第一章 电工电子技术精选文档.ppt

第一章第一章 电工电子技术电工电子技术本讲稿第一页，共四十三页内容概述：内容概述：本章主要介绍实际电路，电路模型，电路中的基本物理量：电流、电压、功率和能量，电阻元件，独立电压源和独立电流源，基尔霍夫电压定律（KVL）和电流定律（KCL）。1.1.电流、电压的参考方向概念及功率的计算。2 2.基尔霍夫电压定律和电流定律实质及应用。难点：难点：1 1.功率的计算。2 2.依据基尔霍夫电压定律和电流定律列方程求解电量。重点：重点：本讲稿第二页，共四十三页1.3.11.3.1 实际电路和电路模型实际电路和电路模型 一、实际电路 实际电路元件：实际电路元件：实际中电气元件的物理实体。如：电灯等。实际电路：实际电路：由实际电路元件按一定方式连接起来的物理实体。如：日光灯等。本讲稿第三页，共四十三页 电路的功能：电路的功能：（1）进行电能的产生、传输、分配与转化。（2）实现信号的产生、传递、变换、处理与控制。二、理想电路元件、电路模型 理想电路元件理想电路元件：是实际电气器件主要电磁特性的科学抽象。电阻R：消耗电能的单一电磁特性；电感L：建立磁场，储存磁场能量的单一电磁特性；电容C：建立电场，储存电场能量的单一电磁特性；本讲稿第四页，共四十三页电路模型电路模型：由理想电路元件组成的电路。例如：一实际线圈 三、电路图 电路原理图：电路原理图：只表示元件的连接关系。电气图所用元件图形符号见表1-1。电路模型图电路模型图：由理想电路元件通过一定的连接构成的图。模型图所用元件图形符号见表1-2。本讲稿第五页，共四十三页本讲稿第六页，共四十三页本讲稿第七页，共四十三页 四、四、集总参数电路与分布参数电路 1.1.集总参数电路：集总参数电路：其电路的几何尺寸l电路的工作频率对应的波长。如：电力系统工频50Hz时，波长=6000km，所以大多数电路满足l0，相同；i0t在时，i0 相同，u0为实际吸收功率，p0为实际发出功率，p0，所以，电阻元件永远消耗功率。（5）吸收的电能 u、i 取关联参考方向时，t时间内吸收的电能为：直流时：i=I上式为：WR=P(t-0)=Pt=RI2t=Gu2t讨论讨论：（1）电阻元件为耗能元件。（2）R=0，u=0，为短路，短路电流由外电路决定；R=，i=0，为开路，开路电压由外电路决定。（3）R为无源元件，电源供给u、i 时，WR0，但R本身不产生能量。本讲稿第二十三页，共四十三页 例例1-21-2 有一个220V、40W的白炽灯，在额定电压220V下工作时电流、电阻为多少？该灯泡消耗1kWh电需要多长时间？解：本讲稿第二十四页，共四十三页 独立电源是指其对外特性由电源本身决定，而不受电源以外的其它电路所控制。独立电源是实际电源的一种科学抽象，是理想电路元件。一、独立电压源 1.理想电压源 （1）定义：输出的电压与流过该元件 的电流无关的二端元件。电路符号：+_uSi+_USIi0u直流理想电压源的V-A特性1.3.4 1.3.4 电路中的独立电源电路中的独立电源本讲稿第二十五页，共四十三页（3）特例情况：US=0时，V-A特性与i 轴重合。电源短路。（4）电源的功率：uS与i 取非关联非关联参考方向时，实际发出；，实际吸收。uS与i 取关联关联参考方向时，电源发出发出功率为：电源吸收吸收功率为：，实际吸收；，实际发出。（2）特点：（a）其端电压与外电路无关；（b）其电流可以是任意的，由外电路决定。本讲稿第二十六页，共四十三页 2 2.实际电源的电压源模型 实际电源是存在内阻的，通过测量一实际的直流电源，可得到其V-A特性曲线，如图示：可见k为电阻量纲，令 k=Rs,uoc=uS有此式为实际电源的电路方程，由它可画出实际电压源的电路模型。如图所示：Rs电源内阻所以，V-A特性曲线方程：本讲稿第二十七页，共四十三页特例：（1）不接负载时，a，b 端开路，此时 开路电压短路电流 i=0。（2）a、b短路时，当RS很小时，iSC很大,此种情况不允许出现。一般情况下，电源与负载连接处于工作状态。如图所示：本讲稿第二十八页，共四十三页 例例1-31-3 开路时测得某直流电源端电压为24V，接上外电阻R后，用电压表测得R两端电压为20V，用电流表测得流经R的电流 I=10A，求电阻R与电源内阻RS。由题意知本题的电路模型如图所示。解：+_本讲稿第二十九页，共四十三页（3）特例：IS=0时，V-A特性与u 轴重合。此时电源开路。（4）电源发出的功率计算与理想电压源相同。即：uiiS+-二、独立电流源1 1.理想电流源（1）定义：输出的电流与该元件的端电压无关的二端元件。电路符号：直流理想电流源的V-A特性如图示。u0i（2）特点：（a）其电流与外电路无关；（b）其端电压可以是任意的，由外电路决定。