電壓源、電流源及等效變換

1、模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路電壓源、電流源及等效變換電壓源、電流源及等效變換模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 1掌握電壓源的定義和特點。2掌握掌握電流源的定義和特點。3掌握電壓源和電流源變換的方法。模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路 一、電壓源學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)內(nèi)容 二、電流源三、電壓源和電流源的等效變換。模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路假定各支路電流方向及各回路繞向；選定獨立節(jié)點，列出獨立的KCL電流方程式；選定網(wǎng)孔，列出獨立的KVL電壓方程式；帶入?yún)?shù)，解聯(lián)立方程組。2、應(yīng)用支路電流法的步驟復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路電源獨立電源受控電

2、源電壓源電流源新課教學(xué)新課教學(xué)模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路一、電壓源1、實際電壓源、實際電壓源如圖1所示。例如，發(fā)電機、電池及各種信號源都含有電動勢E和內(nèi)阻 ，因此，都可以用電壓源來表示。a、定義：、定義：或圖1 實際電壓源+模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路電壓源是以輸出電壓的形式向負載供電的，如圖2所示。電壓源輸出電壓源電壓源rEIs 當(dāng)電壓源向負載輸出電壓時，如圖2所示，電源的端電壓U總是小于它的恒定的電動勢E。電源的端電壓U、電動勢E和內(nèi)阻之間有如下關(guān)系： U=E-Ir0圖2模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路可見，電壓源的供電特性是電源的端電壓隨輸出電流的增大而減小。

3、電壓源的內(nèi)阻越小，它對外供電就越穩(wěn)定。故電壓源的內(nèi)阻越小越好。圖2 電壓源輸出U=E-Ir0模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路2 2、理想電壓源、理想電壓源a、定義：、定義：內(nèi)阻為零的電壓源稱為理想電壓源，如圖3所示。由于理想電壓源的輸出電壓恒等于電源電動勢且與負載大小無關(guān)，所以又稱為恒壓源。圖3 理想電壓源模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路b、特點、特點模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路根據(jù)歐姆定律RU根據(jù)歐姆定律I=RUI=模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路提示： 理想電壓源實際上是不存在的，也就是說實際上電源總是存在一定數(shù)值的內(nèi)阻。但如果電壓源的內(nèi)阻遠小于負載電阻，即rR

4、，就可以把它看成是理想電壓源了。應(yīng)注意，理想電壓源不允許短路，否則電源的輸出電流將很大，容易造成電源的損壞。模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路二、電流源1、實際電流源、實際電流源a、定義：、定義：圖4 實際電流源模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路電流源電流源電流源向負載電流源向負載R R輸出電流時，如圖輸出電流時，如圖5 5所示，它輸出的電所示，它輸出的電流流I與電流源的恒定電流與電流源的恒定電流Is、輸出電壓、輸出電壓U U、輸出之間的關(guān)系、輸出之間的關(guān)系是：是：可見，電流源的供電特性是輸出電流隨內(nèi)阻的增大而增可見，電流源的供電特性是輸出電流隨內(nèi)阻的增大而增大，。故電流源的內(nèi)阻越大越

5、好。大，。故電流源的內(nèi)阻越大越好。圖5I=IssrU模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路I=IssrU模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路2、理想電流源、理想電流源a、定義：內(nèi)阻為0的電流源稱為理想電流源，如圖6所示。它對外供電電流穩(wěn)定不變，對外供電電流的大小取決于負載電阻的大小。圖6 理想電流源 模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路RL IUISOIISU+_b、特點、特點模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路例例2：設(shè)：設(shè) IS = 10 A，接上，接上RL 后，恒流源對外輸出電流。后，恒流源對外輸出電流。10A 得到：根據(jù)歐姆定律：U=IR根據(jù)歐姆定律：U=IR得到：解：解：RLI

6、ISU+_模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路URLI 電源IUS+UR0IsR0UI三、電壓源和電流源的等效變換。模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路1 1、電壓源和電流源等效變換的含義：一電壓源與一電流、電壓源和電流源等效變換的含義：一電壓源與一電流源互相變換后對同一負載供電性能不變稱為這兩個電壓源源互相變換后對同一負載供電性能不變稱為這兩個電壓源和電流源的等效變換。和電流源的等效變換。模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路2 2、等效互換條件、等效互換條件U = EIR0U = IR0R0 = IsR0 I R0 = ( Is I ) R0第1章IE+UR0IsR0UIIUIR0 E

