电工复习课件.ppt

1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 1 沈振电工技术基础复习课 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 2 主要内容 1电路的基本概念和基本定律2电路的分析方法3电路的暂态分析正弦交流电路三相电路交流电动机继电器接触器控制系统 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 3 1电路的基本概念和基本定律 电路的定义电路是电流的通路 是为了某种需要由电工设备或电路元器件按一定方式组合而成的 电路的作用实现电能的传输 分配与转换实现信号的传递与处理电路的组成实现电能的传输 分配与转换时组成 信号源 信号处理 负载实现信号的传递与处理时组成 电源 中间环节 负载 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 4 1电路的基本概念和基本定律 电路的组成统称电源或信号源的电压或电流称为激励 它推动电路工作由激励在电路各部分所产生的电压和电流称为响应理想电路元件定义为了便于分析与计算实际电路 在一定条件下常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质 把它看成理想电路元件主要理想电路元件电阻元件R 电感元件L 电容元件C 电源器件E电路模型理想电路元件组成的电路 称为实际电路的电路模型 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 5 1电路的基本概念和基本定律 电压与电流的实际方向电流实际方向 正电荷运动方向或负电荷运动反方向电压实际方向 由高电位端指向低电位端电动势实际方向 由低电位端指向高电位端电压与电流的参考方向 任意假定 电流 电压 注意 在参考方向选定后 电流 或电压 值才有正负之分 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 6 1电路的基本概念和基本定律 电压与电流的参考方向实际方向与参考方向的关系实际方向与参考方向一致 电流 或电压 值为正值实际方向与参考方向相反 电流 或电压 值为负值欧姆定律流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比 U I参考方向相同时 U I参考方向相反时 U IR U IR 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 7 1电路的基本概念和基本定律 电源的工作状态电源有载工作开关合上 接通电源与负载电流的大小由负载决定电源开路开关断开 则电源处于开路状态 空载状态 开路时外电路的电阻对电源来说为无穷大 电路中电流为零电源端电压 称为开路电压或空载电压U0 等于电源电动势电源不输出电能 负载功率为零 电源短路电源两端被短接 则电源被短路开路时外电路的电阻可视为零 电源端电压为零电流不再流过负载 且电流 称为短路电流IS 很大电源电动势全部降在内阻上 电源产生的电能全被内阻所消耗 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 8 1电路的基本概念和基本定律 电路基本定律内容基尔霍夫电流定律基尔霍夫电压定律基础知识支路 3个 电路中的每一个分支一条支路流过一个电流 称为支路电流结点 2个 三条或三条以上支路的联接点回路 3个 由支路组成的闭合路径网孔 2个 内部不含支路的回路 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 9 1电路的基本概念和基本定律 基尔霍夫电流定律 KCL定律 定律内容在任一瞬时 流入某一结点的电流之和等于由该结点流出的电流之和 即在任一瞬时 一个结点上电流的代数和恒等于零 可表示为 入 出或 0实质电流连续性的体现 反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系 举例对结点a I1 I2 I3或I1 I2 I3 0计算结果正负的含义 列式之前必须先指定电流的参考方向 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 10 1电路的基本概念和基本定律 基尔霍夫电流定律 KCL定律 适用范围结点包围部分电路的任一假设的闭合面 广义结点 广义结点举例 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 11 1电路的基本概念和基本定律 基尔霍夫电压定律 KVL定律 定律内容在任一瞬时 沿任一回路循行方向 回路中电位降之和应该等于电位升之和 即在任一瞬时 沿任一回路循行方向 回路中各段电压的代数和恒等于零 可表示为 U升 U降或 U 0注 列方程前标注回路循行方向 若取电位升为正号 则电位降为负号 反之亦然 实质电路中任意一点的瞬时电位具有单值性的体现 反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系举例对回路1 E1 I1R1 I3R3或I1R1 I3R3 