电工基础知识及电气测量技术.ppt

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1、电工基础知识及电气测量技术n n第一节 电工基础知识n n第二节 直流电阻电路n n第三节 单相交流电路n n第四节 三相正弦交流电路n n第五节 物业管理电工测量技能第一章 电工基础知识及电气测量技术第一章 电工基础知识及电气测量技术n n【知识目标知识目标知识目标知识目标】n n1 1、了解电路的组成，理解电路模型的概念及理想电、了解电路的组成，理解电路模型的概念及理想电路元件的伏安关系；路元件的伏安关系；n n2 2理解电压与电流参考方向的意义，能对元件的电理解电压与电流参考方向的意义，能对元件的电源或负载性质进行判断；源或负载性质进行判断；n n3 3掌握分析与计算简单直流电路和电路中

2、各点电位掌握分析与计算简单直流电路和电路中各点电位的方法；的方法；n n4 4、理解电路基本定律（欧姆定律、基尔霍夫电流定、理解电路基本定律（欧姆定律、基尔霍夫电流定律、基尔霍夫电压定律）并能正确应用。律、基尔霍夫电压定律）并能正确应用。n n【能力目标能力目标能力目标能力目标】n n1 1、具有分析电路一般问题和计算电路基本物理量的、具有分析电路一般问题和计算电路基本物理量的能力；能力；n n2 2、学会发现问题、探究问题和解决问题的方法，会、学会发现问题、探究问题和解决问题的方法，会应用电路理论解决生产、生活中的实际问题。应用电路理论解决生产、生活中的实际问题。n n【技能目标技能目标技能

3、目标技能目标】n n1 1、掌握常用电工仪表（万用表、电流表、兆欧表、掌握常用电工仪表（万用表、电流表、兆欧表、电能表和功率表等）的使用方法；电能表和功率表等）的使用方法；n n2 2、掌握电流、电压、电位的测量方法，能对测量的、掌握电流、电压、电位的测量方法，能对测量的数据进行分析；数据进行分析；n n2 2、具有识读实验电路原理图、并根据电路图搭接电、具有识读实验电路原理图、并根据电路图搭接电路和对各点电参数测试的能力。路和对各点电参数测试的能力。第一节第一节 电工基础知识电工基础知识n n（一）电能的概念（一）电能的概念（一）电能的概念（一）电能的概念 n n 电能是自然界中的一种能量。

4、电能与其他形电能是自然界中的一种能量。电能与其他形式的能量相比，其具有两个显著的特点：一是容式的能量相比，其具有两个显著的特点：一是容易产生、输送、分配和使用；二是容易转换成其易产生、输送、分配和使用；二是容易转换成其他形式的能量。他形式的能量。n n（二）电路及基本物理量（二）电路及基本物理量（二）电路及基本物理量（二）电路及基本物理量n n1 1、电路的组成、电路的组成 n n 电路是为了某种需要而将某些电工设备或元电路是为了某种需要而将某些电工设备或元件按一定方式组合起来所构成的电流通路。件按一定方式组合起来所构成的电流通路。n n 电路是由电源、负载和中间环节电路是由电源、负载和中间环

5、节3 3个基本部分个基本部分组成。组成。n n 电源是提供电能的设备，其作用是将其他形式电源是提供电能的设备，其作用是将其他形式的能量转换为电能。此外，还有将某种形式的电能的能量转换为电能。此外，还有将某种形式的电能转换成另一种形式的电能的装置，通常也称为电源。转换成另一种形式的电能的装置，通常也称为电源。n n 负载是取用电能的设备，其作用是将电能转换负载是取用电能的设备，其作用是将电能转换为其他形式的能量。为其他形式的能量。n n 中间环节在电路中起传递、分配和控制电能的中间环节在电路中起传递、分配和控制电能的作用。最简单的中间环节是开关和连接导线，另外，作用。最简单的中间环节是开关和连接

6、导线，另外，还有保护和测量装置。还有保护和测量装置。n n2、电路的功能 n n按工作任务划分，电路的主要功能有两类。电路按工作任务划分，电路的主要功能有两类。电路的第一类功能是进行能量的转换、传输和分配。的第一类功能是进行能量的转换、传输和分配。如图如图1-11-1所示。所示。图图1-1n n电路的第二类功能是实电路的第二类功能是实现信号的传递和处理等。现信号的传递和处理等。输入信号称为激励输入信号称为激励(或信或信号源号源)，输出信号称为响，输出信号称为响应其示意图如图应其示意图如图1-21-2所示。所示。图图1-2n n简单的电路如图简单的电路如图1-31-3所示所示的手电筒电路。的手电

