电工学(上)教案(打印版)

1、课题绪论课时2教学目的 与要求一、课程的地位和主要内容二、电工电子技术的发展与应用三、如何学好电工电子技术教学重点 与难点课程的地位和主要内容教 学 过 程主要内容及步骤备注一、课程的地位和主要内容二、电工电子技术的发展与应用三、如何学好电工电子技术授课效果 分析总结学院教案课程名称：电工学授课人:一、课程的地位和主要内容 电工电子技术（电工学） 研究电工技术和电子技术的理论及其应用的科学技术。 电工电子技术：电工技术（上册）电路分析基础：直流电路（ 1、2）暂态分析（ 3）交流电路（ 4 、5 ） 磁路与电机：磁路和变压器（ 6）电动机（ 7、 8、9）继电接触器控制（ 10）可编程控制器（

2、 11） 其它：供电与安全用电（ 12）电工测量（ 13）电子技术（下册）模拟电子技术：半导体器件（ 14） 放大器（ 15、16）反馈（ 17）直流电源（ 18）电力电子技术（ 19） 数字电子技术：组合逻辑电路（ 20）时序逻辑电路（ 21） 其它：存储器和可编程器件（ 22）模数转换（ 23）现代通信技术（ 24）二、电工电子技术的发展与应用发展： 1785 年，库仑确定电荷间的作用力；1826年，欧姆提出 “欧姆定律 ”；1831 年，法拉第发现电磁感应现象；1834年，雅可比造出第一台电动机；1864年，麦克斯韦提出电磁波理论； 1895年，马可尼和波波夫实现第一次无线电通信； 19

3、04 年，弗莱明发明第一只电子管（二极管） ；1946年，诞生第一台电子计算机；1947年，贝尔实验室发明第一只晶体管；1958年，德克萨斯公司发明第一块集成电路；现状：容量大型化、器件小型化、设计自动化三、电工电子技术课程特点 ：课程内容多且广、逻辑性强、学时相对少四、如何学好电工电子技术1、注意掌握 “三基 ”： 基本原理、基本分析方法、基本应用2、注重综合分析与设计、注重工程化素质培养3、提高学习效率、培养自学能力：课堂、答疑、作业、自学、讨论学院教案课程名称：电工学授课人:课题电路的基本概念课时2教学目的 与要求1了解电路模型及理想电路元件的意义；2.理解电压与电流参考方向的意义；教学

4、重点 与难点电源与负载的判别方法； 电位的计算。教 学 过 程主要内容及步骤备注1.1电路的作用与组成部分1. 2电路模型1.3电压和电流的参考方向授课效果 分析总结1.1 电路的作用与组成部分电路：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。1 电路的作用(1) 实现电能的传输、分配与转换扬声器话筒(2) 实现信号的传递与处理2.电路的组成部分中间环节。电源(或信号源)、负载、激励：电源或信号源的电压或电流，推动电路工作。响应：由激励所产生的电压和电流。电路分析：在电路结构、电源和负载等参数已知的条件下，讨论激励和响应之间的 关系。1. 2电路模型为了便于用数学方法分析

5、电路，将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想 电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。手电筒的电路模型：手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。ER电池：电源元件，其参数为电动势 E和内阻Ro；灯泡：主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻R;导体：用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。 开关：用来控制电路的通断。今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。1.3电压和电流的参考方向1. 电路基本物理量的实际方向物理中对基本物理量的方向规定：电流正电荷运动的方向；电压高电位 低电位，电位

6、降低的方向； 电动势低电位 高电位，电位升高的方向；2. 电路基本物理量的参考方向（1）参考方向：在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。一种分析方法。（2）关联参考方向：负载 一U、I参考方向相同；电源一I参考方向与E方向相同。（3）参考方向的表示方法：电流一一箭标、双下标；电压一一正负极性、双下标。（4）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。学院教案课程名称：电工学授课人:课题电路定理课时4教学目的 与要求1 掌握电路的基本定律并能正确应用；2. 了解电源的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值 的

