电路的基本概念.pptx
第 1 章 电路的基本概念与基本定律 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。第1页/共45页1.1 电路的作用与组成部分电路的概念 电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的。电路的任务 根据电路结构的不同，不同电路能够完成各种不同的任务。现举两例如下：a.电力系统b.扩音机第2页/共45页此电路的作用是实现电能的转换和传输。其中包括电源、负载和中间环节。a.电力系统第3页/共45页韩城发电厂-陕西第一座大型坑口电厂 第4页/共45页潘家口水电厂 第5页/共45页 秦山核电站位秦山核电站位于东海之滨美丽富饶的杭州湾畔，是中国第一座依靠自己的力量于东海之滨美丽富饶的杭州湾畔，是中国第一座依靠自己的力量设计、建造和运营管理的压水堆核电站，总装机容量设计、建造和运营管理的压水堆核电站，总装机容量2300MW。1985年年3月动工，月动工，1991年年12月首次并网发电。它的建成使我国成为继美、英、法、前苏联、加拿大、月首次并网发电。它的建成使我国成为继美、英、法、前苏联、加拿大、瑞典之后世界上第七个能够自行设计、建造核电站的国家。瑞典之后世界上第七个能够自行设计、建造核电站的国家。第6页/共45页太阳能发电太阳能发电光伏发电光伏发电第7页/共45页风车返回第8页/共45页此电路的作用是传递和处理信号。包括信号源、中间环节和负载。激励和响应b.扩音机第9页/共45页1.1.激励:电路中电源和信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作。激励响应2.2.响应:由激励在电路中产生的电压和电流。3.电路分析:是在已知电路结构和参数的条件下，讨论与的关系。返回第10页/共45页i1.2 电路模型电路模型 实际的电路是由一些按需要起不同作用的元件或器件所组成，如发电机、变压器、电动机、电池、电阻器等，它们的电磁性质是很复杂的。例如：一个白炽灯在有电流通过时，R R L 消耗电能(电阻性)产生磁场储存磁场能量(电感性)忽略 L L 为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，把它看成理想电路元件。第11页/共45页电源负载连接导线电路实体电路模型1.2 电路模型电路模型 用理想电路元件组成的电路，称为实际电路的电路模型。SER+R0开关第12页/共45页1.3 电压和电流的参考方向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，在复杂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。电路举例：第13页/共45页+_R1E1+_E2R2R3I1I2I3cadb+uiR直流电路电流的实际方向：正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向；正弦交变电路习惯上规定第14页/共45页1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向电压的实际方向：由高电位端指向低电位端；电动势的实际方向：在电源内部由低电位端指向高电位端。电压、电流的参考方向：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。任意假定。当电压、电流参考方向与实际方向相同时，其值为正，反之则为负值。第15页/共45页1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向R+R0IE 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；反之，若 I=3 A，则表明电流的实际方向与参考方向相反。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。第16页/共45页1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向R+R0IE 电压的参考方向除用极性“+”、“-”表示外，也可用双下标表示。Uab：表示它的参考方向由a端指向b端，也就是说a点的参考极性为“+”，b点的参考极性为“-”。Uabab+Uab是否表示a端的电位高于b端的电位?第17页/共45页1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向 电压和电路的关联参考方向（参考方向一致）：因为电流的方向为正电荷运动的方向，而电流原则上是从电压高端流向电压低端。R+R0IEUabab+图示电路电压和电流参考方向一致。电压和电流的单位：伏特和安培。第18页/共45页欧姆定律：通过电阻的电流与电压成正比。(线性电阻)表达式 =RUIU、I 参考方向相同U=RIU、I 参考方向相反图(a)或图(b)RUI+IRU+RUI1.4 欧姆定律图(c)第19页/共45页图(b)中若 I=2 A，R=3 ，则 U=3 (2)=6 VU=RIU、I 参考方向相反电流的参考方向与实际方向相反 图(b)IRU+电压与电流参考方向相反 返回线性电阻的伏安特性曲线：为过原点的直线。电阻分类:线性电阻和非线性电阻。第20页/共45页EI IU1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.电压与电流R0RabcdR+R0I=EER0I电源的外特性曲线当R0R 时，则 U E说明电源带负载能力强IUO+_+_UU=RI或 U=E R0I 电源有载工作第21页/共45页电源有载工作U=E R0I 2.功率与功率平衡UI=EI R0I2 P=PE P 电源产生功率内阻消耗功率电源输出功率功率的单位：瓦 特(W)或千瓦(kW)电源产生功率=负载取用功率+内阻消耗功率功率平衡式EI IUR0Rabcd+_+_讲解:例第22页/共45页电源有载工作3.电源与负载的判别根据电压、电流的实际方向判别，若1.U 和 I 的实际方向相反，电流从“+”端流出,则是电源，发出功率；2.U 和 I 的实际方向相同，电流从“+”端流入,是负载，取用功率。根据电压、电流的参考方向判别1.P=UI 为负值，是电源，发出功率；若电压、电流的参考方向相同2.P=UI 为正值，是负载，取用功率。第23页/共45页电源有载工作3.电源与负载的判别 例 1 已知：图中 UAB=3 V，I=2 A 解 P=UI=(2)3=6 W求：N 的功率，并说明它是电源还是负载。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？NABI第24页/共45页4.