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1、1.电工技术必要的基本理论、基本知识和基本技能2.了解电工技术的应用及发展概况3.为从事相关的建筑工程项目等工作打下一定的基础。建筑电工学的重要性建筑电工学的重要性第1页/共131页建筑电工学的主要内容 1 直流电路的基本概念与基本定律 2 正弦交流电路 3 三相交流电及变压器 4 异步电动机 5 建筑供配电 6 建筑电气照明系统及弱电系统 7 安全用电与建筑防雷 第2页/共131页第1章 直流电路的基本概念与基本定律 1.1 电路与电路模型 1.2 电路的主要物理量 1.3 电路的三种状态 1.4 电压源和电流源及其等效变换 1.5 基尔霍夫定律 1.6 支路电流法 1.7 叠加原理 1.8
2、 戴维南定理第3页/共131页1.1 电路与电路模型 电路是各种电器设备按一定方式连接起来的整体，它提供了电流流通的路径。电源、负载和中间环节是电路的基本组成部分。图1-1所示的电路是一个最简单的直流电路，在电路中随着电流的流动，进行着不同形式能量之间的转换。第4页/共131页 图1-1 最简单的电路第5页/共131页 电源是将非电能转换成电能的装置。例如，干电池和蓄电池将化学能转换成电能，而发电机将热能、水能、风能、原子能等转换成电能。电源是电路中能量的来源，是推动电流运动的源泉，在它的内部进行着由非电能到电能的转换。负载是将电能转换成非电能的装置。例如，电炉将电能转换成热能，电灯将电能转换
3、成光能，电动机将电能转换成机械能等。负载是电路中的受电器，是取用电能的装置，在它的内部进行着由电能到非电能的转换。第6页/共131页 中间环节是把电源与负载连接起来的部分，起传递和控制电能的作用。常用于电力及一般用电系统中的电路称为电力电路，它主要起电能的传输、转换和分配的作用。电力系统电路就是一个典型的例子：发电机组将其他形式的能量转换成电能，经变压器、输电线传输到各用电部门，在那里又把电能转换成光能、热能、机械能等其他形式的能量而加以利用。对于这一类电路，一般要求在传输和转换过程中尽可能地减少能量损耗以提高效率。第7页/共131页 另外还有一类在电子技术、电子计算机和非电量电测中广泛应用的
4、信号电路，其主要目的是传递和处理信号（例如语言、音乐、文字、图像、温度、压力等）。例如，收音机和电视机中的电路，其功能就是使电信号经过调谐、滤波、放大等环节的处理，而成为人们所需要的其他信号。在这种电路中，虽然也有能量的传输和转换问题，但其数量很小，一般所关心的是信号传递的质量，如要求不失真、准确、灵敏、快速等。第8页/共131页 由此可见，电路按其功能可以分为两类：一类是为了实现能量的传输和转换，这类电路称为电力电路；另一类是为了实现信号的传递和处理，这类电路称为信号电路。实际的电路器件在工作时的电磁性质是比较复杂的，不是单一的。例如白炽灯、电阻炉，它在通电工作时能把电能转换成热能，消耗电能
5、，具有电阻的性质，但其电压和电流还会产生电场和磁场，故也具有储存电场能量和磁场能量即电容和电感的性质。第9页/共131页 在电路的分析和计算中，如果对一个器件要考虑所有的电磁性质，则将是十分困难的。为此，对于组成实际电路的各种器件，我们忽略其次要因素，只抓住其主要电磁特性，使之理想化。例如，白炽灯可用只具有消耗电能的性质，而没有电场和磁场特性的理想电阻元件来近似表征；一个电感线圈可用只具有储存磁场能量性能，没有电阻及电容特性的理想电感元件来表征。这种由一个或几个具有单一电磁特性的理想电路元件所组成的电路就是实际电路的电路模型，我们在进行理论分析时所指的电路就是这种电路模型。根据对电路模型的分析
6、所得出的结论有着广泛而实际的指导意义。第10页/共131页 理想电路元件简称电路元件，通常包括电阻元件、电感元件、电容元件、理想电压源和理想电流源。前三种元件均不产生能量，称为无源元件；后两种元件是电路中提供能量的元件，称为有源元件。第11页/共131页1.2 电路的主要物理量 电路分析中常用到电流、电压、电动势、电位、功率等物理量，本节对这些物理量及其相关概念进行简要说明。第12页/共131页电流 带电粒子的定向移动形成了电流。电流的强弱用电流强度来度量，数值等于单位时间内通过导体某一横截面的电荷量。设在dt时间内通过导体某一横截面的电荷量为dq，则通过该截面的电流强度为(1-1)第13页/
