电路原理基本概念远程.pptx

电路原理课程介绍1）电路原理是研究电路中发生的电磁现象，利用电路基本理论和基本定律进行分析计算，是理工类学生的一门重要基础课程；2）本课程研究内容包括电网络分析计算方法,正弦稳态交流电路分析,动态电路分析等；3）课程知识的应用领域包括电气工程及自动化、电力电子、电气信息工程、通信工程、电子仪器及测量、计算机、光电工程等.第1页/共58页课程特点：本课程定位为理工类学生的基础课，主要讲述电路的一般分析计算方法，具有较强的理论性。本课程研究内容是电子线路、信号处理、高频电子线路、自动控制理论、微机控制、计算机、电气驱动、电力电子、电力系统等后续课程的基础。电路原理课程介绍第2页/共58页课程主要内容(1)基本概念(电路元件,参考方向,基尔霍夫定律);(2)电路分析方法(支路法,回路法,节点法);(3)电路定理(线性定理,戴微南定律,Y转换);(4)正弦交流电路的相量计算,阻抗导纳,功率;(5)电路谐振;(6)正弦交流电路互感现象,对称三相电路计算;(7)一阶过渡过程（换路定律，RL，RC电路，）第3页/共58页主要教材：电路原理 浙江大学出版社 周庭阳等 电路原理 机械工业出版社 范承志等电路原理课程介绍主要参考书：电路 高教出版社 邱关源第4页/共58页第一章 电路的基本概念和基本定律主要内容:1 电路元件;2 电压电流的参考方向;3 基尔霍夫定律;4 无源电阻网络的简化;5 Y变换.第5页/共58页第一节 电路和电路元件1）由电气设备以各种方式连接组成的总体称为电路。简单电路如手电筒，包括电池、灯泡、开关及连线复杂的电路如超大规模集成电路、通信网络、自动控制系统、高压电网等。第6页/共58页第7页/共58页2）实际电路元件根据其主要物理性质，抽象成理想化的电路模型元件，这些元件包括电阻元件、电感元件、电容元件、独立电源元件、受控源元件、二端口和多端元件等。3）电路计算基本物理量及单位：电流（安培）1安培=1库仑/秒 1A=103mA=106A 电压（伏特）1伏特=1焦尔/1库仑 1V=103mV=106V 电功率（瓦特）1瓦特=1安培*1伏特 1KW=103W 电能 （焦尔）1焦尔=1瓦特*秒 电能（度）1度=1千瓦小时（KWh）=3.6106J第8页/共58页1.1 电阻元件电阻：端电压与电流有确定函数关系，体现电能转化为其它形式能量的二端器件，用字母 R 来表示，单位为欧姆 。实际器件如灯泡，电热丝，电阻器等均可表示为电阻元件。伏安特性是用图形曲线来表示电阻端部电压和电流的关系，当电压电流成比例时（特性为直线），称为线性电阻，否则称为非线性电阻。表示符号伏安特性U=f(I)第9页/共58页线性电阻的电压电流特性符合欧姆定律 U=RI UIR=电阻:电导:IUG=电阻元件消耗的功率：U2RP=UI=I2R=电阻元件消耗的能量：W=Pt=I2R t第10页/共58页1.2 电容元件1）电容元件是体现电场能量的二端元件，用字母 C 来表示，其单位为法拉（F）。2）电容上储存的电荷 与端电压 U 之间关系3）当电压和电流如图方向时，有 电容电压与电流具有动态关系.第11页/共58页1.3 电感元件1）电感元件是体现磁场能量的二端元件，用字母 L 来表示，其单位为亨利（F）。2）电感交链的磁通链 与电流 i 之间有 =L i 3）当电压和电流如图方向时，有 磁链第12页/共58页电路原理322范承志第13页/共58页1.4 独立电源元件1）独立电压源 独立电压源两端提供一个恒定或随时间按一定规律变化的电压，与流过电压源的电流无关。右图是电压源的常用符号，Us 表示电压源从正到负有Us 伏压降。非零电压源不能直接短路，两个不等值的电压源不能并联。当电压源数值Us=0 时，相当于一根短路线。第14页/共58页2）独立电流源 独立电流源端部流出一个恒定或随时间按一定规律变化的电流，与电流源端部电压无关。右图是电流源的常用符号，Is 表示电流源端部流出的电流值。非零电流源不能开路，两个不等值的电流源不能串联。当电流源数值Is=0 时，相当于电路开路。第15页/共58页I1=Us1/R1 I2=Us2/R2I3=(Us1Us2)/R3I11=I1I3I22=I2I3电流计算举例当电压源数值Us=0 时，相当于一根短路线。当 Us2=0 V 时，I2=0 I22=I3第16页/共58页 受控电源是一些实际电路器件的理想化模型，它们的输出电压和电流受到电路中其它部分电压或电流的控制，故又称非独立电源。