第1章-电路基本概念与基本定律-《电工技术(非电类)(第3版)》课件.ppt

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1、电工技术（非电类）电工技术（非电类）第第1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院第第1 1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律1.1 电路与电路模型电路与电路模型1.2 电路元件电路元件1.3 电压与电流的参考方向电压与电流的参考方向1.4 欧姆定律欧姆定律1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.6 电源的工作状态及电源的等效变换电源的工作状态及电源的等效变换1.7 电功率和能量电功率和能量燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院本章要求本章要求

2、本章要求本章要求:1.1.1.1.理解电压与电流参考方向的意义；理解电压与电流参考方向的意义；理解电压与电流参考方向的意义；理解电压与电流参考方向的意义；2.2.理解电路的基本定律并能正确应用；理解电路的基本定律并能正确应用；理解电路的基本定律并能正确应用；理解电路的基本定律并能正确应用；3.3.了解电路的有载工作、开路与短路状态，了解电路的有载工作、开路与短路状态，了解电路的有载工作、开路与短路状态，了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义；理解电功率和额定值的意义；理解电功率和额定值的意义；理解电功率和额定值的意义；4.4.会计算电路中各点的电位。会计算电路中各点的电位

3、。会计算电路中各点的电位。会计算电路中各点的电位。第第1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院1.11.1 电路与电路模型电路与电路模型 1 1 1 1、实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换 2 2、实现信号的传递与处理、实现信号的传递与处理、实现信号的传递与处理、实现信号的传递与处理放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒一、电路的作用一、电路的作用一、电路的作用一、电路的作用 电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备电路是电流的通路，

4、是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。或电路元件按一定方式组合而成。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.输电线输电线燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院直流电源直流电源直流电源直流电源直流电源直流电源: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、检波等负载负载信号源信号源:提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路电源或信号源的电压或电流

5、称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。1.11.1 电路与电路模型电路与电路模型燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院手电筒的电路模型手电筒的电路模型 为了便于用数学方法分析电路为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。相对应的电路模型。例：手电筒例：手电筒例：手电筒例：手电

6、筒R+RoUsS+UI干电干电池池导线导线灯泡灯泡开关开关 手电筒由电池、灯手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。泡、开关和筒体组成。理想电路元件主要有理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等电容元件和电源元件等1.11.1 电路与电路模型电路与电路模型燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院手电筒的电路模型手电筒的电路模型手电筒的电路模型手电筒的电路模型R+RoUsS+UI干电池干电池导线导线灯泡灯泡开关开关 干电池干电池是电源元件，是电源元件，其参数为电压源其参数为电压源Us 和内和内阻阻Ro；灯泡灯泡主要具有消耗

7、电主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，能的性质，是电阻元件，其参数为电阻其参数为电阻R；导线导线用来连接电池和灯用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。为是无电阻的理想导体。开关开关用来控制电路的用来控制电路的通断。通断。今后分析的都是指电路今后分析的都是指电路今后分析的都是指电路今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路模型，简称电路。在电路模型，简称电路。在电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用图中，各种电路元件都用图中，各种电路元件都用图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。规定的图形符号表示。规定的图形符号表示。规定的图形符号表示。

8、1.11.1 电路与电路模型电路与电路模型燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院1.1 1.1 电路与电路模型电路与电路模型三、三、三、三、电路的基本物理量电路的基本物理量电路的基本物理量电路的基本物理量1 1 1 1、电流、电流、电流、电流定义定义定义定义：单位时间内通过导体横截面的电荷量：单位时间内通过导体横截面的电荷量：单位时间内通过导体横截面的电荷量：单位时间内通过导体横截面的电荷量 国家标准规定国家标准规定国家标准规定国家标准规定,不随时间变化的物理量用大写字不随

