电路分析课件.ppt
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1、第一章第一章1、电路模型、电路模型用理想电路元件及其组合来模拟实际器件。用理想电路元件及其组合来模拟实际器件。2、电流和电压参考方向、电流和电压参考方向在电路分析中,当涉及某个元件或部分电在电路分析中,当涉及某个元件或部分电路的电流或电压时,由于不知道它们的实际方路的电流或电压时,由于不知道它们的实际方向,或者是它们的实际方向是随时间而变化的,向,或者是它们的实际方向是随时间而变化的,就有必要指定电流或电压的参考方向。就有必要指定电流或电压的参考方向。参考方向可以随意指定。在指定的参考方参考方向可以随意指定。在指定的参考方向下,电流值和电压值的正和负就能够反映出向下,电流值和电压值的正和负就能
2、够反映出电流和电压的实际方向。参考方向一旦指定,电流和电压的实际方向。参考方向一旦指定,在电路分析时,就不能再更改该参考方向了。在电路分析时,就不能再更改该参考方向了。3、关联参考方向、关联参考方向电流的参考方向与电压的参考方向一致。电流的参考方向与电压的参考方向一致。4、电功率、电功率u,i 取取关联参考方向关联参考方向,p=ui 表示元件吸收的功率表示元件吸收的功率P0,实际吸收;,实际吸收;P0,实际发出;,实际发出;P I 2mA时继时继电器的控制触点闭合(继电器的控制触点闭合(继电器线圈电阻是电器线圈电阻是5K )。)。问现在问现在继电器继电器触点是否闭触点是否闭合。合。UAB=26
3、.7V30K10K60KABRABRAB=10K/30K/60K=6.67K 二极管导通二极管导通I =26.7/(5000+6670)=2.3mA 2mA结论结论:继电器继电器触点闭合。触点闭合。求戴维南等效电阻求戴维南等效电阻求继电器电流求继电器电流I IUAB=26.7VI5K+-UABRABABNSRi+-u最大功率传输定理最大功率传输定理:iRo+-+-uRuoc例例3.(1)计算计算Rx分别为分别为1.2、5.2 时的时的I;(2)Rx为何值时,其上获最大为何值时,其上获最大功率功率?IRxab+10V4 6 6 4 解:解:保留保留Rx支路,将其余一端口化为戴维南等效电路:支路,
4、将其余一端口化为戴维南等效电路:ab+10V4 6 6+U24+U1IRxIabUoc+RxRi(1)求开路电压求开路电压Uoc=U1+U2 =-10 4/(4+6)+10 6/(4+6)=-4+6=2Vab+10V4 6 6+U24+U1+-Uoc(2)求等效电阻求等效电阻RiRi=4/6+6/4=4.8 Riab4 6 6 4 Uoc=2VRi=4.8(3)Rx=1.2 时,时,I=Uoc/(Ri+Rx)=0.333ARx=5.2 时,时,I=Uoc/(Ri+Rx)=0.2ARx=Ri=4.8 时,其上获最大功率。时,其上获最大功率。IabUoc+RxRi含受控源电路戴维南定理的应用含受控
5、源电路戴维南定理的应用求求U0。3 3 6 I+9V+U0ab+6I例例4.abUoc+Ri3 U0-+解:解:(1)求开路电压求开路电压UocUoc=6I+3II=9/9=1AUoc=9V3 6 I+9V+Uocab+6I(2)求等效电阻求等效电阻Ri方法方法1:加压求流:加压求流U0=6I+3I=9II=I0 6/(6+3)=(2/3)I0U0=9 (2/3)I0=6I0Ri=U0/I0=6 3 6 I+U0ab+6II0(3)等效电路等效电路abUoc+Ri3 U0-+6 9V方法方法2:开路电压、短路电流:开路电压、短路电流(Uoc=9V)6 I1+3I=9I=(-6I)/3=-2II
6、=0Isc=I1=9/6=1.5ARi=Uoc/Isc=9/1.5=6 3 6 I+9VIscab+6II1例例5.解:解:(1)a、b开路电压。开路电压。abUoc+U R0.5k Ri用戴维南定理求用戴维南定理求U。+10V1k 1k 0.5Iab R0.5k+UIUoc+10V1k 1k 0.5Iab+II=0,0.5I=0,Uoc=10V(2)求求Ri。a.加压求流法加压求流法U0=(I0-0.5 I0)103+I0 103=1500I0Ri=U0/I0=1500+10V1k 1k 0.5Iab R0.5k+UI1k 1k 0.5Iab+U0II0I=I0U0=0.5I0 103+I0
