电工学MOOC课程第5讲 电源及其模型
第5讲电源及其模型
主讲教师吴建强
理想电源及其分类
1. 理想电源
当一个实际电源可以忽略其本身的功率损耗，认为仅起产生电能作用时，这种电源便可以用理想电源来表示。
2. 分类
独立电源
理想电源
受控电源
独立电源：它所提供的电压或电流是不受外电路控制，是独立存在的。
受控电源：不能独立地为电路提供能量，在电路其它信号控制下可以
提供一定的电压或电流。
理想电压源：它能够提供一个恒定值的电压，且此电压不会随电路中电流的改变而改变，理想电压源也称恒压源。
O S
U U I S U I
L
R +
-
U (a) 理想电压源模型 (b) 理想电压源的外特性曲线
电源对外的电压、电流关系一般称电源的外特性。
凡是与恒压源并联的元件两端的电压都等于恒压源两端的电压。
1A5V1
理想电流源：它能够提供一个恒定值的电流，且电流不会随电路中电压的改变而改变，理想电流源也称恒流源。
(a) 理想电流源模型 (b) 理想电流源的外特性曲线 O U
I L
R +
-U S
I S I
凡是与恒流源串联的元件其电流都等于恒流源的电流。
1
1A
注意
不要把理想电流源与测量电流的电流表相混淆，从而认为理想电流源两端电压为零。
+ -
+ - 电源及其模型
S U S I 3V 2A S U S I 3V 2A 【例】 已知一个3V 的恒压源与一个2A 的恒流源接通，试计算图所示两种情况下，各电源的功率，并说明哪个电源发出功率？哪个电源吸收功率？
(a)
（b ） W 6W 23-=⨯-=-=S S U I U P W 6W 23=⨯==S S I I U P 恒压源发出功率
恒流源吸收功率
W
6W 23=⨯==S S U I U P W 6W 23-=⨯-=-=S S I I U P 恒压源吸收功率 恒流源发出功率。
电工电子技术模块5课件
1kA=10A 1mA=10A 1µA=10mA=10A
(3)电流的方向 电流的方向有实际方向和参考方向之分。 电流的实际方向是指正电荷运动的方向或负电荷运动的
在今后学习中，所分析的都是指电路模型，简称电 路。在电路图中，各种电路元件用规定的图形符号表示。
如常用的手电筒，其电路模型如下图所示，电路中灯 泡用电阻元件表示，其参数为电阻R，电池是电源元件， 其电动势可用E，电池与灯泡的连接还有筒体和开关，其 电阻微小忽略不计，认为是一个无电阻的理想导体。
电工电子技术(模块(5)课件
图1-2 手电筒电路模型
二、电路的主要物理量
1．电流
(1)电流的概念
带电粒子（电子）在电场力作用下有规则的定向移动就
形成电流。在金属导体中流动的电流是自由电子在电场力作
用下定向运动而形成的。人们把单位时间内通过某一导体横 截面的电荷量定义为电流强度(简称电流)，它是衡量电流强 弱的物理量。
如图1-3所示，设在极短的时间dt内，通过导体ab横截面
S的微小电荷量为dq，则电流为
i = dq
dt
式中的i表示随时间而变化的电流在某一瞬时的瞬时值。
如果电流不随时间变化，则dq/dt为一常数，这种电流称为
恒定电流，简称直流，常用大写字母I表示，即
I=
dq dt
=
Q t
电工电子技术(模块(5)课件
图1-3 导体中的电流
电工电子技术(模块(5)课件
(2)电流的单位 电流的国际单位单位是Biblioteka 培，简称安(A)。当1秒(s)时间
《电工电子学(第二版)》课件_第1章 电路模型和电路定律
电路端电压与电流的关系称为伏安特性。
线性电阻的伏安特性
I/A
是一条过原点的直线。
o
U/V
线性电阻的伏安特性
1.5 电源有载工作、开路与短路
I
1.5.1 电源有载工作
+
开关闭合, 接通电源与负载 E
–
1. 电压电流关系
E
R0
R
I
R0 R (1) 电流的大小由负载决定。
U = IR 负载端电压 或 U = E – IR0
2. 电路的组成部分
电源: 提供 电能的装置
发电机
升压 变压器
输电线
负载: 取用 电能的装置
降压 变压器
电灯 电动机
电炉
...
