电工培训讲义.ppt

1、电工基础电子教案(1)，主编司秀斌制作司秀斌2009年3月，、学习点、电流， 电压参考方向及功率修正计算常用电路元件的伏安特性基尔霍夫定律分支电流法和节点电压法的叠加定理和大卫南定理电路的等效概念及其应用分析电路迁移过程的三要素法第1章电路分析方法， 1.1电路基本物理量1.2电路基本元件1.3基尔霍夫定律1.4电路分析方法1.5叠加定理1.6电路过渡过程分析，电路分析的主要任务是求解电路物理量，其中最基本的电路物理量是电流、电压和功率。 1.1电路基本物理量，电路的定义：电流的路径称为电路，电路的主要功能：1:进行能量的转换、传输和分配。 2 :实现信号的传递、存储和处理。 电路结构：电源、

2、连接线、控制装置、负载结构。 1.1.1电流、电荷的取向移动形成电流。 电流的大小用电流的强度表示，简称为电流。 电流强度：每单位时间通过导体截面的电荷量。 大写字母I表示直流电流小写字母I表示电流的一般符号，正电荷的运动方向规定为电流的实际方向。 用箭头表示电流的方向。 任意设想的电流方向称为电流的参考方向。 如果求出的电流值为正，则参考方向与实际方向一致，否则参考方向与实际方向相反。 电工基础电子教案(2)，主编司秀斌制作司秀斌2009年3月，、1.1.2电压，电位和电动势，电路中的a、b点之间的电压定义为单位正电荷从a点移动到b点，电路中的某一点的电位定义为单位正电荷从该点移动到基准点的

3、电场力的功。 电路中a、b点两点间的电压等于a、b点的电位差。 电压的实际方向规定从电位高的地方向电位低的地方。 与电流方向的处理方法相同，可以将任意方向作为电压的参考方向。 例： ua=3V ub=2V时，u1=1V，最后求出的u为正值，说明电压的实际方向与参考方向一致。 否则，两者相反。 u2=1V，对于一个元件，电流基准方向和电压基准方向可以相互独立地任意决定，但为了方便起见，将其设为一致，如果多称为关联方向而不一致，则称为非关联方向。 中的组合图层性质变更选项。 在采用相关方向的情况下，标记时只要显示一个即可。 如果使用不相关联的方向，则必须标记所有方向。 电动势是测量作为外力的非静电

4、力功能的物理量。 外力克服电场的力量，将单位正电荷从电源的负极输送到正极的工作称为电源的电动势。 电动势的实际方向规定为与电压的实际方向相反，从负极朝向正极。 电工基础电子教案(3)，主编司秀斌制作司秀斌2009年3月，、1.3电力，将电力单位时间内进行的工作称为电力，简称电力。 功率与电流电压的关系：关联方向时： p=ui，非关联方向时： p=ui，p0时吸收功率，p0时放出功率。 例如，求出图示的各要素的功率，(a )吸收关联方向、P=UI=52=10W、P0、10W的功率。 (b )相关方向，P=UI=5(2)=10W，P0，吸收10W功率。 1.2电路基本元件，常见的电路元件有电阻元件

5、、电容元件、电感元件、电压源、电流源。 电路中电路元件的作用或者其性质由该端按钮的电压、电流关系即伏安关系(VAR )决定。 1.2.1无源元件、伏安关系(欧姆定律):关联方向时： u=Ri、非关联方向时： u=Ri、1电阻元件、符号：功率：电阻元件是消耗功率的元件。 伏安图关系：双电感元件，符号：电感元件是能积累磁场能量的元件，是实际电感器的理想化模型。 称为电感元件的电感，单位为亨利() 只有在电感上的电流发生变化时，电感的两端才有电压。 在直流电路中，即使电感中有电流流过，也相当于短路。3电容元件、电容元件是能够存储电场能量的元件，是实际电容器的理想化模型。 伏安图关系：符号：只有在电容

6、器上的电压发生变化时，电流才会流过电容器的两端。 在直流电路中，即使电容器有电压，也相当于开路，即电容器具有间隔物作用。 c称为电容元件的电容，单位为法拉(f )。 电工基础电子教案(4)，主编司秀斌制作司秀斌2009年3月，、1.2.2有源元件，1电压源和电流源，(1)伏安关系，(2)、(2)分类和显示方法，VCVS电压控制电压源，VCCS电压控制电流源，CCVS电流控制电压源，CCVS 若采用相关方向，则将p=u1i1 u2i2=u2i2、(3)控制3条或3条以上的分支路的连接点称为节点。 任何一个电路闭合的路径称为电路。 图示电路有3条支路、2个节点、3个电路。 1.3.1基尔霍夫电流定

7、律(KCL )在任何一个瞬间都等于从任一个节点流出的电流的和。 在任一瞬间，通过任一节点的电流代数和总是等于零。 也可以是表述1、表述2、能够假设流入节点的电流为正、流出节点的电流为负的相反的假设。 所有的电流都是正的。 KCL通常用于节点，但也适用于围绕几个节点的闭合面。 例如，列举下图中各节点的KCL方程式，解：将流入设为正，上述三式加法： i1 i2i3 0、节点a i1i4i60、节点b i2i4i50、节点ci3i5i60、1.3.2吉尔霍夫电压法则，在任何瞬间中，都可以使用任何电路电位电压基准方向与回路迂回方向一致时取正符号，相反时取负符号。 所有的电压都是正的。 对于电阻电路，电