7、共131页 上式表明，在一般情况下，电流强度是随时间变化的。如果电流强度不随时间变化，即dq/dt=常数，则这种电流就称为恒定电流，简称直流。于是式（1-1）可写为(1-2)第14页/共131页 电流强度在工程上常简称电流。这样，“电流”一词便具有双重含义，它既表示电荷定向运动的物理现象，同时又表示电流强度这样一个物理量。在我国法定计量单位中，电流（电流强度）的单位是安培，简称安（A）。在计量特大电流时，以千安（kA）为计量单位；计量微小电流时，可以毫安(mA)或微安(A)为计量单位。第15页/共131页 在分析电路时，不仅要计算电流的大小，还应了解电流的方向。我们习惯上规定以正电荷移动的方向
8、或负电荷移动的反方向作为电流的方向（实际方向）。对于比较复杂的直流电路，往往事先不能确定电流的实际方向；对于交流电，其电流的方向是随时间而交变的。为分析方便，需引入电流的参考方向这一概念。第16页/共131页 参考方向是人们任意选定的一个方向，在电路图中用箭头表示。当然，所选的电流参考方向不一定就是电流的实际方向。当电流的参考方向与实际方向一致时，电流为正值（i0）；当电流的参考方向与实际方向相反时，电流为负值（i0）。这样，在选定的电流参考方向下，根据电流的正负，就可以确定电流的实际方向，如图1-2所示。第17页/共131页图1-2 电流参考方向与实际方向的关系 (a)i0;(b)i0 第1
9、8页/共131页 在分析电路时，首先要假定电流的参考方向，并以此为标准去分析计算，最后从答案的正负值来确定电流的实际方向。本书电路图上所标出的电流方向都是指参考方向的。第19页/共131页电压 在图1-3中，两个极板A、B上分别带有正、负电荷,因而A、B两极板间形成电场，其方向由A指向B。电荷在电路中运动，必然受到电场力的作用，也就是说，电场力对电荷做了功。为了衡量其做功的能力，引入“电压”这一物理量，并定义：电场力把单位正电荷从A点移动到B点所做的功称为A点到B点间的电压，用uAB表示，即(1-3)第20页/共131页图1-3 电压和电动势 第21页/共131页 式中，dwAB表示电场力将d
10、q的正电荷从A点移动到B点所做的功，单位为焦耳（J）；电压单位为伏特，简称伏（V）。有时还用千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（V）等 单位。直流电路中，式（1-3）应写为(1-4)电路中两点之间的电压也称为两点之间的电位差，即(1-5)式中，UA为A点的电位，UB为B点的电位。第22页/共131页 电压的实际方向规定为从高电位点指向低电位点，是电压降的方向。和电流一样，电路中两点间的电压也可任意选定一个参考方向，并由参考方向和电压的正负值来反映该电压的实际方向。当电压的参考方向与实际方向一致时，电压为正(U0)；相反时，电压为负(U0)。电压的参考方向可用箭头表示，也可用正(+)、负(-)极性
11、表示，如图1-4 所示。第23页/共131页 图1-4 电压参考方向(a)箭头表示；(b)极性表示第24页/共131页 对于同一个元件或同一段电路上的电压和电流的参考方向的假定，原则上是任意的，但为了方便起见，习惯上常将电压和电流的参考方向设定为一致，称为关联参考方向。为简单起见，一般情况下，只需标出电压或电流其中之一的参考方向，就意味着另一个选定的是与之相关联的参考方向。第25页/共131页电位 为了分析电路方便，常指定电路中任意一点为参考点。我们定义：电场力把单位正电荷从电路中某点移到参考点所做的功称为该点的电位，用大写字母V表示。电路中某点的电位即该点与参考点之间的电压。为了确定电路中各
12、点的电位，就必须在电路中选取一个参考点。它们之间的关系 如下：第26页/共131页 （1）参考点的电位为零，即VO=0,比该点高的电位为正，比该点低的电位为负。如图1-5(a)所示的电路中，选取O点为参考电位点，则A点的电位为正，B点的电位为负。（2）其他各点的电位为该点与参考点之间的电位差。如图1-5(a)中A、B两点的电位分别为 VA=VA-VO=UAO=1 V VB=VB-VO=UBO=-2 V第27页/共131页 图1-5 电位的计算示例(a)以O为参考点；(b)以B为参考点第28页/共131页 （3）参考点选取不同，电路中各点的电位也不同，但任意两点间的电位差（电压）不变。如选取B点
