电路等效变换

返章目录返章目录 电路分析基础电路分析基础 1.5 电路 的等效变换 1.1 电路和 电路模型 1.6 直流电路 中的几个问题 1.3 基尔 霍夫定律 第1章 电路的基本概念和基本定律 1.4 电压源 和电流源 1.2 电路的 基本物理量 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 本章的学习目的和要求 本章内容是贯穿全课程的重要理论基础，要求在 学习中给予足够的重视。通过对本章学习，要求理 解理想电路元件和电路模型的概念；进一步熟悉电 压、电流、电动势和电功率等基本物理量的概念； 深刻理解和掌握参考方向在电路分析中的作用；初 步理解和掌握基尔霍夫定律的内容及其应用；领会 电路等效的概念和掌握电路等效的基本方法。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型 电路的概念 由实际元器件构成的电流的通路称为电路。 1、电路的组成及其功能 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 电路通常由电源、负载和中间环节三部分组成。 电路的组成 1、电路的组成及其功能 火线火线 . 零线零线 电源电源 连接导线和其余连接导线和其余 设备为中间环节设备为中间环节 负载负载 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 电路的功能 1、电路的组成及其功能 电路可以实现电能的传输、电路可以实现电能的传输、 分配和转换。分配和转换。 电力系统中 电子技术中 电路可以实现电信号的传递、电路可以实现电信号的传递、 变换、存储和处理。变换、存储和处理。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 2、电路模型 实体电路实体电路 负载 电源 开关 连接导线 S RL + U I US + _ R0 电路模型电路模型 电源电源 负载负载 中间环节中间环节 用抽象的理想电路元件及其组合，近似地代替实际的 器件，从而构成了与实际电路相对应的电路模型。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 理想电路元件 2、电路模型 R + US 电阻元件电阻元件 只具耗能只具耗能 的电特性的电特性 电容元件电容元件 只具有储只具有储 存电能的存电能的 电特性电特性 理想电压源理想电压源 输出电压恒输出电压恒 定，输出电定，输出电 流由它和负流由它和负 载共同决定载共同决定 理想电流源理想电流源 输出电流恒输出电流恒 定，两端电压定，两端电压 由它和负载共由它和负载共 同决定。同决定。 L 电感元件电感元件 只具有储只具有储 存磁能的存磁能的 电特性电特性 IS 理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性 单一、精确，可定量分析和计算。 C 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 利用电路模型研究问题的特点 2、电路模型 1、电路模型是用来探讨存在于具有不同特性的、各种 真实电路中共同规律的工具。 2、电路模型主要针对由理想电路元件构成的集总参数 电路，集总参数电路中的元件上所发生的电磁过程都 集中在元件内部进行，任何时刻从元件两端流入和流 出的电流恒等、且元件端电压值确定。因此电磁现象 可以用数学方式来精确地分析和计算。 3、电路分析基本理论中运用电路模型，其主要任务就 是在寻求实际电路共有的一般规律、探讨各种实际电 路共同遵守的基本规律时带来方便。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 电路由哪几部分 组成？各部分的 作用是什么？ 何谓理想电路元件？ 其中“理想”二字在实 际电路的含义？ 集总参数 元件有何 特征？ 如何在电路 中区分电源 和负载？ 试述电路的功 能？何谓“电 路模型”？ 学好本课程，应注意抓好四个主要环节：提前预习、提前预习、 认真听课、及时复习、独立作业。认真听课、及时复习、独立作业。还要处理好三个基本 关系：听课与笔记、作业与复习、自学与互学。听课与笔记、作业与复习、自学与互学。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 1、电流 1.2 1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量 电流的大小 i dq dt = （1-1） 稳恒直流情况下 I Q t = （1-2） 1A=103mA=106A=109nA单位换算 电流的方向 习惯上规定以正电荷移动的方向为电流的正方向。 电路图上标示的电流方向为参考方向参考方向，参考方向是为列 写方程式提供依据的，实际方向根据计算结果来定。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 2、电压、电位和电动势 I a a 电位V是相对于参考点的电压。 参考点的电位:Vb=0；a点电位：Va=E-IR0=IR b b + U RL _ S E + R0 电动势E只存 在电源内部， 其数值反映了 电源力作功的 本领，方向规 定由电源负极 指向电源正极 路端电压U。 电压的大小反映 了电场力作功的 本领；电压是产 生电流的根本原 因；其方向规定 由“高”电位端指 向“低”电位端。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 三者的定义式三者的定义式 2、电压、电位和电动势 Uab = WaWb q Va = WaW0 q E = W源 q 显然电压、电位和电动势的定义式形式相同，因此 它们的单位一样，都是伏特V。 电压等于两点电位之差： 三者的区别和联系 Uab=VaVb 电源的开路电压在数值上等于电源电动势； 电路中某点电位数值上等于该点到参考点的电压。