第1讲电路基本物理量及基本元件精.ppt
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1、第1讲电路基本物理量及基本元件第1页,本讲稿共52页第第1章章 电路元器件及基本定理电路元器件及基本定理 本本章章介介绍绍有有关关电电路路的的一一些些基基本本概概念念和和技技术术术术语语、常常规规电电路路应应该该遵遵循循的的一一些些基基本本规规律律、电电路路具具有有的的特特性性以以及及分分析和解决问题析和解决问题的思路。的思路。本本章章将将是是后后续续课课程程学学习习的的基基础础。有有些些内内容容虽虽然然已已在在物物理理课课中中讲讲过过,但但为为了了加加强强理理论论的的系系统统性性和和便便于于读读者者加加深深加加固固对对内内容容的的理理解解,并并在在电电工工技技术术中中充充分分地地应应用用和和
2、扩扩展展,本本课课程程略略有有叙叙述述,但但不不是是简简单单的的重重复复,而而是是从从分分析析问问题题和和解解决决问问题题的的思思路路和和方方法法的的角角度度进进行行叙叙述述,希希望望此此举举给给大大家家带带来来受益。受益。第2页,本讲稿共52页 凡凡符符合合上上述述集集中中化化假假设设条条件件的的元元件件称称集集中中参参数数元元件件。由由此此组组成成的的电电路路称称集集中中参参数数电电路路。凡凡不不符符合合上上述述假假设设条条件件者将要用分布参数表示。者将要用分布参数表示。本课程只讨论集中参数电路。本课程只讨论集中参数电路。一门严谨的学科理论,往往有若干已被公认的公理一门严谨的学科理论,往往
3、有若干已被公认的公理作为全部立论依据,以示无懈可击。作为全部立论依据,以示无懈可击。集集中中参参数数电电路路中中各各部部分分的的电电压压和和电电流流仅仅是是时时间间t t的的函函数数,可可表表示示为为u u(t t)和和i i(t t)。而而元元件件端端钮钮上上的的电电压压和和电电流流,可可以以用用物物理理方方法法准准确确的的测测定定,不不因因其其测测试试位位置置不同而异。不同而异。电电路路理理论论的的理理论论支支柱柱是是电电荷荷守守恒恒、能能量量守守恒恒这这两两条条公公理理和和一一条条集集中中化化假假设设不不具具有有空空间间几几何何尺尺寸寸理理想想模模型型(元件)。(元件)。第3页,本讲稿共
4、52页发电、输电与配电的电力系统发电、输电与配电的电力系统1.1.11.1.1电路及电路模型电路及电路模型1 11 1 电路及其基本物理量电路及其基本物理量 电电路路是是电电流流的的通通路路,它它是是为为了了某某种种需需要要由由某某些些电电工工、电电子子器件或设备组合而成的器件或设备组合而成的。计计算算机机、通通讯讯等等用用的的 电电子子电电路路可见,实际电路结构繁简差别甚大,而作用也各不相同。可见,实际电路结构繁简差别甚大,而作用也各不相同。人人们们在在日日常常生生活活、生生产产和和科科学学研研究中,常遇到各种各样的电路,如究中,常遇到各种各样的电路,如第4页,本讲稿共52页电力系统扩音器电
5、路的作用电路的作用实现电能的传输和转换实现电能的传输和转换实现信号的传递和处理实现信号的传递和处理1 1)电路的作用)电路的作用电 灯电 炉电动机发电机升 压变压器降 压变压器话筒话筒扬声器扬声器放大器强电强电弱电弱电第5页,本讲稿共52页2 2)电路的电路的电路的电路的组成部分组成部分组成部分组成部分电源电源:提供提供电能的装置电能的装置负载负载:取用取用电能的装置电能的装置中间环节:中间环节:传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线第6页,本讲稿共52页直流电源直流电源直流电源直流电源
6、直流电源直流电源:提供能源提供能源信号处理:信号处理:放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等负载负载:输出信息输出信息信号源信号源:提供信息提供信息2 2)电路的电路的电路的电路的组成部分组成部分组成部分组成部分放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒第7页,本讲稿共52页2)电路的组成部分电路的组成部分 电路中电路中电源电源和和信号源信号源的的电压或电流电压或电流称为称为激励激励,它推动电路,它推动电路的工作。的工作。激励激励响应响应由由激励激励在电路中产生的在电路中产生的电压和电流电压和电流称为称为响应。响应。电路分析是在已知电路结构和参数的条件下,讨论电路分析是在已知电路结构和参数的条件下,讨论与
