电工技术——复习剖析.ppt

,本章要求:一、理解电压与电流参考方向的意义；二、理解电路的基本定律并能正确应用；三、了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义；四、会计算电路中各点的电位。,第1章电路的基本概念与基本定律,1.电路的作用与组成部分(1)电路：电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。连续电流的通路必须是闭合的。(2)作用：实现电能的传输和转换；传递和处理信号。(3)组成：电路由电源、负载和中间环节三个部分组成。2.电压和电流的参考方向(1)电压的方向规定为高电位端指向低电位端，即为电位降低的方向。U(2)电流的方向规定为正电荷运动的方向或负电荷运动的相反方向。I，单位：A，mA，A。,1.1电路的基本概念,3.电源有载工作、开路与短路(1)电源有载工作(2)电源开路,1.1电路的基本概念,U=IR=E-R0I,P=IU=EI-R0I2,(3)电源短路,1.1电路的基本概念,4.电路中电位的概念及计算(1)电位：电路中某点电位等于该点与参考点(零电位点)之间的电压。(2)计算：电路中某点电位可通过求该点与参考点之间的电压来得到。,1.1电路的基本概念,1.欧姆定律流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比：2.基尔霍夫定律(1)基尔霍夫电流定律（KCL定律）:在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。(2)基尔霍夫电压定律（KVL定律）:在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。,1.2电路基本定律,即：入=出,或:=0,即：U=0,本章要求:一、掌握支路电流法，电源等值互换法，戴维宁定理法及节点电压法；二、叠加原理作为线性电路的一种特性，应深刻理解；三、以直流电路为例，掌握几种常用的电路分析方法。,第2章电路的分析方法,1.电阻串并联等效交换法(1)电阻的串联两个串联电阻可用一个等效电阻R来代替，等效的条件是在同一电压U的作用下电流I保持不变，等效电阻等于各串联电阻之和，即两个串联电阻上的电压分别为(分压)在电压源下串联电阻数愈多，电路电流愈小，取用功率愈小。,2.1等效变换法,R=R1+R2,2.1等效变换法,(2)电阻的并联两个并联电阻可用一个等效电阻R来代替，等效电阻的倒数等于各个并联电阻的倒数之和，即两个并联电阻上的电流分别为（分流）在恒压源电路中，并联电阻不影响原有电阻中的电流，并联电阻数愈多，总电阻愈小，总电流愈大。,2.1等效变换法,(3)电阻的混联,混联：电路中各元件串并联相交错连接。分析方法：从简入手，化繁为简，采取分布归一法，先将单纯串联电路(或并联电路)整理成单一电路，然后逐一归并成一个电路。,2.电源的两种模型及其等效变换(1)电压源模型是电动势为E的理想电压源和内阻R0串联的电路。(2)电流源模型是电流为IS的理想电流源和内阻R0并联的电路。(3)电压源模型和电流源模型的等效关系只是对外电路而言，互换前后电源外特性相同。,2.1等效变换法,(4)电源等效变换的条件为(5)互换前后方向和极性一致。(6)与恒压源串联的任何电阻或与恒流源并联的任何电阻均可视作它们的内阻参与互换。(7)理想电压源(R0=)和理想电流源(R0=0)不能作等值互换。(8)与恒压源并联的电阻、恒流源或除恒压源以外的任意支路，在作等值互换时不起作用，可以去掉。,2.1等效变换法,2.1等效变换法,(9)与恒流源串联的电阻、恒压源或任何部分电路，在互换时不起作用，可以去掉(短接)。(10)用电源等值互换法求解电路时，应至少保留一条支路始终不参与互换，作为外电路存在。求出该支路电流后再放回原电路中求其他支路电流。(11)互换前后功率保持平衡，负载功率保持不变，电源内部功率则不相同。,2.2支路电流法,这是基于基尔霍夫电流定律及电压定律对电路节点和回路列出方程。方法要点：（1）以支路电流为未知量，首先应标明各支路电流的参考方向。（2）用基尔霍夫电流定律对独立节点(n-1)个列电流方程式。（3）用基尔霍夫电压定律对独立回路(b-n+1)个列电压方程式。,2.2支路电流法,独立回路的选取原则如下：（i）可以网孔为回路。（ii）每个回路应包含一个其他回路中没有的“新支路”。（4）将全部独立方程式联立求解，可得各支路电流值。（5）验算：用非独立节点电流方程验算各支路电路。