第1章电路的基本概念与基本定律改培训教材.ppt

电工技术学习要点学习要点 理解电压、电流的概念及参考方向的意义，理解电压、电流的概念及参考方向的意义，电功率的概念及其计算电功率的概念及其计算n n理解并能熟练应用基尔霍夫电流定律和电压理解并能熟练应用基尔霍夫电流定律和电压定律定律n n了解电器设备额定值的意义和电路有载、空了解电器设备额定值的意义和电路有载、空载和短路状态的特点载和短路状态的特点n n理解电位的概念，会分析计算电路中各点的理解电位的概念，会分析计算电路中各点的电位电位n n理解实际电源的两种模型及其等效变换理解实际电源的两种模型及其等效变换第第1 1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律第一章 电路的基本概念与基本定律第一节 电路与电路模型第二节 电路的主要物理量第三节 电路的三种状态第四节 电压源和电流源及其等效变换第五节 基尔霍夫定律电路的组成 电路由电源、负载和中间环节3部分组成1电源电源是供给电能的设备，它把非电能转换成电能如蓄电池、各种发电机等2负载负载是取用电能的装置，它把电能转换成其他形式的能量如电灯、电风扇、电动机等3中间环节是指连接电源和负载的部分，中间环节传递、分配和控制电能最简单的中间环节就是开关和导线，导线是用来连接电源和负载的元件。

开关是控制电路接通和断开的装置1.1.1.1.2 2 电路模型电路模型理想元件：理想元件：将实际元件理想化（模型化），即在一定条件下突出元件主要的电磁性质，忽略次要因素，用一个足以表征其主要特性的理想元件近似表示理想元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件、理想电压源、理想电流源等不能产生能量的元件为无源元件，能产生能量的元件为有源元件电路模型：电路模型：由理想元件所组成的电路称为理想电路模型，简称电路模型电路分析的对象电路分析的对象不是实际电路，而是电路模不是实际电路，而是电路模型型电路分析的主要任务电路分析的主要任务在于解得电路物理量，在于解得电路物理量，其中最基本的电路物理量就是电流、电压和其中最基本的电路物理量就是电流、电压和功率1. 1.2.1 2.1 电流电流1、电流的定义：在电场的作用下，电荷有规则的定向移动就形成电流2、电流的大小用电流强度电流强度表示，简称电流电流强度：单位时间内通过导体横截面的电荷量大写 I 表示直流电流（单位：A）小写 i 表示电流的一般符号（单位：A） 1.2 1.2 电路的主要物理量电路的主要物理量 电流的单位是安培，简称安，用符号A表示，电量的单位是库仑，简称库，用C表示。

若在1s内通过导体横截面的电量为lC，则导体中的电流就是lA电流的常用单位还有kA（千安）、mA（毫安）、A（微安），其换算关系是: 1kA11000 A 1A11000 mA 1mA11000A例1-1 某导体在0.5min的时间内均匀通过导体横截面的电荷量为120C，求导体中的电流是多少?解：电流的单位 正电荷运动方向规定为电流的实际方向任意假设的电流方向称为电流的参考方向电流的方向用一个箭头或双下标变量表示 如果求出的电流值为正，说明参考方向与实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反3电流的方向：1. 1.2.2 2.2 电压电压 电路中a、b两点间的电压定义为单位正电荷由a点移至b点电场力所做的功如果在电路中任选一点为参考点，那么电路中某点的电位（电势）定义为单位正电荷由该点移至参考点电场力所做的功 电路中a、b点两点间的电压等于a、b两点的电位差电压的实际方向规定由电位高处指向电位低处与电流方向的处理方法类似，可任选一方向为电压的参考方向电压的方向有三种表示方法一种是用箭头表示箭头指向为电位降落的方向第二种是用双下标字母表示还可用“+”、“-”表示例： 当ua =3V ub = 2V时u1 =1V最后求得的u为正值，说明电压的实际方向与参考方向一致，否则说明两者相反。

