第一章 電工基礎(chǔ)基本原理

1、海南風(fēng)光1 掌握電路的基本原理及分析方法掌握電路的基本原理及分析方法 為學(xué)習(xí)電子技術(shù)打下基礎(chǔ)。為學(xué)習(xí)電子技術(shù)打下基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)學(xué)習(xí) 電工技術(shù)電工技術(shù)的目的的目的2 學(xué)習(xí)交流電路的基本原理，掌握正確及安全學(xué)習(xí)交流電路的基本原理，掌握正確及安全用電方法，培養(yǎng)工作技能。用電方法，培養(yǎng)工作技能。3 學(xué)習(xí)電動(dòng)機(jī)的基本原理和控制技術(shù)。學(xué)習(xí)電動(dòng)機(jī)的基本原理和控制技術(shù)。4 通過(guò)實(shí)驗(yàn)通過(guò)實(shí)驗(yàn), 學(xué)習(xí)各種實(shí)驗(yàn)室常規(guī)電子儀器學(xué)習(xí)各種實(shí)驗(yàn)室常規(guī)電子儀器 的使用方法的使用方法, 鍛煉電工方面的動(dòng)手能力。鍛煉電工方面的動(dòng)手能力。海南風(fēng)光第1章 電路的基本概念與定律第第1 1章電路的基本概念與定章電路的基本概念與定律律1.1

2、1.1 電路中的物理量電路中的物理量1.2 1.2 電路元件電路元件1.3 1.3 基爾霍夫定律基爾霍夫定律1.11.1 電路中的物理量電池電池?zé)襞轃襞蓦娏麟娏麟妷弘妷弘妱?dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)電功率電功率EIRU+_電源電源負(fù)載負(fù)載電流電流電路中的物理量電路中的物理量實(shí)際電路實(shí)際電路電路模型電路模型電壓電壓電路中物理量的正方向電路中物理量的正方向物理量的物理量的正方向正方向：實(shí)際正方向?qū)嶋H正方向假設(shè)正方向假設(shè)正方向?qū)嶋H正方向?qū)嶋H正方向： 物理中對(duì)電量規(guī)定的方向。物理中對(duì)電量規(guī)定的方向。假設(shè)正方向假設(shè)正方向（參考正方向）：（參考正方向）： 在分析計(jì)算時(shí)，對(duì)電量人為規(guī)定的方向在分析計(jì)算時(shí)，對(duì)電量人為規(guī)定的方向

3、。電路中的物理量電路中的物理量物理量的實(shí)際正方向物理量的實(shí)際正方向 物物理理量量 單單位位 實(shí)實(shí)際際正正方方向向 電電流流 I A、kA、mA、 A 正正電電荷荷移移動(dòng)動(dòng)的的方方向向 電電動(dòng)動(dòng)勢(shì)勢(shì) E V、kV、mV、 V 電電源源驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)正正電電荷荷的的方方向向 (由由低低電電位位指指向向高高電電位位) 電電壓壓 U V、kV、mV、 V 電電位位降降落落的的方方向向 (由由高高電電位位指指向向低低電電位位) 電路中的物理量電路中的物理量物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法電池電池?zé)襞轃襞軺ab_+正負(fù)號(hào)正負(fù)號(hào)abUab（高電位在前，高電位在前， 低電位在后）低電位在后） 雙下標(biāo)雙下

4、標(biāo)箭箭 頭頭Uabab 電電 壓壓+-IR電流電流：從高電位：從高電位 指向低電位。指向低電位。IRUabE+_abU+_電路中的物理量電路中的物理量物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法IRUab+_abU+_電壓的正方向箭頭和正負(fù)號(hào)是等價(jià)的電壓的正方向箭頭和正負(fù)號(hào)是等價(jià)的,只用其中之一只用其中之一.IRUababU電路中的物理量電路中的物理量電路分析中的電路分析中的假設(shè)假設(shè)正方向正方向（參考方向）（參考方向）問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出：在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理 量量 的實(shí)際方向，電路如何求解？的實(shí)際方向，電路如何求解？電流方向電流方向AB？電流方向電流方