9、时间变化的物理量用大写字不随时间变化的物理量用大写字不随时间变化的物理量用大写字母表示母表示母表示母表示,随时间变化的物理量用小写字母表示随时间变化的物理量用小写字母表示随时间变化的物理量用小写字母表示随时间变化的物理量用小写字母表示 在直流电路中电流用在直流电路中电流用在直流电路中电流用在直流电路中电流用I I表示表示表示表示,它与电荷量它与电荷量它与电荷量它与电荷量Q Q Q Q、时间、时间、时间、时间t t t t的关系为的关系为的关系为的关系为随时间变化的电流用小写的随时间变化的电流用小写的随时间变化的电流用小写的随时间变化的电流用小写的i i i i表示表示表示表示,它等于电荷量它等

10、于电荷量它等于电荷量它等于电荷量Q Q Q Q对对对对时间时间时间时间t t t t的变化率的变化率的变化率的变化率,即即即即燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院1.1 1.1 电路与电路模型电路与电路模型在国际单位制中，电流的单位是在国际单位制中，电流的单位是在国际单位制中，电流的单位是在国际单位制中，电流的单位是A A（安），（安），（安），（安），1A=1C/s(1A=1C/s(库库库库/秒秒秒秒)。电流的大小还可以用。电流的大小还可以用。电流的大小还可以用。电流的大小还可以用A A（安）（安）（安）（安）mA(mA(毫安毫安毫安毫安)和和和和

11、AA（微安）度（微安）度（微安）度（微安）度量量量量1mA=101mA=10-3-3 A A，1A=101A=10-6-6A A2 2、电压、电压、电压、电压电压是描述电场力对电荷做功大小的物理量，即为单位电荷电压是描述电场力对电荷做功大小的物理量，即为单位电荷电压是描述电场力对电荷做功大小的物理量，即为单位电荷电压是描述电场力对电荷做功大小的物理量，即为单位电荷q q在正向移动中所释放的电能在正向移动中所释放的电能在正向移动中所释放的电能在正向移动中所释放的电能WW。直流电压用大写的直流电压用大写的直流电压用大写的直流电压用大写的U U表示表示表示表示随时间变化的电压用小写的随时间变化的电压

12、用小写的随时间变化的电压用小写的随时间变化的电压用小写的u u表示，即表示，即表示，即表示，即燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院电路端电压与电流的关系电路端电压与电流的关系电路端电压与电流的关系电路端电压与电流的关系称为伏安特性。称为伏安特性。称为伏安特性。称为伏安特性。理想电路元件（简称电路元件）具有单一的物理特性和理想电路元件（简称电路元件）具有单一的物理特性和理想电路元件（简称电路元件）具有单一的物理特性和理想电路元件（简称电路元件）具有单一的物理特性和严格的数学

13、定义。电路元件分为无源元件和有源元件两类。严格的数学定义。电路元件分为无源元件和有源元件两类。严格的数学定义。电路元件分为无源元件和有源元件两类。严格的数学定义。电路元件分为无源元件和有源元件两类。一、一、一、一、无源元件无源元件无源元件无源元件1 1、电阻元件、电阻元件、电阻元件、电阻元件遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。路电压与电流的比值为常数。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性 线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。是一条过原点的直线。是一

14、条过原点的直线。是一条过原点的直线。1.2 1.2 电路元件电路元件燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院1.2 1.2 电路元件电路元件2、电感元件、电感元件、电感元件、电感元件感应电动势感应电动势eL的值为的值为电感两端电压为电感两端电压为通过恒定电流时，电感两端电压通过恒定电流时，电感两端电压uL=0，电感元件可视为短路电感元件可视为短路燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院1.2 1.2 电路元件电路元件3、电容元件、电容元

15、件绝大数电容是线性的，其定义为绝大数电容是线性的，其定义为 单位单位F（法（法拉拉），），F，pF当电容元件上的电荷当电容元件上的电荷q或电压或电压uC发发生变化时生变化时,则在电路中引起电流：则在电路中引起电流：如果在电容元件两端加恒定电压如果在电容元件两端加恒定电压,电流电流iC为零为零,所以此时电容元件可视为开路。所以此时电容元件可视为开路。燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院理想电压源理想电压源理想电压源理想电压源（恒压源）（恒压源）（恒压源）（恒压源）例例例例1

