电工培训电路的组成.ppt

《电工培训电路的组成.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工培训电路的组成.ppt（87页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、1,电工电子技术基础,sss,第1章 直流电路,2,目 录,1.1 电路和电路模型,1.2 电路基本物理量,1.3 电阻元件、电感元件和电容元件,1.4 电压源、电流源及其等效变换,1.5 基尔霍夫定律,1.6 复杂电路的分析和计算,目 录,1.1 电路和电路模型,1.2 电路基本物理量,1.3 电阻元件、电感元件和电容元件,1.4 电压源、电流源及其等效变换,1.5 基尔霍夫定律,1.6 复杂电路的分析和计算,3,1.1 电路和电路模型,实际电路的组成和作用,4,电路是电流的流通路径,它由以下三部分组成（1）电源：电路中提供电能或信号的器件（2）负载：电路中吸收电能或输出信号的器件（3）中间

2、环节:起连接电源和负载作用的元器件,电路的组成,电路的作用,电路的作用可以概括为以下两个方面（1）实现电能的传输和转换（2）实现信号的传递和处理,5,电路模型,实际电路,电路模型,6,表1.1常用的几种理想电路元件及其图形符号,7,1.2 电路的基本物理量,电流及其参考方向,1.带电粒子（电子、离子等）有规则的定向运动,称为电流。用符号i 表示,即,2.电流的实际方向为正电荷运动方向。,8,3.当电流的量值和方向都不随时间变化时,称为直流电流,简称直流。直流电流常用英文大写字母I表示。量值和方向随着时间按周期性变化的电流,称为交流电流,常用英文小写字母i表示。,9,5.在分析与计算电路时,常可

3、任意规定某一方向作为电流的参考方向或正方向。电流的方向一般用箭头表示,也可用双下标表示.,4.单位是安培,符号为A。常用的有千安（kA）,毫安（mA）,微安（A）等。,10,电路分析中的正方向（参考方向）,问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？,电流方向AB？,电流方向BA？,11,(1)在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；,解决方法,(3)根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。,(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；,12,式中,q为由a点移动到b点的电荷量

4、,Wab为移动过程中电荷所减少的电能。2.电压的实际方向是使正电荷电能减少的方向,电压的SI单位是伏特,符号为V。常用的有千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（V）等。,13,3.当电压的量值和方向都不随时间变化时,称为直流电压。直流电压常用英文大写字母表示。量值和方向随着时间按周期性变化的电压,称为交流电压,常用英文小写字母表示。,14,.在分析与计算电路时,常可任意规定某一方向作为电压的参考方向或正方向。电压的方向一般用“”“”表示，也可用双下标表示或箭头表示.当电流与电压的参考方向一致时，称为关联方向，否则为非关联方向,15,有时把电路中任一点与参考点(规定电位能为零的点)之间的电压，称为该

5、点的电位。也就是该点对参考点所具有的电位能。某点的电位用V加下标表示（例如，Va表示a点的电位），单位与电压相同，用伏特(V)表示。参考点的电位为零可用符号“”表示。电路中两点间的电压与参考点的选择无关，而电位随参考点（零电位点）选择的不同而不同。,16,1.2.3 功 率,功率的概念：设电路任意两点间的电压为 U,流入此 部分电路的电流为 I，则这部分电路消耗的功率为:,17,在 U、I 正方向选择一致的前提下，,“吸收功率”（负载）,“发出功率”（电源）,若 P=UI 0,若 P=UI 0,18,当 计算的 P 0 时,则说明 U、I 的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。,所以，

6、从 P 的+或-可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。,结 论,在进行功率计算时，如果假设 U、I 正方向一致。,当计算的 P 0 时,则说明 U、I 的实际方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。,19,20,图示电路为直流电路,U1=4V,U2=-8V,U3=6V,I=4A,求各元件接受或发出的功率P1、P2和P3,并求整个电路的功率P。,21,解 P1的电压参考方向与电流参考方向相关联,故P1=U1I=44=16W(接受16W)P2和P3的电压参考方向与电流参考方向非关联,故P2=U2I=(-8)4=-32W(接受32W)P3=U3I=64=24W(发出24W)整个电路的功率P,设接受

