电工学及电器设备第1章

电工学及电气设备参考书目电工学及电气设备（第四版）侯树文主编水利水电出版社，2011电工学及电气设备，华孝敏，中国水利水电出版社，2004。第一章电路分析基础第一节电路的基础概念一、电路的组成及作用组成：电工设备和器件（电源、负载、中间环节）作用：1.电能的转换、传输和分配；发电厂的发电机组把水能或热能转换成电能，通过变压器、输电线路传送给各用户，用户又把电能转换成机械能、热能或光能。2.信号的传递和处理。电视机接受各发射台发出的不同信号并进行放大、处理，转换成声音和图像二、电路的基本物理量1、电流大小：用电流强度来衡量，电流强度工程上简称电流符号：I或i。I表示直流电，i表示交流电。单位：安培(A)，简称安。用单位有mA(毫安)、uA(微安)、kA(千安)。361A=10mA=10μAQdqI=i=tdt公式：（直流电），（交流电）2、电位及电压电压：电路中两点之间的电位差。符号：U或u。单位：伏特(V)，简称V。常用电位：千伏(KV)、毫伏(mV)、微伏(uV)3361m10ABABVVVVUU1KV=10，=10公式：U电位：定义：相对于确定的参考点来说，参考点至关重要，电路中某点A的电位是指单位正电荷在电场力作用下，自该点沿任意路径移动到参考点所做的功。符号：A点电位VA参考点的选取：只能选取一个，通常选择接地点为参考点，用符号“〨”表示，在电子线路中常取若干导线交汇点或机壳作为参考点，用“〦”表示。3、电动势定义：指单位正电荷在电源力作用下，自低电位端电源内部移动到高电位端所做的功。符号：e或E单位：伏特(V)4、功率定义：单位时间内电场力所做的功。符号：p或P表示单位：瓦特(W)，常用单位：千瓦(KW)、毫瓦(mW)336110mWK1KW=10，=10三、电压、电流的关联参考方向1、电流的参考方向正电荷的运动的方向为电流的方向。在分析计算电路的问题时，必须先假定某一元件电流的方向作为参考方向（正方向）。当电流的参考方向确定以后，如果计算出的电流为正值，说明实际方向与参考方向一致；若计算出的电流为负值，则说明电流的实际方向与参考方向相反。12abba-III或表示为I或2、电压的参考方向电压的方向，是从高位端指向低位端的方向，即电位降的方向在分析电路的问题时，要假定电压的参考方向。当电压的参考方向确定后，分析或计算出的电压若为正值，说明电压的实际方向与参考方向是一致的；若为负值，说明电压的实际方向和参考方向相反。图（电压的参考方向）3、电动势的参考方向电动势的方向指电位升高的方向，从低电位指向高电位的方向，与电压的方向相反。电压与电势的关系：4、电压、电流的关联参考方向一般来说，电压、电流的参考方向可以任意假定，但为方便计算，负载元件选取电压的参考方向与电流的参考方向一致，即关联参考方向。欧姆定律：关联：U=IR非关联：U=-IR当P=UI0时，表明该段电路吸收（消耗）功率，视为负载当P=UI0时，表明该段电路发出（释放）功率，视为电源第二节电压源、电流源及等效变换一、电压源及伏安特性1、理想电压源电源的端电压与输出电流无关，是给定的时间函数，u=us(t)=e(t)，称为理想电压源，理想电压源的电流取决于外电路中负载的大小，如果是常数us(t)=US，称为直流电压源（又名恒压源）。理想电压源及伏安特性2、实际电压源特性实际电路中，理性电压源是不存在的，总存在着电源内阻，可用下图等效：00020SSSSSRUIIRUIRUIRUUIRRRUIUIIRPPP，，，，电阻上消耗的电功率与负载上小号的电功率之和为电压源消耗的功率。实际电压源及伏安特性二、电流源及伏安特性1、理想电流源电源输出的电流端电压与无关，电流是给定的时间函数，I=Is(t)，称为理想电流源，理想电流源的电压取决于外电器中负载的大小，如果是常数is(t)=IS，称为直流电流源（又名恒流源）。理想电流源及伏安特性2、实际电流源特性实际电路中，理性电流源是不存在的，总存在着电源内阻，可用下图等效：20020SSSUUIIUIUIRRUUIRUI，是电流源产生的功率，是内阻消耗的功率，是实际电流源输出的功率，即负载上消耗的功率。