受控电源分受控电压源和受控电流源，它们为四端元件。1.5 受控源元件第17页/共58页电流控制电流源 Current Control Current Source 简写为 CCCS 三极管集电极电流 IC 受基极电流 Ib 控制。实际三极管元件等效于一个电流控制的电流源。受控源物理模型三极管元件 Ic=Ib 为电流放大系数受控源模型第18页/共58页受控源类型电压控制电压源Voltage Control Voltage Source (VCVS)电压控制电流源Voltage Control Current Source (VCCS)第19页/共58页电流控制电压源Current Control Voltage Source (CCVS)电流控制电流源Current Control Current Source (CCCS)第20页/共58页含受控源电路计算例1 图示电路，已知Us=10V,R1=R2=R3=10,=10，求R3上电压为多少？解：控制变量 I=R3上电压 受控电压源电压 I=101=10V第21页/共58页第二节 电压电流的参考方向1）支路电流的参考方向是任意规定的正电荷运动方向，图示电路表示电流参考方向为从a流向b。I=1AI=1A电流代数值是在指定参考方向下的数值。如图电路，若I=1A，则表示实际电流方向与参考方向一致，若I=1A，则表示实际电流方向与参考方向相反。第22页/共58页2）电压参考方向是指电压降落的方向，可用+、符号表示，也可以用带箭头线表示，如图所示。电路描述和计算时，首先要设定电压电流的参考方向，然后才能写出表达式，并进行计算。第23页/共58页电路原理323范承志第24页/共58页支路电压表达式书写U=IRU=IR电阻上电压电流参考方向不同时，欧姆定律有不同的表达式U=IRUsU=IRUs支路电压表达式（各串联元件电压降之和）第25页/共58页U=IRUsU=IRUs支路电压表达式（各串联元件电压降之和）注意：熟练书写一段支路的电压表达式是书写各种电路方程的基础，必须熟练掌握！第26页/共58页参考方向是电路课程的重要概念，电路中电流的描述和计算都是在一定参考方向下进行，电流的表达式、数值和电路中电流的参考方向是密切相关的。电路作业解题计算必须画出电路图,并标注电压电流参考方向！注意：第27页/共58页电路及参考方向如图，已知R1=R2=R3=10，Us1=Us2=Us3=12 V,Is1=1A,Is2=2A,Is3=3A,求Uad。参考方向应用举例解：Uad=U1U2U3 U1=Us1+I1R1 =Us1Is1 R1 =12110=22 V例1：第28页/共58页U2=I2R2Us2 =Is2 R2+Us2 =21012=8 VU3=Us3I3R3 =Us3Is3R3 =12310=18 VUad=U1U2U3 =22(8)(18)=12 V第29页/共58页例2：电路如图,已知 求和电压。解：第30页/共58页功率 直流电路中某器件的功率是电压(伏）和电流（安）的乘积注意:上式中U、I均需设定参考方向P=UI 功率的单位是瓦(W)第31页/共58页电路原理324范承志第32页/共58页 若器件电压电流参考方向一致（称作关联参考方向），如图所示关联参考方向P=UI 0 表示该器件吸收功率；P=UI 0 表示该器件发出功率；P=UI 0 表示该器件吸收功率；则功率计算时：P=UI第34页/共58页功率计算例1.电路及方向如图，已知Us=10V,Is=2A,R=10R,求电压源、电流源和电阻的功率。电阻功率：PR=URI=20(2)=40 W （消耗功率）电压源功率：PU=USI=10(2)=20 W （消耗功率）电流源功率：PI=UIIS=302=60 W （发出功率）解：I=Is=2A UR=IR=210=20V UI=UR Us=2010=30V第35页/共58页最大功率传输 如图电路，R0 和U0 已知，负载 R 可变，问当R为多大时它吸收的功率最大？当R变化时，为求P的最大值，对P求导，并令最大功率为：解得R=R0，此时电阻R获得最大功率,解：电阻R 吸收的功率为第36页/共58页第三节 基尔霍夫定律支路：单个或若干个二 端 元件所串联成的电路。节点：两条以上支路的交 汇点。回路：若干条支路组成的 闭合路径。6条支路 4个节点 3条回路 注意：该电路除上述3条回路外，还可选择多条不同的回路。