1电路和电路模型
电路与电路模型
第1 页
教 案
任课教师：
第2 页
教 案
〖学一学〗
第3 页
备课笔记
〖学一学〗
为了便于对实际电路分析，需要将实际电路元器件用能够代表其主要电磁特性的理想元件来表示，用理想电路元件组成的电路为实际电路的电路模型。
四、理想电路元件与电路模型
实际电路器件品种繁多，其电磁特性多元而复杂，采取模型化处理可获得有意义的分析效果。
理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性单一、确切，可定量分析和计算。
理想电路元件分有无源和有源两大类：
第四环节：【课堂总结 布置作业】
〖课堂总结〗
1、电路的概念和组成
2、电路的功能
3、理想电路元件的画法与电路模型的概念。
〖布置作业〗
举出几个实际电路，让学生根据所学的知识进行电路模型的识别，电路功能的分析，并画出实际电路的电路模型。
《电路和电路模型》课件
4. 能 量
P = u i = Li
>0
di
则 P > 0 吸收能量 电能 磁场能
dt
则 P < 0 放出能量
<0
磁场能
电能
* 它是一种储能元件 不消耗能量。
∫t
WL=
P dt
0
∫t
=
Li
0
di dt
dt
返回
1
WL=
Li2
2
能量是逐渐积累，不能突变。
∴电感中的电流不能突变。
* WL 与 i 2 成正比，与 u 无关，
中间环节 电 源
负载
US R0
S R
电路模型只反映实际电路的作用及其相互的连接方式，不反映实际电路的内部 结构、几何形状及相互位置。
返回
一、电流及其参考方向
1. 定义：
在电场的作用下，电荷有规则的定向移动形成电流，我们把单位时 间内通过导体横截面积的电荷量定义为电流强度。
i = dq/dt
大小和方向都随时间改变的叫交流
a
I
b
U
* 若求出的P > 0，说明元件在吸收功率，一定是负载；
求出的P < 0，说明元件在发出功率，一定是电源。
返回
例：在图示电路中 已知:U=-10V I=1A 问:(1) 电压与电流的实际方向如何?a b 两点
哪点电位高? (2)该元件的功率是多少?它是电源还是负载?
I实
a
U
U实
解:
I (1)U=-10V 则实际方向与参考方向相反 I=1A 实际方向与参考方向相同 由电压的实际方向知b点电位高 于a点电位 (2) P=-UI=-(-10)×1=10W P>0 吸收功率是负载
1-电路模型和电路定律
的参考点，并用符号“ ”表示。 2.电压:电路中，电场力将单位正电荷从某一点移到 另一点所作的功定义为该两点之间的电压，也称电位差 或电压降，用u或u(t)表示。单位是V(伏特，简称伏)。 同样分直流电压和交流电压。 dwAB W AB uAB uA uB U AB UA UB dq Q 常用的单位有MV、kV、mV、V。 3 3 -3 -6 1MV 10 kV 1kV 10 V 1mV 10 V 1V 10 V
§ 1.4 电阻元件
一. 电阻元件：是从实际电阻器抽象出来的模型，只 反映电阻器对电流呈现阻力的性能。 时变 线性电阻 时不变 1.电阻元件分类 非线性电阻 时变 时不变
线性时 不变电阻
线性时 变电阻
非线性时 不变电阻
非线性 时变电阻
2.线性电阻（线性时不变电阻）:元件上电压正比于 电流，该元件称为线性电阻。欧姆定律只适用于线性 电阻。 ① u(t ) Ri(t ) 只适用于线性电阻( R 为常数); ②如电阻上的电压与电流参考方向非关联， 欧姆定律 公式中应冠以负号。公式和参考方向必须 配套使用。u(t ) Ri(t ) 。 ③说明线性电阻是无记忆、双向性的元件。 电导:反映材料的导电能力。电阻、电导是从相反的 两个方面来表征同一材料特性。 u(t ) 1 i (t ) Gu(t ) G ,G称为电导。 R R 电阻R单位:欧(姆) ，符号: 。 电导G单位:西(门子) ，符号: S。
§ 1.3 电功率和能量
一.电功率 【单位:W瓦(特)】
二.电能 【单位:J焦(耳)】 t 交流 : w (t ) p( )d
dw dw dq u p i dq dt dt
dw dw dq p ui dt dq dt
电路模型和电路元件
图1-4 简单电路
图1-5 复杂电路
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
由此可见，在分析、计算电路时，电流的实际方向 很难预先判断出来，交流电路中的电流实际方向还在不 断地随时间而改变，很难也没有必要在电路图中标示其 实际方向。为了分析、计算的需要，引入了电流的参考 方向。
