电工技术电路基本定律

干电池
U
R
R0
电珠
－
1.3 电压和电流的参考方向
一、电流和电流的参考方向
1、电流
def Δq
电流的大小用电流强度表示i：(t)
lim
Δt0
Δt
dq dt
电流的单位：安培 A。 如果在1秒钟内通过导体截 面的电量是11安库培仑，1库 1这秒仑时电流就是1安培，即
常用毫安（mA）和微安（μA）。 1（A）=103(mA)=106（μA）
电压的方向规定为从高电位指向低电位端，即为电压降低 的方向。
2、电压的参考方向 同样在电路中要给出电压的参考方向（参考极性），参
考极性的指定是任意的，参考极性确定了，就可从数值 上的正负来判明电压的实际方向。
电压参考方向的表示方法： 用箭头表示 ； 用双下标表示uAB；
用正负极性表示。
1.4 欧姆定律
电流的参考方向是任意指定的。
参考方向的表示方法： 电流：
I
箭标
aR b
双下标
Iab
实际方向与参考方向的关系： 实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值； 实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。
二、电压和电压的参考方向
1、电压
在电路a b 段电场力移动电荷所做的功与电荷量的比
值是一个恒定不变的量，这个比值只和电路的具体结
1、电阻元件——根据实际电阻器抽象出来的模型。
电阻的电路符号：
R，表示电阻的电阻值。
单位：欧姆（Ω），常用 千欧（kΩ）;兆欧（MΩ）。
1 kΩ=103Ω； 1 MΩ=106Ω
2、电阻元件的特性——消耗功率
根据电阻发热的特点做成了一些有用的电器，如电 炉、电熨斗等。
3、正欧比姆。定律：流过电UI 阻 的R 电流与电阻两端的电压成
代数和为零。
即：U0
注意：应用KVL时，必须选定回路的绕行方向和各段电压的
参考方向，然后按回路的绕行方向写方程式。式中，
电压的参考方向与回路的绕行方向一致的取“+”号， 与绕行方向相反的取“-”号。
例：回路1：
有E1 = I1 R1 +I3 R3
回路2：
有 E2 = I2 R2+I3 R3
I1 a I2
1. 2 电路模型
如果把实际设备用一些简单的符号来表示，就构成了实际电 路的电路模型。
理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源 元件等。其符号：
R
L
C
US
IS
一个实际电路的各个部分用相应的理想元件表示，就获得 一个理想化的电路，我们称之为电路模型。 如：小灯泡电路的电路模型
I 开关
＋ E
学习方法：三大环节
课堂教学
习题
实验
❖ 通过课堂教学：掌握基本概念、基本定律、工作 原理、分析方法。公式与电路与特性曲线对应， 看电路列公式，学会分析电路。
❖ 通过做一定数量的习题，培养分析和解决问题的 能力、计算能力，理解和巩固课堂上所学的知识。 要求：抄题、绘图用尺、标明单位、书写工整， 培养良好的学习习惯。
1.6 基尔霍夫定律
基尔霍夫定律是电路的基本定律,包括基尔霍夫电流定律 和基尔霍夫电压定律。它反映了电路中所有支路电流和 电压的约束关系。
先根据下图介绍几个名词 c R1 a R2 1d、支路（branch)——电路中的每一个分支。
US1
R3
2、US2 结点（node)——三条或三条以上支路相 连 接的点。
例
c I1
a
I2 d
E1
R1
R2
I3 R3
U2 E2
如图有I1＋I2－I3＝0
即 I＝0
b
KCL可推广应用于闭合面： I1+I2+I3=0
US1
I1 1
I12
US2
I2
I31
2
U I I S3
3
23
3
1.6.2 基尔霍夫电压定律 (KVL)
在集总电路中，在任一时刻，沿任一回路 ， 所有支路电压的
构有关，可用来反映这段电路的性质，我们把这一比
值称为A B两点间的电压用符号uAB来表示 ，
u AB dw dq
电压的单位：伏特V。如果电场力移动1库仑电荷所做的功
是1焦耳，则这时的电压就是1伏特，即
1伏特=
1 焦耳 1 库仑
常用单位： 千伏（KV）；毫伏（mv）和微伏（μv）
1kv=103V 1V=103mv =106μv
电工技术电路基本定律
电工技术
目录
第 1 章 电路的基本概念与基本定律 第 2 章 电路的分析方法 第 3 章 电路的暂态分析 第 4 章 正弦交流电路 第 5 章 三相电路 第 6 章 磁路与铁心线圈电路 第 7 章 交流电动机 第 10 章 继电接触器控制系统 第 11 章 可编程控制器及其应用 第 12 章 工业企业供电与安全用电
