电工学简明教程（第二版）秦曾煌主编

1、电工学简明教程（第二版）电工学简明教程（第二版）秦曾煌秦曾煌 主编主编第0章 绪论课程介绍主讲：信息学院 薛亚茹课程目的课程目的 目的是使学生通过本课程的学习，获得电工技术必要的基本理论，基本知识和基本技能，了解电工技术的应用和电工事业的发展概况。课程主要内容课程主要内容 ELECTROTECHNICS AND ELECTRONICELECTROTECHNICS AND ELECTRONIC 电路分析电路分析模拟电路模拟电路数字电路数字电路电机拖动电机拖动 电路的基本概念与基本定律、电路的分析方法、正弦交流电路、电路的暂态分析，三相电路、。电路分析电路分析(1,2章）章）IU+_abUab2

2、R1R22 电机拖动（电机拖动（3,4章）章） 半导体二极管和三极管、基本放大电路、集成运算放大器。模拟电路（模拟电路（9 ,10,11章）章）uberbe EBC ibibic rcerceuceuce 门电路和组合逻辑电路、触发器和时序逻辑电路、模拟量和数字量的转换。数字电路数字电路(13,14章）章）三三人人表表决决电电路路例：设计三人表决电路例：设计三人表决电路10A+5VBCRY考核方法考核方法:平时成绩：30期末考试：70作业： 每周二上课答疑： 每周二下午（暂定）第一章第一章 电路及其分析方电路及其分析方法法电路的基本概念电路的基本定律电路的分析方法电路的暂态分析 负载负载电路是

3、电流的通路，它是为了某种需要由某些电工设备电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的。或元件按一定方式组合起来的。 电源电源1.1.电能的传输与转换电能的传输与转换2.2.信号的传递与处理信号的传递与处理存储存储输电线输电线信号源信号源负载负载中间环节中间环节 负载负载 电源电源输电线输电线放放大大器器信号源信号源负载负载 电源和电源和信号源信号源的的电压或电流电压或电流称为称为激励激励，它推动电路的工作。，它推动电路的工作。 由由激励激励在电路中产生的在电路中产生的电压和电流电压和电流称为称为响应响应电路分析电路分析是在已知是在已知电路结构和参数电路结构和参数

4、的条件下，讨论的条件下，讨论与与的关系的关系电路实体电路实体SER电路模型电路模型用用理想理想电路元件组成的电路，电路元件组成的电路，称为实际电路的称为实际电路的电路模型电路模型。研究的目标是激励电压源与回路电流或负载电压之间的关系电流电流：带电粒子：带电粒子(电子、离子电子、离子)有规则的定向运动有规则的定向运动电流大小电流大小：i=dqdt方向方向：正电荷运动的方向：正电荷运动的方向单位单位：A，mA ，uA一、一、电流和电流的参考方向电流和电流的参考方向问题的提出问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？的实际方向，电路如何求

5、解？电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？3VABR2VIR(1) (1) 在解题前任选某一个方向为参考方向（或称正在解题前任选某一个方向为参考方向（或称正 方向）；方向）； (3) (3) 根据计算结果确定实际方向：根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为若计算结果为正正，则实际方向与参考方向一致；，则实际方向与参考方向一致； 若计算结果为若计算结果为负负，则实际方向与参考方向相反。，则实际方向与参考方向相反。(2) (2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；系的代数表达式；解决方法解决方法 任意规定一个电流参考方向电流参

6、考方向, ,用箭头标在电路图上。解决方法解决方法IR电流参考方向的表示电流参考方向的表示：1.用箭头表示用箭头表示(常用常用)2.用双下标表示用双下标表示RI abab若电流取正值，电流实际方向与参考方向相同；若电流取负值，电流实际方向与参考方向相反。二、二、电压和电压的参考方向电压和电压的参考方向电压电压:单位正电荷由电路中单位正电荷由电路中a点移动到点移动到b点所点所失去或获得的能量，称为失去或获得的能量，称为ab两点的电压两点的电压dd=qWu电压大小：电压大小：方向：从方向：从高高电位指向电位指向低低电位电位V, mV注：注：电动势：电动势：电源力把单位正电荷从电源的电源力把单位正电荷

