电工技术课件第一章

U
++
E_
U
R0
_
I
E
R0I
R
U
O
I
b
d
电源的外特性曲线
1. 电压与电流
I
=
R
E +
R0
U = RI 或 U=E
–
当 R0 << R 时， 则 U E R0I 说明电源带负载能力强
1.4.1 电源有载工作
a
++
E_
2. 功率与功率平衡
c
I
UI = EI – R0I2 P = PE –P
功率 平衡式
[例 1] 图示为变阻器调节负载电阻 RL 两端电压的 分压电路。 RL = 50 ，U = 220 V 。中间环节是变阻器，
其规格是 100 、3 A。今把它平分为四段，在图上用
a,b,c,d,e 点标出。求滑动点分别在 a,c,d,e 时，负载
和变
阻器各段所通过的电流及负载电压，并就流过变阻器的
根据电压、电流的参考方向判别 若电压、电流的参考方向相同
P = UI 为负值，是电源，发出功率； P = UI 为正值，负载，取用功率。
1.4.1 电源有载工作
3. 电源与负载的判别
A
[例 1]
I 已知：图中 UAB= 3 V， I = – 2 A
N 求：N 的功率，并说明它是电源
B
还是负载。
[解] P = UI = (–2) 3 = – 6 W
a
I2 I3
KCL，结点 a 可以写出
I1 – I2 + I3 + I4 =
0
[例 1] 上图中若 I1 = 9 A， I2 = – 2 A，I4 = 8 A，求 I[3解。] 把已知数据代入结点 a 的KCL方程式，有
9
–
(–
2)
+
I3
+
8=0
I3 电流为负值，是由于
式由中电I的流3 正=的负–参号考19由方A向K电C与L流实根际据方电向流是方否向相确同定确定
1.1 电路的作用与组成部分
电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路 元件按一定方式组合而成。
1. 电路的作用 (1) 实现电能的传输、分配与转换
发电机
升压 变压器
输电线 降压 变压器
(2)实现信号的传递与处理
话筒
放
大
器
扬声器
电灯 电动机 电炉 ...
2. 电路的组成部分
电源: 提供 电能的装置
发电机
升压 变压器
负载: 取用 电能的装置
输电线 降压 变压器
电灯 电动机 电炉 ...
中间环节：传递、分 配和控制电能的作用
2.电路的组成部分
信号源: 提供信息
话筒
直流电源: 提供能源
信号处理： 放大、调谐、检波等
放 扬声器 大 器
负载
直流电源
电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作； 由激励所产生的电压和电流称为响应。
+
R
RR ca L
R
50 50 50
UL
RL
R R
ca
L
ec 50 50
–
75
U 220
I 2.93 A
ec R 75
2.93
I I 1.47 A
L
ca
2
UL RLIL 50 1.47 73.5 V
注意，这时滑动触点虽在变阻器的中点，但是
输出电压不等于电源电压的一半，而是 73.5 V。
R
忽略 L
i
产生磁场
L
R
储存磁场能量
(电感性)
1.2 电路模型
开关
+
电 源
E–
负载
R0
连接导线
S
R
电路实体
电路模型
用理想电路元件组成的电路，称为实际电路 的电路模型。
1.2 电路模型
电路中电源和信号源的电压或电流称为激励，它 推动电路的工作。
由激励在电路中产生的电压和电流称为响应。 电路分析是在已知电路结构和参数的条件下，
正，反之则为负值。 I
例如：图中若 I = 3 A，则表
+
明电流的实 际方向与参 考方向相同 ；
E
–
反之，若 I = –3 A，则表明电流的实
R 际方与参考方向相反 。
R0
在电路图中所标电压、电流、电
动势的方向，一般均为参考方向。
+I
+I
–I
U
RU
R或 U
R
–
–
+
图 (a)
图 (b)
欧姆定律：通过电阻的电流与电压成正比。
讨论
激励 与 响应 的关系。
返回
1.3 电压和电流的参考方向
对电路进行分析计算时，不仅要算出电压、电流、功 率值的大小，还要确定这些量在电路中的实际方向。 但是， 在电路中各处电位的高低、电流的方向等很难事先判断出 来。因此电路内各处电压、电流的实际方向也就不能确定。 为此引入参考方向的规定。
习惯上规定 电流的实际方向为： 正电荷运动的方向或负电荷
1.6.2 电阻的并联