5、向BA？U1ABRU2IR電路中的物理量電路中的物理量(1) 在解題前先設(shè)定一個(gè)正方向，作為參考方向；在解題前先設(shè)定一個(gè)正方向，作為參考方向；解決方法解決方法(3) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向：根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向： 若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與假設(shè)方向一致；若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與假設(shè)方向一致； 若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與假設(shè)方向相反。若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與假設(shè)方向相反。(2) 根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān)根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān) 系的代數(shù)表達(dá)式；系的代數(shù)表達(dá)式；電路中的物理量電路中的物理量設(shè)定正方向的情況下歐姆定律的寫(xiě)法設(shè)定正方向的情況下歐姆定律的

6、寫(xiě)法I與與U的方向一致的方向一致U = IRaIRUbI與與U的方向相反的方向相反U = IRaIRUb電路中的物理量電路中的物理量關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向設(shè)定正方向的情況下電功率的寫(xiě)法設(shè)定正方向的情況下電功率的寫(xiě)法功率的概念功率的概念：設(shè)電路任意兩點(diǎn)間的電壓為：設(shè)電路任意兩點(diǎn)間的電壓為 U ,流入此流入此 部分電路的電流為部分電路的電流為 I， 則這部分電路則這部分電路消耗消耗的功率為的功率為:IUP =如果如果U I方向不一方向不一致寫(xiě)法如何？致寫(xiě)法如何？電壓電流正方向一致電壓電流正方向一致aIRUb電路中的物理量電路中的物理量關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向設(shè)定正方向

7、的情況下電功率的寫(xiě)法設(shè)定正方向的情況下電功率的寫(xiě)法aIRUb電壓電流正方向相反電壓電流正方向相反P = UI功率有正負(fù)？功率有正負(fù)？電路中的物理量電路中的物理量非關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向吸收功率或消耗功率（起負(fù)載作用）吸收功率或消耗功率（起負(fù)載作用）若若 P 0輸出功率（起電源作用）輸出功率（起電源作用）若若 P 0電阻消耗功率肯定為正電阻消耗功率肯定為正電源的功率可能為正（吸收功率）電源的功率可能為正（吸收功率），也可能為負(fù)（輸出功率），也可能為負(fù)（輸出功率）功率有正負(fù)功率有正負(fù)電路中的物理量電路中的物理量電源的功率電源的功率I Uab+-P = UIP = UIIUab+-電壓電流方向一

8、致（關(guān)聯(lián)參考方向）電壓電流方向一致（關(guān)聯(lián)參考方向）電壓電流方向不一致（非關(guān)聯(lián)參考方向）電壓電流方向不一致（非關(guān)聯(lián)參考方向）電路中的物理量電路中的物理量 當(dāng)當(dāng) 計(jì)算的計(jì)算的 P 0 時(shí)時(shí), , 則說(shuō)明則說(shuō)明 U、I 的實(shí)際的實(shí)際方向一致，此部分電路消耗電功率，方向一致，此部分電路消耗電功率，為為負(fù)載負(fù)載。 所以，從所以，從 P 的的 + + 或或 - - 可以區(qū)分器件的性質(zhì)，可以區(qū)分器件的性質(zhì)，或是電源，或是負(fù)載。或是電源，或是負(fù)載。結(jié)結(jié) 論論在進(jìn)行功率計(jì)算時(shí)，在進(jìn)行功率計(jì)算時(shí)，如果假設(shè)如果假設(shè) U U、I I 正方向一致正方向一致。 當(dāng)計(jì)算的當(dāng)計(jì)算的 P 0 時(shí)時(shí), , 則說(shuō)明則說(shuō)明 U、I

9、的實(shí)際方的實(shí)際方向相反，此部分電路發(fā)出電功率，向相反，此部分電路發(fā)出電功率，為電源為電源。電路中的物理量電路中的物理量含源網(wǎng)絡(luò)的功率含源網(wǎng)絡(luò)的功率P = UIIU+-含源含源網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)電路中的物理量電路中的物理量電路中的物理量電路中的物理量IU+-含源含源網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)P = UI電壓電流正電方向一致（關(guān)聯(lián)參考方向）電壓電流正電方向一致（關(guān)聯(lián)參考方向）電壓電流正電方向不一致（非關(guān)聯(lián)參考方向）電壓電流正電方向不一致（非關(guān)聯(lián)參考方向）伏伏 - 安安 特性特性iuconstiuR=RiuuiconstiuR=線性電阻線性電阻非線性電阻非線性電阻( (一一) ) 無(wú)源元件無(wú)源元件1. 1. 電阻電阻 R（常用