7、意义；教学重点 与难点1. 电路的基本定律；2. 基尔霍夫电压方程的列写；教 学 过主要内容及步骤备注1.4欧姆定律程1.5电源有载工作、开路与短路1.6基尔霍夫定律1.7电路中电位的概念及计算授课效果 分析总结1、4欧姆定律U、I参考方向相同时，U = RI ;U、I参考方向相反时，U = -RI o表达式中有两套正负号： 式前的正负号由U、丨参考方向的关系确定； U、I值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。通常取U、丨参考方向相同，即关联参考方向。线性电阻：遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。15电源有载工作

8、、开路与短路R1 电源有载工作开关闭合，接通电源与负载。RoRU = IR（1）特征： 电流的大小由负载决定。 在电源有内阻时，IU当RovvR时，贝U U E，表明当负载变化时, 电源的端电压变化不大，即带负载能力强。 P = Pe P,电源输出的功率由负载决定。（2）电源与负载的判别：根据 U、I的实际方向判别。电源：U、I实际方向相反，即电流从U “+”端流出，（发出功率）； 负载：U、I实际方向相同，即电流从U “+”端流入，（吸收功率）。（3）电气设备的额定值：电气设备在正常运行时的规定使用值。 额定值反映电气设备的使用安全性； 额定值表示电气设备的使用能力。2电源开路开关断开。特征

9、：I = 0， U = Uq = E （电源端电压、开路电压），P = 0 （负载功率）3 电源短路电源外部端子被短接。特征：1=1 s E ，U = 0，P = 0，Pe= P = I 2RqR01. 6 基尔霍夫定律结点：三条或三条以上导线的联接点。支路：两结点之间由元件串联构成的一段电路。一条支路流过一个电流，称为支路 电流。回路：由支路组成的闭合路径。网孔：内部不含支路的回路。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。 即：T入=vT出或:a I = 0基尔霍夫电流定律(KCL)反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。 电流定律可以

10、推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。2 基尔霍夫电压定律(KVL定律)在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则电位升之和等于电位降之和。即：a U升=v U降或：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。即：v U = 0基尔霍夫电压定律(KVL )反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。17电路中电位的概念及计算单位正电荷在某点的电势(位)能，即电路 中某点至参考点的电压，记为“ Vx” 通常设参考点的电位为零，又称接地，用表示。某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点电位的计算步骤：(1) 选参考点，设其电位为零

11、；(2) 标出各电流参考方向并计算；(3) 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。注意：(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变；(2) 电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而变，即与零 电位参考点的选取无关。(3) 当电源的一个极接地时，可省略电源不画，而用没有接地极的电位代替电源+90V20.1学院教案课题电路的分析方法（1）课时4教学目的 与要求1. 掌握支路电流法、叠加原理和戴维宁定理等电路的基本分析方 法。2. 理解实际电源的两种模型及其等效变换。3. 了解非线性电阻元件的伏安特性及静态电阻、动态电阻的概念， 以及简单非线性电阻电路的图解分析

12、法。教学重点 与难点重点：支路电流法；叠加原理；戴维宁定理。难点：电流源模型；结点电压公式；戴维宁定理。教 学 过 程主要内容及步骤备注2.1电阻串并联联接的等效变换2.2电源的两种模型及其等效变换2.3支路电流法授课效果 分析总结课程名称：电工学授课人:2.1电阻串并联联接的等效变换1 电阻的串联特点：1）各电阻一个接一个地顺序相联；2）各电阻中通过同一电流；3）等效电阻等于各电阻之和；4）串联电阻上电压的分配与电阻成正比。两电阻串联时的分压公式：U,UU2Ru2电阻的并联特点：1）各电阻联接在两个公共的结点之间；2）各电阻两端的电压相同；3）等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和；4）并联电阻上

13、电流的分配与电阻成反比。 两电阻并联时的分流公式：I, R2 II2IR + R2R + R22.2电源的两种模型及其等效变换1 电压源电压源是由电动势 E和内阻Ro串联的电源的电路模型。若Ro = 0,称为理想电压 源。特点：内阻Ro = 0；（2）输出电压是一定值，恒等于电动势（对直流电压，有UwE）,与恒压源并联的电路电压恒定；（3）恒压源中的电流由外电路决定2. 电流源电流源是由电流Is和内阻Ro并联的电源的电路模型。若 Ro =:,称为理想电流特点：内阻Ro =:；(2) 输出电流是一定值，恒等于电流Is，与恒流源串联的电路电流恒定;(3) 恒流源两端的电压 U由外电路决定。3. 电

