电工高级电工基础课件.ppt
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- 电工 高级 基础 课件
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1、维修电工理论培训 模块二模块二 电工基础知识;电工基础知识; 电子技术知识;电子技术知识; PLC知识。知识。电工基础主要内容第一章第一章 直流电路基本概念;直流电路基本概念;第二章第二章 复杂直流电路的分析计算;复杂直流电路的分析计算;第三章第三章 单相交流电路的分析计算;单相交流电路的分析计算;1.1 1.1 电路的概念电路的概念一、电路的组成及其功能一、电路的组成及其功能实体电路实体电路负载负载电源电源开关开关连接导线连接导线1 1、电路、电路把各种电气把各种电气设备和元件,按照一定设备和元件,按照一定的连接方式构成的电流的连接方式构成的电流通路。也就是电流所流通路。也就是电流所流经的路
2、径称为电路。经的路径称为电路。2 2、分类:、分类:直流电路和交流电路直流电路和交流电路。(1 1)电源)电源是电路中产生电能的设备,它能将其它形式是电路中产生电能的设备,它能将其它形式的能量转变成电能。的能量转变成电能。(2 2)负载)负载将电能转换成其它形式能量的装置。如电灯将电能转换成其它形式能量的装置。如电灯泡、电炉、电动机等。泡、电炉、电动机等。(3 3)导线)导线是用来连接电源和负载的元件。是用来连接电源和负载的元件。(4 4)开关)开关是控制电路接通和断开的装置。是控制电路接通和断开的装置。1.1 1.1 电路的概念电路的概念3 3、电路模型、电路模型实体电路实体电路负载负载电源
3、电源开关开关连接导线连接导线S SR RL L+ + U UI IU US S+ +_ _R R0 0电路模型电路模型电源电源负载负载中间环节中间环节 用抽象的理想电路元件及其组合,近似地代替实际用抽象的理想电路元件及其组合,近似地代替实际的器件,从而构成了与实际电路相对应的电路模型。的器件,从而构成了与实际电路相对应的电路模型。1.1 1.1 电路的概念电路的概念理想电路元件理想电路元件3 3、电路模型、电路模型R+ US电阻元件电阻元件只具耗能只具耗能的电特性的电特性电容元件电容元件只具有储只具有储存电能的存电能的电特性电特性理想电压源理想电压源输出电压恒输出电压恒定,输出电定,输出电流由
4、它和负流由它和负载共同决定载共同决定理想电流源理想电流源 输出电流恒输出电流恒定,两端电压定,两端电压由它和负载共由它和负载共同决定。同决定。L电感元件电感元件只具有储只具有储存磁能的存磁能的电特性电特性IS 理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似,其电特性单一、精确,可定量分析和计算。C1.1 1.1 电路的概念电路的概念 二、电路的状态二、电路的状态(1 1)电路中的电流为零,)电路中的电流为零,即:即:I=0I=0(2 2)电源的端电压等于电)电源的端电压等于电源的电动势源的电动势即:即:U U1 1= =E EIRIR0 0E E+ + - -IRoREU1=Uoc+ + - -BD
5、AC+ + - -U21 1、断路状态、断路状态特征特征: :1.1 1.1 电路的概念电路的概念2.2.短路状态短路状态-电源外部端子被短接电源外部端子被短接I+U有有源源电电路路ISCIER0R+ + - -U0+ + - -+ + - -U2BDAC 特征特征: :1.1 1.1 电路的概念电路的概念022000RIPPUREIISCESC 特征特征: :3.3.通路状态通路状态开关闭合开关闭合, ,接通电源与负载。接通电源与负载。负载负载取用取用功率功率电源电源产生产生功率功率内阻内阻消耗消耗功率功率BD+ + - -IRoREU1+ + - -AC+ + - -U2负载大小的概念负载
6、大小的概念: : 负载大小指负载电流或功率的大小,负载大小指负载电流或功率的大小,而不是电阻的大小。而不是电阻的大小。1.1 1.1 电路的概念电路的概念0210RIEIUIIREURREI-+PPPE-习题电路具有三种状态:(电路具有三种状态:( )、()、( )和()和( )。)。通路通路断路断路短路短路 大负载电路是指所带负载电阻阻值大。(大负载电路是指所带负载电阻阻值大。( )习题53.53.某一表头的量程某一表头的量程Ig=100Ig=100微安,内阻微安,内阻Rg=1000Rg=1000欧,如要改装欧,如要改装成量程为成量程为1 1毫安,毫安,1010毫安,毫安,100100毫安的
7、毫安表,计算三个阻值。毫安的毫安表,计算三个阻值。0IRg=1k欧R1R3R2100mA10mA1mA100微安I1I2I30IRg=1k欧R1R3R2100mA10mA1mA100微安I1I2I353.R53.R总总= =IgIg* *RgRg/ /(I3-IgI3-Ig) =111.11=111.11欧欧R1=R1=Ig(RIg(R总总+Rg)/I1=1.11+Rg)/I1=1.11欧欧R2=R2=Ig(RIg(R总总+Rg)/I2-R1=10+Rg)/I2-R1=10欧欧R3=RR3=R总总-R1-R2=100-R1-R2=100欧欧1 1、电路中各点电位的计算、电路中各点电位的计算1.