13、为参考点，如图1-5(b)所示，则 VB=0 VA=VA-VB=UAB=3 V 但A、B两点间的电压不变，仍然为UAB=3 V。第29页/共131页 (4)在研究同一电路系统时，只能选取一个电位参考点。电位概念的引入，给电路分析带来了方便,因此，在电子线路中往往不再画出电源，而改用电位标出。图1-6是电路的一般画法与电子线路的习惯画法示例。第30页/共131页图1-6 电路的一般画法与电子线路的习惯画法第31页/共131页电动势 在图1-3所示的电路中，在电场力的作用下，正电荷不断地从A移动到B，A、B两极板间的电场逐渐减弱，最后消失，导线中的电流也逐渐减小为零。为了维持持续不断的电流，就必须
14、保持A、B间有一定的电位差，即保持一定的电场。这必然要借助于外力来克服电场力把正电荷不断地从B极板移到A极板去。这种外力是非电场力，我们称之为电源力，电源就是能产生这种力的装置。例如，在发电机中，当导体在磁场中运动时，磁场能转换为电源力；在电池中，化学能转换为电源力。第32页/共131页 电动势是用来衡量电源力大小的物理量。电动势在数值上等于电源力把单位正电荷从电源的负极板移到正极板所做的功，用E表示。电动势的方向是电源力克服电场力移动正电荷的方向，从低电位到高电位。对于一个电源设备，若其电动势E与其端电压U的参考方向相反，如图1-7（a）所示，当电源内部没有其他能量转换(如不计内阻)时，根据
15、能量守恒定律，应有U=E；若参考方向相同，如图1-7（b）所示，则U=-E。本书在以后论及电源时，一般用其端电压U来表示。第33页/共131页图1-7 电源的电动势E与端电压U (a)E与U反向；(b)E与U同向 第34页/共131页电能和电功率 在图1-8所示的直流电路中，a、b两点间的电压为U,在时间t内电荷Q受电场力作用，从a点移动到b点，电场力所做的功为 W=UQ=UIt (1-6)若负载为电阻元件，则在时间t内所消耗的电能为(1-7)第35页/共131页图1-8 电路的功率 第36页/共131页单位时间内消耗的电能称为电功率（简称功率），即（1-8）在我国法定计量单位中，能量的单位是
16、焦耳，简称焦（J）；功率的单位是瓦特，简称瓦（W）。第37页/共131页 电场力做功所消耗的电能是由电源提供的。在时间t内，电源力将电荷Q从电源负极经电源内部移到电源正极所做的功及功率为 WE=EQ=EIt (1-9)PE=EI (1-10)根据能量守恒的观点，在忽略电源内部能量损耗的条件下有 W=WE第38页/共131页 一段电路，在u和i取关联参考方向时，若P0，说明这段电路上电压和电流的实际方向是一致的，电路吸收了功率，是负载性质；若P0，则这段电路上电压和电流的实际方向不一致，电路发出功率，是电源性质。第39页/共131页1.3 电路的三种状态 电源与负载相连接，根据所接负载的情况，电
17、路有三种工作状态：空载、短路、有载。现以图1-9所示简单直流电路为例来分析电路的各种状态，图中电动势E和内阻R0串联，组成电压源，U1是电源端电压，U2是负载端电压，RL是负载等效电阻。第40页/共131页图1-9 简单直流电路第41页/共131页空载状态 空载状态又称断路或开路状态，如图1-9所示，当开关S断开或连接导线折断时，电路就处于空载状态，此时电源和负载未构成通路，外电路所呈现的电阻可视为无穷大，电路具有下列特征：（1）电路中电流为零，即I=0。（2）电源的端电压等于电源的电动势，即 U1=E-R0I=E第42页/共131页 此电压称为空载电压或开路电压，用U0表示。因此，要想测量电
18、源电动势，只要用电压表测量电路的开路电压即可。（3）电源的输出功率P1和负载所吸收的功率P2均为零，即 P1=U1I=0，P2=U2I=0第43页/共131页短路状态 在图1-9所示电路中，当电源两端的导线由于某种事故而直接相连时，电源输出的电流不经过负载，只经连接导线直接流回电源，这种状态称为短路状态，简称短路。短路时外电路所呈现的电阻可视为零，电路具有下列特征：(1-11)此电流称为短路电流。在一般供电系统中，电源的内电阻很小，故短路电流很大。但对外电路无输出电流，即I=0。第44页/共131页 (2)电源和负载的端电压均为零，即 U1=E-R0Is=0 U2=0 E=R0Is 上式表明电
