电路的基本概念与基本原理第一章精选文档.ppt
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1、电路的基本概念与基本原理第一章电路的基本概念与基本原理第一章本讲稿第一页,共五十三页上篇上篇 电工技术电工技术电路理论电路理论 直流电路直流电路 交流电路交流电路 暂态电路暂态电路磁路理论磁路理论 磁路磁路 变压器变压器 电磁铁电磁铁电机原理与控制电机原理与控制 异步电动机的原理、异步电动机的原理、特性、特性、使用及控制使用及控制 安全用电及工业测量安全用电及工业测量 本讲稿第二页,共五十三页第一章第一章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律本章主要内容本章主要内容:1.电路的基本物理量电路的基本物理量 2.电路的基本定律电路的基本定律 3.电路的工作状态电路的工作状态 4.电压和
2、电流的正方向电压和电流的正方向本讲稿第三页,共五十三页 1-1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分l电路电路:电路是电流的通道电路是电流的通道l电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负载负载(电灯电灯)(电动机电动机)(电炉电炉)输电线本讲稿第四页,共五十三页电路的另一作用:电路的另一作用:l传递和处理信号传递和处理信号l声音信号声音信号l图象信号图象信号l测量信号或控制信号测量信号或控制信号放放大大器器话筒话筒扬声器扬声器本讲稿第五页,共五十三页电路的结构电路的结构l电路电路=电源电源+中间环节中间环节+负载负
3、载l电力系统:电力系统:(发电机发电机)+(变压器、输电线变压器、输电线)+(电炉、电动机电炉、电动机)l扩音机:扩音机:(话筒话筒)+(放大器放大器)+(扬声器扬声器)l结构模型:激励结构模型:激励响应响应即即寻寻找找xo =f(xi)的关 系本讲稿第六页,共五十三页1-2 电路模型电路模型l实实际电路际电路都是根据人们的需要将实际的电路元都是根据人们的需要将实际的电路元件或器件搭接起来,以完成人们的预想要求。件或器件搭接起来,以完成人们的预想要求。l如如发电机、变压器、电动机、电阻器及电容器发电机、变压器、电动机、电阻器及电容器等但是,实际元器件的电磁特性十分复杂。为等但是,实际元器件的电
4、磁特性十分复杂。为便于对电路的分析和数学描述,常将实际元器便于对电路的分析和数学描述,常将实际元器件理想化(即模型化)件理想化(即模型化)l由由理想电路元件理想电路元件组成的电路就是的电路就是电路的电路模电路模型型。本讲稿第七页,共五十三页电路与电路模型电路与电路模型l实际电路:实际电路:l电路模型:电路模型:导线开关电池灯泡+R0R开关E干电池电珠S导线开关电池+R0R开关E干电池电珠SI本讲稿第八页,共五十三页 分析分析“电路电路”问题的问题的 核心点核心点l任何电路,都是在任何电路,都是在电动势、电压电动势、电压或或电流电流的作用下进行工作的,对的作用下进行工作的,对于电路的分析和计算就
5、是要讨论于电路的分析和计算就是要讨论电压、电动势和电流状态以及它电压、电动势和电流状态以及它们之间的关系。们之间的关系。即即 讨讨 论论响响 应应的的 状状 态态及及 与与激激 励励的的关关 系系本讲稿第九页,共五十三页1-3 电路的基本物理量电路的基本物理量电流电流概念概念:电荷有规则的定向运动电荷有规则的定向运动大小大小:单位时间通过导体横截单位时间通过导体横截 面的电荷量面的电荷量方向方向:正电荷移动的方向正电荷移动的方向单位单位:安培安培(A)毫安毫安(mA)微安微安(A)abSIab i=dq/dt I=q/t (直流直流)本讲稿第十页,共五十三页电流的正方向电流的正方向电流的正方向
