電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能復(fù)習(xí)課件

《電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能》復(fù)習(xí)楊光暉《電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能》復(fù)習(xí)第一部分電路基礎(chǔ)一、電路的組成二、電路的基本物理量三、電路的基本元件四、電路的基本定律五、電路的分析方法1.直流電路分析2.交流電路分析第二部分電工技術(shù)一、電路的組成電源：電路中提供電能或信號(hào)的器件負(fù)載：電路中吸收電能或輸出信號(hào)的器件圖1.1電路的組成電流的實(shí)際方向：正電荷運(yùn)動(dòng)方向。直流電流：當(dāng)電流的量值和方向都不隨時(shí)間變化時(shí),稱為直流電流,簡(jiǎn)稱直流。交流電流：當(dāng)電流的量值和方向隨著時(shí)間按周期性變化的電流,稱為交流電流,簡(jiǎn)稱交流。常用英文小寫字母i表示。單位：安［培］,符號(hào)為A。參考方向：在分析與計(jì)算電路時(shí),常可任意規(guī)定某一方向作為電流的參考方向或正方向。二、電路的基本物理量電流：帶電粒子（電子、離子等）的定向運(yùn)動(dòng)形成電流。用符號(hào)i表示,即電壓：電路中A、B兩點(diǎn)間的電壓是單位正電荷在電場(chǎng)力的作用下由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)所減少的電能,即電壓的實(shí)際方向：是使正電荷電能減少的方向。電壓的單位：是伏［特］,符號(hào)為V。元件的電壓參考方向與電流參考方向是一致的,稱為關(guān)聯(lián)參考方向。在電路中任選一點(diǎn),叫做參考點(diǎn),則某點(diǎn)的電位就是由該點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓。

功率：傳遞轉(zhuǎn)換電能的速率叫電功率，簡(jiǎn)稱功率，用p或P表示。如果電流、電壓選用關(guān)聯(lián)參考方向,則所得的p應(yīng)看成支路接受的功率,計(jì)算所得功率為負(fù)值時(shí),表示支路實(shí)際發(fā)出功率。在直流情況下功率的單位：為瓦［特］,簡(jiǎn)稱瓦,符號(hào)為W,常用的有千瓦（kW）、兆瓦（MW）和毫瓦（mW）等。

三、電路的基本元件1．電阻元件電阻是表征電路中電能消耗的理想元件。u和i的參考方向相同，根據(jù)歐姆定律得出線性電阻：即電阻元件上的電壓和與通過的電流成線性關(guān)系，兩者的比值是一個(gè)大于零的常數(shù)。電阻的單位：歐姆(Ω)。

2.電容元件電容是用來表征電路中電場(chǎng)能儲(chǔ)存這一物理性質(zhì)的理想元件。電容：C＝q/u。當(dāng)極板上的電荷量q或電壓u發(fā)生變化時(shí)，在電路中就要引起電流流過。其大小為C的單位為法[拉](F)。3.電感元件電感是用來表征電路中磁場(chǎng)能儲(chǔ)存這一物理性質(zhì)的理想元件，設(shè)線圈的匝數(shù)為N，電流i通過線圈而產(chǎn)生的磁通為Ф，兩者的乘積(ψ=NФ)稱為線圈的磁鏈，它與電流的比值L=Ψ/i稱為電感器(線圈)的電感。式中，ψ和Ф的單位為韋[伯](Wb)；i的單位為安[培](A)；L的單位為亨[利](H)。當(dāng)線圈中的電流變化時(shí)，磁通和磁鏈將隨之變化，將會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。在規(guī)定e的參考方向與磁場(chǎng)線的方向符合右手螺旋定律時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e可以用下式計(jì)算

電壓源電壓源是供給電壓的電路元件，如干電池、直流穩(wěn)壓電源等。用電動(dòng)勢(shì)E和小內(nèi)阻R0串聯(lián)電路表示。Us為電壓源的恒值電壓，與電動(dòng)勢(shì)E的大小相等，極性相反。全電路歐姆定律