IS本讲稿第三十页，共四十三页 2 2.实际电源的电流源模型 可测得实际电源端口的V-A特性如图示。其V-A特性曲线方程可表为：i=-k u+iS 可见k为电导量纲令 k=GS 代入上式有 i=-GSu+iS此式为实际电源的电路方程，由它可画出实际电源的电流源电路模型。如图示。本讲稿第三十一页，共四十三页 （1）a、b端开路，不接负载时，此时，i=0，特例：=uOC=0（2）a、b端短路，即电源短路时，一般情况下，为带负载正常工作。此时，u=0，=0=iSC=iS本讲稿第三十二页，共四十三页 解：电压源吸收的功率为 电流源发出的功率为例例1-41-4 计算图示6电阻上的电流和两电源的功率。6电阻上的电流：本讲稿第三十三页，共四十三页小结：小结：1.电阻元件是电路中消耗能量的电磁现象。其u、i关系为：u=Ri；吸收功率：2.理想电压源和理想电流源是忽略了实际电源内阻后的理想电路元件。前者的电压和后者的电流与负载无关，而前者的电流和后者的电压则与负载有关。3.实际电压源模型是理想电压源与电阻串联，输出电压随端口电流增大而减小；实际电流源模型是理想电流源与电导并联，输出电流随端口电压增大而减小。本讲稿第三十四页，共四十三页1.3.5 1.3.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1 1.支路支路：电路中的每一个二端元件 称为一条支路。习惯上：几个相串联的元件分支构成一条支路。2 2.节点节点：元件之间的联接点。习惯上：三条以及三条以上支路的联接点。3 3.回路回路：电路中任意闭合路径。网孔网孔：把电路画到平面上，再分不出其他回路的回路（即网孔是最小的回路）。abfgcdeh 电路中常用的几个名称（10条）（6条）（8个）（4个）（7个）(4个，有3个内网孔，1个外网孔）本讲稿第三十五页，共四十三页 i2+i3=i1 或为：-i1+i2+i3=0i入=i出i 出=0 二、基尔霍夫电流定律 1.内容：内容：对于集总参数电路，在任意时刻，流出电路任一节点的电流之和等于流入该节点的电流之和。即 若规定流出节点的电流为正，流入的为负，则KCL又可表示为：流出节点的电流代数和等于零。即例如图中节点a的KCL为：本讲稿第三十六页，共四十三页例如图中红色虚线包围的封闭面有KCL：说明：说明：（1）KCL与电路元件的性质无关；（2）KCL 对电路中任意节点的电流施加了线性约束。-i2-i3+i4+i6=0上式可由节点b、d 的KCL方程相加得到：b点：d点：2.2.实质：实质：电荷守恒，电流连续。3 3.推广：推广：KCL可以推广到电路中任意封闭面。本讲稿第三十七页，共四十三页u=0 三、基尔霍夫电压定律 1.内容：内容：对于集总参数电路，在任一时刻，任一回路中，沿该回路全部支路电压的代数和等于零。即 2.使用KVL的方法：先选定回路，再规定各支路（或元件的）电压参考方向，再确定回路绕行方向，最后列出KVL方程。列写KVL方程时，分电压的参考方向与回路绕行方向一致的项取正号，反之取负号。本讲稿第三十八页，共四十三页例如图示电路，则有：-u1+u2+u6-u4=0 2.2.实质：实质：电位的单值性，能量守恒的体现。3 3.推广：推广：KVL可以推广到求电路中任意两点之间的电压。由（1）式有：u1=u2+u6-u4 （1）即：电路中两点之间的电压等于由正极找一条路径绕到负极所有元件电压代数和。本讲稿第三十九页，共四十三页 说明：说明：（1）KVL与电路元件的性质无关；（2）KVL 对电路中任意回路的各支路电压施加了线性约束。例例1-5 1-5 图示电路，已知US=2V，IS1=6A，IS2=2A，R1=3，R2=1，求各支路电流I1、I2、I3，并以d为参考点，求a、b、c三点的电位Va、Vb、Vc、再求三电源各自的功率。本讲稿第四十页，共四十三页解：由KCL知：I1=IS1=6A I2=IS2=2A I3=I1-I2=4A 由电阻元件的VCR知：U3=R1I3=34=12V U4=R2I3=14=4V 以d为参考节点，有 Vc=U4=4V Vb=U3+Vc=16V Va=Vb-US=14V 由KVL知 U2=Vb=16V U1=Va=14V 电流源IS1发出的功率为 P1=I1U1=614=84V 电流源IS2吸收的功率为 P2=I2U2=216=32V 电压源US发出的功率为 P3=I1US=62=12V本讲稿第四十一页，共四十三页 小结：小结：KCL和KVL是集总参数电路的基本定律，其对电路中节点的电流和回路的电压建立起一种约束关系，其为列写电路方程的基本依据之一。本讲稿第四十二页，共四十三页本讲稿第四十三页，共四十三页