,2.3结点电压法,结点电压法适用于少结点多回路的电路，而结点电压法只适用于两结点的电路。以下为方法要点：（1）从二节点中任意选参考结点，设为B，令其电位为零。（2）列写结点A电位（压）方程：VA(1/R)=Is。其中(1/R)是各支路电导之和，但恒流源支路串联的电阻不构成电导（等于0），不包括在内。Is是各支路源电流之和，包括电压源支路的等值源电流（E/R）和恒流源支路的源电流Is。凡源电流方向指向结点A者取正，反之取负。（3）求解各支路电流：用广义基尔霍夫电压定律或有源电路欧姆定律求解。（4）验算：只能用基尔霍夫电流定律进行。,2.4叠加原理,叠加性和相似性是线性电路的一个重要特性。叠加原理是线性电路的基本特性，也是分析线性电路的重要方法之一。原理：由多个电源作用的线性电路中，任何一条支路的电流等于各个电源独立作用在该支路中产生的电流的代数和。解题步骤：（1）标定各支路电流、电压的参考方向。（2）分解电路：将电路分解为各理想电源单独作用的分电流（保留所有电阻及一个理想电源，将其他理想电源除源，理想电压源短接，理想电流源开路），标出各分电路中电流的参考方向（可不同于总电路中电流参考方向，视解题方便而定。）,2.4叠加原理,（3）计算：各分电路中各支路电流，分电路均属简单电路，可用电阻等值变换法及分压、分流公式求解，各分电路可自行规定电流、电压正方向。（4）计算中电压、电流（叠加合成）：求各分电路电流代数和。凡分电流参考方向与总电流参考方向一致者取加号，反之取减号，但保留分电流本身的符号。注意：功率与电流平方成正比，不是线性关系，所以功率不能叠加。,1.二端网络具有两个线端的部分电路称为二端网络(或称单网络)。二端网络分无源二端网络和有源二端网络，分别用N0和N表示。2.戴维宁定理任何一个有源二端线性网络都可以用一个电动势为E的理想电压源和内阻R0串联的电源来等效代替。源电压US(或电动势E)就是有源二端口网络的开路电压U0，内阻R0等于该二端网络除去电源后的无源网络的等效电阻(或称输入电阻)。“除源”指将理想电压源(或电动势)短接，理想电流源开路。,2.5等值电源法,解题方法要点：(1)当一个复杂电路只须求解其中一条支路的电流或电压时，可将此支路断开去掉，而将剩余部分电路看作一个有源二端网络。(2)应用戴维宁定理，首先求该二端网络的开路电压U0，则USU0。(3)将上述有源二端网络除源，求所得无源二端网络的等值电路Ri,则R0=Ri。(4)用US和R0串联组成等值电压源，接在待求支路两端，形成单回路简单电路，求出其中电流或电压，即为所求。(5)适用范围：对于一个具有多节点和多支路的复杂电路，只求一条支路的电流或电压。,2.5等值电源法,3.诺顿定理定理任何一个有源二端线性网路可以等值为一个电流源，电流源的源电流Is等于该二端网路端口短路时的短路电流，内阻R0也等于该二端网路除源后的无源二端网路的等值电阻。解题方法要点：（1）当一个复杂电路只求其中一个支路的电流或电压时，可将该支路去掉，剩余部分看成一个有源二端网路。（2）将该二端网路端口短接，求短路电流Is，即为等值电流源的源电流。（3）将二端网路除源，求所得无源二端网路的等值电阻R0，即为等值电流源的内阻。（4）将Is与R0并联后接到待求支路两端，用分流公式求出待求支路电流即为题目所求。,2.5等值电源法,2.5等值电源法,4.用开路短路法求除源二端网路等值电阻R0对某些较复杂的除源二端网路，往往不能用电阻串、并联等效变换法求出其等值电阻R0。根据电压源与电流源等值关系则有R0=Us/Is因此，可先用开路法求出有源二端网路的开路电压U0，再用短路法求出有源二端网路的短路电流Is，那么等值电阻R0=Us/Is=U0/Is,本章要求:一、掌握正弦交流电量的基本概念及其相量表示方法，理解基尔霍夫定律和元件的电压电流关系的相量形式；二、了解正弦电路中的各种功率的概念；三、会用相量法分析计算正弦交流电路。,第3章正弦交流电路,3.1本章知识要点3.1.1电阻元件、电感元件与电容元件1.电阻元件（1）参数：R=u/I（2）作用：阻碍电流、耗能2.电感元件（1）参数：L=N/I（2）电感元件上的电压：U=Ldi/dt恒流时，视作短路（3）电感元件上存储的能量：W=1/2Li23.电容元件（1）参数：C=q/u（2）电容元件上的电流：i=Cdu/dt（3）电容元件上的电能：W=1/2Cu2,3.1正弦交流电及其表示方法,1.正弦交流电及其参考方向定义：大小和方向随时间按正弦函数规律变化的电流或电压。正弦交流电的参考方向(也称正方向)是其正半周的实际方向。2.