电工学课件

在使用时，电压、电流、功率的实际值不一定等于它 们的额定值。
1.3.2. 电源开路（开关断开）
I
a
+
RO
+
U
E_
-
bຫໍສະໝຸດ Baidu
I=0
U=U0=E P=0
PE=0 ， P=0
c
R d
开路电压
1.3.3. 电源短路
I
a
+
c
+ RO U
R
E_
-
b
d
U=0
I=IS=E/R0 P=0
PE=P=R0I2,
短路电流
§1.4 电路中电位的概念及计算
dt
所以,在直流电路中电容相当于断路.
i 0
线性电容: C=Const 非线性电容 : C = Const
u(t)1 t i()d1 0 i()d1 ti()d
C
C
C0
u(0)C 10ti()d
2. 电容的功率和储能
关联方向下
p ui
w 1 Cu2 2
无源元件小结
理想元件的特性 （u 与 i 的关系）
名词注释：
节点：三个或三个以上支路的联结点 回路：电路中任一闭合路径
例
b
I1 I2
a
I6 R6
c
I4 I3
I5 d
+
_ E3
R3
支路：ab、ad、… ... （共6条）
节点：a 、 b、c 、d (共4个）
回路：abda、 bcdb、 … ...
（共7 个）
1.5.1 基尔霍夫电流定律（KCL方程）
对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于 由节点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个节
点上电流的代数和为 0。 即： I =0
例
I2
I1I3I2I4
I1
I3
或：
I4
IIII0
1324
基尔霍夫电流定律的依据：电流的连续性
基尔霍夫电流定律的扩展
电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。
例 I1 A
I2
I4 I6
B
例
R
I=?
R
I3
I5
+
+R
+
_E1 _E2
R1
_ E3
C
A: I1
=I4+I6 B: I2
I=0
闭合+I面4=；I5I1 +I2=I3
1.5.2 基尔霍夫电压定律（KVL方程）
对电路中的任一回路，沿任意绕行方向转一周，其
电位升等于电位降。或，电压的代数和为 0。
b I1
即： U0
I2
例如： 回路 a-d-c-a
L
L
L 0
L 0
2. 电感的功率和储能
关联方向下
p ui
w 1 Li 2 2
三、电容元件 C :
单位电压下存储的电荷
i
+ ++ ++ +q
u
- - - - -q -
（单位：F, F, pF）
C qu
1. 电容上电流、电压的关系
i
+
u
-
C
C qu
i dqC du dt dt
当 uU(直流) 时, du 0
R
L
uRi
u L di dt
C
i C du dt
关联参考方 向
§1.3 电路的基本状态和电气设备的额定值
1.3.1 电源有载工作 （开关合上）
I
a
c
RO +
+ -
E
U
_
b
端电压
R d
1. 电压与电流 关系
U E
R0«R
I
伏安特性（外特性）
UEIRo R0«R时，UE
2. 功率与功率平衡
I
a
c
§1.2 电路元件
二端元件： 电阻 电感 电容 电压源 电流源
一、电阻元件 R :（单位：、k、M ）
1. 线性电阻:电阻值与它所通过的电流 和所施加 的电 压无关。即电阻值固定不变. 也可以说满足欧姆定 律的电阻为线性电阻.
欧姆定律
I
+
关联参考方向下
U
R UIR
_
_
I
+
U
+
R
U
_
伏 - 安 特性
电流方向 AB？
+
_ E1
A IR B R
电流方向 BA？
+
E2_
解决方法
(1) 在解题前先设定一个方向，作为参考方向；
(2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；
(3) 根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。
例
R a
+ +
UR
IR _
U
E +
_b _
已知：E=2V, R=1Ω
问： 当U分别为 3V 和 1V 时，IR=?