7、 103=1500I0 Ri=U0/I0=1500 1k 1k 0.5Iab+U0II0b.加流求压法求加流求压法求Ri+10V1k 1k 0.5Iab R0.5k+UI(I-0.5I)103+I 103+10=0I=-1/150 A即即 Isc=-I=1/150 A Ri=Uoc/Isc=10 150=1500 c.开路电压开路电压Uoc、短路电流、短路电流Isc法求法求Ri:Ri=Uoc/IscUoc=10V(已求出)(已求出)求短路电流求短路电流Isc(将将a、b短路短路):+10V1k 1k 0.5IabIIsc+10V1k 1k 0.5Iab R0.5k+UIabUoc+U R0.5
8、k Ri(3)求电压求电压U。Uoc=10VRi=1500 +10V1k 1k 0.5Iab R0.5k+UI3.小结小结(1)戴戴维维南南等等效效电电路路中中电电压压源源电电压压等等于于将将外外电电路路断断开开时时的的开开路路电电压压Uoc,电电压压源源方方向向与与所所求求开开路电压方向有关。路电压方向有关。开路电压的计算方法:开路电压的计算方法:a.分压、分流公式及分压、分流公式及KVL、KCL定律定律b.实际电源的等效变换法实际电源的等效变换法c.电路的一般分析法(支路电流、回路电流、结电路的一般分析法(支路电流、回路电流、结点电压)点电压)d.多电源的电路,可利用叠加定理多电源的电路,
9、可利用叠加定理(2)串串联联电电阻阻为为将将一一端端口口网网络络内内部部独独立立电电源源全全部部置置零零(电电压压源源短短路路,电电流流源源开开路路)后后,所所得得无无源源一一端端口口网络的等效电阻。网络的等效电阻。等效电阻的计算方法:等效电阻的计算方法:a.当网络内部不含有受控源时可采用电阻串当网络内部不含有受控源时可采用电阻串并联的方法计算并联的方法计算b.加压求流法或加流求压法加压求流法或加流求压法c.开路电压,短路电流法开路电压,短路电流法显然,显然,b 和和 c 更具有一般性更具有一般性(3)外外电电路路发发生生改改变变时时,含含源源一一端端口口网网络络的的等等效效电路不变电路不变(
10、伏伏-安安特性等效特性等效)。(4)当当一一端端口口内内部部含含有有受受控控源源时时,控控制制电电路路与与受受控源必须包含在被化简的同一部分电路中。控源必须包含在被化简的同一部分电路中。任任何何一一个个含含独独立立电电源源,线线性性电电阻阻和和线线性性受受控控源源的的一一端端口口,对对外外电电路路来来说说,可可以以用用一一个个电电流流源源和和电电导导(电电阻阻)的的并并联联组组合合来来等等效效置置换换;电电流流源源的的电电流流等等于于该该一一端端口口的的短短路路电电流流,而而电电导导(电电阻阻)等等于于把把该该一一端端口口的的全全部部独独立立电电源源置置零零后后的的输输入入电导电导(电阻电阻)
11、。4.诺顿定理诺顿定理AababGi(Ri)Isc例例.求电流求电流I。12V2 10+24Vab4 I+4 IabGi(Ri)Isc(1)求求IscI1=12/2=6A I2=(24+12)/10=3.6AIsc=-I1-I2 =-6-3.6=-9.6A解:解:2 10+24VabIsc+I1I212V(2)求求Ri:Ri=10 2/(10+2)=1.67 (3)诺顿等效电路诺顿等效电路:I=-Isc 1.67/(4+1.67)=9.6 1.67/5.67 =2.83ARi2 10 abb4 Ia1.67 -9.6A2.替代定理替代定理(Substitution Theorem)对对于于给给
12、定定的的任任意意一一个个电电路路,其其中中第第k条条支支路路电电压压uk、电电流流ik为为已已知知,那那么么这这条条支支路路就就可可以以用用一一个个电电压压等等于于uk的的独独立立电电压压源源,或或者者用用一一个个电电流流等等于于ik的的独独立立电电流流源源来来替替代代,替替代代后后电电路路中中全全部部电电压压和和电电流流均均保持原有值保持原有值(解答唯一解答唯一)。A+ukikA 定理内容定理内容:Aik+uk支支路路 k 注:注:1.替代定理既适用于线性电路,也适用于非线替代定理既适用于线性电路,也适用于非线性电路。性电路。无纯电压源回路无纯电压源回路无纯电流源节点无纯电流源节点2.替代后