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 3、电功和电功率 电流能使电动机转动、电炉发热、电灯发光，说明电流具 有做功的本领。电流做的功称为电功电流做的功称为电功。 单位：U【V】；I【A】；t【s】时，电功W为焦耳【J】 若U【KV】；I【A】；t【h】时，电功W为度【KWh】 1 1度电度电的概念 1000W的电炉加热1小时 100W的灯泡照明10小时 40W的灯泡照明25小时 日常生活中，用电度表测量电功。当用电器工作时，电度 表转动并且显示电流作功的多少。显然电功的大小不仅与电 压电流的大小有关，还取决于用电时间的长短。 W=UItW=UIt 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 3、电功和电功率 单位时间内电流所作的功称为电功率，电功率的大小 表征了设备能量转换的本领。 P=UI=IP=UI=I 2 2 R R= =U U 2 2 / / R R 国际单位制：U 【V】，I【A】，电功率P用瓦特【W】。 用电器的铭牌数据值称为额定值，额定值指用电器长 期、安全工作条件下的最高限值最高限值，一般在出厂时标定。 额定电功率反映了设备能量转换的本领。例如额定值 为“220V、1000W”的电动机，是指该电动机运行在220V 电压时、1秒钟内可将1000焦耳的电能转换成机械能和热 能；“220V、40W”的电灯，表明该灯在220V电压下工作 时，1秒钟内可将40焦耳的电能转换成光能和热能。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 关联和非关联 4、参考方向 a I 负载负载 元件元件 U b 关联参考方向关联参考方向 a I 电源电源 元件元件 U b 实际电源上的电压、电流方向总是非关联非关联的，实际负载上 的电压、电流方向是关联关联的。因此，假定某元件是电源时， 其电压、电流方向应选取非关联参考方向；假定某元件是负 载时，其电压、电流方向应选取关联参考方向。 非关联参考方向非关联参考方向 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 关于参考方向的有关注意事项 4、参考方向 (1)分析电路前应选定选定电压电流的参考方向参考方向，并标在图中； (2)参考方向一经选定，在计算过程中不得任意改变。参考 方向是列写方程式的需要，是待求值的假定方向而不是 真实方向，因此不必追求它们的物理实质是否合理。 (4)参考方向也称为假定正方向，以后讨论均在参考方向下进 行，实际方向由计算结果确定。 (3)电阻、电抗或阻抗一般选取关联参考方向，独立源上一 般选取非关联参考方向。 (5)在分析、计算电路的过程中，出现“正、负”、“加、减”及 “相同、相反”这几个名词概念时，不可混为一谈。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 仔细理解下面的例题 图示电路，若已知元件吸收功率为20W，电 压U为5V，求电流I。 + U I 元 件 I = P U = 20 5 =4A 解解 图示电路，已知元件中通过的电流为100A，电 压U为10V，电功率P。并说明元件性质。 + U I 元 件 解解 P= UI = 10(-100) =1000W 元件吸收正功率，说明元件是负载。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 想想、练练想想、练练 电压、电位 、电动势有何 异同？ 电功率大的用电器， 电功也一定大，这种说 法正确吗？为什么？ 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 电路分析中引入参考方向的目的是为分析和计算 电路提供方便和依据。 思考思考 回答回答 在电路分析中，引入参考方向的目的是什么？ 应用参考方向时，你能说明“正、负”、“加、减”及“相同、相 反”这几对名词的不同之处吗？ 应用参考方向时，“正、负” 指在参考方向下，电压 电流数值前面的正、负号，若参考方向下某电流为“2A”，说 明其实际方向与参考方向相反，参考方向下某电压为“20V”， 说明其实际方向与参考方向一致；“加、减”指参考方向下电路 方程式各项前面的正、负符号； “相同”是指电压、电流参考 方向关联，“相反”指的是电压、电流参考方向非关联。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 1、几个常用的电路名词 1.3 1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 支路：一个或几个二端元件首尾相接中间无分岔， 使各元件上通过的电流相等。 （m） 结点：三条或三条以上支路的汇集点。 （n） 回路：电路中的任意闭合路径。 （l） 网孔：不包含其它支路的单一闭合路径。 m=3 a b l=3 n=2 1 1 2 3 3 2 网孔=2 + _ R1 US1 + _ US2 R2 R3 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 2、结点电流定律KCL KCL定律的内容 任一时刻，流入电路中任一结点上电流的代数和恒等 于零。数学表达式为： I1 I2 I3 I4 a I I1 1 + + I I 2 2 I I3 3 I I4 4 = 0= 0 通常规定以指向结点的电流取正， 背离结点的电流取负。在此规定下， 根据KCL可对结点 a列出KCL方程： i i = 0 = 0 （任意波形的电流） I I = 0 = 0 （稳恒不变的电流） 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 KCL的有关举例与讨论 举例1 i1 i4 i2 i3 整理为 i1+ i3= i2+ i4 可列出KCL：i1 i2+i3 i4= 0 根据 i（t）= 0 可得KCL的另一种形式：i入= i出 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 KCL的推广应用 对图示电路的三个结点分别列KCL 即即 I I