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1、配套教材,教学要求,1）成绩分布：实验成绩20分，平时成绩10分，卷面70分。2）听课要求：认真听课，做笔记，及时复习。3）作业要求：每章有作业4）实验要求：有预习报告，认真实验，做实验报告。,课程简介,电工学是非电专业一门技术基础课。其任务是使学生通过本课程的学习,获得电工、电子技术方面必要的基本理论、基本知识和基本技能,为学习后续课程以及与本专业有关的工程技术工作打下一定基础。通过电工学实验,学习各种常规电工电子仪器仪表的使用方法,锻炼电工方面的动手能力及实验技能。,本学期课程安排,第一章电路及其分析方法第二章线性电路的暂态分析第三章交流电路第四章三相交流电路第五章磁路和变压器第六章异步电
2、动机第八章继电接触器控制,第1章电路及其分析方法,1.1电路的组成及其模型,1.2电路的主要物理量,1.3电路的几种状态,1.4电路的基本定律,1.5电阻及其连接方式的等效变换,1.6电源及其等效变换,1.7线性网路的分析方法,1.1电路的组成及其模型,1.1.1电路的组成及作用,电路是电流流经的路径，实际电路由电气设备和元件组成。,电源:提供电能的装置,负载:取用电能的装置,中间环节：传递、分配和控制电能的作用,为了便于分析电路,一般要将实际电路模型化，用理想元件来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。,理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。,1.1
3、.2电路模型,电路,电路模型,电池,灯泡,今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。,导线,1.2电路的主要物理量,1.2.1电流,大小：,单位：安培(A),千安(kA),毫安(mA),微安(A),定义：电路中电荷的定向有规则运动形成电流,实际方向：正电荷运动的方向,参考方向：分析计算时，任意设定的假想方向，又叫正方向。,参考方向的表示方法,参考方向与实际方向一致，电流值为正值；参考方向与实际方向相反，电流值为负值。,参考方向与实际方向的关系,注意：在参考方向选定后，电流值才有正负之分。,若I=2A，则电流从a流向b；,例：,若I=2A，则电流从b流向
4、a。,1.2.2电压和电位,单位：伏(V)，千伏(kV)，毫伏(mV)，微伏(V),1.定义：电压是描述电场力移动电荷作功本领的物理量,大小：,2.电位的概念,某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。,参考方向：分析计算时，任意设定的假想方向，又叫正方向。,参考方向的表示方法,实际方向：从高电位指向低电位。（电位降方向）,3.电压的方向,参考方向与实际方向一致，电压值为正值；参考方向与实际方向相反，电压值为负值。,参考方向与实际方向的关系,注意：在参考方向选定后，电压值才有正负之分。,例：,若U=5V，则电压的实际方向从a指向b；,若U=5V，则电压的实际方
5、向从b指向a。,1.2.3电动势,单位：伏(V)，千伏(kV)，毫伏(mV)，微伏(V),大小：,分析计算时，也要假设参考方向。,根据结果的正负确定实际方向,忽略电源内阻时，,实际方向：电源内部从低电位指向高电位。（电位升方向）,1.2.4电功率和电能,电阻肯定消耗功率,起负载作用;电动势或电激流在电路中可能吸收功率（负载），也可能发出功率（电源）。,对电阻:,单位:MW,kW,W,mW等,对电源：,1、电功率,如何判断电路中的元件是发出功率（即电源）还是吸收功率（即负载）？,根据电压、电流的实际方向判断：,若电流从电路元件的低电位端流入，高电位端流出时，则该元件发生功率，起电源作用；,在一个
6、完整的电路内，电功率平衡，即总的发生功率等于总的吸收功率。P发生=P吸收,若电流从电路元件的高电位端流入，低电位端流出时，则该元件发生功率，起负载作用。,2、电能,单位:,例1图1-3中已知U1=-1V，U2=-3V，U3=-1V，U4=1V，U5=2V，I1=4A，I5=-2A,I3=-2A试判断各元件是电源还是负载，并验证功率平衡,元件1，3，4，5为负载；元件2为电源,1.3电路的几种状态,开关闭合，接通电源与负载,U2=IRL,特征:,1.3.1负载状态,R,L,U,S,+,-,R,l,R,0,R,l,FU,FU,S,U2,+,-,P=PEP,负载取用功率,电源产生功率,内阻、线路损耗