19、源的电动势全部落在电源的内阻上，因而无输出电压。第45页/共131页 (3)电源的输出功率P1和负载所吸收的功率P2均为零，这时电源电动势发出的功率全部消耗在内电阻上，即 P1=U1I,P2=U2I(1-12)第46页/共131页 由于电源电动势发出的功率全部消耗在内电阻上，因而会使电源发热以至损坏。所以在实际工作中，应经常检查电气设备和线路的绝缘情况，以防电压源被短路的事故发生。此外，通常还在电路中接入熔断器等保护装置，以便在发生短路时能迅速切除故障，达到保护电源及电路器件的目的。第47页/共131页有载工作状态 当开关S闭合时,电路中有电流流过，电源输出功率，负载取用功率，这称为有载工作状
20、态。此时电路有下列特征：（1）电路中的电流为(1-13)当E和R0一定时，电流由负载电阻RL的大小决定。第48页/共131页 （2）电源的端电压为 U1=E-R0I (1-14)电源的端电压总是小于电源的电动势，这是因为电源的电动势E减去内阻压降R0I后才是电源的输出电压U1。若忽略线路上的压降，则负载的端电压等于电源的端电压，即 U1=U2第49页/共131页 （3）电源的输出功率为 P1=U1I=（E-R0I）I=EI-R0I2 (1-15)上式表明，电源电动势发出的功率EI减去内阻上消耗的功率R0I2才是供给外电路的功率。若忽略连接导线上的电阻所消耗的功率，则负载所吸收的功率为 P2=U
21、2I=U1I=P1第50页/共131页 电源内阻及负载电阻上所消耗的电能转换成热能散发出来，使电源设备和各种用电设备的温度升高。电流越大，温度越高。当电流过大时，设备的绝缘材料会因过热而加速老化，缩短使用寿命，甚至损坏。另外，当电压过高时，也可能使设备的绝缘被击穿而损坏。反之，电压过低将使设备不能正常工作，如电动机不能起动，电灯亮度低等。第51页/共131页 为了保证电气设备和器件能安全、可靠、经济地工作，制造商规定了每种设备和器件在工作时所允许的最大电流、最高电压和最大功率，这称为电气设备和器件的额定值，常用下标符号“N”表示，如额定电流IN、额定电压UN和额定功率PN。这些额定值常标记在设
22、备的铭牌上，故又称为铭牌值。第52页/共131页 电气设备应尽量工作在额定状态，这种状态又称为满载状态。电流和功率低于额定值的工作状态叫轻载；高于额定值的工作状态叫过载。在一般情况下，设备不应过载运行。在电路设备中常装设自动开关、热继电器等，用来在过载时自动切断电源，确保设备安全。第53页/共131页图1-10 例1-1 的电路第54页/共131页 例1-1 在图1-10所示的电路中，已知E=36 V,R1=2 k，R2=8 k，试在下列三种情况下，分别求出电压U2和电流I2、I3。(1)R3=8 k；(2)R3=（即R3处断开）；(3)R3=0（即R3处短接）。第55页/共131页（2）当R
23、3=时，电路中的总电阻为 故 第56页/共131页 （2）当R3=时，电路中的总电阻为 R=R1+R2=10 k 故 U2=R2I2=83.6=28.8 V第57页/共131页（3）当R3=0时，R2被短路，电路中的总电阻为 R=R1=2 k I2=0第58页/共131页 例1-2 图1-11所示电路可用来测量电源的电动势E和内电阻R0。若开关S闭合时电压表的读数为6.8 V，开关S打开时电压表的读数为7 V，负载电阻 R=10。试求电动势E和内阻R0（设电压表的内阻为无穷大）。第59页/共131页图1-11 例1-2的电路 第60页/共131页 解 设电压、电流的参考方向如图1-11所示，当
24、开关S断开时，电路工作在空载状态，电源的端电压等于电动势，即 E=U=7 V 当开关S闭合时，电路工作在有载工作状态，此时电路中的电流为第61页/共131页图1-12 例1-3的电路第62页/共131页 例1-3 图1-12所示电路为蓄电池供电或充电的电路模型，其中R为限流电阻。（1）试求端电压U；（2）此支路是供电支路还是用电支路？求出供电或用电的功率；（3）求蓄电池发出或吸收的功率；（4）求电阻所消耗的功率。第63页/共131页 解 电路中电压和电流的参考方向如图1-12所示。设该支路供电或用电的功率为P；蓄电池发出或吸收的功率为PE；电阻所消耗的功率为PR。（1）根据电路中电压和电流的参