電壓源及其外特性電流源：實(shí)際的電流源是用一個(gè)理想電流源Is和大內(nèi)阻Rs相并聯(lián)的模型來表征，Rs表明了電源內(nèi)部的分流效應(yīng)。當(dāng)電源與外電阻相接后，電源向外輸送電流為

電流源模型的符導(dǎo)表示及其外特件如圖2-2所示。根據(jù)電流源的特性，兩個(gè)電流源串聯(lián)是無意義的。圖2-2電流源及其外特性

四、電路的基本定律1.基爾霍夫定律基爾霍夫定律，包含基爾霍夫電流定律（縮寫為KCL)和基爾霍夫電壓定律(縮寫為KVL)?；鶢柣舴蚨杉冗m用于線性直流電路、交流電路，也適用于非線性電路。

支路二端元件或若干二端元件串聯(lián)組成的不分岔的一段電路稱為支路。支路中的元件流過同一電流。含有電源元件的支路稱為有源支路，含電源元件的支路稱為無源支路。節(jié)點(diǎn)電路中三條或三條以上支路的連接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)?；芈冯娐分腥我婚]合的路徑稱為回路。網(wǎng)孔內(nèi)部不含有其它支路的回路，稱為網(wǎng)孔。在列KCL和KVL表示式時(shí)，都必須規(guī)定各支路電流和電壓的參考方向。在規(guī)定參考方向時(shí)，必須根據(jù)各支路的具體情況，即元件的特性方程所述的慣例處理。不可隨便規(guī)定。(1)．基爾霍夫第電流定律(KCL)

任一瞬間對(duì)電路中的任一節(jié)點(diǎn)，流入此節(jié)點(diǎn)的電流等于從該節(jié)點(diǎn)流出的電流。表示式：∑I=0凡參考方向指向節(jié)點(diǎn)的電流符號(hào)前面取負(fù)號(hào)，參考方向背向節(jié)點(diǎn)的取正號(hào)。

注意：1．當(dāng)支路電流都是時(shí)變電流時(shí)，第一定律依然成立。2．必須規(guī)定各支路的電流的參考方式，在規(guī)定參考方式之后，所得流入“流出”都以參考方向來判斷。

(2).基爾霍夫電壓定律(KVL)基爾霍夫電壓定律：任一回路內(nèi)各段支路電壓的代數(shù)和為零。表示式：∑Ｕ＝０注意：1.當(dāng)支路電壓都是時(shí)變電壓時(shí)，第二定律依然成立。2.必須規(guī)定各支路的電壓的參考方式，在規(guī)定參考方式之后，所得流入"流出"都以參考方向來判斷。五、電路的分析方法1.支路電流法支路電流法是求解復(fù)雜電路最基本的方法。它是以支路電流為求解對(duì)象，直接應(yīng)用基爾霍夫定律，分別對(duì)結(jié)點(diǎn)和回路列出所需要的方程組，然后解出各支路電流。

現(xiàn)以右圖所示電路為例，介紹支路電流法的解題步驟。

第一步，首先在電路中標(biāo)出各支路電流的參考方向。

第二步，應(yīng)用基爾霍夫電流定律和電壓定律列結(jié)點(diǎn)電流和回路電壓方程式。

對(duì)結(jié)點(diǎn)a：

①

對(duì)結(jié)點(diǎn)b：

很顯然，此式是不獨(dú)立的，它可由①式得到。

一般來說，對(duì)具有n個(gè)結(jié)點(diǎn)的電路，所能列出的獨(dú)立結(jié)點(diǎn)方程為(n-1)個(gè)。因此本電路有兩個(gè)結(jié)點(diǎn)，獨(dú)立的結(jié)點(diǎn)方程為2-1=1個(gè)。為了列出獨(dú)立的回路電壓方程，一般選電路中的網(wǎng)孔列回路方程。該電路有兩個(gè)網(wǎng)孔，每個(gè)網(wǎng)孔的循行方向如圖1-50中虛線箭頭所示。

