第1电路的基本定律与基本分析方法.pptx

1.理理解解电电路路模模型型及及理理想想电电路路元元件件（电电阻阻、电电感感、电容、电压源和电流源）的电压电容、电压源和电流源）的电压电流关系电流关系2.理解电压、电流参考方向的意义。理解电压、电流参考方向的意义。3.理解实际电源的两种模型及其等效变换。理解实际电源的两种模型及其等效变换。4.理理解解基基尔尔霍霍夫夫定定律律。掌掌握握用用支支路路电电流流法法、弥弥尔尔曼曼定定理理、叠叠加加原原理理和和戴戴维维宁宁定定理理分分析析电电路路的方法。的方法。5.理解电功率和额定值的意义。理解电功率和额定值的意义。本章基本要求：本章基本要求：第第1页页/共共242页页本章主要内容本章主要内容 基本概念 基本定律及应用 基本分析方法第第2页页/共共242页页1 电路的组成及作用2 电路中的基本物理量及参考方向3 电路元件及电路模型4 电路的工作状态基本概念第第3页页/共共242页页基本定律及应用1 基尔霍夫定律2 电路中电位的计算第第4页页/共共242页页基本分析方法1 电源的等效变换法2 支路电流法3 弥尔曼定理4 叠加原理5 戴维宁定理(等效电源定理)第第5页页/共共242页页1.1 电路的组成及作用 电路指的是由一些电气设备或器件组成的以备电流流过的通路。或者说：由若干电气装置与器件为了某种需要按一定方式组合而成的电流的通路称为电路。电路的结构将依它所完成的任务不同而不同，可以简单到由几个元件构成，也可以复杂到由上千个甚至数万个元件构成。第第6页页/共共242页页电源电源负载负载中间环节中间环节信号源信号源蓄电池对白炽灯供电(图1-1)热电偶测温(图1-2)其它：其它：开关、熔断器、电表等。其它形式的能量转换为电能电能转换为其它形式的能量1.1.1电路的组成第第7页页/共共242页页电源电源 负载负载 中间环节中间环节电源（或信号源）：是供应电能的设备。如干电池、蓄电池、发电机或其它设备负载：是取用电能的设备，把电能转化为其它形式的能量，如灯泡、电动机中间环节：是连接电源和负载的部分，可以是开关、导线、控制环节、放大器、传输线和变换环节等。第第8页页/共共242页页1.实现电能的传输与转换电力系统的电路 发电机 升压变压器 降压变压器 电灯电动机 电炉输电线图1.3 电力系统示意图2.实现信号的传递与处理电子信号电路如图1.2 热电偶测温电路1.1.2电路的作用 一般而言，第二类电路中也伴随着 能量的传输和转换，但数量及能耗相对较小。第第9页页/共共242页页1.2 电路中的基本物理量及参考方向1.2.1电路的基本物理量与参考方向1.2.2电压与电流参考方向之间电压与电流参考方向之间的关系的关系1.2.3电路中各物理量的计算第第10页页/共共242页页1.2.1电路的基本物理量 与参考方向电流电压与电动势电功率第第11页页/共共242页页电流电流有两个涵义电流的单位电流的真实方向和正方向第第12页页/共共242页页电流有两个涵义第一:电流表示一种物理现象第二:电流的大小用电流强度表示 电荷有规则的运动就形成电流电荷有规则的运动就形成电流.通常在金属导体内部的电流是通常在金属导体内部的电流是由自由电子在电场力作用下运动而形成的。而在电解液中（如蓄由自由电子在电场力作用下运动而形成的。而在电解液中（如蓄电池），或者被电离后的气体导电过程中，电流是由正、负离子电池），或者被电离后的气体导电过程中，电流是由正、负离子在电场力作用下，沿着相反方向的运动而形成的。负电荷的运动在电场力作用下，沿着相反方向的运动而形成的。负电荷的运动效果与等量的正电荷在相反方向上的运动效果是相同的。效果与等量的正电荷在相反方向上的运动效果是相同的。电流强度是指在单位时间内通过导体横截面的电荷量。电流强度是指在单位时间内通过导体横截面的电荷量。第第13页页/共共242页页 如果电流的大小和方向都不随时间变化，则称为直流电流如果电流的大小和方向都不随时间变化，则称为直流电流(direct current(direct current，简写为，简写为DC)DC)，用大写字母用大写字母I I表示表示。如果电流的大小和方向都随时间变化、则称为交流电流如果电流的大小和方向都随时间变化、则称为交流电流(alternating current(alternating current，简写为，简写为AC)AC)，用小写字母，用小写字母i表示表示 。电流强度平时多简称电流，所以，电流又代电流强度平时多简称电流，所以，电流又代表了一个物理量。