13、其余支路及参数不能改变替代后其余支路及参数不能改变(一点等效一点等效)。3.替代后电路必须有唯一解替代后电路必须有唯一解2.5A2.5A10V5V2 5 1A1.5A1.5A 5V?3A5A2A4 8V?例例.若要使若要使试求试求Rx。0.5 0.5+10V3 1 RxIx+UI0.5 0.5 0.5 1+UI0.5 解:解:用替代定理:用替代定理:利用叠加定理:利用叠加定理:U=U+U=(0.8-0.6)Ix=0.2IxRx=U/Ix=0.2Ix/Ix=0.2 0.5 0.5 1+UI0.5 0.5 0.5 1+U0.5 U1U20.5 0.5 1 U0.5+-小结小结1、叠加定理、叠加定理
14、线性电路中,如果激励为多个独立源,线性电路中,如果激励为多个独立源,每个支路的响应可以看作是每个独立源单独每个支路的响应可以看作是每个独立源单独作用时,在该支路上产生的响应的叠加。作用时,在该支路上产生的响应的叠加。a.叠加定理只适用于线性电路。叠加定理只适用于线性电路。b.在各分电路中只有一个电源作用,其余电源在各分电路中只有一个电源作用,其余电源置零,电阻和受控源要保留在分电路中。置零,电阻和受控源要保留在分电路中。电压源为零电压源为零电流源为零电流源为零短路短路开路开路使用叠加定理可以简化电路的分析和计使用叠加定理可以简化电路的分析和计算,但要注意:算,但要注意:d.各分电路中的参考方向
15、与原电路中的参考方各分电路中的参考方向与原电路中的参考方向要一致,取和时可以直接相加。向要一致,取和时可以直接相加。c.功率不能叠加功率不能叠加(功率为电源的二次函数功率为电源的二次函数)。e.含含受受控控源源(线线性性)电电路路亦亦可可用用叠叠加加定定理理,但但受受控控源源不不能能单单独独作作用用,受受控控源源应应始始终终保保留留在在分电路中。分电路中。2、齐性定理、齐性定理线线性性电电路路中中,所所有有激激励励(独独立立源源)都都同同时时增增大大(或或减减小小)同同样样的的倍倍数数,则则电电路路中中响响应应(电电压压或或电电流流)也增大也增大(或减小或减小)同样的倍数。同样的倍数。当激励只
16、有一个时,则响应与激励成正比。当激励只有一个时,则响应与激励成正比。3、替代定理、替代定理对对于于给给定定的的任任意意一一个个电电路路,其其中中第第k条条支支路路电电压压uk、电电流流ik为为已已知知,那那么么这这条条支支路路就就可可以以用用一一个个电电压压等等于于uk的的独独立立电电压压源源,或或者者用用一一个个电电流流等等于于ik的的独独立立电电流流源源来来替替代代,替替代代后后电电路路中中全全部部电电压压和和电电流均保持原有值流均保持原有值(解答唯一解答唯一)。a.替代定理既适用于线性电路,也适用于非线替代定理既适用于线性电路,也适用于非线性电路。性电路。无纯电压源回路无纯电压源回路无纯
17、电流源节点无纯电流源节点b.替代后其余支路及参数不能改变替代后其余支路及参数不能改变(一点等效一点等效)。c.替代后电路必须有唯一解替代后电路必须有唯一解4、戴维南定理、戴维南定理任任何何一一个个含含有有独独立立电电源源、线线性性电电阻阻和和线线性性受受控控源源的的一一端端口口,对对外外电电路路来来说说,可可以以用用一一个个电电压压源源(Uoc)和和电电阻阻Ri的的串串联联组组合合来来等等效效置置换换;此此电电压压源源的的电电压压等等于于外外电电路路断断开开时时端端口口处处的的开开路路电电压压,而而电电阻阻等等于于一一端端口口中中全全部部独独立立电电源源置置零零后后的的端端口口等效电阻。等效电
18、阻。开路电压的求法:开路电压的求法:简单计算简单计算等效变换等效变换电路的一般分析法电路的一般分析法叠加定理叠加定理等效电阻的求法:等效电阻的求法:电阻串并联方法电阻串并联方法加压求流法或加流求压法加压求流法或加流求压法开路电压,短路电流法开路电压,短路电流法5、最大功率传递定理、最大功率传递定理当负载电阻当负载电阻RL与戴维南等效电阻与戴维南等效电阻R0相等相等时,负载获得的功率最大。时,负载获得的功率最大。6、诺顿定理、诺顿定理任任何何一一个个含含独独立立电电源源,线线性性电电阻阻和和线线性性受受控控源源的的一一端端口口,对对外外电电路路来来说说,可可以以用用一一个个电电流流源源和和电电导
19、导(电电阻阻)的的并并联联组组合合来来等等效效置置换换;电电流流源源的的电电流流等等于于该该一一端端口口的的短短路路电电流流,而而电电导导(电电阻阻)等等于于把把该该一一端端口口的的全全部部独独立立电电源源置置零零后后的的输输入入电导电导(电阻电阻)。短短路路电电流流和和等等效效输输入入电电导导(电电阻阻)的的求求法法参参考考戴维南定理的求解方法。戴维南定理的求解方法。1、正弦量及三各要素、正弦量及三各要素i(t)=Imcos(t+)振幅:振幅:Im 角频率:角频率:初相:初相:2、有效值、有效值3、同频率正弦量的相位差、同频率正弦量的相位差ui=(t+u)-(t+i)=u-i第第3章章 正弦