中间环节：传递、分 配和控制电能的作用
2.电路的组成部分
信号处理：
信号源:
放大、调谐、检波等
提供信息 话筒
放 扬声器
大
器
直流电源:
负载
提供能源
直流电源
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。
在参考方向选定后,电流(或电压)值才有正负之分。
(3) 实际方向与参考方向的关系
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。
例: 电路如图所示。 电动势为E =3V
方向由负极指向正极；
电压U的参考方向与实际 方向相同, U = 2.8V, 方向由 指向；
1. 2 电路模型
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。
电工技术电源模型
《电工技术》知识点：电源模型电压源理想电压源（简称电压源或恒压源）定义：如果一个供能元件接入任一电路后，该元件的两端始终保持规定的电压u S (t )，则此供能元件可作为实际电压源的理想化模型，称为理想电压源。
+u s 图形、符号i (t)U s ui 0理想电压源伏安特性直流电压源符号+U s理想电压源特点：(5）理想电压源不允许并联使用。
(1）理想电压源的电压u S (t )固定不变，与电流无关。
(2）流过电压源的电流由外电路决定。
(3）端电压为零值的电压源仅相当一条短路线；电流为零值时电压源的端电压称为开路电压。
(4）同频率的电压源可串联使用。
电压源理想电压源化简：++S U 1S2U a b +S S S2U U U 1a b注意极性电压源电压源模型实际电压源（又称电压源模型）工作点实际电压源伏安特性u iU S UI I R 0+_U S R 0+U _I R S U U IR 0实际电压源特点：•R 0=0，U =U S 。
+_U S R 0+U _I R S U U IR 0•R 0越小，电压U 的变化越小。
•电压源模型可串联应用。
例：•I =0，U =U S =U O (开路电压)。
U O实际电压源化简：电流源理想电流源（简称电流源或恒流源）定义：如果一个供能元件接入任一电路后，其输出的电流始终能保持规定的值i(t)，则S此供能元件可作为实际电流源的理想化模型称为理想电流源。
电流源+u i s 图形、符号直流电流源符号I S理想电流源伏安特性O IU I S理想电流源特点：(1）理想电流源输出电流i S (t )固定不变与其端电压无关。
警告！•值不等的理想电流源不允许串联使用。
（2）电流源的端电压可以任意，由外电路决定。
（3）零值的电流源相当开路。
（4）同频率的电流源可并联使用。
电流源理想电流源的并联多个理想电流源并联，可等效成一个理想电流源i S （注意参考方向）。
s32s s1s i i i i 电流相同的电流源才能串联,并且每个电流源的端电压不能确定。
62478《电工学(微课版支持AR+H5交互)》教学大纲(含实验)-32学时.docx
《电工学》课程教学大纲一、课程定位和基本要求1.课程定位《电工学（电工技术）》是高等学校工科非电类专业的一门专业基础课。
课程主要面向机械设计制造及其自动化、工业工程、智能制造工程等专业的本科生开设。
通过本课程的学习，使学生了解电工技术的发展概况及应用；掌握电工技术的基本概念、基本原理和基本分析方法，初步具备电路设计的技能，为学习后续课程以及从事有关工程技术工作和科学研究打下一定基础。
2.课程教学目标课程教学目标1：掌握电路的基本概念与基本定律，例如电路模型；欧姆定律；基尔霍夫定律等。
掌握电路的分析方法，例如电路的等效变换；结点电压法；戴维南定理等。
课程教学目标2：了解电路的暂态分析，包括电阻元件、电感元件与电容元件；储能元件和换路定则；RC电路的响应；一阶线性电路暂态分析的三要素法；微分电路与积分电路。
课程教学目标3：掌握正弦交流电路基本概念及分析方法，例如正弦量的相量表示；单一参数的交流电路；简单正弦交流电路的分析与计算；功率因数的提高等。
掌握三相电路的基本概念及分析方法，包括三相电压；负载星形联结的三相电路；负载三角形联结的三相电路；三相功率等。
课程教学目标4：熟悉磁路与铁心线圈电路，包括磁路及其分析方法；变压器等。
掌握三相异步电动机的构造；转动原理；转矩与机械特性；起动。
熟悉继电接触器控制，包括常用控制电器；笼型电动机直接起动的控制线路；笼型电动机正反转的控制线路等。