7、筒电路。图图1-3n n3 3、电流、电流n n电流是一种物理现象，电流是一种物理现象，又是一个表示电流强弱又是一个表示电流强弱的物理量，在数值上等的物理量，在数值上等于单位时间内通过某一于单位时间内通过某一导体横截面的电量。导体横截面的电量。n n电流是由电荷有规则的电流是由电荷有规则的定向运动形成的。在如定向运动形成的。在如图图1-41-4所示的所示的a a、b b导体内，导体内，设在时间设在时间dt dt内，通过导内，通过导体横截面体横截面S S的电量为的电量为dqdq，n n则导体中的电流为：则导体中的电流为：图图1-4n n如果电流不随时间变化，如果电流不随时间变化，则这种电流称为恒

8、定电则这种电流称为恒定电流简称直流。直流电流流简称直流。直流电流用大写字母用大写字母I I表示，所以表示，所以上式可改写为：上式可改写为：n n n n n n 如果电流的大小和方如果电流的大小和方向都随时间变化，则称向都随时间变化，则称为交变电流简称交流。为交变电流简称交流。交流电流用小写字母交流电流用小写字母 i i表示。表示。n n n n 习惯上把正电荷定向运动的方向规定习惯上把正电荷定向运动的方向规定为电流的实际方向，在分析与计算电路时，为电流的实际方向，在分析与计算电路时，常任意选定某一方向作为电流的方向，称常任意选定某一方向作为电流的方向，称为正方向或参考方向，它并不一定与电流为

9、正方向或参考方向，它并不一定与电流的实际方向一致。当电流的实际方向与参的实际方向一致。当电流的实际方向与参考方向一致时，电流为正值，如图考方向一致时，电流为正值，如图1-5(a)1-5(a)所所示。当电流的实际方向与参考方向相反时，示。当电流的实际方向与参考方向相反时，电流为负值，如图电流为负值，如图1-5(b)1-5(b)所示。所示。图图1-5n n4 4、电压、电位及电动势、电压、电位及电动势 n n（1 1）电压是衡量电场力）电压是衡量电场力做功能力的物理量。如做功能力的物理量。如图图1-61-6所示，所示，a a和和b b是电源是电源的两个电极，设的两个电极，设a a极带正极带正电，电

10、，b b极带负电，因此在极带负电，因此在两极之间产生电场，其两极之间产生电场，其方向从方向从a a指向指向b b。如果用导。如果用导线将线将a a和和b b连接起来，在连接起来，在n n电场力的作用下，正电荷电场力的作用下，正电荷将从将从a a极沿导线移至极沿导线移至b b极，极，这表明电场力对电荷做这表明电场力对电荷做了功。了功。图图1-6 电场力把单位正电荷从电场力把单位正电荷从a a点移动到点移动到b b点所做的功，点所做的功，称为称为a a、b b两点间的电压，用两点间的电压，用u u表示。设电场力将正表示。设电场力将正电荷电荷dqdq从从a a点移动到点移动到b b点所做的功为点所做

11、的功为dwdw，则，则a a、b b两点两点间的电压间的电压u u为为 大小和极性都随时间变化的电压称为交流电压，交流电压用小写字母u表示。大小和极性都不随时间变化的电压称为恒定电压或直流电压，直流电压用大写字母U表示，所以上式可改写为：n n（2 2）电路中某一点到参考点之间的电压，称作该）电路中某一点到参考点之间的电压，称作该点的电位。参考点也称零电位点。所以电位还可以点的电位。参考点也称零电位点。所以电位还可以定义为：在电路中，电场力把单位正电荷从某一点定义为：在电路中，电场力把单位正电荷从某一点a a移到零电位点所做的功等于该点的电位。移到零电位点所做的功等于该点的电位。电位的单位与电

12、压相同，用伏特电位的单位与电压相同，用伏特(VV)表示。表示。电路中两点间的电压也可用这两点间的电位差来电路中两点间的电压也可用这两点间的电位差来表示表示,即即：U ab =U a U ab =U a U b U b 电路中任意两点间的电压是不变的，与参考点的电路中任意两点间的电压是不变的，与参考点的选择无关，但电位是一个相对量，选择无关，但电位是一个相对量，其值随参考点选其值随参考点选择不同而不同。择不同而不同。习惯上把电位降低的方向规定为电习惯上把电位降低的方向规定为电压的实际方向，用压的实际方向，用“+”+”、“”号号表示，也可用箭头（表示，也可用箭头（“+”+”指向指向“”）或双下标（