u2 =-1V 对一个元件或电路，电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定，但为了方便起见，常常将其取为一致，称关联参考方向，简称关联方向；如不一致，称非关联参考方向，简称非关联方向 如果采用关联方向，在标示时标出一种即可如果采用非关联方向，则必须全部标示 电流参考方向设成从a点流向b，顺着电流方向，电压的参考方向从“+”到“-”，即a点为“+”，b点为“-”这种情况称为电流、电压关联参考方向，简称关联方向 若电流参考方向从a点流向b，而电压的参考方向相反，即a点为“-”，b点为“+”这种情况称为电流、电压非关联参考方向，简称非关联方向B点电位：电位的定义：在电路中选定一个参考点（注意每次计算只能选一个相对的参考点），取参考点的电位为零电位，则电路中某一点与参考点之间的电压就被称为这一点的电位在电路图中，参考点用符号“”表示电位的单位与电压相同如图，选O为参考点，A点电位： 1.2.3 1.2.3 电位电位n电位用单下标的电压符号表示 电位与电压关系的结论之一：如果已知两点的电位，则此两点间的电压等于它们的电位之差 电位与电压关系的结论之二：电路中某一点的电位随参考点（零电位点）选择的不同而不同。

但两点间的电压不变 电位的计算选b点为参考点选d点为参考点选用不同的参考点，各点电位的数值不同，但任意两点之间的电压不随参考点的改变而变化 电位概念在电子电路中的应用：简化电子线路！（a）具有参考点的电路（b）习惯画法电源与电动势 在电电源外部电电路中，电场电场 力把正电电荷由高电电位经过负载经过负载 移动动到低电电位，那么，在电电源内部电电路中，也必定有一种力能够够不断地把正电电荷从低电电位移到高电电位，我们们把这这种力叫做电电源力（外力） 1.2.4 1.2.4 电动势电动势 在电源内部，电源力（外力）把单位正电荷从低电位 (负极)移到高电位 (正极)克服电场力所做的功，称为电源的电动势用公式表示为：电动势的方向：在电源内部，电动势的实际方向是正电荷所受外力的方向，从低电位指向高电位电动势的单位：与电压相同电源内部，电压的实际方向是正电荷所受电场力的方向，从高指向低电位，故与电动势方向相反！电动势与端电压的关系电动势与端电压的关系 电动势是描述电源力 (非电场力)做功的物理量，而电压则是描述电场力做功的物理量电动势仅存在于电源内部，而电压不仅存在于电源两端，而且也存在于电源外部电源的电动势的实际方向与端电压实际方向相反，规定为由负极指向正极。

在电动势的形成过程中，出现了电荷的分离，形成了电场，使电源两端具有了不同的电位我们把电源两端的电位差，称为电源的端电压1. 1.2.5 2.5 电电能能与与电功率电功率电电能电电功 电流通过不同的负载时，负载可以将电源提供的电能转变成其他不同形式的能量（即负载吸收电能），电流就要做功如果a、b两点间的电压为U，则将电量为q的电荷从a点移到b点时电场力所做的功（也即负载消耗的电能）为:由于 ,因此 在国际单位制中电能电功的单位是焦耳，简称焦，用符号J表示在实际应用中，电功还有一个常用单位是“度”，即千瓦小时，用字母kWh表示 1kWh3.6106J对于直流电路，则：电功率 电电功可以表示电场电场 力做功的多少，但不能表示做功的快慢为为了表示电场电场 力做功的快慢，通常用电电功率来描述，所谓谓电功率是指电场电场 力在单单位时间时间内所做的功，电功率简称功率，用字母P表示，即:电路吸收(消耗)功率与电流、电压的关系：关联方向时：p =ui非关联方向时：p =uip0时吸收功率，p0时发出(提供)功率 在国际单位制中功率的单位是瓦特，简称瓦，用符号W表示如果电压的单位为伏(V)，电流的单位为安(A)，则功率的单位为瓦(W)。