表了一个物理量。第第14页页/共共242页页电流的单位 电流的单位是安培（库仑/秒），简称安，用A表示。比安培小的单位是毫安和微安。三者的关系是：1mA（毫安）=10-3A 1A（微安）=10-6A第第15页页/共共242页页电流的真实方向和正方向 电流的规则运动形成了电流，所以电流就应该有方向，习惯上，是把正电荷运动的方向作为电流的方向。而电子运动的方向与等量正电荷的运动的效果相同，方向相反。第第16页页/共共242页页 在实际电路的任何一段导体中，电流的真实方向都有两种在实际电路的任何一段导体中，电流的真实方向都有两种可能。可能。所谓正方向就是在一段电路里，在电流两种可能所谓正方向就是在一段电路里，在电流两种可能的实际方向中，任意选择一个作为标准（参考）。的实际方向中，任意选择一个作为标准（参考）。当当实际方向与参考方向一致，为正；相反，为负。实际方向与参考方向一致，为正；相反，为负。在很多时候，我们不一定能知道电流的实际方向究竟是怎在很多时候，我们不一定能知道电流的实际方向究竟是怎么样的，所以，根据分析与计算电路的需要，我们引入了参考么样的，所以，根据分析与计算电路的需要，我们引入了参考方向（正方向）的概念。方向（正方向）的概念。ABIABIABIABI第第17页页/共共242页页注意注意电流的真实（实际）方向是一种客观存在，不能任电流的真实（实际）方向是一种客观存在，不能任意选择。电流的正方向是分析计算电路的一种方法意选择。电流的正方向是分析计算电路的一种方法和手段和手段用来确定真实（实际）方向的方法和手用来确定真实（实际）方向的方法和手段。电流的正方向是我们事先规定的分析问题的标段。电流的正方向是我们事先规定的分析问题的标准，它是可以任意选择的。准，它是可以任意选择的。一个直流电路确定后，电路中各部分的真实方向也一个直流电路确定后，电路中各部分的真实方向也就完全确定了，它不受正方向的影响。但是，在规就完全确定了，它不受正方向的影响。但是，在规定了正方向以后，电流就是一个代数量，可正、可定了正方向以后，电流就是一个代数量，可正、可负。负。电流的正负是相对于某一个确定的正方向电流的正负是相对于某一个确定的正方向而言的。即当电路中电流的正方向确定了，则电流而言的。即当电路中电流的正方向确定了，则电流的正负也就确定了。的正负也就确定了。再今后的电路中，所标注的电流方向一般都是正方再今后的电路中，所标注的电流方向一般都是正方向，如果不是需作特殊说明。向，如果不是需作特殊说明。第第18页页/共共242页页电压与电动势电压与电位电压与电位电动势电动势电压与电动势的关系电压与电动势的关系第第19页页/共共242页页电压与电位电压的概念电压的概念电压的单位电压的单位电位的概念电位的概念电压的正方向电压的正方向电压与电位的关系电压与电位的关系第第20页页/共共242页页电压的概念 电荷在电场力作用下形成电流，在这个过电荷在电场力作用下形成电流，在这个过程中电场力推动电荷运动做功，电压就是表示程中电场力推动电荷运动做功，电压就是表示电场力移动电荷做功的能力的物理量。电场力移动电荷做功的能力的物理量。电路通电之后，可以电路通电之后，可以近似看着是限定在一定空近似看着是限定在一定空间之内的电场，如图：电间之内的电场，如图：电荷荷dq从从A点运动到点运动到B点所点所做的功是做的功是dw，则，则A点与点与B点之间的电压为：点之间的电压为：即：在数值上，即：在数值上，A、B两点间的电压就是两点间的电压就是电场力把单位正电电场力把单位正电荷从荷从A点移动到点移动到B点点所做的功。所做的功。第第21页页/共共242页页电压的单位电压的单位电压的单位用伏特（电压的单位用伏特（V）表示：）表示：1（V）伏特）伏特=1（J）焦耳）焦耳/1（C）库仑）库仑对直流电压：第第22页页/共共242页页电位的概念电位的概念电位是表示电场中某一点性质的物理量，而电位是表示电场中某一点性质的物理量，而且是相对于确定的参考点而言的。且是相对于确定的参考点而言的。定义：电场中某点定义：电场中某点A的电位在数值上等于电场的电位在数值上等于电场力将单位正电荷从力将单位正电荷从A点沿任意路径移动到参考点沿任意路径移动到参考点所做的功。点所做的功。注意：注意：1、电位是一个相对的物理量，不确定参考点，、电位是一个相对的物理量，不确定参考点，讨论电位就没有意义；讨论电位就没有意义；2、在同一电路中，当选定不同的参考点时，、在同一电路中，当选定不同的参考点时，同一点的电位是不同的。