16、 1：(2)(2)输出电压是一定值，恒等于电动势。输出电压是一定值，恒等于电动势。输出电压是一定值，恒等于电动势。输出电压是一定值，恒等于电动势。对直流电压，有对直流电压，有对直流电压，有对直流电压，有 U U U US S。(3)(3)恒压源中的电流由外电路决定。恒压源中的电流由外电路决定。恒压源中的电流由外电路决定。恒压源中的电流由外电路决定。特点特点特点特点:(1)(1)内阻内阻内阻内阻R R0 0 =0=0I IU US S+_ _U U+_ _设设设设 U US S=10 V=10 V，接上，接上，接上，接上R RL L 后，恒压源对外输出电流。后，恒压源对外输出电流。后，恒压源对外

17、输出电流。后，恒压源对外输出电流。R RL L 当当当当 R RL L=1=1 时，时，时，时，U U=10 V=10 V，I I=10A=10A 当当当当 R RL L=10 =10 时，时，时，时，U U=10 V=10 V，I I=1A=1A外特性曲线外特性曲线外特性曲线外特性曲线 I IU UU US SOO电压恒定，电电压恒定，电电压恒定，电电压恒定，电流随负载变化流随负载变化流随负载变化流随负载变化1.21.2 电路元件电路元件燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院2 2 2 2、电流源、电流源、电流源、电流源I IR RL LU U0 0

18、=I IS SR R0 0 电流源的外特性电流源的外特性电流源的外特性电流源的外特性I IU U理理理理想想想想电电电电流流流流源源源源OOI IS S 电流源是由电流电流源是由电流电流源是由电流电流源是由电流 I IS S 和内阻和内阻和内阻和内阻 R R0 0 并联的电源的并联的电源的并联的电源的并联的电源的电路模型。电路模型。电路模型。电路模型。由上图电路可得由上图电路可得由上图电路可得由上图电路可得:若若若若 R R0 0=理想电流源理想电流源理想电流源理想电流源 :I I I IS S 若若若若 R R0 0 R RL L，I I I IS S ，可近似认为是理想电流源。，可近似认为

19、是理想电流源。，可近似认为是理想电流源。，可近似认为是理想电流源。电流源电流源电流源模型电流源模型电流源模型电流源模型R R0 0U UR R0 0U UI IS S+1.21.2 电路元件电路元件燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院理想电流源（恒流源理想电流源（恒流源理想电流源（恒流源理想电流源（恒流源)例例例例1 1：(2)(2)输出电流是一定值，恒等于电流输出电流是一定值，恒等于电流输出电流是一定值，恒等于电流输出电流是一定值，恒等于电流 I IS S ；(3)(3)恒流源两端的电压恒流源两端的电压恒流源两端的电压恒流源两端的电压 U U 由外

20、电路决定。由外电路决定。由外电路决定。由外电路决定。特点特点特点特点:(1)(1)内阻内阻内阻内阻R R0 0 =；设设 IS=10 A，接上，接上RL 后，恒流源对外输出电流。后，恒流源对外输出电流。RL当当当当 R RL L=1=1 时，时，时，时，I I=10A=10A，U U=10 V=10 V当当当当 R RL L=10 =10 时，时，时，时，I I=10A=10A，U U=100V=100V外特性曲线外特性曲线外特性曲线外特性曲线 IUISOIISU+_电流恒定，电压随负载变化。电流恒定，电压随负载变化。电流恒定，电压随负载变化。电流恒定，电压随负载变化。1.21.2 电路元件电

21、路元件燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院三、受控电源三、受控电源三、受控电源三、受控电源独立电源：独立电源：独立电源：独立电源：指电压源的电压或电流源的电流不受指电压源的电压或电流源的电流不受指电压源的电压或电流源的电流不受指电压源的电压或电流源的电流不受 外电路的控制而独立存在的电源。外电路的控制而独立存在的电源。外电路的控制而独立存在的电源。外电路的控制而独立存在的电源。受控源的特点：受控源的特点：受控源的特点：受控源的特点：当控制电压或电流消失或等于零时，当控制电压或电流消失或等于零时，当控制电压或电流消失或等于零时，当控制电压或电流消失或等

