《電工基礎(chǔ)》全冊配套完整教學(xué)課件

《電工基礎(chǔ)》全冊配套完整教學(xué)課件1目錄5、異步電動機及其電器控制1、直流電路2、正弦交流電路3、三相交流電路4、變壓器第1章直流電路1.1電路的基本概念1.2基爾霍夫定律1.3電路的基本分析方法1.4電路的基本定理1.5電壓源和電流源及等效變換41.1電路的基本概念一、電路的組成及電路模型1、電路：就是電流流通的路徑。是由某些元器件為完成一定功能、按一定方式組合后的總稱。電路的功能：傳輸電能或者處理電信號。SE5

當(dāng)電路中的電流是直流電流時，這種電路稱為直流電路；當(dāng)電路中的電流是隨時間按正弦規(guī)律變化的交流電流時，這種電路稱為交流電路。電路有時又稱電網(wǎng)絡(luò)，簡稱網(wǎng)絡(luò)。如果電路的某一部分只有兩個端鈕與外部連接，則可將這一部分電路視為一個整體，稱為二端網(wǎng)絡(luò)。無源網(wǎng)絡(luò)有源網(wǎng)絡(luò)62、電路的組成

電源

負載

導(dǎo)線等

是將其它形式的能量轉(zhuǎn)換為電能的供電設(shè)備。（直流電源和交流電源）

是將電能轉(zhuǎn)換為其他能量的用電設(shè)備。（電動機、日光燈、電熱器等）

起溝通電路和輸送電能的作用SEES

73、電路模型（1）實際電路組成a能量的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換；b信息的傳遞、控制與處理。由電工設(shè)備和電氣器件按預(yù)期目的連接構(gòu)成的電流的通路。功能基本部分：電源、負載、導(dǎo)線輔助部分：控制、保護導(dǎo)線電池開關(guān)燈泡手電筒電路8

反映實際電路部件主要電磁性質(zhì)的理想電路元件及其組合。（2）電路模型導(dǎo)線電池開關(guān)燈泡電路模型理想電路元件有某種確定的電磁性能的理想元件。是對實際元件的抽象和概括電路模型實際電路95種基本的理想電路元件：電阻元件：表示消耗電能的元件（耗能元件）電感元件：表示產(chǎn)生磁場，儲存磁場能量的元件電容元件：表示產(chǎn)生電場，儲存電場能量的元件電壓源和電流源：表示將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件。5種基本理想電路元件有三個特征：

（a）只有兩個端子；

（b）可以用電壓或電流按數(shù)學(xué)方式描述；（c）不能被分解為其他元件。注意儲能元件10理想電路元件的分類理想電路元件理想有源元件理想無源元件電壓源電流源電阻元件電容元件電感元件11

電阻圖片水泥電阻線繞電阻碳膜電阻可變電阻壓敏電阻功率電阻12

電容圖片滌綸電容電解電容獨石電容高功率瓷介電容13

電感圖片色碼電感工字電感貼片電感固定電感無鉛環(huán)保電感14二、電路的基本物理量及其正方向I1.電流：電荷的定向運動形成電流。單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的電量稱為電流強度，簡稱電流。EUS

＋－＋－＋－UL

＋隨時間變化的電流：i

=dqdt——電荷[量]q對時間的變化率——電流直流電路中I

=Qt——電荷[量]，單位為庫[侖]（C）——時間，單位為秒（s）——電流，單位為安[培]（A）15方向

規(guī)定正電荷的運動方向為電流的實際方向單位1kA=103A1mA=10-3A1

A=10-6AA（安培）、kA、mA、A元件(導(dǎo)線)中電流流動的實際方向只有兩種可能:

實際方向AB實際方向AB

對于復(fù)雜電路或電路中的電流隨時間變化時，電流的實際方向往往很難事先判斷。下頁上頁問題返回16參考方向

大小方向(正負）電流(代數(shù)量)任意假定一個正電荷運動的方向即為電流的參考方向（正方向）。I>0I<0實際方向?qū)嶋H方向電流的參考方向與實際方向的關(guān)系：下頁上頁I

參考方向ABI

參考方向ABI

參考方向AB表明返回17電流參考方向的兩種表示：

用箭頭表示：箭頭的指向為電流的參考方向。

用雙下標(biāo)表示：如iAB

,

電流的參考方向由A指向B。I

參考方向ABIABAB182.電位：相對于確定的參考點而言。電場力將單位正電荷從電路的某一點移至參考點時所做的功的大小，稱為該點的電位。參考點的電位為零。直流電路中電位用V表示，單位為伏[特]（V）。注意：電位是相對物理量；分析電路時電位的參考點只能選取一個。193.電壓：電壓就是電路中兩點之間的電位差。電場力將單位正電荷從電路的某一點移至另一點時所消耗的電能，稱為這兩點間的電壓。IEUS＋－＋－＋－UL直流電路中電壓用U表示，單位為伏[特]（V）kV、mV、V。US是電源兩端的電壓，UL是負載兩端的電壓。電路中A、B兩點之間的電壓為

UAB=VA–

VB20在分析實際電路時，也要人為假定電壓的參考方向。

電壓的參考方向U>0參考方向U+–參考方向U+–<0U假設(shè)高電位指向低電位的方向。+實際方向–+實際方向–

實際電壓方向

高電位端指向低電位端，即電位降低的方向。21電壓參考方向的三種表示方式：(1)用箭頭表示：(2)用正負極性表示(3)用雙下標(biāo)表示UU+ABUAB22

元件或支路的u，i

采用相同的參考方向稱之為關(guān)聯(lián)參考方向。反之，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向：（對同一個元件或同一段電路而言）i+-+-iuu下頁上頁返回23分析電路前必須選定電壓和電流的參考方向參考方向一經(jīng)選定，必須在圖中相應(yīng)位置標(biāo)注(包括方向和符號)，在計算過程中不得任意改變參考方向不同時，其表達式相差一負號，但電壓、電流的實際方向不變。例電壓電流參考方向如圖中所標(biāo)，問：對A、B兩部分電路電壓電流參考方向關(guān)聯(lián)否？答：A電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)；

