电工学及电器设备第1章.课件.ppt

1、电工学及电气设备电工学及电气设备参考书目电工学及电气设备（第四版）电工学及电气设备（第四版） 侯树文侯树文 主编主编 水利水利水电出版社，水电出版社，2011电工学及电气设备，华孝敏，中国水利水电电工学及电气设备，华孝敏，中国水利水电出版社，出版社，2004。第一章第一章 电路分析电路分析基础基础第一节第一节 电路的基础概念电路的基础概念一、电路的组成及作用 组成：电工设备和器件（电源、负载、中间环节）组成：电工设备和器件（电源、负载、中间环节）作用：作用：1.电能的转换、传输和分配； 发电厂的发电机组把水能或热能转换成电能，通过变压器 、输电线路传送给各用户，用户又把电能转换成机械能、热能或

2、光能。2.信号的传递和处理。 电视机接受各发射台发出的不同信号并进行放大、 处理，转换成声音和图像 二、电路的基本物理量二、电路的基本物理量 1 1、电流电流 大小：用电流强度来衡量，电流强度工程上简称电流大小：用电流强度来衡量，电流强度工程上简称电流 符号：符号：I I或或i i。 I I 表示直流电，表示直流电，i i表示交流电。表示交流电。 单位：安培单位：安培(A)(A)，简称安。用单位有，简称安。用单位有mA(mA(毫安毫安) )、 uA uA ( (微安微安) )、 kA(kA(千安千安) )。 361A =10m A =10AQdqI=i=tdt公 式 ： （ 直 流 电 ） ，

3、（ 交 流 电 ）2 2、电位及电压电位及电压 电压：电路中两点之间的电位差。电压：电路中两点之间的电位差。 符号：符号：U U或或u u。 单位：伏特单位：伏特(V)(V)，简称，简称 V V 。 常用电位：千伏常用电位：千伏(KV)(KV)、毫伏、毫伏(mV)(mV)、微伏、微伏(uV)(uV)3361m10ABABVVVVUU1KV=10， =10公式：U电位：电位：定义：定义：相对于确定的参考点来说，相对于确定的参考点来说，参考点至关参考点至关重要，电路中某点重要，电路中某点A A的电位是指单位正电荷在的电位是指单位正电荷在电场力作用下，自该点沿任意路径移动到参考电场力作用下，自该点沿

4、任意路径移动到参考点所做的功。点所做的功。符号：符号：A A点电位点电位V VA A参考点的选取：只能选取一个，通常选择接地参考点的选取：只能选取一个，通常选择接地点为参考点，用符号点为参考点，用符号“”表示，在电子线路表示，在电子线路中常取若干导线交汇点或机壳作为参考点，用中常取若干导线交汇点或机壳作为参考点，用“”表示。表示。3 3、电动势电动势 定义：指单位正电荷在电源力作用下，自低电位定义：指单位正电荷在电源力作用下，自低电位端电源内部移动到高电位端所做的功。端电源内部移动到高电位端所做的功。 符号：符号：e e 或或 E E 单位：伏特单位：伏特(V)(V)4 4、功率功率定义：单位

5、时间内电场力所做的功。定义：单位时间内电场力所做的功。符号：符号：p p 或或P P表示表示单位：瓦特单位：瓦特(W)(W)，常用单位：千瓦，常用单位：千瓦(KW)(KW)、毫瓦、毫瓦(mW)(mW) 336110 mWKWWW1KW=10， =10三、三、 电压、电流的关联参考方向电压、电流的关联参考方向1 1、电流的参考方向电流的参考方向 正电荷的运动的方向为电流的方向。在分析计算正电荷的运动的方向为电流的方向。在分析计算电路的问题时，必须先假定某一元件电流的方向作为电路的问题时，必须先假定某一元件电流的方向作为参考方向（正方向）。参考方向（正方向）。 当电流的参考方向确定以后，如果计算出

6、的电流当电流的参考方向确定以后，如果计算出的电流为正值，说明实际方向与参考方向一致；若计算出的为正值，说明实际方向与参考方向一致；若计算出的电流为负值，则说明电流的实际方向与参考方向相反。电流为负值，则说明电流的实际方向与参考方向相反。12abba-III 或表示为I 或2 2、电压的参考方向电压的参考方向 电压的方向，是从高位端指向低位端的方向，即电位降的方电压的方向，是从高位端指向低位端的方向，即电位降的方向向 在分析电路的问题时，要假定电压的参考方向。当电压的参在分析电路的问题时，要假定电压的参考方向。当电压的参考方考方向确定后，分析或计算出的电压若为正值，说明电压的实际方向向确定后，分

