电工学课程总结.ppt

电工学 总复习 小结 第1章 一 电路中的基本物理量 电压 电流 电动势 电位 二 电压 电流的参考方向 参考方向是为了进行电路分析而假定的方向 可以任意选定 当计算结果为正时 实际方向与参考方向一致 当计算结果为负时 实际方向与参考方向相反 三 基本电路元件 R L C 电压源 电流源 1 电阻元件 关联参考方向 耗能元件 2 电感元件 储能元件 3 电容元件 储能元件 4 电压源 理想电压源 实际电压源 实际电压源伏安特性 5 电流源 理想电流源 实际电流源 理想电流源伏安特性 Is 实际电流源伏安特性 四 电路中的基本定律 1 欧姆定律 关联参考方向 非关联参考方向 2 基尔霍夫电流定律 KCL KVL 五 电路分析方法 1 电压源 电流源的等效变换 等效是对外电路而言 2 支路电流法 以支路电流为待求量 应用KCL KVL列写电路方程 解题步骤 假定各支路电流的参考方向 应用KCL对结点列方程 应用KVL列写方程 联立求解得各支路电流 3 叠加原理 在线性电路中 如果有多个电源共同作用 任何一支路的电压 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 不作用电源的处理方法 电压源短路 Us 0 电流源开路 Is 0 注意 4 戴维宁原理 解题步骤 1 断开待求支路2 计算开路电压Uoc3 计算等效电阻Ri4 接入待求支路求解 1 求等效电阻时 原二端网络化成无源网络 电压源短路 电流源开路 注意 2 求开路电压时 注意电压的方向 例1 图示电路 R1 R2 R3 2 US2 6V IS 3A 一试分别用支路电流法 电压源电流源等效变换 叠加定理 戴维宁定理求电流I1 解 1 支路电流法 代入数据得 I1 I3 2A 解得 I2 1A 解 2 电源等效变换 解 3 叠加定理 解 4 戴维宁定理 b a 例1 2电路如图 已知E1 40V E2 20V R1 R2 4 R3 13 试用戴维宁定理求电流I3 a b 注意 等效 是指对端口外等效 即用等效电源替代原来的二端网络后 待求支路的电压 电流不变 有源二端网络 等效电源 解 1 断开待求支路求等效电源的电动势E 例1 电路如图 已知E1 40V E2 20V R1 R2 4 R3 13 试用戴维宁定理求电流I3 E也可用结点电压法 叠加原理等其它方法求 E U0 E2 IR2 20V 2 5 4V 30V 或 E U0 E1 IR1 40V 2 5 4V 30V 解 2 求等效电源的内阻R0除去所有电源 理想电压源短路 理想电流源开路 例1 电路如图 已知E1 40V E2 20V R1 R2 4 R3 13 试用戴维宁定理求电流I3 从a b两端看进去 R1和R2并联 求内阻R0时 关键要弄清从a b两端看进去时各电阻之间的串并联关系 解 3 画出等效电路求电流I3 例1 电路如图 已知E1 40V E2 20V R1 R2 4 R3 13 试用戴维宁定理求电流I3 例2 求ab两端口的等效电阻 2 accbcd acbd 1 4 2 4 4 电路化简 电路化简 19 30 03 2020 例4 电路如图所示 求开关S闭合和断开两种情况下的VA的电位 解 2 当S闭合时 1 当S断开时 VA 12V VA 0V 小结 第2章 1 动态电路从一个稳定状态到另一个新的稳定状态 需要有一个过渡过程 因为电容 电感 中的储能不会发生跃变 功率为有限值 2 过渡过程进行的快慢 与电路的时间常数 有关 越大进行的越慢 3 换路定则 在换路瞬间 uC 0 uC 0 iL 0 iL 0 4 用三要素法 可以比较简便的求解一阶电路的响应 式中 是待求量的稳态值 是待求量的初始值 是电路的时间常数 RC电路的 RC RL电路的 R为电路的等效电阻 可用戴维宁定理来求 求换路后电路中的电压和电流 其中电容C视为开路 电感L视为短路 即求解直流电阻性电路中的电压和电流 1 稳态值的计算 响应中 三要素 的确定 例 1 先由t 0 电路求 在换路瞬间t 0 的等效电路中 注意 2 初始值的计算 1 对于简单的一阶电路 R0 R 2 对于较复杂的一阶电路 R0为换路后的电路除去电源和储能元件后 在储能元件两端所求得的无源二端网络的等效电阻 3 时间常数 的计算 对于一阶RC电路 对于一阶RL电路 注意 