22、于零时，受控源的电压或电流也将为零。受控源的电压或电流也将为零。受控源的电压或电流也将为零。受控源的电压或电流也将为零。受控电源：受控电源：受控电源：受控电源：指电压源的电压或电流源的电流受电路中指电压源的电压或电流源的电流受电路中指电压源的电压或电流源的电流受电路中指电压源的电压或电流源的电流受电路中 其它部分的电流或电压控制的电源。其它部分的电流或电压控制的电源。其它部分的电流或电压控制的电源。其它部分的电流或电压控制的电源。对含有受控源的线性电路，可用前几节所讲的对含有受控源的线性电路，可用前几节所讲的对含有受控源的线性电路，可用前几节所讲的对含有受控源的线性电路，可用前几节所讲的电路分

23、析方法进行分析和计算电路分析方法进行分析和计算电路分析方法进行分析和计算电路分析方法进行分析和计算 ，但要考虑受控的，但要考虑受控的，但要考虑受控的，但要考虑受控的特性。特性。特性。特性。应用：用于晶体管电路的分析。应用：用于晶体管电路的分析。应用：用于晶体管电路的分析。应用：用于晶体管电路的分析。1.21.2 电路元件电路元件燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院 U U1 1+_ _U U1 1U U2 2I I2 2I I1 1=0=0(a)VCVS(a)VCVS+-+-I I1 1(b)CCVS(b)CCVS+_ _U U1 1=0=0U U2

24、 2I I2 2I I1 1+-+-(c)VCCS(c)VCCSg gU U1 1U U1 1U U2 2I I2 2I I1 1=0=0+-+-(d)CCCS(d)CCCS I I1 1U U1 1=0=0U U2 2I I2 2I I1 1+-+-电电电电压压压压控控控控制制制制电电电电压压压压源源源源电电电电流流流流控控控控制制制制电电电电压压压压源源源源电电电电压压压压控控控控制制制制电电电电流流流流源源源源电电电电流流流流控控控控制制制制电电电电流流流流源源源源四种理想受控电源的模型：四种理想受控电源的模型：四种理想受控电源的模型：四种理想受控电源的模型：1.2 1.2 电路元件电路

25、元件燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院举例举例 求图示电路中求图示电路中各点的电位各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd 。解：解：设设 a为参考点，为参考点，即即Va=0VV Vb b=U=Ubaba=106=106=60V60VV Vc c=U=Ucaca =420=80 V=420=80 VV Vd d =U Udada=65=30 V=65=30 V设设 b为参考点，即为参考点，即Vb=0VV Va a =U Uabab=106=60V=106=60VV Vc c

26、=U Ucbcb=E E1 1=140 V=140 VV Vd d =U Udbdb=E E2 2=90 V=90 Vbac20 4A6 10AUS290V US1140V5 6A dU Uabab =106=60 V106=60 VU Ucbcb =U=US1S1=140 V=140 VU Udbdb =U=US2S2=90 V=90 VU Uabab =106=60 V106=60 VU Ucbcb =U=US1S1=140 V=140 VU Udbdb =U=US2S2=90 V=90 V1.31.3 电压与电流的参考方向电压与电流的参考方向燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大

27、学电气工程学院燕山大学电气工程学院 结论：结论：结论：结论：(1)(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中 各点的电位也将随之改变；各点的电位也将随之改变；各点的电位也将随之改变；各点的电位也将随之改变；(2)(2)电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考 点的不同而变，点的不同而变，点的不同而变，点的不同而变，即与零电位参考点的选取无关。即与零电位参

28、考点的选取无关。即与零电位参考点的选取无关。即与零电位参考点的选取无关。借助电位的概念可以简化电路作图借助电位的概念可以简化电路作图借助电位的概念可以简化电路作图借助电位的概念可以简化电路作图bca20 4A6 10AU US2S290V U US1S1140V5 6A d+90V20 5+140V6 cd1.31.3 电压与电流的参考方向电压与电流的参考方向燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院例例例例1:1:图示电路，计算开关图示电路，计算开关S S 断开和断开和闭合时闭合时A点的电位点的电位VA解解:(1)当开关当开关S S断开时断开时(2)当开

