1、电工教研室,刘晶,电工学,8#实验楼301室 电话：89383329,教学要求与内容,1、授课内容,2、课时分配：共40学时,第一、二、三、四、六章全部,第七章7.1.1-7.2.5,3、期末考核形式,平时(出勤、测验与提问、作业、实验)占20%，期末考试占80%,4、平时要求与管理方法 （1）出勤：缺课(旷课、病事假)四次、旷课两次取消期末考试资格，旷课一次平时成绩扣10分 （2）测验：课堂随机进行，每次5分 （3）提问：课堂随机进行，每次2分 （4）作业：定期全面检查、部分批改 （5）实验：不按要求完成者取消期末考试资格,第1章 电路的基本概念与基本定律,第1章 电路的基本概念与基本定律,
2、主要内容,第1章 电路的基本概念与基本定律,1. 电压、电流的参考方向,3. 基尔霍夫定律,2. 电阻元件和电源元件的特性,重点：,第1章 电路的基本概念与基本定律,1.1 电路组成与电路模型,1.1.1 电路组成,电路:是电流的通路，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。,电路由三部分组成：电源、负载和中间环节.,电源：产生电能的装置。,负载：取用电能的装置。,中间环节：是连接电源和负载的部分，起传输和分配电能的作用。,电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。,(1) 实现电能的传输、分配与转换,(2)实现信号的传递与处理,1.1.
3、2 电路作用,第1章 电路的基本概念与基本定律,第1章 电路的基本概念与基本定律,1.1.3 电路模型,反映实际电路部件的主要电磁性质的理想电路元件及其组合。,理想电路元件,有某种确定的电磁性能的理想元件。,电路模型,电路图,1.1.4 参考方向,电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。,电流,电流强度,带电粒子有规则的定向运动,单位时间内通过导体横截面的电荷量,1. 电流参考方向,第1章 电路的基本概念与基本定律,方向,规定正电荷的运动方向为电流的实际方向,单位,A（安培）、kA、mA、A,元件(导线)中电流流动的实
4、际方向只有两种可能:,对于复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很难事先判断。,问题,第1章 电路的基本概念与基本定律,参考方向,任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。,i 0,i 0,实际方向,实际方向,电流的参考方向与实际方向的关系：,表明,第1章 电路的基本概念与基本定律,第1章 电路的基本概念与基本定律,单位,单位正电荷q 从电路中一点 a 移至另一点 b 时电场力做功（W）的大小。,实际电压方向,电压真正降低的方向。,V (伏)、kV、mV,电压,2. 电压参考方向,复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。,
5、问题,第1章 电路的基本概念与基本定律,电压(降)的参考方向,假设高电位指向低电位的方向。,第1章 电路的基本概念与基本定律,注意： 在参考方向选定后,电流(或电压)值才有正负之分。,若 I = 5A，则电流从 a 流向 b；,例：,若 I = 5A，则电流从 b 流向 a 。,若 U = 5V，则电压的实际方向 a +， b- ；,若 U= 5V，则电压的实际方向 b + , a- 。,第1章 电路的基本概念与基本定律,元件或支路的u，i 采用相同的参考方向称之为关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。,关联参考方向,非关联参考方向,i,+,-,+,-,i,u,u,3.关联参考方向,第1章
6、电路的基本概念与基本定律,1.2 理想电路元件,1.1.1 理想有源元件,1. 理想电压源,元件模型,端口伏安关系,I由外电路决定,两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电流 I 无关的元件。,2. 实际电压源,元件模型,端口伏安关系,第1章 电路的基本概念与基本定律,3. 理想电流源,输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与它的两端电压U 无关的元件。,元件模型,端口伏安关系,U由外电路决定,第1章 电路的基本概念与基本定律,4. 实际电流源：,元件模型,端口伏安关系,可由稳流电子设备产生,如晶体管的集电极电流;光电池在一定光线照射下光电子被激发产生一定值的电流等.,第1章
7、 电路的基本概念与基本定律,1.1.2 理想无源元件,1. 电阻元件,U、I 是关联参考方向时,U、I 是非关联参考方向时,注意表达式中有两套正负号。,U = I R,U = IR,2. 电感元件,电感线圈：把金属导线绕在一骨架上构成一实际电感线圈，当电流通过线圈时，将产生磁通，是一种抵抗电流变化、储存磁能的部件。,线性电感: L为常数,非线性电感: L不为常数,第1章 电路的基本概念与基本定律,电磁感应定律：,线性电感元件的伏安关系：,电感是动态元件，在直流电路中，电感相当于短路。,3. 电容元件,第1章 电路的基本概念与基本定律,电容：,线性电容元件的伏安关系：,电容是动态元件，在直流电路
8、中，电容相当于开路。,第1章 电路的基本概念与基本定律,1.3 电能与电功率,电路中通过电流时，就伴随着电能的传送或转换。电能传送或转换的速率称为电功率，简称功率 。,功率的单位：W (瓦) (Watt，瓦特),1.功率,第1章 电路的基本概念与基本定律,u, i 取关联参考方向,P=u i,P = -u i,u, i 取非关联参考方向,最后计算出 P,P0 起负载作用取用功率,P0 起电源作用发出功率,电源与负载的判别,第1章 电路的基本概念与基本定律,图示电路，已知：UAB=3V， I = 2A,P = U I =3（-2）= 6W,求：N的功率，并说明它是电源还是负载。,此例中电压、电流
9、的参考方向为关联参考方向,所以N发出功率,是电源。,例1,解,代入数据,P = U I,功率的公式中有两套正负号： 式前的正负号由U、I 参考方向是否关联确定；, U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。,第1章 电路的基本概念与基本定律,能量的单位：J (焦) (Joule，焦耳),2.能量,（1） 电阻元件的功率与能量,电阻元件把吸收的电能全部转换成热能 。,（2） 电感元件的功率与能量,电感储存的磁场能量只取决于该时刻的电流值 。,（3） 电容元件的功率与能量,电容储存的电场能量只取决于该时刻的电压值 。,第1章 电路的基本概念与基本定律,1.4 电路的工作状态,1.4.
