电工课件教学内容.ppt

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1、电工课件。1.3.1、电阻元件、电阻元件 （无源二端元件）（无源二端元件）定义定义：伏安关系伏安关系可用可用u-i平面过坐标原点的曲线来描述的平面过坐标原点的曲线来描述的二端元件。二端元件。i/Au/V0i+u-i/Au/V0一、电阻元件一、电阻元件电路符号：电路符号：分类分类：线性电阻线性电阻：伏安关系为：伏安关系为u-i平面过坐标原点的直线。平面过坐标原点的直线。非线性电阻非线性电阻：伏安关系为：伏安关系为u-i平面过坐标原点的曲线。平面过坐标原点的曲线。i+u-i+u-R 从元件参数是否随时间变换的意义可分为：从元件参数是否随时间变换的意义可分为：时不变电阻时不变电阻：伏安关系为伏安关系

2、为u-i平面过坐标原点的平面过坐标原点的一条曲线。一条曲线。（定常电阻）（定常电阻）u/Vi/A0时变电阻时变电阻：伏安关系为伏安关系为u-i平面过坐标原点的平面过坐标原点的一族曲线一族曲线。线性时变电阻线性时变电阻 非线性时变电阻非线性时变电阻线性电阻线性电阻：伏安关系为伏安关系为u-i平面过坐标原点的一条直线，斜率为平面过坐标原点的一条直线，斜率为R。R单位：单位：(欧姆欧姆)正实常数正实常数电阻元件的电导：电阻元件的电导：G1/R 称为电导，单位：西门子（S）。伏安特性曲线伏安特性曲线二、二、欧姆定律欧姆定律+-ui-+ui欧姆定律的另一种形式欧姆定律的另一种形式 或或u,i 取关联参考

3、方向：取关联参考方向：u,i 取非关联参考方向：取非关联参考方向：三、电阻的功率三、电阻的功率+-ui-+ui上式表明，电阻元件吸收的功率恒为正值，而与电压、上式表明，电阻元件吸收的功率恒为正值，而与电压、电流的参考方向无关。因此，电阻元件是电流的参考方向无关。因此，电阻元件是耗能元件耗能元件，无无源元件源元件。电阻的两种特殊情况：电阻的两种特殊情况：R R 称为开路，其电流恒为零；称为开路，其电流恒为零；R R0 0 称为短路，其电压恒为零。称为短路，其电压恒为零。u,i 取关联参考方向：取关联参考方向：u,i 取关联参考方向：取关联参考方向：解解 灯泡灯丝电阻为一个月消耗的电能为例例1-7

4、1-7 有有220V,100 W220V,100 W灯泡一个灯泡一个,其灯丝电阻是多少？其灯丝电阻是多少？每天用每天用5h,5h,一个月（按一个月（按3030天计算）消耗的电能是多少度？天计算）消耗的电能是多少度？1.3.2 独立电源独立电源 （有源二端元件）（有源二端元件）电路中的耗能器件或装置有电流流动时，会电路中的耗能器件或装置有电流流动时，会不断消耗能量，电路中必须有提供能量的器件或不断消耗能量，电路中必须有提供能量的器件或装置装置电源。常用的直流电源有干电池、蓄电电源。常用的直流电源有干电池、蓄电池、直流发电机、直流稳压电源和直流稳流电源池、直流发电机、直流稳压电源和直流稳流电源等。

5、常用的交流电源有电力系统提供的正弦交流等。常用的交流电源有电力系统提供的正弦交流电源、交流稳压电源和产生多种波形的各种信号电源、交流稳压电源和产生多种波形的各种信号发生器等。发生器等。为了得到各种实际电源的电路模型，为了得到各种实际电源的电路模型，定义两种理想的电路元件定义两种理想的电路元件独立电压源和独立独立电压源和独立电流源。电流源。常用的干电池和可充电电池常用的干电池和可充电电池 实验室使用的直流稳压电源实验室使用的直流稳压电源用示波器观测直流稳压电源的电压随时间变化的波形。示波器稳压电源一、独立电压源一、独立电压源定义：定义：如果一个二端元件的电流无论为何值，其电压保如果一个二端元件的

6、电流无论为何值，其电压保持常量持常量US或按给定的时间函数或按给定的时间函数uS(t)变化，则此二端元件称变化，则此二端元件称为为独立电压源独立电压源，简称为，简称为电压源电压源。电路符号电路符号基本性质：基本性质：输出电压恒定（定值或是一定的时间函数），和外电路无关；其流过的电流由外电路决定。例如图示电路中电阻值变化时，电压源的电流例如图示电路中电阻值变化时，电压源的电流 i和发出和发出功率功率 p 会发生变化。会发生变化。R/121020100i/A10510.50.10P/WP/W1005010510电压源的伏安特性曲线：电压源的伏安特性曲线：U Us s为定值（直流电压源）为定值（直流