B電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)。下頁上頁注意＋－uBAi返回24I4.電動勢電源力將單位正電荷從電源低電位端移至電源高電位端所做的功稱為電源的電動勢。電動勢的實際方向：規(guī)定為由低電位指向高電位。即電位升高的方向，和電壓方向相反。EUS＋－＋－＋－UL在直流電路中電動勢用E表示，單位為伏[特]（V）。25在分析實際電路時，同樣也可以假定電動勢的參考方向。參考方向相反US+–

實際電動勢方向

低電位端指向高電位端，即電位升高的方向。EUS=EUS+–US=–EE參考方向一致265.功率單位時間內(nèi)所轉(zhuǎn)換的電能稱為電功率，簡稱功率。電源產(chǎn)生的電功率為PE=E

I在直流電路中功率用P表示，單位為瓦[特]（W）。電源輸出的電功率為PS=US

I負載消耗（取用）的電功率為PL=UL

II

EUS

＋－＋－＋－UL

27

電路吸收或發(fā)出功率的判斷:

u,i

取關(guān)聯(lián)參考方向P=ui

表示

元件吸收的功率P>0

吸收正功率(實際吸收)P<0

吸收負功率(實際發(fā)出)+-iu電功率與電壓和電流密切相關(guān)286.電能在時間t內(nèi)轉(zhuǎn)換的電功率稱為電能。電能與功率和時間的關(guān)系為W=P

t=UIt在直流電路中電能用W

表示。電能的單位為焦[爾]（J）。工程上電能的計量單位為千瓦時（kW·h），1千瓦時為1度電，1kW·h＝3.6

106J。29＋－R1

I1

US1

＋－R2

I2

US2

R3

I3

R4

第二節(jié)基爾霍夫定律ba電路中3個或3個以上電路元件的連接點稱為結(jié)點。有a、b

兩個結(jié)點。先看幾個名詞術(shù)語：30＋－R1

I1

US1

＋－R2

I2

US2

R3

I3

R4

ba有acb

、adb、aeb

三條支路。R1

I1

US1

＋－c＋－R2

I2

US2

dR3

I3

R4

e兩結(jié)點之間的每一條分支電路稱為支路。按任意路徑閉合的電路稱為回路。有acbda

、adbea、acbea

三個回路。對平面電路，其內(nèi)部不含任何支路的回路稱為網(wǎng)孔。有acbda

、adbea兩個網(wǎng)孔。網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。31＋－R1

I1

US1

＋－R2

I2

US2

R3

I3

R4

ba

電路中任一結(jié)點，在任一瞬間，流入該結(jié)點的電流之和等于流出該結(jié)點的電流之和。對結(jié)點aI1

＋I2

＝I3I1

＋I2

－I3

＝0流入結(jié)點的電流前取正號，流出結(jié)點的電流前取負號。一、基爾霍夫電流定律（KCL）32＋－R1

I1

US1

＋－R2

I2

US2

R3

I3

R4

ba也可以表達為：在電路的任何一個結(jié)點上，任一瞬間電流的代數(shù)和為零。對任意結(jié)點的電流

i＝0在直流電路中

I

＝0結(jié)點aI1

＋I2

－I3

＝033

基爾霍夫電流定律不僅適用于電路中任意結(jié)點，而且還可以推廣應(yīng)用于電路中任何一個假定的閉合面。由于閉合面具有與結(jié)點相同的性質(zhì)，因此稱為廣義結(jié)點。ICIEIBICIBIEIC＋IB－IE＝034

［解］由圖中所示電流的參考方向，應(yīng)用基爾霍夫電流定律，分別由結(jié)點a、b、c求得I6＝I4－I1

＝

(－5－3)

A＝－8A

［例1］在圖示部分電路中，已知I1＝3A，I4＝－5A，I5＝8A

。試求I2

，I3和I6

。

aI1

I3

I2

I4

I5

I6

cbI2＝I5－I4＝［8－(－5)

］A＝13AI3＝I6－I5＝(－8－8)

A＝

－16A或由廣義結(jié)點得I3＝－I1－I2＝(－3－13

)

A＝－16A35二、基爾霍夫電壓定律（KVL）由電路元件組成的閉合路徑稱為回路。有adbca、aebda

和

aebca

三個回路。＋－R1

I1

US1

＋－R2

I2

US2

R3

I3

R4

bacde＋－R1

I1

US1

＋－R2

I2

US2

bacd＋－R2

I2

US2

R3

I3

R4

badeR1

I1

US1

＋－R3

I3

R4

bace36未被其他支路分割的單孔回路稱為網(wǎng)孔。有adbca、aebda

兩個網(wǎng)孔。＋－R1

I1

US1

＋－R2

I2

US2

R3

I3

R4

bacde＋－R1

I1

US1

＋－R2

I2

US2

bacd＋－R2

I2

US2

R3

I3

R4

bade37內(nèi)容：從電路的某一點出發(fā)，沿回路繞行一周回到原點，在繞行方向上，各部分電位升的和等于電位降的和。對回路adbca，從a點出發(fā)沿回路環(huán)行一周又回到a點US2＋U1＝US1＋U2