10、1 负载状态,负载端电压,U = IR,开关闭合,接通电源与负载。,1. 电流与电压,2. 额定值与实际值,U,+,I,P,电源输出的电流和功率由负载的大小决定,额定值：为电气设备在给定条件下正常运行而规定的允许值。,S1,S2,S3,第1章 电路的基本概念与基本定律,第1章 电路的基本概念与基本定律,电气设备的三种运行状态,欠载(轻载)： I IN ，P PN (不经济),过载(超载)： I IN ，P PN (设备易损坏),额定工作状态: I = IN ，P = PN (经济合理安全可靠),第1章 电路的基本概念与基本定律,1.4.2 空载状态,特征:,开关 断开,1. 开路处的电流等于零
11、； I = 0 2. 开路处的电压 U 视电路情况而定。,电路中某处断开时的特征:,第1章 电路的基本概念与基本定律,1.4.3 短路状态,电源外部端子被短接,特征:,短路电流（很大）,1. 短路处的电压等于零； U = 0 2. 短路处的电流 I 视电路情况而定。,电路中某处短路时的特征:,第1章 电路的基本概念与基本定律,1.5 基尔霍夫定律,支路：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。,结点：三条或三条以上支路的联接点。,回路：由支路组成的闭合路径。,几个名词,网孔：内部不含有支路的回路。,第1章 电路的基本概念与基本定律,例1：,支路：ab、bc、ca、 （共6条）,
12、回路：abda、abca、 adbca ,结点：a、 b、c、d (共4个）,第1章 电路的基本概念与基本定律,即: 入= 出,实质: 电流连续性的体现。,或: = 0,对结点 a：,I1+I2 = I3,或 I1+I2I3= 0,基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。,1.5.1 基尔霍夫电流定律(KCL定律),在任一瞬时,流入某一结点的电流之和等于由该结点流出的电流之和。,第1章 电路的基本概念与基本定律,基尔霍夫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。,推广,I =?,例,广义结点,I = 0,IA + IB + IC = 0,第1章
13、电路的基本概念与基本定律,1.5.2 基尔霍夫电压定律（KVL定律),在任一瞬间，电路的任一闭合回路中，电压升之和等于电压降之和。,对回路1：,对回路2：,I1 R1 +I3 R3 = E1,I2 R2+I3 R3=E2,或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0,或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0,标定各元件电压参考方向,选定回路绕行方向，顺时针或逆时针。,第1章 电路的基本概念与基本定律,KVL推广应用于假想的闭合回路,E IR U = 0,U = E IR,或,根据KVL可列出,根据 U = 0,UAB= UA UB,UA UB UAB=0,U1+U2 U3 U4 + U5 =0,
14、例 图中若U1= 2V，U2= 8V，U3=5V，U5= 3V， R4= 2，求电阻R4两端的电压及流过它的电流。,解 设电阻R4两端电压的极性及流过它的电流I的参考方向如图示。,（2）+8 5 U4+（3） =0,U4 = 2 V,I =1A,沿顺时针方向列写回路的KVL方程式，有,代入数据，有,U4 = IR4,第1章 电路的基本概念与基本定律,第1章 电路的基本概念与基本定律,KCL、KVL小结：,KCL是对支路电流的线性约束，KVL是对回路电压的线性约束。,KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。,KCL表明在每一节点上电荷是守恒的；KVL是能量守恒的具体体现(电压与路径无关)。,求任意两点之间电压的爬高法,从低电位点出发，沿任意一条路径向高电位点行进，行进中电位上升的电压为正，电位下降的电压为负，两点之间电压等于路径中各电压代数和。,UBD=UCD+UBC,UBD=-UDA-UAB,习题1-5、6、8、9、10、11、12,本章作业：,
