1、 内容简介内容简介 本教材理论推导从简，计算思路交待详细，本教材理论推导从简，计算思路交待详细，概念述明来龙去脉，增加例题数量和难度档次，概念述明来龙去脉，增加例题数量和难度档次，章节分章节分“重计算重计算”及及“重概念重概念”两类区别对待，两类区别对待，编排讲究逐步引深的递进关系，联系工程实际，编排讲究逐步引深的递进关系，联系工程实际，训练动手能力，尽力为后续课程铺垫。借助类比训练动手能力，尽力为后续课程铺垫。借助类比及对偶手法，语言朴实简练，图文印刷结合紧密，及对偶手法，语言朴实简练，图文印刷结合紧密，便于自学与记忆，便于节省理论教学时数。适用便于自学与记忆，便于节省理论教学时数。适用于于
2、应用型本科应用型本科及及高职高高职高专电力类、自动化类、机电类、专电力类、自动化类、机电类、电器类、仪器仪表类、电子类及测控技术类专业。电器类、仪器仪表类、电子类及测控技术类专业。第第1章直流电路的计算章直流电路的计算2.1电阻元件的连接及分流、分压公式电阻元件的连接及分流、分压公式2.2实际电源间的等效变换实际电源间的等效变换2.3支路电流法与网孔电流法支路电流法与网孔电流法2.4节点电压法节点电压法2.5戴维南定理和诺顿定理戴维南定理和诺顿定理2.6齐次定理、叠加定理、替代定理齐次定理、叠加定理、替代定理2.7受控源的原型及其含受控源电路的计算受控源的原型及其含受控源电路的计算2.2实际电
3、源间的等效变换实际电源间的等效变换2.2实际电源间的等效变换实际电源间的等效变换2.2.1 理想电流源与电阻并联组合构成电流源模型理想电流源与电阻并联组合构成电流源模型 一、理想电流源的特性一、理想电流源的特性理想电流源的伏安关系曲线如图理想电流源的伏安关系曲线如图2-11（c）中的曲线，其特性为）中的曲线，其特性为（1）输出的电流）输出的电流I恒等于它的确定电流值恒等于它的确定电流值IS（或确定的时间函数），与其两（或确定的时间函数），与其两端的电压无关。端的电压无关。（2）两端的电压由）两端的电压由IS与外电路共同决定，可以是任意大小和方向。与外电路共同决定，可以是任意大小和方向。（3）I
4、S=0时，理想电流源没有作用，对外相当于开路。时，理想电流源没有作用，对外相当于开路。理想电流源在生产实际中是不可能实现的，它甚至允许输出无穷大的功率。理想电流源在生产实际中是不可能实现的，它甚至允许输出无穷大的功率。二、实际电源的电流源模型二、实际电源的电流源模型 数实际电源的电流源模型如图数实际电源的电流源模型如图211（b）所示，理想电）所示，理想电流源并联了一个对流源并联了一个对IS有分流作用的内电阻有分流作用的内电阻RS，该模型向外输，该模型向外输出的电流值出的电流值I要受其输出端电压要受其输出端电压U的影响。电流源模型内部产的影响。电流源模型内部产生的电流生的电流IS并没有完全输送
5、出去，而是要减去内电阻上的分并没有完全输送出去，而是要减去内电阻上的分流值流值U/RS，其输出电流为，其输出电流为ssUIIR其变化规律如图其变化规律如图211（c）中的曲线，从该曲线可清楚看）中的曲线，从该曲线可清楚看到随着端电压的增高输出电流下降，下降的量值就是内阻上到随着端电压的增高输出电流下降，下降的量值就是内阻上分去的电流。当输出端分去的电流。当输出端a、b间开路时，输出电流为零，开路间开路时，输出电流为零，开路电压电压UOCRSIS，IS全部通过内电阻形成通路；当输出端全部通过内电阻形成通路；当输出端a、b间短路时，输出电压为零，内电阻上没有分流，短路电流间短路时，输出电压为零，内
