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大连理工大学电气工程学院张莉 电工技术 将风能转换为电能 将势能转换为电能 将热能转换为电能 核能发电 核裂变产生的热能 2 便于传输 3 便于控制 1 便于产生 一 电能的特点 如 风力发电水力发电火力发电 绪论 P UI 二 课程内容 电路理论 直流电路 交流电路 电路的瞬态分析 主要介绍基本理论 分析方法和计算方法 电机电器 变压器 电机 主要介绍结构 工作原理 外部特性和使用方法 电机控制 继电器 接触器控制和PLC控制 主要介绍常用的低压电器及其控制电路 电力系统与安全用电 介绍基本常识 三 教材 电工学 大连理工大学唐介主编 四 参考教材 电工技术 哈尔滨工业大学秦增煌主编 五 学时32学时 第1章直流电路 1 1电路的作用和组成 1 2电路的基本物理量 1 3电路的状态 1 4电路中的参考方向 1 5理想电路元件 1 6基尔霍夫定律 1 7支路电流法 1 8叠加定理 1 9等效电源定理 1 10非线性电阻电路 1 1电路的作用和组成一 电路 1 电源将其他形式的能量转换为电能 2 负载将电能转换为其他形式的能量 问 负载的大小用什么来衡量 P UI3 中间环节4 保护和控制环节 电路就是电流流通的路径 二 说明 1 内电路和外电路2 直流电路和交流电路3 电源 用于实现电能的传输和转换 用于信号的传递和处理 4 二端网络 有源二端网络 无源二端网络 1 电流定义 单位时间内通过某一横截面的电荷量 表示 方向 正电荷运动的方向 1 2电路的基本物理量 I i 2 电位定义 电场力将单位正电荷从某一点 A 移至参考点 O 所做的功 表示 VA大地公共端 规定 参考点的电位为0 参考点的选择 原则上是可以任意选择的 3 电压定义 电场力将单位正电荷从某一点移至另一点所做的功 称为这两点间的电压 表示 U单位 V大小 电压 电位差方向 高电位指向低电位 4 电动势定义 将单位正电荷从电源负极移至电源正极所转换的电能 表示 E单位 V方向 电源负极指向电源正极 5 功率定义 单位时间内所转换的电能 表示 P单位 W电源产生的电功率 PE EI电源输出的电功率 PS USI负载消耗的电功率 PL ULI6 电能定义 单位时间内所转换的电功率 表示 W单位 J大小 W Pt1度电 1kW h 3 6 106J 1 3电路的状态 一 开路 对电源 称为空载 I 0 P 0 电路不工作 开路的特点 1 开路处的电流等于零 2 开路处的电压应视电路情况而定 二 通路 对电源 称为有载 I 0 P 0 电路工作 额定值额定状态过载和欠载 电源产生的电功率 PE EI电源输出的电功率 PS USI负载消耗的电功率 PL ULI UL US 如 日光灯220V 40W I 三 短路 对电源 不允许 短路的特点 1 短路处的电压等于零 2 短路处的电流应视电路情况而定 1 4电路中的参考方向 一 参考点 规定参考点的电位为零电位 原则上是可以任意选择的 电路中任意一点与参考点之间的电压就是该点的电位 VB VC 二 参考方向 US 在电源中 电流是由低电位流向高电位 在负载中 电流是由高电位流向低电位 U U IRU IR 原则上是可以任意选择的 关联参考方向 在分析某一个电路元件的电压与电流的关系时 需要将它们联系起来选择 这样设定的参考方向称为关联参考方向 1 5理想电路元件 理想电路元件 理想有源元件 理想无源元件 电压源 电流源 电阻元件 电容元件 电感元件 满足条件 单一参数 且恒定不变 1 电阻 作用 将电能转换为热能 消耗掉 故称为耗能元件 消耗能量 功率P U I I2R U2 R 作用 将电能转换为电场能存储在电容中 故称为储能元件 不消耗电能 2 电容 储能 一 理想无源元件 3 电感 作用 将电能转换为磁场能存储在电感中 故称为储能元件 不消耗电能 电能 W Pt 单位 J 1度电 1kW h 3 6 106 J 功率 P U I I2R U2 R 单位 W 线性电阻 非线性电阻直流电阻 交流电阻 二 理想有源元件 1 电压源 恒压源 特点 1 输出电压恒定不变 U US 2 输出电流可变 由外电路决定 外电路开路时 RL I 0 外电路短路时 RL 0 I 不允许 2 电流源 恒流源 特点 1 输出电流恒定不变 I IS 2 输出电压可变 由外电路决定 U ISRL 不允许 说明 1 电路中含有理想有源元件时 具有以下特点 与电压源并联的元件 其端电压等于电压源的电压 与电流源串联的元件 其电流等于电流源的电流 2 电路中有多个有源元件时当电压和电流的实际方向与规定的电源关联参考方向相同 则是输出电功率 起电源作用 当电压和电流的实际方向与规定的负载关联参考方向相同 则是消耗电功率 起负载作用 电源 负载 1 6基尔霍夫定律 1 结点 a b是 c d不是 2 支路a b间有3条支路 3 回路 3个回路 4 网孔2个 内容 任一结点 任一瞬时 流入结点电流之和应等于流出结点电流之和 一 基尔霍夫电流定律 即 I1 I2 I3I1 I2 I3 0 I 0 表达式 说明任一结点各部分电流之间的关系 如 晶体管 IB IC IE 0 广义结点 可推广到交流电路中 i 0 可推广到任一假定的闭合面 