下面以辅助绕组串入电容的单相电动机为例，如图3-24所示。 辅助绕组WA与电容C串联后同主绕组WM并联，再接入电源。
电动机接通电源时，因辅助绕组电路为容性（电容量应足够大 ），故电流iA超前电源电压一定角度，而主绕组电路为感性，故电 流iM滞后电源电压一个角度。
只要电容器选择适当，就能使iM滞后iA90º。
电路组成三个基本环节：电源、负载和中间环节（导线、 开关）。
电源是将其它形式的能量转换为电能的装置，如发电机、
干电池、蓄电池等。
负载是取用电能的装置，通常也称为用电器，如白炽灯、
电炉、电视机、电动机等。
中间环节是传输、控制电能的装置，如连接导线、变压
器、开关、保护电器等。
如图1-1所示，干电池是电源，是把非电能转化为电能
图1-3 手电筒照明电路的电路模型
1.2 电路的基本物理量
1.2.1 电流及其参考方向
1.电流的基本概念
电路中电荷沿着导体的定向运动形成电流，其方向规定为正电荷流动 的方向(或负电荷流动的反方向)，其大小等于在单位时间内通过导体横 截面的电量，称为电流强度(简称电流)，用符号 或 表示，讨论一般电 流时可用符号 。
电路和电路模型
重庆科创职业学院授课方案（教案）课名：电路分析教师：许艳英班级：编写时间：课题：1.1 电路和电路模型教学目的及要求：了解电路的基本组成及各部分的作用，熟悉电路的功能及电路模型、集中参数电路的基本概念教学重点：电路模型的概念和理想电路元件的概念；教学难点：电路模型教学步骤及内容： 1.1 电路和电路模型旁批栏：1、电路的组成及其功能•电路的概念由实际元器件构成的电流的通路称为电路。
•电路的组成电路通常由电源、负载和中间环节三部分组成。
•电路的功能电路可以实现电能的传输、分配和转换。
电路可以实现电信号的传递、变换、存储和处理。
2、电路模型用抽象的理想电路元件及其组合，近似地代替实际的器件，从而构成了与实际电路相对应的电路模型。
•理想电路元件理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性单一、精确，可定量分析和计算。
•利用电路模型研究问题的特点1、电路模型是用来探讨存在于具有不同特性的、各种真实电路中共同规律的工具。
2、电路模型主要针对由理想电路元件构成的集总参数电路，集总参数电路中的元件上所发生的电磁过程都集中在元件内部进行，任何时刻从元件两端流入和流出的电流恒等、且元件端电压值确定。
因此电磁现象可以用数学方式来精确地分析和计算。
3、电路分析基本理论中运用电路模型，其主要任务就是在寻求实际电路共有的一般规律、探讨各种实际电路共同遵守的基本规律时带来方便。
旁批栏：旁批栏：（3）何谓理想电路元件？如何理解“理想”二字在实际电路中的含义？何谓电路模型？解析：理想电路元件是从实际电路器件中科学抽象出来的假想元件，由严格的定义来精确地加以阐述、理想电路元件是具有单一电磁特性的简单电路模型单元。
电路理论中研究的都是由理想元件构成的、与工程应用中的实际电路相对应的电路模型。
在实际的电路中，“理想”电路元件是不存在的。
白炽灯、电炉等设备，只所以在研究它们时可以把它们作为一个“理想”的电阻元件进行分析和研究，原因就是它们在实际电路中表现的主要电磁特性是耗能，其余电磁特性与耗能的电特性相比可以忽略；工频电路中的电感线圈只所以用一个电阻元件和一个电感元件的串联组合来表征，原因就是：在工频情况下，电感线圈的主要电磁特性就是线圈的耗能和储存磁场能量，其余电磁特性可以忽略。
1.1 什么是电路和电路模型
授课日期： 2012 年 2 月 17 日 第 1 周 星期 5 授课课题： 第一节 电路的组成及作用 授课时数 2 教学目标要求： 知识目标：（1）了解电路的两种功能。
（2） 掌握电路的三种状态。
（3）掌握电路的四个基本部分。
能力目标：了解电路的各部分的功能，学会看电路图并自己画电路图分析。
教学重点难点：电路的两种功能、电路的三种状态 电路图。
教学方法：多媒体教学 授课式 教学过程及内容： 引入日常生活中，我们见过的电路有哪些？它们是由些什么元器件组成的？能完成什么样功能？（由学生举例日常生活中常见的电路）这些是我们今天要学习的内容。
授新第一节 电路的组成及作用一、电路的基本组成 1．什么是电路电路是由各种元器件(或电工设备)按一定方式联接起来的总体，为电流的流通提供了路径。
2．电路的基本组成电路的基本组成包括以下四个部分：(1) 电源(供能元件)：为电路提供电能的设备和器件(如电池、发电机等)。
(2) 负载(耗能元件)：使用(消耗)电能的设备和器件(如灯泡等用电器)。