同一点的电位是不同的。第第23页页/共共242页页电压的正方向电压的正方向电压的正方向又叫电压的极性电压的正方向又叫电压的极性规定电路中电压的真实方向是由高电位指向低规定电路中电压的真实方向是由高电位指向低电位的方向，即：电场力移动单位正电荷做正电位的方向，即：电场力移动单位正电荷做正功的方向。功的方向。和电流一样，在分析计算电路的时候电压也需和电流一样，在分析计算电路的时候电压也需要一个正方向。其选择方法和电流的正方向一要一个正方向。其选择方法和电流的正方向一样，当选定正方向以后，电压的值也有了正负样，当选定正方向以后，电压的值也有了正负之分，当正方向与实际方向一致，为正；反之，之分，当正方向与实际方向一致，为正；反之，为负。为负。第第24页页/共共242页页电压的表示方法电压的表示方法1.直接写成直接写成UAB2.用箭头表示用箭头表示UAB3.用正负号表示用正负号表示UAB说明说明1:这三种表示方法所代表的意义相同这三种表示方法所代表的意义相同,可以可以互相通用互相通用,实际使用时可以任选一种实际使用时可以任选一种.说明说明2:同一段电路的电压相对于不同的正方向同一段电路的电压相对于不同的正方向可能是正值可能是正值,也可能是负值也可能是负值.第第25页页/共共242页页电压与电位的关系电压与电位的关系相同点相同点:它们都反映了电场力移动单位正电荷它们都反映了电场力移动单位正电荷做功的物理性质做功的物理性质.区别区别:1、电路中某点的电位就是该点到参考点之间的、电路中某点的电位就是该点到参考点之间的电压。电压。2、电路中某两点之间的电压就等于这两点的电、电路中某两点之间的电压就等于这两点的电位之差。所以，电压通常又称为电位差。位之差。所以，电压通常又称为电位差。3、电路中某点电位的大小与参考点的选择有关，、电路中某点电位的大小与参考点的选择有关，但任意电压的值与参考点的选择无关。但任意电压的值与参考点的选择无关。第第26页页/共共242页页电动势电动势的概念电动势的正方向第第27页页/共共242页页电动势的概念电动势的概念电动势是表示电源性质的物理量。电动势是表示电源性质的物理量。电动势表征了电源内部的非电场力电动势表征了电源内部的非电场力移动单位正电荷做功的能力，或者移动单位正电荷做功的能力，或者说，电源将其他形式的能量转变成说，电源将其他形式的能量转变成电能的能力。电能的能力。电动势在数值上等于非电场力将单电动势在数值上等于非电场力将单位正电荷从电源负极经电源内部移位正电荷从电源负极经电源内部移动到电源正极时所做的功。动到电源正极时所做的功。第第28页页/共共242页页电动势的单位也为伏特电动势的单位也为伏特电动势的符号电动势的符号直流电动势直流电动势交流电动势交流电动势第第29页页/共共242页页电动势的正方向及表示方法电动势的正方向及表示方法因为电动势的作用是使正电荷自低电因为电动势的作用是使正电荷自低电位点移动到高电位点，使正电荷的电位点移动到高电位点，使正电荷的电位能增加，所以规定电动势的真实方位能增加，所以规定电动势的真实方向是电位升高的方向，刚好与电压的向是电位升高的方向，刚好与电压的真实方向相反。真实方向相反。和电压一样，电动势也有正方向。在和电压一样，电动势也有正方向。在规定的正方向下，电动势也是一个代规定的正方向下，电动势也是一个代数量。数量。电动势的真实方向与正方向相同为正，电动势的真实方向与正方向相同为正，反之，为负。反之，为负。第第30页页/共共242页页电动势的正方向及表示方法电动势的电动势的真实方向真实方向电动势的电动势的正方向正方向第第31页页/共共242页页电压与电动势的关系电压与电动势的关系电压与电动势是两个不同的概念，电压与电动势是两个不同的概念，但是都可以用来表示电源正、负极但是都可以用来表示电源正、负极之间的电位差。之间的电位差。当同一电源用电压表示和电动势表当同一电源用电压表示和电动势表示的数值量都为正（或负）时，称示的数值量都为正（或负）时，称电压与电动势正方向关联一致，简电压与电动势正方向关联一致，简称正方向一致。称正方向一致。