左面網(wǎng)孔的回路電壓方程為②

該電路有三條支路，因此有三個(gè)支路電流為未知量，以上列出的獨(dú)立結(jié)點(diǎn)方程和回路方程也是三個(gè)，所以將以上①、②、③式聯(lián)立求解，即可求出各支路電流。

一般而言，一個(gè)電路如有b條支路，n個(gè)結(jié)點(diǎn)，那么獨(dú)立的結(jié)點(diǎn)方程為(n-1)個(gè)，網(wǎng)孔回路電壓方程應(yīng)有b-(n-1)個(gè)，所得到的獨(dú)立方程總數(shù)為(n-1)+b-(n-1)=b個(gè)，即能求出b個(gè)支路電流。

右面網(wǎng)孔的回路電壓方程為③第三步，代入數(shù)據(jù)，求解支路電流

解之，得I1=4A，I2=6A，I3=10A。

【例1-12】在圖1-51所示電路中，已知Us1=12V，Us2=12V，R1=1?，R2=2?，R3=2?，R4=4?，求各支路電流。解：選擇各支路電流的參考方向和回路方向如圖1-51所示，列出結(jié)點(diǎn)和回路方程式如下。

上結(jié)點(diǎn)方程

左網(wǎng)孔方程

中網(wǎng)孔方程

右網(wǎng)孔方程

代入數(shù)據(jù)

最后解得I1=4A，I2=2A，I3=4A，I4=2A

支路電流法是分析電路的基本方法，在需要求解電路的全電流時(shí)，均可采用此法。但如果只需要求出某一條支路的電流，用支路法去計(jì)算就會(huì)比較煩瑣，特別是當(dāng)電路的支路數(shù)比較多時(shí)，這時(shí)，就可以選用后面將介紹的較簡(jiǎn)便的方法。圖1-512.電壓源和電流源的等效變換一個(gè)電壓源與-個(gè)電流源對(duì)同-個(gè)負(fù)載如果能提供等值的電壓，電流和功率，則這兩個(gè)電源對(duì)此負(fù)載是等效的。具有等效條件的電源互為等效電源。

含內(nèi)阻的電壓源與電流源等效變換①若干個(gè)含源支路作串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)時(shí)，就其兩端來說可以簡(jiǎn)化為一個(gè)電壓源或一個(gè)電流源。②與電壓源相串聯(lián)的電阻可看作為電壓源的內(nèi)阻；與電流源并聯(lián)的電阻可看作為電流源的內(nèi)阻。③理想電壓源和理想電流源不能互相等效。圖2-3電源的等效變換3．等效電源的概念

在電路分析計(jì)算中，往往只研究一個(gè)支路的電壓、電流及功率。對(duì)所研究的支路而言，電路的其余部分便成為--個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)。為了計(jì)算所研究支路的電壓、電流及功率，可以把有源二端網(wǎng)絡(luò)等效為一個(gè)電源，即等效電源。

等效電源分為等效電壓源和等效電流源。用電壓源來等效代替有源二端網(wǎng)絡(luò)的分析方法稱戴維南(代文寧)定理；用電流源來等效代替有源二端網(wǎng)絡(luò)的分析方法稱諾頓定理。

1）．戴維南定理（等效電壓源定理）

戴維南定理：任何一個(gè)線性含源二端網(wǎng)絡(luò)N，就其兩個(gè)端鈕a、b來看，總可以用一個(gè)電壓源--串聯(lián)電阻支路來代替，如圖2-4(a)所示。電壓源的電壓等于該網(wǎng)絡(luò)N的開路電壓U0，如圖2-4（b）所示；其串聯(lián)電阻R0等于該網(wǎng)絡(luò)中所有獨(dú)立源為零值時(shí)（恒壓源短路，恒流源開路）所得網(wǎng)絡(luò)N0得等效電阻Rab，如圖2-4(c)所示。