(3) 辅助元件：控制电路工作状态的器件或设备(如开关等)。
(4) 联接导线：将电器设备和元器件按一定方式联接起来(如各种铜、铝电缆线等)。
3．电路的状态(1) 通路(闭路)：电源与负载接通，电路中有电流通过，电气设备或元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转换。
(2) 开路(断路)：电路中没有电流通过，又称为空载状态。
(3)短路(捷路)：电源两端的导线直接相连接，输出电流过大对电源来说属于严重过载，如没有保护措施，电源或电器会被烧毁或发生火灾，所以通常要在电路或电气设备中安装熔断器、保险丝等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果。
二、电路的两种功率能简单的直流电路图1-2 手电筒的电路原理图 ● 第一种作用是对能量进行转换，传输和分配。
如发电机。
● 第二种作用是对信号进行传递，控制和“加工处理”。
如电视机。
三、电路模型和电路图由理想元件构成的电路叫做实际电路的电路模型，也叫做实际电路的电路原理图，简称为电路图。
第1章-电路模型和电路定律
1.6 电容元件 (capacitor)
1、电容器
++ ++ ++ ++ +q –--– –--– –q
线性定常电容元件：任何时刻，电容元件极板上的电 荷q与电压 u 成正比。
2、电路符号
C
3. 元件特性 i
与电容有关两个变量: C, q 对于线性电容，有： q =Cu
1.7 电感元件
1 、线性定常电感元件
iL
变量: 电流 i , 磁链
+
u
–
def ψ L
i
L 称为自感系数 L 的单位：亨（利） 符号：H (Henry）
2 、韦安（ ~i ）特性
0
i
3 、 电压、电流关系：
i
+–
ue –+
i , 右螺旋 e , 右螺旋 u , e 非关联 u , i 关联
交流： iS是确定的时间函数，如 iS=Imsint
(b) 电源两端电压是任意的，由外电路决定。
(3). 伏安特性
i
+
iS
u
_
u
IS
O
i
(a) 若iS= IS ，即直流电源，则其伏安特性为平行于电 压轴的直线，反映电流与 端电压无关。
(b) 若iS为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是 这样 电流为零的电流源，伏安曲线与 u 轴重合, 相当于开路元件
+ u
+ C
C
def
q
u
C 称为电容器的电容
–
–
电容 C 的单位：F (法) (Farad，法拉)
第1章 电路的基本概念与基本定律
1第1章电路的基本概念与基本定律1.11.1电路和电路模型电路和电路模型1.21.2电路中的基本物理量电路中的基本物理量 1.3 1.3 电阻电阻电阻、、电感电感、、电容元件 1.4 1.4 电压源和电流源电压源和电流源 1.5 1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律2实际电路是实际电路是为实现某种应用目的由若干电器设备或器件按一定方式用导线连接而成的电流通路成的电流通路。
实现电能的传输和转换 电力电路或强电电路实现信号的传递和处理 电子电路或弱电电路1.1 电路和电路模型一、电路的定义3负载电源电源（（或信号源或信号源）：）：）：提供电能提供电能提供电能（（或信号源或信号源））的部分的部分。
负载负载：：吸收或转换电能的部分吸收或转换电能的部分。
中间环节中间环节：：连接和控制它们的部分连接和控制它们的部分。
电路的组成中间环节4电路在工作时电路在工作时，，对电源来说对电源来说，，通常处于下列三种方式之一种方式之一：：负载负载、、空载和短路。
负载与电源接通负载与电源接通，，负载中有电流通过有电流通过，，负载电流的大小与负载电阻有关与负载电阻有关。
负载都是并联负载都是并联。
因此当负，负载电阻减小负载电阻减小，，负，即功率增大即功率增大。
一般所说的负载的大小一般所说的负载的大小，，指的是负载电流或功率的大小的是负载电流或功率的大小，，而不是指负载电阻的大小不是指负载电阻的大小。
负载工作方式：5空载开路这时电源两端的外电阻等于零，电源输出的电流仅由电源内阻限制限制，，此电流称为短路电流此电流称为短路电流。
6为了保证电器设备和器件为了保证电器设备和器件（（包括电线包括电线、、电缆电缆））可以安全、可靠和经济地工作可靠和经济地工作，，每种电器设备每种电器设备、、器件在设计时都对其规定了工作时允许的最大电流对其规定了工作时允许的最大电流、、最高电压和最大功率等参数值等参数值，，这些数值统称为额定值这些数值统称为额定值。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