7、 = R0 = R0 IsR0模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路電壓源模型電壓源模型 電流源模型電流源模型電流源模型電流源模型 電壓源模型電壓源模型R0EIs =R0 = R0E = Is R0 R0 = R0IE+UR0IsR0UIIsR0UIIE+UR0模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路即：電流源的恒定電流等于電壓源的短路電流即：電流源的恒定電流等于電壓源的短路電流； 電壓源和電流源的內(nèi)阻相等。電壓源和電流源的內(nèi)阻相等。 電壓源的電動勢電壓源的電動勢E E的方向與電流源恒定電流的方向與電流源恒定電流I IS S 的方向必須保持一致。的方向必須保持一致。 模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)

8、雜直流電路2）所謂“等效”是指“對外電路”等效（即對外電 路的伏安特性一致），對于電源內(nèi)部并不 一定等效。例如，在電源開路時：1）電壓源模型與電流源模型互換前后電流的 方向保持不變，即IS和Us方向一致。R0 不消耗能量 消耗 能量R0 說明說明IUS+UR0IsR0UI模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路3 3） 電壓源（恒壓源）與電流源（恒流源）電壓源（恒壓源）與電流源（恒流源） 之間不能互換。之間不能互換。IsUS+因理想電壓源內(nèi)阻為因理想電壓源內(nèi)阻為0，而理想電流源內(nèi)阻為無窮，而理想電流源內(nèi)阻為無窮大，不能滿足大，不能滿足r0=rsr0=rs故理想電壓源與理想電流源不能故理想電壓源與

9、理想電流源不能等效變換。等效變換。模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路 例3 試將左圖中的電壓源轉(zhuǎn)換為電流源，將右圖中的電流源轉(zhuǎn)換為電壓源。模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路解解：（1）將電壓源轉(zhuǎn)換為電流源 電流源電流的參考方向與電壓源正負極參考方向一致。Is= = 12/3 =4A 內(nèi)阻不變rE模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路 （2）將電流源轉(zhuǎn)換為電壓源 電壓源正負極參考方向與電流源電流的參考方向一致。E=Is r=28V=16V 內(nèi)阻不變模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路 例4 電路如下圖所示，試用電源變換的方法求R3支路的電流。模塊三

10、模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路 （1）將兩個電壓源分別等效變換成電流源IS1 = = = 18A IS2 = = = 9A11ER18122ER91模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路 （2）將兩個電流源合并成一個電流源。IS = IS1 +IS2 = 27A R = R1R2 （）= 0.5模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路 （3）最后可求得R3上電流為 RRR3【（）】模塊三模塊三 復(fù)雜直流電路復(fù)雜直流電路1.1.用一個恒定的電動勢用一個恒定的電動勢E與內(nèi)阻串聯(lián)表示的電源稱為電與內(nèi)阻串聯(lián)表示的電源稱為電壓源，內(nèi)阻壓源，內(nèi)阻=0=0的電壓源稱為理想電壓源；用一個恒定的的電壓源稱為理想

11、電壓源；用一個恒定的電流與內(nèi)阻并聯(lián)表示的電源稱為電流源，內(nèi)阻電流與內(nèi)阻并聯(lián)表示的電源稱為電流源，內(nèi)阻=0=0的電流的電流源稱為理想電流源。源稱為理想電流源。2.2.實際電壓源與實際電流源可以等效變換，等效變換的條實際電壓源與實際電流源可以等效變換，等效變換的條件是：電流源的恒定電流等于電壓源的短路電流件是：電流源的恒定電流等于電壓源的短路電流； 電壓源和電流源的內(nèi)阻相等；電壓源和電流源的內(nèi)阻相等； 電壓源的電動勢電壓源的電動勢E E的方向與電流源恒定電流的方向與電流源恒定電流I IS S的的方向必須保持一致。方向必須保持一致。小結(jié)小結(jié)3.3.等效指的是外部等效，內(nèi)部并不等效。理想電壓源與理等效指的是外部等效，內(nèi)部并