14、压源与电流源的等效变换等效变换条件：E = IsRo注意: 电压源和电流源的等效关系只对外电路而言，对电源内部则是不等效的。 等效变换时，两电源的参考方向要对应。 理想电压源与理想电流源之间无等效关系。 任何一个电动势E和某个电阻R串联的电路，都可化为一个电流为Is和这 个电阻并联的电路。4. 电源等效变换法(1) 分析电路结构，搞清联接关系；(2) 根据需要进行电源等效变换；(3) 元件合并化简：电压源 串联合并，电流源并联合并，电阻串并联合并；(4) 重复(2)、( 3);(5) 成为简单电路，用欧姆定律或分流公式求解。2.3支路电流法以支路电流为未知量、应用基尔霍夫定律(KCL、KVL

15、)列方程组求解。支路电流法的解题步骤：(1) 分析电路，在图中标出各支路电流的参考方向，对选定的回路标出回路循行 方向；(2) 应用 KCL列出(n1 )个独立的结点电流方程(3) 应用KVL列出b ( n1 )个独立的回路电压方程(通常可取网孔列出)；4）联立求解 b 个方程，求出各支路电流。5）验算。（1）支路电流法是电路分析中最基本的方法之一，但当支路数较多时，所需方程 的个数较多，求解不甚方便。（2）当支路中含有恒流源时，若所选回路中不包含恒流源支路，则电路中有几条 支路含有恒流源，则可少列几个 KVL 方程。学院教案课程名称：电工学授课人:课题电路的分析方法（2）课时4教学目的 与要

16、求1. 掌握支路电流法、叠加原理和戴维宁定理等电路的基本分析方 法。2. 理解实际电源的两种模型及其等效变换。3. 了解非线性电阻元件的伏安特性及静态电阻、动态电阻的概 念，以及简单非线性电阻电路的图解分析法。教学重点 与难点重点：支路电流法；叠加原理；戴维宁定理。难点：电流源模型；结点电压公式；戴维宁定理。教 学 过 程主要内容及步骤备注2. 4结点电压法2.5叠加原理2.6戴维宁定理与诺顿定理授课效果 分析总结2. 4结点电压法结点电压：任选电路中某一结点为零电位参考点，其他各结点对参考点的电压。结 点电压的参考方向从该结点指向参考结点。结点电压法：以结点电压为未知量，列方程求解。在求出结

17、点电压后，可应用基尔 霍夫定律或欧姆定律求出各支路的电流或电压。结点电压法适用于支路数较多，结点数较少的电路。 结点电压方程：a E Su=-R注意：（1）上式仅适用于两个结点的电路。（2）分母是各支路电导之和，恒为正值；分子中各项可正可负。当 E和Is与结点电压的参考方向相反时取正号，相同时取负号，与各支路电流参考方向无关。2.5叠加原理对于线性电路，任何一条支路的电流，都可以看成是由电路中各个电源（电压源或 电流源）分别单独作用时在此支路中所产生的电流的代数和。注意:叠加原理只适用于线性电路。线性电路的电流或电压均可用叠加原理计算，但功率 P不能用叠加原理计算。某电源单独作用时，不作用电源

18、的处理：E = 0,即将E短路；ls=0，即将Is开路。解题时要标明各支路电流、电压的参考方向。若分电流、分电压与原电路中电流、电压的参考方向相反时，叠加时相应项前要带负号。 应用叠加原理时也可把电源分组求解，即每个分电路中的电源个数可以多于 一个。2.6戴维宁定理与诺顿定理二端网络：具有两个出线端的部分电路。无源二端网络：二端网络中没有电源。无源二端网络可化简为一个电阻。有源二端网络：二端网络中含有电源。有源二端网络可化简为一个电源。1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。等效电源的电动势 E ：有源二端网络的开路电压