1W=1V*1A 功率的常用单位还有kW（千瓦）、MW（兆瓦）、mW（毫瓦）、W（微瓦），其换算关系是: 1MW=103kW=106W 1W=10-3mW=10-6 W例例：求图示各元件的功率.（a）关联方向，P=UI=52=10W，P0，吸收10W功率b）关联方向，P=UI=5(2)=10W，P0，吸收10W功率1、空载（开路）状态 开路也叫断路，是指电源与负载未接成闭合电路时的工作状态，这时电路中没有电流通过1. 1.3 3 电路的三种工作状态电路的三种工作状态电路有三种状态，分别是空载（断路）状态、短路状态和有载（通路）工作状态2、短路状态 短路是指电源未经负载而直接由导线 (导体)构成通路时的工作状态3、有载工作状态PL=UI：电源输出的功率PE=EI：电源产生的功率PO=I2R0：内阻消耗的功率有载工作状态是指电源与负载接成闭合回路时的工作状态，这时电路中有电流通过 有载工作状态下，电源的端电压U随输出电流I的变化关系U =f（I）称为电源的外特性 外特性方程： 电压随电流增加直线下降，斜率与内阻有关外特性曲线： 所谓额谓额 定值值就是保证电证电 气设备设备 能长长期安全工作的最大电压电压 、电电流和功率，分别别称为额为额 定电压电压 (UN)、额额定电电流(IN)和额额定功率(PN)。

例如，我们们常见见的灯泡上的220V 4OW或电电阻上标标的1OO 2W等都是额额定值值电电气设备设备 的额额定值值通常标标在一块块小金属牌 (叫铭铭牌)上，固定在设备设备 的外壳上因而有时额时额 定值值又可以叫做铭铭牌数据电电气设备设备 工作在额额定情况下叫做额额定工作情况 在额额定电压电压 下工作,当电电气设备设备 的实际电实际电 流小于额额定电电流时时称为为欠载载（轻载轻载 ）工作状态态；等于额额定电电流时时称为满载为满载 工作状态态；大于额定电流时称为过载工作状态态一般情况下，应按照规定值来使用各种电器设备负载负载 的额额定值值例：设图示电路中的电源额定功率PN=22kW ，额定电压UN=220V，内阻R0=0.2，R为可调节的负载电阻求：（1）电源的额定电流IN；（2）电源开路电压U0C；（3）电源在额定工作情况下的负载电阻RN；（4）负载发生短路时的短路电流ISC解：(1)电源的额定电流为：(2)电源开路电压为：(3)电源在额定状态时的负载电阻为：(4)短路电流为：1.41.4 电压源与电流源及其等效变换电压源与电流源及其等效变换1.4.1 1.4.1 电压源电压源 电压源模型电压源模型由上图电路可得由上图电路可得: : U U = = E E IR IR0 0 若若 R R0 0 = 0= 0理想电压源理想电压源 : : U U E EU U0c0c= E= E 电压源的外特性电压源的外特性I IU UI IR RL LR R0 0+ +- -E EU U+ + 电压源是由电动势电压源是由电动势 E E和内阻和内阻 R R0 0 串联的电源的串联的电源的电路模型。

电路模型 若若 R R0 0 R RL L ，I I I IS S ，可近似认为是理想电流源可近似认为是理想电流源电流源电流源模型电流源模型R R0 0U UR R0 0U UI IS S+ +理想电流源（恒流源理想电流源（恒流源) )例例1 1：(2) (2) 输出电输出电流是一定值，恒等于电流流是一定值，恒等于电流 I IS S ；(3) (3) 恒流源两端的电压恒流源两端的电压 U U 由外电路决定由外电路决定特点特点: : (1) (1) 内阻内阻R R0 0 = = ；设 IS = 10 A，接上RL 后，恒流源对外输出电流RL当当 R RL L= 1 = 1 时，时， I I = 10A = 10A ，U U = 10 V = 10 V当当 R RL L = 10 = 10 时，时， I I = 10A = 10A ，U U = 100V= 100V外特性曲线外特性曲线 IUISOIISU+_电流恒定，电压随负载变化电流恒定，电压随负载变化4) N(4) N个恒流源可以并联，其等效电流为其代数和个恒流源可以并联，其等效电流为其代数和恒压源与恒流源特性比较恒压源恒流源不 变 量。