实际电流源及伏安特性三、电压源与电流源的等效变换等效条件：'000012=3SSSSRRUUIRIR、内电阻相等，即、或、理想电压源（或电动势）的方向与理想电流源的方向相反。四、电路的工作状态0001,'0,0,0,23SSSUUUPIRUIUIRUIRPUIRR、开路、一般工作状态，，、额定工作状态电工设备在额定值下运行，则称为额定工作状态。过载运行：超过额定值工作。欠载运行：低于额定值工作。4、短路与短接短路与短接电路中任一部分电路被电阻为零的导线直接接通，使两端电压降为零叫端接；电源在输出端被端接，称为短路。第三节基尔霍夫定律基本概念：节点：电路中三条或三条以上的连接点称为节点。支路：电路中一个或若干个元件串联而成的一段电路。回路：由若干条支路所组成的闭合路径称为回路一、基尔霍夫电流定律（KCL）内容：任一时刻，对电路中任一节点，所有支路电流的代数和恒等于零，又名节点电流定律，简称KCL。∑i(t)=0033120:0:0SIIIIIIIAB节点节点适用：节点、电路中任一假设的封闭面、线性电路和非线性电路。图广义节点二、基尔霍夫电压定律（KVL）内容：任一时刻，沿闭合回路绕行一周，各支路元件电压的代数和恒等于零，又名回路电压定律，简称KVL。∑u(t)=04433222111000ABBCCFFASSUUUUUIRIRIRUIRU列写回路电压方程时，必须首先假定各支路电流的参考方向和回路电压降得绕行方向。第四节电路的基本分析方法一、支路电流法支路电流法是以支路电流为网络变量，根据KCL和KVL及欧姆定律，直接列出电路中的节点电流方程和回路电压方程，然后联立求解，求出个支路电流。步骤：1、假设各支路电流的参考方向和网孔（回路）的绕行方向，并对各节点标上符号。2、列n-1个独立的KCL方程。3、列m个独立的回路电压方程4、所列上述方程联立求解，即可求出各支路电流。1231232221113322233111:00:102030SSSSKCLIIIIIIKVLUIRIRUIRIRUIRIRU根据根据回路：回路：回路：该电路有3条支路，两个节点，两个网孔，电路中电阻、电压均已知，计算各支路电流支路电流法举例支路电流法举例二、节点电压法节点电压法先定义节点的电压为求解对象，根据基尔霍夫电流定律建立方程组，解出各节点电压，然后由支路电压电流关系最后求解出各支路电流。注意事项：各支路电流的参考方向与所列节点电压方程中各量的正、负号无关。与电流源串联的电阻在方程中不出现，对结果无影响。如果支路中只有理想电压源，而没有串联电阻时，则该节点的电压为已知，此时，可少列一个节点电压方程。节点电压法举例12123451-250,40,102040202SSUVUVRRRRR例已知电源电压电阻，，，，，试用节点电压法求各之路电流1135512524523335551111:()1111:()111150++=10402210111140()2202022032,30,0.8=,SABSABABABABAABABABUAUURRRRRUBUURRRRRUUUUVUVUIRAUUUUUIRIR解：以节点C为参考点，则节点节点（）U得I5135444245411.8,1.5,0.5BBAAUIRIAIIIARIIIU节点电压法举例第五节电路的基本定理一、叠加原理在线性电路中，当有两个或两个以上的独立电源同时作用时，任意支路的电流或电压，都可以看成是由电路中的各个独立电源单独作用时，在该支路中产生的电流或电压的代数和。1231133122332000SSIIIIRIRUIRIRU1231133122332000SSIIIIRIRUIRIRU111III除源规则：电压源所在位置短路，电流源所在位置开路。12121-31-21a24,1.5,1020SSVIARRI例已知直流电路如图（）所示，电源电压U，，试用叠加原理计算支路电路I及叠加定理法举例叠加定理法举例二、二端网络及戴维南定理1、二端网络有源二端网络和无源二端网络任何一个线性有源二端网络，对外电路来说，都可以用一个等效电压源来代替。难点：等效电压和等效内阻的求取2、戴维南定理戴维南定理解题步骤戴维南定理解题举例求等效内阻除源：电压源所在位置短路，电流源所在位置开路。