6、电流的正方向l习惯上规定正电荷的运动方向习惯上规定正电荷的运动方向(或负电荷运动或负电荷运动的相反方向的相反方向)为电流的正方向。电流的正方是为电流的正方向。电流的正方是客观存在!客观存在!l在分析问题前,有时无法预知电流的实际方向;在分析问题前,有时无法预知电流的实际方向;而交流电路的电流方向又时刻发生变化,也无法而交流电路的电流方向又时刻发生变化,也无法指定其电流方向。指定其电流方向。l在分析电路时,一般先选定某一方向作为电流的正方在分析电路时,一般先选定某一方向作为电流的正方向向称为称为参考方向参考方向l当所选电流正方向与实际电流正方向一致时,所得当所选电流正方向与实际电流正方向一致时,
7、所得电流的数值为正,反之为负。电流的数值为正,反之为负。本讲稿第十一页,共五十三页电电 压压电电 压压l概念:电荷在导体中作定向运动时,一定要受到概念:电荷在导体中作定向运动时,一定要受到力的作用。如果这个力源是电场,则电荷运动就力的作用。如果这个力源是电场,则电荷运动就要消耗电场能量,或者说电场力对电荷作了功。要消耗电场能量,或者说电场力对电荷作了功。为衡量电场力对电荷作功的能力,引入一新的物为衡量电场力对电荷作功的能力,引入一新的物理量理量电压电压l大小:大小:a、b两点间电压两点间电压 Uab 在数值上等于电场力在数值上等于电场力把单位正电荷从把单位正电荷从a点移到点移到b点所作的功。也
8、就是点所作的功。也就是单位正电荷在移动过程中所失去的电能。单位正电荷在移动过程中所失去的电能。本讲稿第十二页,共五十三页l方向方向:正电荷在电场的作用下,从高电位向低电:正电荷在电场的作用下,从高电位向低电位移动。规定这时正电荷的的移动方向为电压的正位移动。规定这时正电荷的的移动方向为电压的正方向。方向。l在分析电路之前,可以任意选择某一方向为电压的在分析电路之前,可以任意选择某一方向为电压的参考方向参考方向。当实际电压方向与参考方向一致时,电。当实际电压方向与参考方向一致时,电压值为正,反之为负。压值为正,反之为负。l单位单位:伏特:伏特(V)千伏千伏(kV)毫伏毫伏(mV)电电 压压电电
9、压压本讲稿第十三页,共五十三页如图为如图为关关 联联 方方 向向定义的定义的电电压压和和电电流流电电 压压电电 压压l关联方向关联方向 当当a、b两点间所选择的电压参考两点间所选择的电压参考方向由方向由a指向指向b时,也选择电流的参考方向经电时,也选择电流的参考方向经电路由由路由由a指向指向b,这种参考方向的定义方式成为这种参考方向的定义方式成为关联方向。关联方向。abIUabIU本讲稿第十四页,共五十三页电电 动动 势势电电 动动 势势l正电荷正电荷从高电位从高电位a向低电位向低电位b移动,移动,a端的正端的正电荷逐渐减少会使其电位逐渐降低。电荷逐渐减少会使其电位逐渐降低。l 为维持导体中的
10、电流能够连续不断地流为维持导体中的电流能够连续不断地流过,且应使得导体过,且应使得导体a、b两端的电压不致丧两端的电压不致丧失,就要将失,就要将b端的正电荷移至端的正电荷移至a端。但电场力端。但电场力的作用方向恰好与此相反,因此就必须要的作用方向恰好与此相反,因此就必须要有另一种力去克服电场力而使有另一种力去克服电场力而使b端的正电荷端的正电荷移至移至a端。电源中必须具有这种力端。电源中必须具有这种力电源力电源力(非静电力非静电力)。IEabUab+_ab电 源 力本讲稿第十五页,共五十三页电电 动动 势势电电 动动 势势l大小:电源电动势大小:电源电动势Eab的数值等于电源力把单的数值等于电