19、U0 ；等效电源的内阻Ro：有源二端网络中所有电源均除去 （理想电压源短路，理想电流 源开路）后所得到的无源二端网络的等效电阻。戴维宁定理解题的步骤：（1）将复杂电路分解为待求支路和有源二端网络两部分；（2） 画有源二端网络与待求支路断开后的电路，并求开路电压Uo ,则E = Uo；（3） 画有源二端网络与待求支路断开且除源后的电路，并求无源网络的等效电阻 Ro；（4）将等效电压源与待求支路合为简单电路，用欧姆定律求电流。 2诺顿定理任何一个有源二端线性网络都可以用一个电流为 I s的理想电流源和内阻 Ro并联的 电源来等效代替。等效电源的电流 IS ：有源二端网络的短路电流；等效电源的内阻R

20、o：有源二端网络中所有电源均除去 （理想电压源短路，理想电流 源开路）后所得到的无源二端网络的等效电阻。诺顿定理解题的步骤：（1）将复杂电路分解为待求支路和有源二端网络两部分；（2）画有源二端网络与待求支路断开后再短路的电路， 并求短路电流 ISC , 则 ISC =IS；（3）画有源二端网络与待求支路断开且除源后的电路，并求无源网络的等效电阻Ro；（4）将等效电流源与待求支路合为简单电路，用分流公式求电流。学院教案课题正弦交流电路课日寸4教学目的 与要求1. 理解正弦量的特征及其各种表示方法；2. 理解电路基本定律的相量形式及阻抗；熟练掌握计算正弦交流电路 的相量分析法，会画相量图。；教学重

21、点 与难点1. 正弦量的相量表示；2. 正弦交流电路电压与电流关系；3. 正弦交流电路的相量分析法；教 学 过 程主要内容及步骤备注3.1正弦电压与电流3.2 正弦量的相量表示法3.3 单一参数的交流电路授课效果 分析总结课程名称:电工学授课人:3.1正弦电压与电流正弦量：随时间按正弦规律做周期变化的量正弦量的三要素：幅值、角频率、初相角。3.1.1周期、频率与角频率周期T:变化一周所需的时间（s）频率 f : f = 1（ Hz）T 2n角频率：3= 一= 2nf（rad/s ）T3.1.2 幅值与有效值幅值：Im、Um Em有效值：与交流热效应相等的直流定义为交流电的有效值。I、U、E根据

22、 T i2Rdt =I2RT0可得T 2一 i2d timsin2tdt同理:EmEP交流电压、电流表测量数据为有效值,交流设备名牌标注的电压、电流均为有效值。A = a + jb(1)代数式：三角式：指数式：极坐标式设正弦量：相量表示：3.1.3初相位与相位差相位：反映正弦量变化的进程。.t 书初相位：表示正弦量在t = 0时的相位角。给出了观察正弦波的起点或参考点。相位差:两同频率的正弦量之间的初相位之差，反映相位关系。3.2 正弦量的相量表示法1 .正弦量的表示方法波形图、瞬时值表达式、相量表示（实质：用复数表示正弦量）设A为复数，其表示形式有A = r cos 中 j r sin =

23、r (cos 书 jsin ) j wA = r eA = r, Wu =Umsin( 3t W)相量的模二正弦量的有效值相量辐角=正弦量的初相角 相量只是表示正弦量，而不等于正弦量。 只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不能用相量表示。 相量的两种表示形式：相量式、相量图。 同频率的正弦量能画在同一相量图上。可不画坐标轴，参考相量画在水平方向。 相量的书写方式：模用最大值表示，则用符号Um、；实际应用中，模多采用有效值，符号：U、。 “j ”的数学意义和物理意义：虚数单位；j 十1旋转90 因子，冷。e=cos90注jsin90” = j3.3 单一参数的交流电路3.3.1.电阻元件的交流电路

24、1. 电压与电流的关系 频率相同; 大小关系： 相位关系：u、i相位相同，相位差相量式:相量图：U =RI*U2. 功率关系(1)瞬时功率p :瞬时电压与瞬时电流的乘积。i.2lsin w t2 U sin w t2 1P=U i 二UmlmSin wtUmlm(1cos2 wt)2结论：p 0 (耗能元件)，且随时间变化。单位：瓦(W)。(2)平均功率(有功功率)P:瞬时功率在一个周期内的平均值。 通常铭牌数据或测量的功率均指有功功率。T0 UI (1 -cos2t)dt =UI相量图:II基本关系式： 频率相同;u -e, Ldidt U =I L ;定义：感抗X L =尬L 62兀 f