解 结点a I6 I4 I1 5 3 A 8A I2 I5 I4 8 5 A 13A I3 I6 I5 8 8 A 16A 或由广义结点得I3 I1 I2 3 13 A 16A I1 I6 I4 0 结点b I2 I4 I5 0 结点c 二 基尔霍夫电压定律 内容 任一回路 任一瞬时 和回路环行方向一致的电压 电位降 之和应等于和回路环行方向相反的电压 电位升 之和 U1 U2 即 US2 U1 U1 US2 US1 U2 0 U 0 表达式 说明任一回路中各部分电压之间的关系 US1 U2 E I RE1 E2 E I R UE1 E2 R1 I1 R2 I2 U u 0 可推广到任一假想闭合的一段回路 US I R U 0 另一种表示法 可推广到交流电路中 R1 I1 R2 I2 U 例1 在图示电路中 已知US 4V IS 1A 问电流源是输出电功率还是消耗电功率 P 解 U1 US U1 U2 0U1 US U2 U1 4 1 V 3V 电流源作为负载消耗电功率 且P U1 IS 12W U1 US IS R1 IS R2 US 1 R1 1 U2 1 7支路电流法 步骤 1 确定待求支路电流个数b 选择各支路电流的参考方向 2 确定结点数n 列出独立的节点电流方程 n 1 个 n 3 b 4 以各支路电流为求解对象 只有2个独立方程 结点b I2 I3 Is 0结点c I1 I3 Is I4 0 2 确定结点数n 列出独立的节点电流方程 n 1 个 n 3 1 确定待求支路电流个数b 选择各支路电流的参考方向 3 根据KVL定律 列出余下所需的回路方程b n 1 个 4 联立求解 I1 5A I2 11A I3 1A I4 16A 网孔2 I2 R2 I3 R3 I1 R1 0 2 确定结点数n 列出独立的节点电流方程 n 1 个 1 确定待求支路电流个数b 选择各支路电流的参考方向 1 8叠加定理 电源的处理方法 内容 在含有多个电源的线性电路中 任一支路的电流 电压 等于各个电源单独作用时 在各支路中产生的电流 电压 的代数和 US单独作用 电流源开路 IS单独作用 电压源短路 U1 U2 叠加时 与总图方向一致的取 与总图方向相反的取 U1 U2 例 求各支路电流和R1 R2上的电压 U1 U1 U1 U2 U2 U2 U1 U2 3A 2A 1A 3A 1A 4A 不作用的电源处理方法 叠加原理仅适用于线性电路 3 在线性电路中电压和电流可以叠加 但功率不可以叠加 P I2R P P I 2R I 2R I 2 I 2 R I2R 功率不能叠加 说明 US单独作用时 RL 6K IS单独作用时 例2 图示电路 已知US 9V IS 6mA 当电压源单独作用时 通过RL的电流IL 1mA 当电流源单独作用时 IL 1 9等效电源定理 线性有源二端网络 线性有源 二端网络 戴维宁等效电源 诺顿等效电源 一 戴维宁定理 内容 对外电路来说 任何一个线性有源二端网络都可以用一个戴维宁等效电源的电路模型代替 注意 替代的条件是对外电路等效 UeS 原有源二端网络的开路电压UOC 内电阻R0 除源后的等效电阻 UOC 戴维宁等效电源 UOC 已知 R1 2 R2 3 R3 0 8 R4 3 IS 5A US 10V 求 I4 第一步 变二端网络 第二步 计算Ues和R0 Ues UOC 10V R0 R1 R2 R3 2 10V UOC 第三步 用等效电源代替原来的二端网络 求I4 已知 R1 2 R2 3 R3 0 8 R4 3 IS 5A US 10V求 I4 第一步 变二端网络 第二步 计算Ues和R0 Ues 10V R0 2 1 适用于仅求一个支路电流 2 利用戴维宁定理 可以将一个复杂电路转换为只有一个电源的简单电路 3 求解过程 只需求三个值Ues R0 I 说明 例3 图示电路 R1 R2 R3 R4 2 用戴维宁定理求I4 解 1 变二端网络 2 计算UeS和R0 Ues UOC 2 计算UeS和R0 US1和US2作用 IS单独作用 30V 60V 30 60 30V US1 US2单独作用 IS单独作用 内电阻 R0 R1 R2 R3 3 3 求I4 6A 1 变二端网络 2 计算UeS和R0 UeS Uoc 30V 二 诺顿定理 内容 对外电路来说 任何一个线性有源二端网络 都可以用一个诺顿等效电源的电路模型代替 IeS 原来有源二端网络的短路电流ISC 戴维宁等效电源和诺顿等效电源之间可以进行等效变换 2 电压源和电流源之间不能进行等效变换 说明 例4 有一个有源二端网络N 测得A B之间的开路电压Uoc 18V 当两端接一个9 电阻时 流过该电阻的电流为1 8A 现将这一有源二端网络联结成图示电路 求它的输出电流 解 Ues Uoc 18V 1 8A R0 1 5 10V 1 10非线性电阻电路 一 非线性电阻 U R I 二 非线性电阻的伏安特性 例 二极管 tg 静态电阻 tg 动态电阻 三 非线性电阻电路的求解方法 图解法 非线性 左边 U UeS I R 右边 U I R M UeS 0 负载线 非线性电阻的伏安特性 本章小结1 电路的基本概念 2 基尔霍夫电流定律 电压定律 3 电路的三种计算方法 支路电流法叠加原理等效电源定理 适用于同时求各支路电流 适用