《電工電子技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用實(shí)踐》課件全套 鄭婷一 第1-11章 電路基礎(chǔ)-觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路

《電工電子技術(shù)及應(yīng)用實(shí)踐》

第一章電路基礎(chǔ)本章內(nèi)容§1電路的組成與作用§2電路模型§3歐姆定律§4基爾霍夫定律§5電路中電位的概念及計(jì)算§1電路的組成與作用1、電路

為了實(shí)現(xiàn)某種功能，將電氣元件或設(shè)備按某種方式連接起來，構(gòu)成電流流通的路徑。以電路電氣器件的實(shí)際尺寸(d)和工作信號(hào)的波長(λ)為標(biāo)準(zhǔn)劃分，實(shí)際電路又可分為集總參數(shù)電路和分布參數(shù)電路。

（1）集總參數(shù)電路滿足d<<λ。其特點(diǎn)是電路中任意兩個(gè)端點(diǎn)間的電壓和流入任一器件端鈕的電流完全確定，與器件的幾何尺寸和空間位置無關(guān)。

（2）分布參數(shù)電路不滿足d<<λ。其特點(diǎn)是電路中的電壓和電流是時(shí)間的函數(shù)而且與器件的幾何尺寸和空間位置有關(guān)。高頻傳輸線組成的電路是分布參數(shù)電路的典型例子?！?電路的組成與作用2、電路的組成

（1）電源

電源是提供電能的設(shè)備。電源的功能是把非電能轉(zhuǎn)變成電能。例如，電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能；發(fā)電機(jī)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。由于非電能的種類很多，轉(zhuǎn)變成電能的方式也很多。電源分為電壓源與電流源兩種。

（2）負(fù)載

負(fù)載是電路中使用電能的各種設(shè)備。負(fù)載的功能是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问侥?。例如，電爐把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽浑妱?dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，等等。通常使用的照明器具、家用電器、機(jī)床等都可稱為負(fù)載。

（3）中間環(huán)節(jié)

中間環(huán)節(jié)把電源、負(fù)載和其他輔助設(shè)備連接成一個(gè)閉合回路，起傳輸和分配電能或?qū)﹄娦盘?hào)進(jìn)行傳遞和處理的作用?！?電路的組成與作用3、電路的作用

（1）傳輸和轉(zhuǎn)換電能。

我們通常見到的電路是通過導(dǎo)線把電源和用電設(shè)備連接起來所構(gòu)成的系統(tǒng)。從能力傳輸?shù)慕嵌确治觯瑢?dǎo)線起到傳輸電能的作用；從能量轉(zhuǎn)化關(guān)系來看,電源的作用是把我們不便于直接利用的其他形式的能量(如化學(xué)能、機(jī)械能等)轉(zhuǎn)化為電能,而用電設(shè)備則把電能轉(zhuǎn)化為我們能直接利用的其他形式的能量。

電力系統(tǒng)輸電線路是聯(lián)系發(fā)電廠、變電所與用電設(shè)備的一種傳送電能的裝置，如圖1-1所示。

圖1-1電力系統(tǒng)傳輸線路§1電路的組成與作用3、電路的作用

（2）傳遞和處理信號(hào)。

例如，電話機(jī)的工作原理是通過聲能與電能相互轉(zhuǎn)換、并利用“電”這個(gè)媒介來傳輸語言。兩個(gè)用戶要進(jìn)行通信，最簡單的形式就是將兩部電話機(jī)用一對(duì)線路連接起來。當(dāng)發(fā)話者拿起電話機(jī)對(duì)著送話器講話時(shí)，聲帶的振動(dòng)激勵(lì)空氣振動(dòng)，形成聲波。聲波作用于送話器上，使之產(chǎn)生電流，稱為話音電流。話音電流沿著線路傳送到對(duì)方電話機(jī)的受話器內(nèi)。而受話器作用與送話器剛好相反--把電流轉(zhuǎn)化為聲波，通過空氣傳至人的耳朵中。

§2

電路模型

實(shí)際電路是由各種電氣元件和設(shè)備組成，如發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)、電阻器、電容器、電感器、晶體管等，其電路的形式和種類是多樣的，且有些元器件電磁性質(zhì)較為復(fù)雜，為了找出它們的共同規(guī)律，便于我們對(duì)實(shí)際電路進(jìn)行分析和數(shù)學(xué)描述，將實(shí)際電氣元件理想化，即將實(shí)際電氣元件用表征其主要物理性質(zhì)的理想元件來代替，這種由理想元件組成的電路，就是實(shí)際電路的電路模型。

所以電路模型是實(shí)際電路的抽象，由一些理想電路元件用理想導(dǎo)線連接而成，并能夠近似地反映實(shí)際電路的電氣特性。

為了便于分析和計(jì)算實(shí)際電路，在一定條件下常常忽略實(shí)際電氣元件的次要因素而突出其主要電磁性質(zhì)，把它抽象為理想電路元件。理想電路元件是用數(shù)學(xué)關(guān)系式嚴(yán)格定義的假想元件。每一種理想元件都可以表示實(shí)際電氣元件所具有的一種主要電磁性能。理想電路元件的數(shù)學(xué)關(guān)系反映實(shí)際電路元件的基本物理規(guī)律。

常見的理想電路元件由電阻、電感、電容、理想電壓源、理想電流源。

§2

電路模型

（1）電阻R

表征電路中消耗電能的元件。

電阻兩端電壓與電流關(guān)系：

（U表示電壓，I表示電流）。

電阻消耗有功功率：

（P為功率）。

（2）電感L

表征電路中儲(chǔ)存磁場(chǎng)能的元件。

理想電感元件在直流電路并且達(dá)到穩(wěn)態(tài)的情況下相當(dāng)于短路。

電感儲(chǔ)存能量

（I表示電流）。

（3）電容C

表征電路中儲(chǔ)存電場(chǎng)能的元件。

電容在直流電路并且達(dá)到穩(wěn)態(tài)的情況下相當(dāng)于開路。

電容儲(chǔ)存能量

（U表示電壓）。

§2

電路模型（4）理想電壓源

理想電壓源：如果一個(gè)二端元件的電流無論為何值，其電壓保持常量或按給定的時(shí)間函數(shù)變化，則此二端元件稱為理想電壓源，簡稱為電壓源，其模型如圖1-4所示。

為直流電源，其伏安特性為平行于電流軸的直線，如圖1-5所示，反映電壓與電源中的電流無關(guān)。

圖1-4理想電壓源模型

圖1-5理想電壓源伏安特性曲線

§2

電路模型理想電壓源的特點(diǎn)：電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)；通過它的電流由外電路決定。理想電壓源不允許短路（此時(shí)電路模型不再存在）。實(shí)際電壓源：可以用一個(gè)理想電壓源和內(nèi)阻相串聯(lián)的模型來表示，如圖1-6中的虛線框內(nèi)所示，其端電壓隨電流的變化而變化，伏安關(guān)系：，如圖1-7所示。圖1-6實(shí)際電壓源模型圖1-7實(shí)際電壓源伏安特性曲線