11、源力把单位正电荷从电源的低电位位正电荷从电源的低电位b端经电源内部移到端经电源内部移到电源高电位电源高电位b端所作的功,也就是单位正电荷端所作的功,也就是单位正电荷从电源低电位端移到高电位端多获得得能量。从电源低电位端移到高电位端多获得得能量。l方向:电动势的实际方向是由电源低电位端指方向:电动势的实际方向是由电源低电位端指向电源高电位端。向电源高电位端。在分析问题时可设参考方向在分析问题时可设参考方向。l单位:电动势与电压的单位相同。为伏特单位:电动势与电压的单位相同。为伏特(V)l标量性:电动势与电压和电流都是标量。标量性:电动势与电压和电流都是标量。本讲稿第十六页,共五十三页电电 动动
12、势势电电 动动 势势l例题例题+R0U=2.8VU=-2.8VI=0.28AI=-0.28Al如图所示如图所示E=3V电动势为为E=3V方向由负极方向由负极指向正极指向正极 电压为为U=2.8V 由由 指向指向电流为为I=0.28A 由由 流向流向其参考方向为关联方向。其参考方向为关联方向。U 与与 I 的的参考方向选择亦参考方向选择亦为关联方向的定义方式。为关联方向的定义方式。而电压U 与与电流电流 I 的参考方向为非关的参考方向为非关联方向。联方向。本讲稿第十七页,共五十三页1-4 1-4 欧欧 姆姆 定定 律律欧欧 姆姆 定定 律律l欧姆定律:欧姆定律:流过电阻的电流与电阻流过电阻的电流
13、与电阻两端的电压成正比。两端的电压成正比。或者表示为:或者表示为:l欧姆定律的单位:欧姆定律的单位:在在SI中,电阻为欧姆中,电阻为欧姆()或者为千欧或者为千欧(k)、兆欧兆欧(M)UIR本讲稿第十八页,共五十三页欧欧 姆姆 定定 律律 的的 符符 号号欧欧 姆姆 定定 律律 的的 符符 号号l根据电路上所选电压和电流根据电路上所选电压和电流方向的不同,欧姆定律的表方向的不同,欧姆定律的表达式有着不同的符号:达式有着不同的符号:l当当电流电流和和电压电压的正方向定义为的正方向定义为关关联方向联方向时,时,欧姆定律欧姆定律如如(1)式式 UIR欧 姆 定 律l当当电流电流和和电压电压的正方向定义
14、为的正方向定义为非非关联方向关联方向时时欧姆定律欧姆定律如如(2)式式(1)(2)UIR本讲稿第十九页,共五十三页l应用欧姆定律对如下各图列出表达式,并求出应用欧姆定律对如下各图列出表达式,并求出电阻值。电阻值。例例 题题例例 题题(1-1)(1-1):欧 姆 定 律UIR6V2A(a)UIR6V-2A(b)UIR-2A-6V(d)UIR(c)-6V 2A欧欧姆姆定定律律的的符符号号欧欧姆姆定定律律的的符符号号本讲稿第二十页,共五十三页l对于对于(a)图图例例题题例例题题(1-1)(1-1)分分析析分分析析欧姆定律的应用UIR6V2A(a)UIR6V-2A(b)l对于对于(b)图图本讲稿第二十
15、一页,共五十三页UIR-2A-6V(d)UIR(c)-6V 2A例例题题例例题题(1-1)(1-1)分分析析分分析析欧姆定律的应用l对于对于(c)图图l对于对于(d)图图本讲稿第二十二页,共五十三页例例 题题例例 题题(1-2)(1-2):l计算图中电阻计算图中电阻R的的值,已知值,已知Uab=-12V欧 姆 定 律 的 应 用I=-2ARnmUnmE1=5VE2=3Vab解:解:a点电位比点电位比b点电位低点电位低12V n点电位比点电位比b点电位低点电位低7V m点电位比点电位比b点电位高点电位高3V于是:于是:n点电位比点电位比m 点电位低点电位低7+3=10V即即Unm=-10V本讲稿