7、功率为正,发出功率为负,故P=16+32-24=24W,22,1.3.1 电阻元件 R,（常用单位：、k、M）,1.3 电阻元件、电感元件和电容元件,1.电阻,电流通过导体时要受到阻碍作用，反映这种阻碍作用的物理量称为电阻，用R表示。在电路图中常用理想电阻元件来反映物质对电流的这种阻碍作用。电阻元件的图形符号如图所示。,23,线性电阻,非线性电阻,2.电阻元件的电压、电流关系,24,电阻元件上电流和电压的实际方向总是一致的，因此，只有电压与电流为关联方向欧姆定律才成立。如图(a)所示。,电压与电流为非关联方向时，则欧姆定律应用下式表示：如图（b）所示,25,3.电阻的串联与并联,（1）电阻的串

8、联,电流：流过各电阻的电流相同，即 I1=I2=I3=In=I电压：电路两端的总电压等于各个电阻两端电压之和，即 U=U1+U2+U3+Un 等效电阻：电路的等效电阻等于各串联电阻之和，即 R=R1+R2+R3+Rn 功率：电路中消耗的总功率等于各个电阻消耗的功率之和，即 P=P1+P2+P3+Pn=(R1+R2+R3+Rn)I2=RI2,26,如图所示的分压器中，已知输入电压U=120V，d是共公接点，R1=R2=R3=20K，求输出电压Ucd和Ubd。,解：电路中的总电阻和总电流为 R=R1+R2+R3=60k,Ucd=R3I=201032103=40V Ubd=（R2+R3）I=4010

9、32103=80V,27,(2)电阻的并联电流：电路中的总电流等于各电阻中的电流之和，即 I=I1+I2+I3+In电压：各个电阻两端的电压相同，即 U1=U2=U3=Un=U等效电阻：电路等效电阻的倒数等于各个电阻的倒数之和，即,功率：电路中消耗的总功率等于各个电阻消耗的功率之和，即,28,并联电阻中，各电阻流过的电流与电阻值成反比，即,两个电阻的并联，如图所示，有关系 等效电阻,支路电流,上式为两个电阻并联的分流公式，经常使用。,29,（3）电阻的混联电路中电阻元件既有串联，又有并联的连接方式，称为混联，如图所示。对于混联电路的计算，只要按串、并联的计算方法，一步步将电路化简，最后就可求出

10、总的等效电阻。,30,求图1.17(a)所示电路ab间的等效电阻Rab，其中R1=R2=R3=2，R4=R5=4。,31,解 将图1.17(a)根据电流的流向进行整理。总电流分成三路，一支路经R4到b点另两支路分别经过R5、R1和R2到达c点，电流汇合后经R3到b点，故画出等效电路图1.16(b)。由等效电路可求出ab间的等效电阻，即 R12=R1+R2=2+2=4 R125=R5R12=,R1253=R125+R3=2+2=4 Rab=R1253R4=,32,3 电感和结构参数的关系,33,1.电容元件的基本概念(1).电容元件是一个理想的二端元件,(2).电容的SI单位为法拉,符号为F;1

11、 F=1 CV。常采用微法（F）和皮法（pF）作为其单位。,34,2 电容和结构参数的关系,35,R、L、C 元件小结,理想元件的特性（u 与 i 的关系）,L,C,R,注意:以上关系均为电流和电压为关联方向,36,实际元件的特性可以用若干理想元件来表示,参数的影响和电路的工作条件有关。,37,U为直流电压时,以上电路等效为,注意 L、C 在不同电路中的作用,38,电压源,1.电压源是一个理想二端元件。电压源具有两个特点:(1)电压源对外提供的电压u(t)是某种确定的时间函数,不会因所接的外电路不同而改变,即u(t)=us(t)。(2)通过电压源的电流i（t）随外接电路不同而不同。常见的电压源

12、有直流电压源和正弦交流电压源。,1.电压源、电流源及其等效变换,39,电压源电压波形,2.电压为零的电压源相当于短路。3.由图1.10(a)知,电压源发出的功率为p0时,电压源实际上是发出功率；p0时,电压源实际上是接受功率。,40,1.电流源也是一个理想二端元件,电流源有以下两个特点:(1)电流源向外电路提供的电流i(t)是某种确定的时间函数,不会因外电路不同而改变,即i(t)=is,is是电流源的电流。(2)电流源的端电压u(t)随外接的电路不同而不同。2.如果电流源的电流is=Is(Is是常数),则为直流电流源。3.电流为零的电流源相当与开路。,1.4.2 电流源,41,电流源及直流电流

