《电工学复习》PPT课件.ppt

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1、第2章 戴维宁定理,二端网络：具有两个出线端的部分电路。无源二端网络：二端网络中没有电源。有源二端网络：二端网络中含有电源。,无源二端网络,有源二端网络,电压源（戴维宁定理）,电流源（诺顿定理）,无源二端网络可化简为一个电阻,有源二端网络可化简为一个电源,戴维宁定理,任何一个有源二端线性网络都可以用一个电动势为E的理想电压源和内阻 R0 串联的电源来等效代替。,等效电源的内阻R0：有源二端网络中所有电源均除去（理想电压源短路，理想电流源开路）后所得到的无源二端网络 a、b两端之间的等效电阻。,等效电源的电动势E：有源二端网络的开路电压U0，即将负载断开后 a、b两端之间的电压。,等效电源,戴维

2、宁定理解题的步骤：,（1）将复杂电路分解为待求支路和有源二端网络 两部分；,（2）画有源二端网络与待求支路断开后的电路，并求开路电压U0,则E=U0；,（3）画有源二端网络与待求支路断开且除源后的 电路，并求无源网络的等效电阻R0；,（4）将等效电压源与待求支路合为简单电路，用 欧姆定律求电流。,例1：,电路如图，已知E1=40V，E2=20V，R1=R2=4，R3=13，试用戴维宁定理求电流I3。,a,b,注意：“等效”是指对端口外等效,即用等效电源替代原来的二端网络后，待求支路的电压、电流不变。,有源二端网络,等效电源,解：(1)断开待求支路求等效电源的电动势 E,例1：电路如图，已知E1

3、=40V，E2=20V，R1=R2=4，R3=13，试用戴维宁定理求电流I3。,E 也可用结点电压法、叠加原理等其它方法求。,E=U0=E2+I R2=20V+2.5 4 V=30V,或：E=U0=E1 I R1=40V 2.5 4 V=30V,例6:用戴维宁定理求 I。,解：,例7:用戴维宁定理求 I。,解：,解：(2)求等效电源的内阻R0 除去所有电源（理想电压源短路，理想电流源开路）,例1：电路如图，已知E1=40V，E2=20V，R1=R2=4，R3=13，试用戴维宁定理求电流I3。,从a、b两端看进去，R1 和 R2 并联,求内阻R0时，关键要弄清从a、b两端看进去时各电阻之间的串并

4、联关系。,解：(3)画出等效电路求电流I3,例1：电路如图，已知E1=40V，E2=20V，R1=R2=4，R3=13，试用戴维宁定理求电流I3。,第3章 三要素法求解暂态过程的要点,(1)求初始值、稳态值、时间常数；,(3)画出暂态电路电压、电流随时间变化的曲线。,(2)将求得的三要素结果代入暂态过程通用表达式；,求换路后电路中的电压和电流，其中电容 C 视为开路,电感L视为短路，即求解直流电阻性电路中的电压和电流。,(1)稳态值 的计算,响应中“三要素”的确定,1)由t=0-电路求,在换路瞬间 t=(0+)的等效电路中,注意：,(2)初始值 的计算,1)对于简单的一阶电路，R0=R;,2)

5、对于较复杂的一阶电路，R0为换路后的电路除去电源和储能元件后，在储能元件两端所求得的无源二端网络的等效电阻。,(3)时间常数 的计算,对于一阶RC电路,对于一阶RL电路,注意：,R0的计算类似于应用戴维宁定理解题时计算电路等效电阻的方法。即从储能元件两端看进去的等效电阻。,例：,电路如图，t=0时合上开关S，合S前电路已处于稳态。试求电容电压 和电流。,(1)确定初始值,由t=0-电路可求得,由换路定则,(2)确定稳态值,由换路后电路求稳态值,(3)由换路后电路求 时间常数,54V,t,0,用三要素法求,1.电压与电流的关系,设,大小关系：,相位关系：,u、i 相位相同,根据欧姆定律:,频率相