25、LQ )，贝y U =1 Xl相量式：U =jl wL = 1 (jXL)相量图： U电压超前电流90，相位差2.功率关系i = Xc时当Xl 0 , u超前i ,电路呈感性; 0感性:容性:=0阻性:电压三角形:Ur 二UcosUx =UsinR2(Ul -Uc ) 2由电压三角形可得：=u=1R2(Xl -Xc)2=IR2X2 =1 Z阻抗三角形:二 Xl Xc电压三角形与阻抗三角形相似。2.功率关系(1)瞬时功率设i = I m sin wtu =Umsin(3t)贝V p 二 u i 二UmSin( w t ) ImSin wt 二 Ulcos -UI cos(2w t)第一项为耗能元

26、件上的瞬时功率，第二项为储能元件上的瞬时功率。在每一瞬间,电源提供的功率一部分被耗能元件消耗掉，一部分与储能元件进行能量交换。(2)平均功率P (有功功率)1 TP =T 0 pdtTo UI cos UI cos(2 wt )d t=UI cos根据电压三角形可得：P =UI cos二UrI =I2R 单位：W(3) 无功功率QQ =UlI -UcI =(Ul -Uc)I =I2(Xl -Xc)根据电压三角形可得：Q二UIsin 单位：var 视在功率SS=UI= |2Z = Jp2 +Q2单位：VA功率三角形：P = Seos , Q= Ssin , S 二 Jp2 Q2p3.5阻抗的串联

27、与并联4.5.1阻抗的串联可等效为:Z2QuQuU =U1 U2 =ZilZ2I=(Zl Z2) I等效阻抗z = Z1 Z2 ，则般有Z 八 Zk 八 Rkj Xk3、5、2 阻抗并联i可等效为:=li I2丄丄+丄等效阻抗 zz1 z2，则|般有Z Zk3.6功率因数的提高1. 功率因数cos由于电源设备的容量是视在功率 S = UI,而输出的有功功率却为P = UIcos ,因此 为了充分利用电源设备的容量，同时也为了减小线路和发电机绕组的损耗，要求提高电 路的功率因数。2. 功率因数提高的方法由于常用负载多为感性负载，所以在感性负载两端并联适当大小的电容可以提高功 率因数。并联电容后，

28、电路的总电流减小，总功率因数增大，总的有功功率不变。P并联电容大小为 C = (tan- tan )。wU学院教案课题三相电路课时4教学目的 与要求1 搞清对称三相负载丫和联结时相线电压、相线电流的关系。2.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。3掌握对称三相电路电压、电流及功率的计算。教学重点 与难点相电压与线电压、相电流与线电流的关系。教 学 过 程主要内容及步骤备注4.1三相电压4.2负载星形联结的三相电路4.3负载三角形联结的三相电路4.4三相功率授课效果 分析总结课程名称:电工学授课人:4.1三相电压120。的条件。1.三相电动势的产生三相对称电动势由

29、三相发电机产生，并满足最大值相等、频率相同、相位互差瞬时值表达式为 = Emsin te2 = Emsin( t -120 )波形图为e3 = Emsin( t 120 )相量式为EiU 3+端线（火线）NU 31L2中性线（零线）Ei 二 E 0 二 EiJ3E2 二 E -120 二 E(-i )2 2-1v.,r3E3 二 E 120 二 E(- j ) 2 2相量图为2.三相电源的星形联结U 23+土相电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压，u；、U2、U 3、Up,对称。线电压：端线与端线间的电压，U 12、U 23、U 31、U|，对称。线电压5 = .3Up,且超前相应的相

30、电压30 。4.2负载星形联结的三相电路三相负载分：对称三相负载，Zi = Z = Z3,如三相电动机;不对称三相负载，不满足乙=Z2 = Z3，如由单相负载组成的三相负载。负载相电压 =电源相电压相电流：流过每相负载的电流，I 4、I 2、I 3 ；线电流：流过端线的电流，打、| 2、I 3 ；中线电流：流过中性线的电流， I N。负载Y联结时，线电流等于相电流。可把每相看做单相电路来计算相电流, 中线电流lN =打7 2 13，对称负载时，lN二0，可省掉中性线。三相不对称负载星形联结时，必须采用三相四线制供电方式，中性线保证三相不对称负载的相 电压对称。4.3负载三角形联结的三相电路负载