13、如）或双下标（如UabUab）的变量表示。）的变量表示。如图如图1-71-7所示。图中方框为电路元件，所示。图中方框为电路元件，其加两个端钮，表示任意二端元件。其加两个端钮，表示任意二端元件。计算电路时，任意选定某一方向作为计算电路时，任意选定某一方向作为电压的参考方向，当电压实际方向与电压的参考方向，当电压实际方向与其参考方向一致时，电压为正值；当其参考方向一致时，电压为正值；当电压实际方向与其参考方向相反时，电压实际方向与其参考方向相反时，电压为负值。电压为负值。关联参考方向是指假定的电压正关联参考方向是指假定的电压正极到负极的方向也是假定电流的流动极到负极的方向也是假定电流的流动方向，即

14、电流与电压降参考方向一致，方向，即电流与电压降参考方向一致，如图如图1-81-8所示；若电压与电流参考方向所示；若电压与电流参考方向不一致，则称非关联参考方向，如图不一致，则称非关联参考方向，如图1-91-9所示。所示。图图1-7图图1-8图图1-9n n（3 3）什么叫电动势？）什么叫电动势？如图如图1-61-6所示，为了维持导线中的电流连续并保所示，为了维持导线中的电流连续并保持恒定，必须使持恒定，必须使a a、b b间的电压保持恒定，即必须有间的电压保持恒定，即必须有另一种力能克服电场力而使电极另一种力能克服电场力而使电极b b上的正电荷经过另上的正电荷经过另一路径移向电极一路径移向电极

15、a a。电源就能产生这种力，称为电源。电源就能产生这种力，称为电源力。电源力将单位正电荷由低电位端力。电源力将单位正电荷由低电位端b b经过电源内部经过电源内部移动到高电位端移动到高电位端a a所做的功，称为电源的电动势，用所做的功，称为电源的电动势，用e e表示表示。n n 电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定为在电源内部由低电位端指向高电位端，即电位升为在电源内部由低电位端指向高电位端，即电位升高的方向。高的方向。电动势的单位与电压相同，用伏特电动势的单位与电压相同，用伏特(VV)表示。表示。5 5、电功率、电功率 电场力在单位时间内所做的功称为

16、电功率，简电场力在单位时间内所做的功称为电功率，简称功率，用称功率，用p p表示。设电场力在表示。设电场力在dt dt时间内所做的功为时间内所做的功为dwdw，则功率为：，则功率为：在国际单位制中，功率的单位为瓦特，简称瓦在国际单位制中，功率的单位为瓦特，简称瓦(WW)。设元件的电压和电流为关联参考方向 得功率计算式：p=u i 要注意：如果元件的电压和电流为非关联参考方向，则功率应该取负值。其计算公式应为：p=u i 根据以上计算及定义，如果p 0表示元件吸收功率，元件是负载；如果 p0表示元件产生功率，元件是电源。二、二、电路模型电路模型 n n(一）电路模型的概念 常常将实际元件理想化(

17、也称模型化)。由理想电路元件组成的电路，称为电路模型。理想电路元件(此后理想两字略去)主要有电阻元件、电感元件、电容元件、理想电压源、理想电流源等。前3种元件不产生能量，称为无源元件，后两种元件是电路中提供能量的元件，称为有源元件。n n如图如图1-3 1-3 所示的手电筒电路，所示的手电筒电路，其电路模型如图其电路模型如图1-121-12所示。所示。干电池是电干电池是电n n源元件，其参数为电动势源元件，其参数为电动势E E和内电阻和内电阻R0R0；灯泡是电阻；灯泡是电阻元件，其参数为电阻元件，其参数为电阻R R；筒；筒体是连接干电池和灯泡的体是连接干电池和灯泡的中间环节中间环节(还包括开关

18、还包括开关)，其，其电阻值微少忽略不计。电阻值微少忽略不计。图图1-12（二）理想电路元件（二）理想电路元件 n n1 1、电阻元件、电阻元件 电阻元件是反映消耗电能这一物理现象的电路电阻元件是反映消耗电能这一物理现象的电路元件，符号如图元件，符号如图1-101-10所示。在电压、电流为关联参所示。在电压、电流为关联参考方向时，如图考方向时，如图1-10(a)1-10(a)所示。线性电阻元件的电压所示。线性电阻元件的电压与电流成正比。与电流成正比。即：即：U U I R I R （1-81-8）n n 这个关系称为欧姆定律，比例常数这个关系称为欧姆定律，比例常数R R称为电阻。称为电阻。当电压

19、的单位为当电压的单位为VV，电流的单位为，电流的单位为A A时，电阻的单时，电阻的单位为欧姆，简称欧位为欧姆，简称欧()。电阻元件的功率为：电阻元件的功率为：P P u i u i R i2 R i2 （1-91-9）。n n2 2、电感元件、电感元件 电感元件是反映电流产生磁场、存储磁场能量电感元件是反映电流产生磁场、存储磁场能量这一物理现象的电路元件，是一种储能元件。这一物理现象的电路元件，是一种储能元件。n n其存储的磁场能量为：其存储的磁场能量为：n n电路符号如图电路符号如图1-131-13所示。当电流所示。当电流i i变化时，磁场也随变化时，磁场也随之变化，并在线圈中产生自感电动势