與回路環(huán)行方向一致的電壓前取正號，與回路環(huán)行方向相反的電壓前取負號。＋－R1

I1

US1

＋－R2

I2

US2

R3

I3

R4

bacde＋－R1

I1

US1

＋－R2

I2

US2

bacd＋－U1

＋－U2

US2＋U1－US1－U2＝038

也可表達為：從電路的某一點出發(fā)，沿回路繞行一周回到原點，在繞行方向上各部分電壓的代數(shù)和為零。對任意回路的電壓

u＝0在直流電路中

U＝0＋－R1

I1

US1

＋－R2

I2

US2

R3

I3

R4

bacdeUS2＋U1－US1－U2＝039如果回路中理想電壓源兩端的電壓改用電動勢表示，電阻元件兩端的電壓改用電阻與電流的乘積來表示，則

RI＝

E＋－R1

I1

US1

＋－R2

I2

US2

R3

I3

R4

bacde對回路adbcaR1I1－R2I2

＝E1－E2

與回路環(huán)行方向一致的電流、電壓和電動勢前面取正號，不一致的前面取負號。＋－R1

I1

E1

＋－R2

I2

E2

R3

I3

R4

bacde40

基爾霍夫電壓定律不僅適用于電路中任一閉合的回路，而且還可以推廣應(yīng)用于任何一個假想閉合的一段電路。將a、b兩點間的電壓作為電阻電壓降一樣考慮進去。＋－U

＋

－R

I

USba

R

I－U＋US＝0

U＝US＋R

I

41

［解］

由回路abcdefaUab+Ucd－Ued+Uef＝U1－U2

［例2］在圖示回路中，已知U1＝20V，U2＝10V，Uab＝4V

，Ucd＝－6V

，Uef＝5V

。試求Ued

和Uad

。

＋－R2

U2eaR3

R4

＋－Ucd＋－R1

U1＋－Uef＋－UabUed＋－bdfc＋－Uad求得

Ued

＝

Uab+Ucd+

Uef－U1+U2

＝

[4+(－6)＋5－20＋10]V＝－7V42

由假想的回路

abcdaUab+Ucd－Uad＝－U2＋－R2

U2eaR3

R4

＋－Ucd＋－R1

U1＋－Uef＋－UabUed＋－bdfc＋－Uad求得

Uad＝

Uab+Ucd+U2

＝

[4+(－6

)＋10]V＝8V43第三節(jié)電路的基本分析方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象，直接應(yīng)用基爾霍夫定律，分別對結(jié)點和回路列出所需的方程組，然后解出各支路電流。一、支路電流法44

支路電流法解題的一般步驟R1

U1

＋－R3

R2

U2

＋－R1

U1

＋－R3

R2

U2

＋－（1）確定支路數(shù)，選擇各支路電流的參考方向。(參考方向為假定方向，故可任意選定)有3條支路，即有3個待求支路電流。選擇各支路電流的參考方向。I1

I2

I3

45

支路電流法解題的一般步驟（2）確定結(jié)點數(shù)，列出獨立的結(jié)點電流方程式。有a、b2個結(jié)點。利用KCL列出結(jié)點方程式:R1

U1

＋－R3

R2

U2

＋－I1

I2

I3

ab結(jié)點a

:I1＋I2－I3

＝0結(jié)點b

:－I1－I2＋I3

＝0只有1個方程是獨立的n個結(jié)點只能列出n－1個獨立的結(jié)點方程式。46

支路電流法解題的一般步驟（3）確定余下所需的方程式數(shù)，列出獨立的回路電壓方程式。R1

U1

＋－R3

R2

U2

＋－I1

I2

I3

ab為使所列出的每一方程式是獨立的，通常選用網(wǎng)孔列出的回路方程式一定是獨立的。網(wǎng)孔的回路方向如圖，列出回路方程式:左網(wǎng)孔

:R1I1＋R3I3

＝U1左網(wǎng)孔

:R1I1＋R3I3

＝U1右網(wǎng)孔

:R2I2＋R3I3

＝U247

支路電流法解題的一般步驟（4）解聯(lián)立方程式，求出各支路電流的數(shù)值。R1

U1

＋－R3

R2

U2

＋－I1

I2

I3

abR1I1＋R3I3

＝U1I1＋I2

－I3

＝0R2I2＋R3I3

＝U2I1、I2

和I348

［解］選擇各支路電流的參考方向和回路方向如圖R4

R3

＋－R1

US1＋－R2

US2

［例3］在圖示電路中，已知US1＝12V

，US2＝12V

，R1＝1

，R2＝2

，R3＝2

，R4＝4

。求各支路電流。

I1

I2

I3

I4

上結(jié)點

I1＋I2－I3

－I4

＝0

左網(wǎng)孔

R1I1＋R3I3－US1＝0

中網(wǎng)孔

R1I1－

R2I2－US1＋US2＝0

右網(wǎng)孔

R2I2＋R4I4－US2＝049

代入數(shù)據(jù)R4

R3

＋－R1

US1＋－R2

US2I1

I2

I3

I4

I1＋I2－I3

－I4

＝0I1＋2I3－12＝0I1－

2I2－12＋12

＝02I2＋4I4－12＝0

I1＝4A，I2＝2A，I3＝4A，I4＝2A50二、結(jié)點電壓法

結(jié)點電壓法以結(jié)點電壓為未知量，對獨立結(jié)點列寫KCL方程，用結(jié)點電壓表達有關(guān)支路電流，解出各結(jié)點電壓，最后由支路電壓、電流關(guān)系求出各支路電流。結(jié)點電壓：任意選擇一個結(jié)點為參考點，其它結(jié)點與參考點的電壓差即是結(jié)點電壓，方向為從獨立結(jié)點指向參考結(jié)點。51I1uS2R3I3I5I4I2R5R2R4+_uS1R1+_abc

圖中共有三個結(jié)點，選c點為參考結(jié)點，結(jié)點電壓為Uac、Ubc結(jié)點a：I1－I3

－I5

＝0結(jié)點b：I5+I2

－I4

＝0(1)根據(jù)KCL對結(jié)點a、b列寫電流方程52I1uS2R3I3I5I4I2R5R2R4+_uS1R1+_abc（2）各支路電流、電壓的關(guān)系式為：

Uac＝Us1

－R1I1Uac＝R3I3Ubc＝Us2

－R2I2Ubc＝R4I4Uac

－Ubc＝

R5I5支路電流為：53I1uS2R3I3I5I4I2R5R2R4+_uS1R1+_abc（3）將各支路電流分別代入結(jié)點a、b、的電流方程并整理得：結(jié)點a：結(jié)點b：（4）由支路電流和支路電壓的關(guān)系求出各支路電流。54三、疊加定理

