电工学-第1章直流电路

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电工技术

第 1 章 直流电路1.1 电路的作用和组成 1.2 电路的基本物理量 1.3 电路的状态 1.4 电路中的参考方向 1.5 理想电路元件 1.6 基尔霍夫定律 1.7 支路电流法 1.8 叠加定理 1.9 等效电源定理 1.10 非线性电阻电路返回主页

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第 1 章 直 流 电 路

1.1 电路的作用和组成一、什么是电路电路就是电流流通的路径。

S

E

是由某些元、器件为完成一定功能、按一定 方式组合后的总称。大连理工大学电气工程系

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第 1 章 直 流 电 路

二、电路的作用一是实现能量的输送和转换。 E 二是实现信号的传递和处理。

三、电路的组成电源：将非电形态的能量 转换为电能。 负载：将电能转换为 非电形态的能量。 导线等：起沟通电路和 输送电能的作用。+mA

S

E

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第 1 章 直 流 电 路

从电源来看，电源本身的电流通路称为内电路， 电源以外的电流通路称为外电路。 当电路中的电流是不随时间变化的直流电流时， 这种电路称为直流电路。 当电路中的电流是随时间按正弦规律变化的交 流电流时，这种电路称为交流电路。二端 网络 二端 网络

无源网络

有源网络大连理工大学电气工程系

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第 1 章 直 流 电 路

1.2 电路的基本物理量1. 电流dq i= (A) dt直流电路中：+ E - + US - I+

+

UL-

Q I= t

电流的实际方向：规定为正电荷运动的方向。

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第 1 章 直 流 电 路

2. 电位电场力将单位正电荷从电路 的某一点移至参考点时所消 耗的电能。 参考点的电位为零。+ E - + US -

I + UL -

直流电路中电位用 V 表示，单位为伏[特](V)。 参考点的选择： ① 选大地为参考点： ② 选元件汇集的公共端或公共线为参考点：

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3. 电压

I

电场力将单位正电荷从电路 + + + 的某一点移至另一点时所消 E US UL 耗的电能。 - - - 电压就是电位差。 直流电路中电压用 U 表示，单位为伏[特](V)。 US 是电源两端的电压， UL 是负载两端的电压。

4. 电动势电源中的局外力(非电场力)将单位正电荷从电源负极 移至电源正极时所转换而来的电能称为电源的电动势。 符号： E 或 e,单位：V。 电动势的实际方向：由低电位指向高电位。大连理工大学电气工程系

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5. 电功率定义：单位时间内所转换的电能。 符号：P(直流电路)。 单位：W。 电源产生的功率： PE = E I 电源输出的功率： PU = US I 负载取用的功率： PL = UL IS

I+ E - + US - +

UL-

6. 电能定义：在时间 t 内转换的电功率称为电能：W = P t 符号：W(

直流电路)。 单位：J。 单位转换：千瓦时(kW· h) 1 千瓦时为 1 度电，1 kW· h=3.6 106 J。大连理工大学电气工程系

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1.3 电路的状态一、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。大连理工大学电气工程系

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二、开路当某一部分电路与电源断开， 该部分电路中没有电流，亦无 能量的输送和转换，这部分电 路所处的状态称为开路。S1E EL1 EL2

S2

电源既不产生也不输出电功率，电源这时的状态称为空载。

开路的特点：开路处的电流等于零 开路处的电压应视电路情况而定

有 源 电 路

I=0U 视电 路而定

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第 1 章 直 流 电 路

三、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。电源短路S1

EL1 EL2

S2

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

有 源 电 路

I 视电路而定U=0

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第 1 章 直 流 电 路

1.4 电路中的参考方向原则上参考方向可任意选择。 在分析某一个电路元件的电压与电流的关系 时，需要将它们联系起来选择，这样设定的 参考方向称为关联参考方向。I I

+电 源 U -

+U -大连理工大学电气工程系

负 载

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1.5 理想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

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第 1 章 直 流 电 路

一、理想有源元件1. 电压源 可提供一个固定的电压 US ,称为源电压。I + US + U US

U= US =定值 --

O

I

电压源的特点：输出电压 U 等于源电压 US ,是由其本身所确定的定值， 与输出电流和外电路的情况无关。 输出电流 I 不是定值，与输出电压和外电路的情况有关。大连理工大学电气工程系

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2. 电流源 可提供一个固定的电流 IS ,称为源电流。I= IS=定值 IS 电激 流 U - O I

+

U

IS

电流源的特点：输出电流 I 等于源电流 IS ,是由其本身所确定的定值， 与输出电压和外电路的情况无关。 输出电压 U 不是定值，与输出电流和外电路的情况有

关。

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第 1 章 + 直 流 电 路 US -

I + U -

I

IS

+

U-

当电压源和电流源的电压和电流实际方向如上图时， 它们输出(产生)电功率，起电源作用。I + + IS I +

US-

U -

U -

当电压源和电流源的电压和电流实际方向如上图时， 它们取用(消耗)电功率，起负载作用。大连理工大学电气工程系