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电工技术基础 主编 李中发 制作 李中发 2004年7月 第1章 电路模型及电路定律 第1章 电路模型及电路定律 1.1 电路及基本物理量 1.2 电路模型 1.3 电气设备的额定值及电路的工作状态 1.4 基尔霍夫定律 1.5 电位的概念及计算 跳转到第一页 * 跳转到第一页 * 学习要点 电流、电压参考方向及功率计算 常用电路元件的伏安特性 电路的负载、开路及短路状态 额定值的意义 基尔霍夫定律 电位的概念及计算 1.1 电路及基本物理量 电路的组成 电路是为了某种需要而将某些电工设备或元件按一定方式组合起来的电流通路。由电源、负载和中间环节3部分组成。 电路的主要功能 一：进行能量的转换、传输和分配。 二：实现信号的传递、存储和处理。 1.1.1 电路的组成及功能 1.1.2 电流 电荷的定向移动形成电流。 电流大小：单位时间内通过导体截面的电量。 大写 I 表示直流电流 小写 i 表示电流的一般符号 正电荷运动方向规定为电流的实际方向。 电流的方向用箭头或双下标变量表示。 任意假设的电流方向称为电流的参考方向。 如果求出的电流值为正，说明参考方向与实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。 1.1.3 电压、电位和电动势 电路中a、b点两点间的电压定义为单位正电荷由a点移至b点电场力所做的功。 电路中某点的电位定义为单位正电荷由该点移至参考点电场力所做的功。 电路中a、b点两点间的电压等于a、b两点的电位差。 电压的实际方向规定由电位高处指向电位低处。 与电流方向的处理方法类似， 可任选一方向为电压的参考方向 例： 当ua =3V ub = 2V时 u1 =1V 最后求得的u为正值，说明电压的实际方向与参考方向一致，否则说明两者相反。 u2 =－1V 对一个元件，电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定，但为了方便起见，常常将其取为一致，称关联方向；如不一致，称非关联方向。 如果采用关联方向，在标示时标出一种即可。如果采用非关联方向，则必须全部标示。 电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功，称为电源的电动势。 电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定为由负极指向正极。 1.1.4 电功率 电场力在单位时间内所做的功称为电功率，简称功率。 功率与电流、电压的关系： 关联方向时： p =ui 非关联方向时： p =－ui p＞0时吸收功率，p＜0时放出功率。 例：求图示各元件的功率. （a）关联方向， P=UI=5×2=10W， P0，吸收10W功率。 （b）关联方向， P=UI=5×(－2)=－10W， P0，产生10W功率。 （c）非关联方向， P=－UI=－5×(－2)=10W， P0，吸收10W功率。 解：元件A：非关联方向，P1=－U1I=－10×1=－10W，P10，产生10W功率，电源。 元件B：关联方向，P2=U2I=6×1=6W，P20，吸收10W功率，负载。 元件C：关联方向，P3=U3I =4×1=4W，P30，吸收10W功率，负载。 P1+P2+P3=－1=+6+4=0，功率平衡。 例： I=1A，U1=10V，U2=6V，U3=4V。求各元件功率，并分析电路的功率平衡关系。 1.2 电路模型 为了便于对电路进行分析计算，常常将实际电路元件理想化，也称模型化，即在一定条件下突出其主要的电磁性质，忽略次要的因素，用一个足以表征其主要特性的理想元件近似表示。由理想电路元件所组成的电路，称为电路模型。常见的电路元件有电阻元件、电容元件、电感元件、电压源、电流源。 电路元件在电路中的作用或者说它的性质是用其端钮的电压、电流关系即伏安关系（VAR）来决定的。 1.2.1 电路模型的概念 1.2.2 理想电路元件 伏安关系（欧姆定律）： 关联方向时： u =Ri 非关联方向时： u =－Ri 1．电阻元件 符号： 功率： 电阻元件是一种消耗电能的元件。 伏安关系： 2．电感元件 符号： 电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件，是实际电感器的理想化模型。 Ｌ称为电感元件的电感，单位是亨利（Ｈ）。 只有电感上的电流变化时，电感两端才有电压。在直流电路中，电感上即使有电流通过，但ｕ＝０，相当于短路。 存储能量： 3．电容元件 电容元件是一种能够贮存电场能量的元件，是实际电容器的理想化模型。 伏安关系： 符号： 只有电容上的电压变化时，电容两端才有电流。在直流电路中，电容上即使有电压，但ｉ＝０，相当于开路，即 电容具有隔直作用。 C称为电容元件