6、电阻上没有分流，短路电流ISCIS。电流源模型的内电阻越大，越接近于理想电流源。电流源模型的内电阻越大，越接近于理想电流源。2.2.2 理想电压源与电阻的串联组合构成电压源模型理想电压源与电阻的串联组合构成电压源模型 一、理想电压源的特性一、理想电压源的特性理想电压源的伏安关系曲线如图理想电压源的伏安关系曲线如图212（c）中的曲线，其特性为）中的曲线，其特性为（1）输出的电压）输出的电压U恒等于它的确定电压值恒等于它的确定电压值US（或确定的时间函数），与其（或确定的时间函数），与其流过的电流无关。流过的电流无关。（2）流过的电流由）流过的电流由US与外电路共同决定，可以是任意大小和方向。与
7、外电路共同决定，可以是任意大小和方向。（3）US=0时，理想电压源没有作用，对外相当于短路。时，理想电压源没有作用，对外相当于短路。理想电压源在生产实际中也不可能实现，它允许输出无穷大的功率。理想电压源在生产实际中也不可能实现，它允许输出无穷大的功率。二、实际电源的电压源模型二、实际电源的电压源模型 实际电源的电压源模型如图实际电源的电压源模型如图212（b）所示。电压源）所示。电压源模型中，理想电压源串联了一个对模型中，理想电压源串联了一个对US有分压作用的内电阻有分压作用的内电阻RS，它向外输出的电压值它向外输出的电压值U要受其输出端的电流要受其输出端的电流I的影响。电压源的影响。电压源模
8、型内部产生的电压模型内部产生的电压US并没有完全输送出去，而是要减去内并没有完全输送出去，而是要减去内电阻上的分压值电阻上的分压值RSI，其输出电压为，其输出电压为 ssUUR I其变化规律如图其变化规律如图212（c）中的曲线，这里横轴表示电流、）中的曲线，这里横轴表示电流、纵轴表示电压，从该曲线可清楚看到随着输出电流的增大输纵轴表示电压，从该曲线可清楚看到随着输出电流的增大输出电压下降，下降的量值就是内阻上分去的电压。当输出端出电压下降，下降的量值就是内阻上分去的电压。当输出端a、b间短路时，输出电压为零，短路电流间短路时，输出电压为零，短路电流ISC US/RS，US完完全降落在内电阻上
9、；当输出端全降落在内电阻上；当输出端a、b间开路时，输出电流为零，间开路时，输出电流为零，内电阻上没有分压，内电阻上没有分压，UOCUS。电压源模型的内电阻越小，越接近于理想电压源。电压源模型的内电阻越小，越接近于理想电压源。2.2.3 电流源模型的并联与电压源模型的串联电流源模型的并联与电压源模型的串联实际生产中，为了提高电源的带负载能力，即提高电源实际生产中，为了提高电源的带负载能力，即提高电源输出的电流，往往多个电源并联运行，如图所示。这时若采输出的电流，往往多个电源并联运行，如图所示。这时若采用电流源模型，则并联后等效电源的参数为用电流源模型，则并联后等效电源的参数为 121212ss
10、ssR RIIIRRR当一个电源的输出电压不当一个电源的输出电压不够时，为了提高输出电压，则够时，为了提高输出电压，则多个电源串联运行。如图所示。多个电源串联运行。如图所示。这时若采用电压源模型，则等这时若采用电压源模型，则等效电源的参数为效电源的参数为1112ssssUUURRR2.2.4 电流源模型与电压源模型之间的等效变换电流源模型与电压源模型之间的等效变换 同一实际电源既可用电流源模型等效，也可用电压源模型同一实际电源既可用电流源模型等效，也可用电压源模型等效，两者的输出端接相同的外电路时，端口的伏安关系式应等效，两者的输出端接相同的外电路时，端口的伏安关系式应相等，在外电路中引起的电
11、流、电压分配应相等，所以两者之相等，在外电路中引起的电流、电压分配应相等，所以两者之间必然存在相互等效的条件，如图所示。等效条件为间必然存在相互等效的条件，如图所示。等效条件为 SSSSSSSSRRUIUR IR 或 满足等效条件时，两者间可进行等效变换。最基本的变换满足等效条件时，两者间可进行等效变换。最基本的变换例如图所示，例如图所示，变换时应特别注意：理想电流源电流的箭头端与变换时应特别注意：理想电流源电流的箭头端与理想电压源的正极性端对应。理想电压源的正极性端对应。实际计算中实际计算中凡是与理想电压源串联的电阻、与理想电流源凡是与理想电压源串联的电阻、与理想电流源并联的电阻都可看成是其