正弦交流电的三要素频率、幅值和初相位是确定正弦量的三要素。周期与频率：正弦量交变一次所需要的时间T为周期，频率，单位：。角频率：每秒变化的弧度(2)幅值或最大值：用表示。有效值瞬时值(3)相位：正弦量的相位角相位差：两个同频率的正弦量的相位之差等于初相位之差，例如,3.2交流电路元件的基本关系,1.电阻元件（1）参数：R=u/I（2）作用：阻碍电流、耗能2.电感元件（1）参数：L=N/I（2）电感元件上的电压：U=Ldi/dt恒流时，视作短路（3）电感元件上存储的能量：W=1/2Li23.电容元件（1）参数：C=q/u（2）电容元件上的电流：i=Cdu/dt（3）电容元件上的电能：W=1/2Cu2,单一参数电路中的基本关系,3.3单一参数正弦交流电路的基本关系,单一参数正弦交流电路的分析计算小结,电路参数,电路图(正方向),复数阻抗,电压、电流关系,瞬时值,有效值,相量图,相量式,功率,有功功率,无功功率,R,i,u,设,则,u、i同相,0,L,C,设,则,则,u领先i90,0,0,基本关系,+,-,i,u,+,-,i,u,+,-,设,u落后i90,3.4RLC串联的交流电路分析,(1)瞬时值关系,设：,则,根据KVL可得：,(2)相量关系,则,3.4RLC串联的交流电路分析,3.4RLC串联的交流电路分析,令,则,复阻抗,阻抗模：,阻抗角：,电路参数与电路性质的关系：,3.4RLC串联的交流电路分析,3.4RLC串联的交流电路分析,(3)有效值关系,3.4RLC串联的交流电路分析,(4)功率关系瞬时功率：平均功率(有功功率)：无功功率：视在功率：,j,sin,UI,=,cos称为功率因数，用来衡量对电源的利用程度。,(1)阻抗的串联,通式:,3.5阻抗的串联与并联,(2)阻抗并联,通式:,3.5阻抗的串联与并联,3.6功率因数的提高,1功率因数为cos2cos1时，会出现无功功率，引起下列问题：发电设备的容量不能充分利用；增加线路和发电机绕组的功率损耗。3提高功率因数的方法要求：保持负载工作状态不变。方法：并联电容器。,本章要求:一、搞清对称三相负载Y和联接时相线电压、相线电流关系。二、掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正确联接方法，理解中线的作用。三、掌握对称三相电路电压、电流及功率的计算。,第4章三相电路,3.1三相电压,1.三个频率相同，幅值相等但相位互相差120o的三个正弦电动势组成的电源称为三相电源。2.三相电源的星形联接,3.1三相电压,2.三相电源的星形联接令从而得到,3.2负载星形联接的三相电路,中线电流,3.2负载星形联接的三相电路,1.负载对称时，2.负载不对称时，3.负载不对称且无中线时，由结点电压法得负载电压为各相电流为此时电源无法正常工作，需要接上中线。,3.3负载三角形联接的三相电路,3.3负载三角形联接的三相电路,负载对称时，线电流也对称，滞后相电流30o，且有,3.4三相功率,总功率(负载对称时)2.无功功率3.视在功率,本章要求:一、掌握支路电流法，电源等值互换法，戴维宁定理法及节点电压法；二、叠加原理作为线性电路的一种特性，应深刻理解；三、以直流电路为例，掌握几种常用的电路分析方法。,第6章电路的暂态分析,3.1本章知识要点3.1.1电阻元件、电感元件与电容元件1.电阻元件（1）参数：R=u/I（2）作用：阻碍电流、耗能2.电感元件（1）参数：L=N/I（2）电感元件上的电压：U=Ldi/dt恒流时，视作短路（3）电感元件上存储的能量：W=1/2Li23.电容元件（1）参数：C=q/u（2）电容元件上的电流：i=Cdu/dt（3）电容元件上的电能：W=1/2Cu2,3.1.2换路原则1电感元件中的电流iL不能跃变.iL(0+)=iL(0-)2电容元件上的电压不能跃变uC(0+)=uC(0-)3.1.3RC电路的响应1RC电路的零输入响应实际上就是电容放电过程uC=U0et/，iC=-U0/Ret/U0=uC(0+)=uC(0-)，=RC2RC电路的零状态响应实质上是电容器的充电过程，uC=U(1-et/),iC=U/Ret/,U为换路后的电路除去电容后所得有源二端网路的等效电源电压，R为等效电压源的内阻，=RC,3RC电路的全响应指电源激励和电容元件的初始储能均不为零时电路的响应uC=U+(U0-U)et/或uC=U0et/U+(U0-U)et/,3.1.2换路原则1电感元件中的电流iL不能跃变.iL(0+)=iL(0-)2电容元件上的电压不能跃变uC(0+)=uC(0-)3.1.3RC电路的响应1RC电路