10、單位：（常用單位： 、k 、M ）1.2 1.2 電路元件電路元件電路元件電路元件2.2.電感電感 L L：ui（單位：（單位：H, mH, H）單位電流產(chǎn)生的磁鏈單位電流產(chǎn)生的磁鏈iNL=線圈線圈匝數(shù)匝數(shù)磁通磁通電路元件電路元件電感中電流、電壓的關(guān)系電感中電流、電壓的關(guān)系dtdiLdtdNe=dtdiLeu=當(dāng)當(dāng) Ii =(直流直流) 時(shí)時(shí),0=dtdi0=u所以所以,在直流電路中電感相當(dāng)于短路在直流電路中電感相當(dāng)于短路.iNL=ue ei+電路元件電路元件3.3.電容電容 CuqC =單位電壓下存儲(chǔ)的電荷單位電壓下存儲(chǔ)的電荷（單位：（單位：F, F, pF）+ +- - - -+q-qui

11、電容符號(hào)電容符號(hào)有極性有極性無(wú)極性無(wú)極性+_電路元件電路元件dtduCdtdqi=電容上電流、電壓的關(guān)系電容上電流、電壓的關(guān)系uqC =當(dāng)當(dāng) Uu =(直流直流) 時(shí)時(shí),0=dtdu0=i所以所以,在直流電路中電容相當(dāng)于斷路（開(kāi)路）在直流電路中電容相當(dāng)于斷路（開(kāi)路）uiC電路元件電路元件無(wú)源元件小結(jié)無(wú)源元件小結(jié) 理想元件的特性理想元件的特性 （u 與與 i 的關(guān)系）的關(guān)系）LCRiRu=dtdiLu=dtduCi =電路元件電路元件UR1R2LCR1UR2U為直流電壓時(shí)為直流電壓時(shí),以上電路等效為以上電路等效為注意注意 L、C 在不同電路中的作用在不同電路中的作用電路元件電路元件1.1.電壓源

12、電壓源( (二二) ) 有源元件有源元件有源元件中的兩種電源：電壓源和電流源。有源元件中的兩種電源：電壓源和電流源。理想電壓源理想電壓源 （恒壓源）（恒壓源）IUS+_abUab伏安特性伏安特性IUabUS特點(diǎn)特點(diǎn)：( (1）無(wú)論負(fù)載電阻如何變化，輸出電）無(wú)論負(fù)載電阻如何變化，輸出電 壓不變壓不變 （2）電源中的電流由外電路決定，輸出功率）電源中的電流由外電路決定，輸出功率 可以無(wú)窮大可以無(wú)窮大電路元件電路元件恒壓源中的電流由外電路決定恒壓源中的電流由外電路決定設(shè)設(shè): U=10VIU+_abUab2 R1當(dāng)當(dāng)R1 、R2 同時(shí)接入時(shí)：同時(shí)接入時(shí)： I=10AR22 例例 當(dāng)當(dāng)R1接入時(shí)接入時(shí)

13、： I=5A則：則：電路元件電路元件RS越大越大斜率越大斜率越大電壓源電壓源伏安特性伏安特性IUUSUIRS+-USRLU = US IRS當(dāng)當(dāng)RS = 0 時(shí)，時(shí)，電壓源電壓源模型就變成模型就變成恒壓源恒壓源模型模型由理想電壓源串聯(lián)一個(gè)電阻組成由理想電壓源串聯(lián)一個(gè)電阻組成RS稱(chēng)為電源的內(nèi)阻或輸出電阻稱(chēng)為電源的內(nèi)阻或輸出電阻根據(jù)閉合電路的歐姆定律得根據(jù)閉合電路的歐姆定律得電路元件電路元件 理想電流源理想電流源 （恒流源（恒流源) ) 特點(diǎn)特點(diǎn)：（1）輸出電流不變，其值恒等于電）輸出電流不變，其值恒等于電 流源電流流源電流 IS； abIUabIsIUabIS伏伏安安特特性性（2）輸出電壓由外電