20、交流电正弦交流电ui=u-i 0电压超前于电流电压超前于电流ui=u-i 0电压滞后于电流电压滞后于电流规定:规定:|4、有效值相量、有效值相量5、相量的性质、相量的性质a、同频正弦量的代数和、同频正弦量的代数和i1 i2=i36、相量图、相量图b、正弦量的微分、正弦量的微分c、正弦量的积分、正弦量的积分 q qa、电阻、电阻R+-UR=RI u=i瞬时功率:瞬时功率:u=i电阻总是消耗功率的电阻总是消耗功率的7、电路定律的相量形式、电路定律的相量形式b、电感、电感j L+-UL=L I u=i+90 (u 超前超前 i 90)i下 页上 页返 回c、电容、电容+-IC=CU i=u+90 (
21、i 超前超前 u 90)u功率:功率:下 页上 页返 回例例.三表法测线圈参数。三表法测线圈参数。已已 知知 f=50Hz,且且 测测 得得U=50V,I=1A,P=30W。解解:RL+_ZVAW*下 页上 页返 回1.复功率复功率负负载载+_下 页上 页返 回复功率复功率有功,无功,视在功率的关系有功,无功,视在功率的关系:有功功率有功功率:P=UIcos单位:单位:W无功功率无功功率:Q=UIsin单位:单位:var视在功率视在功率:S=UI单位:单位:VA SPQ ZRX UURUXRX+_+_+_功率三角形功率三角形阻抗三角形阻抗三角形电压三角形电压三角形下 页上 页返 回复复功功率率
22、守守恒恒定定理理:在在正正弦弦稳稳态态下下,任任一一电电路路的的所所有有支支路路吸吸收收的复功率之和为零。即的复功率之和为零。即下 页上 页返 回一般情况下:一般情况下:+_+_+_下 页上 页返 回已知电路如图,求各支路的复功率。已知电路如图,求各支路的复功率。例例.+_100o A10 j25 5-j15 解一解一:下 页上 页返 回+_100o A10 j25 5-j15 解二解二:下 页上 页返 回设备容量设备容量 S(额定额定),向负载供给多少有功功率,向负载供给多少有功功率,要由负载的阻抗角决定。要由负载的阻抗角决定。P=Scos S75kVA负载负载cos=1,P=S=75kWc
23、os=0.7,P=0.7S=52.5kW一般用户:一般用户:异步电机异步电机 空载空载cos =0.20.3 满载满载cos=0.70.85日光灯日光灯 cos=0.450.6下 页上 页返 回3.7 功率因数的提高功率因数的提高(1)设备不能充分利用电网提供的功率,造成能量浪费;设备不能充分利用电网提供的功率,造成能量浪费;(2)当输出相同的有功功率时,线路压降损耗大。当输出相同的有功功率时,线路压降损耗大。1.功率因数低带来的问题功率因数低带来的问题2.解决办法解决办法:对于感性负载,并联电容,提高功率因数:对于感性负载,并联电容,提高功率因数。下 页上 页返 回分析分析:1 2LRC+_
24、下 页上 页返 回3.补偿容量的确定补偿容量的确定:1 2补偿容补偿容量不同量不同全全不要求不要求(电容设备投资增加电容设备投资增加,经济效果不明显经济效果不明显)欠欠过过使功率因数又由高变低使功率因数又由高变低(性质不同性质不同)综合考虑,提高到适当值为宜综合考虑,提高到适当值为宜(0.9 左右左右)。LRC+_FLASH动画动画下 页上 页返 回功功率率因因数数提提高高后后,线线路路上上电电流流减减少少,就就可可以以带带更更多多的负载,充分利用发电设备的能力。的负载,充分利用发电设备的能力。再从功率这个角度来看再从功率这个角度来看:并并联联C后后,电电源源向向负负载载输输送送的的有有功功功
25、功率率(UILcos 1=UI cos 2)不不变变,但但是是电电源源向向负负载载输输送送的的无无功功功功率率(UIsin 2UILsin 1)减减少少了了,减减少少的的这这部部分分无无功功功功率率就就是是由由电电容容“产产生生”的的无无功功功功率率来来提提供供的的,使使感感性性负负载载吸吸收收的的无无功功功功率保持不变,因而功率因数得到提高。率保持不变,因而功率因数得到提高。下 页上 页返 回已知:已知:f=50Hz,U=380V,P=20kW,cos 1=0.6(滞后滞后)。要使。要使功率因数提高到功率因数提高到0.9,求并联电容求并联电容C。例例.P=20kW cos 1=0.6+_CL
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