*郭四海郭四海E-mail: E-mail: guosihaiwhut.edu.cnguosihaiwhut.edu.cn联系电话：联系电话：1897130635218971306352秦曾煌秦曾煌 主编主编电工学电工学上下册，上下册，刘明刘明 主编新编电工学主编新编电工学( (电工技术电工技术) )题解题解Principles and ApplicationsPrinciples and Applications Of Of ElectricalElectrical Engineering Engineering Giorgio,RizzoniGiorgio,Rizzoni. . 参考书目参考书目上篇 电工技术电路理论 直流电路直流电路 交流电路交流电路 暂态电路暂态电路磁路理论 磁路磁路 变压器变压器 电磁铁电磁铁电机原理与控制 异步电动机的原理、异步电动机的原理、 特性、特性、 使用及控制使用及控制安全用电及工业测量安全用电及工业测量第第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1.11.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分1.21.2 电路模型电路模型1.31.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向1.41.4 欧姆定律欧姆定律1.51.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.61.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.71.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算本章要求本章要求: :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；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；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，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。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1.11.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分(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 (2)(2)实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理放 大 器扬声器话筒1. 1. 电路的作用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 或电路元件按一定方式组合而成。 发电机升压 变压器降压 变压器电灯 电动机 电炉 .输电线2. 2. 电路的电路的组成部分组成部分电源: 提供 电能的装置负载: 取用 电能的装置中间环节：传递、分 配和控制电能的作用发电机升压 变压器降压 变压器电灯 电动机 电炉 .输电线直流电源直流电源直流电源: 提供能源信号处理： 放大、调谐、检波等负载信号源: 提供信息2. 2.电路的电路的组成部分组成部分放 大 器扬声器话筒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。3. 3.电路的结构电路的结构 电路=电源+中间环节+负载 电力系统：(发电机)+(变压器、输电线)+(电炉、电动机) 扩音机：(话筒) + (放大器) + (扬声器) 结构模型：激励响应即寻找xo = f (xi) 的关系1. 21. 2 电路模型电路模型实际电路实际电路都是根据人们的需要将实际的电路元件或 器件搭接起来，以完成人们的预想要求。如发电机、变 压器、电动机、电阻器及电容器等但是，实际元器件的 电磁特性十分复杂。为了便于用数学方法分析电路,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相对应的 电路模型。由理想电路元件组成的电路就是电路的电路模型。电路模型。1. 21. 2 电路模型电路模型手电筒的实际电路例：手电筒例：手电筒手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。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 。导线开关电池手电筒的电路模型手电筒的电路模型R+RoES +UI电池导线灯泡开关电池是电源元件，其 参数为电动势 E 和内阻 Ro；灯泡主要具有消耗电能 的性质，是电阻元件，其 参数为电阻R；筒体用来连接电池和灯 泡，其电阻忽略不计，认 为是无电阻的理想导体。开关用来控制电路的通断 。今后分析的都是指电今后分析的都是指电 路模型，简称电路。在路模型，简称电路。在 电路图中，各种电路元电路图中，各种电路元 件都用规定的图形符号件都用规定的图形符号 表示。表示。1.31.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向电流 概念:电荷有规则的定向运动 大小:单位时间通过导体横截面 的电荷量 方向:正电荷移动的方向 单位:安培(A)毫安(mA) 微安(A) abSIabi =dq / dtI = q / t (直流)电流的正方向电流的正方向 习惯上规定正电荷的运动方向(或负电荷运动的 相反方向)为电流的正方向。电流的正方是客观 存在！ 在分析问题前，有时无法预知电流的实际方向 ；而交流电路的电流方向又时刻发生变化，也 无法指定其电流方向。 在分析电路时，一般先选定某一方向作为电流 的正方向称为参考方向参考方向 当所选电流正方向与实际电流正方向一致时， 所得电流的数值为正，反之为负。(2) (2) 参考方向的表示方法参考方向的表示方法电流：Uab 双下标电压：(1) (1) 参考方向参考方向IE+_在分析与计算电路时，对 电量任意假定的方向。