解： (1) 假定电路中物理量的参考方向如图所示； (2) 列电路方程：
UURE URUE
IR
UR R
UE R
R a
+ +
IR UR _ U
E +
_b _
UE IR R
(3) 数值计算
以a电为参考点
Vv-Va=Uba Vc-Va=Uca Vd-Va=Uda
Vb=Uba=-60V Vc=Uca=+80V Vd=Uda=+30V
c
4A
20
a 5
10A
6A d
+
6
+
_ E1=140V E2=90V _
b
以b电为参考点
Va=Uab=＋60V Vc=Ucb=＋140V Vd=Udb=＋90V
N2
+外
-u
电 路
N1和N2等效
电阻串并联的等效变换
电阻串联
1. 定义: 若干个电阻元件一个接一个顺序相连, 并且流过同一个电流。
2. 等效电阻: Req=R1+R2+…+Rn= Rn
+
+
R1 U_1
U
+
_
R2 U_2
+
U
R
_
+
I
+ R1 U_1
+
U
_
+ R2 U_2
U
_
R
UU1U2I(R1R2)I R ReqR1R2
U 3V
3 -2 I R 1 1A
（实际方向与参考方向一致）
1 2 U 1V I R 1 1A
（实际方向与参考方向相反）
提示
(1) “实际方向”是物理中规定的，而“参考方向”则 是人们在进行电路分析计算时, 任意假设的。
(2) 在以后的解题过程中，注意一定要先假定物理量 的参考方向，然后再列方程 计算。 缺少“参考方向”的物理量是无意义的.
u
dt dt
-
当 i I (直流) 时, di 0
dt
u0
所以,在直流电路中电感相当于短路.
线性电感: L=Const (如:空心电感 不变)
非线性电感 : L = Const (如:铁心电感 不为常数)
1 t
1 0
1 t
1 t
i ( t ) u () d u () d u () d i ( 0 ) u () d
考核方式
1、平时成绩：30％ 作业、出勤、课堂表现：10％ 实验：20％
2、期终考试：70％
第一章
电路的基本 概念、定律与分析方法
第一章 电路的基本概念、定律与分析方法
1.1 电路的基本概念 1.2 电路的基本元件 1.3 电路的基本状态和电气设备的额定值 1.4 电路中电位的概念及计算 1.5 基尔霍夫定律 1.6 电路的分析方法
i
u
I
非关联参考方向下
R UIR
R ui const
电导 G I 单位S（西门子） U
pi2Ru2 u2G0 R
2.非线性电阻元件
伏 - 安 特性
i u
R ui const
二、电感元件 L：
Ф
i
+
u
-
单位电流产生的磁链 （单位：H, mH, H）
Li
1. 电感中电流、电压的关系
i
+
ud Ldi
(3) 为了避免列方程时出错，习惯上把 I 与 U 的方向
按相同方向假设。（关联参考方向）
四、功率
做功的速率： p dw dt
Ai
B
Ai
B
+
u
_
_
u
+
关联参考方向下
非关联参考方向下
pdwudqui dt dt
PUI
pui
PUI
p 0 吸收功率 负载； p 0 发出功率 电源
1.1.3/7 图1.1.9中，哪些元件吸收功率，哪些元件提供 功率，并求出吸收与提供的功率大小。
负载：将电能转换成非电能的装置，或消耗电能的装置。 例如：电动机、电炉、灯
中间环节：连接电源和负载的部分，起传输和分 配电能的作用。例如：输电线路
二、 电路模型
I
电 池
灯 泡
+ E
_
+
RU
_
电源
负载
理想电路元件：在一定条件下，突出其主要电磁性能， 忽略次要因素，将实际电路元件理想化
（模型化）。 主要有电阻、电感、电容元件、电源元件。
物理量
单位
电流 I A、kA、mA、
μA
电动势 E V、kV、mV、
μV
电压 U V、kV、mV、 μV
实际正方向 正电荷移动的方向
电源驱动正电荷的 方向
(低 电 位 高 电 位 ) 电位降落的方向
(高 电 位 低 电 位 )
电路分析中的参考方向
问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量
的实际方向，电路如何求解？
以a电为参考点
Vb=Uba=－60V Vc=Uca=＋80V Vd=Uda=＋30V
电位在电路中的表示法
R1
+
_ R2
_E1 +E2
R3
+E1 R1
-E2 R2 R3
参考电位在哪里？
+15V R1
+
R1
15V
-
R2 -15V
+ R2 - 15V
电位小结
（1）电路中某一点的电位等于该点与参 考点（电位为零）之间的电压。
U IEIRoI2