13、源的伏安特性,4.电流源发出的功率为,p0,电流源实际是发出功率;p0,电流源实际是接受功率。,42,理想电压源与理想电流源特性比较,Uab的大小、方向均为恒定，外电路负载对 Uab 无影响。,I 的大小、方向均为恒定，外电路负载对 I 无影响。,输出电流 I 可变-I 的大小、方向均由外电路决定,端电压Uab 可变-Uab 的大小、方向均由外电路决定,43,计算图 1.13 所示电路中电流源的端电压U1,5电阻两端的电压U2和电流源、电阻、电压源的功率P1,P2,P3。,44,电流源的电流、电压选择为非关联参考方向,所以P1=U1Is=132=26W(发出)电阻的电流、电压选择为关联参考方向

14、,所以P2=102=20W(接受)电压源的电流、电压选择为关联参考方向,所以P3=23=6W(接受),解,45,等效互换的条件：对外的电压电流相等。,I=I Uab=Uab,即,1.4.3 实际电源两种模型的等效变换,46,等效互换公式,则,47,48,等效变换的注意事项,49,注意转换前后 Us与 Is 的方向,(2),50,（不存在）,(4)进行电路计算时，恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均可等效变换。RO和 RO不一定是电源内阻。,51,如图所示电路,求电流I.,52,(接上页),R1,R3,Is,R2,R5,R4,I3,I1,I,53,(接上页),IS,R5,R4,I,R1/R2/

15、R3,I1+I3,54,1.5 基尔霍夫定律,1.5.1 述语,55,1 支路：电路中至少有一个电路元件且通过同一电流的路径称为支路，图中共有5条支路，分别是ab、bd、cd、ac、ad。bc之间没有元件，不是支路。2节点：电路中三条或三条以上支路的连接点称为节点。图中共有3个节点，分别是节点a、节点b和节点d。因为bc不是一条支路，所以b、c实际上是一个节点。3.回路：电路中的任一闭合路径称为回路。图中共有7条回路，分别是abda、bcdb、abca、abcda、acbda、acdba、acda。4.网孔：电路中无其他支路穿过的回路称为网孔。图中共有3个网孔，分别是abda、bcdb、abc

16、a。,56,1.5.2 基尔霍夫电流定律KCL,基尔霍夫电流定律（KCL）指出：对于电路中的任一节点，任一瞬时流入（或流出）该节点电流的代数和为零。我们可以选择电流流入时为正，流出时为负；或流出时为正，流入时为负。电流的这一性质也称为电流连续性原理，是电荷守恒的体现。KCL用公式表示为,由此也可将KCL理解为流入某节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。,57,假设电流流入为正，流出为负，列出节点的电流方程。,对于节点a有 I1+I2-I4=0 或 I1+I2=I4对于节点b有 I4+I5-I2-I3=0 或 I4+I5=I2+I3,58,电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。,I1+I2=I

17、3,I=0,I=?,59,1.5.2 基尔霍夫电压定律KVL,基尔霍夫电压定律(KVL)指出：对于电路中的任一回路，任一瞬时沿该回路绕行一周，则组成该回路元件的各段电压的代数和恒等于零。可任意选择顺时针或逆时针的回路绕行方向，各段电压的正、负与绕行方向有关。一般规定当元件电压的方向与所选的回路绕行方向一致时为正，反之为负。KVL用公式表示为,60,对于回路1，电压数值方程,20I1+10I3-20=0对于回路2，电压数值方程为 25I2+10I3-40=0上式也可写成 25I2+10I3=40,KVL不仅适用于闭合电路，也可推广到开口电路,左侧开口电路的电压数值方程为 U=-4I+10 右侧开

18、口电路的电压数值方程为 U=2I+4,61,如图所示,求：I1、I2、I3,1,+,+,-,-,3V,4V,1,+,-,5V,I1,I2,I3,解,62,试计算如图 所示电路中各元件的功率,63,解 为计算功率,先计算电流、电压。元件 1 与元件 2 串联,idb=iba=10A,元件 1 发出功率。,元件 2 接受功率,元件 3 与元件 4 串联,idc=ica=-5A,元件 3 发出功率:P3=5(-5）=-25W,即接受25W。,取回路cabdc,应用KVL,有 uca2+105=0得uca=-3V,64,元件 4 接受功率P4=（-3）（-5）=15W取节点a,应用KCL,有 iad1

