电工学 第一章 电路的基本概念与定律

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电工学

• 第1章 电路的基本概念与定律
  • 1.1 电路与电路模型
    • 电路
      • 电流的通路
      • 为了某需要由电工设备或元器件按一定方式组合而成
      • 实现电能的传输与转换 实现信号的传递和处理
    • 电路抽象
      • 电路模型中由理想电路元件代替实际电路元件
        • 由实际元件理想化抽象出来的假想元件 具有实际元件某种特定的电磁性质 理想化模型，具有精确的数学定义
        • 图形符号
      • 电池是电源元件，其参数电动势 E 和内阻Ro。 灯泡主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻R。 导线用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。 开关用来控制电路的通断。
      • 由一些理想电路元件所组成的电路，就是实际电路的电路模型。简称电路
    • 电路分析
      • 激励：电路中的电源或信号源的电压或电流
      • 响应：激励在电路中各部分产生的电压或电流
      • 电路分析
        • 元件的VCR和KCL、KVL=电路分析
        • 在已知电路结构和元件参数的条件下 讨论电路的激励与响应的关系
  • 1.2 电压和电流的参考方向
    • 设定一个正方向作为参考方向 电压（或电流）的值有正、负之分
      • 电压
        • 正负号
        • 双下标 Uab（高电位在前，低电位在后）
      • 电流
        • 箭 头
      • 关联参考方向 电流电压方向相同
        • 对于一个元件或一部分电路，电压和电流的参考方向相同。
    • 电流实际方向：正电荷移动的方向 电压实际方向：高电位指向低电位的方向
    • 步骤
      • 设方向
        • •画箭头（电流） •标“+“、“-“（电压）
      • 命名
        • •电流为I（或i） ，电压为U（或u） •多个电流或电压使用不同下标
  • 1.3 电阻、电感和电容元件
    • 实际元件
      • 电 阻
        • 体现电能转化为热能的二端器件
        • 电位器
        • 固定电阻
        • 敏感电阻
      • 电 感
        • 体现产生磁场，储存磁场能量的二端器件
        • 固定式电感
        • 可调式电感
      • 电 容
        • 体现产生电场，储存电场能量的二端器件
        • 固定电容
        • 可变电容
        • 微调电容
    • 理想元件
      • 电阻元件R
        • 欧姆定律：U=±IR 正负与参考方向相关，默认关联 遵循欧姆定律的电阻为线性电阻 线性电阻的伏安特性曲线为过原点的直线
        • 电导
          • G=1/R 单位：S（西门子） i=GU
        • 耗能元件，电功率P=UI=I²R=U²/R
      • 电感元件 L / (H or mH)
        • 线性电感元件 默认u、i参考方向相同 在直流稳态电路中，电感相当于短路
        • 储能元件 不消耗能量
      • 电容元件 C / (F μF pF)
        • 线性电容元件 默认u、i参考方向相同 在直流稳态电路中，电容相当于开路
        • 储能元件 不消耗能量
  • 1.4 电源的状态
    • 电源的有载工作
      • U=E - I R₀ U·I=E·I — I²R₀ 功率平衡式：P = Pe - ΔP 电源的输出功率=电源产生的功率-电源内阻损耗的功率 负载变化时，电源的端电压变化不大，带负载能力强
      • 电源开路：i=0，U=U₀=E，P=0 U₀为开路电压（空载电压）
      • 电源短路：U=0，i=Is=E/R₀，P＝０ Is为短路电流，Pｅ＝ΔP＝I²R₀，接入熔断器
    • 电源与负载的判别
      • 根据U、I的实际方向
        • 负载：U、I方向相同 + 入 - 出，吸收功率
        • 电源：U、I方向相反 - 入 + 出，发出功率
      • 根据U、I的参考方向
        • 参考方向相同时 P=U·i>0, 负载 P=U·i<0, 电源
        • 参考方向相反时 P=U·i>0, 电源 P=U·i<0, 负载
    • 电气设备运行时的三种状态
      • 额定值：电气设备或元件能在给定条件下正常运行时，规定的正常允许值。 额定值常用下标N来表示，如UN、 IN、 PN 实际值：使用时的具体数值，它不一定和额定值相等
      • 额定工作状态： I = IN ， P = PN 过载(超载)： I > IN ， P > PN 欠载(轻载)： I < IN ， P < PN
  • 1.5 基尔霍夫定律
    • 电路的结构
      • 支路：电路中每一个分支。一条支路是同一个电流 结点：三条或三条以上支路的连结点 回路：支路组成的闭合路径 网孔：内部不含支路的回路
    • 基尔霍夫电流定律KCL
      • 任一瞬间，一个结点上电流的代数和∑i 恒=0. 方向：规定参考方向指向结点的电流取正号 即，∑i入=∑i出，体现了电流的连续性 适用于包围部分电路的任一假设的闭合面
      • N个结点的电路中，有N-1个独立的结点电流方程
    • 基尔霍夫电压定律KVL
      • 任一瞬间、任意回路，沿任意循行方向，各段电压代数和∑U恒=0 方向：参考方向与循行方向一致的电压取正号； 电阻的电压如果用电流表示，电流参考方向与循行方向一致的电压取正号 电压和路径无关 KVL也适合开口电路：路径上的各段电压参考方向和路径方向相同为正 Uab=Ｅ－I*R，沿从a到b的路径，红色线条即电压方向
      • N个结点，B个支路，有B-N+1个独立的回路电压方程
        • 一般为网孔数
  • 1.6 电位及简化电路
    • 电位
      • 参考点：在电路中任选一点，设其电位为0，用┴标记 电位：其他各点对参考点的电压，Vx （单下标） 电位是相对值，电压是固定值
    • 简化电路；给定数值的点或给定电压的两点为假开路