电工电子技术第1章

1目录电工电子技术电工基础教学部第1章电路分析基础太原理工大学电工基础教学部2目录电工电子技术电工基础教学部模块1——电路基础第1章电路分析基础第2章暂态电路分析第3章交流电路3目录电工电子技术电工基础教学部第1章电路分析基础1.1电路元件1.2基尔霍夫定律1.3叠加定理1.4等效电源定理1.5含受控源电路的分析4目录电工电子技术电工基础教学部第1章电路分析基础本章要求: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正确应用；3.了解电路的通路、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义；4.会计算电路中各点的电位。5.了解实际电源的两种模型及其等效变换。6.掌握支路电流法、叠加原理和戴维宁定理等电路的基本分析方法。5目录电工电子技术电工基础教学部1.1.1电路及电路模型电路是由若干电路元件或设备组成的，能够传输能量、转换能量；能够采集电信号、传递和处理电信号的有机整体。①电路的组成：电源信号源负载中间环节1.1电路元件1.电路的组成和作用电路——电流流通的路径。6目录电工电子技术电工基础教学部手电筒电路·中间环节：连接电源和负载②电路的作用：灯泡电池开关电源负载•电源：非电能电能•负载：电能非电能•电能的输送和转换（如电力工程）•信号的传递与处理（如信息工程）7目录电工电子技术电工基础教学部返回发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉电力系统电路示意图输电线8目录电工电子技术电工基础教学部中间环节负载放大器话筒扬声器扩音机电路示意图信号源（电源）9目录电工电子技术电工基础教学部③电路系统的概念系统是由若干互相关联的单元或设备组成，并具有一定功能的有机整体。)(efr)(te)(tr激励响应系统中电源（或信号源）的作用称为激励。由激励引起的结果（如某个元件的电流、电压）称为响应。10目录电工电子技术电工基础教学部2理想元件和电路模型将实际电路中的元件用理想元件来表示，构成的电路图——电路模型①常用的理想元件RLE+_Is电阻电感电容恒压源恒流源C+R11目录电工电子技术电工基础教学部③电路模型US+_RLSRO电路模型是实际电路的科学抽象手电筒电路模型iuRL日光灯电路的模型②电路元件分类线性元件非线性元件时变元件非时变元件有源元件无源性元件12目录电工电子技术电工基础教学部UsIRU+_E+_1.1.2电流、电压的参考方向1.实际方向物理量单位实际方向-E+电流IA,kA,mA,μA正电荷定向移动的方向电压UV,kV,mV,μV电场力作用,电位降落的方向电动势EV,kV,mV,μV电源力作用,电位升高的方向+I-+U-13目录电工电子技术电工基础教学部分析计算电路时，人为任意设定的电量方向2.参考方向（假设方向、正方向）I=5AI′Rab=－5A例Rab注意：引入参考方向后，物理量为代数量若计算结果为正(I0)，则实际方向与参考方向一致；若计算结果为负(I′0)，则实际方向与参考方向相反。电流方向ab？电流方向ba？14目录电工电子技术电工基础教学部I①参考方向的表示方法参考极性abUab双下标箭标_+USabR②参考方向的作用.便于列写电路方程③关联参考方向.便于确定实际方向关联参考方向U与I的方向一致+_IUabR_IUabR+非关联参考方向U与I的方向相反U=IRU=-IR15目录电工电子技术电工基础教学部+_I=3AU=6VabR例应用欧姆定律求电阻Ra+_I=-3AU=6VbR+_I=3AU=－6VabR+_I=-3AU=－6VabR236IUR236IUR236IUR236IUR16目录电工电子技术电工基础教学部（3）应用欧姆定律列写式子时，式中有_____套正负号。列写公式时，根据U、I的________得_______________U、I的值本身有____和_____之分（1）分析计算电路时，首先要画出，标出电压、电流的。（2）参考方向是________设定的。未标参考方向的前提下，讨论电压、电流的正、负值是__________。问题与讨论电路图参考方向两参考方向公式中的正负号正值负值没有意义的人为任意17目录电工电子技术电工基础教学部A1121V1RIU例试求：当U分别为3V和1V时的电流IR解：(1)假定电路各电量的参考方向如图所示；(2)列电路方程：EUURREURUIRREUURIRR=1ΩE=2VURabU+—+—+—(3)数值计算A11233VRIU（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）18目录电工电子技术电工基础教学部1.1.3电阻元件电阻为耗能元件如电阻器、白炽灯、电炉等。实物iRuRiu1.电压与电流的基本关系RuiiuRR的单位为欧［姆］（Ω）（R常用单位：、k、M）伏安特性19目录电工电子技术电工基础教学部1.1.3电阻元件电阻为耗能元件如电阻器、白炽灯、电炉等。返回20目录电工电子技术电工基础教学部oiu常数iuR常数iuRuio线性电阻的伏安特性非线性电阻的伏安特性2.电阻的伏安特性注意:欧姆定律仅适用于线性电阻电路。21目录电工电子技术电工基础教学部3.电阻元件的功率和能量在关联参考方向下，电阻元件的功率为RuRiuip22单位为瓦特（W）从t1到t2的时间内，电阻元件吸收的能量为dtiRwtt221单位为焦耳（J）22目录电工电子技术电工基础教学部1.理想电压源和理想电流源①理想电压源（恒压源）:RO=0时的电压源.特点：(1）输出电压U不变，即UabUS；（2）电源中的电流I由外电路决定。外特性U=f(I)oIUUS1.1.4独立电源元件IUS+_abURL23目录电工电子技术电工基础教学部设:E=10VIE+_abUab2R1当R1R2同时接入时：I=10AR22例当R1接入时：I=5A则：（3）恒压源中的电压US为零时，恒压源视为短路。