电路中两个或更多个电阻连接在两个公共的
结点之间，则这样的连接法称为电阻的并联。在
各个并联支路(电阻)上受到同一电压。
分流公式
I1 = —R1R—+2 —R2I I2 = R—1R—+1 —R2 I
等效电阻
I
+ I1
I2
U
R1
R2
–
I
+
U
R
–
1 1 1 R R1 R2
R
=
R1R2 R1 + R2
a IS
+
E_
R0
c
UR
电源短路时的特征
U=0 I = IS = E / R0 P=0 PE = P = R0IS2
电流过大，将烧毁电源！
b
d
为防止事故发生，需在电路中接入熔断器
或自动断路器，用以保护电路。
1.4 电源有载工作、开路与短路
1.4.3 电源短路
由于某种需要将电路的某一段短路，称为短接。 I
的参考方向如图示。
b+
U1 –
a+ –
U5 +
e
U2 –
c –
沿顺时针方向列写回路 的 KVL 方程式，有
U1 + U2 – U3 – U4 + U5
I R4
–
+ U4
U3
+
d
=0 代入数据，有
(–2)+ 8 – 5 – U4+(–3)
=0
U4 = – 2 V
U4 = – IR4
I = 0.5 A
返回
不能充分利用设备的能力；
降低设备的使用寿命甚至损坏设备。
1.4 电源有载工作、开路与短路
1.4.2 电源开路
当开关断开时，电源则处于开路(空载)状态。
a
++
E_
U0
R0
_
b
c
电源开路时的特征 I
I=0
R
U = U0 = E
P=0
d
1.4.3 电源短路
当电源两端由于某种原因连在一起时，电源
则被短路。
图 (c)
U 、I 参考方向相同
表达式
U I
=R
U、 I 参考方向相反 U = –RI
图 (b) 中若 I = –2 A，R = 3 ，则–U = –– 3 ( –2 ) = 6
电压与电流参 考方向相反
电流的参考方向 与实际方向相反
返回
1.4 1电.4.源1 有电源载有工载工作作、开路与短路
a
c
或
I2 R2 – I1R1 = E2 – E1
即 IR = E
KVL 推广应用于假想的闭合回路
+
+
E_
U R
I
_
A ++
UA
_
UAB
_
_
C
UB + B
根据 KVL 可列出
E RI U = 0
或 U = E RI
根据 U = 0 UA UB UAB = 0 UAB = UA UB
[例 2] 图中若 U1= – 2 V，U2 = 8 V，U3 = 5 V， U5 = – 3 V， R4 = 2 ，求电阻 R4 两端的电压及流过 它的电流[。解] 设电阻 R4 两端电压的极性及流过它的电 流I
第 1 章 电路及其分析方法
电路的基本概念及其分析方法是电工技术和 电子技术的基础。
本章首先讨论电路的基本概念和基本定律，如 电路模型、电压和电流的参考方向、基尔霍夫定律、电 源的工作状态以及电路中电位的计算等。这些内容是分 析与计算电路的基础。
然后介绍几种常用的电路分析方法，有支路电 流法、叠加原理、电压源模型与电流源模型的等效变换 和戴维宁定理。
电流与其额定电流比较说明使用时的安全问题。
+ e d
Uc
b a
–
[解] (1) 在 a 点：
IL
+
RL UL
–
UL = 0 V
IL = 0 A
I ea
U Rea
220 100
A 2.2 A
[解] (2)在 c 点：
+ e d
Uc
b a
–
等效电阻 R 为Rca与RL并联，
IL 再与 Rec串联，即
+
R1
有 I 视电路而定
E_
源
UR 电
U=0
R0
路
返回
1.5 基尔霍夫定律
c I1
a
I2
d
支路 电路中的每一分支 如 acb ab adb
+
E1 _
R1
R2
I3
R3
+ 结点 电路中三条或三条
_ E2
以上支路连接的点
如a b
b
回路 由一条或多条支路
组成的闭合路径
如 abca adba adbca
1.5.1 基尔霍夫电流定律(KCL)
c
I1
+
R1 U3
_
a_
R2 I2 U4 +
d
+
+
E1 _ U1
U2 _ E2
左图中，各电压参 考方向均已标出，沿虚线所 示循行方向，列出回路 c b d a c KVL 方程式。
根据电压参考方向，
回路 c b d a c KVL 方程
b
式，为
即 U = 0
上式也可改写为
即 U = E
U1 – U2 + U4 – U3 = 0 U4 – U3 = E2 – E1
凡不能用电阻串并联等效化简的电路，称为 复杂电路。
