《電工電子技術(shù)Ⅰ》第1章電路的基本概念與定律.ppt

1,1.14 電路的基本概念,1.5 電源的工作狀態(tài),1.6 基爾霍夫定律,電路的基本概念與基本定律,第1章,1.7 電路中電位的計算,2,1.14 電路的基本概念,1.1 電路的作用與組成部分,電路的作用：(1)實現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換（如電力系統(tǒng)）,把其他形式的能量轉(zhuǎn)化成電能,用戶,把電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能量,（2）進(jìn)行信號的傳遞與處理（如電視機(jī)電路）；,3,二、電路的組成,電源,負(fù)載,電源：提供電能和信號,在電源的作用下，電路中產(chǎn)生電壓、電流。,電源又叫激勵或輸入,由電源在電路中產(chǎn)生的電壓和電流統(tǒng)稱為響應(yīng)或輸出,負(fù)載：接收電能或信號,中間環(huán)節(jié)：電源和負(fù)載的連接部分,如電線、開關(guān)等,4,1.2 電路模型,對電路中的每個元器件特性建立元件模型； 忽略元件的次要特性，用規(guī)定的理想化模型表征其物理特性。,5,實際元件用理想元件或其組合來近似代替，得到實際電路的模型叫做電路模型。,6,1.3 電流和電壓的參考方向,I,電流和電壓的正方向：,7,實際正方向：,物理中對電量規(guī)定的方向。,電流I,電動勢E,電壓U,正電荷移動的方向,電源驅(qū)動正電荷的方向,電位降落的方向,A, kA, mA, A,V, kV, mV, V,V, kV, mV, V,8,物理量正方向的表示方法,正負(fù)號,Uab（高電位在前， 低電位在后）,雙下標(biāo),箭 頭,1,2,3,9,假設(shè)正方向（參考方向）,在分析計算時，對電量人為規(guī)定的方向。,在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量的實際方向，電路如何求解？,問題的提出,電流方向 AB？,電流方向 BA？,10,(1) 在解題前先任意設(shè)定一個正方向，作為參考方向；,若計算結(jié)果為正，則實際方向與參考方向一致； 若計算結(jié)果為負(fù)，則實際方向與參考方向相反； 若未標(biāo)參考方向，則結(jié)果的正、負(fù)無意義！,(2) 根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān) 系的代數(shù)表達(dá)式；,(3) 根據(jù)計算結(jié)果確定實際方向：,假設(shè)正方向（參考方向）的應(yīng)用,注意！,11,已知：E=2V, R=1 求： 當(dāng)U 分別為 3V 和 1V 時，求IR的大小和方向?,(3) 數(shù)值 計算,（實際方向與參考方向一致）,（實際方向與參考方向相反）,12,如果一段電路或者一個元件上的電壓和電流的參考方向一致，則稱為關(guān)聯(lián)參考方向，否則稱為非關(guān)聯(lián)參考方向,關(guān)聯(lián)參考方向,非關(guān)聯(lián)參考方向,如果采用關(guān)聯(lián)方向，我們在標(biāo)示時，標(biāo)出一種即可。如果采用非關(guān)聯(lián)方向，則必須全部標(biāo)示。,關(guān)聯(lián)參考方向,13,(3) 為了避免列方程時出錯，習(xí)慣上采用關(guān)聯(lián)參考方向。,(1) “實際方向”是物理中規(guī)定的，而“參考方向”則 是人們在進(jìn)行電路分析計算時,任意假設(shè)的。,(2) 在以后的解題過程中，注意一定要先假定“正方向” (即在圖中表明物理量的參考方向)，然后再列方程 計算。缺少“參考方向”的物理量是無意義的.,14,1.4 歐姆定律,注意（1）用歐姆定律列方程時，一定要在圖中 標(biāo)明正方向。 （2）定律只適用于線性電阻。,15,負(fù)載電阻,一、電源有載工作,電源電動勢,電源外特性:,電源內(nèi)阻,1.5 電源的有載工作、開路與短路,電路電流:,電源端電壓:,16,電路功率:,功率平衡,伏安特性的斜率與R0有關(guān)， R0越小，斜率越小。,R0 << RL時，U 隨負(fù)載的變動很小，受負(fù)載的影響很小，電源帶負(fù)載能力強(qiáng)。,電源的內(nèi)阻越小，帶負(fù)載能力越強(qiáng)。,設(shè)電路任意兩點間的電壓為 U ,流入此部分電路的電流為 I， 則這部分電路消耗的功率為:,3、電源與負(fù)載的判別,在 U、 I 取關(guān)聯(lián)參考方向的前提下，,“吸收功率”,若P = UI 0,能量守衡方程,P（吸收）= P（發(fā)出）,若P = UI 0,“發(fā)出功率”,元件的電路性質(zhì)：,有的電路設(shè)備起電源作用 是電源性質(zhì) 發(fā)出功率。,注：電源在電路中不一定起電源的作用， 負(fù)載在電路中不一定起負(fù)載的作用。,有的電路設(shè)備起負(fù)載作用 是負(fù)載性質(zhì) 吸收功率。,電源和負(fù)載的判斷方法：,當(dāng)P 0時, 則說明此部分電路 吸收功率，為負(fù)載。,假設(shè)U、I取關(guān)聯(lián)參考方向。,當(dāng)P< 0時, 則說明此部分電路 發(fā)出功率，為電源。,如果采用非關(guān)聯(lián)參考方向，判斷依據(jù)正好相反,例：已知，U=5v，在I=1A和I=-1A時，問：元件A 是吸收或發(fā)出功率？判斷電路性質(zhì)？,（1）I=1A: P=UI=5w，P0,U、I采用關(guān)聯(lián)參考方向：,A吸收功率，是負(fù)載,（2）I=-1A: P=UI=-5w，P<0,A發(fā)出功率，是電源,22,當(dāng)元件上的U、I 的實際方向一致： 則此元件吸收功率，為負(fù)載。,當(dāng)元件上的U、I 的實際方向相反： 則此元件發(fā)出功率，為電源。,實際方向根據(jù)參考方向和計算結(jié)果的正、負(fù)得到。,例：已知，U=5v，在I=1A和I=-1A時，問：元件A 是吸收或發(fā)出功率？判斷電路性質(zhì)？,（1）I=1A: U和I的實際方向相同,A吸收功率，是負(fù)載,（2）I=-1A:U和I的實際方向相反,A發(fā)出功率，是電源,例：,若：電壓表和電流表均正偏，判斷A、B 誰是電源，誰是負(fù)載,A：電壓和電流的實際方向相反，是電源,B：電壓和電流的實際方向相同，是負(fù)載,25,4、額定值：,設(shè): E=10V,當(dāng)R1 R2 同時接入時： I=10A，P=100w,電源輸出的功率和電流決定于負(fù)載的大小。,結(jié)論：,26,各種電氣設(shè)備的電壓、電流、功率都有一個額定值。,對負(fù)載來講：,額定值指負(fù)載正常工作時的條件及消耗的功率限額。,負(fù)載一般要額定工作（例：220v，40w的白熾燈）。,對電源來講：額定值指電源向負(fù)載提供的 電流、電壓和功率的限額。 通常在銘牌或說明書中標(biāo)出 注意使用時不要超過額定值。,27,結(jié)論：,在一定條件下，電源輸出的功率取決于負(fù)載的大小，所以電源不一定處于額定工作狀態(tài)，但是一般不應(yīng)該超過額定值因此：電源的額定狀態(tài)與負(fù)載是有區(qū)別的，負(fù)載一般要額定工作。電源的輸出功率取決于負(fù)載。,28,（1）滿載工作：輸出額定的I、U、P。,（2）輕載工作：輸出的P 低于額定值。,（3）超載工作：輸出的P 高于額定值。不允許,電源的有載工作：,二.電源開路,I = 0,U=U0=E,P = 0,（空載）,29,三.