1、電工學及電氣設備電工學及電氣設備參考書目電工學及電氣設備（第四版）電工學及電氣設備（第四版） 侯樹文侯樹文 主編主編 水利水利水電出版社，水電出版社，2011電工學及電氣設備，華孝敏，中國水利水電電工學及電氣設備，華孝敏，中國水利水電出版社，出版社，2004。第一章第一章 電路分析電路分析基礎基礎第一節第一節 電路的基礎概念電路的基礎概念一、電路的組成及作用 組成：電工設備和器件（電源、負載、中間環節）組成：電工設備和器件（電源、負載、中間環節）作用：作用：1.電能的轉換、傳輸和分配； 發電廠的發電機組把水能或熱能轉換成電能，通過變壓器 、輸電線路傳送給各用戶，用戶又把電能轉換成機械能、熱能或

2、光能。2.信號的傳遞和處理。 電視機接受各發射臺發出的不同信號并進行放大、 處理，轉換成聲音和圖像 二、電路的基本物理量二、電路的基本物理量 1 1、電流電流 大小：用電流強度來衡量，電流強度工程上簡稱電流大小：用電流強度來衡量，電流強度工程上簡稱電流 符號：符號：I I或或i i。 I I 表示直流電，表示直流電，i i表示交流電。表示交流電。 單位：安培單位：安培(A)(A)，簡稱安。用單位有，簡稱安。用單位有mA(mA(毫安毫安) )、 uA uA ( (微安微安) )、 kA(kA(千安千安) )。 361A =10m A =10AQdqI=i=tdt公 式 ： （ 直 流 電 ） ，

3、（ 交 流 電 ）2 2、電位及電壓電位及電壓 電壓：電路中兩點之間的電位差。電壓：電路中兩點之間的電位差。 符號：符號：U U或或u u。 單位：伏特單位：伏特(V)(V)，簡稱，簡稱 V V 。 常用電位：千伏常用電位：千伏(KV)(KV)、毫伏、毫伏(mV)(mV)、微伏、微伏(uV)(uV)3361m10ABABVVVVUU1KV=10， =10公式：U電位：電位：定義：定義：相對于確定的參考點來說，相對于確定的參考點來說，參考點至關參考點至關重要，電路中某點重要，電路中某點A A的電位是指單位正電荷在的電位是指單位正電荷在電場力作用下，自該點沿任意路徑移動到參考電場力作用下，自該點沿

4、任意路徑移動到參考點所做的功。點所做的功。符號：符號：A A點電位點電位V VA A參考點的選取：只能選取一個，通常選擇接地參考點的選取：只能選取一個，通常選擇接地點為參考點，用符號點為參考點，用符號“”表示，在電子線路表示，在電子線路中常取若干導線交匯點或機殼作為參考點，用中常取若干導線交匯點或機殼作為參考點，用“”表示。表示。3 3、電動勢電動勢 定義：指單位正電荷在電源力作用下，自低電位定義：指單位正電荷在電源力作用下，自低電位端電源內部移動到高電位端所做的功。端電源內部移動到高電位端所做的功。 符號：符號：e e 或或 E E 單位：伏特單位：伏特(V)(V)4 4、功率功率定義：單位

5、時間內電場力所做的功。定義：單位時間內電場力所做的功。符號：符號：p p 或或P P表示表示單位：瓦特單位：瓦特(W)(W)，常用單位：千瓦，常用單位：千瓦(KW)(KW)、毫瓦、毫瓦(mW)(mW) 336110 mWKWWW1KW=10， =10三、三、 電壓、電流的關聯參考方向電壓、電流的關聯參考方向1 1、電流的參考方向電流的參考方向 正電荷的運動的方向為電流的方向。在分析計算正電荷的運動的方向為電流的方向。在分析計算電路的問題時，必須先假定某一元件電流的方向作為電路的問題時，必須先假定某一元件電流的方向作為參考方向（正方向）。參考方向（正方向）。 當電流的參考方向確定以后，如果計算出

6、的電流當電流的參考方向確定以后，如果計算出的電流為正值，說明實際方向與參考方向一致；若計算出的為正值，說明實際方向與參考方向一致；若計算出的電流為負值，則說明電流的實際方向與參考方向相反。電流為負值，則說明電流的實際方向與參考方向相反。12abba-III 或表示為I 或2 2、電壓的參考方向電壓的參考方向 電壓的方向，是從高位端指向低位端的方向，即電位降的方電壓的方向，是從高位端指向低位端的方向，即電位降的方向向 在分析電路的問題時，要假定電壓的參考方向。當電壓的參在分析電路的問題時，要假定電壓的參考方向。當電壓的參考方考方向確定后，分析或計算出的電壓若為正值，說明電壓的實際方向向確定后，分