7、从电源的低低电位端经电电位端经电 源内部移到源内部移到高高电位端所作的功。电位端所作的功。 e e（交流）（交流） E E （直流）（直流） 单位：同电压单位：同电压实际方向：实际方向：电源驱动正电荷的电源驱动正电荷的方向方向低电位低电位 高电位高电位电压的参考方向电压的参考方向u_+1.正负号正负号abUab（高电位在前，高电位在前， 低电位在后）低电位在后） 3.双下标双下标2.箭箭 头头uab若电压u0u0，表明该时刻a a点的电位比点的电位比b b点电位高点电位高若电压u0u0 吸收能量吸收能量 p0 产生能量产生能量aIRUbaIRUb4 4、功率的正负、功率的正负电源与负载的判别电

8、源与负载的判别吸收功率或消耗功率（起负载作用）吸收功率或消耗功率（起负载作用）若若 P 0输出功率（起电源作用）输出功率（起电源作用）若若 P 0电阻消耗功率肯定为正电阻消耗功率肯定为正电源的功率可能为正（吸收功率）电源的功率可能为正（吸收功率），也可能为负（输出功率），也可能为负（输出功率）功率有正负功率有正负解：解：P=UI = (2)3= 6W因为此例中电压、电流的参考方向相同因为此例中电压、电流的参考方向相同而而P为负值，所以为负值，所以N发出功率是发出功率是电源电源已知：已知：UAB=3VI = 2A求：求：N的功率，并说明它的功率，并说明它是电源还是负载是电源还是负载NABI例题例

9、题1.21.2 1、 开关闭合开关闭合,接通电源与负载接通电源与负载 特征特征:开关开关闭合闭合ER0+U-RIabdc有载有载开关开关断开断开开路开路cdcd短接短接短路短路EI IU1. 电压与电流电压与电流R0RABCDU=RIR+ R0I = EU=E R0I ER0IU电源的外特性曲线电源的外特性曲线当R0 1t=5 时，过渡过程基本结束，时，过渡过程基本结束，uC达到稳态值。达到稳态值。 越大越大，过渡过程变，过渡过程变化越慢，化越慢，uC达到达到 稳态稳态所需要的时间越长。所需要的时间越长。具有时间的量纲 秒秒库仑库仑伏特库仑安培伏特=/.RC 方程的特解方程的特解Cu对应齐次对

10、应齐次方程的通解方程的通解CuCCCuutu)(=uR +uC =URCduC dt+uC =UuC =K uC=Ae pt= Ae t /RC RCd Kdt+ K =U K=U uC =UuC =U+ Ae t /RC 根据根据 uC(0+)=0A= UuC =U Ue t /RC =U(1et / )URCuRt=0ba+-SuCUC(0-)= 0tuCuUuC UuC暂态过程暂态过程uC可视为由可视为由两个分量相加而得两个分量相加而得:uC 称为稳态分量称为稳态分量uC的变化曲线的变化曲线uC =U(1et /RC) =U Ue t /RC RC电路的零状态响应，实际电路的零状态响应，

11、实际上是电容的充电过程。上是电容的充电过程。uC称为暂态分量称为暂态分量 按指数规律衰减到按指数规律衰减到0。0 上述上述暂态过程的分析方法称为经典法。当电路比较暂态过程的分析方法称为经典法。当电路比较复杂时，可以用戴维宁定理将换路后的电路化简为一复杂时，可以用戴维宁定理将换路后的电路化简为一个单回路电路，（将电路中除储能元件以外的部分化个单回路电路，（将电路中除储能元件以外的部分化简为戴维宁等效电源，再将储能元件接上），然后利简为戴维宁等效电源，再将储能元件接上），然后利用经典法所得出的公式。用经典法所得出的公式。: 电源激励和电容元件的初始状态电源激励和电容元件的初始状态uC(0+) 均不

