当前课程知识点：电工技术 > 第1讲 电路的基本概念与分析方法之一 > 1.1 电路变量及方向 > 1.1 Video
同学们大家好
我是清华大学电机系老师段玉生
电工技术这门课由我来主讲
第一讲是电路的基本概念与分析方法之一
在这一讲里
我们将向大家介绍电路变量及方向
基尔霍夫定律
电路元件
电源的等效互换
以及电路分析的两个基本方法
支路电流法与节点电位法
下面介绍知识点1.1 电路变量
首先给大家介绍电路的概念
把各种电路元件以某种方式互联
而形成的能量或信息的传输通道称为电路
或者称之为电路网络
在进行电路分析的时候
我们在这里有一个假设
叫作集总电路假设
如果电路元件尺寸远远小于电路中
与电流频率相关的波长
可以近似认为能量只驻留于
或者说集总于各个元件内部
这种元件称为集总元件
由集总元件组成的电路称为集总电路
也就是说所谓的集总电路是没有辐射的电路
只有在集总电路假设下
电路的基本定律才成立
也就是说我们在下面要研究电路
那么所有的电路都满足集总电路这个假设
电路变量是指
电流、电压、电动势、电功率和电能量
我们首先给大家介绍一个最简单的电路
这是一个手电筒的电路
是一个实际电路
在这个电路中有一个电池
电池通过导线与灯泡相连
那么我们要分析这个实际电路
我们要做一些假设
比如我们假设电池能提供一个恒定电压
也就是说它是一个理想的电池
导线可以认为它没有电阻
当然灯泡它是电阻丝
那么它有电阻，当然它也有电感
如果电感很小我们可以忽略
我们把这些元件理想化
都用符号去表示
那么我们就可以把这个电路画出来
那么这个电路就是实际电路的一个所谓的电路模型
我们以后在分析电路的时候
都是在分析这些电路模型
在电路模型中，元件是用符号来表示的
在这个电路中
电源提供能量，电阻是负载，它要消耗能量
那么在这个电路中电动势E，它是一个电路变量
电流也是一个电路变量
电流通过电阻，电阻上有压降
这也是一个电路变量
电路变量的正方向
当然电路变量有其定义的正方向
那么这个是在物理中定义的
比如说电流
它的正方向定义为正电荷移动的方向
电动势E它的正方向是电源驱动正电荷的方向
也就是说它的正方向是从低电位到高电位
电压U它的正方向是电位降落的方向
也就是说从高电位到低电位的方向
从这里大家可以看出来
电动势E和电压U，它们的正方向实际上是相反的
大家要注意电路变量的单位
电流的单位是
电压和电动势的单位是一样的
那么我们在这里给大家一个电路
这是一个完整的电路
在这个电路中，电路元件还比较多
在这里面电阻R上的电流我们叫
但是我们现在不知道这个电流到底是
从A流向B呢，还是从B流向A呢
那么我们就很难去列这个电路方程
那么所以我们怎么去解决这个问题呢
就是在解题前先设定一个正方向
作为参考方向
然后根据电路的定律、定理
列出物理量间相互关系的方程
再去解这个方程
根据计算结果确定实际方向
如果计算结果为正
就表示实际方向与参考方向是一致的
如果计算结果为负
就表示实际方向与参考方向是相反的
这个参考方向怎么去表示呢
电压的参考方向我们可以用正负号去表示
也可以用箭头去表示
箭头的方向表示电压从高电位到低电位的方向
我们可以用双下标去表示
双下标第一个下标是高电位
第二个下标是低电位
所以我们可以用Uab去表示
也就是说电压的参考方向有3种表示方法
一个是正负号
一个是箭头
一个是双下标
那么电动势的参考方向可以用正负号去表示
也可以用箭头去表示
箭头是从低电位到高电位
请注意，这里如果用箭头去表示的话
它与电压的方向是相反的
它是从低电位到高电位
而电压的方向是从高电位到低电位
比如这个
左边是正，右边是负
那么如果是表示电动势的话
它的箭头应该是从右向左
电流的参考方向比较简单
就是用一个箭头去表示
旁边标上这个电流就可以了
电功率
若电路中某元件上的电压是U，电流是I
而且参考方向相同
就像这个图形上所表示的
它们的参考方向相同
这种情况叫作参考方向相关联
那么该元件上所消耗的电功率
请注意，这里是所消耗的电功率
p=ui
电功率的单位是瓦特，或者简称瓦
当然有千瓦、毫瓦、微瓦
如果这个功率是大于0
表示该元件实际吸收功率
是电路中的负载
也就是实际上它是在消耗功率的
它是负载
如果p<0，表示该元件实际发出功率
也就是它作为一个电源是在为电路提供功率
电阻在电路中只能吸收功率
也就是说它是一个负载
电路中的电源可以发出功率
也可以吸收功率
这要看电路的情况了