疊加定理是分析線性電路最基本的方法之一。內(nèi)容：在含有多個電源的線性電路中，任一支路的電流和電壓等于電路中各個電源分別單獨作用時在該支路產(chǎn)生的電流和電壓的代數(shù)和。55R1

R2

R1

R2

R1

I1

＋－R2

I2

IS

US＋－US＋－US由支路電流法可得I1

=USR1＋R2R2ISR1＋R2IS

IS

I1

=USR1＋R2

＋－USIS

IS

＋－USI1

=R2ISR1＋R2

=I1

I1

I1

I2

I1

I2

56R1

R2

R1

R2

R1

I1

＋－R2

I2

IS

US＋－US＋－US由支路電流法可得IS

IS

I2

=USR1＋R2

＋－USIS

IS

＋－USI1

I2

I1

I2

I2

=USR1＋R2R1ISR1＋R2I2

=R1ISR1＋R2

=I2

I2

57

（2）在考慮某一電源單獨作用時，應(yīng)令其他電源中的US=0，IS=0。即應(yīng)將其他電壓源代之以短路，將其他電流源代之以開路。

應(yīng)用疊加定理時要注意：

（3）最后疊加時，一定要注意各個電源單獨作用時的電流和電壓分量的參考方向是否與總電流和電壓的參考方向一致，一致時前面取正號，不一致時前面取負號。

（4）疊加定理只能用來分析和計算電流和電壓，不能用來計算功率。

（1）疊加定理只適用于線性電路。58

［例4］在圖示電路中，已知US＝10V

，IS＝2A

，R1＝4

，R2＝1

，R3＝5

，R4＝3

。試用疊加定理求通過電壓源的電流I5

和電流源兩端的電壓U6

。

R2

＋－USI2

＋－U6IS

R1

I1

R4

I4

R3

I3

I5

59

［解］電壓源單獨作用時R2

＋－USI2

＋－U

6R1

R4

I4

R3

I5

'''=I2

I4＋I5

=USR1＋R2＋USR3＋R4=104＋1＋105＋3()A=3.25A=I2

I4－U6

R2R4=－1.75V=104＋1－105＋3()1

3

VR2

＋－USI2

＋－U6IS

R1

I1

R4

I4

R3

I3

I5

60

電流源單獨作用時=I2

I4–U6

R2R4R2

I2

＋－U6IS

R1

R4

I4

R3

I5

"

"

"

"

=I2I4+I5

=R1R1＋R2IS－R3R3＋R4IS=44＋1－()A=(1.6－1.25)A=0.35A

255＋3

2=(1

1.6+3

1.25)V=5.35VR2

＋－USI2

＋－U6IS

R1

I1

R4

I4

R3

I3

I5

61最后求得=U6

U6+U6

=I5I5＋I5

=(3.25＋0.35)A=(－1.75+5.35)V=3.6V"

R2

＋－USI2

＋－U6IS

R1

I1

R4

I4

R3

I3

I5

=3.6A62如果電路的某一部分只有兩個端鈕與外部連接，則可將這一部分電路視為一個整體，稱為二端網(wǎng)絡(luò)。有源二端網(wǎng)絡(luò)第四節(jié)電路的基本定理無源二端網(wǎng)絡(luò)R4R3R2R1＋－＋－US1US2R1R263第四節(jié)電路的基本定理

等效電源定理是將有源二端網(wǎng)絡(luò)用一個等效電源代替的定理。有源二端網(wǎng)絡(luò)R1

＋－R2

IS

US對R2而言，有源二端網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于其電源。在對外部等效的條件下可用一個等效電源來代替。R0

＋－US

戴維寧等效電源R0

IS

諾頓等效電源64一、戴維寧定理

對外部電路而言，任何一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)都可用一個戴維寧等效電源來代替。戴維寧等效電源中的電壓源電壓US

等于原有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC

，內(nèi)電阻R0等于原有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC與短路電流ISC之比，也等于將原有源二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部除源（即將所有電壓源代之以短路，電流源代之以開路）后，在端口處得到的等效電阻。65＋－UOCISC

＋－UOCISC

R1

＋－IS

US(a)有源二端網(wǎng)絡(luò)R0

＋－US(b)戴維寧等效電源輸出端開路時，二者的開路電壓UOC應(yīng)相等。輸出端短路時，二者的短路電流ISC

應(yīng)相等。US＝UOC由圖(b)R0

=USISC=UOCISC由圖(b)66＋－UOCISC

＋－UOCISC

R1

＋－IS

US(a)有源二端網(wǎng)絡(luò)R0

＋－US(b)戴維寧等效電源因此★（也可采用除源法直接得到R0

）UOC＝US+R1IS對于圖(a)ISC

=USR1+ISR0

=UOCISC=US+R1ISUSR1+IS=R167二、諾頓定理

對外部電路而言，任何一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)都可用一個諾頓等效電源來代替。諾頓等效電源中的電流源電流IS

等于原有源二端網(wǎng)絡(luò)的短路電流ISC

，內(nèi)電阻R0等于原有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC與短路電流ISC之比，也等于將原有源二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部除源后在端口處得到的等效電阻。68＋－UOCISC