8、2 1.2 直流电路的分析计算直流电路的分析计算 电路中某一点的电位是指由这一点到电路中某一点的电位是指由这一点到参考点参考点的电压;的电压;原则上电路参考点可以任意选取原则上电路参考点可以任意选取通常可认为参考点的电位为零值通常可认为参考点的电位为零值Va = US1Vc = US2Vb = I3 R3若以若以d d为参考点,则为参考点,则: :+US1 US2简简化化电电路路US1+_R1+_US2R2R3I3abcddabcR1R2R3习题1.1.下图所示电路中下图所示电路中U U为(为( )。)。A. 30V B. -10V A. 30V B. -10V C. -40V D.-30VC
9、. -40V D.-30V16.16.图中图中A A点电位为点电位为( )( )。 A A0V B0V B6V C6V C1V D.-1V 1V D.-1V A AD D2 2、负载获得最大功率的条件、负载获得最大功率的条件RLSUSIR0L2L002SL2L0LL0LL2S2L0L2SL2L0SL2L)(4/)(/4/)()(RRRRURRRRRRRRURRRURRRURIP-+-+ 当第二项中的分子为零时,分母最小,此时负载上获当第二项中的分子为零时,分母最小,此时负载上获得最大功率,最大功率为:得最大功率,最大功率为:02SmaxL4RUP1.2 1.2 直流电路的分析计算直流电路的分析
10、计算18.18.当电源内阻为当电源内阻为R R0 0 时时, ,负载负载R R1 1 获得最大输出功率的条件获得最大输出功率的条件是是( )( )。A AR R1 1RR0 0 B BR R1 1R127.在直流电路中,基尔霍夫第二定律的正确表达式是在直流电路中,基尔霍夫第二定律的正确表达式是( )。)。A. B. C. D. A. B. C. D. 0U0IR0E0UI习题习题 以支路电流为未知量,根据基尔霍夫两定律列出必要的以支路电流为未知量,根据基尔霍夫两定律列出必要的电路方程,进而求解客观存在的各支路电流的方法,称电路方程,进而求解客观存在的各支路电流的方法,称支支路电流法路电流法。
11、原则上适用于各种复杂电路,但当支路数很多时,方原则上适用于各种复杂电路,但当支路数很多时,方程数增加,计算量加大。因此,适用于支路数较少的电路。程数增加,计算量加大。因此,适用于支路数较少的电路。2.2 2.2 支路电流法支路电流法定义定义适用范围适用范围支路电流法求解电路的步骤支路电流法求解电路的步骤确定已知电路的支路数确定已知电路的支路数m m,并在电路图上标示出各,并在电路图上标示出各 支路电流的参考方向;支路电流的参考方向;l应用应用KCLKCL列写列写n-1n-1个个独立节点独立节点方程式。方程式。应用应用KVLKVL列写列写m-n+1m-n+1个个独立电压独立电压方程式。方程式。联
12、立求解方程式组,求出联立求解方程式组,求出m m个支路个支路电流电流。2.2 2.2 支路电流法支路电流法 用支路电流法求解下图所求电路中各支路电流,并用功用支路电流法求解下图所求电路中各支路电流,并用功率平衡校验求解结果。率平衡校验求解结果。R1=7R2=11R3=7US1=70VUS2=6V图示电路图示电路n=n=2 2,m=m=3 31 12 23 3选取结点选取结点列写列写KCLKCL方程式方程式: :I I1 1+I+I2 2I I3 3=0 =0 选取两个网孔列写选取两个网孔列写KVLKVL方程方程对网孔对网孔:7 7I I1 1+7+7I I3 3=70 =70 对网孔对网孔:1
13、111I I2 2+7+7I I3 3=6 =6 支路电流法应用举例支路电流法应用举例 解解: :由方程式由方程式可得:可得:I I1 1=10=10I I3 3 由方程式由方程式可得:可得:I I2 2=(6=(67 7I I3 3) )1111 代入代入可得:可得:1010I I3 3+(6+(67 7I I3 3) )1111I I3 3=0=0解得:解得:I I3 3=4A =4A 代入代入 可得:可得:I I1 1=6A=6A,I I2 2= =2A2AR R1 1上吸收的功率为:上吸收的功率为:P PR1R1=6=62 27=252W7=252WI I2 2得负值,说明它的实际方向