7、析或计算出的电压若为正值，说明电压的实际方向与参考方向是一致的；若为负值，说明电压的实际方向和参考方与参考方向是一致的；若为负值，说明电压的实际方向和参考方向相反。向相反。图（电压的参考方向）图（电压的参考方向）3 3、电动势的参考方向电动势的参考方向 电动势的方向指电位升高的方向，电动势的方向指电位升高的方向，从低电位指向高电从低电位指向高电位的方向位的方向，与电压的方向与电压的方向相相反反。 电压与电势的关系：电压与电势的关系： 4 4、电压、电流的关联参考方向电压、电流的关联参考方向 一般来说，电压、电流的参考方向可以任意假定，但一般来说，电压、电流的参考方向可以任意假定，但为方便计为方

8、便计算，负载元件选取电压的参考方向与电流的参考方向一算，负载元件选取电压的参考方向与电流的参考方向一致，即关联参考方向。致，即关联参考方向。欧姆定律：欧姆定律：关联：关联：U =IR U =IR 非关联：非关联：U = -IRU = -IR当当P=UIP=UI00时，表明该段电路吸收（消耗）功率，视为负载时，表明该段电路吸收（消耗）功率，视为负载当当P=UIP=UI00时，表明该段电路发出（释放）功率，视为电源时，表明该段电路发出（释放）功率，视为电源第二节第二节 电压源、电流源及等效变换电压源、电流源及等效变换一、电压源及伏安特性一、电压源及伏安特性1 1、理想电压源理想电压源 电源的端电压

9、与输出电流无关，是给定的时间电源的端电压与输出电流无关，是给定的时间函数，函数，u=uu=us s(t)=e(t)(t)=e(t)，称为，称为理想电压源，理想电压源， 理想电压源的电流取决于外电路中负载的大小，理想电压源的电流取决于外电路中负载的大小，如果是常数如果是常数u us s(t)=U(t)=US S，称为直流电压源，称为直流电压源 （又名恒压（又名恒压源）。源）。理想电压源及伏安特性理想电压源及伏安特性2 2、实际电压源特性实际电压源特性 实际电路中，理性电压源是不存在的，总存在着电源内阻，可用实际电路中，理性电压源是不存在的，总存在着电源内阻，可用下图等效：下图等效： 00020S

10、SSSSRUIIRUIRUIRUUIRRRUIU II RPPP， 电阻上消耗的电功率与负载上小号的电电阻上消耗的电功率与负载上小号的电功率之和为电压源消耗的功率。功率之和为电压源消耗的功率。实际电压源及伏安特性实际电压源及伏安特性二、电流源及伏安特性二、电流源及伏安特性1 1、理想电流源理想电流源 电源输出的电流端电压与无关，电流是给定的时间电源输出的电流端电压与无关，电流是给定的时间函数，函数，I=II=Is s(t)(t)，称为，称为理想电理想电流流源源， 理想电流源的电压取决于外电器中负载的大小，如果理想电流源的电压取决于外电器中负载的大小，如果是常数是常数i is s(t)=I(t)

11、=IS S，称为直流电流源，称为直流电流源 （又名恒流源）。（又名恒流源）。理想电流源及伏安特性理想电流源及伏安特性2 2、实际电流源特性实际电流源特性实际电路中，理性电流源是不存在的，总存在着电源内阻，可实际电路中，理性电流源是不存在的，总存在着电源内阻，可用下图等效：用下图等效：20020SSSUUIIUIUIRRUUIRUI，是电流源产生的功率，是内阻消耗的功率，是实际电流源输出的功率，即负载上消耗的功率。实际电流源及伏安特性实际电流源及伏安特性三、电压源与电流源的等效变换三、电压源与电流源的等效变换 等效条件等效条件：000012=3SSSSRRUUI RIR、内电阻相等，即、或、理想

12、电压源（或电动势）的方向与理想电流源的 方向相反。四、电路的工作状态四、电路的工作状态0001,0,0,0,23SSSUUUPIRUIUIRUIRPUIRR 、开路、一般工作状态，、额定工作状态电工设备在额定值下运行，则称为额定工作状态。过载运行：超过额定值工作。欠载运行：低于额定值工作。4、短路与短接l 短路与短接短路与短接l电路中任一部分电路被电阻为零的导线直接接通，电路中任一部分电路被电阻为零的导线直接接通，使两端电压降为零叫端接；电源在输出端被端接，使两端电压降为零叫端接；电源在输出端被端接，称为短路。称为短路。第三节 基尔霍夫定律基本概念：基本概念： 节点：电路中三条或三条以上的连接

13、点称为节节点：电路中三条或三条以上的连接点称为节 点。点。 支路：电路中一个或若干个元件串联而成的一段电支路：电路中一个或若干个元件串联而成的一段电路。路。 回路：由若干条支路所组成的闭合路径称为回路回路：由若干条支路所组成的闭合路径称为回路一、基尔霍夫电流定律（一、基尔霍夫电流定律（KCLKCL） 内容：内容： 任一时刻，对电路中任一节点，所有支路电流的代任一时刻，对电路中任一节点，所有支路电流的代数和恒等于零，又名节点电流定律，简称数和恒等于零，又名节点电流定律，简称KCLKCL。 i(t)=0i(t)=0033120:0:0SIIIIIIIAB节点节点适用：节点、电路中任一假设的封闭面、