電源短路,U = 0,外電路被短路（ RL =0）,P=0（輸出功率）PE =I2 R0 （電源消耗的功率）,電源短路容易燒壞電源，因此電源使用中通常接入熔斷器,30,練習(xí)與思考:1.5.1,(1) R00，S閉合后 I1變化？,不變,(2) R00，S閉合后 I1變化？,減小,(3)電源的額定功率為125kw、220v，接220v、60w的電燈時，電燈會不會燒毀？,不會、電源輸出的功率為60w,31,1.6 基爾霍夫定律,名詞解釋：,結(jié)點：三個或三個以上支路的聯(lián)結(jié)點,支路：電路中每一個分支,回路：電路中任一閉合路徑,網(wǎng)孔：回路中無支路時稱網(wǎng)孔,描述電路中結(jié)點上的電流和回路中的電壓所滿足的普遍規(guī)律，其中包括基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律。,32,支路：ab、ad、 . （共6條）,回路：abda、 bcdb、 . （共7 個）,結(jié)點：a、 b、 . (共4個）,網(wǎng)孔：abda、 bcdb adca （共3 個）,33,1. 基爾霍夫電流定律(KCL),對任何節(jié)點，在任一瞬間，流入節(jié)點的電流等于由節(jié)點流出的電流?；蛘哒f，在任一瞬間，一個節(jié)點上電流的代數(shù)和為 0。, I = 0,即：,對a節(jié)點：,或：,設(shè)流入節(jié)點取“+”，流出節(jié)點取“-”。,34,KCL還適用于電路的任意封閉面。,I1+I2 + I3=0,基爾霍夫電流定律的擴(kuò)展,證明：,a:,b:,c:,35,I=0,I=?,計算圖示電路中的未知電流 I 。,I,解：,2 - 3 - 4 - I=0,I= 2 - 3 - 4=-5A,利用擴(kuò)展的KCL列方程：,36,2. 基爾霍夫電壓定律(KVL),對電路中的任一回路，沿任意方向巡行一周，其電位升等于電位降?；?，電壓的代數(shù)和為 0。,回路 a-d-b-c-a,即：,或：,37,列寫KVL方程的步驟：,標(biāo)出回路中各段電壓和電流的參考方向；選定一個回路方向；,沿回路巡行一周，若電壓（電流）與回路方向一致，取正； 相反，取負(fù)；,回路 a-b-c-a,回路 a-b-d-a,38,KVL也適合于開口電路。,基爾霍夫電壓定律的擴(kuò)展,39,基爾霍夫定律歸納,(1) KCL是在支路電流之間施加線性約束；KVL則對支路電壓施加線性約束。這兩個定律僅與元件的相互連接有關(guān)，而與元件的性質(zhì)無關(guān)。不論元件是線性的還是非線性的，KCL和KVL總是成立的。,(2) 對一個電路應(yīng)用KCL和KVL時，應(yīng)對各結(jié)點和支路編號，并指定有關(guān)回路的繞行方向，同時指定各支路電流和支路電壓的參考方向，一般兩者取關(guān)聯(lián)參考方向。,40,41,電位的概念：,1.7 電位的計算,42,電位值是相對的,參考點選得不同，電路中其它各點的電位也將隨之改變； 電路中兩點間的電壓值是固定的，不會因參考點的不同而改變。,電位和電壓的區(qū)別,注意,43,電路如圖示：,1、若選A為參考點，則各點電位如下,2、若選B為參考點，則各點電位如下,3、不論A或B為參考點，則各兩點間的電壓是不改變的。,VA=0,VB = UBA = -60V， VC = UCA = 80V， VD = UDA = 30V,VB=0,VA = UAB = 60V， VC = UCB =140V， VD = UDB = 90V,UAB = VA - VB = 60V,UCB = VC - VB = 140V,UDB = VD - VB = 90V,44,電位的計算,1、選定參考點；,45,電位在電路中的表示法,46,參考電位在哪里？,47,計算圖示電路中的VA。,解：,A,將用電位表示的電路還原為原電路形式；,A點為開路點，不能與參考點連接！,計算A點電位，即計算A=B點到參考點的電壓。,B,=2V,48,END,