14、与参考方向相反。得负值,说明它的实际方向与参考方向相反。求各元件上吸收的功率,进行功率平衡校验求各元件上吸收的功率,进行功率平衡校验R R2 2上吸收的功率为:上吸收的功率为:P PR2R2=(=(2)2)2 211=44W11=44WR R3 3上吸收的功率为:上吸收的功率为:P PR3R3=4=42 27=112W7=112WU US1S1上吸收的功率为:上吸收的功率为:P PS1S1= =(6(670)=70)=420W 420W 发出功率发出功率U US2S2上吸收的功率为:上吸收的功率为:P PS2S2= =( (2)2)6=12W 6=12W 吸收功率吸收功率元件上吸收的总功率:元
15、件上吸收的总功率:P=P=252+44+112+12=420W252+44+112+12=420W电路中吸收的功率等于发出的功率,计算结果正确电路中吸收的功率等于发出的功率,计算结果正确支路电流法应用举例支路电流法应用举例R1=4R2=6R3=5US1=15VUS2=10V1 12 23 3 R1=4R2=6R3=5US1=15VUS2=10V如图所示的电路中,已知如图所示的电路中,已知R1=4,R2=6,R3=5,US1=15V, US2=10V,用支路电流法求各支路电流。,用支路电流法求各支路电流。解:解:各支路电流的参考方向及绕行各支路电流的参考方向及绕行方向如图所示。列方程如下:方向如
16、图所示。列方程如下:I1+ I2+I3 =0I1R1+I3R3 =US1I2R2+I3R3 =US2I1 =1.56I2=0.2I3=1.76解得解得I1+ I2+I3 =04I1+5I3=156I2+5I3=10代入代入数据数据习题习题 以假想的回路电流为未知量,根据以假想的回路电流为未知量,根据KVLKVL定律列出必要定律列出必要的电路方程,进而求解客观存在的各支路电流的方法,称的电路方程,进而求解客观存在的各支路电流的方法,称回路电流法。回路电流法。 原则上适用于各种复杂电路,但对于支路数较多、且原则上适用于各种复杂电路,但对于支路数较多、且网孔数较少的电路尤其适用。网孔数较少的电路尤其
17、适用。2.3 2.3 回路电流法回路电流法定义定义适用范围适用范围回路电流法求解电路的步骤回路电流法求解电路的步骤选取自然网孔作为独立回路,在网孔中标出各回路电流选取自然网孔作为独立回路,在网孔中标出各回路电流的参考方向,同时作为回路的绕行方向;的参考方向,同时作为回路的绕行方向;建立各网孔的建立各网孔的KVLKVL方程,注意自电阻压降恒为正,公共支方程,注意自电阻压降恒为正,公共支路上的互阻压降由相邻回路电流而定;路上的互阻压降由相邻回路电流而定;在电路图上标出客观存在的各支路电流参考方向,按照在电路图上标出客观存在的各支路电流参考方向,按照它们与回路电流之间的关系,求出各支路电流。它们与回
18、路电流之间的关系,求出各支路电流。联立求解方程式组,求出联立求解方程式组,求出各假想回路电流各假想回路电流。2.3 2.3 回路电流法回路电流法 标出回路电流的参考绕行方向标出回路电流的参考绕行方向711770V 6V1 12 2显然回路电流自动满足显然回路电流自动满足KCLKCL定律定律只需对两个网孔列写只需对两个网孔列写KVLKVL方程:方程:对网孔对网孔:1414I II I+7+7I I=70 =70 I I对网孔对网孔:1818I I+7+7I I=6 =6 习题:习题:用回路电流法求解下图例一电路中各支路电流。用回路电流法求解下图例一电路中各支路电流。解:解:由方程式由方程式可得:
19、可得:I I=10=102 2I II I 将将I II I=6A=6A代入代入得:得:I I= =2A2AI I代入代入得:得:I II I =6A=6A根据支路电流与回路电流的关系根据支路电流与回路电流的关系可得:可得:I I1 1= =I II I=6A =6A I I2 2= =I I= =2A 2A I I3 3= =I II I+ +I I=6+(-2)=4A=6+(-2)=4A2.3 2.3 回路电流法回路电流法3 3 对外电路来说,任何一个线性有源二端网络,均可以对外电路来说,任何一个线性有源二端网络,均可以用一个恒压源用一个恒压源U US S和一个电阻和一个电阻R R0 0串