25、考方向可知端电压U的值为 U=E+RI=30+352=100 V （2）U、I为关联方向，其电功率为 P=UI=1002=200 W P为正值，可见该支路为用电支路，用电功率为200 W。第64页/共131页 （3）蓄电池正在充电，其吸收的功率为 PE=EI=302=60 W （4）电阻所消耗的功率为 PR=I2R=2235=140 W 根据以上分析，供电支路所提供的电能一部分提供给蓄电池，另一部分被电阻所消耗，整个电路遵守能量守恒定律。第65页/共131页1.4 电压源和电流源 电源是能将其他形式的能量转换为电能的装置。任何一个实际的电源（或信号源）对外电路所呈现的特性（即电源端电压与输出电
26、流之间的关系）可以用电压源模型或电流源模型来表示。第66页/共131页电压源 任何一个实际的电源都可以用一个电动势E和内阻R0相串联的理想电路元件的组合来表示，这种电路模型称为电压源模型，简称电压源。图1-13所示的电路是电压源与外电路的连接。在使用电源时，人们最关心的问题是当负载变化时，电路中的电流I与电源的端电压U将如何变化,因而我们有必要来研究电源的端电压U与输出电流I之间的关系，这种关系称为电源的伏安特性。直流电压源的伏安特性方程式为 U=E-R0I （1-16）第67页/共131页图1-13 电压源与外电路的连接 第68页/共131页 式中E和R0都是常数，故U和I之间呈线性关系。当
27、电源开路时，I=0，U=U0=E；当电源短路时，U=0，I=Is=E/R0。用两点法可以作出电压源的伏安特性曲线，如图1-14所示，它表明了电压源的端电压U与输出电流I之间的关系。第69页/共131页 图1-14表明，当输出电流I增大时，端电压U随之下降，这说明电压源外接负载的电阻越小，落在电源内电阻R0上的压降就越高，电源的端电压越低。R0越小，则直线越平。在理想情况下，R0=0，它的伏安特性是一条平行于横轴的直线，表明负载变化时，电源的端电压恒等于电源的电动势，即U=E。这种端电压恒定，不受输出电流影响的电压源称为理想电压源，其符号如图1-15所示。第70页/共131页图1-14 电压源和
28、理想电压源的伏安特性曲线 第71页/共131页图1-15 理想电压源模型第72页/共131页 理想电压源实际上是不存在的，但如果电源的内电阻远小于负载电阻（R0R），则电流基本恒定，也可将其认为是理想电流源。第80页/共131页 例1-4 求图1-19所示电路中的电流I和电压U。解 在图1-19（a）所示电路中，E1为一理想电压源，而理想电压源的端电压是恒定的，不受电流源Is影响，故电阻R上的电压和电流为 在图1-19（b）所示电路中，Is1为一理想电流源，而理想电流源的输出电流是恒定的，不受电压源E的影响，故电阻R上的电压和电流为 I=5 A，U=IR=510=50 V第81页/共131页图
29、1-19 例1-4的电路第82页/共131页电压源与电流源的等效变换 电压源和电流源都可作为同一个实际电源的电路模型，在保持输出电压U和输出电流I不变的条件下，相互之间可以进行等效变换。其等效变换的条件是内阻R0相等，且（1-18）第83页/共131页 例如,已知E与R0串联的电压源，则与其等效的电流源的短路电流Is=E/R0，而R0与Is并联；如果已知Is与R0并联的电流源，则与之等效的电压源的电动势E=R0Is，而R0与E串联。在电压源与电流源作等效变换时还应注意：(1)所谓等效，只是对电源的外电路而言的，对电源内部则是不等效的。例如电流源，当外电路开路时，I=0，U=E=IsR0，内部仍
30、有电流Is，故内阻上有功率损耗；但电压源开路时，内阻上并不损耗功率。第84页/共131页 (2)变换时要注意两种电路模型的极性必须一致，即电流源流出电流的一端与电压源的正极性端相对应。(3)理想电压源与理想电流源不能相互等效变换。因为理想电压源的U=E是恒定不变的，而I决定于外电路负载，是不恒定的;而理想电流源的I=Is是恒定的，U决定于外电路负载，是不恒定的，故两者不能等效。第85页/共131页 (4)这种变换关系中，R0不限于内阻，可扩展至任一电阻。凡是电动势为E的理想电压源与某电阻R串联的有源支路，都可以变换成电流为Is的理想电流源与电阻R并联的有源支路，反之亦然。相互变换的关系是（1-