6、同,相位差：,第4章 单一参数的交流电路,相量式：,电阻元件的交流电路,2.功率关系,(1)瞬时功率 p：瞬时电压与瞬时电流的乘积,小写,结论:（耗能元件）,且随时间变化。,p,瞬时功率在一个周期内的平均值,大写,(2)平均功率(有功功率)P,单位:瓦（W）,注意：通常铭牌数据或测量的功率均指有功功率。,基本关系式：,频率相同,U=I L,电压超前电流90,相位差,1.电压与电流的关系,电感元件的交流电路,设：,或,则:,感抗(),电感L具有通直阻交的作用,定义：,有效值:,感抗XL是频率的函数,可得相量式：,电感电路复数形式的欧姆定律,2.功率关系,(1)瞬时功率,(2)平均功率,L是非耗能

7、元件,储能,放能,储能,放能,电感L是储能元件。,结论：纯电感不消耗能量，只和电源进行能量交换（能量的吞吐)。,可逆的能量转换过程,用以衡量电感电路中双向能量交换的规模。用瞬时功率达到的最大值表征，即,单位：var,(3)无功功率 Q,瞬时功率：,电流与电压的变化率成正比。,基本关系式：,1.电流与电压的关系,频率相同,I=UC,电流超前电压90,相位差,则：,电容元件的交流电路,设：,或,则:,容抗（）,定义：,有效值,所以电容C具有隔直通交的作用,容抗XC是频率的函数,可得相量式,则：,电容电路中复数形式的欧姆定律,2.功率关系,(1)瞬时功率,(2)平均功率,C是非耗能元件,瞬时功率：,

8、充电,放电,充电,放电,所以电容C是储能元件。,结论：纯电容不消耗能量，只和电源进行能量交换（能量的吞吐)。,同理，无功功率等于瞬时功率达到的最大值。,(3)无功功率 Q,单位：var,为了同电感电路的无功功率相比较，这里也设,则：,设：,则,(1)瞬时值表达式,根据KVL可得：,1.电流、电压的关系,RLC串联的交流电路,(2)相量法,则,总电压与总电流的相量关系式,1)相量式,令,则,Z 的模Z表示 u、i 的大小关系，辐角（阻抗角）为 u、i 的相位差。,Z 是一个复数，不是相量，上面不能加点。,阻抗,复数形式的欧姆定律,注意,根据,电路参数与电路性质的关系：,阻抗模：,阻抗角：,2)相

9、量图,(0 感性),XL XC,参考相量,电压三角形,(0 容性),XL XC,(=0 阻性),XL=XC,2)相量图,由阻抗三角形：,电压三角形,阻抗三角形,由电压三角形可得:,2.功率关系,储能元件上的瞬时功率,耗能元件上的瞬时功率,在每一瞬间,电源提供的功率一部分被耗能元件消耗掉,一部分与储能元件进行能量交换。,(1)瞬时功率,设：,(2)平均功率P（有功功率）,单位:W,总电压,总电流,u 与 i 的相位差,(3)无功功率Q,单位：var,总电压,总电流,u 与 i 的相位差,根据电压三角形可得：,根据电压三角形可得：,(4)视在功率 S,电路中总电压与总电流有效值的乘积。,单位：VA

10、,注：SNUN IN 称为发电机、变压器 等供电设备的容量，可用来衡量发电机、变压器可能提供的最大有功功率。,阻抗三角形、电压三角形、功率三角形,将电压三角形的有效值同除I得到阻抗三角形,将电压三角形的有效值同乘I得到功率三角形,例1：,已知:,求:(1)电流的有效值I与瞬时值 i;(2)各部分电压的有效值与瞬时值；(3)作相量图；(4)有功功率P、无功功率Q。,在RLC串联交流电路中，,解：,(1),(2),方法1：,方法1：,通过计算可看出：,而是,(3)相量图,(4),或,或,方法2：相量计算,第5章 三相电源的星形联结,(1)联接方式,中性线(零线、地线),中性点,端线(相线、火线),

11、在低压系统,中性点通常接地，所以也称地线。,相电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压,线电压：端线与端线间的电压,、Up,、Ul,(2)线电压与相电压的关系,根据KVL定律,由相量图可得,相量图,30,同理,三相电源的三角形联结,负载星形联结的三相电路,三相负载,不对称三相负载：不满足 Z1=Z2=Z3 如由单相负载组成的三相负载,对称三相负载：Z1=Z2=Z3 如三相电动机,1.三相负载,分类,三相负载的联接 三相负载也有 Y和 两种接法。,2.负载星形联结的三相电路,线电流：流过端线的电流,相电流：流过每相负载的电流,结论：负载 Y联结时，线电流等于相电流。,(1)联结形式,N 电源