Iab 双下标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 标abRI正负极性+ abUU+_实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值； 实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。实际方向与实际方向与参考方向的关系参考方向的关系注意：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 。abRIabRU+若 U = 5V，则电压的实际方向 从 a 指向 b；若 U= 5V，则电压的实际方向 从 b 指向 a 。电压电压 概念：电荷在导体中作定向运动时，一定要受到力的作用。如果这个力源是电场，则电荷运动就要消耗电场能量，或者说电场力对电荷作了功。为衡量电场力对电荷作功的能力，引入一新的物 理量电压电压 大小：a、b两点间电压 Uab 在数值上等于电场力把单位正电荷从a点移到b点所作的功。也就是单位正电荷在移动过程中所失去的电能。电压电压 方向方向：正电荷在电场的作用下，从高电位向低 电位移动。规定这时正电荷的的移动方向为电压 的正方向。 在分析电路之前，可以任意选择某一方向为电压 的参考方向。当实际电压方向与参考方向一致时 ，电压值为正，反之为负。 单位单位：伏特(V)千伏(kV) 毫伏(mV)如图为关联方向定义的电压和电流电压电压 关联方向 当a、b两点间所选择的电压参 考方向由a指向b时，也选择电流的参考方 向经电路由由a指向b，这种参考方向的定 义方式成为关联方向。 abIUabIU电动势l 正电荷从高电位a向低电位b移动，a端的正电荷逐渐减少会使其电位逐渐降低 。l 为维持导体中的电流能够连续不断地流 过，且应使得导体a、b两端的电压不致 丧失，就要将b端的正电荷移至a端。但电场力的作用方向恰好与此相反，因此 就必须要有另一种力去克服电场力而使 b端的正电荷移至a端。电源中必须具有 这种力电源力(非静电力)。IEabUab+_ab电源力 大小：电源电动势Eab的数值等于电源力把单位正 电荷从电源的低电位b端经电源内部移到电源高电 位b端所作的功，也就是单位正电荷从电源低电位 端移到高电位端多获得得能量。 方向：电动势的实际方向是由电源低电位端指向 电源高电位端。在分析问题时可设参考方向。 单位：电动势与电压的单位相同。为伏特(V) 标量性：电动势与电压和电流都是标量。电动势电动势例题+R0U=2.8VU =-2.8VI=0.28AI =-0.28A 如图所示E=3V 电动势为E=3V 方向由负极指向正极 电压为U=2.8V 由指向 电流为I=0.28A 由流向 其参考方向为关联方向。U 与 I 的参考方向选择亦 为关联方向的定义方式。而电压U 与电流 I 的参考方向为非关 联方向。电动势电动势1.41.4 欧姆定律U、I 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，RU+IRU+I表达式中有两套正负号： 式前的正负号由U、I 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方向之间的关系。通常取 U、I 参考方向相同。U = I R U U = = IRIR解：对图(a)有, U = IR例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图(b)有, U = IRRU 6V+2AR+U 6VI(a)(b)I2A 应用欧姆定律对如下各图列出表达式 ，并求出电阻值。UIR6V2A(a)UIR6V-2A(b)UIR-2A-6V(d)UIR(c)-6V2A例 对于(a)图UIR6V2A(a)UIR6V-2A(b) 对于(b)图UIR-2A-6V(d)UIR(c)-6V2A 对于(c)图 对于(d)图例 计算图中电阻R的值 ，已知Uab=-12VI= -2ARnmUnmE1=5VE2=3Vab解：a点电位比b点电位低12Vn点电位比b点电位低7V m点电位比b点电位高3V于是：n点电位比m 点电位低7+3=10V即 Unm =-10V电路端电压与电流的关系称为伏安特性。电路端电压与电流的关系称为伏安特性。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。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的概念：线性电阻的概念：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。1.5 电源有载工作、开路与短路 最简单的电路为直流电路，本节讨论电路的工 作状态、开路状态和短路状态，所讨论的内容 有电流、电压及功率等方面的特性。 本节讨论问题的理论依据是欧姆定律R0EUabR如图电路： E 为电源的电动势 U 为电源的端电压 R0 为电源的内阻 R 为电路负载电阻1.5 电源有载工作、开路与短路开关闭合,接通 电源 与负载负载端电压U = IR特征:1.5.1 1.5.1 电源有载工作电源有载工作IR0RE UI 电流的大小由负载决定。 在电源有内阻时，R0 U 。或 U = E IR0电源的外特性EUI0当当 R R0 0IN ，P PN ( (设备易损坏设备易损坏) )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) ) 1. 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。 例：灯泡：UN = 220V ，PN = 60W 电阻： RN = 100 ，PN =1 W 【思考与练习】 额定值为1W、100的碳膜电阻，在使用 时电流和电压不得超过多大值？l答：由功率P与电阻R的关系公式P = I2 R 或 P= U2/Rl可得：电流 I =P/R = (1/100)1/2=0.1Al同理：电压U =PR = (1100)1/2=10V 有一台直流发电机，其名牌上标有40kW、230V、174A 。试问：什么是发电机的空载运行、轻载运行、满载运 行和过载运行？负载的