31、19）在一些电路中，利用电流源和电压源的等效变换可使计算大为简化。第86页/共131页图1-20 例1-5的电路 第87页/共131页 例1-5 求图1-20(a)所示电路中的电流I和电压U。解 根据电压源与电流源相互转换的原理，由E1与R0组成的电压源可以转换为电流源，转换后的电路如图1-20(b)所示。图1-20(b)中，将两个并联的电流源合并成一个等效电流源，如图1-20(c)所示。图1-20(c)中，Is2=Is1+Is=5+5=10 A R0=2 第88页/共131页故负载中的电流和电压为第89页/共131页 1.5 基尔霍夫定律 由若干电路元件按一定连接方式构成电路后，电路中各部分
32、的电压、电流必然受到两类约束：1.元件本身的伏安关系 2.元件的相互连接方式，即基尔霍夫定律。基尔霍夫定律又分为电流定律和电压定律。第90页/共131页支路:电路中的任意分支。单个元件，也可以由若干个原件的组合组成。节点:三条或三条以上之路的连接点。回路:不电路中任一闭合路径网孔:内部不包含支路的回路 第91页/共131页图1-21 基尔霍夫电流定律示例 第92页/共131页 电路中三条或三条以上支路的连接点称为节点。图1-21所示的电路有三条支路，支路电流分别为I1、I2和I3。此电路有两个节点a和b。第93页/共131页基尔霍夫电流定律（KCL）该定律可叙述为在任一瞬时，流入任一节点的电流
33、之和必然等于流出该节点的电流之和。对于图1-21所示电路中的节点a，应用基尔霍夫电流定律可写出 I1+I2=I3 也可改写为 I1+I2-I3=0 即 Ik=0 （1-20）第94页/共131页 在应用基尔霍夫电流定律时，首先要假定各支路电流的参考方向。假定流出节点的电流为正，则流入节点的电流为负，反之亦然。这里流入或流出都是根据参考方向来说的。第95页/共131页 基尔霍夫电流定律不仅适用于电路的节点，还可推广应用于电路中任一假设的闭合面，即通过电路中任一假设闭合面的各支路电流的代数和恒等于零。该假设闭合面称为广义节点。第96页/共131页图1-22 例1-6的电路 第97页/共131页 例
34、1-6 如图1-22所示的电路，若电流I1=1 A,I2=5 A,试求电流I3。解 假设一闭合面将三个电阻包围起来，如图 1-22所示，则有 I1-I2+I3=0 所以 I3=-I1+I2=-1+5=4 A 第98页/共131页基尔霍夫电压定律（KVL）该定律可叙述为任一瞬时，沿任一闭合回路绕行一周，回路中各支路电压的代数和恒等于零。即 Uk=0 （1-21）式中Uk是组成该回路的各支路电压，k=1,2,n（设有n条支路组成该回路）。第99页/共131页 在应用该定律列写方程时，必须首先假定各支路电压的参考方向并指定回路的绕行方向（逆时针或顺时针），当支路电压与回路绕行方向一致时取“+”号，相
35、反时取“-”号。图1-23是某电路的一部分，各支路电压的参考方向和回路的绕行方向如图所示，应用基尔霍夫电压定律，可以列出第100页/共131页图1-23 基尔霍夫电压定律示例 第101页/共131页 图1-23是某电路的一部分，各支路电压的参考方向和回路的绕行方向如图所示，应用基尔霍夫电压定律，可以列出 UAB+UBC+UCD+UDA=-E1+I1R1+I2R2+E2-I3R3=0第102页/共131页 例1-7 图1-24所示为某电路中的一个回路，部分元件参数及支路电流已在电路中标出，求未知参数R3及电压UBD。解 图中有两个未知电流I1和I2，分别在C点和D点应用KCL，可列出关系式 I1
36、=2+（-6）=-4 A I2=I1+1=-4+1=-3 A 第103页/共131页图1-24 例1-7的电路 第104页/共131页 回路的绕行方向如图所示，应用KVL列出回路电压方程，并将各数据代入方程得 -（-2）5+10+21+(-4)R3+(-3)1+6=0 整理得R3=6.25 对假想回路ABDA列KVL方程为 UBD+(-3)1+6-(-2)5=0 整理得 UBD=-13 V第105页/共131页 例1-8 图1-25所示的电路中，已知E1=23 V,E2=6 V,R1=10,R2=8,R3=5,R4=R6=1,R5=4,R7=20,试求电流IAB及电压UCD。解 电路中各支路电
