电工基础知识 欧姆定律 电源有载工作、开路与短路 基尔霍夫定律 电路中电位的概念及计算 电路的分析方法.doc

第一部分 电工基础知识 第1章 电路的基本概念与基本定律 电路是电工技术和电子技术的基础，学好电路，特别是掌握电路的分析方法，对后面所要学习的电子电路、电机电路及电气控制、电气测量打下坚实的基础。本章主要介绍电路模型和各种电路理想元件，其中包括电压和电流参考方向的概念、欧姆定律、基尔霍夫电流电压定律。 1.1电路与电路模型 电路是电流流通的路径，是为某种需要由若干电气元件按一定方式组合起来的整体，主要用来实现能量的传输和转换，或实现信号的传递和处理。 电路的结构形式，按所实现的任务不同而多种多样，但无沧是哪种电路，均离不开电源、负载和必要的中间环节这三个最基本的组成部分。 电源是提供电能的设备，如发电机、电池、信号源等。 负载就是指用电设备，如电灯、电动机、空调、冰箱等。 中间环节是用作电源与负载相连接的，通常是一些连接导线、开关、接触器等辅助设备。 图1.1.1是电路在两种典型场合的应用。图 a 是发电厂的发电机把热能、水能或原子能 等转换成电能，通过变压器、输电线路等中间设备输送至各用电设备；图 b 通过电路把所接收 的信号经过变换（放大）和传递，再由扬声器输出。 无论是电能的传输和转换电路，还是信号的传递和变换电路，其中电源或信号源的电压、电流输入称为激励，它推动电路工作；激励在电路各部分所产生的电压和电流输出称为响应。分析电路，其实质就是分析激励和响应之间的关系。 在电路分析中用电流、电压、磁通等物理量来描述其工作过程。然而，实际电路是由电工设备和器件等组成，它们的电磁性质较为复杂，难以用精确的数学方法来描述。因此，对实际电路的分析和计算，需将实际电路元件理想化 或模型化 ，即在一定条件下突出其主要的电磁性质，忽略次要因素，将它近似地看作理想元件。 如电炉通电后，会产生大量的热 电流的热效应 ，呈电阻性，同时由于有电流通过还要产生磁场 电流的磁效应 ，它又呈电感性。但其电感微小，是次要因素，可以忽略，因此可以理想化地认为电炉是一个电阻元件，用一个参数为R的电阻器件来表示。 对实际电路分析，就是在一定条件下将实际元器件理想化表示，即将电路中元器件看作理想元件，所组成的电路称为电路模型，也简称为电路。这是对实际电路电 磁性质的科学抽象和概括。在今后学习中，我们所接触的电阻元件、 电感元件、电容元件和电源元件等，若没有特殊说明，均表示为理想 元件，分别由相应的参数来描述，用规定的图形符号来表示。 如常用的手电筒，其电路模型如图1．1．2所示，实际电路中白 炽灯是电阻元件，其参数为电阻R，干电池是电源元件，其参数为电 动势E 对于干电池一般在考虑其电动势外，还要考虑其本身的内阻，在本例中，干电池的内阻阻值与白炽灯的阻值相比，是次要因素，忽略不计了，故将干电池理想化为无电阻的电源元件 ，干电池与白炽灯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。 1．2电流和电压的参考方向 尽管从物理课程中已经学过，在分析电路时，当元器件中有了电流通过，其流动方向总是 从高电位一端流向低电位的一端，这是电流流动的实际方向；或者当知道了电流流动的实际方 向，也能判别出元器件两端的电位高低。然而，当分析较为复杂电路时，往往很难知道电流的实际流动方向，特别是交流电路，由于电流的实际流动方向随时间变化，其实际流动方向难以在电路中标注。因此，引人了电流“参考方向”的概念，这是分析和计算电路的基础。 电流的实际方向是指正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向。 电流的参考方向是指在分析与计算电路时，任意假定某一个方向作为电流的参考方向。当所假定的电流方向与实际方向一致时，则电流为正值 I 0 ；所假定的电流方向与实际方向不一 致时，则电流为负值 I O 。町见，参考电流的值是个标量，有正负之分；只有参考方向被假定 后，电流的值才有正负之分。 电压在分析电路时也有方向性，电压的方向规定为从高电位端指向低电位端，即电位降低的方向﹡。电压参考方向和电流参考方向一样，也是任意指定，分析电路时，假定某一方向是电位 电源电动势的方向规定为在电源内部由低电位 “- ”极性 端指向高电位 “+”极性 端，其参考方向的选定与电流电压参考方向选定相同。 降低的方向，如所假设的电压方向与实际方向一致时，则电压为正值（U）0）；电压参考方向与实际方向不一致时，则电压为负值（U 0）。因此，参考电压的值也是个标量，有正负之分；只有参考方向被假定后，电压的值才有正负之分。 在电路中所标注的电流、电压方向，通常均为参考方向，它们的值为正，还是为负，与所假定的参考方向有关，见图1.1.3和图1.1.4所示。 电压的参考方向除可以用“+”、“一”极性表示外，还可以用