7、电压源）u us s为给定的时间函数为给定的时间函数电压源的功率电压源的功率产生电功率，作为电源工作。吸收电功率，作为负载工作（如蓄电池充电）电压为零的电压源相当于短路。电压为零的电压源相当于短路。+-uSabiabi例例l-8电路如图所示。已知电路如图所示。已知uab=6V,uS1(t)=4V,uS2(t)=10V,i=1.2A，R1=2 和和R2=8。求各电压源发出的功率。求各电压源发出的功率。解：解：两个电压源的吸收功率分别为两个电压源的吸收功率分别为实际吸收功率实际吸收功率实际发出功率实际发出功率二、独立电流源二、独立电流源定义：定义：如果一个二端元件的电压无论为何值，其电流保如果一个

8、二端元件的电压无论为何值，其电流保持常量持常量IS或按给定的时间函数或按给定的时间函数iS(t)变化，则此二端元件称为变化，则此二端元件称为独立电流源独立电流源，简称为，简称为电流源电流源。电路符号电路符号基本性质：基本性质：输出电流恒定（定值或是一定的时间函数），和外电路无关；其端电压由外电路决定。例如图示电路中电阻值变化时，电流源的电压例如图示电路中电阻值变化时，电流源的电压u u和发出和发出功率功率 p 会发生变化。会发生变化。R/1210201000u/V2420402000P/W4840804000电流源的伏安特性曲线：电流源的伏安特性曲线：i is s 为定值（直流电流源）为定值（

9、直流电流源）i is s为给定的时间函数为给定的时间函数电流源的功率电流源的功率吸收电功率，作为负载工作。产生电功率，作为电源工作。电流为零的电流源相当于开路。电流为零的电流源相当于开路。uiSababu例例l-9电路如图所示。已知电路如图所示。已知uS1=10V,i1=2A,iS1=1A,iS2=3A,ubd=6V,ucd=3V,R1=2,R2=1。求电压源和各电流源发出的。求电压源和各电流源发出的功率。功率。解：解：电压源的吸收功率为电压源的吸收功率为电流源电流源iS1和和iS2吸收的功率分别为：吸收的功率分别为：(发出发出20W)(发出发出6W)(发出发出-9W，相当于吸收相当于吸收9W

10、）例例1-10 1-10 计算右图所示电路中电流源的端电压计算右图所示电路中电流源的端电压U U1 1,5,5电阻两端电阻两端的电压的电压U U2 2和电流源、电阻、电压源的功率和电流源、电阻、电压源的功率P P1 1,P P2 2,P P3 3。电流源的电流、电压选择为电流源的电流、电压选择为非关联非关联参考方向参考方向,所以所以 P P1 1=-=-U U1 1I Is s=-132=-26W=-132=-26W (发出功率发出功率)解：解：电阻的电流、电压选择为电阻的电流、电压选择为关联关联参考方向参考方向,所以所以 P P2 2=U2 2Is s=102=20W102=20W (吸收功

11、率吸收功率)电压源的电流、电压选择为电压源的电流、电压选择为关联关联参考方向参考方向,所以所以P P3 3=U3 3Is s=23=6W23=6W (吸收功率吸收功率)电路的三种工作状态开路状态（空载状态）电源和负载未构成通路，负载上电流为零，电源空载，不输出功率。可借助电压表寻找电路的断开点。短路状态电源两端由于某种原因而短接在一起的情况，这里相当于负载电阻为零，电源的端电压为零，不输出功率。短路状态下电流非常大，会使电源发热以致损坏。电路的三种工作状态额定工作状态电气设备工作在额定值的情况下就称为额定工作状态。电源设备的额定值一般包括额定电压UN、额定电流IN和额定容量SN。负载的额定值一

12、般包括额定电压UN、额定电流IN和额定功率PN。电气设备工作在额定状态下称为“满载”，超过额定值工作时称“过载”。目的与要求目的与要求:1、理解支路、节点、回路、网孔的定义2、掌握基尔霍夫电流定律、基尔霍夫电压定律重点重点：基尔霍夫电流定律、基尔霍夫电压定律难点难点：用基尔霍夫定律分析电路第四节 电路的基本定律一、几个常用的电路名词以图示电路为例说明常用 电路名词。支路：电路中具有两个端钮 且通过同一电流的无分支电路。图示电路中的 ED、AB、FC 均为支路，该电路的支路数目为 b=3。节点：电路中3条或3条以上支路的连接点称为节点。图示电路的节点为 A、B 两点，该电路的节点数目为 n=2。