§2

電路模型（5）理想電流源

理想電流源：如果一個(gè)二端元件的電壓無論為何值，其電流保持常量或按給定時(shí)間函數(shù)變化，則此二端元件稱為理想電流源，簡稱電流源，其模型如圖1-8所示。理想電流源伏安關(guān)系特性曲線如圖1-9所示。

圖1-8理想電流源模型

圖1-9理想電流源伏安特性曲線

§2

電路模型（5）理想電流源理想電流源的特點(diǎn)：

其電流由其特性確定，與電流源在電路中的位置無關(guān)；

理想電流源的電壓則與其連接的外電路有關(guān)，由其電流和外電路共同確定；

直流等效電阻無窮大；交流等效電阻無窮大。

理想電流源不允許開路（此時(shí)電路模型不再存在）。

實(shí)際電流源：

實(shí)際電流源可用一個(gè)理想電流源與內(nèi)電阻相并聯(lián)的電路模型來表示。圖1-10所示的虛線框內(nèi)所示為一實(shí)際電流源的電路模型。實(shí)際電流源伏安特性：

，如圖1-11所示。

§2

電路模型圖1-10實(shí)際電流源模型圖1-11實(shí)際電流源伏安特性曲線§2

電路模型（6）受控電壓源、電流源理想電壓源的端電壓和理想電流源的電流都是由電源本身決定的，與電源以外的其他電路無關(guān)。而受控電源是非獨(dú)立電源，受控電源的輸出電壓或電流受到電路中某部分的電壓或電流的控制。受控源是由電子元件抽象而來的一種模型。例如：晶體管具有輸入端的電壓（電流）能控制輸出端的電壓或電流的特點(diǎn)。受控源是一種具有四個(gè)端子的元件，有兩個(gè)控制端鈕（又稱輸入端），兩個(gè)受控端鈕（又稱輸出端）。受控源可分為如下四種：電壓控制電壓源（voltagecontrolledvoltagesource，簡稱VCVS）、電壓控制電流源（voltagecontrolledcurrentsource，簡稱VCCS）、電流控制電壓源（currentcontrolledvoltagesource，簡稱CCVS）和電流控制電流源（currentcontrolledcurrentsource，簡稱CCCS）。電壓控制的電壓源(VCVS)，模型如1-12所示，，為電壓放大倍數(shù)?！?

電路模型（6）受控電壓源、電流源圖1-12VCVS模型

§2

電路模型（6）受控電壓源、電流源電流控制的電壓源(CCVS)，模型如1-13所示，，為轉(zhuǎn)移電阻。圖1-13CCVS模型

§2

電路模型（6）受控電壓源、電流源電壓控制的電流源(VCCS)，模型如1-14所示，，為轉(zhuǎn)移電導(dǎo)。圖1-14VCCS模型

§2

電路模型（6）受控電壓源、電流源電流控制的電流源(CCCS)，模型如圖1-15所示，，為電流放大倍數(shù)。圖1-15CCCS模型

§3歐姆定律

電壓與電流的參考方向設(shè)定為關(guān)聯(lián)的方向，。電流的參考方向在復(fù)雜直流電路中，某一段電路里的電流真實(shí)方向很難預(yù)先確定；在交流電路中，電流的大小和方向都是隨時(shí)間變化的。這時(shí)，為了分析和計(jì)算電路的需要，引入了電流參考方向的概念，參考方向又叫假定正方向，簡稱正方向。在一段電路里，電流可能有兩種真實(shí)方向，任意選擇一個(gè)方向作為參考方向（即假定正方向）。當(dāng)實(shí)際的電流方向與假定的正方向相同時(shí)，電流是正值；當(dāng)實(shí)際的電流方向與假定正方向相反時(shí)，電流就是負(fù)值，如圖1-16所示。

§3歐姆定律

電壓與電流的參考方向設(shè)定為關(guān)聯(lián)的方向，。電壓的參考方向在電路中，如果指定流過元件的電流參考方向是從標(biāo)以電壓的正極性一端指向負(fù)極性的一端，即兩者的參考方向一致，則把電流和電壓的這種參考方向稱為關(guān)聯(lián)參考方向，如圖1-17所示。

§4基爾霍夫定律

在電路理論中，電路中的電壓、電流除了要滿足元件本身的伏安關(guān)系外，還同時(shí)必須滿足電路結(jié)構(gòu)加給各元件的電壓和電流約束關(guān)系，即結(jié)構(gòu)約束或擴(kuò)撲約束。結(jié)構(gòu)約束體現(xiàn)為適用于回路的基爾霍夫電壓定律和適用于節(jié)點(diǎn)的基爾霍夫電流定律。1、基爾霍夫電流定律（KCL）

基爾霍夫電流定律又稱基爾霍夫第一定律，簡記為KCL，是電流的連續(xù)性在集總參數(shù)電路上的體現(xiàn)，其物理背景是電荷守恒公理。所有進(jìn)入某節(jié)點(diǎn)的電流的總和等于所有離開這節(jié)點(diǎn)的電流的總和。或者描述為：假設(shè)進(jìn)入某節(jié)點(diǎn)的電流為正值，離開這節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)值，則所有涉及這節(jié)點(diǎn)的電流的代數(shù)和等于零。KCL定律不僅適用于電路中的節(jié)點(diǎn)，還可以推廣應(yīng)用于電路中的任一不包含電源的假設(shè)的封閉面。即在任一瞬間，通過電路中任一不包含電源的假設(shè)封閉面的電流代數(shù)和為零?！?基爾霍夫定律

例1：電路如圖1-19所示，根據(jù)已知支路電流求出其他未知支路電流。解：對(duì)于結(jié)點(diǎn)（1）應(yīng)用KCL可得對(duì)于結(jié)點(diǎn)（2）對(duì)于結(jié)點(diǎn)（3）對(duì)于結(jié)點(diǎn)（4）對(duì)于結(jié)點(diǎn)（5），流入閉合面的電流代數(shù)和恒等于零§4基爾霍夫定律

在電路理論中，電路中的電壓、電流除了要滿足元件本身的伏安關(guān)系外，還同時(shí)必須滿足電路結(jié)構(gòu)加給各元件的電壓和電流約束關(guān)系，即結(jié)構(gòu)約束或擴(kuò)撲約束。結(jié)構(gòu)約束體現(xiàn)為適用于回路的基爾霍夫電壓定律和適用于節(jié)點(diǎn)的基爾霍夫電流定律。2、基爾霍夫電壓定律（KVL）

基爾霍夫電壓定律又稱基爾霍夫第二定律，簡記為KVL，是電場(chǎng)為位場(chǎng)時(shí)電位的單值性在集總參數(shù)電路上的體現(xiàn)。其物理背景是能量守恒。沿著閉合回路所有元件兩端的電勢(shì)差（電壓）的代數(shù)和等于零?；蛘呙枋鰹椋貉刂]合回路的所有電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和等于所有電壓降的代數(shù)和。