12、内电阻，并参与等效变换。并联的电阻都可看成是其内电阻，并参与等效变换。这时变换这时变换演变成有源二端网络间的变换。演变成有源二端网络间的变换。P29 例例25P29 例例26解解 欲求最右支路欲求最右支路7电阻上的电流，把这条支路看作外电阻上的电流，把这条支路看作外电路，电路，保持原样不变形保持原样不变形，而将虚线以左的有源二端网络进行变，而将虚线以左的有源二端网络进行变换化简。化简从离换化简。化简从离a、b端口最远的支路（端尾）开始，逐步向端口最远的支路（端尾）开始，逐步向端口推进。端口推进。在在c、d之间，两条支路要并联合并。之间，两条支路要并联合并。并联合并的支路应先并联合并的支路应先变
13、换成电流源模型变换成电流源模型，如图，如图(b)所示，并联合并后的电路如图所示，并联合并后的电路如图(c)。这时这时a、c、d三点间有两个电流源模型要串联合并，串联合并三点间有两个电流源模型要串联合并，串联合并的支路应先变换成电压源模型，如图的支路应先变换成电压源模型，如图(d)。图。图(d)变成单网孔回变成单网孔回路，顺时针列出路，顺时针列出KVL方程方程 793400.5IIIA该题求出电流该题求出电流I以后，若还要求出以后，若还要求出I1、I2、I3、Ucd，在图，在图217（d）中这四个量因电路变换已不存在，必须回到变换前的原）中这四个量因电路变换已不存在，必须回到变换前的原图才能进行
14、计算，如图图才能进行计算，如图217（e）所示，这时）所示，这时I=0.5A已是已已是已知条件了。知条件了。根据根据KCL I3=2+0.5=2.5A根据根据KVL Ucd=2I3+7I=8.5V124.25A261.25A2cdcdUIUI电源等效变换时还应注意：电源等效变换时还应注意：1、电源模型的等效变换是对相同的外电路等效，对内并、电源模型的等效变换是对相同的外电路等效，对内并不等效。如当外电路断开时，电压源模型中没有能量的产生与不等效。如当外电路断开时，电压源模型中没有能量的产生与消耗，而电流源模型内部却有电流流通，消耗，而电流源模型内部却有电流流通，IS全部通过内电阻形全部通过内电
15、阻形成通路，理想电流源成通路，理想电流源IS发出功率，内电阻发出功率，内电阻RS消耗功率。消耗功率。2、理想电流源和理想电压源之间不能进行等效变换，如、理想电流源和理想电压源之间不能进行等效变换，如图所示。图所示。2.2.5 有源二端网络等效电路的难点分析有源二端网络等效电路的难点分析 图图219（a）中，）中，ab左侧左侧的理想电流源串联了一个电阻的理想电流源串联了一个电阻R，这个电阻不能对这个电阻不能对IS分流，因此不分流，因此不是理想电流源的内电阻。对外是理想电流源的内电阻。对外电路电路Rab而言，左侧的等效电路而言，左侧的等效电路就是电流源本身，电阻就是电流源本身，电阻R的大小的大小不
16、影响流过不影响流过Rab的电流，的电流，Rab的电的电流仅由流仅由IS决定，因此与理想电流决定，因此与理想电流源串联的元件对外电路而言可源串联的元件对外电路而言可短路对待。短路对待。R的存在只会影响理的存在只会影响理想电流源两端的电压想电流源两端的电压U，上图中，上图中U=3V，而在等效图中，而在等效图中U=2V。这进一步说明等效电路仅对外这进一步说明等效电路仅对外等效对内不等效。等效对内不等效。图图219（b）中，）中，ab左侧的理想电压源并联了一个电阻左侧的理想电压源并联了一个电阻R，这个电阻不能对这个电阻不能对US分压，因此不是理想电压源的内电阻，对外分压，因此不是理想电压源的内电阻，对
