清华大学电工技术.pptx

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1、欢迎学习欢迎学习电工技术电工技术1.掌握电路的基本原理及分析方法,为学习电子技术打下基础。2.学习交流电路的基本原理，掌握正确及 安全用电方法，培养工作技能。3.学习电动机的基本原理和控制技术。4.通过实验,学习各种实验室常规电子仪器 的使用方法,锻炼电工方面的动手能力。第1页/共183页第1章 电路的基本概念与定律1.1 电路中的物理量1.2 电路元件1.3 基尔霍夫定律 2.1 电压源和电流源的等效互换 2.2 支路电流法第2章 电路的分析方法第2页/共183页1.1 电路中的物理量电池灯泡电流电压电动势EIRU+_电源负载第3页/共183页电路中物理量的正方向物理量的正方向：实际正方向假

2、设正方向实际正方向：物理中对电量规定的方向。假设正方向（参考正方向）：在分析计算时，对电量人为规定的方向。第4页/共183页物理量的实际正方向第5页/共183页物理量正方向的表示方法电池灯泡Uab_+正负号abUab（高电位在前，低电位在后）双下标箭 头Uabab电压+-IR电流：从高电位 指向低电位。IRUabE+_abU+_第6页/共183页物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法IRUab+_abU+_电压的正方向箭头和正负号是等价的,只用其中之一.IRUababU第7页/共183页电路分析中的假设正方向（参考方向）问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求

3、解？电流方向AB？电流方向BA？U1ABRU2IR第8页/共183页(1)在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法(3)根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；第9页/共183页规定正方向的情况下欧姆定律的写法I与U的方向一致U=IRaIRUbI与U的方向相反U=IRaIRUb第10页/共183页规定正方向的情况下电功率的写法功率的概念：设电路任意两点间的电压为 U,流入此 部分电路的电流为 I，则这部分电路消耗的功率为:IUP=如果U I方向不一致写法

4、如何？电压电流正方向一致aIRUb第11页/共183页规定正方向的情况下电功率的写法规定正方向的情况下电功率的写法aIRUb电压电流正方向相反P=UI功率有正负？第12页/共183页吸收功率或消耗功率（起负载作用）若 P 0输出功率（起电源作用）若 P 0电阻消耗功率肯定为正电源的功率可能为正（吸收功率），也可能为负（输出功率）功率有正负第13页/共183页电源的功率IUab+-P=UIP=UIIUab+-电压电流正方向不一致电压电流正方向一致第14页/共183页含源网络的功率IU+-含源网络P=UI电压电流正方向一致P=UI电压电流正方向不一致IU+-含源网络第15页/共183页 当 计算的

5、 P 0 时,则说明 U、I 的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。所以，从 P 的+或-可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。结 论在进行功率计算时，如果假设 U、I 正方向一致。当计算的 P 0=00第127页/共183页两种正弦信号的相位关系同相位 落后于相位落后领先于相位领先相位差为0与同相位第128页/共183页可以证明同频率正弦波运算后，频率不变。如：结论:因角频率（）不变，所以以下讨论同频率正弦波时，可不考虑，主要研究幅度与初相位的变化。幅度、相位变化频率不变第129页/共183页例幅度：已知：频率：初相位：A第130页/共183页21 jjj=90（90）=180=(

6、)()2211 sin sin90=+=tIitIimm90如果相位差为+180 或180,称为两波形反相例:第131页/共183页正弦波的表示方法瞬时值表达式相量必须小写前两种不便于运算，重点介绍相量表示法。波形图i 正弦波的表示方法：重点第132页/共183页 概念：一个正弦量的瞬时值可以用一个旋转矢量 在纵轴上的投影值来表示。正弦波的相量表示法矢量长度 =矢量与横轴夹角=初相位矢量以角速度 按逆时针方向旋转第133页/共183页有效值1.描述正弦量的有向线段称为相量(phasor)。若其 幅度用最大值表示，则用符号：最大值相量的书写方式2.在实际应用中，幅度更多采用有效值，则用符号：mU

7、mIUI 3.相量符号U、I 包含幅度与相位信息。mUU或第134页/共183页正弦波的相量表示法举例例1：将 u1、u2 用相量表示 相位：幅度：相量大小设：U1U2相位哪一个领先？哪一个落后？U2U1领先于第135页/共183页同频率正弦波的相量画在一起，构成相量图。例2：同频率正弦波相加-平行四边形法则U2U1Uu=u1+u2=()2221 sin2 j+=tUu()11 sin2j+tUu()sin2j+tU21UUU+=第136页/共183页U2U1U=180 用余弦定理求U：U2=U12+U22 2U1U2cos U2U1U用正弦定理求角：sin UU2sin =1+()sin2j

8、+tUu=第137页/共183页注意：1.只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不可以。2.只有同频率的正弦量才能画在一张相量图上，不同频率不行。新问题提出：平行四边形法则可以用于相量运算，但不方便。故引入相量的复数运算法。相量 复数表示法复数运算 第138页/共183页相量的复数表示将相量放到复平面上，可如下表示：Uab+1UjjsincosjUUjbaU+=+=a、b分别为U在实轴和虚轴上的投影第139页/共183页欧拉公式jUj=eUj代数式 指数式 极坐标形式 jj+=+=jUjbaU)sin(cosab+1U第140页/共183页设a、b为正实数jjeUjbaU=+=在第一象限在第四象限

