电气专业基础知识XXXX0212

１电气专业基础知识第一部分专业基础知识一、电路与电磁场（一）电路模型和基本定律1、掌握电阻、电容、电感、独立电压源、独立电流源、受控电压源、受控电流源元件的定义、性质。什么是电阻：我们把物质对电流产生的阻碍作用叫电阻；什么是电容：我们把在给定电位差下的电荷储藏量称作电容。（一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上；造成电荷的累积储存，最常见的例子就是两片平行金属板。）什么是电感：我们把线圈通电后，在线圈中形成磁场感应，感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。我们把这种电流与线圈的相互作用关系称其为电的感抗，也就是电感；什么是独立电压源：我们把可用一个与电路中所有电流和电压无关的理想电压源与一个无源元件相串联来表示的有源元件；什么是独立电流源：输出电流恒定不变的电源称为电流源，当内阻相对于外阻很大很大的时候，就可以把一个电源看做电流源，根据全电路欧姆定律I=E/(r+R).内阻r超级大的时候，外阻R改变对I的影响不大；什么是受控电压源：我们把受电路中另一部分电压或电流控制的电压源称作受控电压源；什么是受控电流源：我们把受电路中另一部分电压或电流控制的电流源称作受控电流源；2、掌握电流、电压参考方向的概念电压的参考方向：在电路理论中，电压的方向规定为电压降的方向；电流的参考方向：在电路理论中，电流的方向规定为电荷移动的方向；3、掌握功率的概念什么是功率：功率就是单位时间内所做的功，或单位时间内转移或转换的能量；4、掌握基尔霍夫电流定律什么是基尔霍夫电流定律：对于任意一个集中参数电路中的任意一个结点或闭合面，在任何时刻，通过该结点或闭合面的所有支路电流代数和等于零；（二）电路的分析方法1、掌握常用的电源等效变换方法电源对于负载来说，可以看成是电压的提供者，也可以成是电流的提供者。如果一个实际电压源与一个实际电流源对负载等效变换的话，只要它们满足在任意负载上提供的电压相等或通过任意负载上电流相等即可相互等效。根据这一条件推导如下：①实际电压源可以看成是一个理想电压源E与一个内阻Ro串联组合，其输出电压为U＝E－IRo或I＝E／Ro－U／Ro，②实际电流源可以看成是一个理想电流源Is与一个内阻Rs并联组合，其输出电流为I＝Is－U／Rs；2、掌握节点电压法求解电路方程以节点电压为对象列写电路方程分析电路的方法。步骤：①任意选择一个节点作为参考节点；②计算其它节点与参考节点之间的电压，节点电压方向为从独立节点指向参考节点；③参考节点经过独２立节点再回到参考节点的电压为零。3、熟悉回路电流法求解电路方程什么是回路（网孔）电流法：在电路中确定出全部独立回路，以回路电流为未知数，根据基尔霍夫电压定律列出含有回路电流的回路电压方程，然后求解出各回路电流，而各支路电流等于该支路内所通过的回路电流的代数和；4、掌握叠加定理、戴维南定理和诺顿定理什么是叠加定理：在线性电路中，任一支路的电流(或电压)可以看成是电路中每一个独立电源单独作用于电路时，在该支路产生的电流(或电压)的代数和。当线性电路中有几个电源共同作用时，各支路的电流(或电压)等于各个电源分别单独作用时在该支路产生的电流(或电压)的代数和(叠加)；什么是戴维南定理：对于任意含独立源,线性电阻和线性受控源的单口网络(二端网络),都可以用一个电压源与电阻相串联的单口网络(二端网络)来等效.这个电压源的电压,就是此单口网络(二端网络)的开路电压,这个串联电阻就是从此单口网络(二端网络)两端看进去,当网络内部所有独立源均置零以后的等效电阻；什么是诺顿定理：一个含独立电源、线性电阻和受控源的二端电路，对两个端子来说都可等效为一个理想电流源并联内阻的模型。其理想电流源的数值为有源二端电路的两个端子短路时其上的电流，并联的内阻等于内部所有独立源为零时电路两端子间的等效电阻。电路的这种特性，我们称之为诺顿定理；（三）正弦交流电路1、掌握正弦交流电路的三要素和有效值正弦交流电路的三要素是：频率、峰值和相位。