基爾霍夫電壓定律不僅應(yīng)用于閉合回路，也可以把它推廣應(yīng)用于假想回路?！?基爾霍夫定律

例2：

電路如圖1-20所示，根據(jù)已知元件電壓，求出其他未知元件兩端的電壓。

解：對(duì)于假想的閉合回路Ⅰ，應(yīng)用KVL可得對(duì)于閉合回路Ⅱ?qū)τ诩傧氲拈]合回路Ⅲ對(duì)于假想的閉合回路Ⅳ§5電路中電位的概念及計(jì)算在分析電路問題時(shí)，常在電路中選一個(gè)點(diǎn)為參考點(diǎn)(referencepoint)，把任一點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓（降）稱為該點(diǎn)的電位。參考點(diǎn)的電位為零，參考點(diǎn)也稱為零電位點(diǎn)。電位用表示，單位與電壓相同，也是V（伏）。電路中任意兩點(diǎn)間的電壓等于該兩點(diǎn)間的電位差（potentialdifference）。電位計(jì)算基本思路（1）選擇合適的節(jié)點(diǎn)作為電路的參考點(diǎn)；（2）計(jì)算某點(diǎn)到參考點(diǎn)之間的電壓。

例3：在圖1-22所示，已知

，

，以a點(diǎn)為參考點(diǎn)，求，，，。

解：以a點(diǎn)為參考點(diǎn)，

由，得由，得§5電路中電位的概念及計(jì)算《電工電子技術(shù)及應(yīng)用實(shí)踐》

第二章

直流電路本章內(nèi)容§1電阻串并聯(lián)連接的等效變換§2電阻星形連接與三角形連接的等效變換§3電源的等效變換§4支路電流法§5節(jié)點(diǎn)電壓法§6疊加定理§7戴維寧定理§1電路的組成與作用1、電阻串并聯(lián)連接的等效變換

（1）串聯(lián)電阻電路

串聯(lián)電阻電路中，電流處處相等；端口總電壓等于各電阻上電壓的代數(shù)和；

串聯(lián)電阻電路的總電阻等于各電阻阻值之和；

各串聯(lián)電阻電壓與其阻值成正比；

電阻串聯(lián)電路消耗的總功率等于各串聯(lián)電阻消耗的功率之和?！?電路的組成與作用1、電阻串并聯(lián)連接的等效變換

（1）并聯(lián)電阻電路并聯(lián)電阻電路中，總電流等于通過各個(gè)電阻的電流之和；并聯(lián)電路各支路兩端的電壓相等，且等于總電壓；

總電導(dǎo)等于各并聯(lián)的電導(dǎo)之和；

總電流等于各支路電流之和；

總功率等于各并聯(lián)電導(dǎo)功率之和。§2

電阻星形連接與三角形連接的等效變換1、電阻的星形連接和三角形連接

將三個(gè)電阻元件的一端連接在一起，另一端分別連接到外部電路的三個(gè)節(jié)點(diǎn)，稱為電阻元件的星形連接，簡稱Y形連接，如圖2-5所示。

將三個(gè)電阻元件首尾連接，組成一個(gè)封閉的三角形，三角形的三個(gè)頂點(diǎn)分別接到外部電路的三個(gè)節(jié)點(diǎn)，稱為電阻元件的三角形連接，簡稱△連接，如圖2-6所示。

圖2-5Y型連接

圖2-6型連接§2

電阻星形連接與三角形連接的等效變換2、

電阻等效變換

（1）等效變換的條件

（2）電阻的變換結(jié)果

§2

電阻星形連接與三角形連接的等效變換2、

電阻等效變換

（1）等效變換的條件

（2）電阻的變換結(jié)果如果

則

§3

電源的等效變換1、理想電壓源串聯(lián)若幾個(gè)理想電壓源串聯(lián)，對(duì)外可等效成一個(gè)理想電壓源，其電壓等于相串聯(lián)理想電壓源端電壓的代數(shù)和。2、理想電流源并聯(lián)

若幾個(gè)理想電流源并聯(lián)可等效成一個(gè)理想電流源，其等效源的輸出電流等于相并聯(lián)理想電流源輸出電流的代數(shù)和。3、實(shí)際電壓源、電流源模型的等效變換

圖2-7實(shí)際電壓源模型圖2-8實(shí)際電流源模型

§3

電源的等效變換3、實(shí)際電壓源、電流源模型的等效變換

圖2-7實(shí)際電壓源模型圖2-8實(shí)際電流源模型若它們向同樣大小的負(fù)載供出同樣大小的電流和端電壓，則稱這兩個(gè)電源是等效的，即具有相同的外特性。

§4

支路電流法

支路電流法是首先通過直接應(yīng)用基爾霍夫電流定律KCL和基爾霍夫電壓定律KVL分別對(duì)結(jié)點(diǎn)和回路列出所需要的方程組，然后從所列方程中解出各支路電流。對(duì)于有n個(gè)節(jié)點(diǎn)、b條支路的電路，要求解支路電流，未知量共有b個(gè)。只要列出b個(gè)獨(dú)立的電路方程，便可以求解這b個(gè)變量。

圖2-9所示電路中，各支路電流

、

、

、

、

、

為未知量，支路數(shù)為6，節(jié)點(diǎn)數(shù)為4，采用支路電流法進(jìn)行求解。

圖2-9§4

支路電流法

（1）在圖中標(biāo)出、、、、、各支路電流的參考方向，支路電壓、、、、、與支路電流取關(guān)聯(lián)參考方向。

（2）應(yīng)用基爾霍夫電流定律KCL列出(n－1)=4-1=3個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)電流方程，以出節(jié)點(diǎn)的電流為正，入節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)。

節(jié)點(diǎn)1：

節(jié)點(diǎn)2：

節(jié)點(diǎn)3：

（3）應(yīng)用基爾霍夫電壓定律KVL列出b－(n－1)=6-（4-1）=3個(gè)獨(dú)立的回路電壓方程，所選回路如圖2-10所示。

圖2-10

§4

支路電流法

回路1：

將各支路電壓、電流關(guān)系帶入得：回路2：將各支路電壓、電流關(guān)系帶入得：回路3：將各支路電壓、電流關(guān)系帶入得：

圖2-10§4

支路電流法

（4）聯(lián)立3個(gè)節(jié)點(diǎn)電流方程和3個(gè)回路電壓方程，求出6個(gè)支路電流，進(jìn)一步求出各個(gè)支路的電壓。

圖2-10§5

節(jié)點(diǎn)電壓法電路中任選一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為參考點(diǎn)，其余的每個(gè)節(jié)點(diǎn)到參考點(diǎn)之間的電壓降，稱為相應(yīng)各節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓或節(jié)點(diǎn)電位。節(jié)點(diǎn)電壓法是以電路中節(jié)點(diǎn)電壓為未知量，用節(jié)點(diǎn)電壓表示各支路電流，首先應(yīng)用KCL列寫?yīng)毩⒐?jié)點(diǎn)電流方程組，然后從所列方程中求出節(jié)點(diǎn)電壓。進(jìn)而求解電路中各支路的電壓、電流、功率的方法。節(jié)點(diǎn)電壓法適用于支路較多、節(jié)點(diǎn)較少的電路。選節(jié)點(diǎn)電壓為未知量，則KVL自動(dòng)滿足，無需列寫KVL方程，與支路電流法相比，方程數(shù)減少b-(n-1)個(gè)。各支路電流、電壓可視為結(jié)點(diǎn)電壓的線性組合，求出結(jié)點(diǎn)電壓后，便可方便地得到各支路電壓、電流。圖2-11所示電路，節(jié)點(diǎn)數(shù)為4，采用節(jié)點(diǎn)電壓法，列n-1=4-1=3個(gè)KCL方程，求各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓。