＋－UOCISC

R1

＋－IS

US(a)有源二端網(wǎng)絡(luò)輸出端短路時，二者的短路電流ISC

應(yīng)相等。輸出端開路時，二者的開路電壓UOC應(yīng)相等。IS＝ISC由圖(b)R0

=UOCIS=UOCISC由圖(b)(b)諾頓等效電源R0

IS

R0求法與戴維寧定理中相同69

［例6］圖示電路中，已知US1＝6V

，IS2＝3A

，R1＝1

，R2＝2

。試用等效電源定理求通過R2的電流。

R1

＋－R2

IS2

US1

［解］利用等效電源定理解題的一般步驟如下：

（1）將待求支路提出，使剩下的電路成為有源二端網(wǎng)絡(luò)。R1

＋－IS2

US1

有源二端網(wǎng)絡(luò)70

（2）求出有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC和短路電流ISC

。R1

＋－IS2

US1

有源二端網(wǎng)絡(luò)＋－UOCISC

根據(jù)KVL求得UOC＝US1+R1IS2＝（6+13）V＝9V根據(jù)KCL求得ISC=US1R1+IS2=61+3

A=9A()71

（3）用戴維寧等效電源或諾頓等效電源代替有源二端網(wǎng)絡(luò),簡化原電路。R1

＋－R2

IS2

US1R0

IS

I2

R2

用諾頓定理簡化的電路用戴維寧定理簡化的電路R0

＋－USI2

R2

72或用除源等效法求得R0

IS

I2

R2

用諾頓定理簡化的電路用戴維寧定理簡化的電路R0

＋－USI2

R2

US＝

UOC＝9VIS＝

ISC＝9AR0=UOCISC=99

=1

R0

＝

R1＝1

①若用戴維寧定理I2=USR0+R2=91＋2

A=3A(4)求待求電流②若用諾頓定理I2=R0R0+R2

IS=11＋2

9A=3A731、理想電壓源（恒壓源）:

RO=0時的電壓源。特點：（1）輸出電壓不變，與電流的大小無關(guān)。即Uab

US；理想電壓源不允許短路。

（2）電源中的電流由外電路決定。IUS+_abUab伏安特性IUabUS第五節(jié)電壓源和電流源及等效轉(zhuǎn)換一、電源的兩種模型RL(一)、電壓源及伏安特性(電壓與電流的關(guān)系)74恒壓源中的電流由外電路決定設(shè):

US=10VIUS+_abUab2

R1當(dāng)R1

R2

同時接入時：I=10AR22

例

當(dāng)R1接入時：I=5A則：75恒壓源特性中不變的是：_____________US恒壓源特性中變化的是：_____________I_________________會引起I的變化。外電路的改變I的變化可能是_______的變化，或者是_______的變化。大小方向+_I恒壓源特性小結(jié)USUababRL762、實際電壓源模型IRO+-USbUabaRL伏安特性IUabUS特點：(1）輸出端電壓隨著負載電阻的變化而變化。（2）輸出電壓隨著輸出電流的增大而減小。（電流由RL和R0共同決定）771、理想電流源（恒流源):

RO=

時的電流源.特點：（1）輸出電流不變，其值恒等于電流源電流IS；

理想電流源不允許開路。

abIUabIsIUabIS伏安特性（2）輸出電壓由外電路決定。RL(二)、電流源及伏安特性78恒流源兩端電壓由外電路決定IUIsR設(shè):IS=1AR=10

時，U=10

VR=1

時，U=1

V則:例79恒流源特性小結(jié)恒流源特性中不變的是：_____________Is恒流源特性中變化的是：_____________Uab_________________會引起Uab

的變化。外電路的改變Uab的變化可能是_______的變化，或者是_______的變化。大小方向abIUabIsR80電壓源中的電流如何決定？電流源兩端的電壓等于多少？例I

Us

R_+abUab=?Is原則：Is不能變，Us

不能變。電壓源中的電流I=IS恒流源兩端的電壓81恒壓源與恒流源特性比較恒壓源恒流源不變量變化量US+_abIUabUab=US（常數(shù)）Uab的大小、方向均為恒定，外電路負載對Uab

無影響。IabUabIsI=Is

（常數(shù)）I

的大小、方向均為恒定，外電路負載對I

無影響。輸出電流I

可變-----

I

的大小、方向均由外電路決定端電壓Uab

可變-----Uab

的大小、方向均由外電路決定82ISROabUabIIsUabI外特性

RORO越大特性越陡描述實際電源另一種電路模型2、實際電流源模型特點：輸往負載的電流小于理想電流源的電流，內(nèi)阻越大，內(nèi)部消耗的電流越小。當(dāng)內(nèi)阻趨于無限大時該電源成為理想電流源。RL83二、兩種電源的等效互換等效互換的條件：對外的電壓電流相等。I=I'Uab

=Uab'即：IRO+-USbaUabISabUab'I'RO'841、等效互換公式IRO+-USbaUabISabUab'I'RO'則I=I'Uab=Uab'若85aUS+-bIUabRO電壓源電流源Uab'RO'IsabI'862、等效變換的注意事項“等效”是指“對外”等效（等效互換前后對外伏--安特性一致），對內(nèi)不等效。(1)時例如：RL=∞IsaRO'bUab'I'RLaUS+-bIUabRORLRO中不消耗能量RO'中則消耗能量對內(nèi)不等效對外等效87注意轉(zhuǎn)換前后US與Is

的方向(2)aUS+-bIROUS+-bIROaIsaRO'bI'aIsRO'bI'US和IS方向相反88(3)恒壓源和恒流源不能等效互換abI'Uab'IsaUS+-bI（不存在）

（4）該等效變換可推廣到含源支路。即恒壓源串電阻和恒電流源并電阻兩者之間均可等效變換。RO和RO'不一定是電源內(nèi)阻。89R1R3IsR2R5R4I3I1I應(yīng)用舉例-+IsR1E1+-R3R2R5R4IE3I=?90(接上頁)IsR5R4IR1//R2//R3I1+I3R1R3IsR2R5R4I3I1I+RdEd+R4E4R5I--9110V+-2A2