31、相电压=电源线电压相电流 U 12I _ U 23I 12=23 ZZ12Z 231 3131Z 31Ii =2lp cos30 =、3lp，且比相应的相电流滞后30。三相负载连接原则：负载的额定电压=电源的线电压，联结；负载的额定电压 =；电源线电压，丫联结。负载对称时，线电流总表观功率为p2 q2 =3UPI 3U|I|4.4三相功率无论负载为 Y或联结，每相有功功率都应为Pp = Up Ip cos ；p。总有功功率为P = P什P2 + P3。当负载对称时：P =3U plp cos : p h3U| l| cos。p总无功功率为 Q=3UplpS in 3U|I|S in p 。学院

32、教案课题非正弦周期电流电路课时1教学目的 与要求1 搞清一个非正弦周期量可以分解为恒定分量 （如果有的话）和一系 列频率不同的正弦量。2 掌握非正弦周期量的分析方法。教学重点 与难点非正弦周期量的分析方法。教 学 过 程主要内容及步骤备注5.1概述5.2非正弦周期量的分解5.3非正弦周期量有效值5.4非正弦周期电流的线性电路的计算本 早 不 做 要 求授课效果 分析总结课程名称:电工学授课人:5.1概述前面讨论的是正弦交流电路，其中电压和电流都是正弦量。但在实际的应用中我们还常 常会遇到非正弦周期的电压或电流。分析非正弦周期电流的电路，仍然要应用电路的基本定律，但和正弦交流电路的分析还 是有不

33、同之处；本章主要讨论一个非正弦周期量可以分解为恒定分量（如果有的话）和 一系列频率不同的正弦量。非正弦周期交流信号的特点；1.不是正弦波 2按周期规律变化0T_0非正弦周期交流信号举例半波整流电路交直流共存电路脉冲信号 5.2非正弦周期量的分解按照傅里叶级数展开法，任何一个满足狄里赫利 (Dirichlet)条件的非正弦周期信号(函数) 都可以分解为一个恒定分量与无穷多个频率为非正弦周期信号频率的整数倍、不同幅值 的正弦分量的和。周期函数/(f) =+ Vuos丘加 +纵 sin QJt)JUl .= 为的周期 T傅里叶级数另一种形式为傅立叶系数，按下列公式计算= L /(皿)cos(畑)创皿

34、) /(皿)沁(汕:加应)HJ0氐J0我们将周期函数分解为傅立叶级数称为谐波分析O0uS(t)二U Ukmcos(k k)uS(t)为非正弦周期函数kd：2 基波频率Tk-k次谐波频率 5.2.1分析方法谐波分析法:.根据线性电路的叠加原理，非正弦周期信号作用下的线性电路稳态响应可以视为一个 恒定分量和上述无穷多个正弦分置单独作用下各稳态响应分虽之叠加。因此，非正弦周 期信号作用下的线性电路稳态响应分析可以转化成直流电路和正弦电路的稳态分析。2. 应用电阻电路计算方法计算出恒定分量作用于线性电路时的稳态响应分量。利用直流稳态方法：C 断路L 短路3. 应用相量法计算出不同频率正弦分量作用于线性

35、电路时的稳态响应分量。1XLk =畑 L XCk =各次谐波单独作用，利用相量法C k C o4. 对各分量在时间域进行叠加。即可得到线性电路在非正弦周期信号作用下的稳态响应 5.2.2非正弦周期电流电路的计算采用谐波分析法，其具体计算步骤如下：1. 将非正弦周期电流电路的激励分解为傅立叶级数，将其看作由恒定分量和各次正弦谐 波分量合成的结果。2. 分别求各恒定分量和各次谐波分量单独作用下的响应。3. 应用线性电路的叠加定理，将第 2步求得的响应的各分量进行合成。5.3非正弦周期量有效值F L fu u2 u； U3 .(t)dt周期量有效值的定义：T 0F _ 1 F注意：在正弦电路中，正弦