圖2-11§5

節(jié)點(diǎn)電壓法

（1）選定?為參考節(jié)點(diǎn)，標(biāo)定?、?、?獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓為

（2）對(duì)?、?、?獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，以節(jié)點(diǎn)電壓為未知量，列寫其KCL方程；

節(jié)點(diǎn)?：

節(jié)點(diǎn)②：

節(jié)點(diǎn)③：

（3）求解上述方程，得到3個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓。§5

節(jié)點(diǎn)電壓法

上述節(jié)點(diǎn)方程中各項(xiàng)的物理意義：（1）G11——聯(lián)于①節(jié)點(diǎn)的各支路電導(dǎo)之和，叫①的自電導(dǎo)。G22——聯(lián)于②節(jié)點(diǎn)的各支路電導(dǎo)之和，叫②的自電導(dǎo)。G33——聯(lián)于③節(jié)點(diǎn)的各支路電導(dǎo)之和，叫③的自電導(dǎo)。所有自電導(dǎo)都大于0，與電流源相串電阻R6不計(jì)入自電導(dǎo)。（2）G12=G21<0——①②間直接相聯(lián)支路的電導(dǎo)之和的負(fù)值，叫①②間共導(dǎo)。G22=G32<0——②③間直接相聯(lián)支路的電導(dǎo)之和的負(fù)值，叫②③間共導(dǎo)。G13=G31<0——①③間直接相聯(lián)支路的電導(dǎo)之和的負(fù)值，叫①③間共導(dǎo)。（3）is11——聯(lián)于①的各激勵(lì)源流入①的電激流代數(shù)和。is22——聯(lián)于②的各激勵(lì)源流入②的電激流代數(shù)和。is33——聯(lián)于③的各激勵(lì)源流入③的電激流代數(shù)和。§5

節(jié)點(diǎn)電壓法（4）設(shè)均大于零G11

——

單獨(dú)作用引起的流出①的電流。G12

——

單獨(dú)作用引起的流出②的電流。G13

——

單獨(dú)作用引起的流出③的電流。§6

疊加定理

當(dāng)線性電路中有幾個(gè)獨(dú)立源（激勵(lì)）共同作用時(shí)，電路中任意支路的電流和電壓（響應(yīng)）等于電路中各個(gè)獨(dú)立源單獨(dú)作用時(shí)，在該支路產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。

各個(gè)電源單獨(dú)作用，是指其它電源不作用，即理想電壓源相當(dāng)于短路，理想電流源相當(dāng)于開路。

例：計(jì)算如圖2-29所示電路中的電壓

、電流

。

解：

（1）電壓源單獨(dú)作用，電路如圖2-30所示，

圖2-29

圖2-30

§6

疊加定理（2）電流源單獨(dú)作用，電路如圖2-31所示，

圖2-31

§6

戴維寧定理工程實(shí)際中，常常碰到只需研究某一支路的電壓、電流或功率的問題。對(duì)所研究的支路來說，電路的其余部分就成為一個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)，可等效變換為較簡單的含源支路(電壓源與電阻串聯(lián)或電流源與電阻并聯(lián)支路)，使分析和計(jì)算簡化。戴維寧定理正是給出了等效含源支路及其計(jì)算方法。1、戴維寧定理圖2-13是一個(gè)線性含源一端口網(wǎng)絡(luò)，對(duì)外電路來說，其等效電路總可以用一個(gè)電壓源和電阻的串聯(lián)表示，如圖2-14。此電壓源的電壓等于外電路斷開時(shí)端口處的開路電壓，而電阻等于一端口的輸入電阻（或等效電阻）。圖2-13線性含源一端口網(wǎng)絡(luò)圖2-14等效電路

§6

戴維寧定理工程實(shí)際中，常常碰到只需研究某一支路的電壓、電流或功率的問題。對(duì)所研究的支路來說，電路的其余部分就成為一個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)，可等效變換為較簡單的含源支路(電壓源與電阻串聯(lián)或電流源與電阻并聯(lián)支路)，使分析和計(jì)算簡化。戴維寧定理正是給出了等效含源支路及其計(jì)算方法。2、開路電壓的計(jì)算戴維寧等效電路中電壓源電壓等于將外電路斷開時(shí)的開路電壓，電壓源方向與所求開路電壓方向有關(guān)。計(jì)算的方法視電路形式選擇前面學(xué)過的任意方法，使易于計(jì)算。3、等效電阻的計(jì)算等效電阻為將一端口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部獨(dú)立電源全部置零(電壓源短路，電流源開路)后，所得無源一端口網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻。常用下列方法計(jì)算：（1）當(dāng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部不含有受控源時(shí)可采用電阻串并聯(lián)和互換的方法計(jì)算等效電阻；（2）外加電源法：加電壓求電流或加電流求電壓（內(nèi)部獨(dú)立電源置零）；（3）開路電壓，短路電流法：等效電阻等于端口的開路電壓與短路電流的比（內(nèi)部獨(dú)立電源保留）。

§6

戴維寧定理

例：電路如圖2-32所示。

（1）

計(jì)算Rx為1.2時(shí)的I；

（2）

Rx為何值時(shí)，其上獲最大功率?解：保留Rx支路，將其余端口化為戴維南等效電路如圖2-33所示，（1）求圖2-33所示電路的開路電壓,如圖2-34所示，

（2）求圖2-35所示電路的等效電阻

（3）當(dāng)，（4）當(dāng)時(shí)，其上獲最大功率。

《電工電子技術(shù)及應(yīng)用實(shí)踐》

第三章正弦交流電路本章內(nèi)容§1正弦電壓與電流§2正弦量的相量表示法§3單一參數(shù)的交流電路§4電阻、電感與電容元件串聯(lián)的交流電路§5節(jié)點(diǎn)電壓法§6阻抗的串聯(lián)與并聯(lián)§7交流電路的頻率特性§8功率因數(shù)的提高§1正弦電壓與電流隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的電壓稱為正弦電壓，同樣地有正弦電流、正弦磁通等。這些按正弦規(guī)律變化的物理量統(tǒng)稱為正弦量。下面以正弦電流為例，說明正弦量的一些基本概念。設(shè)有一正弦電流流過某元件，那么電流的大小隨時(shí)間在變化，且電流的方向也在改變。在選定的參考方向下,正弦電流可表示為（a）下圖為電流的波形圖,由波形圖可看到，在不同時(shí)刻電流有不同的數(shù)值。電流在任一瞬時(shí)的值稱為電流在該一時(shí)刻的瞬時(shí)值。用小寫字母表示瞬時(shí)值，例如瞬時(shí)電流、瞬時(shí)電壓。電流值有正有負(fù)，當(dāng)電流值為正時(shí)，表示電流的實(shí)際方向和參考方向一致；當(dāng)電流值為負(fù)時(shí)，表示電流的實(shí)際方向和參考方向相反?！?正弦電壓與電流正弦電流每重復(fù)變化一次所經(jīng)歷的時(shí)間間隔即為它的周期，用表示，周期的單位為秒。正弦電流每經(jīng)過一個(gè)周期,對(duì)應(yīng)的角度變化了弧度,所以式中為角頻率，表示正弦量在單位時(shí)間內(nèi)變化的角度。用弧度/秒(rad/s)作為角頻率的單位;是頻率，表示單位時(shí)間內(nèi)正弦量變化的循環(huán)次，用1/秒（1/s）作為頻率的單位，稱為赫[茲]（Hz）。我國電力系統(tǒng)用的交流電的頻率為50Hz。在電子技術(shù)中,常用千赫(kHz)(1kHz=103Hz)兆赫(MHz)(1MHz=106Hz)或吉赫(GHz)（1GHz=109Hz）作為頻率的單位?！?正弦電壓與電流最大值、角頻率和初相位稱為正弦量的三要素。知道了這三個(gè)量就可確定一個(gè)例如,若已知一個(gè)正弦電流