20、联的有源支路等效代替。串联的有源支路等效代替。其中恒压源其中恒压源U US S等于线性有源二端网络的开路电压等于线性有源二端网络的开路电压U UOCOC,电阻,电阻R R0 0等于线性有源二端网络除源后的入端等效电阻等于线性有源二端网络除源后的入端等效电阻R Rabab。内容:内容:线性有线性有源二端源二端网络网络 ab a bR0US+- - 只求解复杂电路中的某一条支路电流或电压时。只求解复杂电路中的某一条支路电流或电压时。适用范围:适用范围:2.4 2.4 戴维南定理戴维南定理例题 电路如图,已知电路如图,已知E E1 1=40V=40V,E E2 2=20V=20V,R R1 1= =
21、R R2 2=4=4 ,R R3 3=13 =13 ,试用戴维南定理求电流,试用戴维南定理求电流I I3 3。E2I2R2I3R3R1ER0R3abI3ab注意:注意:“等效等效”是指对端口外等效是指对端口外等效 即即: :用等效电源替代原来的二端网络后,待求支路的电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。压、电流不变。有源二端网络有源二端网络等效电源等效电源解:解:(1)(1)断开待求支路求等效电源的电动势断开待求支路求等效电源的电动势E EE E1 1I I1 1E E2 2I I2 2R R2 2I I3 3R R3 3+ +R R1 1+ +a ab bA5 . 2A
22、4420402121 + +- - + +- - RREEIR R2 2E E1 1I IE E2 2+ +R R1 1+ +a ab b+ +U U0C0CE E = =U U0C0C= =E E2 2+IR+IR2 2=20V+2.5=20V+2.5 4V=30V4V=30V或:或:E E = =U U0C0C= =E E1 1IRIR1 1=40V2.5=40V2.5 4V=30V4V=30V例题解:解:(2)(2)求等效电源的内阻求等效电源的内阻R R0 0 除去所有电源(理想电压源短路,理想电流源开路)除去所有电源(理想电压源短路,理想电流源开路)E E1 1I I1 1E E2 2
23、I I2 2R R2 2I I3 3R R3 3+ +R R1 1+ +a ab bR R2 2R R1 1a ab bR R0 0从从a a、b b两端看进去,两端看进去,R R1 1和和R R2 2并联并联 求内阻求内阻R R0 0时,关键要弄清从时,关键要弄清从a a、b b两端看进去时各电阻之间两端看进去时各电阻之间的串并联关系。的串并联关系。+221210RRRRR,所所以以例题解:解:(3)(3)画出等效电路求电流画出等效电路求电流I I3 3E1I1E2I2R2I3R3+R1+abER0+_R3abI3A2A13230303 + + + + RREI例题戴维南定理解题步骤归纳戴维
24、南定理解题步骤归纳(1 1)将待求支路与原有源二端网络分离,对断开的两个端)将待求支路与原有源二端网络分离,对断开的两个端钮分别标以记号(如钮分别标以记号(如A A、B B););(2 2)应用所学过的各种电路求解方法,对有源二端网络求)应用所学过的各种电路求解方法,对有源二端网络求解其开路电压解其开路电压U UOCOC;(3 3)把有源二端网络进行除源处理(恒压源短路、恒流源开)把有源二端网络进行除源处理(恒压源短路、恒流源开路),对无源二端网络求其入端电阻路),对无源二端网络求其入端电阻R RABAB;(4 4)让开路电压等于等效电源的)让开路电压等于等效电源的U U,入端电阻等于等效电源
25、,入端电阻等于等效电源的内阻的内阻R R0 0,则戴维南等效电路求出。此时再将断开的待求支,则戴维南等效电路求出。此时再将断开的待求支路接上,最后根据欧姆定律或分压、分流关系求出电路的待路接上,最后根据欧姆定律或分压、分流关系求出电路的待求响应。求响应。2.4 2.4 戴维南定理戴维南定理43.43.如下图所示电路中:如下图所示电路中:E1=15vE1=15v,E2=10vE2=10v,E3=6vE3=6v,R1=3R1=3,R2=2,R2=2,R3=1.8,R3=1.8,R4=12,R4=12, ,用戴维南定理求用戴维南定理求I I。习题43.143.1)断开)断开R4R4,余下部分是一有源
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