29、关闭合时当开关闭合时,电路电路 如图（如图（b）电流电流 I2=0，电位电位 VA=0V 。电流电流 I1=I2=0，电位电位 VA=6V 。电流在闭合电流在闭合路径中流通路径中流通2K A+I I1 12k I I2 26V(b)2k+6VA2k SI I2 2I I1 1(a)1.31.3 电压与电流的参考方向电压与电流的参考方向燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院1.31.3 电压与电流的参考方向电压与电流的参考方向 物理中对基本物理量规定的方向物理中对基本物理量规

30、定的方向物理中对基本物理量规定的方向物理中对基本物理量规定的方向 二、电压和电流的参考方向二、电压和电流的参考方向二、电压和电流的参考方向二、电压和电流的参考方向1 1、电路基本物理量的实际方向、电路基本物理量的实际方向、电路基本物理量的实际方向、电路基本物理量的实际方向物理量物理量实实 际际 方方 向向电流电流 I正电荷运动的方向正电荷运动的方向电动势电动势E (电位升高的方向电位升高的方向)电压电压 U(电位降低的方向电位降低的方向)高电位高电位 低电位低电位 单单 位位kA、A、mA、A低电位低电位 高电位高电位kV、V、mV、VkV、V、mV、V燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院

31、燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院(2)(2)参考方向的表示方法参考方向的表示方法参考方向的表示方法参考方向的表示方法电流：电流：Uab 双下标双下标电压：电压：(1)(1)参考方向参考方向参考方向参考方向IUS+_ 在分析与计算电路时，对在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。电量任意假定的方向。Iab 双下标双下标2.2.电路基本物理量的参考方向电路基本物理量的参考方向电路基本物理量的参考方向电路基本物理量的参考方向aRb箭箭 标标abRI正负极性正负极性+abU U+_1.31.3 电压与电流的参考方向电压与电流的参考方向燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学

32、院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院U、I 参考方向相同时，参考方向相同时，U U、I I 参考方向相反时，参考方向相反时，参考方向相反时，参考方向相反时，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 参考方向相同。参考方向相同。U=I R U U=IRIR1.41.4 欧姆定律欧姆定律燕山大学电气工程学院燕山大

33、学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院解：解：对图对图(a)有有,U=IR例：例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图对图(b)有有,U=IRRU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A1.41.4 欧姆定律欧姆定律燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院 1.5 1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律支路：支路：电路中的每一个分支。电路中的每一个分支。一条支路流过一个电流，称为支路电流。一条支路流过一个电流，称为支路电流。结点：结点：结点：结点：三条或三条以上支路的联接点。三条或三条以上支

34、路的联接点。回路：回路：回路：回路：由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。网孔：网孔：网孔：网孔：内部不含支路的回路。内部不含支路的回路。I1I2I3ba us2R2 R3R1us11 12 23 3燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院例例例例1 1 1 1：支路：支路：支路：支路：abab、bcbc、caca、（共（共（共（共6 6条）条）条）条）回路：回路：回路：回路：abdaabda、abcaabca、adbca adbca （共（共（共（共7 7 个）个）个）个）结点结点结点结点：a a、b b、c c、d d (共共共共4 4个）个）

35、个）个）网孔：网孔：网孔：网孔：abdabd、abcabc、bcdbcd （共（共（共（共3 3 个）个）个）个）a ad db bc cE E+GGR R3 3R R4 4R R1 1R R2 2I I2 2I I4 4I IGGI I1 1I I3 3I I 1.5 1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院一、基尔霍夫电流定律一、基尔霍夫电流定律一、基尔霍夫电流定律一、基尔霍夫电流定律(KCL(KCL(KCL(KCL定律定律定律定律)即即即即:入入入入=出出出出1 1、定律、定律、定律、定律 在任一瞬间，流向任一结点的

36、电流等于在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。流出该结点的电流。实质实质:电流连续性的体现。电流连续性的体现。电流连续性的体现。电流连续性的体现。或或:=0I1I2I3ba US2R2 R3R1US1对结点对结点 a：I1+I2=I3或或 I1+I2I3=0 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律（KCLKCL）反映了电路中任一反映了电路中任一反映了电路中任一反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。结点处各支路电流间相互制约的关系。结点处各支路电流间相互制约的关系。结点处各支路电流间相互制约的关系。1.5 1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律燕山大

