電工學(xué)簡(jiǎn)明教程（第二版）秦曾煌主編

1、電工學(xué)簡(jiǎn)明教程（第二版）電工學(xué)簡(jiǎn)明教程（第二版）秦曾煌秦曾煌 主編主編第0章 緒論課程介紹主講：信息學(xué)院 薛亞茹課程目的課程目的 目的是使學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，獲得電工技術(shù)必要的基本理論，基本知識(shí)和基本技能，了解電工技術(shù)的應(yīng)用和電工事業(yè)的發(fā)展概況。課程主要內(nèi)容課程主要內(nèi)容 ELECTROTECHNICS AND ELECTRONICELECTROTECHNICS AND ELECTRONIC 電路分析電路分析模擬電路模擬電路數(shù)字電路數(shù)字電路電機(jī)拖動(dòng)電機(jī)拖動(dòng) 電路的基本概念與基本定律、電路的分析方法、正弦交流電路、電路的暫態(tài)分析，三相電路、。電路分析電路分析(1,2章）章）IU+_abUab2

2、R1R22 電機(jī)拖動(dòng)（電機(jī)拖動(dòng)（3,4章）章） 半導(dǎo)體二極管和三極管、基本放大電路、集成運(yùn)算放大器。模擬電路（模擬電路（9 ,10,11章）章）uberbe EBC ibibic rcerceuceuce 門(mén)電路和組合邏輯電路、觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路、模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。數(shù)字電路數(shù)字電路(13,14章）章）三三人人表表決決電電路路例：設(shè)計(jì)三人表決電路例：設(shè)計(jì)三人表決電路10A+5VBCRY考核方法考核方法:平時(shí)成績(jī)：30期末考試：70作業(yè)： 每周二上課答疑： 每周二下午（暫定）第一章第一章 電路及其分析方電路及其分析方法法電路的基本概念電路的基本定律電路的分析方法電路的暫態(tài)分析 負(fù)載負(fù)載電路是

3、電流的通路，它是為了某種需要由某些電工設(shè)備電路是電流的通路，它是為了某種需要由某些電工設(shè)備或元件按一定方式組合起來(lái)的?；蛟匆欢ǚ绞浇M合起來(lái)的。 電源電源1.1.電能的傳輸與轉(zhuǎn)換電能的傳輸與轉(zhuǎn)換2.2.信號(hào)的傳遞與處理信號(hào)的傳遞與處理存儲(chǔ)存儲(chǔ)輸電線輸電線信號(hào)源信號(hào)源負(fù)載負(fù)載中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié) 負(fù)載負(fù)載 電源電源輸電線輸電線放放大大器器信號(hào)源信號(hào)源負(fù)載負(fù)載 電源和電源和信號(hào)源信號(hào)源的的電壓或電流電壓或電流稱為稱為激勵(lì)激勵(lì)，它推動(dòng)電路的工作。，它推動(dòng)電路的工作。 由由激勵(lì)激勵(lì)在電路中產(chǎn)生的在電路中產(chǎn)生的電壓和電流電壓和電流稱為稱為響應(yīng)響應(yīng)電路分析電路分析是在已知是在已知電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)

4、的條件下，討論的條件下，討論與與的關(guān)系的關(guān)系電路實(shí)體電路實(shí)體SER電路模型電路模型用用理想理想電路元件組成的電路，電路元件組成的電路，稱為實(shí)際電路的稱為實(shí)際電路的電路模型電路模型。研究的目標(biāo)是激勵(lì)電壓源與回路電流或負(fù)載電壓之間的關(guān)系電流電流：帶電粒子：帶電粒子(電子、離子電子、離子)有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)電流大小電流大?。篿=dqdt方向方向：正電荷運(yùn)動(dòng)的方向：正電荷運(yùn)動(dòng)的方向單位單位：A，mA ，uA一、一、電流和電流的參考方向電流和電流的參考方向問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出：在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量 的實(shí)際方向，電路如何求解？的實(shí)際方向，電路如何求

5、解？電流方向電流方向AB？電流方向電流方向BA？3VABR2VIR(1) (1) 在解題前任選某一個(gè)方向?yàn)閰⒖挤较颍ɑ蚍Q正在解題前任選某一個(gè)方向?yàn)閰⒖挤较颍ɑ蚍Q正 方向）；方向）； (3) (3) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向：根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向： 若計(jì)算結(jié)果為若計(jì)算結(jié)果為正正，則實(shí)際方向與參考方向一致；，則實(shí)際方向與參考方向一致； 若計(jì)算結(jié)果為若計(jì)算結(jié)果為負(fù)負(fù)，則實(shí)際方向與參考方向相反。，則實(shí)際方向與參考方向相反。(2) (2) 根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān)根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān) 系的代數(shù)表達(dá)式；系的代數(shù)表達(dá)式；解決方法解決方法 任意規(guī)定一個(gè)電流參考方向電流參