E1 0对回路2 I2R2 I3R3 E2或I2R2 I3R3 E2 0 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 12 1电路的基本概念和基本定律 基尔霍夫电压定律 KVL定律 推广应用KVL推广应用于假想的闭合回路 E IR U 0 U E IR 或 根据KVL可列出 根据 U 0 UAB UA UB UA UB UAB 0 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 13 1电路的基本概念和基本定律 基尔霍夫电压定律 KVL定律 解题时 应在电路图上标出电流 电压 电动势的参考方向 并标出电路的循行方向电位电路中某一点的电位是指由这一点到参考点的电压注意电路的参考点可以任意选取通常认为参考点的电位为零举例如图 若以d为参考点 则 Va 20VVc 12VVb I3R3 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 14 2电路的分析方法 电阻的串联各电阻顺序连接 流过同一电流 KCL 总电压等于各串联电阻的电压之和 KVL 串联电阻的电压分配电阻的并联各电阻两端分别接在一起 两端为同一电压 KVL 总电流等于流过各并联电阻的电流之和 KCL 并联电阻的电流分配电阻的混联 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 15 2电路的分析方法 电源的两种模型电压源模型理想电压源与电阻串联的电路电流源模型理想电流源与一电阻并联的电路电压源模型与电流源模型的等效变换 E ISR0 内阻改并联 内阻改串联 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 16 2电路的分析方法 电压源模型与电流源模型的等效变换电压源模型与电流源模型的等效关系只是对外部电路而言 对内部电路不等效 如 开路状态下 电压源内阻上无功率损耗 电流源内阻上有功率损耗短路状态下 电压源内电阻有功率损耗 电流源内电阻无功率损耗理想电压源和理想电流源本身之间没有等效关系变换时应注意电流源电流方向和电压源电压极性的对应关系不计算通过理想电压源的电流或理想电流源两端电压时 可将理想电压源并联的电阻断开或将理想电流源串联的电阻短路 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 17 2电路的分析方法 支路电流法原理支路电流法是以支路电流 电压 为求解对象 直接应用KCL和KVL列出所需方程组 而后解出各支路电流 电压 两个推广一般来说 对具有n个结点的电路用基尔霍夫电流定律只能得到 n 1 个独立结点KCL方程 对于n个结点 b条支路组成的电路中 可列出b n 1 个网孔电压方程 一个结论应用KCL和KVL 一共列出 n一1 b一 n一1 b个独立方程 故可解出b个支路电流 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 18 2电路的分析方法 支路电流法解题步骤首先分析电路 确定电路中有n个结点 b条支路 假定各支路电流的参考方向和网孔绕行方向应用KCL对n个结点列出 n 1 个独立的KCL方程式应用KVL列出余下的b n 1 方程联立方程组 代入参数求解验算 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 19 2电路的分析方法 结点电压法原理以结点电压为未知量列写KCL方程 各支路电流 电压可用结点电压表示 所以求出结点电压后 便可方便地得到各支路的电压 电流 解题步骤选定参考结点 标定n 1个独立结点对n 1个独立结点 以结点电压为未知量 列写其KCL方程 求解上述方程组 得到n 1个结点电压求各支路电流其它分析 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 20 2电路的分析方法 叠加定理在多个电源共同作用的线性电路中 某一支路的电压 电流 等于每个电源单独作用 在该支路上所产生的电压 电流 的代数和 即I I I 1 当电压源不作用时应视其短路 而电流源不作用时则应视其开路2 功率计算不能应用叠加定理 P正比于I2 反比于U2 注意 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 21 2电路的分析方法 基础知识无源二端网络具有两个出线端的部分电路 其中不含有电源有源二端网络具有两个出线端的部分电路 其中含有电源 无源二端网络N 有源二端网络N 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 22 2电路的分析方法 基础知识有源二端网络的应用有源二端网络一定可以化简为一个等效电源 电压源或电流源 因此 如只需计算复杂电路中的一个支路 可以将该支路划出 而将其余部分看成一个有源二端网络 并化简为等效电压源或等效电流源 从而简化计算用电压源模型 理想电压源与电阻串联的电路 等效代替有源二端网络称为戴维宁定理用电流源模型 理想电流源与电阻并联的电路 等效代替有缘二端网络称为诺顿定理 