9、jjeUjbaU=jjeUjbaU=+=在第二象限jjeUjbaU=在第三象限 在一、二象限，一般取值：180 0 在三、四象限，一般取值：0 -180 第141页/共183页+1U11=602=120U2U33=-120第142页/共183页计算相量的相位角时，要注意所在象限。如：43jU=43jU+=43jU=43jU+=例：第143页/共183页相量的复数运算1.复数加、减运算222111jbaUjbaU+=+=设：jjUebbjaaUUU=+=)()(212121则：第144页/共183页2.复数乘、除法运算)(212121jj+=jeAAAAA乘法：212211jjjjeAAeAA=

10、设：()212121jj=jeAAAA除法：第145页/共183页 j称为90旋转因子乘以+j使相量逆时针转90乘以-j使相量顺时针转90说明：设：任一相量A则：=o90eAjA)(j第146页/共183页复数符号法应用举例例1:已知瞬时值，求相量。已知:求：i 、u 的相量 解：A506.86301003024.141jI+=ooV5.190110602206021.311jU=oo第147页/共183页求：例2：已知相量，求瞬时值。解：已知两个频率都为 1000 Hz 的正弦电流其相量形式为：A10A601003021oojeII=第148页/共183页波形图瞬时值相量图复数符号法小结：正

11、弦波的四种表示法 Tijj=+=UeUjbaUjUI第149页/共183页符号说明瞬时值-小写u、i有效值-大写U、I复数、相量-大写 +“.”U最大值-大写+下标第150页/共183页正误判断tu=sin100？瞬时值复数U=第151页/共183页正误判断？瞬时值复数)15sin(2505015o+=teUj第152页/共183页一.电阻电路 uiR根据 欧姆定律 设则单一参数的正弦交流电路3.2正弦交流电路的分析与计算第153页/共183页tItRURuitUusin2sin2sin2=1.频率相同2.相位相同3.有效值关系：电阻电路中电流、电压的关系4.相量关系o0=UURIU=UI5.

12、相量图o0=IIo0=UUo0=IRRI=第154页/共183页电阻电路中的功率 uiR1.瞬时功率 p：瞬时电压与瞬时电流的乘积小写=2UIsin2 t第155页/共183页2.（耗能元件）结论：1.随时间变化tuipt电阻的瞬时功率波形图p=2UIsin2 t第156页/共183页2.平均功率（有功功率）P：一个周期内的平均值 大写 uiRP=UIU=IR=I2R=U2/R第157页/共183页二.电感电路 基本关系式：设cos2=tLIdtdiLu则iuL)90sin(2o+=tU)90sin(2o+=tIXL第158页/共183页电感电路中电流、电压的关系 1.频率相同 2.相位相差

13、90（u 领先 i 90）)90sin(2o+=tUuiu设：其中：U=IXL ，XL=L第159页/共183页3.有效值 感抗（）定义：4.相量关系o0=II设：oo9090=IUUXLo0=I j XL或 I=U/j XL第160页/共183页5.相量图o0=IIo90=UUU=I j XL I=U/j XL复数符号：有效值：I=U/XLUI第161页/共183页电感电路中复数形式的欧姆定律其中含有幅度和相位信息？u、i 相位不一致！()LXjIU=第162页/共183页感抗（XL=L）是频率的函数，表示电感电路中电压、电流有效值之间的关系，且只对正弦波有效。=0 时XL=0关于感抗的讨论

14、u+_LR直流U+_R第163页/共183页电感电路中的功率1.瞬时功率 p：iuL第164页/共183页储存能量P 0P 0uiiuL电压电流实际方向p为正弦波，频率加倍第165页/共183页 2.平均功率 P （有功功率）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）第166页/共183页3.无功功率 QQ 的单位：乏、千乏(var、kvar)Q 的定义：电感瞬时功率所能达到的最大值。用 以衡量电感电路中能量交换的规模。第167页/共183页基本关系式:设：三、电容电路uiC则：第168页/共183页 1.频率相同2.相位相差 90 （i 领先u 90）电容电路中电流、电压的

15、关系iu第169页/共183页3.有效值或 容抗（）定义：I则：第170页/共183页 4.相量关系设：则：第171页/共183页电容电路中复数形式的欧姆定律其中含有幅度和相位信息领先！第172页/共183页E+-e+-关于容抗的讨论直流 是频率的函数，表示电容电路中电压、电流有效值之间的关系，且只对正弦波有效。容抗0 时 第173页/共183页电容电路中的功率ui1.瞬时功率 p第174页/共183页充电p放电放电P 0储存能量uiuiuiuiiut第175页/共183页 2.平均功率 P第176页/共183页瞬时功率达到的最大值（吞吐规模）3.无功功率 Q（电容性无功取负值）单位：var，

16、乏第177页/共183页例uiC解：电流有效值求电容电路中的电流已知：C 1F求：I 、iV第178页/共183页瞬时值i 领先于 u 90电流有效值第179页/共183页1.单一参数电路中的基本关系电路参数基本关系复阻抗L复阻抗电路参数基本关系C电路参数R基本关系复阻抗小 结第180页/共183页 在正弦交流电路中，若正弦量用相量 表示，电路参数用复数阻抗（)表示，则复数形式的欧姆定律和直流电路中的形式相似。2.单一参数电路中复数形式的欧姆定律 电阻电路电感电路电容电路复数形式的欧姆定律第181页/共183页单一参数正弦交流电路的分析计算小结电路参数电路图（正方向）复数阻抗电压、电流关系瞬时值有效值相量图相量式功率有功功率 无功功率Riu设则u、i 同相0LiuCiu设则设则u领先 i 90u落后i 9000基本关系第182页/共183页感谢您的观看！第183页/共183页