第第32页页/共共242页页电动势与电动势与电压的关电压的关系系电动势与电压的正方向一致电动势与电压的正方向一致电动势与电压的正方向不一致电动势与电压的正方向不一致第第33页页/共共242页页电功率使用电路的目的就是为了进行电能使用电路的目的就是为了进行电能与其他形式的能量之间的转换，所以，与其他形式的能量之间的转换，所以，在电路分析中经常会用到电功率这个概在电路分析中经常会用到电功率这个概念，简称功率念，简称功率功率的概念功率的概念功率的单位功率的单位电功（电能）电功（电能）第第34页页/共共242页页功率的概念功率的概念根据电压的定义可知：根据电压的定义可知：定义：功率是表征电路中能量变换的速度的物理量。其值等于单位时间内电场力所做的功。第第35页页/共共242页页功率的单位功率的单位 如果电压的单位是伏特，电流的单位是安如果电压的单位是伏特，电流的单位是安培，则功率的单位就是瓦特，简称瓦（培，则功率的单位就是瓦特，简称瓦（W）。）。1瓦特的功率等于每秒消耗（或产生）瓦特的功率等于每秒消耗（或产生）1焦焦耳的功。耳的功。1瓦特的功率等于每秒消耗（或产生）瓦特的功率等于每秒消耗（或产生）1焦焦耳的功。耳的功。比瓦特大的单位是千瓦（比瓦特大的单位是千瓦（kW），小的单位），小的单位是毫瓦（是毫瓦（mW）。）。1kW=103W 1mW=10-3W第第36页页/共共242页页电功（电能）电功（电能）除了电功率以外，有时我们也需要计算一除了电功率以外，有时我们也需要计算一段时间内电路所消耗（或产生）的电功（电能）段时间内电路所消耗（或产生）的电功（电能），用，用W表示。表示。电功（电能）的单位是焦耳。也可以是电功（电能）的单位是焦耳。也可以是 度度=千瓦小时千瓦小时第第37页页/共共242页页电压与电流的正方向之间的关系电压与电流的正方向之间的关系 电压和电流是我们分析电路的最基本的物理量，这是因为电源电动势可以用端电压完全代替，而功率的大小和正负也完全取决于电压和电流的大小和方向。1.电压与电流的关联正方向电压与电流的关联正方向2.功率的正负功率的正负第第38页页/共共242页页 因为电压的方向就是电位降低的方向（即：电场力移动正电荷作功的方向也就是电流流动的方向），所以，电压和电流的正方向都与正电荷移动的方向一电压和电流的正方向都与正电荷移动的方向一致。致。因此，我们称电压和电流的参考方向为关联参考方向。+-I元件U电压与电流的关联正方向1.电压与电流的关联正方向电压与电流的关联正方向第第39页页/共共242页页 为分析方便我们一般都采用关联的正方向：为分析方便我们一般都采用关联的正方向：即在同一段电路中电压和电流的正方向相同，即即在同一段电路中电压和电流的正方向相同，即电流的正方向是从电压的正方向表示的高电位端电流的正方向是从电压的正方向表示的高电位端流向低电位端的。流向低电位端的。U I方向关联方向关联U I方向非关联方向非关联第第40页页/共共242页页 本教材在求解和分析电路时，本教材在求解和分析电路时，如未作特殊声明均采用关联正方如未作特殊声明均采用关联正方向向第第41页页/共共242页页2.功率的正负功率的正负 对于一段电路而言，其功率的计算公式是对于一段电路而言，其功率的计算公式是P=UI 而因为电流和电压都可能有正有负，所以，而因为电流和电压都可能有正有负，所以，功率的值也是有正有负的。可见，一段电路的功率的值也是有正有负的。可见，一段电路的功率的正负值是与电压和电流的正方向有关的。功率的正负值是与电压和电流的正方向有关的。因为我们总是在电压与电流正方向关联的因为我们总是在电压与电流正方向关联的条件下分析电路，所以，在讨论功率的正负时，条件下分析电路，所以，在讨论功率的正负时，我们仍然在这个前提下进行。我们仍然在这个前提下进行。第第42页页/共共242页页以以U I的正方向分析的正方向分析P0 消耗功率消耗功率P0,则说明电流是在电场力的则说明电流是在电场力的作用下从高电位流向低电位作用下从高电位流向低电位,电场力做功消耗功率电场力做功消耗功率;反之反之,当算出当算出P0则方框中包含有电源则方框中包含有电源,将其他形式的能量转换成电能将其他形式的能量转换成电能,是向是向外电路发出功率。外电路发出功率。第第43页页/共共242页页电路中各物理量的计算电路中各物理量的计算通过例题分析电压、电流正通过例题分析电压、电流正负与正方向及功率性质的关系负与正方向及功率性质的关系第第44页页/共共242页页123456U2U3U5U6I6I5I4I3I2I1U1U4 例1：电路如图，各元件电压和电流的参考方向如图所示，且测得：I1=-4A，I2=6A，I3=10A，I4=1A，I5=8A，I6=3A，U1=140V，U2=-90V，U3=60V，U4=-80V，U5=30V，U6=60V。