电工部分培训课件

1、电工基础理论分析 重点掌握：1. 会用KCL、KVL分析电路。2会用节点电压法分析电路。3. 会用戴维南定理分析计算。4. 掌握正弦电路和三相电路的常用计算和分析。锦州培训中心 杨林 6414062011-8-15第1章 电路元件和电路定律1. 电压、电流的参考方向电路的组成：电源、功能部件和连接导线三部分组成。电流的实际方向：即正电荷运动的方向。电压的实际方向：即高电位点“+”指向低电位点“-”的方向。电流参考方向：任意选定的一个方向作为电流的参考方向。用“”符号或iAB表示（下标指出电流的方向由A到B）电压参考方向：任意选定的一个方向作为电压的参考方向。用“+”、 “-”或“”符号或uAB

2、表示（下标指出电压的方向由A到B）当i0，u0时，说明电压、电流两者的参考方向与实际方向一致。关联参考方向：如果指定的电流从标以电压“+”极性的一端流入，并从标以“-”极性的另一端流出，即电流的参考方向与电压的参考方向一致，则称为关联参考方向。 关联参考方向 非关联参考方向小结：(1) 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。(2) 参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注 (包括方向和符号），在计算过程中不得任意改变。(3) 注意关联参考方向和非关联参考方向的正负号。2. 电路元件特性(1) 电阻R元件的约束关系电压与电流取关联参考方向u = R i电阻R消耗的功率p = ui = i 2

3、R = u2/ R(2) 电感 L小结：(1) u的大小与 i 的变化率成正比，与 i 的大小无关；(2)电感在直流电路中相当于短路；(3) 电感元件是一种记忆元件；(4) 当 u ，i 为关联方向时， ； 当u ，i 为非关联方向时， 。(3) 电容 C小结：(1) i的大小与 u 的变化率成正比，与 u 的大小无关；(2) 电容在直流电路中相当于开路，有隔直作用；(3) 电容元件是一种记忆元件；(4) 当 u，i为关联方向时， ； u，i为非关联方向时， 。(4) 电源元件一、理想电压源电路符号 特点 ：(a) 端电压由电源本身决定，与外电路无关；(b) 通过它的电流是任意的，由外电路决定

4、。二、理想电流源电路符号 特点 ：(a) 电源电流由电源本身决定，与外电路无关；(b) 电源两端电压是由外电路决定。3. 基尔霍夫定律基尔霍夫电流定律 (KCL )基尔霍夫电压定律(KVL )基尔霍夫定律、欧姆定律与元件特性是电路分析的基础。一 、 几个名词1. 支路 (branch)：电路中流过同一电流的每个分支。 (b)2. 节点 (node): 支路的连接点称为节点。( n )3. 路径(path)：两节点间的一条通路。路径由支路构成。4. 回路(loop)：由支路组成的闭合路径。( l )5. 网孔(mesh)：对平面电路，每个网眼即为网孔。网孔是回路，但回路不一定是网孔。b=3 ，n

5、=2 ，l=3二、 基尔霍夫电流定律 (KCL)：KCL：对任一节点，流入节点的各支路电流的总和等于流出节点的各支路电流的总和。或i1+ i2 i3+ i4= 0i1+ i3= i2+ i447i1= 0 ® i1= 3Ai1+i210(12)=0 ® i2=1AKCL的推广： 适合广义节点 两条支路电流大小相等，一个流入，一个流出。三、基尔霍夫电压定律 (KVL)KVL：对于任一回路（闭合或开口），循行一周，各部分电压的代数和等于零，即顺时针方向绕行: -U1-US1+U2+U3+U4+US4=0R1I1US1+R2I2R3I3+R4I4+US4=0R1I1+R2I2R3

6、I3+R4I4=US1US4推论：电路中任意两点间的电压等于两点间任一条路径经过的各元件电压的代数和。图示电路：求U和I。解：3+1-2+I=0，I= -2（A）U1=3I= -6（V）U+U1+3-2=0，U=5（V）第2章 电阻电路的分析方法一、简单电路的等效变换1. 电阻的串联、并联和串并联(1) 串联电路的总电阻等于各分电阻之和。Req=( R1+ R2 +Rn) =å Rk(2) 并联电路1/Req= 1/R1+1/R2+1/Rn=å 1/Rk R = 30W2. 星形联接与三角形联接的电阻的等效变换 (DY 变换) 注意：(1) 等效对外部(端钮以外)有效，对内

