程时，注意项前符号：如果规定电位降取正号，电位升就取负号使用KVL注意U=0I2R2–E2+UBE=01E2UBEE+B+–R2I2_例（1-51）3Ω321III+-10V3Ω5Ω-3A4AI4ABCI1I2I3I5基尔霍夫定律仅与元件的相互联接有关，与元件的性质无关。（1-52）电位的概念：Va=5Va点电位：ab15Aab15AVb=-5Vb点电位：在电路中任选一结点，设其电位为零（用标记），此点称为参考点。其它各结点对参考点的电压，便是该结点的电位。记为：“VX”§1.7电路中电位的概念及计算电位和电压的区别：电位为单下标，其值是相对的。参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变（1-53）电位在电路中的表示法E1+_E2+_R1R2R3R1R2R3+E1-E2（1-54）R1R2+15V-15V参考电位在哪里？R1R215V+-15V+-（1-55）（1-55）例：已知R1=100kΩ，R2=50kΩ，B点开路，试求B点的电位？P27：例1.7.1+6VACIBR1R2-9V+_ABCR1R29V+_6V（1-56）思考？I=0E2E3E1+_RR1R+_+_R通常：I≠0I=?E2E3E1+_RR1R+_+_R（1-57）例：A点开路,试求开关S闭合和断开时A点的电位P28：题1.7.3ARR+6VSI（1-58）（1-58）例：已知E1=6V,E2=4V,R1=4Ω,R2=R3=2Ω，A点开路，求A点的电位？P27：例1.7.2+_AR1I1+_I2I3E1E2R3R2CBD（1-59）根据电压和路径无关计算两点间电压的计算方法※电流源两端的电压不为0沿一条已知路径计算（不选含电流源支路）从正极出发，路径上的电压和路径方向相同为正，和路径方向相反为负，电阻上的电压方向和电流相同。（1-60）+10V--5V+abab-10V+2Ω2A+10V-2Ω4Ω4V5Ωab2V练习：计算电压UabUab=Uab=Uab=（1-61）试求：I1、I2、I3。1++--3V4V11+-5VI1I2I3讨论题能否很快说出结果？（1-63）第一章课后习题P28:习题A选择题（自己练习）----基本概念与基本分析方法P31:1.5.10----判断电源和负载1.5.11----电源工作状态P32:1.6.3----KCL1.6.4----KCL、KVL1.7.3----电位1.7.5----电位（含开关）P29:1.6.6----拓宽题（1-64）（1-64）本章要求1.理解电压与电流参考方向的意义；2.理解电路的基本定律并能