20、之变化，并在线圈中产生自感电动势eLeL。根据法拉。根据法拉第电磁感应定律，当电压、电流为关联参考方向时，第电磁感应定律，当电压、电流为关联参考方向时，如图如图1-131-13所示。所示。n n电感的自感电动势为：电感的自感电动势为：n n所以，电感两端的电压为：所以，电感两端的电压为：图1-13 比例常数比例常数L L称为电感，是表征电感元件特性的参称为电感，是表征电感元件特性的参数。当电压的单位为数。当电压的单位为VV，电流的单位为，电流的单位为A A时，电感的时，电感的单位为亨利，简称亨单位为亨利，简称亨 (H H)。注意：电感两端的电压等于电流的变化率乘电注意：电感两端的电压等于电流的

21、变化率乘电感量；通过电感中的电流不能感量；通过电感中的电流不能“突变突变”。在直流电路中，电感元件虽有电流，但电流不在直流电路中，电感元件虽有电流，但电流不变，故电压为零，这时电感元件相当于短路。变，故电压为零，这时电感元件相当于短路。由于电感电压取决于电感电流的变化率，即电流由于电感电压取决于电感电流的变化率，即电流只有在动态（变化）的情况只有在动态（变化）的情况 下才能在电感两端产生下才能在电感两端产生电压，故电感元件称为动态元件。电压，故电感元件称为动态元件。n n3 3、电容元件、电容元件 n n相互绝缘且靠近的两块金属极板就构相互绝缘且靠近的两块金属极板就构成了常用的电容器。电路符号

22、如图成了常用的电容器。电路符号如图1-1-1414所示。当在电容器两端加电压时，所示。当在电容器两端加电压时，两块极板上将出现等量的异性电荷，两块极板上将出现等量的异性电荷，并在两极板间形成电场。电容元件就并在两极板间形成电场。电容元件就是反映电荷产生电场、存储电场能量是反映电荷产生电场、存储电场能量这一物理现象的电路元件，是一种储这一物理现象的电路元件，是一种储能元件。其存储的电场能量为：能元件。其存储的电场能量为：n n n n电容器极板上的电量电容器极板上的电量q q与外加电压与外加电压u u成成正比，即：正比，即：q q CuCun n 比例常数比例常数C C称为电容，是表征电容称为电

23、容，是表征电容元件特性的参数。当电压的单位为元件特性的参数。当电压的单位为V V，电量的单位为库仑，电量的单位为库仑 (C)(C)时，电容的时，电容的单位为法拉单位为法拉 (F)(F)。n n当电容上的电压当电容上的电压u u和电流和电流i i为关联参考为关联参考方向时，如图方向时，如图1-141-14所示所示 图1-14两者的关系为：注意：通过电容的电流等于其电压变化率乘电容量；加在电容两端的电压不能“突变”。在直流电路中，电容元件上虽然有电压，但电压不变化，放电流为零，这时电容元件相当于开路。由于通过电容的电流取决于电容两端电压的变化率，即加在电容两端的电压只有在动态（变化）的情况下才有电

24、流。故电容元件也称动态元件。n n4 4、理想电压源、理想电压源 理想电压源是一种能产生并能维持一定输出电理想电压源是一种能产生并能维持一定输出电压的理想电源元件，又称恒压源。恒压源的符号如压的理想电源元件，又称恒压源。恒压源的符号如图图1-151-15所示。图中所示。图中us us电压源的电压，（电压源的电压，（a a）作电源；）作电源；（b b）作负载；（）作负载；（c c）直流恒压源；（）直流恒压源；（d d）直流恒压源）直流恒压源的伏安特性曲线。的伏安特性曲线。恒压源的电压恒压源的电压us us为确定的时间函数，与流过的为确定的时间函数，与流过的电流无关。如果恒压源的电压是定值电流无关

25、。如果恒压源的电压是定值UsUs，则称为直，则称为直流恒压源。直流恒压源也可用如图流恒压源。直流恒压源也可用如图1-15(C)1-15(C)所示的所示的符号表示，如图符号表示，如图1-15(d)1-15(d)所示是直流恒压源的电压电所示是直流恒压源的电压电流关系曲线流关系曲线(简称伏安特性曲线简称伏安特性曲线)。n n 恒压源不能短路，否则流过的电流为无限大恒压源不能短路，否则流过的电流为无限大 图图1-15 理想电压源实际上是不存在的，电源内部总是理想电压源实际上是不存在的，电源内部总是存在一定电阻，称之为内阻，用存在一定电阻，称之为内阻，用R0R0表示。以电池为表示。以电池为例，当电池两端