13、以图示电路为例说明常用 电路名词。回路：电路中的任一闭合路径 称为回路。图示电路中的 CDEFC、AFCBA、EABDE 路径均为回路，该电路的回路数目为 l=3。网孔：平面电路中，如果回路内部不包含其它任何支路，这样的回路称为网孔。图示电路中的AFCBA、EABDE 回路均为网孔，该电路的网孔数目为 m=2。网孔一定是回路，但回路不一定是网孔！图示电路有几条支路，几个节点？图示电路有几条支路，几个节点？b=5 n=3I1I5I4I2I3I6+us1-+us2-is1ABCD回路数回路数支路数支路数 b=6 n=4l=7 m=3网孔网孔数数节点节点数数表述1：对：对于任一于任一集总参数电路中，

14、任一时刻，对任一节点，集总参数电路中，任一时刻，对任一节点，联接到该节点的所有支路的电流代数和为零。联接到该节点的所有支路的电流代数和为零。即即二、基尔霍夫电流定律（KCL）i(t)0如图所示电路中，在节点A上：I1 I2 I3 I4 I5 0约定：约定：一般可在流入节点的电流前面一般可在流入节点的电流前面取取“”号，在流出节点的电流前号，在流出节点的电流前面取面取“”号，反之亦可。号，反之亦可。1、定律指出、定律指出：表述2：对于任一集总参数电路，在任一时刻，流出对于任一集总参数电路，在任一时刻，流出任一节点的电流和等于流入该节点的电流和。即：任一节点的电流和等于流入该节点的电流和。即：i流

15、入流入 i流出流出如图电路中，在节点如图电路中，在节点A A上：上：I1I3 I2I4I5通常把上两式称为节点电流方程，简称为KCL方程。2 2、物理实质：物理实质：反映电荷的守恒性和电流的连续性。反映电荷的守恒性和电流的连续性。KCL方程方程:以基尔霍夫电流定律在电路各节点处列写的方程式。以基尔霍夫电流定律在电路各节点处列写的方程式。节点节点A:I1I5I4I2I3I6+us1-+us2-is1ABCD I1I2I3=0 节点节点B:I2I4I5=0 节点节点C:节点节点D:I3+I4I6=0 I1+I5+I6=0(I1=I5+I6)例：例：对封闭面有对封闭面有节点节点a上面上面3式相加，得

16、式相加，得i1i2i3i4i5i6acb证：证：节点节点b节点节点c 3、推广：、推广：对于任一集对于任一集总总参数电路，在任一时刻，参数电路，在任一时刻，联接到联接到任一闭合面任一闭合面的电流代数和的电流代数和为为零。零。节点节点封闭面（广义节点）封闭面（广义节点）例例1-11：图示电路，求：图示电路，求I1和和I2。解：解：对封闭面有对封闭面有节点节点aa在使用电流定律时，必须注意：对于含有 n 个节点的电路，只能列出(n-1)个独立的电流方程。列节点电流方程时，只需考虑电流的参考方向，然后再带入电流的数值。分析电路的方便，通常需要在所研究的一段电路中事先选定(即假定)电流流动的方向，叫做

17、电流的参考方向，通常用“”号表示。电流的实际方向可根据数值的正、负来判断，当 I 0时，表明电流的实际方向与所标定的参考方向一致；当 I 0 时，则表明电流的实际方向与所标定的参考方向相反。例例1-12 1-12 已知已知I I1 1=3A=3A、I I2 2=5A=5A、I I3 3=-18A=-18A、I I5 5=9A=9A，计算，计算图示电路中的电流图示电路中的电流I I6 6及及I I4 4。解：对节点a，根据KCL定律I1+I2-I3-I4=0对节点b，根据KCL定律可知：I4+I5+I6=0则：I6=-I4-I5=（-26-9）A=-35A 结果为正表示实际电流方向与图示电流方向

18、相同，结结果为正表示实际电流方向与图示电流方向相同，结果为负表示实际电流方向与图示电流方向相反！果为负表示实际电流方向与图示电流方向相反！则：I4=I1+I2-I3=（3+5+18）A=26A例例1-13:1-13:已知已知I I1 1=5A=5A、I I6 6=3A=3A、I I7 7=-8A=-8A、I I5 5=9A=9A，试计，试计算下图所示电路中的电流算下图所示电路中的电流I I8 8。则：则：I I8 8=-=-I I1 1-I I6 6+I I7 7=（-5-3-8-5-3-8）A=-16AA=-16A解：解：在电路中选取一个封闭面，在电路中选取一个封闭面，如图中虚线所示，根据如

