电工技术基础与技能-项目三.-复杂直流电路的应用..ppt

电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 任务目标 1 掌握基尔霍夫电流定律和电压定律及其应用 2 学会运用支路电流法分析计算复杂直流电路 3 掌握叠加定理及其应用 4 掌握戴维宁定理及其应用 5 掌握电压源和电流源的等效变换方法并应用于解决复杂电路问题 6 学会导线的剥削 连接和绝缘恢复 7 学会使用万用表 项目三 复杂直流电路的应用 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 3 1 1支路 节点和回路 右图为典型的复杂直流电路 该电路由两个有电源的支路组成 有多个回路 因此不能运用欧姆定律进行直接计算 3 1复杂直流电路 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 3 1 2基尔霍夫电流定律 1 电流定律 KCL 内容第一种表示形式 在任何时刻 电路中流入任一节点中的电流之和 恒等于从该节点流出的电流之和 即 I流入 I流出流入取正值 流出取负值 如右图中 在节点A上 I1 I3 I2 I4 I5 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 第二种表示形式 在任何时刻 电路中任一节点上的各支路电流代数和恒等于零 即 I 0 一般流入节点电流取正值 流出节点电流取正值 如右图中 在节点A上 I1 I2 I3 I4 I5 0 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 列节点电流方程时 对于方向未知的电流 通常需要假定其方向 即电流的参考方向 通常用 号表示 如右图 然后根据参考方向带入电流的数值 电流的实际方向可根据计算结果数值的正 负来判断 当I 0时 表明电流的实际方向与假定的参考方向一致 当I 0时 表明电流的实际方向与假定的参考方向相反 电流方向的确定 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 2 电流定律的应用举例 1 对于电路中任意假设的封闭面来说 电流定律仍然成立 如左下图中 对于封闭面S来说 有I1 I2 I3 2 对于网络 电路 之间的电流关系 仍然可由电流定律判定 如右下图中 流入电路B中的电流必等于从该电路中流出的电流 3 若两个网络之间只有一根导线相连 那么这根导线中一定没有电流通过 4 若一个网络只有一根导线与地相连 那么这根导线中一定没有电流通过 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 例3 1 如图3 5所示电桥电路 已知I1 25mA I3 16mA I4 12A 试求其余电阻中的电流I2 I5 I6 解 在节点a上 I1 I2 I3 则I2 I1 I3 25 16 9mA在节点d上 I1 I4 I5 则I5 I1 I4 25 12 13mA在节点b上 I2 I6 I5 则I6 I2 I5 9 13 4mA 电流I2与I5的实际方向与图中参考方向相同 I6为负值 其实际方向与参考方向相反 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 3 1 3基尔霍夫电压定律 1 电压定律 KVL 内容 第一种表示形式 如右图 在任一瞬间 任一闭合回路 沿着绕行方向 回路中各部分电压的代数和恒等于零 即 在此表达式中 电压既包括电阻上的电压 也包括电源上的电压 其正负 遇正取正 遇负取负 即沿绕行方向电阻上电位降落的取正 电位降落的电动势取正 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 如右图 沿回路abcdea绕行方向 有Uac Uab Ubc R1I1 E1 Uce Ucd Ude R2I2 E2 Uea R3I3则Uac Uce Uea 0即R1I1 E1 R2I2 E2 R3I3 0也可写成R1I1 R2I2 R3I3 E1 E2由上式可得电压定律第二种表示形式 对于电阻电路来说 任何时刻 在任一闭合回路中 各段电阻上的电压降代数和等于各电源电动势的代数和 即 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 3 1 4支路电流法 以各支路电流为未知量 应用基尔霍夫定律列出节点电流方程和回路电压方程 解出各支路电流 从而可确定各支路 或各元件 的电压及功率 这种解决电路问题的方法叫做支路电流法 支路电流法解题步骤 1 对于具有b条支路 n个节点的电路 先分别对 n 1 个节点列出独立的电流方程 2 再对b n 1 个回路列出独立的电压方程 3 将所列电流 电压方程联立为方程组求解 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 例3 2 如图3 7所示电路 已知E1 42V E2 21V R1 12 R2 3 R3 6 试求 各支路电流I1 I2 I3 解 根据基尔霍夫电流定律和电压定律列出方程如下 1 I1 I2 I3 2 R1I1 R2I2 E1 E2 3 R3I3 R2I2 E2代入已知数据 解得 I1 4A I2 5A I3 1A 电流I1与I2的实际方向与图中参考方向相同 I3为负值 其实际方向与参考方向相反 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 3 1 