6、考方向, ,用箭頭標(biāo)在電路圖上。解決方法解決方法IR電流參考方向的表示電流參考方向的表示：1.用箭頭表示用箭頭表示(常用常用)2.用雙下標(biāo)表示用雙下標(biāo)表示RI abab若電流取正值，電流實(shí)際方向與參考方向相同；若電流取負(fù)值，電流實(shí)際方向與參考方向相反。二、二、電壓和電壓的參考方向電壓和電壓的參考方向電壓電壓:單位正電荷由電路中單位正電荷由電路中a點(diǎn)移動(dòng)到點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)所點(diǎn)所失去或獲得的能量，稱為失去或獲得的能量，稱為ab兩點(diǎn)的電壓兩點(diǎn)的電壓dd=qWu電壓大?。弘妷捍笮。悍较颍簭姆较颍簭母吒唠娢恢赶螂娢恢赶虻偷碗娢浑娢籚, mV注：注：電動(dòng)勢(shì)：電動(dòng)勢(shì)：電源力把單位正電荷從電源的電源力把單位正電荷

7、從電源的低低電位端經(jīng)電電位端經(jīng)電 源內(nèi)部移到源內(nèi)部移到高高電位端所作的功。電位端所作的功。 e e（交流）（交流） E E （直流）（直流） 單位：同電壓?jiǎn)挝唬和妷簩?shí)際方向：實(shí)際方向：電源驅(qū)動(dòng)正電荷的電源驅(qū)動(dòng)正電荷的方向方向低電位低電位 高電位高電位電壓的參考方向電壓的參考方向u_+1.正負(fù)號(hào)正負(fù)號(hào)abUab（高電位在前，高電位在前， 低電位在后）低電位在后） 3.雙下標(biāo)雙下標(biāo)2.箭箭 頭頭uab若電壓u0u0，表明該時(shí)刻a a點(diǎn)的電位比點(diǎn)的電位比b b點(diǎn)電位高點(diǎn)電位高若電壓u0u0 吸收能量吸收能量 p0 產(chǎn)生能量產(chǎn)生能量aIRUbaIRUb4 4、功率的正負(fù)、功率的正負(fù)電源與負(fù)載的判別電

8、源與負(fù)載的判別吸收功率或消耗功率（起負(fù)載作用）吸收功率或消耗功率（起負(fù)載作用）若若 P 0輸出功率（起電源作用）輸出功率（起電源作用）若若 P 0電阻消耗功率肯定為正電阻消耗功率肯定為正電源的功率可能為正（吸收功率）電源的功率可能為正（吸收功率），也可能為負(fù)（輸出功率），也可能為負(fù)（輸出功率）功率有正負(fù)功率有正負(fù)解：解：P=UI = (2)3= 6W因?yàn)榇死须妷?、電流的參考方向相同因?yàn)榇死须妷?、電流的參考方向相同而而P為負(fù)值，所以為負(fù)值，所以N發(fā)出功率是發(fā)出功率是電源電源已知：已知：UAB=3VI = 2A求：求：N的功率，并說(shuō)明它的功率，并說(shuō)明它是電源還是負(fù)載是電源還是負(fù)載NABI例題例

9、題1.21.2 1、 開(kāi)關(guān)閉合開(kāi)關(guān)閉合,接通電源與負(fù)載接通電源與負(fù)載 特征特征:開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)閉合閉合ER0+U-RIabdc有載有載開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)斷開(kāi)開(kāi)路開(kāi)路cdcd短接短接短路短路EI IU1. 電壓與電流電壓與電流R0RABCDU=RIR+ R0I = EU=E R0I ER0IU電源的外特性曲線電源的外特性曲線當(dāng)R0 1t=5 時(shí)，過(guò)渡過(guò)程基本結(jié)束，時(shí)，過(guò)渡過(guò)程基本結(jié)束，uC達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。 越大越大，過(guò)渡過(guò)程變，過(guò)渡過(guò)程變化越慢，化越慢，uC達(dá)到達(dá)到 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)所需要的時(shí)間越長(zhǎng)。所需要的時(shí)間越長(zhǎng)。具有時(shí)間的量綱 秒秒庫(kù)侖庫(kù)侖伏特庫(kù)侖安培伏特=/.RC 方程的特解方程的特解Cu對(duì)應(yīng)齊次對(duì)

10、應(yīng)齊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 根據(jù)根據(jù) uC(0+)=0A= UuC =U Ue t /RC =U(1et / )URCuRt=0ba+-SuCUC(0-)= 0tuCuUuC UuC暫態(tài)過(guò)程暫態(tài)過(guò)程uC可視為由可視為由兩個(gè)分量相加而得兩個(gè)分量相加而得:uC 稱為穩(wěn)態(tài)分量稱為穩(wěn)態(tài)分量uC的變化曲線的變化曲線uC =U(1et /RC) =U Ue t /RC RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)，實(shí)際電路的零狀態(tài)響應(yīng)，