7、不成立。(2) 等效电路与外部电路无关。3. 理想电压源和理想电流源的串并联 (1) 理想电压源的串并联串联: uS=åuSk ( 注意参考方向)(2) 理想电流源的串并联并联：可等效成一个理想电流源 i S（ 注意参考方向）.4 电压源和电流源的等效变换 （1）实际电压源一个实际电压源，可用一个理想电压源uS与一个电阻Ri 串联的支路模型来表征其特性。当它向外电路提供电流时，它的端电压u总是小于uS ，电流越大端电压u越小。u=uS Ri i Ri ：电源内阻,一般很小。（2）实际电流源一个实际电流源，可用一个电流为 iS 的理想电流源和一个内电导 Gi 并联的模型来表征其特性。当

8、它向外电路供给电流时，并不是全部流出，其中一部分将在内部流动，随着端电压的增加，输出电流减小。i=iS Gi u Gi: 电源内电导,一般很小。（3）电源的等效变换本小节将说明实际电压源、实际电流源两种模型可以进行等效变换，所谓的等效是指端口的电压、电流在转换过程中保持不变u=uS Ri i i =iS Giui = uS/Ri u/Ri通过比较，得等效的条件：iS=uS/Ri , Gi=1/Ri（4）由电压源变换为电流源（5）由电流源变换为电压源例 求电压U第3章 线性电路的一般分析方法复杂电路的分析法就是根据KCL、KVL及元件电压和电流关系，列方程、解方程。根据列方程时所选变量的不同可分

9、为支路电流法、回路电流法和节点电压法。节点电压法 节点电压法：以节点电压为未知量列写电路方程分析电路的方法。一般步骤：(1) 选定参考节点，标定n-1个独立节点；(2) 对n-1个独立节点，以节点电压为未知量，列写其KCL方程；(3) 求解上述方程，得到n-1个节点电压；(4) 求各支路电流(用节点电压表示)；(5) 进行其它分析。* 自电导总为正，互电导总为负。* 电流源支路电导为零。* 流入节点的电流取正号，流出取负号。例：用节点法求各支路电流。(1) 列节点电压方程：(0.05+0.025+0.1)UA-0.1UB= 6-0.1UA+(0.1+0.05+0.025)UB= -6(2) 解

10、方程，得：UA=21.8V， UB= -21.8V(3) 各支路电流：I1=(120-UA)/20k= 4.91mA I2= (UA- UB)/10k= 4.36mAI3=(UB +240)/40k= 5.45mA I4= UA /40=0.546mAI5= UB /20=-1.09mA第4章 电路中的常用定理电路分析的常见定理有：叠加定理，替代定理，戴维南定理和诺顿定理等。戴维南定理任何一个含有独立电源、线性电阻和线性受控源的一端口网络，对外电路来说，可以用一个独立电压源Uo和电阻Ri的串联组合来等效替代；其中电压Uo等于端口开路电压，电阻Ri等于端口中所有独立电源置零后端口的入端等效电阻。

11、例1、在如图D-4中，若El=12V，E2=10V，Rl=2，R2=l，R3=2，求R3中的电流。 解：将R3开断，求R3两端空载电压Uo 因为El-E2=IR1+IR2 I=（E1-E2）/（R1+R2）=2/3(A) 故Uo=E1-IR1 =12-2×2/3 =10.67(V) 等效内阻Rn=R1R2/(R1+R2) =2/3=0.67() R3中电流I3=10.67/2.674(A) 答：R3中电流为4A。例2、外电路含有非线性元件。当电流I > 2mA时继电器的控制触点闭合（继电器线圈电阻是5KW ）。问现在继电器触点是否闭合。解：求开路电压UAB UAB=26.7V等

12、效电阻为：RAB=10 / 30 / 60 = 6.67KW二极管导通 ，I = 26.7 / (5+6.67) = 2.3mA >2mA结论: 继电器触点闭合。例3、如图，计算当负荷RL为多少时，负载能从网络吸收最大功率？并求最大功率？解：本题可将RL视为电路的外电阻，其余部分利用戴维南定理进行化简，原图等效为： 则Rab=（2+3）/5 + 4=6.5再求Uab，列网孔电流方程：（5+3+2）I1-3I2=5 I2=5 由、得，I1=2A，I2=5A再由KVL方程，Uab+4I2+5I1-5=0得Uab=-25V此时，戴维南等效电路为：负荷RL从电路中吸收的功率，PL= 当=时，PL