试标出图示电路中各电流电压的实际方向，计算各元件功率的大小，说明该元件是吸收还是发出功率。第第45页页/共共242页页123456U2U3U5U6I6I5I4I3I2I1U1U4发出：发出：P1，P2消耗：消耗：P3，P4P5，P6。第第46页页/共共242页页实际电路电路模型电路元件1.3电路元件及电路模型第第47页页/共共242页页实际电路第第48页页/共共242页页 上述实际电路的示意图画出了组成该电路的电气设备和器件(或称电路部件)的实物。在电力和电信工程上，通常按国家统一规定的各种电气设备和器件的符号绘制电路图。用电路部件符号绘制的电路图电路模型电路模型第第49页页/共共242页页电路元件电路元件 在电路理论上，为了表征电路部件的主要物理性质，以便进行定量分析，通常将电路部件的实体用它的模型来代替。电路部件的模型由一些具有典型物理性质的理想电路元件构成。基本理想电路元件有五种，即：电阻元件、电感元件，电容元件、理想电压源和理想电流源。第第50页页/共共242页页 在电路图中，五种基本的电路元件分别用图l8(a)、（b）、（c）、（d）、（e）所示符号表示。图l8电路元件图第第51页页/共共242页页电阻、电容、电感元件 的特性方程及参数 电阻元件电容元件电感元件例题分析第第52页页/共共242页页电阻元件电阻元件电阻元件的性质电阻元件的电压、电流关系 欧姆定律电阻元件的功率关系电阻元件的能量关系第第53页页/共共242页页电阻元件元件的性质 理想电阻元件只具有消耗电能这一理想电阻元件只具有消耗电能这一种电磁性质（电阻性）。常见的电阻元种电磁性质（电阻性）。常见的电阻元件如白炽灯、电炉等。件如白炽灯、电炉等。一段导体的电阻与该导体的长度和一段导体的电阻与该导体的长度和该导体的电阻率成正比与它的截面积成该导体的电阻率成正比与它的截面积成反比：反比：R电阻值电阻值 电阻率电阻率L导体长度导体长度S导体横截面积导体横截面积第第54页页/共共242页页 如果长度的单位是米，面积的单位是如果长度的单位是米，面积的单位是米米2，则电阻的单位是欧姆。所以，电阻率，则电阻的单位是欧姆。所以，电阻率的单位为：欧米。的单位为：欧米。比欧姆大的单位有千欧和兆欧。他们比欧姆大的单位有千欧和兆欧。他们之间的关系为：之间的关系为：电阻在电路中的表示符号为：电阻在电路中的表示符号为：R第第55页页/共共242页页电压、电流关系 欧姆定律 如果一段电阻的阻值为常数，则称为线性电阻，如果一段电阻的阻值为常数，则称为线性电阻，线性电阻遵循线性电阻遵循欧姆定律欧姆定律其端电压和流过的电流是其端电压和流过的电流是正比关系，比例常数叫做电阻正比关系，比例常数叫做电阻(符号为符号为R）。可见）。可见 R既既是这种元件的名称，又是表示其物理性质的电路参数，是这种元件的名称，又是表示其物理性质的电路参数，Riu+-0i/Au/V第第56页页/共共242页页 如果电阻元件的阻值不为常数，则如果电阻元件的阻值不为常数，则该电阻为非线性电阻，元件上的电压电该电阻为非线性电阻，元件上的电压电流关系用曲线或者函数表示。流关系用曲线或者函数表示。0i/Au/V第第57页页/共共242页页功率关系功率关系电阻元件所消耗电阻元件所消耗的功率为：的功率为：对直流而言，电压电流均用大写字母表示，对直流而言，电压电流均用大写字母表示，所以，所以，欧姆定律就为：欧姆定律就为：所消耗的功率为：所消耗的功率为：第第58页页/共共242页页能量关系能量关系电阻元件所消耗的能量为：电阻元件所消耗的能量为：对直流而言，所消耗的能量为：对直流而言，所消耗的能量为：由于能量是时间的函数，所以，分析由于能量是时间的函数，所以，分析时常用功率而不考虑能量的关系。时常用功率而不考虑能量的关系。第第59页页/共共242页页电容元件电容元件电容元件的性质电容元件的性质电容元件的电压电流关系电容元件的电压电流关系电容元件中的功率关系电容元件中的功率关系电容元件中的能量关系电容元件中的能量关系第第60页页/共共242页页 即：电容极板上的电量即：电容极板上的电量q与其上的电压与其上的电压u之间呈线性关系。之间呈线性关系。表示符号：表示符号：+-电容元件的性质电容元件的性质 理想电容元件就是只具有储存电场能理想电容元件就是只具有储存电场能量这样一种电磁性质（电容性）的电路元量这样一种电磁性质（电容性）的电路元件。如果电容元件参数为常数，且用件。