1-1电路及其分析方法.ppt
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1、电工学电工学辽宁省精品课辽宁省精品课电工学电工学教材教材第第1章章 电路及其分析方法电路及其分析方法1 1 1 1.1.1.1.1电路的组成及其模型电路的组成及其模型电路的组成及其模型电路的组成及其模型1 1 1 1.4.4.4.4电路的基本定律电路的基本定律电路的基本定律电路的基本定律1 1 1 1.7.7.7.7线性网络的分析方法线性网络的分析方法线性网络的分析方法线性网络的分析方法1 1 1 1.3.3.3.3电路的几种工作状态电路的几种工作状态电路的几种工作状态电路的几种工作状态1 1 1 1.2.2.2.2电路的主要物理量电路的主要物理量电路的主要物理量电路的主要物理量1 1 1 1
2、.6.6.6.6电源及其等效变换电源及其等效变换电源及其等效变换电源及其等效变换 电路是电流流经的路径,实际电路电路是电流流经的路径,实际电路由电气设备和元件组成。由电气设备和元件组成。电源电源:提供提供电能的装置电能的装置负载负载:取用取用电能的装置电能的装置中间环节:中间环节:传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用1.1 电路的组成及其模型电路的组成及其模型 为了便于分析电路为了便于分析电路,一般要将实际电路一般要将实际电路模型化,用理想元件来模拟实际电路中的器模型化,用理想元件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。件,从而构成与实际电路相对应的电路模型
3、。理想电路元件主要有电阻元件、电感元理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。件、电容元件和电源元件等。电路电路电路电路电路模型电路模型电路模型电路模型电池电池 灯泡灯泡导线导线电路模型电路模型电路模型电路模型 今后分析的都是今后分析的都是今后分析的都是今后分析的都是指电路模型,简称电指电路模型,简称电指电路模型,简称电指电路模型,简称电路。在电路图中,各路。在电路图中,各路。在电路图中,各路。在电路图中,各种电路元件都用规定种电路元件都用规定种电路元件都用规定种电路元件都用规定的图形符号表示。的图形符号表示。的图形符号表示。的图形符号表示。大小大小大小大小:定义:定义:定义
4、:定义:电路中电荷的电路中电荷的电路中电荷的电路中电荷的定向有规则运动形成电流。定向有规则运动形成电流。定向有规则运动形成电流。定向有规则运动形成电流。+-E0RRabI1.2 电路的主要物理量电路的主要物理量(1)电流(电流(I)单位单位单位单位:安培安培安培安培(A),(A),千安千安千安千安(kA),(kA),毫安毫安毫安毫安(mAmA),微安,微安,微安,微安(AA)。实际方向实际方向实际方向实际方向:正电荷运动的方向。正电荷运动的方向。正电荷运动的方向。正电荷运动的方向。参考方向参考方向参考方向参考方向:分析计算时,任意设定的分析计算时,任意设定的分析计算时,任意设定的分析计算时,任
5、意设定的假想方向,又叫正方向。假想方向,又叫正方向。假想方向,又叫正方向。假想方向,又叫正方向。(1)电流(电流(I)1.2 电路的主要物理量电路的主要物理量+-E0RRabIIab 双下标双下标箭箭 标标abRI 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参考方向与实际方向参考方向与实际方向一致一致,电流值为,电流值为正值正值;参考方向与实际方向的关系参考方向与实际方向的关系参考方向与实际方向的关系参考方向与实际方向的关系参考方向与实际方向参考方向与实际方向相反相反,电流值为,电流值为负值负值。若若 I=2A,则电流的,则电流的实际方向从实际方向从 a 流向流向
6、 b;例:例:若若 I=2A,则电流的,则电流的实际方向从实际方向从 b 流向流向 a。bRaI(2)电压(电压(U)定义:定义:定义:定义:描述电场力移描述电场力移描述电场力移描述电场力移动电荷作功本领的物理量。动电荷作功本领的物理量。动电荷作功本领的物理量。动电荷作功本领的物理量。在数值上等于电场力移动在数值上等于电场力移动在数值上等于电场力移动在数值上等于电场力移动单位正电荷所做的功。单位正电荷所做的功。单位正电荷所做的功。单位正电荷所做的功。大小大小大小大小:IRUab+_abE+_ 单位单位:伏,千伏,毫伏伏,千伏,毫伏,微伏。,微伏。实际方向实际方向实际方向实际方向:规定为电场力移