有的时候它是发出功率的
有的时候是吸收功率的
电能是一段时间内所提供或所消耗的电能量
用W表示
与电功率的关系是这样
电能是电功率的积分
电能的单位是焦尔，或者简称焦
电力系统中常用“度”作电能单位
比如说1度就是1千瓦·小时
就是1千瓦的功率运行一个小时所消耗的电能
下面给大家举一个例子
这是一个部分电路
a点和b点之间有这么一个支路
这个支路的概念我们后面会介绍
那么已知电动势是2V，电阻是1Ω
下面是要求，当U分别是3V和1V的时候
电阻上的电流是等于多少
在这个部分电路中
电路中的物理量实际上已经设定好了
电阻上的电流是从左到右
它的电压是和电流的方向是一致的
也就是相关联的
首先我们列电路方程
从a点到b点的电压是U
这个电压等于各部分电压之和
下面我们就代入数据
当U=3V的时候
因为IR大于0
就表示实际方向与参考方向是一致的
也就是说电流的实际流动方向
是和电流的参考方向是一致的
是从左到右的
如果U=1V
那么再代入数据
这个时候大家看，是小于0的
电流的实际方向与参考方向是相反的
也就是说是从右往左流动的
再给一个例子
在这么一个电路中有三个元件
分别是元件1、元件2和元件3
整个电路的电流已经给出来了
因为它只有这一个回路
电流是1A
各个元件的电压也给出来了
下面是要求三个元件的功率
第二步是要问哪个元件是供电电源
哪个元件是负载
首先我们求三个元件的功率
那么已经给出来它的电流和电压了
功率就好求了
为什么是负号呢
因为U1和I是反方向的，所以加一个负号
因为这个U2和I是同方向的，相关联的
所以元件1、元件2是负载
它们都是消耗能量的
元件3是供电电源
它是提供能量的
那么我们就把这个知识点小结一下
第一，电路变量的实际方向是物理中规定的
而参考方向是人们在进行电路分析计算时任意设定的
也就是说我们在解电路前
可以设定我们自己希望的参考方向
在以后的解题过程中一定要注意
先设定电路变量的参考方向
然后再列方程计算
缺少参考方向的电路变量实际上是没有意义的
为了避免列方向时出错
我们习惯上使I和U的参考方向是一致
也就是相关联的
也就是说对一个元件来讲
我们最好假设I和U的参考方向是一致的
在使用欧姆定律的时候
大家知道欧姆定律是R=U/I
适用于电压和电流参考方向一致的情况
当电压和电流的参考方向相反的时候
注意，这里一定要加一个负号
也就是说R=-U/I
-1.1 电路变量及方向
--作业
-1.2 基尔霍夫定律
--作业
-1.3 电路元件
--作业
-1.4 两种电源的等效互换
--作业
-1.5 支路电流法
--作业
-1.6 节点电位法
--作业
-2.1 叠加定理
--作业
-2.2 等效电源定理之戴维宁定理
--作业
-2.3 等效电源定理之诺顿定理
--作业
-2.4 含受控源电路的分析方法
--作业
-3.1 SPICE电路文件
-第3讲 电路仿真软件SPICE--3.1 SPICE电路文件
-3.2 元件语句
-第3讲 电路仿真软件SPICE--3.2 元件语句
-3.3 直流分析与输出语句
-第3讲 电路仿真软件SPICE--3.3 直流分析与输出语句
-3.4 子电路与模型语句
-3.5 Aim-spice使用方法
-4.1 正弦交流电路的概念
-第4讲 正弦交流电路基础--4.1 正弦交流电路的概念
-4.2 正弦量的相量表示法
-第4讲 正弦交流电路基础--4.2 正弦量的相量表示法
-4.3 纯电阻交流电路
-第4讲 正弦交流电路基础--4.3 纯电阻交流电路
-4.4 纯电感交流电路
-第4讲 正弦交流电路基础--4.4 纯电感交流电路
-4.5 纯电容交流电路
-第4讲 正弦交流电路基础--4.5 纯电容交流电路
-5.1 RLC串联的交流电路
-第5讲 正弦交流电路的分析方法--5.1RLC串联的交流电路
-5.2 交流电路的一般分析方法
-第5讲正弦交流电路的分析方法--5.2交流电路的一般分析方法
-5.3 功率因数的提高
-第5讲 正弦交流电路的分析方法--5.3 功率因数的提高
-5.4正弦信号源与.tran分析语句
-第5讲--5.4正弦信号源与.tran分析语句
-6.1 串联谐振
--作业
-6.2 并联谐振
--作业
-6.3 电路的频率特性
--作业
-6.4 ac交流扫描分析语句及其应用
--作业
-6.5 RLC电路的串联谐振实验
--6.5Video