二、课程内容、教学要求、学时分配和教学手段本课程采用课堂教学和课外自学相结合的教学手段，课堂教学以教师讲解为主，主要介绍电工电路的基本理论知识和基本分析方法，共计34学时（理论教学34学时）。
学生课外自学相关知识，消化难点、重点知识，以及课堂上没理解的知识点，共计22学时。
本课程理论教学和课外自学具体学时分配如下：三、课程“立德树人”内涵高校是培养人才的重要基地，要“培养担当民族复兴大任的时代新人”是当今高校不可推卸的历史使命。
电工电子技术基础知识点详解2-4-电源的两种模型及其等效变换
电源的两种模型及其等效变换
理想电压源（恒压源） I
+
E
_
特点:（1）内阻R0 = 0
+
U
E
U
RL
_
O 外特性曲线 I
（2） 输出电压是一定值，恒等于电动势。
对直流电压，有 U E。
（3）恒压源中的电流由外电路决定。
例1：设 E = 10 V，接上RL 后，恒压源对外输出电流。
当 RL= 1 时， U = 10 V，I = 10A；
电压恒定，电
当 RL = 10 时， U = 10 V，I = 1A。 流随负载变化。
电源的两种模型及其等效变换
2. 电流源模型
I
电流源是由电流 IS 和内阻 R0 并联的电源的电路模型。
+
U
IS
R0 R0 U
RL
_
U
理
U0=ISR0
想 电流源 电
流
O
IS 源I
电流源的外特性
电流源模型
由图可得: U
I IS R0 若 R0 =
理想电流源 : I IS
若 R0 >>RL ，I IS ，可近似认为是理想电流源。
电源的两种模型及其等效变换
理想电流源（恒流源)
I U
+
IS
U
RL
_
特点: （1）内阻R0 = ；
O
IS
I
外特性曲线
（2）输出电流是一定值，恒等于电流 IS ；
（3）恒流源两端的电压 U 由外电路决定。
电压源 由图a： U = E－ IR0
等效变换条件:
E = ISR0 E
IS R0
5实际电源的两种模型.ppt
1/3k
d
1k
1k
b
abR)1由R11Y2k变R1R换2 2R公331式Rc31
R2
bR3
3kR23R12 1k R31k2R3R1R2332k3R31
R12 R23 R31
例2 化简图所示电路，图中所有电阻值均为2k
①
②
①
②
③
a)由Y变换公式
R12
R1
R2
R1 R2 R3
R23
R2
R3
R2 R3 R1
u1 _
_u2=r i1
u2 _
CCVS
i2
X1
X2
0
u2
X3
受控电流源
u2
X1
X2
0
i2
X3
受控电压源
六） 受控源与独立源的比较
(1) 独立电源的电压(或电流)是由电源本身决定，与电路中其它 电压、电流无关，而受控电源的电压(或电流)由控制量决定。
u2
XX12
0
X3
i2
i2
X1
X2
0
u2
X3
(2) 独立源在电路中表示外加的“激励”，而受控源只是 反映输出端与输入端的关系 。
272 含受控源电路的分析
1）受控源在电路图中的画法
c
ib
ic
b
+
e
us
–
Re
RL
b
ib
rb
+
us
–
ib
e
Re
ic c
ro RL
ºi1 +
i2+º
u1 –
u2
i1
_
电工学第五章
§5.2 三相电源绕组的连接法
⒉ 电源绕组的三角形接法 特点：将三相绕组的始 末端依次相连， 特点：将三相绕组的始、末端依次相连， 个点引出3条火线 从3个点引出 条火线。 个点引出 条火线。
Ul = U p
位形图： 位形图：
A
& U AB
& UC
－
A
+
B
+ － U + &B
& UA － B
& U CA
§5.2 三相电源绕组的连接法
⒈ 电源绕组的星形接法 ⑵ 对称三相电源线电压和相电压的关系 位形图（ 4(b)所示 所示） ② 位形图（图5-2-4(b)所示）
特点：电路图中各个点的电位在位形图中 特点：电路图中各个点的电位在位形图中 各个点的电位 均有其对应点。 均有其对应点。 对应点 优点：更能清晰而方便地求出各电压相量。 优点：更能清晰而方便地求出各电压相量。
§5.3.1 三相负载的星形连接法
几个术语： 几个术语： ① 星形接法 相电流： ② 相电流：
A + & UA － － － & UB + B & IA N & IB & IC & Z IN A ZC & Ic & Ia ZB & Ib
& UC + C
通过各相负载的电流。 通过各相负载的电流。
