电工学及其电气设备第1章.ppt

电工学及电气设备 参考书目 电工学及电气设备（第四版） 侯树文 主编 水利 水电出版社，2011 电工学及电气设备，华孝敏，中国水利水电 出版社，2004。 第一章 电路分析 基础 第一节 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） 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 1、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：I或i。 I 表示直流电，i表示交流电。 单位：安培(A)，简称安。用单位有mA(毫安)、 uA (微安)、 kA(千安)。 2、电位及电压 电压：电路中两点之间的电位差。 符号：U或u。 单位：伏特(V)，简称 V 。 常用电位：千伏(KV)、毫伏(mV)、微伏 (uV) 电位： 定义：相对于确定的参考点来说，参考点至关 重要，电路中某点A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 点所做的功。 符号：A点电位VA 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“”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 “”表示。 3、电动势 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。 符号：e 或 E 单位：伏特(V) 4、功率 定义：单位时间内电场力所做的功。 符号：p 或P表示 单位：瓦特(W)，常用单位：千瓦(KW)、毫 瓦(mW) 三、 电压、电流的关联参考方向 1、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）。 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；若计算出的电流 为负值，则说明电流的实际方向与参考方向相反。 2、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 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。 图（电压的参考方向） 3、电动势的参考方向 电动势的方向指电位升高的方向，从低电位指向高电 位的方向，与电压的方向相反。 电压与电势的关系： 4、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，但为方便计 算，负载元件选取电压的参考方向与电流的参考方向一 致，即关联参考方向。 欧姆定律： 关联：U =IR 非关联：U = -IR 当P=UI0时，表明该段电路吸收（消耗）功率，视为负载 当P=UI0时，表明该段电路发出（释放）功率，视为电源 第二节 电压源、电流源及等效变换 一、电压源及伏安特性 1、理想电压源 电源的端电压与输出电流无关，是给定的时间函数 ，u=us(t)=e(t)，称为理想电压源， 理想电压源的电流取决于外电路中负载的大小，如 果是常数us(t)=US，称为直流电压源 （又名恒压源） 。 理想电压源及伏安特性 2、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，可用下 图等效： 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。 实际电压源及伏安特性 二、电流源及伏安特性 1、理想电流源 电源输出的电流端电压与无关，电流是给定的时间函 数，I=Is(t)，称为理想电流源， 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is(t)=IS，称为直流电流源 （又名恒流源）。 理想电流源及伏安特性 2、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 用下图等效： 实际电流源及伏安特性 三、电压源与电流源的等效变换 等效条件： 四、电路的工作状态 l 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 ，使两端电压降为零叫端接；电源在输出端被端 接，称为短路。 第三节 基尔霍夫定律 基本概念： 节点：电路中三条或三条以上的连接点称为节 点 。 支路：电路中一个或若干个元件串联而成的一段电 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（KCL） 内容： 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KCL。 i(t)=0 广义节点 二、基尔霍夫电压定律（KVL） 内容： 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KVL。 u(t)=0 第四节 电路的基本分析方法 一、支路电流法 支路电流法是以支路电流为网络变量，根据KCL和KVL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 联立求解，求出个支路电流。 步骤： 1、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。 2、列n-1个独立的KCL方程。 3、列m个独立的回路电压方程 4、所列上述方程联立求解，即可求出各支路电流。 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 l支路电流法举例 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 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。 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 节点电压法举例 第五节 电路的基本定理 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， 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。 除源规则： 电压源所在位置短路， 电流源所在位置开路。 叠加定理法举例 叠加定理法举例 二、二端网络及戴