36、量的最大值与有效值之间存在2倍的关系，2 m于非正弦周期信号，其最大值与有效值之间并无此种简单关系。非正弦周期量qQf (t) = Fo FkmCOS(k tk)k4将f(t)代人有效值定义式，并利用三角函数的正交性I,1 .： Fo2dt 二 Fo2iiT0 2FFkCOS（k tJdt =0iii1 TT 0 Fcosk t Qdt1 Tiv, ” o 2FkmCOS（kQFqmCOsg）dt =0 k = q则有FF02-F12 Fk2 .F。2Fk2Y k# 非正弦周期电流的有效值IIf l12l; If.同理，非正弦周期电压的有效值 以上两式表明，非正弦周期电流或电压的有效值为其直流

37、分量和各次谐波 分量有效值的平方和的平方根。注意：使用公式时一定要准确。 5.4非正弦周期电流的线性电路的计算计算步骤： 1. 将非正弦周期电源电压分解成付里叶级数， 看作由恒定分量和各次正弦谐波分量串联的结果。2. 利用叠加原理计算电压的恒定分量和各次正弦谐波分量单独 存在时所产生的电流分量。3. 将所得的电流分量叠加起来，即为所需的结果。注意： 1. 不同频率的正弦量相加， 必须用三角函数式或波形图来进行， 不能用相 量图或复数式。2. R、 L 、 C 参数对电路的影响 :可认为电阻的值与频率无关；L、 C 对不同频率的谐波分量表现出不同的感抗和容抗。学院教案课题电阻元件、电感元件与电容

38、元件储能元件和换路定则、RC电路的响应课时3教学目的 与要求1 用换路定则求初始值；2 .了解微分电路和积分电路。教学重点 与难点换路定律；教 学 过 程主要内容及步骤备注第六章电路的暂态分析6.1电阻元件、电感元件与电容元件6.2储能元件和换路定则授课效果 分析总结课程名称:电工学授课人:6.1电阻元件、电感元件与电容元件6.1.1电阻元件1、根据欧姆定律：u = R i ,即电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系。tt2、 电阻的能量：W = uidt = Ri2dt 3 03、表明电能全部消耗在电阻上，转换为热能散发。电阻元件为耗能元件。6.1.2 电感元件1、电流通过一匝线圈产生 （磁

39、通），电流通过N匝线圈产生 书二n（磁链）, 电感： L=也=竺 ,L为常数的是线性电感。i i自感电动势：dtd（N ）d（Li）, dieLLdt dtdtdt其中：自感电动势的参考方向与电流参考方向相同,或与磁通的参考方向符合右手螺旋定则。根据基尔霍夫定律可得:Ldt2、将上式两边同乘上i ,并积分，则得：磁场能ti0 ui dt = 0 Li diLi即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中，当电流增大时，磁场能增大，电感元件从电源取用电能；当电流减小时，磁场能减小，电感元件向电源放还能量。电感元件不消耗能量，是储能元件6.1.3电容元件描述电容两端加电源后，其两个极板上分别聚集起等量异号

40、的电荷，在介质中建 立起电场，并储存电场能量的性质。出宀c-g2dtdudt1、 电容：c u2、当电压u变化时，在电路中产生电流:t u 1 2 将上式两边同乘上U,并积分，则得：电场能 W = .ouidtoCudumCu3、即电容将电能转换为电场能储存在电容中，当电压增大时，电场能增大，电容元件从电源取用电能；当电压减小时，电场能减小，电容元件向电源放还能量电容元件不消耗能量，也是储能元件6.2储能元件和换路定则1. 电路中产生暂态过程的原因产生暂态过程的必要条件：（1）电路中含有储能元件（内因）；（2）电路发生换路 （外因）。产生暂态过程的原因：由于物体所具有的能量不能跃变而造成。在换

41、路瞬间储能元件的能量也不能跃变：因为C储能：W-CuC，所以UC不能突变；21 2因为L储能：WL=2Lit，所以iL不能突变。2. 换路定则设：t = 0 表示换路瞬间（定为计时起点）；t = 0-表示换路前的终了瞬间；t = 0+表示换路后的初始瞬间（初始值）。电感电路：（o .）二（0电容电路：Uc （0 ） Uc （03. 初始值的确定初始值：电路中各 u、i在t =0+时的数值。求解要点： 先求 uc（ 0+）、iL（ 0+）。1）由t = 0-的电路（换路前稳态）求uc（0-）、iL（0-）；2）根据换路定律求uc（ 0+）、iL（ 0+）。（2）再求其它电量初始值。1）由t =0