，

,

,就可以寫出設(shè)有兩個(gè)同頻率的正弦量

,

,它們的波形如圖3-2所示,此電壓和電流表達(dá)式分別為§1正弦電壓與電流若以

表示電壓和電流之間的相位差，則可見，頻率相同的正弦電壓和正弦電流的相位都是時(shí)間的函數(shù)，但由于它們的角頻率相同，所以它們的相位差是一個(gè)常數(shù)，即為初相位之差。兩個(gè)同頻率的正弦量之間的相位差與計(jì)時(shí)起點(diǎn)無關(guān)。設(shè)圖中，將計(jì)時(shí)起點(diǎn)選為0′，則電壓和電流的初相位要隨之改變，但它們之間的相位差是不會(huì)改變的，仍為g?！?正弦電壓與電流周期勝電流、電壓的有效值周期性電流、電壓的瞬時(shí)值是隨時(shí)間變化的。要完整地描述它們就需要用它的表達(dá)式成波形圖。為表征它們的作功的能力并度量其“大小”，用以下定義的有效值是更為方便的。將一個(gè)周期性電流的作功能力和直流電流的作功能力相比，作出有效值定義如下：周期電流流過電阻在一個(gè)周期內(nèi)所作功與直流電流流過電阻在時(shí)間內(nèi)所作功相等，則稱此直流電流的量值為此周期性電流的有效值。周期性電流流過電阻，在時(shí)間內(nèi)電流所作的功為§1正弦電壓與電流周期性電流的有效值的定義式周期性電壓的有效值定義為引入了有效值概念以后，正弦電壓和正弦電流的一般表達(dá)式又可寫作§1正弦電壓與電流周期性電流的有效值的定義式周期性電壓的有效值定義為引入了有效值概念以后，正弦電壓和正弦電流的一般表達(dá)式又可寫作§2正弦量的相量表示法如何用復(fù)數(shù)表示正弦量。對(duì)應(yīng)于正弦電壓

,作一個(gè)復(fù)值函數(shù)

，它表示復(fù)平面上的一個(gè)旋轉(zhuǎn)向量。此向量的模為

，t=0時(shí)向量的幅角是

，向量以恒定的角頻率

依逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn),在t時(shí)刻其幅角為

,如圖由歐拉公式有§2正弦量的相量表示法從上式可以看出，該復(fù)值函數(shù)的虛部恰好是上述正弦電壓的表示式，即式中§2正弦量的相量表示法按慣例用大寫字母上加一小圓點(diǎn)來表示相量。加小圓點(diǎn)的目的是為了將相量和一般復(fù)數(shù)加以區(qū)別，強(qiáng)調(diào)相量是代表一個(gè)正弦時(shí)間函數(shù)的復(fù)數(shù)。在確定的頻率下，正弦量和相量之間存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。給定了正弦量，可以得出表示它的相量；反之，由一已知的相量及其所代表的正弦量的頻率，可以寫出它所代表的正弦量。正弦電壓

與相量

間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為上式左邊表達(dá)式中電壓是時(shí)間變量的函數(shù)，稱為時(shí)域表達(dá)式，右邊的表達(dá)式稱為頻域表達(dá)式。雖然該表達(dá)式以復(fù)數(shù)的模和幅角的形式表示，沒有出現(xiàn)

的字樣，但是它隱含著旋轉(zhuǎn)因子

，其中角頻率是常量，而電路的響應(yīng)與角頻率有著密切的關(guān)系。一個(gè)相量作為一個(gè)復(fù)數(shù)，也可以在復(fù)平面上用一個(gè)有向線段來表示，此有向線段的長度為相量的模，它和實(shí)軸的夾角為相量的幅角。在復(fù)平面上用有向線段表示的相量圖形稱為相量圖?！?正弦量的相量表示法若在一復(fù)平面上有多個(gè)同頻的正弦量，則由于表示它們的各旋轉(zhuǎn)相量的旋轉(zhuǎn)角速度相同，任何時(shí)刻它們之間的相對(duì)位置保持不變，因此，當(dāng)考慮它們的大小和相位時(shí)，就可以不考慮它們?cè)谛D(zhuǎn)，而只需指明它們的初始位置，畫出各正弦量的相量就夠了，這樣畫出的圖就是圖中所示的相量圖。從相量圖上可以十分清晰地看出各相量的大小和相位關(guān)系。§2正弦量的相量表示法設(shè)有電阻R,其中有正弦電流

）,若則電阻兩端的電壓為由此可見，電阻兩端電壓是和流過電阻的電流同頻率的正弦量,且相位相同?！?單一參數(shù)的交流電路電阻元件上電壓的有效值等于電阻和其中的電流的有效值的乘積，電壓和電流的相位相同。圖表示電阻元件的相量模型。電阻元件的相量模型電阻元件電壓、電流相量圖§3單一參數(shù)的交流電路則電感兩端的電壓為將上式寫為§3單一參數(shù)的交流電路電感元件兩端的電壓是與電流同頻率的正弦量，且電壓的有效值等于電流的有效值乘以

,電壓的初相位領(lǐng)先于電流初相位為

。圖中示有電感兩端的電壓與其中電流的波形圖（圖中

設(shè)為零)。

電感元件的相量模型電感元件電壓、電流相量圖§3單一參數(shù)的交流電路電容中流過的電流為將電容中的電流記為電容元件§3單一參數(shù)的交流電路由此可見，電容中的電流與其兩端的電壓是同頻率的正弦量，電流的有效值等于電壓有效值

乗以

，且電流的相位領(lǐng)先于電壓

。頻域中電容電壓與電流的相量關(guān)系式電容元件的相量模型電容元件電壓、電流相量圖§3單一參數(shù)的交流電路通過一RLC串聯(lián)電路的放電過程來研究二階電路的零輸入響應(yīng)。設(shè)開關(guān)閉合前電容已帶有電荷

，

，t=0時(shí)開關(guān)閉合，電容就將通過電阻和電感放電。由KVL可得零輸入RLC串聯(lián)電路§4電阻、電感與電容元件串聯(lián)的交流電路因