5叠加定理 注意 1 所有不作用的电源均只保留内阻 电压源视为短路 电流源视为开路 2 叠加定理只能用于计算线性电路的支路电流或电压 不能用于功率的叠加 3 叠加时要注意电流或电压的参考方向 正确选取各分量的正负号 当线性电路中有几个电源共同作用时 各支路的电流 或电压 等于各个电源分别单独作用时在该支路产生的电流 或电压 的代数和 叠加 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 例3 3 如右图所示电路 已知E1 17V E2 17V R1 2 R2 1 R3 5 试应用叠加定理求各支路电流I1 I2 I3 解 1 当电源E1单独作用时 将E2视为短路 设R23 R2 R3 0 83 则 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 则 2 当电源E2单独作用时 将E1视为短路 设R13 R1 R3 1 43 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 3 当电源E1 E2共同作用时 叠加 若各电流分量与原电路电流参考方向相同时 在电流分量前面选取 号 反之 则选取 号 I1 I1 I1 1A I2 I2 I2 2A I3 I3 I3 3A 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 3 1 6二端网络 1 网络 电路也称为电网络或网络 2 二端网络 具有两个引出端与外电路相联的网络 3 无源二端网络 内部不含有电源的二端网络 4 有源二端网络 内部含有电源的二端网络 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 3 1 7戴维宁定理 定理内容 任何一个线性有源二端电阻网络 对外电路来说 总可以用一个电压源E0与一个电阻r0相串联的模型来替代 电压源的电动势E0等于该二端网络的开路电压 电阻r0等于所有电源不作用 仅保留其内阻时该二端网络的等效电阻 即输入电阻 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 戴维宁定理解题步骤 1 把电路分成待求支路和有源二端网络两部分 2 移开待求支路 求有源二端网络的开路电压Rab 3 将网络内所有不作用的电源除去 保留内阻 求出这时网络二端的等效电阻 4 画出有源二端网络的等效电路 等效电路中电源的电动势E0 Uab 然后在等效电路两端接入待求支路 再应用全电路欧姆定律即可求出待求支路的电流为 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 例3 4 如右上图所示电路 已知E1 7V E2 6 2V R1 R2 0 2 R 3 2 试应用戴维宁定理求电阻R中的电流I 求开路电压Uab 解 1 将R所在支路开路去掉 如右下图所示 求开路电压Uab Uab E2 R2I1 6 2 0 4 6 6V E0 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 2 将电压源短路去掉 如右上图所示 求等效电阻Rab Rab R1 R2 0 1 r0 求等效电阻Rab 求电阻R中的电流I 3 画出戴维宁等效电路 如右下图所示 求电阻R中的电流I 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 例3 5 如右上图所示电路 已知E 8V R1 3 R2 5 R3 R4 4 R5 0 125 试应用戴维宁定理求电阻R5中的电流I 求开路电压Uab 解 1 将R5所在支路开路去掉 如右下图所示 求开路电压Uab Uab R2I2 R4I4 5 4 1V E0 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 2 将电压源短路去掉 如右上图所示 求等效电阻Rab Rab R1 R2 R3 R4 1 875 2 3 875 r0 3 根据戴维宁定理画出等效电路 如右下图所示 求电阻R5中的电流 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 3 2 1电压源 3 2两种电源模型 通常所说的电压源一般是指理想电压源 其基本特性是其电动势 或两端电压 保持固定不变E或是一定的时间函数e t 但电压源输出的电流却与外电路有关 实际电压源是含有一定内阻r0的电压源 电压源模型 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 3 2 2电流源 通常所说的电流源一般是指理想电流源 其基本特性是所发出的电流固定不变 Is 或是一定的时间函数is t 但电流源的两端电压却与外电路有关 实际电流源是含有一定内阻rS的电流源 电流源模型 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 等效变换 恒压源与恒流源之间是不能等效变换的 不满足r0 rS 等效变换条件是r0 rS IS E r0 电压源与电流源的等效变换仅对外电路有效 而对内电路是不等效的 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 例3 6 如图3 18所示的电路 已知电源电动势E 6V 内阻r0 0 2 当接上R 5 8 负载时 分别用电压源模型和电流源模型计算负载消耗的功率和内阻消耗的功率 解 1 用电压源模型计算 