第1章 电路的基本概念与基本定律
1.1 电路的作用与组成部分 1.2 电路模型 1.3 电压和电流的参考方向 1.4 欧姆定律 1.5 电源有载工作、开路与短路 1.6 基尔霍夫定律 1.7 电路中电位的概念及计算
绪论
电工学是高等学校非电专业的一门实践性较强的技 术基础课程。随着现代化建设的进行，各行各业都 朝着电气化、自动化的方向发展。所以，非电专业 的工程技术人员和科研人员都必须掌握一定的电感 与电子技术方面的知识，以便逐步掌握这些先进技 术，使本专业能适应科学技术的发展。 学习电工学的目的：使学生学到电工和电子技术的基 本理论、基本知识和基本技能，培养学生自学能力， 动手能力，使用电子设备的能力。为学习后续课程 以及将来从事技术工作和科学研究打下基础。 电工学的基本内容： 电路
b 3、回路（loop)——由支路构成的闭合路径。
4、网孔（mesh)——在确定的电路图中不 能再 分的简单回路。
例1：
d
a
I1
I2
IG
G
R4 I3 b I4 I
+E –
支路：ab、bc、ca、… （共6条） 结点：a、 b、c、d (共4个）
回路：abda、abca、 adbca …
c
（共7 个）
U、I 参考方向相同时，
U、I 参考方向相反时，
+
U=IR
U IR
–
+
U = – IR
U IR
–
表达式中有两套正负号： ① 式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；
② U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。
通常取 U、I 参考方向相同，称为关联参考方向。
例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。
+
U
I
6V 2A
R
– (a)
+
U 6V
I R
– –2A
(b)
解：对图(a)有, U = IR 对图(b)有, U = – IR
所以 : RU63Ω I2
所:以 RU63Ω I 2
4、遵循欧姆定律的电阻是线性电阻
R是正的实常数，其值不随电流、电压而改变，电阻元件的u –i关系 曲线是过原点的直线。
R是这条直线斜率的倒数。欧姆定律是线性代数方程，所以R 称为线性电阻。这条直线称为线性电阻的伏安特性曲线。
伏安特性
I
o
U
线性电阻伏安特性
1.5 电源有载工作、开路与短路
在电路分析中，常涉及电路的三种工作状态：有载 状态、开路状态和短路状态，了解三种状态的特 点，有利于电路分析和求解。
以简单的手电筒电路为例，
E为电源电动势；R0为电源内阻； I
U为电源的端电压。Leabharlann ++
E
1.5.1 电源有载工作
U
R
合上开关S,电路中有电流I流过R0 ,
不大，即带负载能力强。
O
I
电源的外特性曲线
2、功率与功率平衡 电功率：电流在单位时间内所做的功，简称功率，符号P。 即，功率的电位为瓦特（W），常用千瓦（kw）;毫瓦（m
w）。 1kw=103w 1mw=10-3w 功率平衡 将公式 U = E - IR0 的等式两边同乘以电流I，得 UI = EI –I2R EI是电源产生的功率，设为PE； I2R0是电源内阻上消耗的功率，
因此，电路主要由四个部分组成： 1、电源——提供电能的装置。（如发电机、干电池等） 2、负载——取用电能的装置。（如电灯、电动机、电炉等） 3、连接导线。 4、控制设备——开关。
在电路中，电源或信号源（话筒）的电压或电流称为激励，它 推动电路工作，由激励在电路中产生的电压或电流称为响应。对 电路进行分析，实际上就是在已知电路结构和元件参数的条件下， 讨论电路的激励与响应之间的关系。
I
小灯泡发光，这种状态称为电路
的有载状态。
1、电路中的电流： I E R0 + R
当电源电动势E和内阻R0一定时，电流的大小取决于负载电阻R 负载电阻R两端的电压 U = RI代入上式可得：U = E - IR0
U
在电源有内阻时，I U 。
E
当 R0<<R 时，则U E ，表明当
负载变化时，电源的端电压变化
二、电路的作用
1.用于传输和分配电能，并将电能和其他形式的能量相互转换。
发电机
升压 输电线 降压
变压器
变压器
电灯 电动机 电炉
...