支路电流法是以支路电流(电压)为求解对象，应 用 KCL 和 KVL 列出所需方程组,而后解出各支路电 流(电压)。它是计算复杂电路最基本的方法。
基尔霍夫电流定律是用来确定连接在同一结点 上的各支路电流之间的关系。
根据电流连续性原理，电荷在任何一点均不能 堆积(包括结点)。故有
在任一瞬间，流向某一结点电流的代数和等于零。
数学表达式为
i = 0 (对任意波形的电流)
I = 0
(直流电路中)
1.5.1 基尔霍夫电流定律(KCL)
I4
I1
若以流向结点的电流为负， 背向结点的电流为正，则根据
+ e d
Uc
b a
–
[解] (3) 在 d 点：
IL
+
UL
RL
–
R
Rda RL Rda RL
Red
75 50 25 75 50
55
I U 220 4 A ed R 55
IL
Rda Rda RL
I ed
75 4 75 50
A
2.4
A
Ida
RL Rda
RL
Ied
50 75 50
因为此例中电压、电流的参考方向相同
而 P 为负值，所以 N 发出功率，是电源。
想一想，若根据电压电流 的实际方向应如何分析？
1.4.1 电源有载工作
I
4. 额定值与实际值
额定值是为电气
+
设备在给定条件下正 常运行而规定的允许
电源 U S1
S2
S3
值。
–
电气设备不在额定 条件下运行的危害： P
电源输出的电流和功 率由负载的大小决定
1.2 电路模型
实为际了的便电于路分是析由与一计些算按实需际要电起路不，同在作一用定的条元件件下 或常器忽件略所实组际成部，件如的发次电要机因、素变而压突器出、其电主动要机电、磁电性池质、，电把 阻它器看等成，理它想们电的路电元磁件性。质是很复杂的。
例如：一个白炽灯在有电流通过时，
消耗电能
(电阻性)
参考方向与实际方向相反所致。
KCL 推广应用
对 A、B、C 三个结点
IA
应用 KCL 可列出：
A
IA = IAB – I
IAB
ICA
IB
IC
B
IBC
C
CIAB = IBC – I AIBC = ICA – I
BC
上列三式相加，便得
IA + IB + IC = 0
即 I =
0
可见，在任一瞬间通过任一封闭
运动的反方向；
电压的实际方向为： 由高电位端指向低电位端；
电动势的实际方向为： 由低电位端指向高电位端。
1.3 电压和电流的参考方向
电压、电流的参考方向： 任意假定。 电流的参考方向用箭头表示；电压的参考方向除用
极性 “+”、“–” 外，还用双下标或箭头表示。
当电压、电流参考方向与实际方向相同时，其值为
1.16.6.1 电电阻阻的串串并联联连接的等效电 路 电路中两个或更多个电阻一个接一个地顺序
相连，并且在这些电阻中通过同一电流，则这样
的连接方法称为电阻的串联。
I
++
U1 R1
–
U+ U2 R2
––
分压公式
I
+
U1
R1 U R1 R2
U
–
R
U2
=
—R—2 — R1 + R2
U
等效电阻
R = R1 + R2
面的电流的代数和也恒等于零。
1.5.2 基尔霍夫电压定律(KVL)
基尔霍夫电压定律用来确定回路中各段电压之 间的关系。
由于电路中任意一点的瞬时电位具有单值性， 故有
在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中 各段电压的代数和恒等于零。
即 U = 0 或 E = U = RI
1.5.2 基尔霍夫电压定律(KVL)
4
A
1.6
A
注意：因 IUed L=4RAL IL 3 5A0，e2d.4 段 1有20被V烧毁的可能。
+ e d
Uc
b a
–
IL
[解] (4)在 e 点：
+
I U 220 2.2 A
ea I 100
UL
RL
ea
–
IL
U RL
220 50
4.4
A
UL U 220 V
返回
1.7 支路电流法
U
R 电源输 电源产 内阻消
R0
_
出功率 生功率 耗功率
b
电源产 = 负载取 + 内阻消
d
生功率 用功率 耗功率
1. 电压与电流
功率的单位：瓦[特](W)
ห้องสมุดไป่ตู้
I
=
R
E + R0
U = RI
或千瓦(
U = E – R0I
1.4.1 电源有载工作
3. 电源与负载的判别 根据电压、电流的实际方向判别，若
U 和 I 的实际方向相反，则是电源，发出功率； U 和 I 的实际方向相同，是负载，取用功率。