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 23 2电路的分析方法 戴维宁定理 戴维南定理 定理内容任意有源二端线性网络N 可以用一个理想电压源与电阻串联的电路等效代替其中 理想电压源的电动势等于有源二端网络的开路电压 串联电阻等于有源二端网络内部电源 理想电压源或理想电流源 除去后得到的无源二端网络两端间的等效电阻内部电源的除去方法理想电压源短路理想电流源开路 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 24 2电路的分析方法 戴维宁定理 戴维南定理 除去独立源 理想电压源短路理想电流源开路 其中E为有源二端网络的开路电压 R0为除去有源二端网络内部电源后得到的无源二端网络a b间的等效电阻 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 25 2电路的分析方法 戴维宁定理 戴维南定理 戴维宁定理分析电路的步骤将电路分成有源二端网络和待求支路两部分断开待求支路 求出有源二端网络的开路电压UAB 作为等效电源的电动势E将有源二端网络内的所有理想电压源短路 理想电流源开路 求出无源二端网络的等效电阻RAB 作为等效电源的内阻R0画出有源二端网络的等效电源图 接通待求支路 利用全电路欧姆定律解得待求支路的电流或电压 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 26 2电路的分析方法 戴维宁定理 戴维南定理 注意点处理电源时 只令理想电压源短路或理想电流源开路 而电源内阻必须保留作等效电路时 电压源的极性必须与所求开路电压保持一致被等效部分与负载间应相互独立应用由于戴维南定理将有源二端网络简化成了一个简单的电源 因此 常用于复杂电路中只需计算某一支路电流 或电压 的场合 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 27 2电路的分析方法 诺顿定理定理内容任意有源二端线性网络N 可以用一个理想电流源与电阻并联的电路等效代替其中 理想电流源的电流等于有源二端网络的短路电流 并联电阻等于有源二端网络内部电源 理想电压源或理想电流源 除去后得到的无源二端网络两端间的等效电阻内部电源的除去方法恒压源短路恒流源开路 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 28 2电路的分析方法 诺顿定理诺顿定理分析电路的步骤将电路分成有源二端网络和待求支路两部分断开待求支路 求出有源二端网络的短路电流Iab 作为等效电源的电流IS将有源二端网络内的所有理想电压源短路 理想电流源开路 求出无源二端网络的等效电阻RAB 作为等效电源的内阻R0画出有源二端网络的等效电源图 接通待求支路 利用全电路欧姆定律解得待求支路的电流或电压 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 29 2电路的分析方法 诺顿定理注意点处理电源时 只令理想电压源短路或理想电流源开路 而电源内阻必须保留作等效电路时 电流源的极性必须与所求短路电流方向保持一致被等效部分与负载间应相互独立应用由于诺顿定理将有源二端网络简化成了一个简单的电源 因此 常用于复杂电路中只需计算某一支路电流 或电压 的场合 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 30 3电路的暂态分析 换路定则换路引起电路工作状态变化的各种因素 如 电路接通 断开或结构和参数发生变化等换路定则设t 0为换路瞬间 而以t 0 表示换路前的终了瞬间 t 0 表示换路后的初始瞬间 换路定则可表示为 iL 0 iL 0 uC 0 uC 0 注 换路定则仅用于换路瞬间来确定暂态过程中uC iL初始值 从t 0 到t 0 瞬间 电感元件中的电流和电容元件上的电压不能跃变 换路定则 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 31 3电路的暂态分析 暂态过程初始值初始值的定义电路中各元件的u i在t 0 时的数值初始值的确定uC 0 iL 0 的求法先由t 0 的电路求出uC 0 iL 0 根据换路定律求出uC 0 iL 0 其它电量初始值的求法由t 0 的电路求其它电量的初始值在t 0 时的电压方程中uC uC 0 在t 0 时的电流方程中iL iL 0 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 32 3电路的暂态分析 结论电阻为耗能元件 不存在暂态过程 电容 电感为储能元件 存在暂态过程 换路瞬间 uC iL不能跃变 但其它电量均可以跃变 换路前 若储能元件没有储能 换路瞬间 t 0 的等效电路中 可视电容元件短路 电感元件开路 换路前 若uC 0 0 换路瞬间 t 0 等效电路中 电容元件可用一理想电压源替代 其电压为uc 0 换路前 若iL 0 0 在t 0 等效电路中 电感元件可用一理想电流源替代 其电流为iL 0 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 33 3电路的暂态分析 推广 一阶线性电路暂态分析的三要素法 