12、中性点,N负载中性点,中线电流：流过中性线的电流,(2)负载Y联结三相电路的计算,1)负载端的线电压电源线电压2)负载的相电压电源相电压,3)线电流相电流,Y 联结时：,4)中线电流,负载 Y 联结带中性线时,可将各相分别看作单相电路计算,负载对称时,中性线无电流,可省掉中性线。,(3)对称负载Y 联结三相电路的计算,所以负载对称时，三相电流也对称。,负载对称时，只需计算一相电流，其它两相电流可根据对称性直接写出。,1.联结形式,负载三角形联结的三相电路,线电流:流过端线的电流,相电流:流过每相负载的电流、,线电流不等于相电流,(2)相电流,(1)负载相电压=电源线电压,即:UP=UL,一般电

13、源线电压对称，因此不论负载是否对称，负载相电压始终对称,即,2.分析计算,相电流：,线电流：,UAB=UBC=UCA=Ul=UP,负载对称时,相电流对称，即,(3)线电流,为此线电流也对称，即。,线电流比相应的相电流滞后30。,三相功率,无论负载为 Y 或联结，每相有功功率都应为 Pp=Up Ip cosp,对称负载 联结时：,对称负载Y联结时：,相电压与相电流的相位差,当负载对称时：P=3Up Ipcosp,所以,总有功功率为 P=P1+P2+P3,同理：,无论负载为 Y 或联结，每相无功功率都应为 Qp=Up Ip sinp,总无功功率为 Q=Q1+Q2+Q3,当负载对称时,表观功率 S=

14、S1+S2+S3,当负载对称时,第7章 三相异步电动机的起动,起动性能,起动问题：起动电流大，起动转矩小。一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍;电动机的起动转矩为额定转矩的(1.02.2)倍。,后果：,原因：,起动：n=0，s=1,接通电源。,起动方法,(1)直接起动 二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。简单，但起动电流大。,（适用于鼠笼式电动机）,(3)转子串电阻起动,（适用于绕线式电动机）,以下介绍降压起动和转子串电阻起动。,1.降压起动,(1)Y 换接起动,降压起动时的电流为直接起动时的,设：电机每相阻抗为,(a)仅适用于正常运行为三角形联结的电机。,Y 换接起

15、动适合于空载或轻载起动的场合,Y-换接起动应注意的问题,(2)自耦降压起动,Q2下合：接入自耦变 压器，降压 起动。,Q2上合：切除自耦变 压器，全压 工作。,合刀闸开关Q,Q2,自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成 Y形不能采用Y起动的鼠笼式异步电动机。,第10章 鼠笼式电动机直接起动的控制线路,1.直接起动,结构图,主电路,控制电路,1.直接起动,点动：按下起动按钮，电动机运转，松开起动按钮，电动机停转。,原理图,自锁触点,主电路,控制电路,时间继电器触点类型,断 电 式,常闭断电后延时闭合,常开断电后延时断开,通 电 式,瞬时动作,延时动作,常闭触点,常开触点,常开通电后延时闭合

16、,常闭通电后延时断开,常闭触点,常开触点,主电路,顺序控制电路,M1起动后 M2延时起动,要求,KM1,SB1,SB2,KT,FR,KM1,KM2,KM2,KT,控制电路,第15章 例：画出下图放大电路的直流通路,直流通路,直流通路用来计算静态工作点Q(IB、IC、UCE),对直流信号电容 C 可看作开路（即将电容断开）,断开,断开,用估算法确定静态值,1.直流通路估算 IB,根据电流放大作用,2.由直流通路估算IC UCE,当UBE UCC时，,由KVL:UCC=IB RB+UBE,由KVL:UCC=IC RC+UCE,所以 UCE=UCC IC RC,例1：用估算法计算静态工作点。,已知：

17、UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。,解：,ib,晶体三极管,微变等效电路,晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。,晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。,对交流信号(有输入信号ui时的交流分量),XC 0，C 可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。,短路,短路,对地短路,交流通路,用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等性能指标。,2.放大电路的微变等效电路,将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。,交流通路,微变等效电路,分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示