如果电容元件参数为常数，且用C表表示，则它与电容器上所加电压的关系为：示，则它与电容器上所加电压的关系为：第第61页页/共共242页页电容的单位为：法拉，用电容的单位为：法拉，用F表示。表示。微法，用微法，用F表示。表示。皮法，用皮法，用 pF表示。表示。三者的关系为三者的关系为第第62页页/共共242页页电容元件的电压电流关系电容元件的电压电流关系由电流的定义可知由电流的定义可知所以所以+-在任意瞬时，流经电容的电流的大小在任意瞬时，流经电容的电流的大小与它两端的电压的变化率成正比。与它两端的电压的变化率成正比。第第63页页/共共242页页图中图中电容器充电电容器充电电容器放电电容器放电电容器对直流相当于开路电容器对直流相当于开路+-第第64页页/共共242页页 如果已知电容元件上的电流，则电如果已知电容元件上的电流，则电容电压的表达式为：容电压的表达式为：可见，电容电压在某一时刻的大小，可见，电容电压在某一时刻的大小，不仅与充电电流有关，而且与电容元件不仅与充电电流有关，而且与电容元件的初始电压有关。的初始电压有关。第第65页页/共共242页页电容元件中的功率关系电容元件中的功率关系 电容器吸收或者释放的瞬时电容器吸收或者释放的瞬时功率为：功率为：电容元件的瞬时功率与电压电容元件的瞬时功率与电压的变化率成正比。的变化率成正比。第第66页页/共共242页页电容元件中的能量关系电容元件中的能量关系 电容器储存或释放的电场能电容器储存或释放的电场能量为量为：电容器储存或释放的电场能量与电容器储存或释放的电场能量与其两端的电压的平方成正比。其两端的电压的平方成正比。第第67页页/共共242页页所以所以电容器储存能量电容器储存能量充电充电电容器释放能量电容器释放能量放电放电第第68页页/共共242页页电感元件电感元件电感元件的性质电感元件的性质电感元件的电压电流关系电感元件的电压电流关系电感元件中的功率关系电感元件中的功率关系电感元件中的能量关系电感元件中的能量关系第第69页页/共共242页页电感元件的性质电感元件的性质 理想的电感元件定义为只有储存磁场理想的电感元件定义为只有储存磁场能量这样一种电磁特性（电感性）的一个能量这样一种电磁特性（电感性）的一个元件。元件。由物理学己知由物理学己知，当有，当有电流通过线圈的电流通过线圈的时候，将在线圈中产生磁通时候，将在线圈中产生磁通，这个磁通这个磁通穿过每一匝线圈穿过每一匝线圈,并与之交链并与之交链,称为线圈的称为线圈的磁通链数磁通链数,简称磁链。设线圈为简称磁链。设线圈为N N匝匝,则线圈则线圈的总磁链数即是的总磁链数即是NN。如果。如果线圈中没有铁磁线圈中没有铁磁材料时材料时,通过电流的回路所包围的总磁链数通过电流的回路所包围的总磁链数与与该该电流成正比电流成正比 。第第70页页/共共242页页如图：如图：电感的表示符号为：电感的表示符号为：第第71页页/共共242页页电感的单位为：亨利，用电感的单位为：亨利，用H表示表示 小的有：毫亨，用小的有：毫亨，用 mH表示表示 二者的关系为二者的关系为 第第72页页/共共242页页电感元件的电压电流关系电感元件的电压电流关系 同时，我们也知道，当穿过每一匝线圈同时，我们也知道，当穿过每一匝线圈的磁通发生变化时，线圈中将产生感应电动的磁通发生变化时，线圈中将产生感应电动势，感应电动势的方向与磁通的方向符合右势，感应电动势的方向与磁通的方向符合右手螺旋法则。电动势的大小与磁通的变化率手螺旋法则。电动势的大小与磁通的变化率成正比，并且满足楞次定理：成正比，并且满足楞次定理：第第73页页/共共242页页第第74页页/共共242页页 如果已知电感元件上的电压，则电如果已知电感元件上的电压，则电感电流的表达式为：感电流的表达式为：可见，电感电流在某一时刻的大小，可见，电感电流在某一时刻的大小，不仅与元件端电压有关，而且与电感元不仅与元件端电压有关，而且与电感元件的初始电流有关。件的初始电流有关。第第75页页/共共242页页电感元件中的功率关系电感元件中的功率关系 电感元件吸收或者释放的瞬电感元件吸收或者释放的瞬时功率为：时功率为：电感元件的瞬时功率与电流电感元件的瞬时功率与电流的变化率成正比。的变化率成正比。第第76页页/共共242页页电感元件中的能量关系电感元件中的能量关系 电感元件储存或释放的电场能电感元件储存或释放的电场能量为：量为：电感元件储存或释放的电场能电感元件储存或释放的电场能量与电流的平方成正比。量与电流的平方成正比。