,將

,

代入上式，得此電路中變量的微分方程或?qū)懗蓸?biāo)準(zhǔn)形式設(shè)可得特征方程§4電阻、電感與電容元件串聯(lián)的交流電路特征方程的根，即特征根為（1）過阻尼情況（

）（2）臨界阻尼情況（

）（3）欠阻尼情況（

）（4）無阻尼情況（

）§4電阻、電感與電容元件串聯(lián)的交流電路節(jié)點(diǎn)電壓法是分析電路用的又一基本方法，運(yùn)用這一方法，常可以數(shù)目較少的方程解得電路中的電壓、電流。在節(jié)點(diǎn)電壓法中，對(duì)每一節(jié)點(diǎn)設(shè)一電位。在有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的電路中，有一個(gè)節(jié)點(diǎn)可取為參考點(diǎn)，它的電位可設(shè)為零；其他每一節(jié)點(diǎn)至參考點(diǎn)的電壓降即為該節(jié)點(diǎn)的電位。這一假設(shè)是符合或滿足基爾霍夫電壓定律的。對(duì)n-1個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)寫出n-1個(gè)KCL方程，將其中的各個(gè)支路電流都用節(jié)點(diǎn)電壓（位）去表示，在這過程中將各元件方程代入，就得到n-1個(gè)共含有n-1個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓的方程，由它們便可解出各節(jié)點(diǎn)電壓。我們先就僅含有電流電源和線性電阻（導(dǎo)）的電路來敘述這個(gè)方法。§5節(jié)點(diǎn)電壓法§5節(jié)點(diǎn)電壓法電路的以節(jié)點(diǎn)電壓和電路參數(shù)表示的KCL方程整理上面方程，得§5節(jié)點(diǎn)電壓法在交流電路中，阻抗的連接形式是多種多樣的，其中最簡單和最常用的是串聯(lián)與并聯(lián)。阻抗的串聯(lián)圖所示的是兩個(gè)阻抗和串聯(lián)的電路。根據(jù)基爾霍夫電壓定律可寫出它的相量表示式§6阻抗的串聯(lián)與并聯(lián)現(xiàn)在考察RLC串聯(lián)諧振電路的頻率特性。頻率特性是指電路中的電流、壓、阻抗、導(dǎo)納等量與頻率的關(guān)系。先考慮RLC串聯(lián)電路阻抗的頻率特性，由可得§7交流電路的頻率特性RLC串聯(lián)電路的頻率特性電流的曲線§7交流電路的頻率特性在電力工程供電電路中，用電設(shè)備（負(fù)載）都聯(lián)接至供電線路上，由輸電線傳輸?shù)接脩舻目偣β仕?除了和電壓、電流有關(guān)外，還和負(fù)載的功率因數(shù)有關(guān)。在實(shí)際用電設(shè)備中，小部分負(fù)載是純電阻負(fù)載，大部分負(fù)載是作為動(dòng)力用途的交流異步電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)（滯后〉較低,工作時(shí)一般在0.75-0.85左右，輕載時(shí)可能低于0.5。在傳送相同功率的情況下，負(fù)載的功率因數(shù)低，那么負(fù)載向供電設(shè)備所取的電流就必然相對(duì)地大，也就是說電源設(shè)備向負(fù)載提供的電流要大。這會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)方面的不良后果：一方面是因?yàn)檩旊娋€路具有一定的阻抗，電流増大就會(huì)使線路上電壓降和功率損失増加，前者會(huì)使負(fù)載的用電電壓降低，而后者則造成較大的電能損耗;另一方面,從電源設(shè)備角度看，例如在電源（發(fā)電機(jī)）電壓、電流一定的情形下,

愈低，電源可能輸出的功率愈低，就限制了電源輸岀功率的能力。因此，有必要提高負(fù)載的功率因數(shù)?！?功率因數(shù)的提高可以從兩個(gè)方面來提高負(fù)載的功率因數(shù)：一方面是改進(jìn)用電設(shè)備的功率因數(shù)，但這要涉及更換或改進(jìn)設(shè)備;另一方面是在感性負(fù)載上適當(dāng)?shù)夭⒙?lián)電容以提高負(fù)載的功率因數(shù)?！?功率因數(shù)的提高《電工電子技術(shù)及應(yīng)用實(shí)踐》

第四章三相交流電路本章內(nèi)容§1三相電壓§2負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相§3負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的三相電路§4三相功率§1

三相電壓三相電壓

三相發(fā)電機(jī)中三個(gè)線圈的首端分別用A，B，C表示；尾端分別用X，Y，Z表示，三相電壓的參考方向均設(shè)為由首端指向尾端。對(duì)稱三相電源的電路符號(hào)如圖所示。對(duì)稱三相電源對(duì)稱三相電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為對(duì)稱三相電壓的相量為§1

三相電壓對(duì)稱三相電壓波形圖對(duì)稱三相電壓相量圖§1

三相電壓對(duì)稱三相電壓三個(gè)電壓的瞬時(shí)值之和為零，即三個(gè)電壓相量之和亦為零 即這是對(duì)稱三相電源的重要特點(diǎn)。§1

三相電壓對(duì)稱三相電源以一定方式聯(lián)接起來就形成三相電路的電源。通常的聯(lián)接方式是星形聯(lián)接（也稱丫聯(lián)接）和三角形聯(lián)接（也稱△聯(lián)接)。將對(duì)稱三相電源的尾端X，Y，Z聯(lián)在一起，如圖4-5所示，就形成了對(duì)稱三相電源的星形聯(lián)接。聯(lián)接在一起的X，Y，Z點(diǎn)稱為對(duì)稱三相電源的中點(diǎn)，用N表示。§1

三相電壓三相電源的線電壓與相電壓有以下關(guān)系采用相量表示，對(duì)稱三相電源的相電壓（以下均設(shè)相序是正相序）表示為從而得到§1

三相電壓將對(duì)稱三相電源中的三個(gè)單相電源首尾相接，由三個(gè)聯(lián)接點(diǎn)引出三條端線就形成三角形聯(lián)接的對(duì)稱三相電源。三角形聯(lián)接的三相電源形成了一個(gè)回路。由于對(duì)稱三相電源電壓有

，所以回路中不會(huì)有電流。但若有一相電源極性被反接，造成三相電源電壓之和不為零，將會(huì)在回路中產(chǎn)生足以造成損壞的短路電流，所以在將對(duì)稱三相電源接成三角形時(shí)這是需要注意的?！?