7、动正电荷规定为电场力移动正电荷规定为电场力移动正电荷规定为电场力移动正电荷做功的方向,即从高电位指向低电位,即做功的方向,即从高电位指向低电位,即做功的方向,即从高电位指向低电位,即做功的方向,即从高电位指向低电位,即电位(电压)降低的方向。电位(电压)降低的方向。电位(电压)降低的方向。电位(电压)降低的方向。(2)电压(电压(U)参考方向参考方向参考方向参考方向:分析计算时,任意设定的分析计算时,任意设定的分析计算时,任意设定的分析计算时,任意设定的假想方向,又叫正方向。假想方向,又叫正方向。假想方向,又叫正方向。假想方向,又叫正方向。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
8、参考方向的表示方法U Uabab 双下标双下标双下标双下标正负极性正负极性正负极性正负极性+a ab bU UI IRUabab+_a ab bE+_参考方向与实际方向参考方向与实际方向参考方向与实际方向参考方向与实际方向一致一致一致一致,电压值为,电压值为,电压值为,电压值为正值正值正值正值;参考方向与实际方向的关系参考方向与实际方向的关系参考方向与实际方向的关系参考方向与实际方向的关系参考方向与实际方向参考方向与实际方向参考方向与实际方向参考方向与实际方向相反相反相反相反,电压值为,电压值为,电压值为,电压值为负值负值负值负值。(3)电动势(电动势(E)大小大小:IRUab+_abEba+
9、_ab 定义:定义:定义:定义:电动势在数值电动势在数值电动势在数值电动势在数值上等于电源力将单位正电上等于电源力将单位正电上等于电源力将单位正电上等于电源力将单位正电荷从低电位端经电源内部荷从低电位端经电源内部荷从低电位端经电源内部荷从低电位端经电源内部移到高电位端所做的功。移到高电位端所做的功。移到高电位端所做的功。移到高电位端所做的功。单位单位:伏,千伏,毫伏伏,千伏,毫伏,微伏。,微伏。IRUab+_abEba+_ab 实际方向实际方向:电源内部从低电位指向高电位。电源内部从低电位指向高电位。(4)电功率(电功率(P)根据焦耳定律可以推导出电功率根据焦耳定律可以推导出电功率根据焦耳定律
10、可以推导出电功率根据焦耳定律可以推导出电功率等于电压和电流的乘积,即等于电压和电流的乘积,即等于电压和电流的乘积,即等于电压和电流的乘积,即单位单位单位单位:MW,kW,WMW,kW,W,mWmW等等等等对电阻对电阻对电阻对电阻:I IRUabab+_a ab bEba+_a ab b(4)电功率(电功率(P)电动势或电激流在电路中可能电动势或电激流在电路中可能电动势或电激流在电路中可能电动势或电激流在电路中可能吸收功率(负载),也可能是发生吸收功率(负载),也可能是发生吸收功率(负载),也可能是发生吸收功率(负载),也可能是发生功率(电源)。功率(电源)。功率(电源)。功率(电源)。对电源:
11、对电源:对电源:对电源:(4)电功率(电功率(P)如何判断电路中的元件是发出功率如何判断电路中的元件是发出功率如何判断电路中的元件是发出功率如何判断电路中的元件是发出功率(即电源)还是吸收功率(即负载)?(即电源)还是吸收功率(即负载)?(即电源)还是吸收功率(即负载)?(即电源)还是吸收功率(即负载)?根据电压、电流的实际方向判断:根据电压、电流的实际方向判断:若电路元件的电流与电压的实际方向若电路元件的电流与电压的实际方向若电路元件的电流与电压的实际方向若电路元件的电流与电压的实际方向相同时,该元件吸收功率,起负载作用;相同时,该元件吸收功率,起负载作用;相同时,该元件吸收功率,起负载作用
12、;相同时,该元件吸收功率,起负载作用;电流与电压的实际方向相反时,则该元件电流与电压的实际方向相反时,则该元件电流与电压的实际方向相反时,则该元件电流与电压的实际方向相反时,则该元件发出功率,起电源作用。发出功率,起电源作用。发出功率,起电源作用。发出功率,起电源作用。在一个完整的电路内,电功率在一个完整的电路内,电功率在一个完整的电路内,电功率在一个完整的电路内,电功率平衡,即总的发生功率等于总的吸平衡,即总的发生功率等于总的吸平衡,即总的发生功率等于总的吸平衡,即总的发生功率等于总的吸收功率。收功率。收功率。收功率。P P发生发生发生发生=P=P吸收吸收吸收吸收单位单位:电能等于功率乘以时
13、间,即电能等于功率乘以时间,即电能等于功率乘以时间,即电能等于功率乘以时间,即(5)电能(电能(W)(5)电能(电能(W)例例 图中已知图中已知U1=-1V,U2=-3V,U3=-1V,U4=1V,U5=2V,I1=4A,I5=-2A,I3=-2A试判断各元件是电源还是负载,并验证功率平衡试判断各元件是电源还是负载,并验证功率平衡元件元件1,3,4,5为负载;元件为负载;元件2为电源为电源1.3 电路的几种状态和电气设备额定值电路的几种状态和电气设备额定值 开关闭合,接通电源与负载开关闭合,接通电源与负载(1 1)负载工作状态负载工作状态RLUS+-RlR0RlFUFUSIU2 U2=IRL