13、获得最大值，即=6.5 则，PL=24W 答：为6.5时，负载能从网络吸收最大功率，最大功率为24W。第5章 正弦电流电路的稳态分析一、 正弦量的三要素： i(t)=Imsin(w t + ) (1) 幅值 (amplitude) (振幅、 最大值) Im(2) 角频率(angular frequency) w(3) 初相位(initial phase angle) 同频率正弦量的相位差 (phase difference)。设 u(t)=Umsin(w t+), i(t)=Imsin(w t+)则 相位差 即相位角之差：>0， u 领先(超前)I 角，或i 落后(滞后) u 角(u 比

14、 i 先到达最大值)；= 0 ，u 与 i 同相正弦电流、电压的有效值：工程上说的正弦电压、电流一般指有效值，如设备铭牌额定值、电网的电压等级等。但绝缘水平、耐压值指的是最大值。因此，在考虑电器设备的耐压水平时应按最大值考虑。正弦量的相量表示相量的模表示正弦量的有效值相量的幅角表示正弦量的初相位已知： 解得： 电阻、电感和电容元件上电压和电流的相量关系电阻电感： 感抗： XL= U/I =w L= 2p f L， 单位: 欧电容： 容抗：一、 基尔霍夫定律的相量形式二、 电路元件的相量关系三、复阻抗 R-L-C 串联电路 当XL=XC时，串联谐振有功，无功，视在功率的关系：有功功率: 单位：W

15、无功功率: 单位：var视在功率: S=UI 单位：VA四、功率因数提高功率因数低带来的问题：(1) 设备不能充分利用. (2) 当输出相同的有功功率时，线路上电流大，线路压降损耗大。解决办法：改进自身设备；并联电容，提高功率因数。补偿容量的确定：（1）（2）（3）将（2）、（3）代人式（1）得例1 已知：f=50Hz, U=380V, P=20kW, cos=0.6(滞后)。要使功率因数提高到0.9 , 求并联电容C。 解：例2 某工厂为单相供电线路的额定电压为U10kV，平均负荷P=400kW，无功功率Q=300kVAR，功率因数较低，现要将该厂的功率因数提高到0.9，需装多少补偿电容？解

16、：补偿电容前的功率因数为cos1P/S=P/=0.84，得功率因数角133度，功率因数角的正切值tan1=0.75补偿后的功率因数cos20.9，所以功率因数角225.8度， 功率因数角的正切值为tan2=0.48 则，需安装的补偿电容为 CP（tan1- tan2）/（U）=3.4uF 答：需装3.4uF的补偿电容例3 解：戴维南等效变换求开路电压： 求等效电阻： 第6章 三相电路三相电源1. 瞬时值表达式3 对称三相电源的特点4. 相序：各相电源经过同一值(如正最大值)的先后顺序5. 对称三相电源线电压与相电压 , 线电流与相电流的关系(1) Y接 线电流相电流 例1 例2 如图所示，电源

17、电压UL=380V，R=XC=XL=10，RN=2，求中性电流IO= ？解：设 0°V，则 -120°V，120°VU0= =100.175VI0= U0 / RN=50.0875A例3 如图，线电压U=380伏，R=10，XL=10，XC=10。 求：（1）三相负荷是否对称？ （2）求各相电流？ （3）求中线电流？ （4）求三相有功功率？解：（1）=10=j10=-j10所以三相负荷不对称。（2）线电压U=380V，则相电压=380/=220V假设相电压=2200°V，则=220-120°V，=220120°V各相电流=/=220&

18、#176;A，=/=22-210°A，=/=22210°A即各相电流大小均为22A。（3）中线电流=+=22180°+220°=22（-1）180°=16.1180°A即中线电流大小为16.1A（4）该三相负荷只有A相消耗有功功率，故三相有功功率P=*=*10=4840W答：三相负荷不对称，各相电流为22A，中线电流16.1A，三相有功功率4840W。三相电路的功率 1. 对称三相电路的平均功率P三相总功率注意：(1) j 为相电压与相电流的相位差角(阻抗角)，不要误以为是线电压与线电流的相位差。(2) cosj为每相的功率因数，在对称三相制中即三相功率因数：cosj A= cosj B = cosj C = cosj 。2. 无功功率3. 视在功率例4星形连接的三相对称负载，已知各相电阻R=6，感抗Xc=6，现把它接人U1=3