负载消耗的功率PL I2R 5 8W 内阻消耗的功率Pr I2r0 0 2W 负载消耗的功率PL I2R 5 8W 2 用电流源模型计算 电流源的电流IS E r0 30A 内阻rS r0 0 2 负载中的电流 内阻中的电流 两种计算方法对负载是等效的 对电源内部是不等效的 内阻消耗的功率Pr I2r0 168 2W 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 例3 7 如右图所示的电路 已知 E1 12V E2 6V R1 3 R2 6 R3 10 试应用电源等效变换法求电阻R3中的电流 解 1 先将两个电压源等效变换成两个电流源 如下图所示 两个电流源的电流分别为 IS1 E1 R1 4A IS2 E2 R2 1A 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 2 将两个电流源合并个电流源 得到最简等效电路 如右图所示 3 求出R3中的电流 等效电流源的电流 IS IS1 IS2 3A 其等效内阻为 R R1 R2 2 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 3 3 1导线和绝缘材料 3 3导线的剥削 连接和绝缘恢复 1 导线即为连接电路中个器件的重要组成部分 常用导线按照结构特点 可分为绝缘导线 裸导线 电磁线和电缆等 绝缘导线绝缘导线是用铜或铝做导电线芯 外层覆以绝缘材料的电线 常用的外层绝缘材料有聚氯乙烯塑料和橡胶等 常用聚氯乙烯绝缘导线的结构如右图所示 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 常用绝缘导线的型号 特性及用途 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 裸导线常用的裸导线有LJ裸铝绞线 TJ裸铜绞线和LGJ钢芯铝绞线三种 钢芯铝绞线强度较高 用于电压较高或电杆挡距较大的线路上 一般低压电力线路多采用铝绞线 电磁线电磁线是指专用于电能与磁能相互转换的带有绝缘层的导线 常用于电动机 电工仪表 作绕组或元件时的绝缘导线 几种常用漆包线的名称 型号 特点及主要用途 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 电缆电缆是一种特殊的导线 它是一根或数根绝缘导线组合成线芯 裹上相应的绝缘层 橡皮 纸或塑料 外面再包上密闭的护套层 铝 铅或塑料 电缆的结构 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 2 绝缘材料绝缘材料是在允许电压下不导电的材料 但不是绝对不导电的材料 在一定外加电场强度作用下 也会发生导电 极化 损耗 击穿等过程 而长期使用还会发生老化 绝缘材料的主要性能指标有击穿强度 耐热性 绝缘电阻和机械强度等 击穿强度绝缘材料在高于某一个数值的电场强度的作用下 会损坏而失去绝缘性能 这种现象称为击穿 绝缘材料被击穿时的电场强度 称为击穿强度 单位为 kV mm 耐热性当温度升高时 绝缘材料的电阻 击穿强度 机械强度等性能都会降低 因此 要求绝缘材料在规定的温度下能长期工作且绝缘性能保证可靠 绝缘电阻绝缘材料呈现的电阻值为绝缘电阻 通常状态下 绝缘电阻一般达几十兆欧以上 机械强度根据各种绝缘材料的具体要求 相应规定的抗张 抗压 抗弯 抗剪 抗撕 抗冲击等各种强度指标 统称为机械强度 其他特性指标有些绝缘材料以液态形式呈现 如各种绝缘漆 其特性指标就包含黏度 固定含量 酸值 干燥时间及胶化时间等 有的还涉及渗透性 耐油性 伸长率 收缩率 耐溶剂性 耐电弧等 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 导线 作为连接电路中各器件的重要组成 在连接导线前 都要对导线进行预处理 这种处理过程称为对导线的剥削 漆包线绝缘层的剥削 3 3 2导线的剥削 1 电磁线绝缘层的剥削 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 丝包线绝缘层的剥削 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 纸包线绝缘层的剥削 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 丝包线绝缘层的剥削 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 a 塑料硬线线头绝缘层的剥削 2 电力线绝缘层的剥削 塑料硬线绝缘层的剥削 4平方毫米以下塑料硬线线头绝缘层的剥削 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 4平方毫米以上塑料硬线线头绝缘层的剥削 剥削例图 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 b 塑料硬线中间线绝缘层的剥削 剥削例图 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 导线剥削完成后 将对导线进行连接 连接的对象主要是导线的金属部分 3 3 3导线的连接 1 电磁线的连接 连接例图 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 a 单股铜芯导线的直线连接 连接例图 2 电力线的连接 电工技术基础与技能 西安电子科技大学出版社 b