11、實(shí)際上是電容的充電過(guò)程。上是電容的充電過(guò)程。uC稱為暫態(tài)分量稱為暫態(tài)分量 按指數(shù)規(guī)律衰減到按指數(shù)規(guī)律衰減到0。0 上述上述暫態(tài)過(guò)程的分析方法稱為經(jīng)典法。當(dāng)電路比較暫態(tài)過(guò)程的分析方法稱為經(jīng)典法。當(dāng)電路比較復(fù)雜時(shí)，可以用戴維寧定理將換路后的電路化簡(jiǎn)為一復(fù)雜時(shí)，可以用戴維寧定理將換路后的電路化簡(jiǎn)為一個(gè)單回路電路，（將電路中除儲(chǔ)能元件以外的部分化個(gè)單回路電路，（將電路中除儲(chǔ)能元件以外的部分化簡(jiǎn)為戴維寧等效電源，再將儲(chǔ)能元件接上），然后利簡(jiǎn)為戴維寧等效電源，再將儲(chǔ)能元件接上），然后利用經(jīng)典法所得出的公式。用經(jīng)典法所得出的公式。: 電源激勵(lì)和電容元件的初始狀態(tài)電源激勵(lì)和電容元件的初始狀態(tài)uC(0+) 均不

12、為零時(shí)電路的響應(yīng)均不為零時(shí)電路的響應(yīng)Rt=0baS+-t 0CuR+-UU0UCuC = U0+e -t/ + U(1e -t/ ) 全響應(yīng)全響應(yīng) = 零輸入響應(yīng)零輸入響應(yīng) + 零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)uC = (U0+U) e -t/ + U)(f:穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)值 :初始值初始值 )0(f:時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù) 1RuKR1=2k 10V+_ 1 FCuCit=0R2=3k 例題：例題：R1=2k 10V+_ 100 FCu1uCi1 初始值舉例初始值舉例KR1=2k 10V+_ 100 FCut=01uR2=3k 換路前的電路換路前的電路解解:V632310)0(=-CUVUUCC6)0()0(=-

13、R1=2k 10V+_ 100 FCu1uR2=3k CiCi6V+_mAiC224)0(=Vu4)0(1=換路后的電路換路后的電路VuC10)(=mA23334)(=Li2 穩(wěn)態(tài)值舉例穩(wěn)態(tài)值舉例t =0L2 3 3 4mALiR1=2k 10V+_ 100 FCu1uCiAiC0)(=Vu0)(1=電容元件可視為開(kāi)路電容元件可視為開(kāi)路電感元件可視為短路電感元件可視為短路換路后的電路換路后的電路換路后的電路換路后的電路由由換路后換路后的電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)計(jì)算。的電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)計(jì)算。(同一電路中各物理量的同一電路中各物理量的 是一樣的是一樣的)3 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)的計(jì)算的計(jì)算RC=R1=2k 10V

14、+_ 100 FCu1uCiRC=E+-t=0CR1R2一階一階RC電路電路例：求例：求: t 0 時(shí)的電壓時(shí)的電壓 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，則，則iL(0+)= I0換路前電路已處于穩(wěn)態(tài)換路前電路已處于穩(wěn)態(tài),根據(jù)根據(jù)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 方程的通解為方程的通解為 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 電路零輸入響應(yīng)電路零輸入響應(yīng)iL、和和 uL 的波形的波形 在零輸入響應(yīng)電路中，各部分電壓和電流都是由在零輸入響應(yīng)電路中，各部分電壓和電流都是由初始值按同一指數(shù)規(guī)律衰減到零。初始值按同一指數(shù)規(guī)律衰減到零。圖示是一臺(tái)圖示是一臺(tái)300 kW汽輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁回路。已知汽輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁回路。已知R=0.189

16、，L=0.398H，U=35V，電壓表量程為，電壓表量程為50V，內(nèi)阻內(nèi)阻 RV=5 k。t=0時(shí)開(kāi)關(guān)時(shí)開(kāi)關(guān)S打開(kāi)（設(shè)打開(kāi)（設(shè)S打開(kāi)前電路已處于穩(wěn)態(tài)）。打開(kāi)前電路已處于穩(wěn)態(tài)）。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-=: 電源激勵(lì)和電感元件的初始狀態(tài)電源激勵(lì)和電感元件的初始狀態(tài)iL(0+) 均不為零時(shí)電路的響應(yīng)均不為零時(shí)電路的響應(yīng)全響應(yīng)全響應(yīng) = 零輸入響應(yīng)零輸入響應(yīng) + 零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)t=0iLuLuR+-/0tteRURUeii-=RUeRUiit-=-/0i t ( ) 例圖電路原例圖電路原 已已 穩(wěn)穩(wěn) 定，定，t = 0 時(shí)時(shí) 將將 開(kāi)開(kāi) 關(guān)關(guān) S 閉閉 合。求合。求