37、流的参考方向及回路的绕行方向如图1-25所示，各支路电压与电流采取关联参考方向。第106页/共131页图1-25 例1-8的电路第107页/共131页 图中虚线框所示部分可看成广义节点，由于C、D两点之间断开，流出此闭合面的电流为零，故流入此闭合面的电流IAB=0 由于IAB=0，C、D两点之间断开，故整个电路相当于两个独立的回路，这两个回路中的电流分别为第108页/共131页 在回路ABCD中应用基尔霍夫电压定律，假定回路的绕行方向如图1-25所示，可列出方程 R7IAB+R5I2+UCD-R2I1=0 由于IAB=0，上式代入数据可得 UCD=R2I1-R5I2=81-41=4 V第109
38、页/共131页本章小结 电路是由电源、负载和中间环节三部分组成的电流通路，它的作用是实现电能的输送和转换，电信号的传递和处理。电流、电压、电动势和功率是电路的主要物理量。电路有空载、短路、有载三种状态。使用电路元件必须注意其额定值。在额定状态下工作最为经济。应防止发生短路故障。第110页/共131页 在分析计算电路时，必须首先标出电流、电压、电动势的参考方向。参考方向一经选定，在解题过程中不能更改。当求得的电压或电流为正值时，表明假定的参考方向与实际方向相同，否则相反。在未标出参考方向的情况下，其正负是无意义的。由理想电路元件（简称电路元件）组成的电路称为电路模型。理想电路元件有电阻元件、电感
39、元件、电容元件、理想电压源和理想电流源，它们只有单一的电磁性质。在进行理论分析时需将实际的电路元件模型化。第111页/共131页 一个实际的直流电源可采用两种理论模型，即电压源模型和电流源模型，两者之间可以进行等效变换，其变换的条件为Is=E/R0。它们的等效关系是对外电路而言的，对电源内部则是不等效的。电路中某点的电位等于该点与“参考点”之间的电压。参考点改变，则各点的电位值相应改变，但任意两点间的电位差不变。第112页/共131页 基尔霍夫定律是电路的基本定律，它分为电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。KCL适用于节点，其表达式为I=0，基本含义是任一瞬时通过任一节点的电流代数和等于零
40、。KVL适用于回路，其表达式为U=0，表示任一瞬间，沿任一闭和回路，回路中各部分电压的代数和为零。基尔霍夫定律具有普遍性，它不仅适用于直流电路，也适用于由各种不同电路元件构成的交流电路。第113页/共131页支路电流法：一个有n个节点、b条支路的电路，以支路电流作未知变量，对n-1个节点列出KCL方程，对b-（n-1）个回路列出KVL方程。求解b 个未知量，即支路电流法简单电路可以用串并联、欧姆定律求解的（或：只有一个回路或经化简后成为一个回路的）复杂电路不可以用串并联、欧姆定律求解的（或：不能化简后成为一个回路的有分支的电路）1-6支路电流法第114页/共131页例3 如图所示电路中，R1=
41、1，R2=2，R3=3，US1=3V，US2=1V。求电阻R1两端的电压U1。+US2+U1+US1R1R2R3+U2+U3I1I3I2解：对结点有：对回路有：对回路有：第115页/共131页1-7叠加定理：叠加定理：在多个电源同时作用的在多个电源同时作用的线性电线性电路路(由线性元件组成的电路由线性元件组成的电路)中，任何支路的电流或任意中，任何支路的电流或任意两点间的电压，都是各个电源单独作用时所得结果的两点间的电压，都是各个电源单独作用时所得结果的代数和。代数和。+BI2R1I1E1R2AE2I3R3+_+_原电路I2R1I1R2ABE2I3R3+_E2单独作用+_AE1BI2R1I1R