19、0(-5)=0得 iad=5A取回路adba,应用KVL,有 uad10得 uad元件接受功率W根据功率平衡:100=20+25+15+40,证明计算无误。,65,1.6 复杂电路的分析与计算,1.6.1 支路电流法,（1）在电路图中选定各支路（m个）电流的参考方向,设出各支路电流。（2）对n独立节点列出(n-1)个KCL方程。（3）通常取网孔列写KVL方程,设定各网孔绕行方向,列出m-(n-1)个KVL方程。（4）联立求解上述m个独立方程,便得出待求的各支路电流,支路电流法的解题步骤：,66,如图所示电路，用支路电流法计算各支路电流。,67,解（1）假定每一条支路电流的参考方向，并用箭头标在

20、电路图上，如图中的I1、I2、I3。电路中有三条支路（即m=3），两个节点（即n=2）。,（2）电路中有两个节点，独立的节点电流方程个数为n-1=2-1=1个，任选一个节点，列出电流方程 I1I2I3（1）（3）前面已按KCL列出了一个独立方程，因此只需选m-1=3-1=2个回路，应用KVL列出两个独立的方程式求解。这里选择回路1和回路2，绕行方向如图中所示，可列出以下两个方程 10I130+5I2-10=0（2）15I3355I2+30=0（3）求解上述三个联立方程式，得 I1=3A，I2=2A，I3=1A,68,关于独立方程式的讨论,问题：用基尔霍夫电流定律或电压定律列方程 时，究竟可以列

21、出多少个独立的方程？,讨论,69,70,设：电路中有n个结点，m个支路,n=2、m=3,结论,71,如图所示电路中,Us1=130V、R1=1为直流发电机的模型,电阻负载R3=24,Us2=117V、R2=0.6为蓄电池组的模型。试求各支路电流和各元件的功率。,72,代入数数可解得I1=10A,I2=-5A,I3=5A。,解 以支路电流为变量,并假定各支路电流的参考方向。,对节点a列写KCL方程,按顺时针方向绕行,对左面的网孔列写KVL方程:,按顺时针方向绕行对右面的网孔列写KVL方程:,（1）,（2）,（3）,73,I2为负值,表明它的实际方向与所选参考方向相反,这个电池组在充电时是负载。U

22、s1发出的功率为Ps1=13010=1300WUs2发出的功率为Ps2=117（-5）=-585W即Us2接受功率585W。各电阻接受的功率为,功率平衡,表明计算正确。,74,1.6.2 戴维宁定理,戴维南定理指出:含独立源的线性二端电阻网络,对其外部而言,都可以用电压源和电阻串联组合等效代替;(1)该电压源的电压等于网络的开路电压,(2)该电阻等于网络内部所有独立源作用为零情况下的网络的等效电阻。,75,等效电压源的内阻等于有源二端网络相应无源二端网络的输入电阻。（有源网络变无源网络的原则是：电压源短路，电流源断路）,等效电压源的电压（Uoc）等于有源二端网络的开端电压；,有源二端网络,R,

23、A,B,Uoc,R0,+,_,R,A,B,76,已知：R1=20、R2=30 R3=30、R4=20 Us=10V求：当 R5=10 时，I5=?,等效电路,77,第一步：求开端电压Uoc,第二步：求输入电阻 Ro,78,79,第三步：求未知电流 I5,时,80,求：U=?,4,4,50,5,33,A,B,1A,RL,+,_,8V,_,+,10V,C,D,E,U,81,第一步：求开端电压Uoc。,_,+,4,4,50,A,B,+,_,8V,10V,C,D,E,Uoc,1A,5,82,第二步：求输入电阻 Ro。,4,4,50,5,A,B,1A,+,_,8V,_,+,10V,C,D,E,Uoc,83,等效电路,84,第三步：求解未知电压。,85,求图示电路的戴维南等效电路.,86,解,87,然后求等效电阻Ro,其中,先求开路电压Uoc(如上图所示),