支路、节点、回路的概念KIRCHHOFFS LAW第37页/共58页1）基尔霍夫电流定律电路中任一节点电流的代数和为零 其中流出节点的电流取正号，流入节点的电流取负号。节点1：I1I2I3=0节点2：I3I4I5=0节点3：I2I4I6=0节点4：I1I5I6=0Kirchhoffs Current Law(KCL)第38页/共58页2）基尔霍夫电压定律电路任一闭合回路中各支路电压（元件电压）的代数和为零支路（元件）电压方向与回路绕行方向一致时取正号，相反时取负号。回路1：U2U3U4=0回路2：U1U5 U3=0回路3 U4 U6 U5=0注意：支路电压方向取为与支路电流方向一致。Kirchhoffs Voltage Law(KVL)第39页/共58页回路1：I3 R3 I4 R4Us2=0回路2：Us1I5 R5 I3 R3=0回路3：I4R4 I6 R6 I5 R5=0把支路电压用支路元件电压来表示，得：第40页/共58页回路1：I3 R3 I4 R4=Us2回路2：I5 R5 I3 R3=Us1回路3：I4R4I6R6I5R5=0上式可写为 任一支路电阻压降代数和等于电压源代数和，电阻电流方向与回路方向一致时，RI前取正号，反之为负；电压源压降方向与回路方向一致时，Us为负，反之为正。得KVL 的另一个形式为：电压降电压升第41页/共58页利用基尔霍夫定律解复杂电路 右图电路，若电阻和电压源的数值均已知，则由KCL和KVL得方程：节点1：I1I2I3=0节点2：I3I4I5=0节点3：I2I4I6=0回路1：I3 R3 I4 R4 Us2=0回路2：I5 R5 I3 R3 Us1=0回路3：I4 R4 I6 R6 I5 R5=0由上面6个方程可解出6个支路电流变量。第42页/共58页第四节 无源电阻网络的简化1）一端口网络的简化一端口网络：任一复杂电路通过两个连接端子与外电路相连。无源一端口网络：一端口网络内无独立电源，称为无源一端口网络，常用方框加P来表示 一个无源网络。无源一端口网络可简化为一等值电阻。第43页/共58页Ro=R11利用串并联方法简化串联电路电压计算:分压公式第44页/共58页并联电路电流计算:分流公式第45页/共58页2利用电路的对称性简化例1 图示电路，R1=1，R2=2 ，R3=2 ，R4=4 ，R5=1 ，求Rab？解：由于R1/R3=R2/R4，一端口网络为平衡电桥，电阻R5上的电压和电流为零，在电路计算时可移去R5电阻，可得简化规则：电路中某一条支路电流为零，则该支路可开路电路中某一条支路电压为零，则该支路可短路第46页/共58页2）Y 变换1）Y变换概念：Y 型电路 型电路第47页/共58页Y等效转换 如果左图中连接的三个电阻R12、R23、R31用右图Y连接的三个电阻R1、R2、R3来替换，并使流入三个端部的电流和端部电压保持不变，对于外电路来说，Y或电路等效，这种变换为Y等效转换。为使得变换后外电路状况不变，Y和连接的电阻数值要满足一定转换关系。第48页/共58页Y 变换电阻等效公式 断开3端，12端电阻应相等同理，分别断开2和1端，有等式第49页/共58页由上面三式，解得上式为 Y变换式，已知 电阻，可由上式求Y电阻。第50页/共58页由上面三式可求出逆变换上式为 Y 变换式，已知Y电阻，可由上式求电阻。第51页/共58页等效变换记忆法R相邻电阻乘积RY=RRY两两相乘之和R=RY 相对电阻特别当Y和三个电阻相等时，有 R=3 RY第52页/共58页例1 已知R1=20，R2=10，R3=50，R4=30，R5=5，R6=4，US=10V，求支路电流I6=？解：把连接R1、R3、R4转换为Y连接，如下图所示，由Y 转换式，转换后电阻为：201050305610151054第53页/共58页由Ra=10,Rb=6,Rc=15,得610151054第54页/共58页例:电阻网络的简化.求图示电路的等效电阻.(1)(2)R相邻电阻乘积RY=R第55页/共58页（3）（4）（5）RY两两相乘之和R=RY 相对电阻第56页/共58页本章小结1）电路基本器件：电阻，电容，电感；独立电压源，独立电流源；受控电源：VCVS，VCCS，CCVS，CCCS2）参考方向：电路分析与计算必须先标出参考方向，功率判别。3）基尔霍夫定律：KCL KVL4）电路的等效和简化：电压源/电流源、Y/、对称性等。第57页/共58页感谢您的观看！第58页/共58页