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(xí)題思考題與習(xí)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(shí)現(xiàn)某生活中為了實(shí)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(fù)載和中間環(huán)節(jié)是電路的基本組負(fù)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(fù)載，燈泡為負(fù)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(jī)是將熱能、 水能、 風(fēng)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(dòng)電流運(yùn)動(dòng)的源泉， 在它的內(nèi)部進(jìn)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(fù)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(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能等。 中間環(huán)節(jié)： 把電源與負(fù)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(hào)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(jī)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(jī)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(hào)電路在電子技術(shù)、 電子計(jì)算機(jī)和非電量電測中廣泛應(yīng)用， 其主要目的是實(shí)現(xiàn)信號(hào)例如語言、 音樂、 文字、 圖像、 溫度、 壓力等的傳遞、 存儲(chǔ)和處理。 電視機(jī)就是通過有線或無線的方式接收電視信號(hào)， 然后進(jìn)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(hào)傳遞的質(zhì)量， 一般要求傳輸?shù)倪^程中信號(hào)不能失真， 應(yīng)盡可能準(zhǔn)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(shí)際電路實(shí)際電路實(shí)際的電路器件在工作時(shí)的電磁性質(zhì)不是單一的，實(shí)際的電路器件在工作時(shí)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(shí)能把電能轉(zhuǎn)換例如白熾燈在通電工作時(shí)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(huì)產(chǎn)生電的電壓和電流還會(huì)產(chǎn)生電場和磁場，場和磁場， 因此也具有儲(chǔ)存電場能量和磁場能量即因此也具有儲(chǔ)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(jì)算中，在電路的分析和計(jì)算中， 如果如果對一個(gè)器件要考慮所有的電磁性質(zhì)，對一個(gè)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(jì)算時(shí)， 通常用一個(gè)假定

6、的二端元件如電阻元件來代替實(shí)際元件如電燈泡）， 這個(gè)二端元件的電磁性質(zhì)反映了實(shí)際元件的電磁性質(zhì)， 這個(gè)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(shí)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(shí)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(shí)際電路的電路模型， 圖中E為電源電動(dòng)勢， R0為電源內(nèi)阻， RL為負(fù)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(dòng)形帶電粒子的定向移動(dòng)形成了電流。成了電流。 電流的大小用電流強(qiáng)度來描述，電流的大小用電流強(qiáng)度來描述， 數(shù)值等于單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的電數(shù)值等于單位時(shí)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(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的電時(shí)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(qiáng)度為則通過該截面的電流強(qiáng)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(qiáng)度是隨時(shí)間而變的。 如果電流強(qiáng)度不隨時(shí)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(shí)間段內(nèi)通過導(dǎo)體某一截面的總電荷量。 電流強(qiáng)度在工程上常簡稱電流。 在我國法定計(jì)量單位中， 電流電流強(qiáng)度的單位是安培， 簡稱安A）。 在計(jì)量大電流時(shí)， 用千安kA為計(jì)量單位； 計(jì)量微小電流時(shí)， 可用毫安(mA)或微安(A)為計(jì)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(gè)方向， 在電路圖中用箭頭表示。 當(dāng)電流的參考方向與實(shí)際方向一致時(shí)， 電流為正值i0）； 當(dāng)電流的參考方向與實(shí)際方向相反時(shí)， 電流為負(fù)值i0； (

9、b) i0)時(shí)， 電壓的實(shí)際方向與參考方向一致； 電壓為負(fù)(u0; (b) u0， 說明這段電路上電壓和電流的實(shí)際方向是一致的， 電路吸收了功率， 是負(fù)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(gè)實(shí)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(jìn)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(diǎn)，其表達(dá)式為I=0，基本含義是任一瞬時(shí)流入任一節(jié)點(diǎn)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(dá)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(gè)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(xí)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(dòng)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(xí)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(fù)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(fù)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(xí)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(gè)

12、燈泡更亮？為什么？若串聯(lián)后再接到220 V電源上， 哪個(gè)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(shí)際方向。 第 1 章電路的基本概念與基本定律圖1-30 習(xí)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(xí)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(jì)算開關(guān)S斷開和閉合時(shí)A點(diǎn)的電位VA。 圖1-32 習(xí)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(xí)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(xí)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(xí)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(xí)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(biāo)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(xí)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(diǎn)， 求A、 C、 D三點(diǎn)的電位及UAC、 UAD、UCD。 若改C點(diǎn)為參考點(diǎn)， 再求A、 C、D三點(diǎn)的電位及UAC、 UAD、 UCD。 圖1-38 習(xí)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(xí)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(xí)題1-14的電路第 1 章電路的基本概念與基本定