额定值与实际值U电源+IP电源输出的电流和功率由负载的大小决定（电源端电压基本不变）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。（PN、UN、IN）电气设备不在额定条件下运行的危害：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。S1S2S3第25页/共45页额定电流为100A的发电机,只接了60A的照明负载,还有40A流到哪里去了?有一台直流发电机,其铭牌上标有40kW 230V 174A。试问什么是发电机的空载运行、轻载运行、满载运行和过载运行？负载的大小，一般指什么而言？思考题:有人打算将110V 100W和110V 40W两只白炽灯串联后接在220V的电源上使用，是否可以？为什么？分析练习与思考第26页/共45页电源开路 电源开路时的特征I=0U=U0=E P=0当开关断开时，电源则处于开路(空载)状态。EI IU0R0Rabcd+_+_第27页/共45页UIS 电流过大，将烧毁电源！电源短路U=0I=IS=E/R0P=0 PE=P=R0IS2 ER0Rbcd+_ 电源短路时的特征a 当电源两端由于某种原因连在一起时，电源则被短路。使电源遭受机械损坏。为防止事故发生，需在电路中接入熔断器或自动断路器，用以保护电路设备。第28页/共45页U=0I 视电路而定有源电路电源短路由于某种需要将电路的某一段短路，称为短接。UIER0R+_R1变压器进行短路试验:目的是测量某些参数。第29页/共45页2.结点结点 电路中三条或三条 以上支路连接的点1.支路支路 电路中的每一分支3.3.回路回路 由一条或多条支路组成的闭合电路如 acb ab adb流过支路的电流称为支路电流如 abca adba adbca 1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律如 a b+_R1E1+_E2R2R3I1I2I3cadb概念第30页/共45页(直流电路中直流电路中)I=0 i =0(对任意波形的电流对任意波形的电流)在任一瞬间，流向某一结点电流的代数和恒等于零。基尔霍夫电流定律(KCL)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)。故有数学表达式为第31页/共45页基尔霍夫电流定律(KCL)若以流向结点的电流为负，背向结点的电流为正，则根据KCL，结点 a 可以写出I1I2I3I4aI1 I2+I3+I4=0 例 1 上图中若 I1=9 A，I2=2 A，I4=8 A，求 I3。9 (2)+I3+8=0 解 把已知数据代入结点 a 的KCL方程式，有式中的正负号由式中的正负号由 KCLKCL根据电流方向确定根据电流方向确定由电流的参考方向与实际方向是否相同确定由电流的参考方向与实际方向是否相同确定 I3 电流为负值，是由于电流参考方向与实际方向相反所致。I3=19 A 第32页/共45页IAIBIABIBCICAKCL 推广应用：包围部分电路的任一假想的闭合面即 I =0ICIA+IB+IC=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。ABC 对 A、B、C 三个结点应用 KCL 可列出：IA=IAB ICAIB=IBC IABIC=ICA IBC上列三式相加，便得第33页/共45页基尔霍夫电压定律(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。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 =0I2+_R1E1+_E2R2U2I1U1cadb+_U3+U4_第34页/共45页基尔霍夫电压定律(KVL)I2 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 KVL 方程式。U1 U2+U4 U3=0 根据电压参考方向，回路 c b d a c KVL 方程式，为+_R1E1+_E2R2U2I1U1cadb+_U3+U4_第35页/共45页基尔霍夫电压定律(KVL)I2U1 U2+U4 U3=0上式也可改写为 U3 U4=E1 E2+_R1E1+_E2R2U2I1U1cadb+_U3+U4_即 U=0即 U=E或 I1 R1 I2R2=E1 E2即 IR=E第36页/共45页KVL 推广应用于假想的闭合回路E RI U=0U=E RI或根据 KVL 可列出EI IUR+_+_ABCUA+_UAB+_UB+_根据 U=0UAB=UA UB UA UB UAB=0第37页/共45页U4+U1U2abced+U5U3+R4 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 的参考方向如图示。I I 沿顺时针方向列写回路的 KVL 方程式，有返回第38页/共45页U1+U2 U3 U4+U5=0U4+U1U2abced+U5U3+R4(2)+8 5 U4+(3)=0U4=2 VI=1 AI I 沿顺时针方向列写回路的 KVL 方程式，有代入数据，有U4=IR4返回第39页/共45页电位的概念电位的概念：Va=5V a 点电位：ab1 5Aab1 5AVb=-5V b 点电位：在电路中任选一点，设其电位为零（用此点称为参考点。其它各点对参考点的电压，便是该点的电位。记为：“VX”（注意：电位为单下标）。标记），1.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算第40页/共45页 电路中某一点的电位是指由这一点到参考点的电压。电路的参考点可以任意选取。通常认为参考点的电位为零。而其他各点的电位都同它比较，比它高的为正，比它低的为负。Va=E1Vc=E2Vb=I3 R3 若以 d 为参考点，则：+E1 E E2 2简化电路+_R1E1+_E2R2R3I3abcddabcR1R2R3接地的含义？第41页/共45页 例 1 电路如图所示,分别以 a、b 为参考点，计算 c 和 d 点的电位及 c 和 d 两点间的电压。2 10 V+5 V+3 bcd 解 以 a 为参考点II=10+53+2=3 AVC=3 3=9 VVD=3 2=6 V以 b 为参考点VD=5 VVC=10 VUCD=VC VD=15 VaUCD =VC VD=15 V返回第42页/共45页小结：电路中某一点的电位等于该点到参考点的电压；电路中各点的电位随参考点选的不同而改变，但是任意两点间的电压不变(电位差不变)。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。注意：电位和电压的区别第43页/共45页海南风光海南风光第1章结结 束束电工技术电工技术第44页/共45页感谢您的观看！第45页/共45页