26、接上负载并有电流通过时，内阻就例，当电池两端接上负载并有电流通过时，内阻就会有能量损耗，电流越会有能量损耗，电流越 大，损耗越大，输出端电大，损耗越大，输出端电压就越低，因此电池不具有恒压输出的特性。压就越低，因此电池不具有恒压输出的特性。图图1-16 实际电压源可以用一个恒压源实际电压源可以用一个恒压源USUS和内阻和内阻RoRo串联串联的电路来表示，如图的电路来表示，如图1-16(a)1-16(a)所示虚线框内的电路。所示虚线框内的电路。图中图中RLRL为负载，即电源的外电路。为负载，即电源的外电路。(a)(a)图叫电路图叫电路模型，（模型，（b b）图为输出伏安特性曲线。）图为输出伏安特

27、性曲线。分析该电路的功率平衡情况有：分析该电路的功率平衡情况有：US IUS I UIUI I2 R0I2 R0从而得电压源的伏安关系为：从而得电压源的伏安关系为：US US U U I R0I R0n n 上式说明，实际电压源端电压上式说明，实际电压源端电压U U低于恒压源的低于恒压源的电压电压UsUs，其原因是存在内阻压降，其原因是存在内阻压降IRoIRo。如图。如图1-16(b)1-16(b)所示为实际直流电压源的伏安特性曲线。由上式所示为实际直流电压源的伏安特性曲线。由上式或伏安特性曲线可以看出，或伏安特性曲线可以看出，IRoIRo越小，其特性越接越小，其特性越接近恒压源。近恒压源。n

28、 n5 5、理想电流源、理想电流源 理想电流源是一种能产生并能维持一定输出电理想电流源是一种能产生并能维持一定输出电流的理想电源元件，又称恒流源。恒流源的符号流的理想电源元件，又称恒流源。恒流源的符号如图如图1-17(a)1-17(a)所示，其中所示，其中I sI s为恒为恒n n流源的电流。图流源的电流。图1-17(b)1-17(b)所示是作为负载。所示是作为负载。n n恒流源的电流恒流源的电流Is Is为确定的时间函数，与两端的电压为确定的时间函数，与两端的电压无关。如果恒流源的电流是定值无关。如果恒流源的电流是定值ISIS，则称之为直则称之为直流恒流源，如图流恒流源，如图1-17(c)1

29、-17(c)所示所示n n恒流源不能开路，否则其两端的电压为无限大。恒流源不能开路，否则其两端的电压为无限大。图图1-17 根据恒流源所连接的外电路，若恒流源两端电根据恒流源所连接的外电路，若恒流源两端电压压u u的实际方向与电流的实际方向与电流is is方向相反，则恒流源发出功方向相反，则恒流源发出功率，如图率，如图l-17(a)l-17(a)所示。若恒流源两端电压所示。若恒流源两端电压u u的实际方的实际方向与电流向与电流is is方向相同，则恒流源吸收功率，如图方向相同，则恒流源吸收功率，如图1-1-17(b)17(b)所示，这时恒流源是电路的负载。所示，这时恒流源是电路的负载。实际电流

30、源可用一个恒流源实际电流源可用一个恒流源ISIS与内电阻与内电阻R0R0并联的电路模型并联的电路模型来表示，如图来表示，如图1-181-18所示虚线框内所示虚线框内的电路表示一个实际电流源的的电路表示一个实际电流源的电路模型。图中电路模型。图中RLRL为负载，即为负载，即电源的外电路。电源的外电路。n n电路的平衡情况：电路的平衡情况：n n电流源的伏安关系为电流源的伏安关系为 如图如图1-191-19所示是实际直流电所示是实际直流电流源的伏安特性曲线，实际电流源的伏安特性曲线，实际电流源的内阻流源的内阻R0R0越大，内部分流越大，内部分流越小其特性就越接近恒流源。越小其特性就越接近恒流源。图

31、图1-18图图1-19 三、电压源与电流源的等效变换三、电压源与电流源的等效变换 用电压源或电流源分别向同一个负载电阻用电压源或电流源分别向同一个负载电阻RLRL供电，若能产生相同的供电效果供电，若能产生相同的供电效果(负载电阻负载电阻上的电压上的电压U U和电流和电流I I相同相同)，则这两个电源是等，则这两个电源是等效的。如图效的。如图1-201-20所示。（所示。（a a）电压源模型，是）电压源模型，是电压为电压为USUS的恒压源与内阻的恒压源与内阻R0R0串联的电路；串联的电路；（b b）电流源模型，是电流为）电流源模型，是电流为Is Is的恒流源与内的恒流源与内阻阻R0R0并联的电路