18、。,微变等效电路,2.放大电路的微变等效电路,将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。,3.电压放大倍数的计算,当放大电路输出端开路(未接RL)时，,因rbe与IE有关，故放大倍数与静态 IE有关。,负载电阻愈小，放大倍数愈小。,式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。,例1：,第16章 比例运算,1.反相比例运算,（1）电路组成,（2）电压放大倍数,因虚短,所以u=u+=0，称反相输入端“虚地”反相输入的重要特点,因虚断，i+=i=0，,所以 i1 if,静态时u+、u 对地电阻相同，所以平衡电阻 R2=R1/RF,结论：,Auf为负值，即 uo与 ui 极

19、性相反。因为 ui 加 在反相输入端。,Auf 只与外部电阻 R1、RF 有关，与运放本 身参数无关。,|Auf|可大于 1，也可等于 1 或小于 1。,因u=u+=0，所以反相输入端“虚地”。,例1：电路如图所示，已知 R1=10 k，RF=50 k。求：1.Auf、R2；2.若 R1不变，要求Auf为 10，则RF、R2 应为 多少？,解：1.Auf=RF R1=50 10=5,R2=R1 RF=10 50(10+50)=8.3 k,2.因 Auf=RF/R1=RF 10=10 故得 RF=Auf R1=(10)10=100 k R2=10 100(10+100)=9.1 k,2.同相比例

20、运算,因虚断i+=0，所以u+=ui,（1）电路组成,（2）电压放大倍数,因虚短，所以 u=ui，反相输入端不“虚地”,静态时u+、u对地电阻相同，所以平衡电阻R2=R1/RF,结论：,Auf 为正值，即 uo与 ui 极性相同。因为 ui 加 在同相输入端。,Auf只与外部电阻 R1、RF 有关，与运放本 身参数无关。,Auf 1，不能小于 1。,u=u+0，反相输入端不存在“虚地”现象。,当 R1=且 RF=0 时，,uo=ui，Auf=1，称电压跟随器。,由运放构成的电压跟 随器输入电阻高、输出 电阻低，其跟随性能比 射极输出器更好。,这是一电压跟随器，电源经两个电阻分压后加在电压跟随器

21、的输入端，当负载RL变化时，其两端电压 uo不会随之变化，uo=7.5V。,例7：求uo。,解：,第一级：,第二级：,uo2=uo2uo1,第20章 组合逻辑电路的综合,(1)由逻辑要求，列出逻辑状态表,(2)由逻辑状态表写出逻辑表达式,(3)简化和变换逻辑表达式,(4)画出逻辑图,设计步骤如下：,例1：设计一个三变量奇偶检验器。要求:当输入变量A、B、C中有奇数个同时为“1”时，输出为“1”，否则为“0”。用“与非”门实现。,(1)列逻辑状态表,(2)写出逻辑表达式,取 Y=“1”(或Y=“0”)列逻辑式,(3)用“与非”门构成逻辑电路,在一种组合中，各输入变量之间是“与”关系,各组合之间是

22、“或”关系,由卡图诺可知，该函数不可化简。,(4)逻辑图,Y,C,B,A,0,1,0,1,0,例 2:某工厂有A、B、C三个车间和一个自备电站，站内有两台发电机G1和G2。G1的容量是G2的两倍。如果一个车间开工，只需G2运行即可满足要求；如果两个车间开工，只需G1运行，如果三个车间同时开工，则G1和 G2均需运行。试画出控制G1和 G2运行的逻辑图。,设：A、B、C分别表示三个车间的开工状态：开工为“1”，不开工为“0”；G1和 G2运行为“1”，不运行为“0”。,(1)根据逻辑要求列状态表,首先假设逻辑变量、逻辑函数取“0”、“1”的含义。,逻辑要求：如果一个车间开工，只需G2运行即可满足要求；如果两个车间开工，只需G1运行，如果三个车间同时开工，则G1和 G2均需运行。,开工,“1”,不开工,“0”,运行,“1”,不运行,“0”,(1)根据逻辑要求列状态表,(2)由状态表写出逻辑式,或由卡图诺可得相同结果,(3)化简逻辑式可得：,(4)用“与非”门构成逻辑电路,(5)画出逻辑图,