第第77页页/共共242页页所以所以电感元件储存能量电感元件储存能量电感元件释放能量电感元件释放能量第第78页页/共共242页页例题分析例题分析 例：在图例：在图a电路中电容元件电路中电容元件C=0.25F，i（t）的波形如图）的波形如图b示，示，1.试求出试求出u（t）2.画出画出u（t）的波形。设）的波形。设（1）u（0）=0V；（；（2）u（0）=-1V+-图图a13t(s)t(s)i(A)i(A)21A0图图b第第79页页/共共242页页解解写出写出i（t）的表达式如下：）的表达式如下：13t(s)t(s)i(A)i(A)21A0图图b第第80页页/共共242页页（1）（2）第第81页页/共共242页页画出画出u（t）的波形如下：）的波形如下：t(s)t(s)u(t)Vu(t)V12334210-1-2第第82页页/共共242页页电路的工作状态电路的负载工作状态电路的负载工作状态电路的空载工作状态电路的空载工作状态电路的短路状态电路的短路状态第第83页页/共共242页页电路的负载工作状态电路的负载工作状态电路特点电路特点电压电流关系电压电流关系功率关系功率关系额定值额定值例题分析例题分析第第84页页/共共242页页电路特点电路特点开关闭合开关闭合 电源向外部电源向外部电路提供电能，电路提供电能，电流通过电阻电流通过电阻,电阻消耗电能。电阻消耗电能。这种状态称为负这种状态称为负载状态。载状态。-E EU UR R0 0R Rb ba ac c.K KI I负载工作状态负载工作状态第第85页页/共共242页页电压电流关系电压电流关系电路方程电路方程特性曲线特性曲线-E EU UR R0 0R Rb ba ac c.K KI I负载工作状态负载工作状态第第86页页/共共242页页 负载运行时负载运行时,由于内阻要消耗电能，由于内阻要消耗电能，电源端电压总是小于电动势。电源端电压总是小于电动势。由电路方程可见由电路方程可见第第87页页/共共242页页功率关系功率关系 如果将电压电流关系两端同如果将电压电流关系两端同时乘以时乘以I则可得：则可得：P=UI负载消耗功率负载消耗功率PE=IE电源产生的功率电源产生的功率P=I2R0内阻消耗的功率内阻消耗的功率第第88页页/共共242页页功率平衡关系。功率平衡关系。负载消耗的功率等于电源产生的功负载消耗的功率等于电源产生的功率减去内阻消耗的功率。率减去内阻消耗的功率。在此，我们看到了两个计算元件功在此，我们看到了两个计算元件功率的表达式：率的表达式：第第89页页/共共242页页E+-I IUR+-I I电动势与电流正方电动势与电流正方向关联发出功率向关联发出功率电压与电流正方向电压与电流正方向关联负载消耗功率关联负载消耗功率 但是，我们也知道，电压、电流和电动势的但是，我们也知道，电压、电流和电动势的正方向是假定的，如果假设的方向正好与实际方正方向是假定的，如果假设的方向正好与实际方向相反，则为负值。所以，如果我们对元件的性向相反，则为负值。所以，如果我们对元件的性质不了解的话，只看上述两个公式并不能确定元质不了解的话，只看上述两个公式并不能确定元件是电源还是负载，还必须结合计算结果才能判件是电源还是负载，还必须结合计算结果才能判断元件的性质。断元件的性质。第第90页页/共共242页页U+-I I 用电动势用电动势与电流正方向与电流正方向关联的公式关联的公式元件发出功率，元件发出功率，工作在电源状态工作在电源状态元件消耗功率，元件消耗功率，工作在负载状态工作在负载状态U+-I I 用电压与用电压与电流正方向关电流正方向关联的公式联的公式元件消耗功率，元件消耗功率，工作在负载状态工作在负载状态元件发出功率，元件发出功率，工作在电源状态工作在电源状态第第91页页/共共242页页U+-I 通常我们都通常我们都用用电压与电流正方向电压与电流正方向关联的公式关联的公式元件消耗功率，工作元件消耗功率，工作 在负载状态在负载状态元件发出功率，工作元件发出功率，工作在电源状态在电源状态第第92页页/共共242页页额定值额定值 在通常情况下，供电电源的电压都是在通常情况下，供电电源的电压都是给定的，所以，所带负载越大，则负载的给定的，所以，所带负载越大，则负载的电流也就越大。可见，电源输出的功率大电流也就越大。可见，电源输出的功率大小取决于负载的大小。小取决于负载的大小。额定值额定值制造厂家对产品规定制造厂家对产品规定的使用标准，按额定值使用电气产品的使用标准，按额定值使用电气产品能安全、可靠、经济、合理的工作，能安全、可靠、经济、合理的工作，并能保证一定的使用寿命。