电工学复习资料.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。,

2、等效电源,戴维宁定理解题的步骤：,（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

3、 E,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。,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，

4、 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

5、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) 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

6、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(),

7、 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（）,

8、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 ：,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,

9、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

10、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,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

11、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),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

12、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

13、 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

14、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 = 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：

15、,原因：,起动： n = 0，s =1, 接通电源。,7.5.2 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

16、,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,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

17、,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：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

18、、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。,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

19、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 极性相反。因为 ui 加 在反相输入端。, Auf 只与

20、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 =

21、10 100 (10 +100) = 9. 1 k,2. 同相比例运算,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

22、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,

23、(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“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,