三相電壓§2

負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路每相負(fù)載上的電壓稱為負(fù)載的相電壓，用

表示；負(fù)載的端線間的電壓稱為負(fù)載的線電壓，用

表示；流過每條端線的電流稱為線電流，用

表示；流過每相負(fù)載的電流稱為相電流。顯然，對(duì)稱三相負(fù)載接成星形時(shí)，負(fù)載的相電流與對(duì)應(yīng)端線的線電流是相同的.三相電路實(shí)際上就是含有多個(gè)電源的正弦電流電路，所有分析正弦電流電路的方法都可用于分析三相電路。這里采用節(jié)點(diǎn)法分析此電路。設(shè)對(duì)稱三相電源電壓為對(duì)稱三相負(fù)載每相阻抗為§2

負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路三相電路實(shí)際上就是含有多個(gè)電源的正弦電流電路，所有分析正弦電流電路的方法都可用于分析三相電路。這里采用節(jié)點(diǎn)法分析此電路。設(shè)對(duì)稱三相電源電壓為以電源中點(diǎn)N為參考點(diǎn)，負(fù)載中點(diǎn)n的電位值等于

。節(jié)點(diǎn)電壓方程為§2

負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路即由于所以有這說明負(fù)載中點(diǎn)n與電源中點(diǎn)N之間電壓為零，也就是說n與N等電位，所以負(fù)載的相電壓等于對(duì)應(yīng)的電源的相電壓，即§2

負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路負(fù)載上的線電壓為

表明負(fù)載上的線電壓也是對(duì)稱三相電壓。負(fù)載上的線電壓與相電壓的關(guān)系，與星形聯(lián)接的對(duì)稱三相電源的線電壓與相電壓的關(guān)系相同，這里不再贊述。電路中的線電流§2

負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路從以上計(jì)算結(jié)果可以看出，在電源和負(fù)載都是星形聯(lián)接的對(duì)稱三相電路里，三相電壓、電流均為對(duì)稱，只需對(duì)其中的一相（通常取A相）電路進(jìn)行計(jì)算就夠了，求出一相（A相）的電壓、電流后，根據(jù)對(duì)稱性就可以求出另外兩相的相應(yīng)的電壓、電流。由于電源中點(diǎn)N與負(fù)載中點(diǎn)n電位相等，用一導(dǎo)線將N與n連接起來，該導(dǎo)線（稱為中線）中電流為零，因此對(duì)原電路不會(huì)產(chǎn)生任何影響。這樣，每一相成為一個(gè)獨(dú)立的電路。將A相電路取出，就得到圖所示的一相等效電路。由一相等效電路，很容易得出前面的結(jié)果?！?

負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路§3

負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的三相電路負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的三相電路負(fù)載的相電流電源星形聯(lián)接、負(fù)載三角形聯(lián)接的對(duì)稱三相電路線電流對(duì)電源是星形聯(lián)接、負(fù)載是三角形聯(lián)接的對(duì)稱三相電路，電路中的三相電壓或電流都是對(duì)稱的。每相負(fù)載上的線電壓與相電壓相等，線電流的大小是相電流的

倍，各個(gè)線電流的相位滯后相應(yīng)的相電流30°。電壓、電流的相位關(guān)系如圖所示?！?

負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的三相電路用下面的方法計(jì)算。利知用阻抗的Y-△等效變換，將此稱三相負(fù)載變換成等效的星形聯(lián)接的對(duì)稱三相負(fù)載，得到圖4-12所示的電路。然后就可按照前述電源和負(fù)載都是星形聯(lián)接對(duì)稱三相電路的計(jì)算方法，從中取其一相等效電路作計(jì)算?！?

負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的三相電路三相功率

在三相電路中，三相負(fù)載吸收的有功功率P、無功功率Q分別等于各相負(fù)載吸收的有功功率、無功功率之和，即若負(fù)載是對(duì)稱三相負(fù)載，各相負(fù)載吸收的功率相同，三相負(fù)載吸收的總功率可表示為§4

三相功率下面分析對(duì)稱三相電路的瞬時(shí)功率。設(shè)有對(duì)稱三相電路如圖所示。設(shè)則線電流對(duì)稱三相電路中各相負(fù)載的瞬時(shí)功率分別為三相負(fù)載的瞬時(shí)功率等于各相負(fù)載的瞬時(shí)功率之和，即§4

三相功率在三相四線制電路中，采用三功率表法測(cè)量三相負(fù)載的功率。因?yàn)橛兄芯€，可以方便地用功率表分別測(cè)量各相負(fù)載的功率，將測(cè)得的結(jié)果相加就可以得到三相負(fù)載的功率。若負(fù)載對(duì)稱，只需測(cè)出一相負(fù)載的功率乘3即可得三相負(fù)載的功率。在三相三線制電路中，由于沒有中線，直接測(cè)量各相負(fù)載的功率不方便，可以采用兩功率表法測(cè)量三相負(fù)載的功率。

兩功率表法測(cè)量三相負(fù)載功率的電路圖§4

三相功率下面證明，這兩個(gè)功率表指示的功率之和等于三相負(fù)載的功率。不妨設(shè)想這個(gè)電路的電源是圖中所示的星形聯(lián)接的三個(gè)電壓源，電源電壓分別是

,三相負(fù)載所吸收的總的瞬時(shí)功率等于這三個(gè)電源發(fā)出的瞬時(shí)功率之和，所以有在三相三線制電路中

,所以有

,代入上式,得上式表明,三相負(fù)載所得的功率瞬時(shí)值之和p等于上式右端兩項(xiàng)之和，對(duì)上式各項(xiàng)取其在一周期內(nèi)的平均值，在正弦穩(wěn)態(tài)下即有§4

三相功率式右端的第一、二兩項(xiàng)分別是圖4-15中功率表W1W2指示值。這就證了這兩個(gè)功率表指示的功率值之和等于三相負(fù)載吸收的總功率.電路中的線電流。需要指出，在用兩功率表法測(cè)量三相負(fù)載功率時(shí)，每一功率表指示的功率值沒有確定的意義，而兩個(gè)功率表指示的功率值之和恰好是三相負(fù)載吸收的總功率。§4

三相功率《電工電子技術(shù)》

第五章

變壓器與電動(dòng)機(jī)本章內(nèi)容§1磁路及其分析方法§2變壓器§3三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)原理§4內(nèi)容小結(jié)§1磁路及其分析方法電工設(shè)備中常見的磁路及鐵心線圈變壓器

鐵心–+SN電機(jī)

鐵心繞組繞組繞組繞組

σ§1磁路及其分析方法一、磁場(chǎng)的基本物理量1.磁感應(yīng)強(qiáng)度B（磁通密度）：表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱及方向的物理量。均勻磁場(chǎng)—磁場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的B大小相等，方向相同。方向：與電流之間用右螺旋定則確定。單位：T（特[斯拉]）磁通

對(duì)于均勻磁場(chǎng)F=B?S單位：Wb（韋[伯]）2.磁通F等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場(chǎng)方向的面積S的乘積。3.磁導(dǎo)率

相對(duì)磁導(dǎo)率

r=

/

o鐵磁材料廣泛應(yīng)用在變壓器、電機(jī)、電工儀表等。真空磁導(dǎo)率

0=4

10–7H/m（亨/米）4.磁場(chǎng)強(qiáng)度

H：H=B/

單位：A/m(安/米)§1磁路及其分析方法二、鐵磁性材料的磁性能（1）高導(dǎo)磁性鐵磁性材料的磁導(dǎo)率很高，具有較高的導(dǎo)磁性。鐵磁性材料有無外磁場(chǎng)作用的磁性a)無外磁場(chǎng)作用b)有外磁場(chǎng)作用§1磁路及其分析方法（2）磁飽和性