37、学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院 电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。假设的闭合面。假设的闭合面。假设的闭合面。2 2 2 2、推广、推广、推广、推广I=?例例:广义结点广义结点I=0Ia+Ib+Ic=0abcIaIbIc2+_+_I5 1 1 5 6V12V 1.5 1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院 在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路

38、中各在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。段电压的代数和恒等于零。段电压的代数和恒等于零。段电压的代数和恒等于零。二、基尔霍夫电压定律（二、基尔霍夫电压定律（二、基尔霍夫电压定律（二、基尔霍夫电压定律（KVLKVLKVLKVL定律定律定律定律)即：即：U=0定律定律定律定律 在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。之和。对回路对回路1：对回路对回路2：U1=I1

39、 R1+I3 R3I2 R2+I3 R3=U2或或 I1 R1+I3 R3 U1=0 或或 I2 R2+I3 R3 U2=0 I1I2I3ba U2R2 R3R1U11 12 2 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律（KVLKVL）反映了电路中任一反映了电路中任一反映了电路中任一反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。回路中各段电压间相互制约的关系。回路中各段电压间相互制约的关系。回路中各段电压间相互制约的关系。1.5 1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院1列方程前列方程前标注标注回

40、路循行方向；回路循行方向；电位升电位升=电位降电位降 U2=UBE +I2R2 U=0 I2R2 U2+UBE=02应用应用 U=0列方程时列方程时列方程时列方程时，项前符号的确定：项前符号的确定：如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。3.开口电压可按回路处理开口电压可按回路处理1 1对回路对回路1：U1UBEE+B+R1+U2R2I2_ 1.5 1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院例：例：例：例：

41、对网孔对网孔abda：对网孔对网孔acba：对网孔对网孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3+I1 R1=0I2 R2 I4 R4 I6 R6=0I4 R4+I3 R3 U=0应用应用 U=0列方程列方程adbcU+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I 1.5 1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院对回路对回路 adbca，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行：I1 R1+I3 R3+I4 R4 I2 R2=0对回路对回路 cadc，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行：I2 R2 I1 R1+U=0R6adbcU+R3R

42、4R1R2I2I4I6I1I3I 1.5 1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院1.6 1.6 电源的工作状态及电源的等效变换电源的工作状态及电源的等效变换 开关闭合开关闭合,接接通电源与负载通电源与负载负载端电压负载端电压U=IR 特征特征:一、电源工作状态一、电源工作状态一、电源工作状态一、电源工作状态1 1、电源有载工作、电源有载工作、电源有载工作、电源有载工作IR0R USU I 电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。在电源有内阻时，在电源有内阻时，I U 。或或 U=US IR0电源的外特性电源的外特性U

43、SUI0 当当当当 R R0 00P0时时时时,元件吸收元件吸收元件吸收元件吸收(消耗消耗消耗消耗)功率功率功率功率;P0P0时时时时,元件实际发出元件实际发出元件实际发出元件实际发出(释放释放释放释放)功率。功率。功率。功率。燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院2 2 2 2、电源与负载的判别、电源与负载的判别、电源与负载的判别、电源与负载的判别U、I 参考方向不同，参考方向不同，P=UI 0，电源电源；P=UI 0，负载负载。U、I 参考方向相同，参考方向相同，P=UI 0，负载负载；P=UI 0，电源电源。（1 1 1 1）根据根据根据根据 U

44、 U、I I 的的的的实际方向判别实际方向判别实际方向判别实际方向判别（2 2 2 2）根据根据根据根据 U U、I I 的的的的参考方向判别参考方向判别参考方向判别参考方向判别电源：电源：U、I 实际方向相反，即电流从实际方向相反，即电流从“+”端流出，端流出，（发出功率）（发出功率）；负载：负载：U、I 实际方向相同，即电流从实际方向相同，即电流从“-”端流出。端流出。（吸收功率）（吸收功率）1.7 1.7 电功率和能量电功率和能量燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院 3 3 3 3、功率与功率平衡、功率与功率平衡、功率与功率平衡、功率与功率平衡