R0的计算类似于应用戴维宁定理解题时计算电路等效电阻的方法 即从储能元件两端看进去的等效电阻 如图所示 例1 电路如图所示 开关闭合前电路已稳定 求开关闭合后的电容电压uC t 解 用三要素法 uC 0 uC 0 25V 用戴维宁定理求电路等效电阻 例2 电路如图 t 0时合上开关S 合S前电路已处于稳态 试求电容电压 1 确定初始值 由t 0 电路可求得 由换路定则 2 确定稳态值 由换路后电路求稳态值 3 由换路后电路求时间常数 小结 第3章 一 正弦量 振幅 角频率 初相角 1 正弦量的三要素 2 相位差 同频率正弦量的相位角之差或是初相角之差 称为相位差 用 表示 称为同相 称为正交 称为反相 3 正弦量与相量 正弦量与相量是对应关系 而不是相等关系 二 电阻 电感 电容元件伏安关系的相量形式 相量图 1 电阻 2 电感 相量图 3 电容 相量图 4 电阻 电感 电容串联电路 相量图 三 正弦交流电路的分析方法 1 相量分析法 电路中各电压 电流用相量表示 各电路元件用复数阻抗表示 直流电路的定律 定理及电路分析方法均适用于正弦交流电路 2 相量图法 根据已知条件 选择合适的参考相量 画出相量图 利用相量图中的几何关系求解待求量 四 正弦交流电路的功率 有功功率 无功功率 视在功率 五 正弦交流电路中的谐振特点 1 串联谐振 2 并联谐振 谐振频率 谐振条件 谐振频率 谐振条件 同串联谐振 忽略线圈电阻 例3 1电路如图所示 电流表的读数A1 3A A2 4A 1 设 电流表A0的读数为多少 2 设 为何种参数才能使电流表A0的读 数最大 此读数为多少 3 设 为何种参数才能使电流表A0的读 数最小 此读数为多少 解 1 2 为电阻时才能使电流表 A0的读数最大 此读数为7A 3 为电容时才能使电流表 A0的读数最小 此读数为1A 考虑各电流的相位关系 例3 2电路如图所示 电流表的读数为5A 电压表 读数为220V 功率表读数为550W 求电路中的R和XL 解 阻抗三角形 电路的有功功率 无功功率 视在功率 功率因数 例3 3已知 求 1 总电压 2 解 1 2 视在功率 有功功率 无功功率 功率因数 小结 第4章 1 在电力系统中三相电源是频率相同 幅值相等 相位互差120 的三相对称正弦电压 一般用黄 绿 红区别1 2 3三相 2 星形联接的电源 3 在低压配电系统中 通常采用三相四线制 三根火线 一根中线 如果为三相对称负载 可以不接中线 如果三相负载不对称 必需接中线才能保证负载正常工作 所以 中线不允许接开关或熔断器 4 三相负载可以星形联接 也可以三角形联接 采用何种联接方式由负载的额定电压决定 5 三相对称负载星形联接 6 三相对称负载三角形联接 7 三相对称负载的功率 相电压与相电流的相位差角 解 相电压 中线电流为 例4 2图中电源电压对称 线电压U 380V 负载为电灯组 每相电灯 额定电压220V 负载的电阻400 试计算 求负载相电压 相电流 2 如果1相断开时 其他两相负载相电压 相电流 3 如果1短路时 其他两相负载相电压 相电流 4 如果采用了三相四线制 当1相断开 短路时其他两相负载相电压 相电流 解 1 负载对称时 可以不接中线 负载的相电压与电源的相电压相等 在额定电压下工作 2 如果1相断开时 其他两相负载相电压 相电流 3 如果1短路时 其他两相负载相电压 相电流 超过了的额定电压 灯将被损坏 4 如果采用了三相四线制 当1相断开 短路时其他两相负载相电压 相电流 因有中线 其余两相未受影响 电压仍为220V 但1相短路电流很大将熔断器熔断 中线上不允许接开关或熔断器 中线的作用是什么 例4 3如图所示的三相三线制电路中 各相负载的复阻抗Z 6 j8 外加线电压380V 试求正常工作时负载的相电流和线电流 式中 每相阻抗为 则线电流为 解 由于是对称电路 所以每相相电流为 小结 第5章 3 变压器可以变换电压 电流和阻抗的功能 4 变压器的主要额定值 1 磁路欧姆定律 2 交流铁心线圈外加电压与电动势及磁通的关系 U E 4 44fN m 只要电压U不变 就要求磁通 m不能变 三相变压器 单相变压器 额定容量 额定电压 U2N原绕组加U1N时 副绕组的开路电压 U1N原绕组的额定电压 三相变压器为线电压 I2N副绕组的额定电流 I1N原绕组的额定电流 三相变压器为线电流 额定电流 5 三相变压器常用的接线方式 