7、析或計算出的電壓若為正值，說明電壓的實際方向與參考方向是一致的；若為負值，說明電壓的實際方向和參考方與參考方向是一致的；若為負值，說明電壓的實際方向和參考方向相反。向相反。圖（電壓的參考方向）圖（電壓的參考方向）3 3、電動勢的參考方向電動勢的參考方向 電動勢的方向指電位升高的方向，電動勢的方向指電位升高的方向，從低電位指向高電從低電位指向高電位的方向位的方向，與電壓的方向與電壓的方向相相反反。 電壓與電勢的關系：電壓與電勢的關系： 4 4、電壓、電流的關聯參考方向電壓、電流的關聯參考方向 一般來說，電壓、電流的參考方向可以任意假定，但一般來說，電壓、電流的參考方向可以任意假定，但為方便計為方

8、便計算，負載元件選取電壓的參考方向與電流的參考方向一算，負載元件選取電壓的參考方向與電流的參考方向一致，即關聯參考方向致，即關聯參考方向。歐姆定律：歐姆定律：關聯：關聯：U =IR U =IR 非關聯：非關聯：U = -IRU = -IR當當P=UIP=UI00時，表明該段電路吸收（消耗）功率，視為負載時，表明該段電路吸收（消耗）功率，視為負載當當P=UIP=UI00時，表明該段電路發出（釋放）功率，視為電源時，表明該段電路發出（釋放）功率，視為電源第二節第二節 電壓源、電流源及等效變換電壓源、電流源及等效變換一、電壓源及伏安特性一、電壓源及伏安特性1 1、理想電壓源理想電壓源 電源的端電壓與

9、輸出電流無關，是給定的時間電源的端電壓與輸出電流無關，是給定的時間函數，函數，u=uu=us s(t)=e(t)(t)=e(t)，稱為，稱為理想電壓源，理想電壓源， 理想電壓源的電流取決于外電路中負載的大小，理想電壓源的電流取決于外電路中負載的大小，如果是常數如果是常數u us s(t)=U(t)=US S，稱為直流電壓源，稱為直流電壓源 （又名恒壓（又名恒壓源）。源）。理想電壓源及伏安特性理想電壓源及伏安特性2 2、實際電壓源特性實際電壓源特性 實際電路中，理性電壓源是不存在的，總存在著電源內阻，可用實際電路中，理性電壓源是不存在的，總存在著電源內阻，可用下圖等效：下圖等效： 00020SS

10、SSSRUIIRUIRUIRUUIRRRUIU II RPPP， 電阻上消耗的電功率與負載上小號的電電阻上消耗的電功率與負載上小號的電功率之和為電壓源消耗的功率。功率之和為電壓源消耗的功率。實際電壓源及伏安特性實際電壓源及伏安特性二、電流源及伏安特性二、電流源及伏安特性1 1、理想電流源理想電流源 電源輸出的電流端電壓與無關，電流是給定的時間電源輸出的電流端電壓與無關，電流是給定的時間函數，函數，I=II=Is s(t)(t)，稱為，稱為理想電理想電流流源源， 理想電流源的電壓取決于外電器中負載的大小，如果理想電流源的電壓取決于外電器中負載的大小，如果是常數是常數i is s(t)=I(t)=

11、IS S，稱為直流電流源，稱為直流電流源 （又名恒流源）。（又名恒流源）。理想電流源及伏安特性理想電流源及伏安特性2 2、實際電流源特性實際電流源特性實際電路中，理性電流源是不存在的，總存在著電源內阻，可實際電路中，理性電流源是不存在的，總存在著電源內阻，可用下圖等效：用下圖等效：20020SSSUUIIUIUIRRUUIRUI，是電流源產生的功率，是內阻消耗的功率，是實際電流源輸出的功率，即負載上消耗的功率。實際電流源及伏安特性實際電流源及伏安特性三、電壓源與電流源的等效變換三、電壓源與電流源的等效變換 等效條件等效條件：000012=3SSSSRRUUI RIR、內電阻相等，即、或、理想電

12、壓源（或電動勢）的方向與理想電流源的 方向相反。四、電路的工作狀態四、電路的工作狀態0001,0,0,0,23SSSUUUPIRUIUIRUIRPUIRR 、開路、一般工作狀態，、額定工作狀態電工設備在額定值下運行，則稱為額定工作狀態。過載運行：超過額定值工作。欠載運行：低于額定值工作。4、短路與短接l 短路與短接短路與短接l電路中任一部分電路被電阻為零的導線直接接通，電路中任一部分電路被電阻為零的導線直接接通，使兩端電壓降為零叫短接；電源在輸出端被端接，使兩端電壓降為零叫短接；電源在輸出端被端接，稱為短路。稱為短路。第三節 基爾霍夫定律基本概念：基本概念： 節點：電路中三條或三條以上的連接點

