电工学课件(哈工大)第一章

哈尔滨工业大学电工学教研室第 1 章电路的基本概念基本定律返回目录1.1电路的作用与组成部分1.2 电路模型1.3 电压和电流的参考方向1.4 欧姆定律1.5 电源有载工作、开路与短路1.6 基尔霍夫定律1.7 电路中电位的概念及计算1.1 电路的作用与组成部分1.1.1 电路的作用（1）电能的传输和转换（2）信号的传递和处理1.1.2 电路的组成（1）电源（2）负载（3）中间环节中间环节负载发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉电力系统电路示意图输电线放大器话筒扬声器扩音机电路示意图信号源（电源）1.2 电路模型电路元件的理想化在一定条件下突出元件主要的电磁性质，忽略其次要因素，把它近似地看作理想电路元件。

为什么电路元件要理想化?便于对实际电路进行分析和用数学描述，将实际元件理想化（或称模型化）。

手电筒的电路模型UI 开关E＋－R 0R干电池电珠1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的方向实际方向参考方向参考方向在分析计算时人为规定的方向。

物理量单位实际方向电流I A、kA、mA、μA正电荷移动的方向电动势E V、kV、mV、μV 电源驱动正电荷的方向电压U V、kV、mV、μV 电位降低的方向賫电流、电动势、电压的实际方向问题在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向，如何解决？解决方法(1) 在解题前任选某一个方向为参考方向（或称正方向）；(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；(3) 根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致；若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。

欧姆定律：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。

R IU £«U £­IU £½RI£«U £­IU £½£­RI£­U £«IU £½£­RI1.4 欧姆定律伏安特性线性电阻伏安特性非线性电阻伏安特性当电压和电流的参考方向一致时U=RI当电压和电流的参考方向相反时U=－RI注意:IUoIUo解R£«U6V£­I2A(a)£«U6V£­I£­2A(b)R R£­U£­6V£«I2A(c)R£­U6V£«I£­2A(d)36326326326=-===--=-==--=-====URIURIURIUR WWWW(a)(b)(c)(d)应用欧姆定律对下图的电路列出式子，并求电阻R例题1.1解a 点电位比b 点电位低12Vn 点电位比b 点电位低12-5=7Vm 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由欧姆定律得R ＝Unm ／I ＝5 WE1=5V +R U m -E2=3V-+-+I=-2Aa b mn 计算下图的电阻R 值，已知U ab ＝－12V 。

例题1.21.5.1 电源有载工作开关闭合ER 0+U -R I abd c 有载开关断开开路cd 短接短路1.5 电源有载工作、开路与短路1．电压和电流由欧姆定律可列上图的电流RR E I +=0负载电阻两端电压RIU =IR E U 0-=U E OI电源的外特性曲线当R 0＜＜R 时EU ≈由上两式得2.功率与功率平衡I U P ⋅=功率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:功率平衡：由U ＝E －R 0I 得UI ＝EI －R 0I 2P ＝P E －∆P电源输出的功率电源内阻上损耗功率电源产生W 为瓦[特]KW 为千瓦E 1-U 1+-U2+E 2+_R 01R 02+_+U _IµçÔ´¸ºÔØ解(1)电源U ＝E 1－∆U 1＝E 1－I 01E 1＝U ＋R 01I ＝220＋0.6×5=223V（2）负载U ＝E 2＋∆U 2＝E 2＋R 02IE 2＝U －R 02I ＝220－0.6×5R 01＝217V如图，U ＝220V ，I ＝5A ，内阻R 01＝R 02＝0.6W (1)求电源的电动势E 1和负载的反电动势E 2；(2)试说明功率的平衡例题1.3（2）由（1）中两式得E 1＝E 2＋R 01I ＋R 02I等号两边同乘以I 得E 1I ＝E 2I ＋R 01I 2＋R 02I 2223×5＝217×5＋0.6×52 ＋0.6×521115W=1085W ＋15W ＋15W E 2I ＝1085WR 01I 2＝15WR 02I 2＝15W负载取用功率电源产生的功率负载内阻损耗功率电源内阻损耗功率3. 电源与负载的判别分析电路时，如何判别哪个元件是电源？哪个是负载？U 和I 的参考方向与实际方向一致U 和I 的实际方向相反，电流从＋端流出，发出功率电源负载U 和I 的实际方向相同，电流从＋端流入，吸收功率I U ab+-IRU a bI RUa b当或当U和I两者的参考方向选得一致电源P＝UI＜0负载P＝UI＞0U和I两者的参考方向选得相反电源P＝UI＞0负载P＝UI＜0 4．额定值与实际值额定值是制造厂商为了使产品能在给定的条件下正常运行而规定的正常允许值注在使用电气设备或元件时，电压、电流、功率的实际值不一定等于它们的额定值解A273.022060===U P I W===806273.0220I U R 一个月的用电量W ＝Pt ＝60(W)×3×30 (h)来计算和或可用PU R I P R 22==已知：有一220V 60W 的电灯，接在220V 的电源上，求通过电灯的电流和电灯在220V 电压下工作时电阻如每晚用3小时，问一个月消耗电能多少？例题1.4解A105005．＝＝＝R P I 在使用时电压不得超过U ＝RI ＝500×0.1＝50V已知：有一额定值为5W 500W 的线绕电阻，问其额定电流？在使用时电压不得超过多大？例题1.51.5.2 电源开路E R0+U-R Ia b d c特征：I＝0U＝U0＝EP＝01.5.3 电源短路特征：U＝0I＝I S＝E／R0P E＝P＝R0I2P＝01.6 基尔霍夫定律用来描述电路中各部分电压或各部分电流的关系,包括基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律。