（正弦交流电路是电压或电流的大小和方向随时间作周期性变化的电路。）交流电的有效值：若某一交流电与另一直流电在相同时间内通过同一电阻产生相等的热量，则这一直流电的电压或电流的数值分别等于该交流电的电压或电流的有效值。I=Im/√22、掌握正弦交流电路的阻抗、导纳、电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率和功率因数的概念什么是阻抗：在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗；什么是导纳：导纳是电导和电纳的统称。在电力电子学中导纳定义为阻抗的倒数，符号Y，单位是西门子；什么是电流：电荷在媒质中的运动。电流方向规定为与电子运动方向相反、与电荷运动方向相同的方向。大小等于流过导体给定截面的电量除以相应时间求得；什么是电压：电压也称作电势差或电位差，是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差。其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所作的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向；什么是有功功率：有功功率就是电能用于做功被消耗的功率，这些功率转化为热能、光能、机械能或化学能而被利用的功率，称为有功功率；又叫平均功率。功率在一个周期内的平均值叫做有功功率，它是指在电路中电阻部分所消耗的功率，以字母P表示，单位瓦特；什么是无功功率：交流电力系统需要电源供给两部分能量，一部分将用于作功而被消耗掉，这部分电能将转换为机械能、光能、热能或化学能，我们称为“有功功率”，在电力系统的负载中，只有电阻才消耗有功功率。另一部分能量是用来建立磁场，用于交换能量使用的，对于外部电路它并没有作功，由电３能转换为磁能，再由磁能转换为电能，周而复始，并没有消耗，主要是建立磁场用，这部分能量我们称为“无功功率”，无功是相对于有功而言，不能说无功是无用之功，没有这部分功率，就不能建立感应磁场，电动机、变压器等设备就不能运转，在电力系统中，电感元件是消耗无功功率的；什么是视在功率：视在功率又称“表观功率”。是电压有效值u与电流有效值i的乘积；由于视在功率等于网络电流、电压有效值的乘积，而有效值能客观地反映正弦量的大小和他的做功能力，因此这两个量的乘积反映了为确保网络能正常工作，外电路需传给网络的能量或该网络的容量。由于网络中既存在电阻这样的耗能元件，又存在电感、电容这样的储能元件，所以，外电路必须提供其正常工作所需的功率，即平均功率或有功功率，同时应有一部分能量被贮存在电感、电容等元件中。这就是视在功率大于平均功率的原因。只有这样网络或设备才能正常工作。若按平均功率给网络提供电能是不能保证其正常工作的；什么是功率因数：在正弦交流电路中，有功功率一般小于视在功率，也就是说视在功率上打一个折扣才能等于平均功率，这个折扣就是Cosφ，称为功率因数。由于φ是单口网络端电压与电流间的相位差角，故φ往往称之为功率因数角；3、熟悉正弦交流电路分析的向量方法正弦交流电路分析的向量方法：就是利用向量具有大小和方向的特点，表达正弦交流电路的所有变量，借助电阻电路的函数关系，解决交流正弦电路实际问题的一种方法；4、了解频率特性的概念频率特性是指当输入量频率变化时，其输出量随频率变化而变化的特性；5、掌握三相电路中电源和负载的联接方式及相电压、相电流、线电压、线电流、三相功率的概念和关系三相电路中电源和负载的联接方式一般都具有两种：一是星形连接；二是三角形连接；什么是相电压：在多相交流电路中相线与零线之间的电压，或单相绕组两端的电压；什么是相电流：三相电源中流过每相负载的电流为相电流；什么是线电压：多相交流电路中两相线之间的电压；什么是线电流：从电源引出三根相线中的电流为线电流；什么是三相功率：三相功率就是三相负载各相功率之和；线电压与相电压的关系：线电压=√3相电压；线电流与相电流的关系：线电流=√3相电流；三相功率P=√3*U*I*COS¢；6、掌握对称三相电路分析的向量方法7、熟悉不对称三相电路的概念４不对称三相电路就是由三相不对称负载或三相不对称电源构成的三相电路；（四）非正弦周期交流电路1、熟悉非正弦周期量的有效值、平均值和平均功率的定义和计算方法非正弦周期量的有效值：对于任何周期性的电压或电流，不论是正弦还是非正弦的，其有效值的定义都是相同的，都为若某一交流电与另一直流电在相同时间内通过同一电阻产生相等的热量，则这一直流电的电压或电流的数值分别等于该交流电的电压或电流的有效值；非正弦周期量的有效值就是周期函数在一个周期里的方均根值。