鐵磁性材料的磁飽和性表現(xiàn)在其磁感應(yīng)強(qiáng)度不會(huì)隨外磁場(chǎng)（或勵(lì)磁電流）增強(qiáng)而無限地增強(qiáng)。因?yàn)楫?dāng)外磁場(chǎng)（或勵(lì)磁電流）增大到一定值時(shí)，其內(nèi)部所有的磁疇已基本上均轉(zhuǎn)向與外磁場(chǎng)方向一致的方向。a:磁性材料的磁化曲線b:鐵磁材料的磁滯回線二、鐵磁性材料的磁性能§1磁路及其分析方法

磁滯性表現(xiàn)在鐵磁性材料在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化的特性。磁性材料在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化，其B-H關(guān)系曲線是一條回形閉合曲線，稱為磁滯回線。剩磁感應(yīng)強(qiáng)度Br(剩磁)：

當(dāng)線圈中電流減小到零(H=0)時(shí),鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。二、鐵磁性材料的磁性能（3）磁滯性矯頑磁力Hc：若要使B=0，則應(yīng)使鐵磁材料反向磁化，即使磁場(chǎng)強(qiáng)度為（-Hc)。§1磁路及其分析方法按磁性物質(zhì)的磁性能，鐵磁性材料分為三種類型：（1）硬磁材料：

可做永磁鐵等（2）軟磁材料：

可做電磁鐵等

（3）矩磁材料：

可做磁盤等

§1磁路及其分析方法三、磁路的分析方法磁路的歐姆定律是分析磁路的基本定律

以圖示磁路為例，根據(jù)安培環(huán)路定律可得出1.引例§1磁路及其分析方法式中：F=NI

為磁通勢(shì)，由其產(chǎn)生磁通；

Rm:磁阻，表示磁路對(duì)磁通的阻礙作用；

l:磁路的平均長度；

A:磁路的截面積。2.磁路的歐姆定律

若某磁路的磁通為

，磁通勢(shì)為F

，磁阻為Rm，即有：則§2變壓器一、用途及分類為了適應(yīng)不同的使用目的和工作條件，變壓器的類型很多。一般按變壓器的用途分類，也可按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、相數(shù)多少、冷卻方式等進(jìn)行分類。按用途分類，變壓器可分為：（1）電力變壓器：升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器等。（2）儀用變壓器：電壓互感器，電流互感器。（3）特殊變壓器：電爐變壓器、電焊變壓器、整流變壓器等。（4）試驗(yàn)用變壓器：高壓變壓器和調(diào)壓器等。（5）電子設(shè)備及控制線路用變壓器：輸入、輸出變壓器，脈沖變壓器、電源變壓器等。變壓器可以變換電壓、電流和阻抗的功能，應(yīng)用非常廣泛?！?變壓器二、基本結(jié)構(gòu)殼式變壓器

變壓器主要組成部分變壓器鐵心:

硅鋼片疊壓而成變壓器線圈（繞組）:

原邊(一次線圈、高壓繞組)

副邊(二次線圈、低壓繞組)冷卻裝置心(芯)式變壓器線圈鐵心鐵心線圈§2變壓器三、工作原理–+u1e1變壓器原理示意圖i1

e1

主磁通

1N1e2

e2i2u2–+ZLN2

2原繞組副繞組

2→e2→

1→e

1→變壓器符號(hào)i1,i2共同產(chǎn)生§2變壓器U1U20—–=–—=KN1N2變壓器變比E2

=

4.44fN2

m（1）電壓變換變壓器空載：E1

=

4.44fN1

m–+u1e1i1

e1

N1e2N2u20–+變壓器帶載工作時(shí)U1U2—–≈–—=KN1N2U1U20E1E2

4.44fN1

m

4.44fN2

mN1N2—–=–—=–—–—–—–=–—§2變壓器i2u2–+ZLe2

–+u1e1i1

e1

N1e2N2變壓器接負(fù)載：∵U1≈E1

=

4.44fN1

m

變壓器接負(fù)載后,副邊磁勢(shì)也產(chǎn)生磁通,主磁通

為合成磁通。

電源電壓U1沒有變∴變壓器接負(fù)載后,主磁通

m

不變。N1I1=N2

I2結(jié)論有效值i0為空載時(shí)一次線圈的電流i0（2）電流變換§2變壓器?I2K?U2?U1?I1–++–Z2Z1負(fù)載阻抗結(jié)論在電子線路和通信工程中，常用變壓器來實(shí)現(xiàn)阻抗的匹配。（3）阻抗變換§2變壓器四、輸出特性（外特性）

當(dāng)一次側(cè)電壓U1和負(fù)載功率因數(shù)cos

2保持不變時(shí)，二次側(cè)輸出電壓U2和輸出電流I2的關(guān)系，U2=f(I2)。U20：一次側(cè)加額定電壓、二次側(cè)開路時(shí)，二次側(cè)的輸出電壓。

一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I2的變化，U2

變化不大)，電壓變化率約在5%左右。電壓變化率：cos

2=0.8（滯后）U2I2U20I2Ncos

2=1O電壓變化率越小，供電電壓穩(wěn)定性越好?！?變壓器五、變壓器繞組的極性和其他形式的變壓器1.變壓器繞組的極性及其測(cè)定當(dāng)電流流入(或流出）兩個(gè)線圈時(shí)，若產(chǎn)生的磁通方向相同，則兩個(gè)流入(或流出）端稱為同極性端（同名端）。或者說，當(dāng)鐵芯中磁通變化（增大或減?。r(shí)，在兩線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性相同的兩端為同極性端。AXax**AXax**Z**120§2變壓器方法一：交流法把兩個(gè)線圈的任意兩端(X-x)連接,然后在AX上加一低電壓uAX

。測(cè)量：說明

A與x

或X與a

是同極性端。

說明A與a或X與x

為同極性端。

結(jié)論：若若VV+–aAXx方法二：直流法§2變壓器2.三相變壓器三相低壓繞組，可Y接或△接三相高壓繞組，可Y接或△接常用方式：Y,yn(Y/YO)、Y,d(Y/△)、YN,d(YO/△)前面表示高壓線圈，后面為低壓線圈，n或0表示有無中性線。U1U2v1u1V1V2W1W2u2v2w1w2N1N2§2變壓器Y,yn聯(lián)結(jié)Y,d聯(lián)結(jié)UVWuvw+-U1+-+-+-UVW+-U1+-+-+-wuv2.三相變壓器§2變壓器3.其它形式的變壓器（1）自耦變壓器使用時(shí)，改變滑動(dòng)端的位置，便可得到不同的輸出電壓。

N2連續(xù)可調(diào)，U2連續(xù)可調(diào)。

注意：原、副邊千萬不能對(duì)調(diào)使用，以防變壓器損壞。因?yàn)镹變小時(shí)，磁通增大，電流會(huì)迅速增加；公共繞組部分不能斷開；公共端不能接火線。

P§2變壓器（被測(cè)電流）N1（匝數(shù)少）N2（匝數(shù)多）ARi1i2電流表被測(cè)電流=電流表讀數(shù)

N2/N1注意：(1)二次側(cè)不能開路，以防產(chǎn)生高電壓；(2)鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損壞時(shí)，在二次側(cè)出現(xiàn)過壓。3.其它形式的變壓器（2）互感儀表——例：電流互感器二次線圈額定電流I2N一般為5A§