f t 代表一阶电路中任一电压 电流函数f 0 初始值f 稳态值 式中 在直流电源激励的情况下 一阶线性电路微分方程解的通用表达式 利用求三要素的方法求解暂态过程 称为三要素法 一阶电路都可以应用三要素法求解 在求得f 0 f 和 的基础上 可直接写出电路的响应 电压或电流 三要素 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 34 3电路的暂态分析 例题 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 35 4正弦交流电路 表征正弦量的三要素幅值 表示正弦量变化的大小频率 表示正弦量变化的快慢初相位 表示正弦量变化的初始值幅值与有效值 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 36 4正弦交流电路 电压与电流关系如用相量表示电压与电流关系 可把电路模型改画为相量模型 jXC R jXL 电路的阻抗 用Z表示 阻抗的单位是欧姆 体现对电流起的阻碍作用 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 37 4正弦交流电路 阻抗三角形 电压三角形 功率三角形注 功率和阻抗不是正弦量 不能用相量表示总结 P127表4 4 1 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 38 4正弦交流电路 分析计算原则若正弦量用表示 电路参数用复数阻抗表示 则直流电路中介绍的基本定律 定理即各种分析方法在正弦交流电路中都能使用 相量形式的欧姆定律相量形式的基尔霍夫定律 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 39 4正弦交流电路 有功功率有功功率等于电路中各电阻有功功率之和 或各支路有功功率之和无功功率无功功率等于电路中各电感 电容无功功率之和 或各支路无功功率之和 第i个支路电压与电流的相位差 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 40 4正弦交流电路 一般正弦交流电路的解题步骤根据原电路图画出相量模型图 电路结构不变 根据相量模型列出相量方程式或画相量图用向量法或相量图求解将结果变成要求的形式 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 41 4正弦交流电路 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 42 4正弦交流电路 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 43 4正弦交流电路 谐振电路定义在同时含有L和C的交流电路中 如果总电压和总电流同相 称电路处于谐振状态谐振状态下 电路与电源之间没有能量交换 电路呈电阻性分类 按发生谐振的电路不同分 串联谐振 L与C串联时 u i同相并联谐振 L与C并联时 u i同相研究的目的在生产上充分利用谐振的特点预防谐振所产生的危害 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 44 4正弦交流电路 提高功率因素的方法功率因素提高的原则必须保证原负载的工作状态不变 即加至原负载上的电压和负载的有功功率不变提高功率因素的途径提高功率因数的关键是减小电源所负担的无功功率 减小电源对感性负载提供的无功功率最常用的方法是在感性负载的两端并联大小合适的电容 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 45 4正弦交流电路 并联电容的结论 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 46 5三相电路 三相电压的形成动磁生电转子由原动机带动 匀速按顺时针转动时 每相绕组依次切割磁通 在U1U2 V1V2 W1W2上得到频率相同 幅值相等 相位互差120 的三相对称正弦电压三相对称正弦电压设U1U2 V1V2 W1W2的电压分别为u1 u2 u3 并以u1为参考正弦量 则有 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 47 5三相电路 三相对称正弦电压三相对称正弦电压的表示 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 48 5三相电路 三相对称正弦电压三相对称正弦电压的特性频率相同最大值相同 有效值相同 相位互差120 对称三相电动势的瞬时值之和为0相序三相交流电压出现正幅值 或相应零值 的顺序供电系统三相交流电的相序为 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 49 5三相电路 三相绕组的接法星形联结 Y联结 三角形联结 联结 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 50 5三相电路 三相绕组的星形联结相电压每相始端与末端间的电压 即相线与中性线之间的电压其有效值一般用U1 