13、稱為節節點：電路中三條或三條以上的連接點稱為節 點。點。 支路：電路中一個或若干個元件串聯而成的一段電支路：電路中一個或若干個元件串聯而成的一段電路。路。 回路：由若干條支路所組成的閉合路徑稱為回路回路：由若干條支路所組成的閉合路徑稱為回路一、基爾霍夫電流定律（一、基爾霍夫電流定律（KCLKCL） 內容：內容： 任一時刻，對電路中任一節點，所有支路電流的代任一時刻，對電路中任一節點，所有支路電流的代數和恒等于零，又名節點電流定律，簡稱數和恒等于零，又名節點電流定律，簡稱KCLKCL。 i(ti(t)=0)=0033120:0:0SIIIIIIIAB節點節點適用：節點、電路中任一假設的封閉面、線

14、性電路和非線性電路。圖廣義節點廣義節點二、基爾霍夫電壓定律（二、基爾霍夫電壓定律（KVLKVL） 內容：內容： 任一時刻，沿閉合回路繞行一周，各支路元件電壓的任一時刻，沿閉合回路繞行一周，各支路元件電壓的代數和恒等于零，又名回路電壓定律，簡稱代數和恒等于零，又名回路電壓定律，簡稱KVLKVL。 u(t)=0u(t)=04433222111000ABBCCFFASSUUUUUI RI RI RUI RU列寫回路電壓方程時，必須首先假定各支路電流的參考方向和回路電壓降得繞行方向。第四節第四節 電路的基本分析方法電路的基本分析方法一、支路電流法一、支路電流法 支路電流法是以支路電流為網絡變量，根據支

15、路電流法是以支路電流為網絡變量，根據KCLKCL和和KVLKVL及歐及歐姆定律，直接列出電路中的節點電流方程和回路電壓方程，然后姆定律，直接列出電路中的節點電流方程和回路電壓方程，然后聯立求解，求出個支路電流。聯立求解，求出個支路電流。步驟：步驟：1 1、假設各支路電流的參考方向和網孔（回路）的繞行方向，并假設各支路電流的參考方向和網孔（回路）的繞行方向，并 對各節點標上符號。對各節點標上符號。2 2、列列n-1n-1個獨立的個獨立的KCLKCL方程。方程。3 3、列列m m個獨立的回路電壓方程個獨立的回路電壓方程4 4、所列上述方程聯立求解，即可求出各支路電流。所列上述方程聯立求解，即可求出

16、各支路電流。1231232221113322233111:00:102030SSSSKCLIIIIIIKVLUI RI RUI RI RUI RI RU根據根據回路 ：回路 ：回路 ：該電路有3條支路，兩個節點，兩個網孔，電路中電阻、電壓均已知，計算各支路電流支路電流法舉例支路電流法舉例l支路電流法舉例支路電流法舉例二、節點電壓法二、節點電壓法 節點電壓法先定義節點的電壓為求解對象，根據基爾節點電壓法先定義節點的電壓為求解對象，根據基爾霍夫電流定律建立方程組，解出各節點電壓，然后由霍夫電流定律建立方程組，解出各節點電壓，然后由支路電壓電流關系最后求解出各支路電流。支路電壓電流關系最后求解出各支

17、路電流。注意事項：l各支路電流的參考方向與所列節點電壓方程中各量的正、負號無關。l與電流源串聯的電阻在方程中不出現，對結果無影響。l如果支路中只有理想電壓源，而沒有串聯電阻時，則該節點的電壓為已知，此時，可少列一個節點電壓方程。節點電壓法舉例12123451-250 ,40 ,102040202SSUV UVRRRRR 例已知電源電壓電阻，試用節點電壓法求各之路電流1135512524523335551111: ()1111:()111150+=10402210111140()2202022032,30,0.8=,SABSABABABABAABABABUAUURRRRRUBUURRRRRUUU

18、UV UV UI RAUUUUUI RIR解 ： 以 節 點 C為 參 考 點 ， 則 節 點 節 點 （） U 得 I 5135444245411.8,1.5,0.5BBAAUI RIA IIIAR III U節點電壓法舉例第五節 電路的基本定理一、疊加原理一、疊加原理 在線性電路中，當有兩個或兩個以上的獨立電源同時作用時，在線性電路中，當有兩個或兩個以上的獨立電源同時作用時，任意支路的電流或電壓，都可以看成是由電路中的各個獨立電源任意支路的電流或電壓，都可以看成是由電路中的各個獨立電源單獨作用時，在該支路中產生的電流或電壓的代數和。單獨作用時，在該支路中產生的電流或電壓的代數和。 1231133122332000SSIIII RI RUI RI RU1231133122332000SSIIII RI RUI RI RU111III 除源規則：電壓源所在位置短路，電流源所在位置開路。12121-31-21 a2