PPEP
RO +
+ -
E
U
_
b
R d
式中： PE=EI--是电源产生的功率
P=R0I2--是电源内阻上所损耗的功率
P=UI--是电源输出的功率 单位：w、Kw
3. 额定值与实际值
额定值概念：在实际电路中，电气设备的电压、电流 都有一个额定值，它是制造厂家综合考虑了用电设备的 工作能力、运行性能、经济性、可靠性及其使用寿命等 命等因素制定的。电路中通常以UN、IN、PN表示。
电压的概念：两点间的电压就是两点的电位差 节点电位的概念：
在电路中任选一节点，设其电位为零（用 标记）， 此点称为参考点。其它各节点对参考点的电压，便是
该节点的电位。记为：“VX”（注意：电位为单下标）。
a
a
1 b 5A
a 点电位： Va = 5V
1
b 5A
b 点电位： Vb = -5V
注意：电位和电压的区别
本章要求:
1.了解电路模型及理想电路元件的意义； 2.理解电压与电流参考方向的意义；掌握电源
与负载的判别。 3. 理解电路的基本定律并能正确应用； 4. 了解电源的有载工作、开路与短路状态，
理解电功率和额定值的意义； 5. 掌握分析与计算电路中各点电位的方法。
§1.1 电路的基本概念
一、电路的组成和作用
电路模型：由理想电路元件所组成的电路，就是实 际电路的电路模型。
三、 电压和电流的参考方向
电路的物理量
电流 电压 电动势
I
电 池
灯 泡
+ E
R
+
U
_
_
电源
负载
电路中物理量的方向
物理量的方向： 实际方向
参考方向
实际方向： 物理中对电量规定的方向。
参考方向： 在分析计算时，对电量人为规定的方向。
物理量的实际方向
3. 分压公式: 各段电压降与阻值成正比。
U1
R1 Req
U,
U2
R2 Req
U,
U 1 :U 2 R1 : R2
并且P1：P2=R1：R2
电阻并联
1. 定义: 若干个电阻都连接到同一对节点上,并 联时各电阻承受同一电压。
I
+
I1
I2
In
U R1 R2 …
Rn
_
2. 等效电阻:
UU U 1
II1 I2 InR 1R 2R n UR n
某点电位值是相对的，参考点选得不同， 电路中其它各点的电位也将随之改变；
电路中两点间的电压值是固定的，不会因 参考点的不同而改变。
例
c
4A
20 a
5
10A
6A d
+
6
+
_ E1=140V E2=90V _
b
Uab=610=60V Uca=204=80V Uda=56=30V
Ucb=140V Udb=90V
电工学——研究电工技术和电子技术
的理论及其应用的科学技术。
电工电子技术 （电工学）
电路分析基础
电工技术
（上册） 磁路与电机
模拟电子技术
电子技术
（下册） 数字电子技术
课程的性质
• 大学工科各专业的技术基础课 • 电工理论是在实验基础上发展起
来的一门学科
• 本课程具有理论与实践紧密结合 的特点
• 是后续专业课程及以后从事工业 技术的必要基础
I4 I3
I5 d
+
_ E3
R3
EIR
注：电动势参考方向与回路绕行方向相同时取正， 否则取负；电阻电流方向与绕行方向相同是取正， 否则取负。
基尔霍夫电压定律也适合开口电路。
例
+ E_
R
a
+
Uab
EUabIR
_
b I
§1.6 电路的分析方法
1.6.1 电路的等效化简
等效的概念
i
N1
+外
-u
电 路
i
a
I6 R6
c I4R 4 I5R 5 E 3E 4I3R 3
I4 I3
电位升
I5 或：
d
电位降
+
_ E3
R3
I4 R 4 I5 R 5 E 3 E 4 I3 R 3 0
b I1
I2 I4 R 4 I5 R 5 E 3 E 4 I3 R 3 0
或
a
I6 R6
c
E 3E 4I4R 4I5R 5I3R 3
电路：电流所通过的路径。它是由电路元件按 一定方式组合而成的。
电路的作用一： 实现电能的传输和转换
发电机
升压 变压器
输电线
降压 变压器
电灯 电动机
电炉
电源
中间环节
负载
电路的作用之二：传递和处理信号。
放
大
器
电源 （信号源） 中间环节
负载
电路的组成：电源、负载、中间环节三部分
电源：将非电能转换成电能的装置，或提供电能的装置。 例如：发电机、干电池
（2）参考点选的不同，电路中各点的 电位值随着改变，但是任意两点间的电压值 是不变的。所以各点电位的高低是相对的， 而两点间的电压是绝对的。
1.4.7/20 求开关断开和闭合两种状态下A点电位
§1.5 基尔霍夫定律（克希荷夫）
基尔霍夫电流定律应用于结点 基尔霍夫电压定律应用于回路
支路：电路中每一个分支