I討論題哪個答案對???+-10V+-4V2

第1章

結(jié)束21七月202493第2章正弦交流電路2.2正弦量的相量表示法2.1正弦交流電的基本概念2.3單一參數(shù)的交流電路2.4RLC串、并聯(lián)電路及功率因素的提高21七月202494第2章正弦交流電路重點一、記住基本概念：

a正弦量的三要素b用復(fù)數(shù)表示正弦量—相量表示法。二、分析簡單的電路：

計算電壓、電流、功率、功率因數(shù)。21七月202495正弦量:大小和方向隨時間按正弦規(guī)律變化的物理量（電壓、電流、電動勢等）ψi

2.1正弦交流電的基本概念21七月202496

：

最大值：

角頻率（弧度/秒）：

初相位正弦量的三要素一、正弦量的三要素ψi

i=Imsin(ωt+ψ)瞬時值最大值角頻率初相位21七月202497

描述變化周期的幾種方法

1.周期

T：變化一周所需的時間

單位：秒，毫秒..3.角頻率

ω：正弦量每秒變化的弧度

單位：弧度/秒2.頻率

f：每秒內(nèi)變化的次數(shù)

單位：赫茲，千赫茲

...iT正弦量三要素之一--頻率或周期21七月202498*電網(wǎng)頻率：

中國

50Hz

美國

、日本

60Hz小常識*有線通訊頻率：300-5000Hz

*無線通訊頻率：

30kHz-3×104MHz21七月202499為正弦電流的最大值正弦量三要素之二

--

瞬時值、幅值與有效值

在工程應(yīng)用中常用有效值表示幅度。常用交流電表指示的電壓、電流讀數(shù)，就是被測物理量的有效值。標(biāo)準(zhǔn)電壓220V，也是指供電電壓的有效值。最大值電量名稱必須大寫,下標(biāo)加m。如：Um、Im瞬時值21七月2024100則有（均方根值）可得當(dāng)

時，交流直流熱效應(yīng)相當(dāng)電量必須大寫如：U、I有效值有效值概念21七月2024101同理，可得正弦電壓有效值與最大值的關(guān)系：若交流電壓有效值為U=220V

，U=380V

其最大值為Um

311VUm

537V下頁上頁注意工程上說的正弦電壓、電流一般指有效值，如設(shè)備銘牌額定值、電網(wǎng)的電壓等級等。但絕緣水平、耐壓值指的是最大值。因此，在考慮電器設(shè)備的耐壓水平時應(yīng)按最大值考慮。返回21七月2024102測量中，交流測量儀表指示的電壓、電流讀數(shù)一般為有效值。區(qū)分電壓、電流的瞬時值、最大值、有效值的符號。下頁上頁返回21七月2024103問題與討論

電器~220V最高耐壓

=300V

若購得一臺耐壓為

300V的電器，是否可用于

220V的線路上?

該用電器最高耐壓低于電源電壓的最大值，所以不能用。有效值

U=220V最大值

Um

=220V=311V電源電壓21七月2024104正弦量三要素之三：相位、初相位：

t=0

時的相位，稱為初相角或初相。說明：

給出了觀察正弦波的起點或參考點，常用于描述多個正弦波相互間的關(guān)系。i

：正弦量的相位角或相位21七月2024105同一個正弦量，計時起點不同，初相位不同。一般規(guī)定：|

|

。

=/2

=

=0下頁上頁iot注意返回

21七月2024106

二、同頻正弦量間的相位差(初相差)

t規(guī)定：|

|(180°)21七月2024107ωti

Oωti

O

ωti

Oωti

O

0＜

＜180°－180°＜

＜0°

=0°=±180°uuuuu

與

i同相位u

超前于

iu

滯后于

iu

與i

反相21七月2024108例最大值：已知：頻率：初相位：21七月20241092.2正弦量的相量表示法

瞬時值表達式

相量法必須小寫前兩種不便于運算，重點介紹相量表示法。

波形圖i

正弦量的表示方法：重點21七月2024110ωt

O+1+j

Oψψωωt2ωt1ωt1ωt2(b)正弦交流電(a)旋轉(zhuǎn)矢量一、正弦量的相量表示法+j+1

Oψ

正弦交流電可以用一個固定矢量表示Im最大值相量

I有效值相量

Im

I（用來表示正弦量的復(fù)數(shù)稱為相量）21七月2024111

落后于領(lǐng)先

落后？正弦量的相量表示法舉例例1：將u1、u2

用相量表示

相位：幅度：相量大小設(shè)：21七月2024112同頻率正弦量的相量畫在一起，構(gòu)成相量圖。

同頻率正弦量相加--平行四邊形法則21七月2024113注意：1.只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不可以。2.只有同頻率的正弦量才能畫在一張相量圖上，不同頻率不行。新問題提出：

平行四邊形法則可以用于相量運算，但不方便。故引入相量的復(fù)數(shù)運算法。

相量

復(fù)數(shù)表示法復(fù)數(shù)運算21七月2024114二、正弦量的相量計算法ab+1將有效值相量

放到復(fù)平面上，可如下表示：模幅角21七月2024115歐拉公式

代數(shù)式

指數(shù)式

極坐標(biāo)形式ab三角函數(shù)式21七月2024116相量的復(fù)數(shù)運算1.加、減運算設(shè)：則：21七月20241172.乘法運算3.除法運算21七月2024118設(shè)：任一相量則：90°旋轉(zhuǎn)因子：+j表逆時針轉(zhuǎn)90°，-j表順時針轉(zhuǎn)90°說明：e±j90

=

1±90

=±j由于：－jI=Ie

j90=Iejψ·

e

j90=Iej(ψ

90)則jI=Iej90=Iejψ

·

ej90=Iej(ψ+

90)+1O+jψjI1I

jI121七月2024119相量法（用復(fù)數(shù)運算）應(yīng)用舉例解：例1:已知瞬時值，求相量。已知:

求：

i

、u

的相量21七月2024120220100AV21七月2024121求：例2：已知相量，求瞬時值。

已知兩個頻率都為

50Hz的正弦電流其相量形式為：解：21七月2024122(2)相量圖

例3

已知i1

=20sin(ωt+60o)A，i2

=10sin(ωt－45o)A。兩者相加的總電流為i，即i=i1

+i2。

(1)求i的數(shù)學(xué)表達式；(2)