6 当电流从同极性端流入时 两线圈产生的磁通方向相同 Y yn Y YO Y d Y YN d YO 例 5 1某收音机输出变压器的原线圈匝数N1 600匝 N2 30匝 接有阻抗为16 扬声器 匹配 现要改接成4 扬声器 问二次线圈匝数为多少才能匹配 解 原变比 例5 2有一单相容量为10kVA 额定电压3300 220V的变压器 问 1 变压器的变比 原 副边额定电流是多少 2 副边接220V 40W的白炽灯 如变压器在额定状态下运行 可接多少盏 3 如果副边接的是220V 40W cos 0 45的日光灯可接多少盏 解 3 每盏灯电流 2 每盏灯电流 1 小结 第6章 3 电动机转子在旋转磁场的作用下转动起来 其转向与旋转磁场的转向相同 但存在转速差 4 电磁转矩的大小与转子电流的有功分量 I2a 旋转磁场的强弱 0 成正比 1 三相异步电动机主要由定子和转子两大部分组成 按转子结构的不同 又分为笼型异步电动机和绕线型异步电动机 2 三相异步电动机定子绕组加入三相电源后 产生旋转磁场 旋转方向与电流相序一致 5 电动机三个重要转矩 电磁转矩与电动机参数之间的关系 额定转矩 最大转矩Tm 起动定转矩Tst 最大转矩倍数 起动转矩倍数 6 笼型电动机常用起动方法有 直接起动 降压起动 Y 换接起动 自耦补偿器降压起动 绕线式可采用转子串电阻起动 7 异步电动机常用调速方法有 变极调速 变频调速 变转差率调速 8 异步电动机常用制动方法有 能耗制动 反接制动 9 电动机铭牌简要说明了电动机的主要额定数据和使用方法 是电动机的运行依据 10 单相异步电动机起动转矩为零 常用的起动方法有 电容分相起动 罩极起动 例6 1已知一台PN 10kW IN 20A UN 380V nN 1450r min 接三相笼型电动机 由手册查得 Ist IN 7 Tst TN 1 4 拟半载起动 电源容量为200kVA 试选择适当的起动方法 并求此时的起动转矩和起动电流 解 1 直接起动 KI 7 5 75不允许接起动 2 Y 换接起动 不能采用Y 换接起动 例6 2已知一台PN 10kW IN 20A UN 380V nN 1450r min 接三相笼型电动机 由手册查得 Ist IN 7 Tst TN 1 4 拟半载起动 电源容量为200kVA 试选择适当的起动方法 并求此时的起动转矩和起动电流 解 3 自耦补偿器起动 由题意 设 自耦变压器的变比为Ka 变压器抽头为 抽头置于60 位置 小结 第7章 1 采用继电器 接触器及按钮 开关等有触点的控制电器组成的控制系统称为继电 接触控制系统 2 常用控制电器有 刀开关 组合开关 按钮 行程开关 接触器 继电器等 3 控制系统的基本控制环节有 电动机的点动 单向自锁运行 多点控制 正反转互锁控制 行程控制 时限控制等 4 继电 接触控制电气图分为电气控制原理图 安装图 接线图 5 读图时要了解绘制电气原理图的规则 了解控制系统的主要技术性能及机械传动 液压和气动的工作原理 6 先看主电路 了解各电气设备的特点和控制要求 然后再分析控制电路 继电 接触控制电路分析 1 点动控制电路 KM Q FU KM SB 主电路 控制电路 闭合开关Q接通电源 按SB KM线圈得电 KM主触点闭合 动作过程 M运转 2 单向运行控制电路 自锁 SBSTP 用接触器本身的触点使其线圈保持通电的环节称自锁环节 工作过程 按下SBST KM得电 电动机起动 按下SBSTP KM断电 电动机停止 FR 过载保护 3 多地控制电路 工作过程 按下SBST1 或SBST2 KM得电 电动机起动 按下SBSTP1 或SBSTP2 KM断电 电动机停止 起动按钮并联 停止按钮串联 4 正 反转互锁控制电路 KMF主触点接通 电动机正转 KMR主触点接通 电动机反转 KMF KMR不能同时接通 否则造成电源短路 注意 KMF KMR同时接通 会出现什么问题 主电路 KMF 互锁 笼型电动机正反转控制线路 主触点闭合 正转 按SBF KMF通电 辅动合闭合 自锁 辅动断开 互锁 存在问题 要想改变电机转向 必须先按停止按钮 采用复合按钮的电动机正反转控制线路 要想改变电机转向 不必先按停止按钮 直接按相应的起动即可 小结 第8章 一 半导体 1 两种载流子 自由电子 空穴 N型 多电子 P型 多空穴 2 两种半导体 二 PN结 