7、与的关系。的关系。第8页,本讲稿共52页i3)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,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。是很复杂的。例如:一个白炽灯在有电流通过时,例如:一个白炽灯在有电流通过时,R R L 消耗电消耗电能能(电阻性电阻性)产生产生磁场磁场储存磁场能量储存磁场能量(电感性电感性)忽略忽略 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
8、次要因素而突出其主要电磁性质,把它看成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理想电路元件。第9页,本讲稿共52页电源负载连接导线电路实体电路实体电路模型电路模型3)电路模型电路模型 用用理想理想电路元件组成的电路,称为实际电路的电路元件组成的电路,称为实际电路的电路模电路模型型。SER+R0开关第10页,本讲稿共52页1.1.2 1.1.2 电路中的基本变量电路中的基本变量a a)能量类型)能量类型能量能量电磁能量电磁能量(电能)(电能)非电磁能量非电磁能量(非电能)(非电能)磁场能量磁场能量电场能量电场能量b b)能量转换与交换)能量转换与交换 能量转换是指能量转换是指电能电能
9、与与非电能非电能间的转换。间的转换。能量交换是指能量交换是指电场能量电场能量与与磁场能量磁场能量的交换。的交换。电路中存在着电路中存在着“能量能量转换转换和能量和能量交换交换”的两个物理过程。的两个物理过程。1 1)能量转换与交换)能量转换与交换第11页,本讲稿共52页 E E、R R0 0、R R模拟能量转换。模拟能量转换。在在电电能能转转换换成成非非电电能能的的过过程程中中,将将伴伴随随着着能能量量的的交交换换。电电能能转转换换成成非非电电能能要要消消耗耗电电能能,称称能能量量消消耗耗或或消消耗耗有有功功。而而电电能能和和磁磁能能的交换没有电能损耗,电工中称之为消耗的交换没有电能损耗,电工
10、中称之为消耗无功无功。L L、C C模拟能量交换。模拟能量交换。L R C R0 E 哪些元件描述转换,哪些描述交换呢?哪些元件描述转换,哪些描述交换呢?“能能量量转转换换”和和“能能量量交交换换”这这两两个个物物理理过过程程可可分分别别采采用用不同的理想元件来模拟。不同的理想元件来模拟。第12页,本讲稿共52页2 2)电路常用物理量定义)电路常用物理量定义a a)常用物理量及其文字符号)常用物理量及其文字符号大写大写表示表示直流量直流量。正弦和直流正弦和直流是电路分析所讨论的两种最基本的变是电路分析所讨论的两种最基本的变化规律。化规律。u u、U Ui iS S、I IS Si i、I I电
11、压电压电激流电激流电流电流 电荷电荷磁通磁通功率功率能量能量 q q、Q Q、p p、P Pw w、W Wte0te0E小写字母小写字母表示表示交流量,交流量,即随时间交变(如正弦)。即随时间交变(如正弦)。电动势电动势e e、E E第13页,本讲稿共52页b b)电压:)电压:u u(t t)、)、U U从磁场的观点,数值上等于磁通的变化率,即从磁场的观点,数值上等于磁通的变化率,即单位单位 w w(焦耳(焦耳J J););(韦伯(韦伯WbWb););q q(库仑(库仑C C););t t(秒(秒s s););电路中电路中两点的电位之差两点的电位之差,称为电压。,称为电压。从电场的观点,数值
12、上等于单位正电荷从一点从电场的观点,数值上等于单位正电荷从一点移到另一点时所获得的能量,即移到另一点时所获得的能量,即 第14页,本讲稿共52页(c c)电流)电流i i(t t)、)、I I电荷的取向运动形成电流,数值上等于电荷的变化率电荷的取向运动形成电流,数值上等于电荷的变化率(d d)功率)功率p p(t t)、)、P P 功率功率 单位时间内电路消耗(或吸收)的能量,即能量单位时间内电路消耗(或吸收)的能量,即能量的变化率的变化率此式分别此式分别乘和除乘和除dq得得第15页,本讲稿共52页 电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。外力克服电场