-7.1 三相交流电源
-第7讲 三相交流电路--7.1 三相交流电源
-7.2 负载星形连接的三相电路分析
-第7讲 三相交流电路--7.2 负载星形连接的三相电路分析
-7.3 负载三角形连接的三相电路分析
-第7讲 三相交流电路--7.3 负载三角形连接的三相电路分析
-7.4 三相电路功率
-第7讲 三相交流电路--7.4 三相电路功率
-7.5 安全用电常识
-7.6 用SPICE分析三相电路
-第7讲 三相交流电路--7.6 用SPICE分析三相电路
-7.7 三相电路实验
--Video
-8.1 非正弦周期交流信号的分解
--作业
-8.2 非正弦周期交流电路的分析计算
--作业
-8.3 有效值和平均功率
--作业
-8.4 用Spice分析非正弦交流电路
--作业
-9.1 换路定理与初始值的确定
--作业
-9.2 过渡过程的经典分析方法
-第9讲 电路的过渡过程之一--9.2 过渡过程的经典分析方法
-9.3过渡过程的三要素分析法
-第9讲 电路的过渡过程之一--9.3过渡过程的三要素分析法
-9.4 过渡过程的叠加分析方法
-第9讲 电路的过渡过程之一--9.4 过渡过程的叠加分析方法
-10.1 微分电路、积分电路与脉冲激励下的RC电路
-第10讲--10.1微分电路、积分电路与脉冲激励下的RC电路
-10.2 含有多个储能元件的一阶电路
-第10讲--10.2含有多个储能元件的一阶电路
-10.4 用Spice分析电路的过渡过程
-第10讲 --10.4 用Spice分析电路的过渡过程
-10.5 RC电路的过渡过程
--Video
-11.1 磁场的物理量与磁性材料
-第11讲 磁路与变压器--11.1 磁场的物理量与磁性材料
-11.2 安培环路定律和磁路的欧姆定律
-第11讲磁路与变压器--11.2安培环路定律和磁路的欧姆定律
-11.3 交流铁芯线圈
-第11讲 磁路与变压器--11.3 交流铁芯线圈
-11.4 变压器的结果与工作原理
-第11讲 磁路与变压器--11.4 变压器的结果与工作原理
-11.5 变压器的额定值及特殊变压器
-第11讲 磁路与变压器--11.5变压器的额定值及特殊变压器
-11.6 用SPICE分析变压器电路
-第11讲 磁路与变压器--11.6用SPICE分析变压器电路
-12.1 Multisim主要窗口组件
-第12讲--12.1 Multisim主要窗口组件
-12.2 电路图的编辑与测试
-第12讲 --12.2电路图的编辑与测试
-12.3 元件库
--12.3
-第12讲 电路仿真软件Multisim--12.3 元件库
-12.4 测试仪表
-第12讲 电路仿真软件Multisim--12.4 测试仪表
-12.5 Multisim的分析功能
-第12讲 --12.5 Multisim的分析功能
-12.6 用Multisim分析电路举例
-13.1 预备知识
-第13讲 电动机--13.1 预备知识
-13.2 异步电动机的转动原理
-第13讲 电动机--13.2 异步电动机的转动原理
-13.3 三相异步电动机的结构和工作原理
--作业
-13.4 三相异步电动机的机械特性
-第13讲 电动机--13.4 三相异步电动机的机械特性
-13.5 三相异步电动机的使用
-第13讲 电动机--13.5 三相异步电动机的使用
-13.6 单相异步电动机简介
-14.1 常用低压电器
-14.2 电动机的启-保-停控制及电机的保护
--作业
-14.3 基本控制环节
--作业
-14.4 综合举例
--Video
-14.5 继电器-接触器控制系统实验
--Video
-15.1 可编程控制器的组成与工作原理
--作业
-15.2 S7-200 PLC程序设计基础
--作业
-15.3 位逻辑指令
--作业
-15.4 定时器指令与计数器指令
--作业
--第十五讲讲义
-16.1 小型PLC控制系统的设计方法
-第16讲--16.1小型PLC控制系统的设计方法
-16.2 顺序功能图
-第16讲 可编程控制器之二--16.2 顺序功能图
-16.3 利用顺序控制继电器（SCR）编写程序
-第16讲--16.3 利用顺序控制继电器（SCR）编写程序
-16.4 Step7-Microwin的窗口组成
-16.5 Step7-Microwin使用举例
-期末考试--电工技术期末考试