17、外电路电路Rab而言，左侧的等效电路就是电压源本身而言，左侧的等效电路就是电压源本身，电阻，电阻R的大小的大小不影响不影响Rab两端的电压，两端的电压，Rab两端的电压仅由两端的电压仅由US决定，因此与理决定，因此与理想电压源并联的元件对外电路而言可开路对待。想电压源并联的元件对外电路而言可开路对待。R的存在只会的存在只会影响流过理想电压源的电流影响流过理想电压源的电流I，上图中，上图中I=4A，而在等效图中，而在等效图中I=1A。P32 例例272.2.6 电气设备的额定值和电源的三种工作状态电气设备的额定值和电源的三种工作状态 一、电气设备的额定值一、电气设备的额定值 接在电路中的电气设备
18、及元件，其工作电流、电压和功率接在电路中的电气设备及元件，其工作电流、电压和功率都有一个规定的限额值，这个数值称为额定值。按照额定值使都有一个规定的限额值，这个数值称为额定值。按照额定值使用电气设备及元件可以安全可靠、充分发挥其效能，并且保证用电气设备及元件可以安全可靠、充分发挥其效能，并且保证正常的使用寿命。额定值通常用正常的使用寿命。额定值通常用UN、IN、PN等表示，这些额定等表示，这些额定值常标记在设备的铭牌上。对于值常标记在设备的铭牌上。对于UN、IN、PN三个电量，没有必三个电量，没有必要全部给出，一般给出两个，其余的可以由公式推算出来。例要全部给出，一般给出两个，其余的可以由公式
19、推算出来。例如对灯泡、电烙铁等通常只给出额定电压和额定功率；而对于如对灯泡、电烙铁等通常只给出额定电压和额定功率；而对于电阻器除电阻值外，只给出额定功率。电气设备和器件工作时，电阻器除电阻值外，只给出额定功率。电气设备和器件工作时，实际电流、电压和功率等于额定值，这时实际电流、电压和功率等于额定值，这时I=IN称为满载；当电称为满载；当电流和功率低于额定值时，流和功率低于额定值时，IIN称为过载，设备称为过载，设备可能因为过热而缩短使用寿命。可能因为过热而缩短使用寿命。二、电源的三种工作状态二、电源的三种工作状态 1、电源的有载工作状态。将、电源的有载工作状态。将图图221（a）所示电路中的开
20、）所示电路中的开关关S闭合，电源与负载接通，闭合，电源与负载接通，电源有一定的电流输出，这种电源有一定的电流输出，这种工作状态称为有载工作状态。工作状态称为有载工作状态。电流大小为电流大小为可见可见R愈小，愈小，I愈大。值得注意愈大。值得注意的是，的是，常说的常说的“负载大负载大”指的指的是负载取用的电流大，并不是是负载取用的电流大，并不是指负载电阻值的大小。指负载电阻值的大小。2电源的开路工作状态。将电源的开路工作状态。将图图221（a）所示电路中的开）所示电路中的开关关S断开，电源处于开路状态断开，电源处于开路状态（又称为空载），开路时可认（又称为空载），开路时可认为外电路电阻为无穷大。这
21、时为外电路电阻为无穷大。这时电源输出端无电流流过，电源输出端无电流流过，I=0；其输出电压称为开路电压，用其输出电压称为开路电压，用Uoc表示，此时表示，此时Uab=Uoc=US，电源的内电阻上没有分压。电源的内电阻上没有分压。SSUIRR3电源的短路工作状态。在图电源的短路工作状态。在图221（b）中，如果）中，如果a、b间间通过一段导体连接了起来，因导体电阻极小，可忽略不计，所通过一段导体连接了起来，因导体电阻极小，可忽略不计，所以以a、b两点等电位。电流两点等电位。电流I全部从该导体流过，负载电压为全部从该导体流过，负载电压为0，这种情况称为短路，其短路电流用这种情况称为短路，其短路电流用ISC表示，有表示，有 SSCSUIR此时由于电源内阻此时由于电源内阻RS很小，故很小，故ISC很大，这会引起电源和导线绝很大，这会引起电源和导线绝缘的损坏，甚至引起火灾。生产实际中往往安装熔断器或电流缘的损坏，甚至引起火灾。生产实际中往往安装熔断器或电流保护装置来预防这种情况发生。保护装置来预防这种情况发生。