由U0和R0串聯(lián)而成的等效電壓源稱為戴維南等效電路，其中的串聯(lián)電阻，在電子電路中常稱為"輸出電阻"，故用R0表示。

應(yīng)用戴維南定理求解某一支路電流的步驟如下：

①將電路分為待求支路和有源二端網(wǎng)絡(luò)。

②計(jì)算有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓Uo。

③將有源二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)獨(dú)立源零值處理(電壓源短路，電流源開路)，而保留其內(nèi)阻，求等效電源的內(nèi)阻R0(即兩開路端的等效電阻)。

④求出待求支路的電流

應(yīng)用戴維南定理必須注意：

①戴維南定理只對(duì)外電路等效，對(duì)內(nèi)電路不等效。也就是說，不可應(yīng)用該定理求出等效電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻之后，又返回來求原電路(即有源二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部電路)的電流和功率。

②應(yīng)用戴維南定理進(jìn)行分析和計(jì)算時(shí)，如果待求支路后的有源二端網(wǎng)絡(luò)仍為復(fù)雜電路，可再次運(yùn)用戴維南定理，直至成為簡(jiǎn)單電路。

③戴維南定理只適用于線性的有源二端網(wǎng)絡(luò)。如果有源二端網(wǎng)絡(luò)中含有非線性元件時(shí)，則不能應(yīng)用戴維南定理求解。

2）.等效電流源定理--諾頓定理

諾頓定理：任何一個(gè)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，對(duì)其負(fù)載來說，都可等效為一個(gè)恒流源Is和電阻Rs并聯(lián)的電路來等效代替。Is等于有源二端網(wǎng)絡(luò)的短路電流，并聯(lián)電阻Rs為該網(wǎng)絡(luò)中所有的獨(dú)立源置零時(shí)，以二端鈕處看該網(wǎng)絡(luò)的等效電阻，如圖2-5所示。

諾頓定理只適用于線性電路；諾頓定理僅對(duì)外電路--負(fù)載等效，即計(jì)算負(fù)載中的電

壓、電流及功率是等效的。同樣，諾頓定理也只適用于局部電路的汁算。當(dāng)需要計(jì)算電路中多處電流、電壓時(shí)，還是應(yīng)用網(wǎng)孔電流法和節(jié)點(diǎn)電壓法分析計(jì)算更為方便。4.疊加定理

疊加定理指出：在線性電路中，如果有多個(gè)線性獨(dú)立電源同時(shí)作用時(shí)，則每一元件中的電流或電壓等于各個(gè)獨(dú)立源單獨(dú)作用于該元件所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。

（2）應(yīng)用疊加定理求解的步驟

①分別畫出各電動(dòng)勢(shì)單獨(dú)作用于電路時(shí)的分圖。不作用的電動(dòng)勢(shì)予以短路，保留其內(nèi)阻。電路其余部分的聯(lián)接以及電路中所有的電阻都不能變動(dòng)。

②按簡(jiǎn)單自流電路的計(jì)算方法，利用電阻串、并聯(lián)關(guān)系、歐姆定律、分流公式，，計(jì)算出各電動(dòng)勢(shì)單獨(dú)作用下各支路的電流，并將電流方向標(biāo)于圖上。

③將各支路的電流疊加，也就是求出各電動(dòng)勢(shì)在各支路產(chǎn)生電流的代數(shù)和，這些電流就是各電動(dòng)勢(shì)共同作門時(shí)在各支路產(chǎn)生的電流。計(jì)算時(shí)要注意電流各分量的正方向，如果電流分量的正方向原支路電流的正方向相同時(shí)取正；相反時(shí)取負(fù)。應(yīng)用疊加定理時(shí)必須注意以下條件：