畫出相量圖；(3)

說明i的最大值是否等于i1和i2的最大值之和，i的有效值是否等于i1和i2的有效值之和，并說明為什么？解：(1)采用相量運算I1m=2060AA–45I2m=10Im=I1m+I2mA=19.930.9

i=Imsin(ωt+ψ)=19.9sin(ωt+30.9)A+j+1O60°30.9°45°I1mI2mIm(3)因為i1

+i2的初相位不同，故最大值和有效值之間不能代數(shù)相加。21七月2024123

例4

已知u1和u2的有效值分別為U1=100V，U2=60V，u1超前于u260o，求：(1)總電壓u=u1

+u2的有效值并畫出相量圖；(2)

總電壓u與u1及u2的相位差。解：(1)選u1為參考相量U1=1000AA–60U2=60U1+U=U2（100–60=0+60）VV–21.79=140

相量圖

1=ψ–ψ1

2=ψ–ψ2ψUU1U2ψ2ψ2=60

1=ψ–ψ1=–

21.79

–

0

=–

21.79

2=ψ–ψ2=–

21.79–(–

60)=38.21(2)21七月2024124波形圖瞬時值相量圖復(fù)數(shù)符號法小結(jié)：正弦量的四種表示法Ti21七月2024125提示計算相量的相位角時，要注意所在象限。如：21七月2024126符號說明瞬時值

---小寫u、i有效值

---大寫U、I相量（復(fù)數(shù)）

---大寫

+“.”最大值

---大寫+下標(biāo)21七月2024127正誤判斷？瞬時值復(fù)數(shù)21七月2024128正誤判斷？瞬時值復(fù)數(shù)21七月2024129已知：正誤判斷？？有效值j45

21七月2024130

則：已知：正誤判斷？？

21七月2024131

則：已知：？正誤判斷最大值21七月2024132三、相量形式的基爾霍夫定律同頻率的正弦量加減可以用對應(yīng)的相量形式來進行計算。因此，在正弦電流電路中，KCL和KVL可用相應(yīng)的相量形式表示：上式表明：流入某一結(jié)點的所有正弦電流用相量表示時仍滿足KCL；而任一回路所有支路正弦電壓用相量表示時仍滿足KVL。基爾霍夫定律在正弦交流電路中任然適用，具體形式為：21七月2024133一.

電阻電路uiR根據(jù)歐姆定律

設(shè)則2.3單一參數(shù)的正弦交流電路

把只有電阻元件、電感元件或電容元件等理想模型的正弦交流電路稱為單一參數(shù)電路。21七月20241341).頻率相同2).相位相同3).

有效值關(guān)系：1.電阻電路中電流、電壓的關(guān)系4).

相量關(guān)系：設(shè)

則

或21七月20241352.電阻電路中的功率i(1)瞬時功率

p：瞬時電壓與瞬時電流的乘積小寫

uR21七月20241361.（耗能元件）結(jié)論：2.隨時間變化3.與

成比例ωtuipωtP平均功率21七月2024137(2)平均功率（有功功率）P：一個周期內(nèi)的平均值

大寫

uRi21七月2024138電感L：ui（單位：H,mH,H）單位電流產(chǎn)生的磁鏈線圈匝數(shù)磁通其上電壓電流取關(guān)聯(lián)參考方向1.電感元件二.電感電路21七月2024139電感中電流、電壓的關(guān)系當(dāng)(直流)時,所以,在直流電路中電感相當(dāng)于短路.uei++––21七月2024140

基本關(guān)系式：iuL設(shè)則2.電感電路中電流、電壓的關(guān)系21七月2024141

1）.頻率相同2）.相位上u

超前

i

90

°iu設(shè)：21七月20241423）.有效值

感抗（Ω）定義：則：★（感抗有類似于電阻的作用，當(dāng)電壓一定時，感抗越大則電流越小，可見感抗有阻礙交流電流通過的性質(zhì)。）21七月20241434）.相量關(guān)系設(shè)：則：21七月2024144電感電路中復(fù)數(shù)形式的歐姆定律其中含有幅度和相位信息？u、i相位不一致！領(lǐng)先！21七月2024145感抗（XL=ωL

）是頻率的函數(shù)，

表示電感電路中電壓、電流有效值之間的關(guān)系，只對正弦波有效。也具有對交流電流起阻礙作用的物理性質(zhì)。ω=0時XL=0關(guān)于感抗的討論e+_LR直流E+_R21七月20241463.

電感電路中的功率（1）瞬時功率

p

：iuL21七月2024147儲存能量P<0釋放能量+P>0P<0可逆的能量轉(zhuǎn)換過程uiuiuiuiiuL+PP>0ui21七月2024148

（2）.平均功率

P（有功功率）結(jié)論：純電感不消耗能量，只和電源進行能量交換（能量的吞吐）。21七月2024149（3）無功功率QQ

的單位：乏、千乏(var、kvar)

Q

的定義：電感瞬時功率所能達到的最大值。用以衡量電感電路中能量交換的規(guī)模。21七月20241501.電容元件單位電壓下存儲的電荷大?。▎挝唬篎,F,pF）++++----+q-qui其上電壓電流取關(guān)聯(lián)參考方向三.電容電路21七月2024151電容上電流、電壓的關(guān)系當(dāng)(直流)時,所以,在直流電路中電容相當(dāng)于斷路（開路）uiC21七月2024152基本關(guān)系式:設(shè)：uiC則：2.電容電路中電流、電壓的關(guān)系21七月2024153

1）.頻率相同2）.相位u落后

i

90°iu21七月20241543）有效值或

容抗（Ω）定義：則：I21七月20241554）相量關(guān)系設(shè)：則：21七月2024156電容電路中復(fù)數(shù)形式的歐姆定律其中含有幅度和相位信息領(lǐng)先！21七月2024157E+-e+-關(guān)于容抗的討論直流