8、路中电阻上的电压降代数和等于电路中的电压源电压代数和。 运用上式时，电流基准方向与电路迂回方向一致时，在iR前取正的符号，相反时取负的符号。 电压源的电压方向与电路迂回方向一致的情况下，在us之前取负的符号，相反的情况下取正的符号。 KVL通常用于闭合回路，但也可以推进对未闭合回路的应用。 例如：下图的KVL方程式、电工基础电子教案(6)、主编司秀斌制作司秀斌2009年3月、1.4电路分析方法、1.4.1通过对电阻的串联及并联电路进行适当的等效变换，能够简化电路的分析修正算法。 1电阻的串联，n电阻的串联是一个电阻，分压式，2电阻的串联，2电阻的并联，n电阻的并联是一个电阻，分流式，2电阻的并

9、联，电工基础电子教案(7)，主编司秀斌制作司秀斌2009年3月，b条分路，n个节点的电路，根据KCl (n1) 所示电路，(2)节点数n=2可以列举21=1个独立的KCL方程式。 (1)电路的分支数b=3，分支电流有i1、i2、i3这3个。 (3)独立的KVL方程式的数量为3(21)=2个。 电路I、电路、节点a、解： i1=1A i2=1A i10表示其实际方向与图示方向相反。 节点a列的KCL方程式： i2=2 i1，例如对于如图所示的电路，使用分支电流法求出各分支电流及各元件电力。解：两个电流变量i1和i2只需要使两个方程组成列。 从p4=2u=210=20W以上的修正运算可知，对于图示

10、的电路列KVL方程式：5i1 10i2=5、各元件的功率： 5电阻的功率： p1=5i12=5(1)2=5W 10电阻的功率： p2=10i22=512=，功率为2A电流源为20W 如图所示的电路，用分支电流法求u、I。 解：该电路包含电压4i的控制源，在解开包含控制源的电路时，控制源可作为独立的电源处理。 相对于节点a列KCL方程式： i2=5 i1相对于图示循环列KVL的方程式：5i1 i2=4i1 10是从上述2式求解的： i1=0.5A i2=5.5A、电压： u=i2i1=5.540.5=，密尔曼方程式：式中的分母的各项是分子中的各项正负符号：电压源us的基准方向与节点电压uab的基

11、准方向同时取正符号，相反取负符号，电流源is的参照方向与节点电压uab的参照方向相反时取正符号，相反时取负符号。 如图电路，根据KCL，设i1 i2-i3-is1 is2=0、节点ab间的电压为uab，则如下所示。 例如用节点电压法求图电路中节点a的电位ua。 求解：ua后，可以用欧姆定律求出各分支电流。电工基础电子教案(9)、主编司秀斌制作司秀斌2009年3月、1.4.4实际电源模型及其等效变换、实际电源的伏安特性，或1个实际电源可以用2种电路模型表现，同一实际电源的2个模型与外部电路等效或者，两个电源模型的内阻相等，例如用电源模型等效变换的方法求出图(a )的电路的电流i1和i2。 解：通

12、过将原电路转换为图(c )的电路，可以得到电工基础电子教案(10 )、主编司秀斌制作司秀斌2009年3月、1.5电路定理，1 .这就是叠加定理。 中的组合图层性质变更选项。 如果独立源单独工作，则其他独立源为零。 例如，求I，解：应用叠加定理，1.5.2大卫南定理，对于外部电路来说，任何线性有源二极管网络都可以用包含作为一条源极分支电路的电压源和电阻串联的分支电路来替换，该电压源电压为线性有源二极管例：用大卫南定理求图示电路的电流I。 解： (1)切断要求的支路，有源二端子网络如图(b )所示。 关于根据图求出的开路电压UOC，(2)将图(b )的电压源短路，开路电流源，除去电源的无源二端子网

13、络，如(c )所示，根据图求出的等效电阻Ro，(3)由UOC和Ro描绘戴维南等效电路而连接的主编司秀斌制作司秀斌1.6电路过渡过程分析，1.6.1过渡过程和转换定理，1过渡过程，过渡过程：电路从一个稳定状态转变为另一个稳定状态，电压，条件：电路结构和残奥仪表的急剧变化。 出现迁移过程的原因：能量无法跳跃。 2阶段转换定理、阶段转换：将电源的接通或切断、电路连接方法或残奥仪表值的急剧变化等电路的动作条件的变化称为阶段转换。路径变更定理：电容器上的电压uC和电感中的电流iL在路径变更前后的瞬间值相等，即，只有uC、iL受路径变更定理的制约而不变更，电路中的其他电压、电流有可能跳跃。 例如，图示电路

14、本来就处于稳定状态，在t=0时，开关s闭合，求出初始值uC(0)、iC(0)和u(0)。 在直流稳态电路中，由于电感l相当于短路，电容c相当于开路，所以t=0-时电感分支电流和电容两端电压分别能够描绘开关s闭合的瞬间、根据路径定理：开关s闭合的瞬间的等效电路。 由图可知： u(0)可通过节点电压法由t=0时的电路求出，根据电工基础电子教案(12 )、主编司秀斌制作司秀斌2009年3月、1 KVL，环路电压方程式为：微分方程式为：求解微分方程式：uC(0)、uC () 用这样的3要素求解1次线性微分方程式的解的方法称为3要素法。 式中的uC(0)、uC ()分别是切换后的电容电压uC的初始值、稳定值和电路的时间常数。 时间常数=RC决定充电过程的速度。 另外，对于图示的电路，由于uC(0 )=0、uC()=US、=RC，所以：充电电流为：uC以及iC的波形成为右图。2电容器放电过程分析、图示电路、开关s原本位于位置1，用电压Uo对电容器进行充电。 t=0开关s从位置1迅速转动到位置2，通过初始储藏使电容器c在电阻r放电，产生电压、电流的