并能保证一定的使用寿命。第第93页页/共共242页页 任何一个电气设备或元件都有额任何一个电气设备或元件都有额定值，不同的设备或元件有自己特殊定值，不同的设备或元件有自己特殊的额定值，但所有的电气设备或元件的额定值，但所有的电气设备或元件都规定了额定电压、额定电流和额定都规定了额定电压、额定电流和额定功率。功率。电气设备的工作电流等于额定电电气设备的工作电流等于额定电流时称为额定工作状态，也称为满载；流时称为额定工作状态，也称为满载；低于额定电流的工作状态称为欠载或低于额定电流的工作状态称为欠载或轻载；高于额定工作电流的状态称为轻载；高于额定工作电流的状态称为过载。过载。第第94页页/共共242页页例题分析例题分析例例 练习与思考练习与思考IUaIUbIUcIUd图图a图图b电源电源负载负载图图d负载负载电源电源图图c第第95页页/共共242页页电路的空载工作状态电路的空载工作状态电路特点电路特点电压电流关系及功率关系电压电流关系及功率关系例题分析例题分析第第96页页/共共242页页电路特点电路特点 当开关当开关S S断开，断开，电路所处的状态就电路所处的状态就称为开路（空载）称为开路（空载）状态。状态。EUR0RbaSI 在开路状态下，电源输出电流为在开路状态下，电源输出电流为零。负载上的电压和电流都为零。零。负载上的电压和电流都为零。第第97页页/共共242页页电压电流关系及功率关系电压电流关系及功率关系 当开关当开关S S打开时打开时,电路电流为零电路电流为零,输出功输出功率为零，内阻压降也等干零率为零，内阻压降也等干零,故电源端电压故电源端电压等于电动势等于电动势,即即U=E,U=E,负载不消耗功率。负载不消耗功率。电源的开路电压等电源的开路电压等于电源电动势于电源电动势电路电流为零电路电流为零输出功率为零输出功率为零负载消耗功率为零负载消耗功率为零第第98页页/共共242页页例题分析例题分析例例 练习与思考练习与思考 某实际电压源的开路电压为某实际电压源的开路电压为UOC=10V，若，若外接负载电阻外接负载电阻R=4欧时，电源的端电压欧时，电源的端电压U=8V，试计算此电源的内阻试计算此电源的内阻R0及及E。E EU UOCOCR R0 0R Rb ba aS SI I解：解：因为，因为，UOC=10V所以所以，E=10V再由再由第第99页页/共共242页页得得第第100页页/共共242页页电路的短路状态电路的短路状态电路特点电路特点电压电流关系及功率关系电压电流关系及功率关系例题分析例题分析第第101页页/共共242页页电路特点 当电源两端当电源两端a（c）、）、b（d）因）因为某种原因而连接为某种原因而连接时，则称电源（或时，则称电源（或负载）被短路。负载）被短路。EUR0RbaIcd 可见：短路是一种严重的事故，应该尽量可见：短路是一种严重的事故，应该尽量避免。避免。第第102页页/共共242页页电压电流关系及功率关系 由于是短路事故，所以负载消耗功率为零，电源发出的功率全部消耗在内阻上，因为内阻通常很小，电源电压不变，所以短路电流很大。EUR0RbaIcd第第103页页/共共242页页 为了防止因为短路造成的电源和电气设备为了防止因为短路造成的电源和电气设备的损坏，通常在电路中接入熔断器或自动断路的损坏，通常在电路中接入熔断器或自动断路器，以便在万一发生短路的时候能迅速将故障器，以便在万一发生短路的时候能迅速将故障电路自动切断。电路自动切断。但是，有时但是，有时候也会因为某种候也会因为某种需要将某一断电需要将某一断电路短接或短路而路短接或短路而做实验的。做实验的。E EU UR R0 0R Rb ba aI IA AS S第第104页页/共共242页页例题分析例题分析例例开关扳至开关扳至1和和2为负载工作状态为负载工作状态开关扳至开关扳至3为短路工作状态为短路工作状态开关扳至开关扳至4为开路工作状态为开路工作状态 负载工作状态时，其输出的电流和功负载工作状态时，其输出的电流和功率随负载电阻的不同而不同。率随负载电阻的不同而不同。1234S S+-U US SR R0 0R R1 1R R2 2U U电电源源I I第第105页页/共共242页页基尔霍夫定律名词介绍名词介绍基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律KCL