《电工》教案 第四讲 电路的独立电源、电功率、电路的工作状态.docVIP

第四讲 电路的独立电源 电功率 电路的工作状态 时间：2学时 重点和难点：电压源、电流源及其特性，实际电源模型与外特性；电路开路工作状态伏安各器件电压关系 目的：让学生掌握电路的三种工作状态，掌握电压源与电流源的模型、伏安特性和外特性，了解实际电源与理想电源的区别与联系。 教学方法：多媒体演示、课堂讲授 主要教学内容： 一、独立电源： 所谓独立电源是指其对外特性由电源本身的参数决定，而不受电源之外的其它参数控制。 1、独立电压源： 1）理想电压源及其伏安特性 a）定义： 理想电压源又称恒压源，是由内部损耗很小，以至可以忽略的实际电源抽象得到的理想化二端电路元件（所谓二端电路元件是指有两个端钮与外部相连的电路元件）。其定义是：在任一瞬间，能够在两个端钮间提供一个确定电压（此电压或者恒定不变，或者按某一特定规律随时间变化）的二端电路元件，称为理想电压源。 b）特点： 理想电压源具备两个最基本的特点，一是其端电压与外电路无关，二是其电流可以是任意的，随着它联接的外电路的不同而不同。 c）伏安特性： 直流理想电压源的伏安关系是一条与电流轴平行的直线，其纵坐标为直流理想电压源的电压参数Us。它表明，无论直流理想电压源的电流为何值，其两端电压总保持不变，而它的电流和功率则由外电路确定。 图 直流理想电压源及其伏安关系 d）功率： 理想电压源作为一个电路元件，可以向外电路发出功率，也可以从外电路吸收功率。在其电压u、电流i取关联参考方向的情况下，也满足p=ui。当p0时，理想电压源实际吸收功率；当p0时，理想电压源实际对外发出功率。 2）实际电压源模型及伏安特性 a）定义： 理想电压源实际上是不存在的，无论是哪一种实际电压源，其产生的电压都不会全部输送出去，内部要损失一小部分。也就是说，实际电压源存在内阻，且起着分压作用。所以，通常用理想电压源和内阻相串联来表征实际电压源。 b）伏安特性： 实际电压源提供给外电路的电压等于Us减去电源内阻上的分压IRs，内阻越小，所分电压越小，提供给外电路的电压就越大。当Rs=0时，U=Us，实际电压源就成为理想电压源。实际电压源的数学表达式为：U=Us－RsI 图 实际电源的电压源模型及其外特性 2、独立电流源： 1）理想电流源及其伏安特性 a）定义： 理想电流源又称恒流源，也是由实际电源抽象得到的理想化二端电路元件。其定义是：在任一瞬间，能够提供一个确定电流（此电流或者恒定不变，或者按某一特定规律随时间变化）的二端电路元件，称为理想电流源。 b）特点： 理想电流源具备两个最基本的特点，一是其电流与外电路无关，二是其端电压可以是任意的，随着它联接的外电路的不同而不同。 c）伏安特性： 直流理想电流源的伏安关系是一条与电压轴平行的直线，其横坐标为直流理想电流源的电流参数Is。它表明，无论直流理想电流源的端电压为何值，其电流总保持不变，而它的端电压和功率则由外电路确定。 图 直流理想电流源及其伏安关系 d）功率： 理想电流源作为一个电路元件，当然也有吸收功率和发出功率之分，其分析与计算同理想电压源。 2）实际电流源模型及伏安特性 a）定义： 与理想电压源一样，理想电流源实际上也是不存在的，无论是哪一种实际电流源，其产生的电流都不会全部输送出去，内部要损失一小部分。也就是说，实际电流源内部存在内阻，且起着分流作用。所以，通常用理想电流源和内阻相并联来表征实际电流源。 b）伏安特性： 实际电流源提供给外电路的电流等于Is减去电源内阻上的分流U/Rs，内阻越大，所分电流越小，提供给外电路的电流就越大。当Rs=时，I=Is，实际电流源就成为理想电流源。实际电流源的数学表达式为：I=Is－U/Rs 图 实际电源的电流源模型及其外特性 二、电路的工作状态 1、电路的工作状态： 在电路分析过程中，根据电源与负载的联接情况，常将电路分为短路、开路和额定工作状态。 2、短路状态： 短路状态是指电源两端所接的负载两端电压为零，而流过它的电流可以为任意值的情况。 短路时电源的输出电流称为短路电流，用Isc表示 。显然，实际电流源的短路电流Isc=Is。而实际电压源，因其内阻Rs一般都很小，其短路电流Isc= Us/ Rs将很大，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，以防止发生电压源短路事故。此外，还应在电路中接入熔断器等保护装置，以便在发生短路事故时能及时切断电路，达到保护电源及电路元器件的目的。 3、开路状态： 开路状态（也称断路状态）是指流过电源所接负载的电流为零，而其两端电压可以为任意值的情况。 开路时电源的端电压称为开路电压，用Uoc表示 。显然，实际电压源的开路电压Uoc=Us。而实际电流源，因其内阻Rs一般都很大，其开路电压Uoc= Is Rs将很大，会损坏电