电工学简明教程(秦曾煌)第1章 电路及其分析方法

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
+ E _
R1 有 源 电 路
I 视电路而定 R U=0
U
R0
1.4.1
I2
1.4.7
1.4.7
作业
1.9 电压源与电流源及其等效变换
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。
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 为正值，负载，取用功率。 P = UI 为负值，是电源，发出功率；
第 1 章 电路及其分析方法
第1章
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12
电路及其分析方法
电路的作用与组成部分 电路模型 电压和电流的参考方向 电源有载工作、开路与短路 基尔霍夫定律 电阻的串联与并联 支路电流法 叠加定理 电压源与电流源及其等效变换 戴维宁定理 电路中电位的计算 电路的暂态分析
在海德堡大学期间制成光谱仪，与化 学家本生合作创立了光谱化学分析法，从 而发现了元素铯和铷。
1.5 基尔霍夫定律
支路 电路中的每一分支
c
I1
R1
a
I2 R2 R3
d
如 acb ab adb
+ E1 _
I3
结点 电路中三条或三条 + 以上支路连接的点 E2 _ 如a b
b
回路 由一条或多条支路 组成的闭合路径
4 4
6
4 I3 25 A 10 A 46
1.9.5
作业
1.5
基尔霍夫定律
基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍 夫电压定律(KVL)，是分析电路的基本定律。 基尔霍夫（Gustav Robert Kirchhoff， 1824～1887），德国物理学家。 1859年，基尔霍夫做了用灯焰烧灼食盐的 实验，得出了关于热辐射的定律。1862年 得出绝对黑体的概念。
I
U R0
R0
+
U RL
–
b
内阻改串联
注意
电压源与电流源模型的等效变换关系仅对 外电路而言，至于电源内部则是不相等的。
[例 1] 1.1.9 用电 源等效变换方法求图示 电路中 I3。 [解]
I3
6
20 + 140 V _ I3
5 6 + 90 V _
7A
20
5
18 A I3
25 A
+ U –
I R
+ U – 图A
I R 或
– U +
I R
图B
图C
欧姆定律：通过电阻的电流与电压成正比。 U、I 参考方向相同 U、I 参考方向相反 U =R U = – IR 表达式 I 图 B 中若 I = –2 A，R = 3 ，则 U = – (–2) 3 V = 6 V –
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
1.4.1 电源有载工作 4．额定值与实际值
+
I
额定值是为电气设 备在给定条件下正常运 行而规定的允许值。
电气设备不在额定 条件下运行的危害：
电源 U
–
S1
S2
S3
P
电源输出的电流和功 率由负载的大小决定
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
1.2 电路模型
实际的电路是由一些按需要起不同作用的元件或器 为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下常忽 件所组成，如发电机、变压器、电动机、电池、电阻器 略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，把它看 等，它们的电磁性质是很复杂的。 成理想电路元件。 例如：一个白炽灯在有电流通过时
消耗电能 (电阻性)
IC = ICA– IBC 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面的电流的代数和 也恒等于零。
1.5.2
1.5.3 1.5.3
作业
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
a
+ + U
c
I
R
2．功率与功率平衡 UI = EI – R0I2 P = PE – P
电源输 出功率
电源产 生功率
功率 平衡式
E_ R0
b
电源产 生功率 内阻消 耗功率
_ = d
负载取 用功率
+
内阻消 耗功率
1．电压与电流 E I= R + R0 U = RI U = E – R 0I
功率的单位：瓦[特](W) 或千瓦(kW)
当开关断开时，电源则处于开路(空载)状态。
a + E _ U0 R0 b _ d R c
+
I
电源开路时的特征 I=0
U = U0 = E
P=0
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。
a + IS
c
电源短路时的特征 U=0 I = IS = E/R0
E
_
U R
R0
b
P=0 PE = P = R0IS2 电流过大，将烧毁电源！
IS =
R0
0
U _ b U/V
RL
R0
IS
E= IS R0
内阻改串联 U0 = IS R0
R0
U
RL
–
U/V 电 流
源
U0 = E
电
压
O
源 O
IS I/A
E I/A IS R0
1.9.3 电源模型的等效变换
+
E_ R0
a + U _
I
RL
内阻改并联 E IS = R0
IS E = IS R0
当 R0 = 时，I 恒等于 IS 是一定值，而其两端电压 U 是任意的，由负载电阻 和 IS 确定，这样的电源称 为理想电流源或恒流源。
1.9.3 电源模型的等效变换
a 内阻改并联 电压源的外特性和电流源的外特性是相同的。 U + + E + 因此两种模型相互间可以等效变换。 R I I
E_
I3 电流为负值，是由于电流参考 由电流的参考方向与实际方向是否相同确定 式中的正负号由KCL根据电流方向确定 方向与实际方向相反所致。
KCL 推广应用
IA A IAB IB B IC C IBC ICA
对 A、B、C 三个结点 应用 KCL 可列出： IA = IAB – ICA
IB = IBC – IAB
1.4.1 电源有载工作、开路与短路 1.4 电源有载工作
a + E_ U R0 b _ c U I E U O I 电源的外特性曲线
+
R0I
R
d
U = RI 或 U = E – R0I
1．电压与电流 E I= R + R0
当 R0 << R 时， 则 U E 说明电源带负载能力强
1.4.1 电源有载工作
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)
I1 R 1
左图中，各电压参考方向 c a d _ _ 均已标出，沿虚线所示循行方 + U3 U4 + 向，列出回路 c b d a c KVL 方 + + E1 U U2 E2 程式。 _ 1
O
U _
RL
1.9.2 电流源 将式 U = E – R0 I 两边 边同除以 R0，则得 U E IS – I = IS – I = R0 R0 U +I 即 IS = R0
外特性曲线
I
U R0 R0 + U – RL 理想 电流 源电 路
U/V
U0 = IS R0 电 流
源
O IS
理 想 电 流 源 I/A
A + + U + UA _ + UAB
E
_
R I
_ _ C
UB +
_ B
根据 KVL 可列出
根据 U = 0
E IR U = 0
或 U = E IR
UA UB UAB = 0
1.9.1 电压源 一个电源可以用两种模型来表示。用电压的形式表 示称为电压源，用电流的形式表示称为电流源。 1.9.1 电压源
+ E_ R0 外特性曲线 U/V 理想电压 源电路 a I +
a + U
_ b
理想电压源
电 压 源 + E_
I
RL
U0 = E
U = E – R0 I
E Is = R I/A 0 b 当 R0 = 0 时， U = E ，是一定值，则 I 是任意的,由负载电阻和 U 确定，这样的 电源称为理想电压源或恒压源。
R2
_ b
I2
根据电压参考方向，回路 c b d a c KVL方程式，为 U 1 – U2 + U4 – U3 = 0 U4 – U3 = E2 – E1