U2 U3或UP表示 线电压任意两始端间的电压 即两相线间的电压其有效值一般用U12 U23 U31或UL表示 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 51 5三相电路 三相绕组的星形联结电源Y形联结时 线电压 且超前相应的相电压30 三相线电压也是对称的三相绕组的三角形联结 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 52 5三相电路 一般三相负载星形联结电路的计算载端的线电压 电源线电压负载的相电压 电源相电压线电流 相电流中线电流注 负载Y联结带中性线时 可将各相分别看作单相电路计算 Y联结时 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 53 5三相电路 对称负载Y联结三相电路的计算因为三相电压对称 且负载对称 所以三相电流对称中心线电流负载对称时 只需计算一相电流 其它两相电流可根据对称性直接写出 负载对称时 中性线无电流 可省掉中性线 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 54 5三相电路 负载三角形联结的三相电路分析计算 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 55 5三相电路 分析计算 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 56 5三相电路 三相功率 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 57 6交流电动机 旋转磁场的转速旋转磁场的转速与电流频率和磁极对数有关频率一定时 极数越高 转速越低 工频f1 50Hz n0 3000 p 3000 1500 1000 750 600 500 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 58 6交流电动机 转差率用转差率表示转子转速n与磁场转速n0相差的程度 或 通常s 1 9 n 0时 smax 1 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 59 6交流电动机 转矩公式电动机的转矩是由旋转磁场的每极磁通 与转子电流I2的相互作用产生的 KT 常数 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 60 6交流电动机 转矩公式 由公式可知 1 T与定子每相绕组电压成正比 U1 T 2 当电源电压U1一定时 T是s的函数 3 R2的大小对T有影响 绕线式异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2 从而改变转矩 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 61 6交流电动机 机械特性曲线 U1与R2一定时 T与s的关系 或n与T的关系 n0 n0 三个转矩 额定转矩TN 最大转矩Tmax 起动转矩Tst nN TN nN sN TN Tmax sm nm Tmax nm Tst Tst 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 62 6交流电动机 机械特性曲线额定转矩TN额定转矩是电动机在额定负载时的转矩 千瓦 W 转每分 r min 牛 米 N m 例如某电动机 P2N 7 5kW nN 1440r min 则额定转矩为 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 63 6交流电动机 机械特性曲线最大转矩Tmax 临界转矩 电机带动最大负载的能力 过载系数 一般 转子轴上机械负载转矩T2不能大于Tmax 否则将造成堵转 停车 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 64 6交流电动机 机械特性曲线起动转矩Tst Tst体现了电动机带载起动的能力 若Tst T2电机能起动 否则不能起动 起动能力 1 0 2 2 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 65 6交流电动机 起动性能起动 n 0 s 1 接通电源起动电流刚起动时 转子电流很大 定子电流也很大频繁起动时造成热量积累 使电机过热大电流使电网电压降低 影响邻近负载的工作 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 66 6交流电动机 起动性能起动转矩Tst起动转矩为额定转矩的 1 0 2 2 倍起动转矩过小 电动机不能在满载下起动 起动转矩过大 会使传动机构受到冲击而损坏起动方法 鼠笼式电动机的起动方法 直接起动 降压起动 绕线式电动机的起动方法 直接起动 接入起动电阻 1 1 202012 15PM 电工技术基础 复习课 67 6交流电动机 降压起动起动时降低加在电动机定子绕组上的电压 以减小起动电流起动方法星形 三角形 Y 换接