42、+的电路求其它电量的初始值；2）在t =0+时的电压方程中 uc = uc（ 0+）、t =0+时的电流方程中iL = iL （ 0+）。注意:1. 换路瞬间，uc、 iL不能跃变，但其它电量均可以跃变。2. 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。3. 换路前,若uc(0-)丰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i l(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+)。学院教案课题一阶线性电路暂态分析的二要素法课时2教

43、学目的 与要求1.理解电路的暂态和稳态、零输入响应、零状态响应、全响应的概念。2掌握一阶线性电路分析的三要素法。教学重点 与难点用一阶线性电路暂态分析的二要素法求解暂态电路；教 学 过 程主要内容及步骤备注6.3 RC电路的响应6、4 一阶线性电路暂态分析的三要素法授课效果 分析总结课程名称:电工学授课人:6.3 RC电路的响应激励（输入）：电路从电源（包括信号源）输入的信号。响应（输出）：电路在外部激励的作用下，或者在内部储能的作用下产生的电压和 电流。响应分类：产生原因一一零输入响应：内部储能作用零状态响应：外部激励作用全响应：全响应=零输入响应+零状态响应激励波形阶跃响应、正弦响应、脉冲

44、响应6 .3 .1 RC电路的零输入响应rc换路前电路已处稳态,Uc(O_)二U无电源激励，输入信号为零，仅由电容元件的初始储能所产生的响应。实质是 电路的放电过程。t =0时开关扳至1 ,电容c经电阻R放电 列 KVL 方程，Ur Uc =0UR 二 Ri c =cdUtc代入上式得_ t解此微分方程，得电容电压 上二UeC电容电压放电电流二uc（0 ）euc从初始值按指数规律衰减，衰减的快慢由d UcU 一rcIc =c c e RcdtRt 一0RC决定。电阻电压:Ur =Ric 一U e RC变化曲线如图所示:UcOUriCt时间常数.二RC (单位：S),决定电路暂态过程变化的快慢，

45、T越大，变化越慢。 当时，uc =UeJ = 36.8 00 U。所以时间常数等于电容电压衰减到初始值U的36.8%所需的时间。理论上认为 t：、uc 0电路达稳态；工程上认为6.3.2 RC电路的零状态响应储能元件的初始能量为零,仅由电源激励所产生的电路的响应。实质是 RC电路的充电过程。在t = 0时，合上开关S,此时，电路实为输入个阶跃电压u。列KVL方程Ur Uc =U得RcddtOuC r uc解此微分方程，得电容电压(1 -e ) (t-0)_ tUc 二U (1 - e RC )= U充电电流 小duC lc =C_ 1=Ue t0 dt R当t =.时，Uc()二U (1 -e

46、)二63.2%U ,.表示电容电压uc从初始值上升到 稳态值的63.2%时所需的时间。.越大，曲线变化越慢，uc达到稳态时间越长。当t = 5 时，暂态基本结束，uc达到稳态值6.3.3 RC电路的全响应电源激励、储能元件的初始能量均不为零时，电路中的响应 根据叠加定理，全响应=零输入响应+零状态响应电容电压_L_Luc =Ue RC +U (1 -e RC )(tO)t二U (Uo -U )e Rc(t _0)所以有：全响应=稳态分量+暂态分量6、4一阶线性电路暂态分析的三要素法仅含一个储能元件或可等效为一个储能元件的线性电路，且由一阶微分方程描述, 称为一阶线性电路。据经典法推导结果，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为：f(t) = f 仟)f(0 )-f(： )e：式中，f (t)代表一阶电路中任一电压、电流函数，初始值 f (0+)、稳态值f (%)、 时间常数T称为三要素。利用求三要素的方法求解暂态过程，称为三要素法。一阶电路的响应(电压或电 流)都可用三要素法求解。“三要素”的确定：(1)稳态值的计算：求换路后电路中的电压和电流，其中电容C视为开