13、力把单位正电荷从电源的负理量。外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功,称为极搬运到正极所做的功,称为电源的电动势电源的电动势。(e e)电动势)电动势e e(t t)、)、E E第16页,本讲稿共52页1.1.3 1.1.3 电路中物理量的方向电路中物理量的方向物理量的物理量的方向:方向:实际方向实际方向参考方向参考方向实际方向实际方向:物理中对电量物理中对电量规定规定的方向。的方向。参考方向:参考方向:(正方向):(正方向):在分析计算时,对电量人为在分析计算时,对电量人为任意设定任意设定的方向。的方向。第17页,本讲稿共52页物理量的实际方向物理量的实际方向第18页,本讲
14、稿共52页物理量实际方向的表示方法物理量实际方向的表示方法电电池池灯灯泡泡u_+正负号正负号abUab(高电位在前,高电位在前,低电位在后)低电位在后)双下标双下标箭箭 头头uab电压电压+-IR电流电流:从高电位:从高电位 指向低电位。指向低电位。IRUabE+_ab+_第19页,本讲稿共52页电路分析中的电路分析中的参考方向参考方向(正方向)(正方向)问题的提出问题的提出:在复杂电路中难于判断元件中物理量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?的实际方向,电路如何求解?电流方向电流方向AB?电流方向电流方向BA?E1ABRE2IR+_+_第20页,本讲稿共52页(1)在
15、解题前先设定一个方向,作为参考方向;在解题前先设定一个方向,作为参考方向;解决方法解决方法(3)根据计算结果确定实际方向:根据计算结果确定实际方向:若计算结果为若计算结果为正正,则实际方向与假设方向,则实际方向与假设方向一致一致;若计算结果为若计算结果为负负,则实际方向与假设方向,则实际方向与假设方向相反相反。(2)根据电路的定律、定理,列出物理量间相互关根据电路的定律、定理,列出物理量间相互关 系的代数表达式;系的代数表达式;第21页,本讲稿共52页例例已知:已知:E=2V,R=1问:问:当当U分别为分别为 3V 和和 1V 时,时,IR=?解:解:(1)假定电路中物理量的正方向如图所示;假
16、定电路中物理量的正方向如图所示;(2)列电路方程:列电路方程:IRURU+_+_E Rab+_第22页,本讲稿共52页(3)数值计算数值计算(实际方向与假设方向一致)(实际方向与假设方向一致)(实际方向与假设方向相反)(实际方向与假设方向相反)E IRRURabU+_+_+_第23页,本讲稿共52页 对一个元件,电流参考方向和电压参考方向可对一个元件,电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定,但为了方便起见,常常以相互独立地任意确定,但为了方便起见,常常将其取为一致,称将其取为一致,称关联方向关联方向;如不一致,称;如不一致,称非关非关联方向联方向。如果采用关联方向,在标示时标出一种即
17、可。如如果采用关联方向,在标示时标出一种即可。如果采用非关联方向,则必须全部标示。果采用非关联方向,则必须全部标示。第24页,本讲稿共52页欧姆定律欧姆定律U、I取关联参考方向时,取关联参考方向时,U U、I I 取非关联参考取非关联参考取非关联参考取非关联参考方向时,方向时,方向时,方向时,RU+IRU+I 表达式中有两套正负号:表达式中有两套正负号:式前的正负号由式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定;参考方向的关系确定;U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。方向之间的关系。通常取通常取 U、I 取关联参考方向。取关联参考方向。U=I
18、R U U=IRIR第25页,本讲稿共52页(4)为了避免列方程时出错,为了避免列方程时出错,习惯上习惯上把把 U与与I 的方向的方向 按关联参考方向假设。按关联参考方向假设。(1)方程式方程式U/I=R 仅适用于电压和电流取关联参考方向仅适用于电压和电流取关联参考方向 的情况。的情况。(2)“实际方向实际方向”是物理中规定的,而是物理中规定的,而“参考方向参考方向”则则 是人们在进行电路分析计算时是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。任意假设的。(3)在以后的解题过程中,注意一定要在以后的解题过程中,注意一定要先假定先假定“一个方向一个方向”(即在图中表明物理量的参考方向即在图中表明物理量
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