i
R
Ro
实际电压源模型
1.4.2 独立电源
2.电压源的工作状态
电源 负载 负载 负载 负载
总结
1.参考方向
电流参考方向的两种表示方式
I A 电压参考方向的三种表示方式 U A UAB B IAB B
+
U
总结
2.关联参考方向
关联参考方向
A
+
非关联参考方向
A
－
i B
i B
u
－
u
+
P吸收= ui
P发出= -ui
P吸收= -ui
P发出= ui
电源(信号源)的电压或电流称为激励； 由激励所产生的电压和电流称为响应。
t
电压单位为伏特（V），电流单位为安培（A），则功
率单位为瓦特（W）。
2.电能量
w u( )i ( )d
t0
t
电压单位为伏特（V），电流单位为安培（A），则能量
单位为焦耳（J）。
1.2 电路变量
四、功率和电能量
p u(t )i (t )
<一> 在电压和电流为关联参考方向下 p>0，表示该元件吸收功率； p<0，表示该元件发出功率。 <二> 在电压和电流为非关联参考方向下 p>0，表示该元件发出功率； p<0，表示该元件吸收功率。
u--伏特（V），w--焦耳（J），q--库仑（C） 1KV=103 V 1mV=10-3 V 电压的实际方向：高电位指向低电位。
从高电位到低电位，称为“电压降”，
从低电位到高电位，称为“电压升”。
1.2 电路变量
2. 电压(降)的参考方向 电压的参考方向：人为假定的电压正极性。
+ +
实际方向
实际方向
《电工技术B》课程
1 电路模型和电路定律
中南大学
姜 霞
引言
问题一：电路在专业体系中的地位和作用？
问题二：电路模型的建立？
问题三：电压和电流的参考方向？
1.1 电路和电路模型
一、工程
对科学目的性的应用。
1.1 电路和电路模型
神州工程
1.1 电路和电路模型
海洋工程
1.1 电路和电路模型
新能源工程
1Hale Waihona Puke 4.1 电阻元件2.伏安特性
u
电阻以电压为纵(或横坐标)， 电流为横(或纵坐标)，画出的 电压和电流的关系曲线为该元 件的伏安特性曲线。
3.非线性时不变电阻
O
i
u
非线性电阻的阻值R不等于一个常数，即：
u Ri
O
i
1.4.1 电阻元件
电阻图片
碳膜电阻 线绕电阻 可变电阻 水泥电阻
压敏电阻
功率电阻
1.1 电路和电路模型
二、电路的地位与作用
电路是工程领域里第一门课程。
1.1 电路和电路模型
三、简化过程
原始数据
物理定律
元器件
系统
1.1 电路和电路模型
四、实际电路
由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电流的通路
。
功能
(a)能量的传输、分配与转换； (b)信息的传递、控制与处理。
共性
建立在同一电路理论基础上。
(2) 对无线电接收机的天线来说，如果接收到的信号频率 为 f=50 MHz，则:
周期: T = 1/f = 0.0210–6 s = 0.02 ns 波长: = 3×105 0.0210–6 = 6 m
因此，即使天线的长度只有0.1m，也不能把天线视为集总参数 元件，应作为分布参数电路处理。
开路处的电压应视电路情况而定
1.4.1 电阻元件
4.电路的基本状态
短路 当某一部分电路的两端用电 阻可以忽略不计的导线或开关 连接起来，使得该部分电路中 的电流全部被导线或开关所旁 路，这一部分电路所处的状态 称为短路或短接。 短路的特点： 短路处的电压等于零 短路处的电流应视电路情况而定
电源短路S1
+
U
（参考方向）
+
U
（参考方向）
U>0 例
10V + U1 10
U<0 U1 + 10
10V
U 1 10V
U 1 10V
1.2 电路变量
3. 电压参考方向的三种表示方式 (1) 用箭头表示：箭头指向为电压的参考方向; U
(2) 用双下标表示：如 UAB , 由A指向B的方向为电压 的参考方向。 U
例
已知电磁波的传播速度: v=3×105 km/s (1) 若我国电力系统的工作频率为 f =50 Hz，则: 周期: T = 1/f = 1/50 = 0.02 s 波长: = 3×105 0.02=6000 km
可见，对以此为工作频率的实验室设备来说，其尺寸远小于这 一波长时能满足集总化条件。而对于数量级为103km的远距离 输电线来说，则不满足集总化条件，应作为分布参数电路处理。