12、为零时电路的响应均不为零时电路的响应Rt=0baS+-t 0CuR+-UU0UCuC = U0+e -t/ + U(1e -t/ ) 全响应全响应 = 零输入响应零输入响应 + 零状态响应零状态响应uC = (U0+U) e -t/ + U)(f:稳态值稳态值 :初始值初始值 )0(f:时间常数时间常数 1RuKR1=2k 10V+_ 1 FCuCit=0R2=3k 例题：例题：R1=2k 10V+_ 100 FCu1uCi1 初始值举例初始值举例KR1=2k 10V+_ 100 FCut=01uR2=3k 换路前的电路换路前的电路解解:V632310)0(=-CUVUUCC6)0()0(=-

13、R1=2k 10V+_ 100 FCu1uR2=3k CiCi6V+_mAiC224)0(=Vu4)0(1=换路后的电路换路后的电路VuC10)(=mA23334)(=Li2 稳态值举例稳态值举例t =0L2 3 3 4mALiR1=2k 10V+_ 100 FCu1uCiAiC0)(=Vu0)(1=电容元件可视为开路电容元件可视为开路电感元件可视为短路电感元件可视为短路换路后的电路换路后的电路换路后的电路换路后的电路由由换路后换路后的电路结构和参数计算。的电路结构和参数计算。(同一电路中各物理量的同一电路中各物理量的 是一样的是一样的)3 时间常数时间常数的计算的计算RC=R1=2k 10V

14、+_ 100 FCu1uCiRC=E+-t=0CR1R2一阶一阶RC电路电路例：求例：求: t 0 时的电压时的电压 ucic u1KR1=2k 10V+_100 FCut=01uR2=3k Ci)0(10)106(5-=-teutc)0(2) 5()4(1 . 055=-=-tmAeeittCtuCidd=)0(4511=-tVeRiutCR1=2k 10V+_100 FCu1uCi)()()0()(-=-fefftftRt=0baUiLSuLuRiL(0-)= I0=U/R，则，则iL(0+)= I0换路前电路已处于稳态换路前电路已处于稳态,根据根据KVL uL + uR=0+ RiL=

15、0 diL dtL +-求求iL uL (t 0) 特征方程是特征方程是 Lp + R=0 p = R/L 方程的通解为方程的通解为 A= I0 iL = I0 e t RL = I0 e t diL dtuL =L = R I0 e t = Ae t RLiL= Ae pt =L / R RL 电路零输入响应电路零输入响应iL、和和 uL 的波形的波形 在零输入响应电路中，各部分电压和电流都是由在零输入响应电路中，各部分电压和电流都是由初始值按同一指数规律衰减到零。初始值按同一指数规律衰减到零。图示是一台图示是一台300 kW汽轮发电机的励磁回路。已知汽轮发电机的励磁回路。已知R=0.189

16、，L=0.398H，U=35V，电压表量程为，电压表量程为50V，内阻内阻 RV=5 k。t=0时开关时开关S打开（设打开（设S打开前电路已处于稳态）。打开前电路已处于稳态）。例例求：（求：（1）（2） i(0+)（3） i 和和uv （t0 ）（4） uv(0+)S (t=0)R+-UVi+uVRVLS (t=0)R+-UVi+uVRVL0RL= -=00ii teii-=00 A 2 .18512560=-tetA2 .185=RUs6 .79V=RRLiRuVV-=0 kV 92612560-=-tetR+-UVi+uVRVLR+-UVi+uVRVLDiLSuLuR+-UdtdiLRi=U000=-iitLReRURUi-=: 电源激励和电感元件的初始状态电源激励和电感元件的初始状态iL(0+) 均不为零时电路的响应均不为零时电路的响应全响应全响应 = 零输入响应零输入响应 + 零状态响应零状态响应t=0iLuLuR+-/0tteRURUeii-=RUeRUiit-=-/0i t ( ) 例图电路原例图电路原 已已 稳稳 定，定，t = 0 时时 将将 开开 关关 S 闭闭 合。求合。求