45、 开关闭合开关闭合,接通电接通电源与负载。源与负载。负载端电压负载端电压负载端电压负载端电压U=IR 特征特征特征特征:电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。在电源有内阻时，在电源有内阻时，I U 。或或 U=US IRoUI=USI IRoP=PUS P负载负载取用取用功率功率电源电源产生产生功率功率内阻内阻消耗消耗功率功率 电源输出的功率由负载决定。电源输出的功率由负载决定。负载大小的概念负载大小的概念:负载增加指负载取用的负载增加指负载取用的电流和功率增加电流和功率增加(电压一定电压一定)。IR0R USU I1.7 1.7 电功率和能量电功率和能量燕山大学电气工程学院燕山大学电气

46、工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院例例例例4:4:4:4:电路如图。电路如图。电路如图。电路如图。U U1 110V10V，I IS S2A2A，R R1 11 1，R R2 22 2，R R3 35 5 ，R R1 1。(1)(1)求电阻求电阻求电阻求电阻R R中的电流中的电流中的电流中的电流I I；(2)(2)计算理想电压源计算理想电压源计算理想电压源计算理想电压源U U1 1中的电流中的电流中的电流中的电流I IU1U1和理想电流源和理想电流源和理想电流源和理想电流源I IS S两两两两端的电压端的电压端的电压端的电压U UISIS；(3)(3)分析功率平衡。分析功率平衡。

47、分析功率平衡。分析功率平衡。aIRISbI1R1(c)IR1IR1RISR3+_IU1+_UISUR2+_U1ab(a)aIR1RIS+_U1b(b)1.7 1.7 电功率和能量电功率和能量燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院(2)由图由图(a)可得：可得：理想电压源中的电流理想电压源中的电流理想电流源两端的电压理想电流源两端的电压解：解：解：解：(1)(1)由电源的性质及电源的等效变换可得：由电源的性质及电源的等效变换可得：由电源的性质及电源的等效变换可得：由电源的性质及电源的等效变换可得：1.7 1.7 电功率和能量电功率和能量燕山大学电气工程学

48、院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院各个电阻所消耗的功率分别是：各个电阻所消耗的功率分别是：两者平衡：两者平衡：(60+20)W=(36+16+8+20)W 80W=80W(3)由计算可知，本例中理想电压源与理想电流源由计算可知，本例中理想电压源与理想电流源 都是电源，发出的功率分别是：都是电源，发出的功率分别是：1.7 1.7 电功率和能量电功率和能量燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院1.7 1.7 电功率和能量电功率和能量二、能量二、能量从从t0到到t的时间内的时间内,元件吸收的电能可根据电压的定义元件吸收的电能可根据

49、电压的定义(a、b两点间的电压在量值上等于电场力将单位正电两点间的电压在量值上等于电场力将单位正电荷由荷由a点移动到点移动到b点时所作的功点时所作的功)求得求得由于由于 ，所以，所以燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院1.7 1.7 电功率和能量电功率和能量二、能量二、能量电感元件中所存储的能量为电感元件中所存储的能量为 当电流当电流iL增大时增大时,电感中所储存的能量增大电感中所储存的能量增大,在此过程中电能转换为磁场能在此过程中电能转换为磁场能,即电感元件即电感元件从电源吸收能量。反之从电源吸收能量。反之,当电流当电流iL减小时减小时,电电感中所

50、储存的能量减小感中所储存的能量减小,磁场能转换为电能磁场能转换为电能,即电感元件向外电路释放能量即电感元件向外电路释放能量.电感元件不消耗能量电感元件不消耗能量,是储能元件是储能元件燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院1.7 1.7 电功率和能量电功率和能量二、能量二、能量电容元件中所存储的能量为电容元件中所存储的能量为 当电容元件上的电压当电容元件上的电压uC增高时增高时,电容上储电容上储存的电场能量增大存的电场能量增大,在此过程中电容元件在此过程中电容元件从电源吸收能量从电源吸收能量(或称为充电或称为充电)。反之。反之,当电当电压压uC降低时降低