电工技术教学课件 刘子建 第1章 电路模型和电路定律.ppt

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1、电工技术第1章电路模型和电路定律本章教学内容1.1电路和电路模型1.2电路变量1.3基尔霍夫定律1.4电阻电路元件本章重点内容电路模型。电流、电压的参考方向。电路中的电流、电压受到的两类约束。一类约束来自元件的相互联接方式，即基尔霍夫定律；另一类约束来自元件的性质，即元件的伏安关系。1.1电路和电路模型电路的概念若干个电气设备或器件按照一定方式组合起来，构成电流的通路，称为电路。电路的组成为电路工作提供能量的电源；在电能作用下完成电路功能的用电设备或元器件；连接电源和用电设备的导线；控制电源接入的开关等。例如手电筒电路。1.1电路和电路模

2、型（续1）电路的功能客观上电路提供了电荷流动的通路，电荷携带着电能在电路中流动，从电源带走电能，而在用电元器件中又释放电能，因此电路的工作伴随着能量的运动。根据电路的工作场合和工作目的及我们的着眼点，电路主要有下列作用：实现电能的传输和转换，如输电电路和照明电路等。实现信号的传输、处理和储存，如收音机电路、滤波电路、计算机电路等。1.1电路和电路模型（续2）为什么要引入电路模型？构成实际电路的元器件种类繁多，形状各异，给分析和设计带来困难。只有对各种元器件的特性建立了数学模型，才可能对电路进行深入分析。例如，对于最简单的手电筒，这样一个电

3、路，就包含了电池、电珠、开关、导体等部分。如果要把这个电路介绍给他人，一种方法是直接把实物展示给对方，另一种方法是十分逼真地将它画下来给对方看，尽管如此，我们仍然不能十分明了地将这个电路的工作情况表达出来（用语言或文字）。难以想象，如果每个电路都要如此处理，摆在我们面前的将是怎样的情形！什么是电路模型？对实际电路的特性进行分析、抽象，将电路的主要性能用数学方法表达出来，再利用一些具有特定、理想化特性的元件（理想元件）重构出来的电路，称为原电路的模型。电路模型反映了原电路工作的主要特性，并且这些特性是已经数学化了的，便于用数学方法进行分析。

4、电路模型中，构成电路的不再是千差万别的各种实际元器件，而是数量有限的理想元件，具有很好的规范性。有利于设计、交流。构成电路模型的理想元件数量应尽可能少，否则，电路模型将失去其存在的价值。1.1电路和电路模型（续3）1.1电路和电路模型（续4）怎样建立电路模型？对电路中的每个元器件特性建立数学模型。用理想元件实现每个元器件的特性，构成元器件的电路模型。把所有元器件的电路模型按照原电路结构连接起来，形成电路的模型。注：对元器件数学模型的建立不是本课程的内容范围，有关的知识可参考相应的资料或元器件生产厂提供的资料。1.1电路和电路模型（续5）基

5、本理想电路元件的种类理想电阻元件：消耗电能的元件；理想电感元件：产生磁场、储存磁场能量的元件；理想电容元件：产生电场、储存电场能量的元件；理想电源元件(电压源、电流源)：将其它形式的能量转变成电能的元件。在电路分析中，常将理想电路元件简称为电路元件。常用的电路元件只有几种，它们可以用来表征千千万万种实际器件。1.1电路和电路模型（续6）手电筒电路的电路模型1.1电路和电路模型（续7）当实际电路的尺寸远小于其使用时的最高工作频率所对应的波长时，可以无须考虑电磁量的空间分布，相应的电路元件称为集总参数元件。由集总参数元件组成的电路，称为实际电

6、路的集总参数电路模型或简称为集总参数电路。描述电路的方程一般是代数方程或常微分方程。集总参数电路与分布参数电路如果电路中的电磁量是时间和空间的函数，使得描述电路的方程是以时间和空间为自变量的代数方程或偏微分方程，则这样的电路模型称为分布参数电路。电路集总化条件：实际电路的各向尺寸远小于电路工作频率所对应的电磁波波长，即1.1电路和电路模型（续8）例1我国电力用电的频率是50Hz，则该频率对应的波长可见，对以此为工作频率的实验室设备来说，其尺寸远小于这一波长，因此它能满足集总化条件。而对于数量级为103km的远距离输电线来说，则不满足集总化

7、条件，不能按集总参数电路处理。例2对无线电接收机的天线来说，如果所接收到信号频率为400MHz，则对应的波长为因此，即使天线的长度只有0.1m，也不能把天线视为集总参数元件。1.2电路变量分析电路需要对电路进行数学描述，这种描述是由电路的一些物理量，如电压、电流、电荷、磁通、功率和能量等来表示的。这些物理量统称为电路变量或网络变量。在电路分析中，人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。电压和电流是描述电路特性的两个基本变量。1.2.1电流及其参考方向电流：单位时间内通过导体横截面的电量。电流的单位：安培（A）电流的实际方向：规定为正电荷运

8、动的方向。电流的参考方向：任意假定的正电荷运动的方向。通常用带有箭标的线段表示，也可以采用双下标字母表示，如IAB表示电流的参考方向由A端指向B端。1.2.1电流及其参考方向（续1）当电流的实