7、功率,负载大小的概念:负载增加指负载取用的电流和功率增加(电压一定)。,电气设备的额定值,额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值,电气设备的三种运行状态,欠载(轻载)：IPN(设备易损坏),额定工作状态：I=IN，P=PN(经济合理安全可靠),特征:,开关断开,1.3.2断路状态,电源外部端子被短接,1.3.3短路状态,1.4电路的基本定律,1.4.1.欧姆定律,I与U的正方向相同时,U=IR,I与U的正方向相反时,U=IR,通常取U、I参考方向相同。,1.4.2基尔霍夫定律,支路：电路中的每一个分支。一条支路流过一个电流，称为支路电流。,节点：三条或三条以上支路的连接点。,回路：由支路组成
8、的闭合路径。,（1）基尔霍夫电流定律(KCL)-应用于节点,在任一瞬间，流向任一节点的电流等于流出该节点的电流。,对节点a：,I1+I3=I2+I4,或I1+I3I2I4=0,例,基尔霍夫电流定律的依据：电流的连续性,若流入为正则流出为负,电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。,I=?,广义节点,I=0,I1+I2+I3=0,（2）基尔霍夫电压定律（KVL)-应用于回路,即：U=0,在任一瞬间，沿任一回路绕行一周，各段电压降的代数和恒等于零。,回路1：,回路2：,I1R1+I3R3E1=0,I2R2+I3R3E2=0,电压定律可以应用于一段电路,-U+EIR=0,-U+E+IR
9、=0,即U=EIR,即U=E+IR,节点a：,列电流方程,节点c：,节点b：,节点d：,（其中只有三个独立方程）,例1,列电压方程,对abda:,对bcdb:,对adca:,1.5电阻及其连接方式的等效变换,1.5.1.电阻元件,表征电路中消耗电能的理想电路元件，分为线性电阻和非线性电阻。,1.5.2二端网络及等效的概念,二端网络的概念：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,无源二端网络可化简为一个电阻,R1,R0,等效：,电流I及端电压U完全相同,1.5.3电阻的串联与并联,特点:1)各电阻一个接
10、一个地顺序相联；,两电阻串联时的分压公式：,R=R1+R2,3)等效电阻等于各电阻之和；,4)串联电阻上电压的分配与电阻成正比。,2)各电阻中通过同一电流；,应用：降压、限流、调节电压等。,（1）串联,（2）电阻的并联,两电阻并联时的分流公式：,(3)等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和；,(4)并联电阻上电流的分配与电阻成反比。,特点:(1)各电阻联接在两个公共的结点之间；,(2)各电阻两端的电压相同；,应用：分流、调节电流等。,1.6电源及其等效变换,1.6.1电压源,电压源模型,由上图电路可得:U=USIR0,若R0=0,理想电压源:UUS,US,电压源的外特性,电压源是由源电压US和内阻R
11、0串联的电源的电路模型。,若R0RL，IIS，可近似认为是理想电流源。,电流源,理想电流源（恒流源),例：,(2)输出电流是一定值，恒等于源电流IS；,(3)恒流源两端的电压U由外电路决定。,特点:,(1)内阻R0=；,设IS=10A，接上RL后，恒流源对外输出电流。,当RL=1时，I=10A，U=10V当RL=10时，I=10A，U=100V,外特性曲线,I,U,IS,O,电流恒定，电压随负载变化。,1.6.3电压源与电流源的等效变换,最简单的有源二端网络：,网络：一般指规模较大或结构较复杂的电路，如东北电网。,不必关心有源二端网络内部结构，如果1、2分别对同一电路或负载供电，,若输出电流I
12、和端电,则说二者作用等效。,压U完全相同，,电压源,+,电流源,电源作用等效：,输出的电流I及端电压U完全相同，则两个电源作用等效。,它们之间可以进行等效变换。,两个电源接有同样的负载，,3、电压源与电流源的等效变换,等效互换公式,I=IU=U,若:,I,电压源,+,R0,+,US,U,电流源,IS,+,由左图:,由右图:,等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。,理想电压源与理想电流源之间无等效关系。,电压源和电流源的等效关系只对外电路而言，对电源内部则是不等效的。,注意事项：,例：当RL=时，电压源的内阻R0中不损耗功率，而电流源的内阻R0中则损耗功率。,任何一个源电压US和某个电阻R串联