支路：电路中每一个分支结点：三条或三条以上支路相联接点回路：电路中一条或多条支路所组成的闭合电路注基尔霍夫电流定律应用于结点基尔霍夫电压定律应用于回路支路：ab 、ad 、…...（共6条）回路：abda 、bcdb 、…... （共7 个）结点：a 、b 、…...(共4个）I 3E3_+R 3R 6a b cd I 1I 2I 5I 6I 41.6.1 基尔霍夫电流定律E1I1E2U2I2I3R2R1R3abc d如图I1＋I2＝I3或I1＋I2－I3＝0即 I＝0在任一瞬时，流向某一结点的电流之和应该等于流出该结点的电流之和。

即在任一瞬时，一个结点上电流的代数和恒等于零。

解I 1I2I3I4由基尔霍夫电流定律可列出I1－I2＋I3－I4＝02－（－3）＋（－2）－I4＝0可得I4＝3A已知：如图所示，I1＝2A，I2＝－3A，I3＝－2A，试求I4。

例题1.61.6.2 基尔霍夫电压定律从回路中任意一点出发，沿顺时针方向或逆时针方向循行一周，则在这个方向上的电位升之和等于电位降之和. 或电压的代数和为0。

E1I1E2U2I2R2R1abc dU1++--U3U4U1＋U4＝U2＋U3U1－U2－U3＋U4＝0即 U＝0上式可改写为E1－E2－R1I1＋R2I2＝0或E1－E2＝R1I1－R1I1即∑E＝∑（RI）在电阻电路中，在任一回路循行方向上，回路中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和在这里电动势的参考方向与所选回路循行方向相反者，取正号，一致者则取负号。

电压与回路循行方向一致者，取正号，反之则取负号。

注基尔霍夫电压定律的推广：可应用于回路的部分电路+++-ABC--U ABU AU BE R+-+-U IU ＝U A －U B －U AB 或U AB ＝U A －U B E －U －RI ＝0或U ＝E －RI注列方程时，要先在电路图上标出电流、电压或电动势的参考方向。

++++----A CBD +-U AB U BCU CD U DA U CA解由基尔霍夫电压定律可得（1）U AB ＋U BC ＋U CD ＋U DA =0即U CD ＝2V（2）U AB ＋U BC ＋U CA ＝0即U CA ＝－1V已知：下图为一闭合电路，各支路的元件是任意的，但知U AB ＝5V ，U BC ＝－4V ，U DA ＝－3V 试求：（1）U CD ：（2）U CA 。

例题1.7U sI1I BR B I2E BU BE++--解应用基尔霍夫电压定律列出E B－R B I2－U BE＝0得I2＝0.315mAE B－R B I2－R1I1＋U S＝0得I1＝0.57mA应用基尔霍夫电流定律列出I2－I1－IB＝0如图：RB＝20K W，R1＝10K W，EB＝6V U S＝6V，U BE＝－0.3V试求电流IB，I2及I1。

例题1.8E 1=140V4A6A5206abc dE 2£½90V10A WW WU ab ＝6×10＝60VU ca ＝20×4＝80V U da ＝5×6＝30V U cb ＝140V U ＝90VE 1=140V4A 6A5206abcdE 2£½90V10A WW WV b －V a ＝U ba V b ＝－60V V c －V a ＝U ca V c ＝＋80V V d －V a ＝U da V d ＝＋30V1.7 电路中电位的概念及计算E 1=140V4A6A 5206abcdE 2＝90V10AWW WV a =U ab =＋60V V c =U cb =＋140V V d =U db =＋90V结论：（1）电路中某一点的电位等于该点与参考点（电位为零）之间的电压（2）参考点选得不同，电路中各点的电位值随着改变，但是任意两点间的电位差是不变的。