非正弦周期函数的平均值：周期函数在一个周期内的绝对值的平均值。以电流为例，其数学表达式为非正弦周期量的平均功率：非正弦周期量的的平均功率（有功功率）仍定义为瞬时功率在一个周期内的平均值，即2、熟悉非正弦周期量的分析方法非正弦周期量的分析方法，主要是利用数学中学过的傅里叶级数展开法；3、了解非正弦周期量的傅立叶级数分解方法傅立叶级数就是法国数学家傅里叶发现，任何周期函数都可以用正弦函数和余弦函数构成的无穷级数５来表示，分解方法就是将非正弦周期量分解为一系列不同频率的正弦和余弦量之和，然后再对不同频率的正余弦量分别求解，根据线性电路的叠加原理进行叠加，就可以得到电路中实际的稳态电流和电压。这就是分析非正弦周期量的基本方法，也称为谐波分析法。它实质上就是把非正弦周期电路的计算化为一系列正弦电路的计算，这样我们就能充分利用相量法这个有效的工具。工程中为了清晰地表示一个非正弦周期量所含各次谐波分量的大小和相位，通常采用频谱图的方法。所谓频谱图，就是用长度与各次谐波振幅大小或相位大小成比例的线段按照谐波频率的次序排列起来的图形。这种方法可以很直观地将各次谐波振幅、相位与频率的关系表示出来。非正弦周期函数的频谱图是离散的；６（五）简单动态电路的时域分析７1、掌握一阶电路分析的基本方法一阶电路分析的基本方法就是把一个动态元件组成的电路看成两个单口网络组成，其一含所有的电源和电阻元件，另一则含一个动态元件；按照电路分析列出一解方程式求解；2、熟悉换路定则并能确定电压、电流的初始值什么是换路定则：换路定则就是在换路瞬间，电容上的电压和电感中的电流不能突变；Uc(0+)=Uc(0-);IL(0+)=IL(0-)3、了解二阶电路分析的基本方法二阶电路分析的基本方法是将含有两个动态元件组成的二阶线性电路，根据基尔霍夫定律和换路定律进行电路分析的方法，称作二阶电路分析方法；（六）静电场1、熟悉电场强度、电位的概念什么是电场强度：电场强度是作用于静止带电粒子上的力F与粒子电荷Q之比，为矢量，符号“E”；什么是电位：将单位正电荷从参考点移到另一点反抗电场力所做的功。参考点位于无穷远处，或出于实用目的，取地球表面作为参考点；2、了解应用高斯定律计算具有对称性分布的静电场问题自由空间中静电场强度：通过任一闭合曲面的总通量，等于该闭合曲面内所包围的总电荷量与自由空间介电常数之比；3、了解静电场的边值问题静电场的边值问题：基于库仑定律与叠加原理的叠加积分或高斯定律计算电场的方法，只能适用于已知的电荷布十分简单的问题。实际上在电工中经常遇到的是这样一类问题：给定空间某一区域内的电荷分布(可以是零)，同时给定该区域边界上的电位或电场(即边值，或称边界条件)，在这种条件下求解该区域内的电位函数或电场强度分布。1泊松方程和拉普拉斯方程在高斯定律中，代入和的关系，可得对于均匀电介质，为常数，则得（1－53）这就是电位甲的泊松方程。在自由电荷体密度的区域内，（1－53）式变为（1－54）这就是电位甲的拉普拉斯方程。泊松方程和拉普拉斯方程表达了场中各点电位的空间变化与该点自由电荷体密度之间的普遍关系，是电位函数应当满足的微分方程。所有静电场问题的求解都可归结为在一定条件下寻求泊松方程或拉普拉斯方程的解的过程；4、了解电场力及其计算８什么是电场力：电荷之间的相互作用是通过电场发生的.只要有电荷存在,电荷的周围就存在着电场,电场的基本性质是它对放入其中的电荷有力的作用,这种力就叫做电场力；方向为正电荷沿电场线的切线方向，负电荷沿电场线的切线方向的反方向；电场力的计算公式是F=