单向导电性 正偏导通 反偏截止 三 二极管 1 特性 单向导电 正向电阻小 理想为0 反向电阻大 四 晶体管 1 三种工作状态 放大 条件 两个结均正偏 条件 发射结正偏 集电结反偏 饱和 IC IB 截止 IB 0IC 0 条件 两个结均反偏 例8 1ui 2sin t V 分析二极管的限幅作用 二极管的死区电压为0 5V 正向工作电压0 7V 0 7V ui 0 7V D1 D2均截止 uO ui uO 0 7V ui 0 7V D2导通D 截止 ui 0 7V D1导通D2截止 uO 0 7V 解 小结 第9章 1 组成 共E极 放大电路时 晶体管 1 发射结正偏 2 集电结反偏 3 要有合适的静态工作点 静态Q 解决不失真的问题 Q 偏高引起饱和失真 Q 偏低引起截止失真 解决电压放大的问题 动态 2 放大电路两种基本结构 偏置式 分压式 Q点稳定 3 放大电路的静态分析 利用直流通路求解静态工作点 4 放大电路的动态分析 利用微变等效电路求解 ri ro ro RC ro RC 5 射极输出器 射极跟随器 射极输出器特点 输入与输出约等且同相 ri高 对信号损耗小 ro低 带负载能力大 用途 输入级 输出级 中间级 起阻抗变换作用 计算前级电压放大倍数时 把后级的输入电阻作为其负载 计算各级电压放大倍数时 应考虑各级间的相互影响 6 多级放大电路 例9 1在共发射极基本交流放大电路中 已知VCC 12V RC RL 4k RB 300k 试求电压放大倍数 输入电阻 输出电阻 解 ro RC 4k 解 1 求 Q IB VCC UBE RB 1 RE 12 0 7 300 121 1 27 A IE IB 3 2 mA UCE VCC ICRE 12 3 2 1 8 8 V rbe 300 26 0 027 1 28 k ri 300 1 28 121 102 15 k R L 1 1 0 4 k 2 求 ri ro 例9 2 120 RB 300k UBE 0 7VRE RL Rs 1k VCC 12V 求 Q ri ro 小结 第10章 2 集成运算放大器具有很高开环电压放大倍数 高输入阻抗 低输出阻抗的特性 可工作在线性 引入负反馈 或非线性 开环或引入正反馈 两种状态 3 工作在线性区的理想运放 在输入端具有 虚短 与 虚断 两个非常重要的特点 1 反馈将电路的输出量部分或全部 通过一定的元件 以一定的方式回送到输入回路 加入负反馈可以改善放大器的性能 负反馈的类型有四种 电压串联负反馈 电压并联负反馈 电流串联负反馈 电流并联负反馈 工作在饱和区的理想运放 4 反相输入运算器无共模电压的影响 输入端具有虚地的特点 但输入阻抗低 同相输入运算电路的输入阻抗高 但存在有共模信号的影响 5 运算放大器既可以用于直流也可以用于交流电路 6 当运算放大器处于开环或正反馈的工作状态时 运放工作在非线性区 主要用于电压比较和波形产生电路 反相输入 虚地 运算电路的分析方法 1 反相比例运算电路 虚断 虚地 平衡电阻 输入电阻 若 则 例10 1 求图示电路中uo与ui1 ui2的关系 解 电路由第一级的反相器和第二级的加法运算电路级联而成 小结 第11章 电工电子技术 1 单相半波整流电路 2 单相桥式整流电路 3 电容滤波整流电路 桥式全波整流电路 UO 1 2U2 4 稳压管稳压电路 一般取UZ ULIZmax 2ILmax 稳压电路的输入电压UC 2 3 UL 限流电阻 交流电源 负载 220V 单向脉动直流电压 合适的交流电压 滤波 稳压 直流稳压电源的组成框图 小结 第12章 1 三种基本逻辑运算 与 或 非 2 逻辑代数的运算法则 是推演 变换和化简逻辑函数的依据 有些与普通代数相同 有些则完全不同 要认真加以区别 这些定理中 摩根定理最为常用 真值表函数式逻辑符号 一 逻辑代数及应用 二 晶体管的开关作用 数字电路就是利用晶体管的开关作用进行工作的 三 基本逻辑门电路 二极管与门 二极管或门 晶体管非门 与非门 或非门 真值表函数式逻辑符号 五 组合逻辑电路的分析 1 由逻辑图写出输出端的逻辑表达式 2 运用逻辑代数化简或变换 3 列逻辑状态表 4 分析逻辑功能 分析步骤 六 组合逻辑电路的设计 设计步骤如下 例1 根据输入波形画出输出波形 A B 有 0 出 0 全 1 出 1 应用逻辑代数运算法则化简 并项法 例