①疊加定理只適用于線性電路，對(duì)非線性電路則不適用。

②疊加定理只適用電壓、電流的疊加，但不適用于功率的疊加。

應(yīng)用疊加定理進(jìn)行分析計(jì)算的過程比較繁瑣，所以，通常不用它來直接進(jìn)行計(jì)算。只是在某一電路已計(jì)算完畢，各支路已求出，需算出增加一個(gè)新電動(dòng)勢(shì)后各支路的電流時(shí)，應(yīng)用疊加定理是很方便的。這時(shí)，只需計(jì)算新電動(dòng)勢(shì)單獨(dú)作用時(shí)在各支路中所產(chǎn)生的電流，疊加到原有的結(jié)果上就行了。疊加原理的重要性在于它是分析線性電路的基礎(chǔ)。

1.直流電路分析例1．如圖1-1所示的電路，求電流和電壓。

解：先設(shè)定總電流IA及電壓U

參考方向（如圖示），由圖可見，電阻1Ω與２Ω串聯(lián)后，與兩個(gè)３Ω并聯(lián)后，再與５Ω串聯(lián)，所以總電流故，三個(gè)相同電阻（３Ω）并聯(lián)，每一個(gè)支路電流

例2．求如圖1-2所示電路中標(biāo)出的各電流、電壓解原電路可按圖1-3虛線分段，運(yùn)用電阻混聯(lián)電路分析方法，逐步簡(jiǎn)化成單回路電路（圖略），求其等效電阻，即

圖１－２求出總電流后，再逆著原來的化簡(jiǎn)過程，返回求各支路電流、電壓。設(shè)電流、電壓采用關(guān)聯(lián)參考方向（電壓參考極性可省略標(biāo)注）。

例2．求圖2-2所示電路的等效電流源模型。若在這兩個(gè)等效電源的a、b端接20Ω電阻，分別求出流過20Ω的電流。解：等效電流源模型如圖2-3所示。

兩種情況結(jié)果一樣，說明兩種電源模型對(duì)外阻是完全等效的。但是，在兩種模型中流過5Ω電阻的電流顯然是不同的，說明兩種模型內(nèi)部是不等效的。

例3．在圖2-4所示的電路中，已知電動(dòng)勢(shì)e1=16V,e2=e3=4V，電流源i4=1mA，電阻R1=8kΩ,R2=2kΩ,R3=4kΩ，試求各支路電流。

以上解答代入電路最外環(huán)電壓方程，經(jīng)校驗(yàn)計(jì)算

。解：電路中包含5個(gè)支路，但理想電流源i4為已知，所以尚有四個(gè)支路電流為未知量，用支路電流法需列寫4個(gè)電路方程式。假設(shè)各支路電流的參考方向和所選Ⅰ、Ⅱ回路繞行方向如圖所示。由此可列出4個(gè)電路方程式

代入已知數(shù)據(jù)，用代入消元法解得各支路電流為圖２－４

2.交流電路分析1．交流電信號(hào)大小和方向隨時(shí)間變化的電流、電壓，統(tǒng)稱“交流電”。大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的電流、電壓，稱為“周期性交流電”。大小和方向隨時(shí)問作正弦規(guī)律變化的電流、電壓，稱為“正弦交流電”。通常說的“交流電”，一般都是指“正弦交流電”。如圖3-1所示。

在分析問題時(shí)，必須首先標(biāo)定電流的參考方向和電壓的參考極性，作為判斷電流的實(shí)際方向及電壓實(shí)際極性的參考標(biāo)準(zhǔn)。

2．正弦電量的三要素

（1）正弦量的三要素

正弦波形的電動(dòng)勢(shì)、電壓和電流統(tǒng)稱為正弦量，當(dāng)參考方向選定以后，它們的三角函數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