42、2I3R3E1单独作用第116页/共131页I2I1AI2I1I2I1AA+BR1E1R2E2I3R3+_+_E1+B_R1R2I3R3R1R2BE2I3R3+_第117页/共131页例+-10 I4A20V10 10 用迭加原理求：I=?I=2AI=-1AI=I+I=1A+10 I4A10 10+-10 I 20V10 10 解：第118页/共131页应用迭加定理要注意的问题应用迭加定理要注意的问题1.迭加定理只适用于线性电路。2.迭加时只将电源分别考虑，电路的结构和参数不变。令各电源分别作用，暂不作用的恒压源应予以短路，即令E=0；暂不作用的恒流源应予以开路，即令 Is=0。3.解题时要标
43、明各支路电流、电压的正方向。原电 路中各电压、电流的最后结果是各分电压、分电 流的代数和。=+EIsIsE第119页/共131页4.迭加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来 求功率。如：5.运用迭加定理时也可以把电源分组求解，每个分 电路的电源个数可能不止一个。设：则：I3R3=+第120页/共131页1-8 戴维南定理（法国电报工程师）R2R4R1R32A+-4 18V？R0无源一端口：有源一端口一、问题引入+_电池模型、实际电压源、戴维南等效电路戴维南等效电路第121页/共131页BA+-名词解释：无源线性一端口：不含独立电源、但含有线性电阻或受控源。有源线性一端口：含有独立电源、线性电
44、阻或受控源的一端口。一端口一端口：若一个电路只通过一个口若一个电路只通过一个口(两个输出端）与外两个输出端）与外 电路相联，则该电路称为电路相联，则该电路称为“一端口一端口”（二端网络、（二端网络、单口网络单口网络）。）。（One port=Two-terminals）ABN0NS第122页/共131页一、问题引入二、戴维南定理 （法国电报工程师，1883年发表的论著）图中：Uoc为NS开路电压，（open-circuit)R0为对应的N0的输入电阻。定理内容定理内容：任何一个：任何一个有源线性一端口有源线性一端口，对，对外电路外电路来来说，总可以用一个说，总可以用一个电压源电压源和和一个电阻
45、的串联一个电阻的串联支路支路来等效来等效;此此电压源的电压电压源的电压等于等于一端口一端口的开路电压的开路电压，电阻电阻等于等于一端口一端口除源除源后的输入电阻，后的输入电阻，这就是这就是戴戴维南定理维南定理。有源一端口UOC+-R0UOC+-IUU=Uoc R0 I重点外特性输出特性伏安特性第123页/共131页abNSi+uRiab+uNS替代定理 给定一个线性电阻电路，其中某个支路的电流为I，那么此支路就可以用一个电流等于I的电流源替代，替代后电路中全部电压和电流均将保持原值第124页/共131页一、问题引入 二、戴维南定理 三、戴维南定理的证明ab+uNS+abN0i+uR0u=uoc
46、 u=-R0 i得：u=u+u=uoc i R0 叠加叠加替代替代iab+uNS第一步：用替代定理;第二步：用叠加定理证明：abNSi+uRi-u+R0uOC+-R第125页/共131页UOC-+解（1）将未知支路移去，构造有源一端口，（3）求Uoc:注明UOC 方向。UOC=42-18=-10V例题1:电路如图，试用戴维南定理求电流I。（2）画出戴维南等效电路-实际电压源的模型（4）求R0：R0=4（5）将未知支路移进，求得：I=-1AabUOC+R0-4 2A+-18VabUoc和R0的求法4 6 2AI+-18VabI6 4-5第126页/共131页例题2：电路如图所示，R为可变电阻，调
47、节R使电流表的读数为零，求此时的R。A-+-12V6V262AR5解：UOC1=6+22=10V+-解得：R=30+-UOC1+-R01A-+R02UOC2第127页/共131页例题3 将如图电路，转换为戴维南等效电路。-+15V16 20 25V+-ab+-5V6+-abR0UOC+-UOC=Uab=5-15+25=15VRO=0第128页/共131页 (2)等效的电路图一定要画出来。（3）注意UOC的方向(1)对于复杂的电路可多次使用戴维南定理。注 意解题步骤：1、在求戴维南等效电路之前，应先去掉待求支路。2、求开路电压UOC。3、求等效电阻R0。4、画出戴维南等效电路。5、求出待求的物理量。R0RI+-UOC第129页/共131页作业1-5、11、12、16、20、23第130页/共131页感谢您的观看！第131页/共131页