2、进行信号的传递和处理。
话筒 放 扬声器 大 器
三、电路的组成
用导线将一个小灯泡的两端与一节干电池的正负极分别连 起来，如图所示，小灯泡就亮了。
电池
开关
灯泡
所以：干电池、小灯泡、开关、连接导线 就构成了一个最 简单的电路。
1.5.2 电源开路 （空载）
当电路中开关S断开时，电路就处于开路状态。
电路在开路状态的特征： I=0
{ U=0
P=0 电源不输出电能。
1.5.3 电源短路
“短路”是指电路里不同电位的两点直接相连。它可发生 在电路的任何处。
短路时的特征：U=0 ；I=IS=E/R0 ； PE=ΔP=I2R0 ； P=0
设为ΔP；UI是负载取用的功率，所以上式可写为 P = PE– ΔP 。
3、电源与负载的判别
当U和+I 的参UI考方a 向与实际＋方电端向源流一：出致U，和发I出的功实率际方向相反，电流 从
a
Ib
负载： U和I的实际方向相同，电
U R 流从＋端流入，吸收功率
b
当U和I两者的参考方向选得一致时， P＝UI＜0 是电源，
网孔：abd、 abc、bcd （共3 个）
1.6.1 基尔霍夫电流定律（KCL)
在任何集总参数电路中，在任一时刻，对任一结点，所有 流出结点的支路电流的代数和恒等于零。
即：I 0
注意：因为 I0
表示电流的代数和等于零，所以在运用这一公式时，必须 先选定好各个支路的参考方向，如果流入结点的电流取 正号，流出结点的电流就取负号。
2、电流的方向
电流的实际方向是正电荷运动的方向。
3、电流的参考方向
引入参考方向的原因：
1）、在复杂电路中，各支路电流的实际方向往往是未知的， 只能事先假定各支路电流的参考方向，再根据电路的基 本定律列出电路方程，得出各支路电流的实际方向。
2）、在交流电路中电流是交变的，很难在电路中反映电流 的流向，标出参考方向，写出相应的方程式，才能得出 电流的实际方向和大小。
+ R1
R2 +
E1 1 I3 R3 2 E2
b
基尔霍夫电压定律的推广：可应用于回路的部分电路
A
++
UA UAB
-
C
UB
+
-
B
+
+
E
-
U
R
I
-
U＝UA－UB－UAB 或 UAB＝UA－UB
E－U－RI＝0 或 U＝E－RI
列方程时，要先在电路图上标出电流、电压或 电动势的参考方向。
返回
1.7 电路中电位的概念及计算
电机与控制 电子技术
❖ 电路：是电工学课程的基础，通过这一部分的学习， 使学生掌握电路的基本概念、基本定律、基本的分 析方法。
❖ 电机与控制：使学生了解电动机的结构、工作原理 和工作性能、熟悉控制电器及由控制电器构成的控 制线路。
❖ 电子技术：使学生掌握二、三极管的特性以及由它 们构成的整流电路和放大电路的工作原理和特性， 数字电路的工作原理和特性。
满载——设备按额定值使用。 （保证设备安全可靠的运行，保 证设备的使用寿命）
过载——超过额定值使用。 少量过载是允许的，因为在设计产 品时考虑了一定的安全系数。若超过额定值过多，会加速设备 的绝缘老化，也会使绝缘遭到破坏，损坏设备。）
轻载——低于额定值使用。 此时不能充分利用设备的能力，是 一种浪费，若远低于额定值，设备就不会正常工作。）
P＝UI＞0 是负载
当U和I两者的参考方向选得相反时， P＝UI＜0 是负载，
P＝UI＞0 是电源
4、电气设备的额定值
各种电器设备、电路元件的电压、电流、功率都有规定的使用数 据，我们称这些数据为额定值，用N下标表示。
电气设备在实际使用时其电压、电流和功率的实际值不一定等于 它们的额定值。有下面三种情况；
一、为什么引入电位
❖ 通过做实验培养动手能力，学会正确使用常用的 电子仪器和电工仪表，培养工作能力。
本章的主要内容：电压和电流的参考方向； 基尔霍夫定律； 电源的工作状态； 电路中点位的概念及计算。
1.1 电路的作用与组成部分
一、什么是电路
为了获得电流而把电气设备加以适当组合而构成的总体，我们 把它称为电路。简单的说，电路就是电流流过的路径。