32、。如果两种电源模型之间是并联的电路。如果两种电源模型之间是等效的，就可以进行等效变换。等效的，就可以进行等效变换。图图1-20 由电压源的伏安关系式由电压源的伏安关系式 可得：可得：(电压源内阻）电压源内阻）n n n n对于电流源，其伏安特性关系可改写为：对于电流源，其伏安特性关系可改写为：n n （电流源内阻）电流源内阻）n n 若电压源和电流源对外电路等效，则以上两式的若电压源和电流源对外电路等效，则以上两式的对应项相等。（对应项相等。（电压源内阻）电压源内阻）n n因此可求得等效变换的条件为：因此可求得等效变换的条件为：，n n 或或 ，且：且：。n n四、电气设备的额定值及电路的工作

33、状态四、电气设备的额定值及电路的工作状态 n n（一）电气设备的额定值（一）电气设备的额定值 任何电气设备都有一个标准规格，在电工术语任何电气设备都有一个标准规格，在电工术语中称为额定值。中称为额定值。n n1 1、额定电压、额定电压 为了保证电气设备的正常运行，通常规定一个为了保证电气设备的正常运行，通常规定一个设备正常使用所施加的电压数值，此值称为该电设备正常使用所施加的电压数值，此值称为该电气设备的额定电压，用气设备的额定电压，用UNUN表示。表示。n n2 2、额定电流和额定功率、额定电流和额定功率 为了保证电气设备的正常运行，通常规定一个设为了保证电气设备的正常运行，通常规定一个设备

34、正常使用所施加的电流数值，此值称为该电气设备备正常使用所施加的电流数值，此值称为该电气设备的额定电流，用的额定电流，用ININ表示。电气设备在额定电流和额定表示。电气设备在额定电流和额定电压下工作，其相应的功率叫额定功率，用电压下工作，其相应的功率叫额定功率，用PNPN表示。表示。对电阻性负载而言，对电阻性负载而言，PNPN IN UNIN UN。n n（二）电路的工作状态（二）电路的工作状态 电路可以处于下面几种情况中的某一状态：负电路可以处于下面几种情况中的某一状态：负载状态、开路载状态、开路(空载空载)状态和短路状态。状态和短路状态。n n1 1、负载状态、负载状态 如图如图1-211-

35、21所示为直流电源对负载所示为直流电源对负载(用电器用电器)供电的供电的电路。将开关电路。将开关S S合上时，电路接通，有电流通过负载合上时，电路接通，有电流通过负载R R，这种状态称为负载状态，这种状态称为负载状态n n 由欧姆定律可得电路中的电流：由欧姆定律可得电路中的电流：图图1-21n n2 2、开路、开路(空载空载)状态状态 在如图在如图1-211-21所示电路中，当开关所示电路中，当开关S S断开时，电路处于开路断开时，电路处于开路(空空载载)状态。状态。由于开路时电路未构成闭合回路，电路中的电流为零，负载由于开路时电路未构成闭合回路，电路中的电流为零，负载两端的电压也为零，负载不

36、消耗功率，这时电源的端电压在数两端的电压也为零，负载不消耗功率，这时电源的端电压在数值上等于电动势，称为开路电压或空载电压，用值上等于电动势，称为开路电压或空载电压，用UOCUOC表示。表示。3 3、短路状态、短路状态 在如图在如图1-211-21所示电路中，当电源的两端所示电路中，当电源的两端a a和和b b由于某种原因而由于某种原因而直接按通，即外电路电阻等于零，称电源被短路，如图直接按通，即外电路电阻等于零，称电源被短路，如图1-221-22所所示。这时电流仅由内阻示。这时电流仅由内阻RoRo限制，在限制，在RoRo很小的情况下，电流会达很小的情况下，电流会达到很大的数值，这个电流称为短

37、路电流，用到很大的数值，这个电流称为短路电流，用ISCISC表示。表示。图图1-21图图1-22 有时为了某种需要，将有时为了某种需要，将电路的某一部分短路，如电路的某一部分短路，如图图1-231-23所示电路中，为防所示电路中，为防止电动机止电动机MM的起动电流对的起动电流对电流表电流表A A的冲击，在起动的冲击，在起动时用开关时用开关S2S2将电流表短路，将电流表短路，使起动电流从开关使起动电流从开关S2S2旁路旁路通过，待起动结束，再断通过，待起动结束，再断开开S2S2，恢复电流表的作用。，恢复电流表的作用。这种人为地将电路某一部这种人为地将电路某一部分短路称作分短路称作“短接短接”。图