G为电导，单位为西门子（S）。 欧姆定律在非关联参考方向情况下
or i Gu
u
B
u Ri
1.4.1 电阻元件
1.电阻消耗的功率
电阻一般把吸收的电能转换成热能消耗掉。电阻消耗的 功率根据电压和电流是否关联进行定义。 <1> 在关联参考方向下 p=ui=i2R>0，吸收电能，说明电阻是一个无源元件。 <2> 在非关联参考方向下 p=ui= -i2R<0，吸收电能，同样说明电阻是一个无源元件。
AB
B A (3) 用正负极性表示：由正极指向负极的方向为电压 的参考方向;
+
U
1.2 电路变量
电压的测量:
1、实验和工程中采用电压表测量电压，电压表必须和被 测支路并联。
2、电压的参考方向由电压表接线方式决定 “+”接线柱指向“”接线柱。
若电压表串接电路 中，将开路，电路 无法正常工作。 + u _
1.4 电阻电路元件
理想电路元件 理想有源元件 理想无源元件
电 压 源
电 流 源
电 阻 元 件
电 容 元 件
电 感 元 件
1.4.1 电阻元件
一、线性时不变电阻（简称线性电阻，又简称电阻）
电阻符号为： +
A R i _ B
根据欧姆定律： u Ri
电阻R单位为欧姆（）。
i Gu
G1
R
R A i
贴片电阻
电炉
1.4.1 电阻元件
4.电路的基本状态
通路 当电源与负载接通，电路中有了 电流及能量的输送和转换。电路的这 一状态称为通路。
＋ E US － S I ＋ UL －
通路时，电源向负载输出电功率，电源这时的状态称为 有载或称电源处于负载状态。 各种电气设备在工作时，其电压、电流和功率都有一 定的限额，这些限额是用来表示它们的正常工作条件和工 作能力的，称为电气设备的额定值。
1.2 电路变量
一、电流和电流的参考方向
1.电流： q(t)
dq i dt
1μA=10-6A
电流 i （直流电流可记为 I）
电流 i--安培（A），电量q--库仑（C），t--秒（S） 1mA=10-3A
电流的实际方向：正电荷定向移动的方向。 i 的大小和方向不随时间变化的电流称为直流（DC） i 随时间作周期性变化且平均值为零的电流称为交流(AC)
i
3V u 2A 3V u 2A
i
u=3V （吸收功率） P1=3V*2A=6W
u= -3V （吸收功率） P1=( -3V)*2A= -6W
1.2 电路变量
如何判断电路元件是电源(发出功率)还是负载(吸收功率)？
按照电压和电流的实际方向判断： 若电流从电路元件的高电位流出，则该元件起电源作用； 否则起负载作用。 例:试判断各元件是电源还是负载。 图中U1= -1V，U2=-3V，U3=-1V，U4=1V，U5=2V， I1=4A，I5=-2A, I3=-2A
注意
② 具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一定条件 下可用同一电路模型表示。 ③ 同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路模型可 以有不同的形式。 例 电感线圈的电路模型
1.1 电路和电路模型
• 集总参数电路与分布参数电路
当实际电路的尺寸远小于其使用时的最高工作频率所对应的 波长时，可以无须考虑电磁量的空间分布，相应的电路元件 称为集总参数元件。由集总参数元件组成的电路，称为实际 电路的集总参数电路模型或简称为集总参数电路。描述电路 的方程一般是代数方程或常微分方程。 如果电路中的电磁量是时间和空间的函数，使得描述电路的 方程是以时间和空间为自变量的代数方程或偏微分方程，则 这样的电路模型称为分布参数电路。 一个实际电路要能用集总参数电路近似，要满足如下条 件：即实际电路的尺寸必须远小于电路工作频率下的电磁波 的波长:l << λ。 分析和计算中不作特殊说明的元件都是集总参数元件， 所对应的电路都是集总参数电路。
1.2 电路变量
例
a
b
已知直流电流的方向由a到b,大小为2A。问如何表示这一电流? 解 有两种表示法：
I 2A
I 2 A
b
a I
(a )
a I
(b)
b
参考方向与实际方向一致
参考方向与实际方向相反
1.2 电路变量
电流的测量
实验和工程中采用电流表测量电流，电流表必须串接 在被测电路中。
电流的参考方向由电流表接线方式决定“+”接线柱 指向“-”接线柱。
电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件。
电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件。