14、路決定。）輸出電壓由外電路決定。 2. 2. 電流源電流源電路元件電路元件恒流源兩端電壓由外電路決定恒流源兩端電壓由外電路決定IUIsR設(shè)設(shè): IS=1 A R=10 時(shí)，時(shí)， U =10 V R=1 時(shí)，時(shí)， U =1 V則則:例例電路元件電路元件ISRSabUabIIsUabI外特性外特性 電流源模型電流源模型RSRS越大越大特性越陡特性越陡I = IS Uab / RS由理想電流源并聯(lián)一個(gè)電阻組成由理想電流源并聯(lián)一個(gè)電阻組成當(dāng)當(dāng) 內(nèi)阻內(nèi)阻RS = 時(shí)，時(shí)，電流源電流源模型就變成模型就變成恒流源恒流源模型模型電路元件電路元件恒壓源與恒流源特性比較恒壓源與恒流源特性比較恒壓源恒壓源恒流源恒流

15、源不不 變變 量量變變 化化 量量U+_abIUabUab = U （常數(shù)）（常數(shù)）Uab的大小、方向均為恒定，的大小、方向均為恒定，外電路負(fù)載對(duì)外電路負(fù)載對(duì) Uab 無(wú)影響。無(wú)影響。IabUabIsI = Is （常數(shù)）（常數(shù)）I 的大小、方向均為恒定，的大小、方向均為恒定，外電路負(fù)載對(duì)外電路負(fù)載對(duì) I 無(wú)影響。無(wú)影響。輸出電流輸出電流 I 可變可變 端電壓端電壓Uab 可變可變 電路元件電路元件等效互換公式等效互換公式IRS+-USbaUab()RIRIRIIUSSsSsab=Uab = US IRS UabISabIRS電路元件電路元件若若 I =Uab =則則IUab即電流源與電壓源二

16、者對(duì)外的即電流源與電壓源二者對(duì)外的伏安特性曲線一樣伏安特性曲線一樣Us IRS = IS RS I RS ssRR =令ssssssRUIIRU=或或電路元件電路元件Uab = U IRSUab IUabIUUab= ISRS I RS aa bbU S = ISRS RS = RS 對(duì)對(duì)a（ a ）點(diǎn)：）點(diǎn)：I=I =0 ，Uab = = Uab 對(duì)對(duì)b（ b ）點(diǎn)：）點(diǎn)： Uab = US IbRS =0 I b= U S / RS Uab= ISRS I b RS = ISRS Ib RS = ISRS (US / RS ) RS =US (US / RS ) RS = (1RS / R

17、S) U S=0 ( 0,Ib )( 0,Ib ) )例：電壓源與電流源的例：電壓源與電流源的等效互換舉例等效互換舉例I2 +-10VbaUab5AabIUs = ISRS RS = RS IS = Us / RS電路元件電路元件2 等效變換的注意事項(xiàng)等效變換的注意事項(xiàng)“等效等效”是指是指“對(duì)外對(duì)外”等效（等效互換前后對(duì)外伏等效（等效互換前后對(duì)外伏-安安特性一致），對(duì)內(nèi)不等效，如開(kāi)路或短路在內(nèi)阻上特性一致），對(duì)內(nèi)不等效，如開(kāi)路或短路在內(nèi)阻上的電流或電壓是不同的的電流或電壓是不同的(1)IsaRSbUabI RLaUS+-bIUabRSRLIS = US / RSRS = RS 電路元件電路元件

18、注意轉(zhuǎn)換前后注意轉(zhuǎn)換前后 U US S 與與 I Is s 的方向的方向(2)aUS+-bIRSUS+-bIRSaIsaRSbIaIsRSbI電路元件電路元件(3)恒壓源和恒流源不能等效互換恒壓源和恒流源不能等效互換abIUabIsaUS+-bI電路元件電路元件(4) 進(jìn)行電路計(jì)算時(shí)，恒壓源串電阻進(jìn)行電路計(jì)算時(shí)，恒壓源串電阻和恒電流源并電阻兩者之間均可等和恒電流源并電阻兩者之間均可等效變換。效變換。RS和和 RS不一定是電源內(nèi)阻。不一定是電源內(nèi)阻。電路元件電路元件111RUI =333RUI =R1R3IsR2R5R4I3I1I應(yīng)應(yīng)用用舉舉例例-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3電路