13、的电路，都可化为一个电流为IS和这个电阻并联的电路。,例1:,求下列各电路的等效电流源。,解:,a,例2:,求下列各电路的等效电压源。,解:,例3:,已知：U1=12V，U3=16V，R1=2，R2=4，R3=4，R4=4，R5=5，IS=3A，试用电压源与电流源等效变换的方法求电流I，计算恒流源IS的功率。,解：统一电源形式,解：,解：计算恒流源IS功率,I4=IS+I=3+(-0.2)=2.8A,UR4=I4R4=2.84=11.2V,PIS=ISUIs=311.2=33.6W,R4=4IS=3AI=0.2A,电流从高电位端流出，为电源。,UIs=UR4=11.2V,1.7线性网络的分析方
14、法,1、线性元件：元件的U-I关系可用一次线性方程（比例、积分、微分）描述时，称为线性元件。,2、线性电路：由线性有源元件和无源元件组成的电路。,U=IR,U=IR+US,线性无源元件,线性有源元件,1、支路电流法：以支路电流为未知量、应用基尔霍夫定律（KCL、KVL）列方程组求解。,对上图电路支路数：b=3,b,a,例1：求电流I1、I2、I3。,节点数：n=2,回路数：3,1.在图中标出各支路电流的参考方向，对选定的回路标出回路循行方向。,2.分别应用KCL、KVL对节点和回路列出3个独立的电流电压方程。,3.联立求解3个方程，求出各支路电流。,对节点a：,解：,I1+I2I3=0,对回路
15、1：,对回路2：,I1R1+I3R3=U1,I2R2+I3R3=U2,支路电流法的解题步骤:,(1)应用KCL列节点电流方程,因支路数b=6，所以要列6个方程。,(2)应用KVL列回路电压方程,(3)联立解出I1、I2、I3、I4、I5、I6,支路电流法是电路分析中最基本的方法之一，但当支路数较多时，所需方程的个数较多，求解不方便。,例2：,对结点a：I3I4I1=0,对回路abda：I1R1I6R6+I4R4U4=0,对结点b：I1+I6I2=0,对结点c：I2I3I5=0,对回路bcdb：I2R2+I5R5+I6R6=0,对回路adca：I4R4+U4+I3R3U3=0,试求各支路电流。,
16、2、叠加原理：对于线性电路，任何一条支路的电流，都可以看成是由电路中各个电源（电压源或电流源）分别作用时，在此支路中所产生的电流的代数和。,叠加原理,“恒压源不起作用”，就是将此恒压源短路；,“恒流源不起作用”，就是将此恒流源开路。,由图(c)，当IS单独作用时,同理：I2=I2+I2,由图(b)，当US单独作用时,原电路,+,US,R1,R2,(a),IS,I1,I2,US单独作用,=,+,R1,R2,(b),I1,I2,根据叠加原理,US,叠加原理只适用于线性电路。,不作用电源的处理：US=0，即将US短路；Is=0，即将Is开路。,线性电路的电流或电压均可用叠加原理计算，但功率P不能用叠
17、加原理计算。例：,注意事项：,解题时要标明各支路电流、电压的参考方向。若分电流、分电压与原电路中电流、电压的参考方向相反时，叠加时相应项前要带负号。,例1：,电路如图，试用叠加原理求电流I。,(a),解：由图(b)I=2A,I=I-I=1A,由图(c)I=1A,所以,将US短接,将IS断开,节点电压法适用于支路数较多，节点数较少的电路。,3、节点电压法：以节点电压为未知量，列方程求解。,在求出节点电压后，可应用基尔霍夫定律或欧姆定律求出各支路的电流或电压。,b,a,在左图电路中只含有两个节点，,若设b为参考点，,则只需求出Ua，即可求出各支路电流和各段电压。,2个节点的节点电压方程的推导：,设
18、：Ub=0V,(2)应用欧姆定律求各支路电流：,(1)用KCL对结点a列方程：I1I2+ISI3=0,将各电流代入KCL方程则有：,整理得：,注意：(1)上式仅适用于两个节点的电路。,(2)分母是各支路电导之和,恒为正值；分子中各项可以为正，也可以为负。当U与节点电压Uab极性相同时,取“+”；IS与节点电压Uab的参考方向相反时,取“+”。,2个节点的节点电压方程的推导：,即节点电压方程：,1.7等效电源定理,二端网络的概念：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（戴维南定理）,电流源（诺顿