线电流：各相线中的电流。 ③ 线电流：各相线中的电流。 I l = I p 中线电流：中性线上的电流。 ④ 中线电流：中性线上的电流。
两端的电压。 两端的电压。
+ & EA & EC － + － － & EB + + & UA A
实际电源与电源模型精PPT课件
教学目标
理解实际电源和理想电源的概念，电源模型之间的等 效互换条件。
1.5.1 实际电源和电源模型
蓄电池
各种形式的电源设备图
IS R0
理想电流源和实际电流源模型的区别
U
SI
0
I
模电 型压
端U
－
－
RL
理想电压源的外特性
U
理想电压源内阻为零，因此输出电压恒定；
实际电源总是存在内阻的，因此实际电压源模型电路
中的负载电流增大时，内阻上必定增加消耗，从而造成 输出电压随负载电流的增大而减小。因此，实际电压源 的外特性稍微向下倾斜。
任何电源都可以用两种电源模型来表示，输出电压比 较稳定的，如发电机、干电池、蓄电池等通常用电压源模
+ US _
R0
型(理想电压源和一个电阻元件相串联的形式)表示；
1.5.1 实际电源和电源模型
蓄电池
各种形式的电源设备图
输出电流较稳定的：如光电池或晶体管
的输出端等通常用电流源模型(理想电流 源和一个内阻相并联的形式)表示。
0
I
电压源模型的外特性
理想电流源和实际电流源模型的区别
理想电流源的内阻 R0I∞(相当于开路)，因此内部不能分流，输 出的电流值恒定。
模电 型流
源
I
I
I
IS
+
R0I U
RL
_
电流0 源模型的外特性 U
0
U
理想电流源的外特性
实际电流源的内阻总是有限值，因此当负载增大时，内阻上分配的
电源及其模型
5.1 理想电压源
理想电压源：它能够提供一个恒定值的电压，且此电压不会随电路中 电流的改变而改变，理想电压源也称恒压源。
I
+
US
U RL
-
(a) 理想电压源模型
U US
O
I
(b) 理想电压源的外特性曲线
电源对外的电压、电流关系一般称电源的外特性。
5.1 理想电压源
凡是与恒压源并联的元件两端的电压都等于恒压源两端的电压。
2A
-
（b）
恒压源吸收功率
PU US IS 3 2 W 6 W
恒流源发出功率
PI US IS 3 2 W 6 W
电源及其模型
【例】 已知一个3V的恒压源与一个2A的恒流源接通，试计算图所示两种情况 下，各电源的功率，并说明哪个电源发出功率？哪个电源吸收功率？ NhomakorabeaUS
3V IS
(a) 恒压源发出功率
PU US IS 3 2 W 6 W
恒流源吸收功率
PI US IS 3 2 W 6 W
+
+
2A
-
US 3V IS
1A
5V
1
5.2 理想电流源
理想电流源：它能够提供一个恒定值的电流，且电流不会随电路中电 压的改变而改变，理想电流源也称恒流源。
+
IS
U RL
-
(a) 理想电流源模型
I IS
O
U
(b) 理想电流源的外特性曲线
5.2 理想电流源
凡是与恒流源串联的元件其电流都等于恒流源的电流。
1
5V
1A
注意
不要把理想电流源与测量电流的电流表相混淆，从而认为理想电流源 两端电压为零。
5电源模型及其等效变换[24页]
❖ 实际电源可以用两种电路模型表示——电压源和电流源。 ❖ 电压源与电流源之间可以相互变换。Us与IS的方向相反、内
阻R0的数值保持不变； ❖ 电源变换只对外电路等效，而对内电路则不等效。 ❖ 恒压源与恒流源之间不能进行变换； R0为0或∞都无意义。
2 电源的等效变换 例 试计算1电阻中的电流 I ：
I
a
+ 3I
5
–
2 3
b
I
a
5
1.5I 2 3 b
I 5 a
1.2 +
+
U
1.8I –
–b
I a
R0 = 8 b
U (5 1.2)I 1.8I 8I
R0 U I 8
4 含受控源电路的分析与计算
例 如图所示，求电路中的电压 U2
I1
1 6
U
2
2 I2
8V
U2 3 4
I1
I2
1 6U2
0
2I1 3I2 8
i2 +
u1 u2 –
压控电压源(VCVS) u2 = u1
— 转移电压比(无量纲常数)
i1
+
u1 = 0
–
i2 +
i1 u2 –
流控电压源 (CCVS) u2 = i1
— 转移电阻(电阻量纲)
+ i1 = 0
u1
–
i2 +
g u1
u2
–
压控电流源 (VCCS) i2 = g u1
g— 转移电导(电导量纲)
理想电流源 实际电流源 理想电压源 实际电压源
1 电源模型介绍
电压源
理想电压源