14、特征特征:(1 1)负载工作状态负载工作状态RLUS+-RlR0RlFUFUSIU2 P=PE 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、线路线路损耗损耗功率功率电气设备的额定值电气设备的额定值电气设备的额定值电气设备的额定值额定值额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备在正常运行时的规定使用值1.额定值反映电气设备的使用安全性;额定值反映电气设备的使用安全性;2.额定值表示电气设备的使用能力。额定值表示电气设备的使用能力。例:例:灯泡:灯泡:UN=220V,PN =40W电阻:电阻:RN=100 ,PN =1 W 电气设备的三种运行状态电气设备的三种运行状态电气设
15、备的三种运行状态电气设备的三种运行状态欠载欠载欠载欠载(轻载轻载轻载轻载):I IN,P IN,P PN (设备易损坏设备易损坏设备易损坏设备易损坏)额定工作状态:额定工作状态:I=IN,P=PN (经济合理安全可靠经济合理安全可靠经济合理安全可靠经济合理安全可靠)特征特征:开关开关 断开断开(2)断路状态断路状态I=0电源端电压电源端电压 (开路电压开路电压 )负载功率负载功率U1=USP=0U1 RLUS+-RlR0RlFUFUSU2 I电源外部端子被短接电源外部端子被短接(3)短路状态短路状态 特征特征:电源端电压电源端电压电源端电压电源端电压负载功率负载功率负载功率负载功率电源产生的能
16、量全被内阻消耗掉电源产生的能量全被内阻消耗掉电源产生的能量全被内阻消耗掉电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流(很大)短路电流(很大)短路电流(很大)短路电流(很大)U1=0 PE=P=IR0P=0RLUS+-RlR0RlFUFUIU1 1.41.4 电路的基本定律电路的基本定律I与与U的正方向相同时的正方向相同时U=IRI与与U的正方向相反时的正方向相反时U=IRRU+IRU+I1.4.1 欧姆定律欧姆定律欧姆定律说明一段电路上的电压和电流的关系欧姆定律说明一段电路上的电压和电流的关系欧姆定律说明一段电路上的电压和电流的关系欧姆定律说明一段电路上的电压和电流的关系 基尔霍夫定律概括了电路中各电
17、压基尔霍夫定律概括了电路中各电压之间和电流之间分别遵循的基本定律。之间和电流之间分别遵循的基本定律。基尔霍夫第一定律是电流定律基尔霍夫第一定律是电流定律 应用于应用于节点节点节点节点基尔霍夫第二定律是电压定律基尔霍夫第二定律是电压定律 应用于应用于回路回路回路回路1.4.2 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。节点:节点:节点:节点:三条或三条以上支路的连接点。三条或三条以上支路的连接点。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。I1I2I3ba+-E2R2
18、+-R3R1E1312 在任一瞬间,流入节点电流之和等于在任一瞬间,流入节点电流之和等于流出该节点的电流之和。流出该节点的电流之和。对节点对节点 a:I1+I3=I2+I4 I1+I3I2 I4=0例例 I=0即:即:I1I2I3I4 a.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(KCL)(KCL)I=0 在任一瞬间,流入节点电流的代数和等于零。在任一瞬间,流入节点电流的代数和等于零。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(KCL)(KCL)电流定律可以推广应用于包围部分电路的电流定律可以推广应用于包围部分电路的电流定律可以推广应用于包围部分电
19、路的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。任一假设的闭合面。任一假设的闭合面。任一假设的闭合面。广义广义节节点点I1+I2+I3=0例例:ABCI1I2I3 电流定律可以推广应用于包围部分电流定律可以推广应用于包围部分电流定律可以推广应用于包围部分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。电路的任一假设的闭合面。电路的任一假设的闭合面。电路的任一假设的闭合面。I=01+_+_I4 2 8 7 8V2VI=?即:即:U=0 在任一瞬间,沿任一回路绕行一周,在任一瞬间,沿任一回路绕行一周,各段电压降的代数和恒等于零。各段电压降的代数和恒等于零。基尔霍夫电压定律(基尔霍夫