US=0+_（4）与恒压源并联的元件对外电路而言为可视为开路。E+_abR2E+_abR1R2Is24目录电工电子技术电工基础教学部恒压源特性中不变的是：_____________US恒压源特性中变化的是：_____________I_________________会引起I的变化。外电路的改变I的变化可能是_______的变化，或者是_______的变化。大小方向0SUI恒压源两端可否短路？a+_IUSUabbR问题与讨论否因为R=0时25目录电工电子技术电工基础教学部②理想电流源（恒流源):RO=时的电流源.特点：（1）输出电流I不变，即IIS外特性（2）输出电压U由外电路决定。abIUIsRLIUabISo26目录电工电子技术电工基础教学部IUIsR设:IS=1AR=10时，U=10VR=1时，U=1V则:例E+_abR1R2Is（3）恒流源的电流IS为零时，恒流源视为开路。（4）与恒流源串联的元件对外电路而言为可视为短路。IS=0abR1Is27目录电工电子技术电工基础教学部恒流源特性中不变的是：_____________Is恒流源特性中变化的是：_____________Uab_________________会引起Uab的变化。外电路的改变Uab的变化可能是_______的变化，或者是_______的变化。大小方向sabIU恒流源两端可否开路？abIUabIsR问题与讨论否因为R=∞时28目录电工电子技术电工基础教学部恒压源中的电流如何决定？恒流源两端的电压等于多少？例∵串联电流相同。SabUIRU∴电压源中的电流I=IS恒流源两端的电压取决外电路IUsR_+abUab=?Is解：29目录电工电子技术电工基础教学部恒压源中的电流如何决定？恒流源两端的电压等于多少？例∵并联电压相同。SabUU电压源中的电流取决外电路∴恒流源两端的电压解：RUIISSaIUsR_+bUab=?IsIR30目录电工电子技术电工基础教学部③电功率的正负(1)概念：(2)公式：关联时：IU+—P=UI非关联时：IU+—P=-UI负载消耗（吸收）的功率；电源产生（提供）的功率。吸收（取用）功率，元件为负载发出（产生）功率，元件为电源若P0若P0(3)功率的正负：31目录电工电子技术电工基础教学部根据能量守恒定律电路中的功率平衡∑P=0例A25515S2S1RUUIW30215S1S1IUPW1025S2S2IUPW205222RIPR+—+——+IRURUS2US1已知：US1=15V，US2=5V，R=5Ω，试求电流I和各元件的功率。解：32目录电工电子技术电工基础教学部已知：U1=20V，I1=2A，U2=10V，I2=-1A，U3=-10V，I3=-3A，试求元件的功率，并说明性质。I3I2I1U3U2U11423例元件1功率W40220111IUP元件2功率W10)1(10222IUP元件3功率W202)10(133IUP元件4功率W30)3(10324IUP解：元件1、2发出功率是电源，元件3、4吸收功率是负载。上述计算满足ΣP=0。33目录电工电子技术电工基础教学部OSRU2.实际电压源的两种电路模型①电压源模型及外特性oSIRUUIURo越小斜率越小UIRO+-USRLUSO恒压RO=0时，U=US外特性34目录电工电子技术电工基础教学部oRUIIabSRO越大特性越陡②电流源模型及外特性外特性ISROabIURLIUISROO恒流ISRO=∞时，I=IS35目录电工电子技术电工基础教学部3.电源(电路)的三种状态(1).通路：电路中有电流和功率的转换①电流：LORREI②电压：oIREUab③功率：IURIEIPPPabRERLo2ORLIUabE+_abRo+_RO↓→IRO↓→Uab↑通路、开路、短路36目录电工电子技术电工基础教学部④电气设备的额定值额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备的三种运行状态:欠载(轻载)：IIN，PPN(不经济)过载(超载)：IIN，PPN(设备易损坏)额定工作状态：I=IN，P=PN(经济合理安全可靠)⑴额定值反映电气设备的使用安全性；⑵额定值表示电气设备的使用能力。例：灯泡：UN=220V，PN=60W电阻：RN=100，PN=1W额定电压UN、额定电流IN和额定功率PN37目录电工电子技术电工基础教学部（2）额定电流为100A的发电机，只接60A的照明负载，还有电流40A流到哪里去了？问题与讨论（1）一个100Ω、1W的电阻器，在使用时允许流过的电流和允许加的电压不得超过多少？。；V10A1.0UI答:不存在40A.电源的输出功率和输出电流取决于负载.答:38目录电工电子技术电工基础教学部2.开路：开路电压：特点：Uo=EIE+_RoUoabRL+_输出功率P=0输出电流I=0有源二端网络oUaboR无源二端网络abUo+_Roab39目录电工电子技术电工基础教学部3.短路：NoSIREIIsUabE+_abRoRLFU特点：输出功率P=0输出电压U=0短路电流：短路保护:熔断器FU工作短接:ASR1R240目录电工电子技术电工基础教学部4.两种电源的等效变换等效互换的条件：对外的电压电流相等。I=I'Uab=U'ab即：IRO+-USbaUabU'abISabI'R'O41目录电工电子技术电工基础教学部oooRRRUISsoooRRRIUsSaUS+-bIUabRO电压源电流源U'abR‘oIsabI'①等效互换公式42目录电工电子技术电工基础教学部+－②等效变换的注意事项(1)两电路对外等效，外特性一致。(2)两内阻相等（Ro=R‘o），所接位置不同。(3)IS流出端对应US的正极“+”。+－aUSbIRo(Ro、R‘o不一定必须是电源的内阻。)ISaR‘obI'43目录电工电子技术电工基础教学部（4）两电路的内部不等效，其内阻