38、图1-23n n五、电路定律五、电路定律 基尔霍夫定律又称电路定律。基尔霍夫定律分为电流定律基尔霍夫定律又称电路定律。基尔霍夫定律分为电流定律和电压定律。根据图和电压定律。根据图1-241-24所示电路，回答三个问题：所示电路，回答三个问题：n n1 1、什么叫做支路？、什么叫做支路？n n2 2、什么叫做节点？、什么叫做节点？n n3 3、什么叫做回路？、什么叫做回路？答答1 1：支路。电路中两点之间通过同一电流的不分叉的一：支路。电路中两点之间通过同一电流的不分叉的一段电路称为支路。段电路称为支路。答答2 2：节点。电路中：节点。电路中3 3条或条或3 3条以上支路的连接点称为节点。条以上

39、支路的连接点称为节点。答答3 3：回路。电路中任一闭合的路径称为回路。：回路。电路中任一闭合的路径称为回路。图图1-24n n（一）电流定律（一）电流定律(KCL)(KCL)描述电路中任一节点处各支路电流之间相互关系描述电路中任一节点处各支路电流之间相互关系的定律叫基尔霍夫电流定律，简写的定律叫基尔霍夫电流定律，简写KCLKCL。在任一瞬时流入节点的电流之和必定等于从该节在任一瞬时流入节点的电流之和必定等于从该节点流出的电流之和，点流出的电流之和，n n 即：即：I I入入=I=I出出 n n 在图在图l-24l-24中，设电流中，设电流I1I1、I2I2、I3I3、的参考方向如图所、的参考方

40、向如图所示，对节点示，对节点a a运用运用KCLKCL，n n有：有：I1 I1+I2I2=I3I3n n或或 I1 I1+I2 I2-I3I3=0 =0 n n 上式可以写成：上式可以写成：I =0 I =0 n n上式可表述为：在任一瞬时，通过任一个节点电流的上式可表述为：在任一瞬时，通过任一个节点电流的代数和恒等于零。代数和恒等于零。n n n n（二）电压定律（二）电压定律(KVL)(KVL)基尔霍夫电压定律是描述电路中任一回路上各段基尔霍夫电压定律是描述电路中任一回路上各段电压之间相互关系的定律。电压之间相互关系的定律。从回路中任意一点出发，以顺时针方向或逆时针从回路中任意一点出发，

41、以顺时针方向或逆时针方向沿回路绕行一周，在这个方向上升高的电压之方向沿回路绕行一周，在这个方向上升高的电压之和应等于降低的电压之和，回到原来的出发点时，和应等于降低的电压之和，回到原来的出发点时，该点电位值不发生变化，即电路中任意一点的瞬时该点电位值不发生变化，即电路中任意一点的瞬时电位具有单值性，电位具有单值性，即：即：U U升升 U U降降 这一关系称为基尔霍夫电压定律，简写为这一关系称为基尔霍夫电压定律，简写为KVLKVL。在图在图1-251-25中，设各电压、电流的参考方向及回路绕行方向如图，中，设各电压、电流的参考方向及回路绕行方向如图，根据根据KVLKVL，有：，有：US1+U1U

42、S1+U1U2+US2=0 U2+US2=0 （1-271-27）上式可以写为：上式可以写为：U U=0 0 （1-281-28）上式可表述为：在任一瞬时，沿着任一回路绕行方向绕行一周，回上式可表述为：在任一瞬时，沿着任一回路绕行方向绕行一周，回路中各段电压的代数和恒等于零。路中各段电压的代数和恒等于零。n n 运用运用KVLKVL时，一般假设电压参考方向与回路绕行方向一致时电压取时，一般假设电压参考方向与回路绕行方向一致时电压取正号正号“”，电压参考方向与回路绕行方向相反时电压取负号，电压参考方向与回路绕行方向相反时电压取负号“”。n n 根据欧姆定律，根据欧姆定律，U1 U1=I1 R1I

43、1 R1、U2 U2=I2 R2I2 R2，n n 上式可写为：上式可写为：+I1 R1+I1 R1 I2 R2 I2 R2=US1 US1US2 US2 （1-291-29）n n 即：即：IR IR=US US （1-301-30）n n 上式为上式为KVLKVL在电阻电路中的另一种表达式，它表示在任一回路绕行方在电阻电路中的另一种表达式，它表示在任一回路绕行方向上，回路中电阻上电压降的代数和等于回路中电压源电压的代数和。向上，回路中电阻上电压降的代数和等于回路中电压源电压的代数和。n n 运用上式时，电流参考方向与回路绕行方向一致时运用上式时，电流参考方向与回路绕行方向一致时I RI R