是頻率的函數(shù)，

表示電容電路中電壓、電流有效值之間的關(guān)系，且只對正弦波有效。容抗ω＝0時21七月20241583.電容電路中的功率ui（1）

瞬時功率

p21七月2024159充電p放電放電P<0釋放能量充電P>0儲存能量uiuiuiuiiuωtuiC21七月2024160

（2）平均功率P結(jié)論：純電容不消耗能量，只和電源進行能量交換（能量的吞吐）。平均功率:21七月2024161瞬時功率達到的最大值（吞吐規(guī)模）（3）無功功率Q無功功率:瞬時功率:Q

的單位：乏、千乏(var、kvar)

21七月2024162已知：C＝1μF求：I

、i例uiC解：電流有效值求電容電路中的電流21七月2024163瞬時值i領(lǐng)先于u90°電流有效值21七月20241641.單一參數(shù)電路中的基本關(guān)系電路參數(shù)基本關(guān)系復(fù)阻抗L復(fù)阻抗電路參數(shù)基本關(guān)系C電路參數(shù)R基本關(guān)系復(fù)阻抗小結(jié)21七月2024165

在正弦交流電路中，若正弦量用相量表示，電路參數(shù)用復(fù)數(shù)阻抗（)表示，則直流電路中介紹的基本定律、公式、分析方法都能用。2.單一參數(shù)電路中復(fù)數(shù)形式的歐姆定律

電阻電路電感電路電容電路復(fù)數(shù)形式的歐姆定律21七月2024166*

電壓、電流瞬時值的關(guān)系符合歐姆定律、基爾霍夫定律。3.簡單正弦交流電路的關(guān)系(以R-L電路為例）uLiuRuRL21七月2024167*

電流、電壓相量符合相量形式的歐姆定律、基爾霍夫定律RL21七月2024168在電阻電路中：正誤判斷？？？瞬時值有效值

21七月2024169在電感電路中：正誤判斷？？？？？

21七月2024170單一參數(shù)正弦交流電路的分析計算小結(jié)電路參數(shù)電路圖（正方向）復(fù)數(shù)阻抗電壓、電流關(guān)系瞬時值有效值相量圖相量式功率有功功率無功功率Riu設(shè)則u、i

同相0LiuCiu設(shè)則設(shè)則u領(lǐng)先i90°u落后i90°00基本關(guān)系21七月20241712.4串并聯(lián)電路及功率因素的提高若則電流、電壓的關(guān)系：由KVL得：uRLCi（一）一、RLC串聯(lián)電路21七月2024172總電壓與總電流的關(guān)系式相量方程式：則相量模型RjXL-jXC設(shè)（參考相量）21七月2024173R-L-C串聯(lián)交流電路--相量圖先畫出參考相量相量表達式：

電壓三角形RjXL-jXC21七月2024174Z：復(fù)數(shù)阻抗實部為電阻R虛部為電抗X容抗感抗令則R-L-C串聯(lián)交流電路中的

復(fù)數(shù)形式歐姆定律復(fù)數(shù)形式的歐姆定律RjXL-jXC電抗：X=XL–XC21七月2024175在正弦交流電路中，只要物理量用相量表示,元件參數(shù)用復(fù)數(shù)阻抗表示，則電路方程式的形式與直流電路相似。

是一個復(fù)數(shù)，但并不是正弦交流量，上面不能加點。Z在方程式中只是一個運算工具。

Z說明：

RjXL-jXC21七月2024176關(guān)于復(fù)數(shù)阻抗Z

的討論由復(fù)數(shù)形式的歐姆定律可得：結(jié)論：Ｚ的模為電路總電壓和總電流有效值之比，而Ｚ的幅角則為總電壓和總電流的相位差。（二）１.Z和總電流、總電壓的關(guān)系21七月20241772.Z

和電路性質(zhì)的關(guān)系

一定時電路性質(zhì)由參數(shù)決定

當(dāng)

時，表示u

領(lǐng)先i

－－電路呈感性當(dāng)時，

表示u

、i同相－－電路呈電阻性當(dāng)

時，表示u

落后i

－－電路呈容性阻抗角21七月2024178假設(shè)R、L、C已定，電路性質(zhì)能否確定？（阻性？感性？容性？）不能！

當(dāng)ω不同時，可能出現(xiàn)：

XL

>

XC

，或XL

<

XC,或XL=XC

。

RjXL-jXC21七月20241793.阻抗（Z）三角形阻抗三角形21七月20241804.阻抗三角形和電壓三角形的關(guān)系電壓三角形阻抗三角形相似21七月2024181（三）R、L、C

串聯(lián)電路中的功率計算1.瞬時功率2.平均功率

P

（有功功率）uRLCi21七月2024182總電壓總電流u與i

的夾角平均功率P與總電壓U、總電流I

間的關(guān)系：-----功率因數(shù)

其中：

21七月2024183

在R、L、C串聯(lián)的電路中，儲能元件L、C

雖然不消耗能量，但和電源存在能量交換（吞吐），交換的規(guī)模用無功功率來表示。其大小為：3.無功功率Q：21七月20241844.視在功率S：

電路中總電壓與總電流有效值的乘積。單位：伏安、千伏安PQ（有助記憶）S注：S＝UI

可用來衡量發(fā)電機可能提供的最大功率（額定電壓×額定電流）

視在功率5.功率三角形：無功功率有功功率21七月2024185電壓三角形SQP功率三角形R阻抗三角形RjXL-jXC21七月2024186正誤判斷因為正弦量除有效值外還有相位。？RLC在R-L-C串聯(lián)電路中21七月2024187？正誤判斷而復(fù)數(shù)阻抗只是一個運算符號。Z不能加“?”反映的是正弦電壓或電流，21七月2024188正誤判斷在Ｒ－Ｌ－Ｃ正弦交流電路中？？？？？

21七月2024189正誤判斷在R-L-C串聯(lián)電路中，假設(shè)？？

？

21七月2024