正弦量的三要素是：

最大值(振幅)Em,Um,Im，它決定正弦量的變化范圍。

頻率f(或角頻率w)，它決定正弦量的變化快慢。

初相位(或初相角)Ψ，它決定正弦量變化的進(jìn)程，即表示正弦量變化的初始狀態(tài)。

(2)初相位與相位差

①初相位

Wt+Ψ稱為相位角，當(dāng)t=0時(shí)，正弦交流電的相位角稱為初相角，又叫初相位，簡(jiǎn)稱初相。一個(gè)正弦交流電比另一個(gè)同頻率的正弦交流電提前到達(dá)零值或正的最大值，那么在相位上說，前者"超前"于后者，或者說后者"滯后"于前者。

若兩個(gè)同頻率正弦交流電具有相同的初相位，即它們同時(shí)到達(dá)零值和最大值(幅度可以相同，也可以不相同)，則稱它們?yōu)橥?；若兩者初相位?80°，即一個(gè)到達(dá)正的最大值時(shí)，另一個(gè)正好到負(fù)的最大值，這時(shí)，我們稱它們?yōu)榉聪唷?/p>

②相位差

兩個(gè)同頻率的正弦交流電在任何瞬的相位之差稱為相位差。兩個(gè)正弦量進(jìn)行相位比較時(shí)，必須是同頻率、并在相位差角小于(或丌弧度)的前提下，才能確定超前或滯后的關(guān)系。若是不同頻率的兩個(gè)正弦量，其相位差是隨時(shí)間變化的量，談不上誰超前誰滯后，相位差這個(gè)概念沒有討論的價(jià)值。3．正弦交流電的有效值

正弦交流電的有效值與瞬時(shí)值、最大值的關(guān)系：

只有正弦交流電的有效值與最大值之間存在倍的關(guān)系，而非正弦交流電有效值與最大值之間的關(guān)系(波峰因數(shù))需另行確定。

電工技術(shù)中，通常所說的交流電的大小指的是有效值。

交流電常采用三角函數(shù)式（解析式）、波形圖、相量圖（矢量圖）和復(fù)數(shù)等四種方法來表示正弦交流電。

（1）瞬時(shí)值表達(dá)式（三角函數(shù)式）

(2)波形圖

正弦交流電可用正弦曲線波形圖來描述，如圖3-1所示。

(3)相量(矢量)圖法

旋轉(zhuǎn)相量表示正弦交流電流如圖3-2所示。

圖3-2用旋轉(zhuǎn)相量表示正弦量

旋轉(zhuǎn)相量具有正弦量所包含的特征，但并不等于正弦量，只有旋轉(zhuǎn)相量在縱軸上的投影才等于正弦量。

對(duì)圖3—2作出簡(jiǎn)化，只需作出t=0時(shí)正弦相量的幅值Im(或有效值I)和初相位的相量，即為正弦量的向量圖，如圖3-4所示。

用圖形表示正弦交流相量的幅值(或有效值)和初相位的方法，稱為正弦量的相量圖。但應(yīng)該指出，正弦交流電本身并不是相量，而是代數(shù)量，只不過可以用相量表示而已。，

只有同頻率的正弦量才能畫在同一相量圖上。當(dāng)正弦交流電的初相位為正時(shí)，相量與橫軸正向按逆時(shí)針轉(zhuǎn)過一個(gè)角度；若初相位為負(fù)，相量則按順時(shí)針轉(zhuǎn)一角度.

（4）復(fù)數(shù)表示法

正弦量的復(fù)數(shù)表示方法適用于電路的定量計(jì)算。

對(duì)于正弦交流電的四種表示方法，應(yīng)重點(diǎn)掌握函數(shù)表達(dá)式法和復(fù)數(shù)表示法，因?yàn)槿呛瘮?shù)表示法是正弦交流電的基本表示方法，而復(fù)數(shù)表示法是最常用的正弦交流電的分析計(jì)算方法。(1)電壓與電流的關(guān)系式