19、图中虚线所示，根据KCLKCL定定律可知：律可知：I I1 1+I I6 6-I I7 7+I I8 8=0=0 KCL定律的一个重要应用是：根据电路中已知的某些定律的一个重要应用是：根据电路中已知的某些支路电支路电流流，求出另外一些支路电，求出另外一些支路电流。流。三、基尔霍夫电压定律(KVL)对于任一集总参数电路，在任一时刻，对任一闭合回路，对于任一集总参数电路，在任一时刻，对任一闭合回路，按一定绕行方向，其电压降的代数和等于零。按一定绕行方向，其电压降的代数和等于零。通常把上两式称为回路电压方程，简称为KVL方程。1、定律定律指出指出：约定：约定：与回路绕行方向一致取正，与回路绕行方向一

20、致取正，与回路绕行方向不一致取负与回路绕行方向不一致取负。在列写回路电压方程时，首先要对回路选取一个回路“绕行方向”。通常规定，对参考方向与回路“绕行方向”相同的电压取正号，对参考方向与回路“绕行方向”相反的电压取负号。例如：如图所示为某电路中的一个回路ABCDA，各支路的电压在选择的参考方向下为u1、u2、u3、u4，因此，在选定的回路“绕行方向”下有：u1+u2-u3-u4=0KVL方程方程:以基尔霍夫电压定律在电路各回路列写的电路方程式。以基尔霍夫电压定律在电路各回路列写的电路方程式。回路回路1:u1+us2-u5-us1=0 回路回路2:u2-u4-us2=0 回路回路3:-u6+u5

21、+u4=0+us1-+us2-+u1-+u4-u5+u2-u6+L1 L2 L3 (u1-u5=us1-us2)(u2-u4=us2)2 2、物理实质：物理实质：反映能量的守恒性反映能量的守恒性 我们知道，电压的大小，是量度我们知道，电压的大小，是量度在电场中使电荷移动的电场力做功的在电场中使电荷移动的电场力做功的能力。电场力推动单位正电荷从某一能力。电场力推动单位正电荷从某一点出发，沿任一闭和回路绕行一周所点出发，沿任一闭和回路绕行一周所做的功等于零，即沿闭和回路绕行中，做的功等于零，即沿闭和回路绕行中，单位正电荷有时单位正电荷有时得到得到电位能（即电压电位能（即电压升，如从电压源的负极到正

22、极）；有升，如从电压源的负极到正极）；有时失去电位能（如沿电流方向经过电时失去电位能（如沿电流方向经过电阻元件产生的电压降）。绕行一周后阻元件产生的电压降）。绕行一周后单位正电荷仍回到原来的出发点，应单位正电荷仍回到原来的出发点，应具有原来的电位能具有原来的电位能。这就是电位单值性的表现。这就是电位单值性的表现。(在同一电路中在同一电路中,参考点确参考点确定后定后,电路中各点电位有唯一确定数值电路中各点电位有唯一确定数值)。例例1-14：电路中，若已知电路中，若已知u1=1V,u2=2V和和u5=5V，求求u3，u4。回路bdab:回路bdcb:解：解：由由KVL可得：可得：KVL定律的一个重

23、要应用是：根据电路中已知的某些定律的一个重要应用是：根据电路中已知的某些支路电压，求出另外一些支路电压支路电压，求出另外一些支路电压。3、推广：、推广：练习：练习：图示电路，求图示电路，求Ucd和和Ube。即在任一瞬间，沿回路绕行方向，电路中假想的回路即在任一瞬间，沿回路绕行方向，电路中假想的回路中各段电压的代数和为零。中各段电压的代数和为零。应用于电路中的任一假想的回路。应用于电路中的任一假想的回路。12回路1:回路2:求得:综上所述，可以看到：综上所述，可以看到：(l)KCL对电路中任一结点对电路中任一结点(或封闭面或封闭面)的各支路的各支路电流施加了线性约束。电流施加了线性约束。(2)K

24、VL对电路中任一回路对电路中任一回路(或闭合结点序列或闭合结点序列)的各支路电压施加了线性约束。的各支路电压施加了线性约束。(3)KCL和和KVL适用于任何集总参数电路、与适用于任何集总参数电路、与电路元件的性质无关。电路元件的性质无关。（吸收功率）P3=-5(-5）=25W取回路cdbac,应用KVL,有 5-10+2+uac=0得uac=3V解：解：为计算功率先计算电流、电压。例例1-15试计算如图所示电路中各元件的功率。试计算如图所示电路中各元件的功率。（发出功率）元件1：元件2：元件3：（吸收功率）元件4：元件5：P4=-3(-5）=15W（吸收功率）取回路adba,应用KVL,有uad-10+2=0得uad=8V P5=85=40W对节点a,应用KCL,有10+(-5)-iad=0得iad=5AV（吸收功率）l、求求下下图图电路中的电流电路中的电流i.思考与练习思考与练习 2 2、求求电流电流I3A10A14A24Au u-u us s+R Rs si i=0=03 3、求求电电压压U。RS+uSu+i此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