20、电压定律(基尔霍夫电压定律(基尔霍夫电压定律(KVLKVL)回路回路1:回路回路2:I1 R1+I3 R3 E1=0 I2 R2+I3 R3 E2=0 I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E112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)U=0符号的确定:符号的确定:绕行方向与电流绕行方向与电流/电压方向一致时取电压方向一致时取正号,不一致时取负号。正号,不一致时取负号。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)将表达式中电动势移到等式右侧将表达式中电动势移到等式右侧将表达式中电动势移到等式右侧将表达式
21、中电动势移到等式右侧即:即:E=IRI1 R1+I3 R3=E1 I2 R2+I3 R3=E2 由此可得基尔霍夫电压定律由此可得基尔霍夫电压定律由此可得基尔霍夫电压定律由此可得基尔霍夫电压定律第二种表达式第二种表达式第二种表达式第二种表达式 E=E=IRIR 在任一瞬间,沿任一回路绕行一周,在任一瞬间,沿任一回路绕行一周,回路中电动势的和等于电阻上电压降的回路中电动势的和等于电阻上电压降的代数和。代数和。电压定律可以应用于一段电路电压定律可以应用于一段电路-U+EIR=0-U+E+IR=0即即U=EIR即即U=E+IRIREUab(a)cIREUab(b)c1 11 1节点节点a:列电流方程列
22、电流方程节点节点c:节点节点b:节点节点d:(其中只有三个独立方程其中只有三个独立方程)节点数节点数 n=4支路数支路数 m=6例例bacd-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_U3U4列电压方程列电压方程对对abda:对对bcdb:对对adca:bacd-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_U3U41.6 电源及其等效变换电源及其等效变换1 1、电压源、电压源 电压源模型电压源模型电压源模型电压源模型I IR RL LR R0 0+-U US SU U+电压源是由电压源是由电压源是由电压源是由源电压源电压源电压源电压U US S和内阻和内阻和内阻和内阻 R
23、 R0 0 串联组成的电串联组成的电串联组成的电串联组成的电源的电路模型。源的电路模型。源的电路模型。源的电路模型。1 1、电压源、电压源 由电路可得由电路可得由电路可得由电路可得:U U=U US S IR IR0 0 若若若若 R R0 0=0=0理想电压源理想电压源理想电压源理想电压源 :U U U US SU US S 电压源的外特性电压源的外特性电压源的外特性电压源的外特性I IU UI IR RL LR R0 0+-U US SU U+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
24、源。电流源电流源I IR RL LR R0 0U UR R0 0U UI IS S+理想电流源理想电流源理想电流源理想电流源(恒流源恒流源恒流源恒流源)(2)(2)输出电输出电输出电输出电流是一定值,恒等于流是一定值,恒等于流是一定值,恒等于流是一定值,恒等于源源源源电流电流电流电流 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 =;RL外特性曲线外特性曲线外特性曲线外特性曲线 IUISOIISU+_理想电流源(恒流源理想电流源(
25、恒流源理想电流源(恒流源理想电流源(恒流源)例:例:例:例:设设 IS=10 A,接上接上RL 后后,恒流源对外输出电流恒流源对外输出电流。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=100VRLIISU+_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。3、电压源与电流源的电压源与电流源的等效变换等效变换+R R0 0+U US SU U 等效的概念等效的概念:最简单的有源二端网络最简单的有源二端网络
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- 电路 及其 分析 方法
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