44、前取正号，相前取正号，相反时取负号；电压源电压方向与回路绕行方向一致时反时取负号；电压源电压方向与回路绕行方向一致时USUS前取负号，相反前取负号，相反时取正号。时取正号。图图1-25图图1-24n n六、电位的概念及计算六、电位的概念及计算 若要测出任意元器件两端的电压，可以把仪器两若要测出任意元器件两端的电压，可以把仪器两个输入端中的一个固定接在被测电路选定的参考点个输入端中的一个固定接在被测电路选定的参考点(零零电位点电位点)上，即可单手操作测量各点的电位，进而求出上，即可单手操作测量各点的电位，进而求出任意两点间的电压。任意两点间的电压。虽然电路中选定的参考点一般并不与大地相连接，虽然

45、电路中选定的参考点一般并不与大地相连接，但也称为但也称为“地地”。在电路图中参考点用符号。在电路图中参考点用符号“”“”表表示。示。根据上述特点，画电路图时不一定将电压源的正、根据上述特点，画电路图时不一定将电压源的正、负端全部画出并且连成闭合回路，这样可使整个电路负端全部画出并且连成闭合回路，这样可使整个电路图看起来较为简捷，这就是电路的习惯画法，即电压图看起来较为简捷，这就是电路的习惯画法，即电压源不用图形符号表示，而改为只标出其极性及电压值。源不用图形符号表示，而改为只标出其极性及电压值。如图如图1-27(a)1-27(a)可改画为图可改画为图1-27(b)1-27(b)，在，在a a端

46、标出端标出+US1US1，b b端端标出标出+US2US2，表示电压源，表示电压源US1US1的正极接在的正极接在a a端，端，US2US2的正的正极接在极接在b b端，端，a a、b b两点的电位值分别等于两个电压源的两点的电位值分别等于两个电压源的电压值电压值U US1S1和和US2US2，而负极都接在参考点。为了清楚起，而负极都接在参考点。为了清楚起见，常将电压源的电位标在图的上、下、左、右，尽见，常将电压源的电位标在图的上、下、左、右，尽可能不画在中间，如图可能不画在中间，如图1-27(b)1-27(b)所示。所示。显然，电路中各电压源若无公共端，就不能采用上显然，电路中各电压源若无公

47、共端，就不能采用上述习惯画法，如图述习惯画法，如图1-281-28所示。所示。图图1-27图图1-28n n计算电路中各点的电位时，应首先选定电路中某一计算电路中各点的电位时，应首先选定电路中某一点作为参考点，并规定参考点的电位为零，则电路点作为参考点，并规定参考点的电位为零，则电路中其他各点的电位就等于各点与参考点之间的电压。中其他各点的电位就等于各点与参考点之间的电压。所以，电路中电位的计算也就是电压的计算。所以，电路中电位的计算也就是电压的计算。n n实际应用中，参考点可以任意选取，但实际应用中，参考点可以任意选取，但个电路只个电路只能选定一个参考点。能选定一个参考点。n n参考点选定后

48、，电路中各点电位就只有惟一的值，参考点选定后，电路中各点电位就只有惟一的值，即某点电位具体到同一电路中具有单值性。即某点电位具体到同一电路中具有单值性。n n在如图在如图1-29(a)1-29(a)所示电路中，如果选所示电路中，如果选b b点为参考点，如图点为参考点，如图1-29(b)1-29(b)所示，则所示，则UbUb0 0，其他各点的电位分别为：，其他各点的电位分别为：n nUa Ua=Uab Uab=106=60 =106=60 （V V）n nUc Uc=Ucb Ucb=140 =140 （V V）n nUd Ud=Udb Udb=90 =90 （V V）n n计算结果表明，计算结果

49、表明，a a、c c、d d三点的电位均比三点的电位均比b b点高，具有点高，具有正电位。正电位。图图1-29 在电路中，知道各点电位后，任意两点间的电的在电路中，知道各点电位后，任意两点间的电的电就能由两点间的电位差求得。例如，电就能由两点间的电位差求得。例如，cdcd两点间的两点间的电压为：电压为：Uad Uad=Uc UcUdUd=140=14090=50 90=50 （V V）同一个电路，若选用不同参考点，各点电位的数同一个电路，若选用不同参考点，各点电位的数值也不同。如图值也不同。如图1-291-29（a a）所示的电路，若选取）所示的电路，若选取d d点点为参考点，如图为参考点，如

50、图1-291-29（c c）所示，则）所示，则d d点电位点电位UdUd=0=0。其他各点的电位计算如下：其他各点的电位计算如下：Ua=Uad=Ua=Uad=65=65=30 30 （V V）Ub=Ubd=Ub=Ubd=90 90 （V V）UC UC UC b UC b Ub d Ub d 140 140 90 90 50 (V)50 (V)计算结果表明，计算结果表明，c c点电位比参考点电位高点电位比参考点电位高50V50V，具，具有正电位。有正电位。a a、b b点电位比参考点电位低，具有负电点电位比参考点电位低，具有负电位。位。c c、d d两点之间的电位差两点之间的电位差(即电压即电