14、线性电路和非线性电路。图广义节点广义节点二、基尔霍夫电压定律（二、基尔霍夫电压定律（KVLKVL） 内容：内容： 任一时刻，沿闭合回路绕行一周，各支路元件电压的任一时刻，沿闭合回路绕行一周，各支路元件电压的代数和恒等于零，又名回路电压定律，简称代数和恒等于零，又名回路电压定律，简称KVLKVL。 u(t)=0u(t)=04433222111000ABBCCFFASSUUUUUI RI RI RUI RU列写回路电压方程时，必须首先假定各支路电流的参考方向和回路电压降得绕行方向。第四节第四节 电路的基本分析方法电路的基本分析方法一、支路电流法一、支路电流法 支路电流法是以支路电流为网络变量，根据

15、支路电流法是以支路电流为网络变量，根据KCLKCL和和KVLKVL及欧及欧姆定律，直接列出电路中的节点电流方程和回路电压方程，然后姆定律，直接列出电路中的节点电流方程和回路电压方程，然后联立求解，求出个支路电流。联立求解，求出个支路电流。步骤：步骤：1 1、假设各支路电流的参考方向和网孔（回路）的绕行方向，并假设各支路电流的参考方向和网孔（回路）的绕行方向，并 对各节点标上符号。对各节点标上符号。2 2、列列n-1n-1个独立的个独立的KCLKCL方程。方程。3 3、列列m m个独立的回路电压方程个独立的回路电压方程4 4、所列上述方程联立求解，即可求出各支路电流。所列上述方程联立求解，即可求

16、出各支路电流。1231232221113322233111:00:102030SSSSKCLIIIIIIKVLUI RI RUI RI RUI RI RU根据根据回路 ：回路 ：回路 ：该电路有3条支路，两个节点，两个网孔，电路中电阻、电压均已知，计算各支路电流支路电流法举例支路电流法举例l支路电流法举例支路电流法举例二、节点电压法二、节点电压法 节点电压法先定义节点的电压为求解对象，根据基尔节点电压法先定义节点的电压为求解对象，根据基尔霍夫电流定律建立方程组，解出各节点电压，然后由霍夫电流定律建立方程组，解出各节点电压，然后由支路电压电流关系最后求解出各支路电流。支路电压电流关系最后求解出各

17、支路电流。注意事项：l各支路电流的参考方向与所列节点电压方程中各量的正、负号无关。l与电流源串联的电阻在方程中不出现，对结果无影响。l如果支路中只有理想电压源，而没有串联电阻时，则该节点的电压为已知，此时，可少列一个节点电压方程。节点电压法举例12123451-250 ,40 ,102040202SSUV UVRRRRR 例已知电源电压电阻，试用节点电压法求各之路电流1135512524523335551111: ()1111:()111150+=10402210111140()2202022032,30,0.8=,SABSABABABABAABABABUAUURRRRRUBUURRRRRUU

18、UUV UV UI RAUUUUUI RIR解 ： 以 节 点 C为 参 考 点 ， 则 节 点 节 点 （） U 得 I 5135444245411.8,1.5,0.5BBAAUI RIA IIIAR III U节点电压法举例第五节 电路的基本定理一、叠加原理一、叠加原理 在线性电路中，当有两个或两个以上的独立电源同时作用时，在线性电路中，当有两个或两个以上的独立电源同时作用时，任意支路的电流或电压，都可以看成是由电路中的各个独立电源任意支路的电流或电压，都可以看成是由电路中的各个独立电源单独作用时，在该支路中产生的电流或电压的代数和。单独作用时，在该支路中产生的电流或电压的代数和。 123

19、1133122332000SSIIII RI RUI RI RU1231133122332000SSIIII RI RUI RI RU111III 除源规则：电压源所在位置短路，电流源所在位置开路。12121-31-21 a24 ,1.5 ,1020SSVIA RRI例已知直流电路如图（ ）所示，电源电压U，试用叠加原理计算支路电路I及叠加定理法举例叠加定理法举例二、二端网络及戴维南定理二、二端网络及戴维南定理 1 1、二端网络二端网络 有源二端网络和无源有源二端网络和无源二二端网端网络络 任何一个线性有源二端网络，对外电路来说，都可以任何一个线性有源二端网络，对外电路来说，都可以 用一个等效电压源来代替。用一个等效电压源来代替。 难点：等效电压和等效内阻的求取难点：等效电压和等效内阻的求取2、戴维南定理戴维南定理解题步骤戴维南定理解题举例求等效内阻除源：电压源所在位置短路，电流源所在位置开路。