19、定理）,有源二端网络可化简为一个电源,无源二端网络可化简为一个电阻,1、戴维南定理,任何一个有源二端线性网络都可以用一个等效电压源来代替。,等效电源的内阻R0等于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。,等效电源的源电压US就是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,例1：,电路如图，已知U1=4V，U2=2V，R1=R2=2，R3=3，试用戴维南定理求电流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,
20、解：(1)断开待求支路求等效电源的源电压US,例1：电路如图，已知U1=4V，U2=2V，R1=R2=2，R3=3，试用戴维南定理求电流I3。,US=U0=U2+IR2=2+0.52=3V,或：US=U0=U1IR1=40.52=3V,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）,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联关系。,例1：电路如图，已知U1=4V，U2=2V，R1=R2=2，R3=3，试用戴维南定理求电流I3。,解：(3)画出等效电路求电流I3,例1：电路如图，已知U1=4V，U2=2V，R1
21、=R2=2，R3=3，试用戴维南定理求电流I3。,2、诺顿定理,任何一个有源二端线性网络都可以用用一个等效电流源来代替。,等效电源的内阻R0等于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。,等效电源的源电流IS就是有源二端网络的短路电流，即将a、b两端短接后其中的电流。,等效电源,例1：,电路如图，已知U1=4V，U2=2V，R1=R2=2，R3=3，试用诺顿定理求电流I3。,a,b,有源二端网络,等效电源,解：(1)a、b两端短后，求等效电源的源电流IS,例1：电路如图，已知U1=4V，U2=2V，R1=R2=2，R3=3，试
22、用诺顿定理求电流I3。,a,b,a,解：(2)求等效电源的内阻R0,例1：电路如图，已知U1=4V，U2=2V，R1=R2=2，R3=3，试用诺顿定理求电流I3。,a,b,例1：,电路如图，已知U1=4V，U2=2V，R1=R2=2，R3=3，试用诺顿定理求电流I3。,a,b,解：(3)画出等效电路求电流I3,一、基本概念,电流、电压、电动势、电位、参考点、电功率、电能、实际方向、参考方向（正方向）、电压源、电流源,第一章小节,二、基本定律,1、欧姆定律（无源电路、有源电路）2、基尔霍夫定律（KCL、KVL）,三、分析方法,1、支路电流法（列KCL、KVL方程）2、节点电压法（支路多、节点少）
23、3、叠加原理4、等效电源定理（戴维南、诺顿）,练习1：,电路如图，已知U1=10V，IS=2A，R1=R2=4，R3=6，R4=2，求电流I3及各电源功率。,=,(a),解：由图(b),=,(a),由图(c),所以,练习1：,电路如图，已知U1=10V，IS=2A，R1=R2=4，R3=6，R4=2，求电流I3及各电源功率。,U1,IS,UIS,I3,R2,IUS,R3,+,R1,+,R4,练习2：,电路如图，已知US4=10V，IS=2A，R1=R4=4，R2=R5=R6=6，R3=2，I3=0，求（1）US3的大小，并标出极性；（2）恒流源Is、恒压源US3、US4的功率（3）C点电位。,
24、解：,（1）US3的大小，并标出极性,解：,（1）US3的大小，并标出极性,根据KVL定律：,解：,（2）恒流源Is、恒压源US3、US4的功率（3）C点电位,C,练习3：,电路如图所示，已知US=10V，IS=1A，R=5。求：（1）用戴维南定理求I；（2）A点电位；（3）恒流源IS的功率，判断它是电源还是负载。,解：,（1）用戴维南定理求I；,解：,（2）A点电位；（3）恒流源IS的功率，判断它是电源还是负载。,因为电流从高电位端流出，所以恒流源IS是负载。,电路如图所示，已知，。求：（1）用戴维南定理求；（2）A点电位；（3）恒流源的功率，判断它是电源还是负载。,*,试求各支路电流。,解：求节点电压Uab,应用欧姆定律求各电流,