19、元件電路元件(接上頁(yè)接上頁(yè))IsR5R4IR1/R2/R3I1+I3R1R3IsR2R5R4I3I1I電路元件電路元件454RRRUUIdd+=+RdUd+R4U4R5I-(接上頁(yè)接上頁(yè))ISR5R4IR1/R2/R3I1+I3()()4432132131/RIURRRRRRRIIUSdd=+=電路元件電路元件-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3代入數(shù)值計(jì)算代入數(shù)值計(jì)算已知：已知：U1=12V， U3=16V， R1=2 ， R2=4 R3=4 ， R4=4 ， R5=5 ， IS=3A電路元件電路元件解得：解得：I= 0.2A (負(fù)號(hào)表示實(shí)際方向與假設(shè)方向相反負(fù)號(hào)表示實(shí)際方向與假設(shè)

20、方向相反)-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3I4I4 =IS+I=3 +(-0.2)=2.8AUR4 = I4 R4 =2.84=11.2VR4=4 IS=3AI= 0.2A恒流源恒流源 IS 的功的功率如何計(jì)算率如何計(jì)算 ？?PIS= - 33.6W電路元件電路元件PIS = - UR4 IsU4-負(fù)號(hào)表示負(fù)號(hào)表示恒流源恒流源 IS 輸出功率輸出功率計(jì)算功率計(jì)算功率例例10V+-2A2 I討論題討論題?=IA32410A72210A5210=+=III哪哪個(gè)個(gè)答答案案對(duì)對(duì)? 電路元件電路元件 1.3 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 （克希荷夫定律，克氏定律）（克希荷夫定律，克氏定律）

21、用來(lái)描述電路中各部分電壓或各部分用來(lái)描述電路中各部分電壓或各部分電流間的關(guān)系電流間的關(guān)系,其中包括其中包括克氏電流定律克氏電流定律和和克氏電壓定律克氏電壓定律兩個(gè)定律。兩個(gè)定律。名詞注釋?zhuān)好~注釋?zhuān)汗?jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)：三個(gè)或三個(gè)以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)三個(gè)或三個(gè)以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)支路：支路：電路中每一個(gè)分支電路中每一個(gè)分支回路：回路：電路中任一閉合路徑電路中任一閉合路徑基爾霍夫定律基爾霍夫定律例例支路：共支路：共3條條回路：共回路：共3個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)：a、 b (共共2個(gè)）個(gè)）aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1基爾霍夫定律基爾霍夫定律I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I

22、4-例例支路：共支路：共 ？條？條回路：共回路：共 ？個(gè)？個(gè)節(jié)點(diǎn)：共節(jié)點(diǎn)：共 ？個(gè)？個(gè)6條條4個(gè)個(gè)基爾霍夫定律基爾霍夫定律7個(gè)個(gè)(一一) 克氏電流定律克氏電流定律 對(duì)任何節(jié)點(diǎn)，在任一瞬間，流入節(jié)點(diǎn)的電流之對(duì)任何節(jié)點(diǎn)，在任一瞬間，流入節(jié)點(diǎn)的電流之和等于由節(jié)點(diǎn)流出的電流之和?；蛘哒f(shuō)，在任一和等于由節(jié)點(diǎn)流出的電流之和?；蛘哒f(shuō)，在任一瞬間，一個(gè)節(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和為瞬間，一個(gè)節(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和為 0。 I1I2I3I44231IIII+=+克氏電流定律的克氏電流定律的依據(jù)依據(jù)：電流的連續(xù)性：電流的連續(xù)性 I =0即：即：或或：04231=+IIII流入為正流入為正流出為負(fù)流出為負(fù)基爾霍夫定律基爾霍夫定律例例電流定律還可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面。電流定律還可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面。I1+I2=I3I=0克氏電流定律的擴(kuò)展克氏電流定律的擴(kuò)展I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R廣義節(jié)點(diǎn)廣義節(jié)點(diǎn)基爾霍夫定律基爾霍夫定律例例例例(二二) 克氏電壓定律克氏電壓定律 對(duì)電路中的任一回路，沿任意循行對(duì)電路中的任一回路，沿任意循行方向轉(zhuǎn)一周，其電位降等于電位升。方向轉(zhuǎn)一周，其電位降等于電位升?；?，電壓的代數(shù)和為或，電壓的