16、第二十三页,共五十三页1-5 1-5 电电路路的的工工作作状状态态电电路路的的工工作作状状态态l最简单的电路为直流电路,本节讨论电路的最简单的电路为直流电路,本节讨论电路的工工作状态作状态、开路状态开路状态和和短路状态短路状态,所讨论的内容,所讨论的内容有有电流电流、电压电压及及功率功率等方面的特性。等方面的特性。l本节讨论问题的理论依据是本节讨论问题的理论依据是欧姆定律欧姆定律R0EUabR如图电路:E 为电源的电动势为电源的电动势U 为电源的端电压为电源的端电压R0 为电源的内阻为电源的内阻R 为电路负载电阻为电路负载电阻本讲稿第二十四页,共五十三页一一一一.有载工作状态有载工作状态有载工
17、作状态有载工作状态l当开关闭合,电源与负载接通,当开关闭合,电源与负载接通,即电路处于有载工作状态。即电路处于有载工作状态。UabR0ERI电路中的电流为电路中的电流为 I=E/(R0+R)负载电阻两端的电压为负载电阻两端的电压为 U=IR当电源电动势当电源电动势E和和内阻内阻R0一定一定时负载电阻时负载电阻R愈小,则电流愈小,则电流I愈大。愈大。或写成或写成 U=E-IR0可见电源端电压小于电动势,二者之可见电源端电压小于电动势,二者之差为电源内阻的电压降差为电源内阻的电压降IR0即即 U=E-IR0 为电源外特性关系式为电源外特性关系式本讲稿第二十五页,共五十三页有有载载工工作作状状态态有
18、有载载工工作作状状态态l一般常见电源的内阻一般常见电源的内阻都很小当都很小当R0R时,时,则则 U El此时当电流此时当电流(负载负载)变变动时,电源的端电压动时,电源的端电压变化不大。变化不大。R0EUabRI本讲稿第二十六页,共五十三页有有载载工工作作状状态态有有载载工工作作状状态态l当式当式U=E-IR0各项乘以各项乘以电流电流I时,得到时,得到 UI=EI-I2R0l或或 P=PE+PR0EUabRI式中:式中:PE=EI 为电源产生的功率为电源产生的功率 P=I2R0 为电源内阻上消耗的功率为电源内阻上消耗的功率 P=U I 为电源输出的功率为电源输出的功率l单位:在单位:在SI中功
19、率的单位是中功率的单位是瓦特瓦特(W)或千瓦或千瓦(kW)l1W功率的含义是:在功率的含义是:在1s时时间内,转换间内,转换1J的能量。的能量。本讲稿第二十七页,共五十三页l例题例题1-3.R01E1UI有有 载载 工工 作作 状状 态态有有 载载 工工 作作 状状 态态已知:电路中,U=220V,I=5A,内阻R01=R02=0.6。求:(1)电源的电动势E1和负载的反电动势E2;(2)说明功率的平衡关系。R02E2本讲稿第二十八页,共五十三页l例题例题1-3.R01E1UI有有 载载 工工 作作 状状 态态有有 载载 工工 作作 状状 态态解:(1)对于电源 U=E1-U1=E1-IR01
20、 即 E1=U+IR01 =220+50.6=223V U=E2+U2=E2+IR02 即 E2=U-IR01 =220-50.6=217VR02E2本讲稿第二十九页,共五十三页l例题例题1-3.有有 载载 工工 作作 状状 态态有有 载载 工工 作作 状状 态态(2)由上面可得,E1=E2+IR01+IR02等号两边同时乘以 I,则得 E1 I=E2 I+I2R01+I2R02代入数据有 223 5=217 5+52 0.6+5+52 0.6 1115W=1085W+15W+15W。R01E1UIR02E2其中其中E1I是电源产生的功率;是电源产生的功率;E2I是负载取用的功率;是负载取用的
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- 电路 基本概念 基本原理 第一章 精选 文档
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