电工技能培训-22电工学第六版(第七版)课件
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1、 第第2章章 电路的分析方法电路的分析方法 2.1 电阻串并联联接的等效变换电阻串并联联接的等效变换 2.3 电源的两种模型及其等效变换电源的两种模型及其等效变换 2.4 支路电流法支路电流法 2.5 结点电压法结点电压法 2.6 叠加原理叠加原理 2.7 戴维宁定理与诺顿定理戴维宁定理与诺顿定理 本章要求本章要求: : 1.1.掌握用支路电流法、结点电压法、叠加原理掌握用支路电流法、结点电压法、叠加原理 和戴维宁定理分析电路的方法;和戴维宁定理分析电路的方法; 2. 理解实际电源的两种模型及其等效变换;理解实际电源的两种模型及其等效变换; 3. 掌握含受控源电路的分析方法。掌握含受控源电路的
2、分析方法。 第第2章章 电路的分析方法电路的分析方法 end 2.1 电阻串并联联接的等效变换电阻串并联联接的等效变换 如果电路中有两个或两个以上的电阻串联,这些如果电路中有两个或两个以上的电阻串联,这些 电阻的串联可以等效为一个电阻。电阻的串联可以等效为一个电阻。 21 RRR + - + - - + 1 R 2 R 1 U 2 U U I + I RU 2.1.1 电阻的串联电阻的串联 IRRU 21 RIU 等效等效 所谓等效是指两个电路 对外的伏安关系相同。 伏安关系 两个串联电阻上的电压分别为:两个串联电阻上的电压分别为: + - + - - + 1 R 2 R 1 U 2 U U
3、I U RR R IRU 21 1 11 U RR R IRU 21 2 22 式中式中G为电导,是电阻的倒数。在国际单位制中,为电导,是电阻的倒数。在国际单位制中, 电导的单位是电导的单位是西门子(西门子(S)。 21 GGG 21 111 RRR 上式也可写成上式也可写成 两个或两个以上的电阻的并联也可以用一个电阻两个或两个以上的电阻的并联也可以用一个电阻 来等效。来等效。 + - 1 R 2 RU I 1 I 2 I + - I UR 2.1.2 电阻的并联电阻的并联 两个并联电阻上的电流分别为:两个并联电阻上的电流分别为: + - 1 R 2 RU I 1 I 2 II RR R I
4、21 2 1 I RR R I 21 1 2 计算图中所示电阻电路的等效电阻R,并 求电流 I 和I5 。 例题例题2.12.1 1 R 2 R 2 2 7 R 3 V3 I 4 65 R 6 R 1 4 R 4 5 I 3 R 可以利用电阻串联与并联的特征对电路进行简化可以利用电阻串联与并联的特征对电路进行简化 7 R 3 V3 I 6 R1 34 R 2 1 12 R 12 I 5 I 5 R 6 7 I 7 R 3 V3 I 2 1 12 R 12 I 7 I 3456 R 1 R 2 R 2 2 7 R 3 V3 I 4 65 R 6 R 1 4 R 4 5 I 3 R V3 I 5
5、1R (a) (b) (c) (d) 解解 由(d)图可知 5 1R, A R U I1 7 7 7 R 3 V3 I 6 R 1 34 R 2 1 12 R 12 I 5 I 5 R 6 7 I AIII1 712 A R U I2 12 5634 634 5 I RRR RR I A 3 1 (c) 由(c) 图可知 V3 I 5 1R end 任何一个实际的电源,例如发电机电池或各种信号任何一个实际的电源,例如发电机电池或各种信号 源,都含有电动势源,都含有电动势E和内阻和内阻R0, ,可以看作一个理想电压源可以看作一个理想电压源 和一个电阻的串联。和一个电阻的串联。 U L R I a
6、 b E 0 R 2.3.1 电压源电压源 E 0 R U L R I a b 等效电压源等效电压源 实际的电源实际的电源 2.3 电源的两种模型及其等效变换电源的两种模型及其等效变换 E 0 R U L R I a b + - U 0 I EU O 电 压 源 0 R E IS 0 IREU 根据电压方程根据电压方程 作出电压源的作出电压源的外特性外特性曲线曲线 理想电压源 当当 = 0 或或 时时, 这样的电压源被称为这样的电压源被称为理想电理想电 压源也称恒压源压源也称恒压源。 0 R L R 0 R 理想电压源的理想电压源的特点特点: : 1、无论负载或外电路如何变化、无论负载或外电路
7、如何变化, ,电压源两端的电压源两端的电压不变电压不变; 2、通过它的、通过它的电流电流由由外电路决定外电路决定。 R=10,I=1A 例如例如 + 10V - R I R=1, I=10A 理想电压源的理想电压源的开路与短路开路与短路: : E + _ I U + _ ( 1 ) 开路开路 (2)短路短路 I=0,U=E 不允许不允许直接短路直接短路 电源除用电动势电源除用电动势 E 和内阻和内阻 串联的串联的 电路模型表示以外,还可以用另一种电电路模型表示以外,还可以用另一种电 路模型来表示。路模型来表示。 0 R I a b L R 0 R + - 0 R E s I 0 R U U 2
8、.3.2 电流源电流源 I a b L R 0 R + - 0 R E s I 0 R U U I R U I s 0 我们可以用下面的图来表示这一伏安我们可以用下面的图来表示这一伏安 关系关系 负载两端的电压负载两端的电压 和电流没有发生和电流没有发生 改变。改变。 等效电流源等效电流源 I a b L R 0 R + - 0 R E s I 0 R U U 当当 时,这样的电源被称为时,这样的电源被称为理想电流源理想电流源 也称恒流源也称恒流源。 0 R L R U 0 I 0 RIU SO 电 流 源 S I I a b L R 0 R E s I U + - 理 想 电 流 源 I R
9、 U I s 0 理想电流源的理想电流源的特点特点: 1、无论负载或外电路如何变化,电流源输出的、无论负载或外电路如何变化,电流源输出的电流不变电流不变; 例如例如 + U - R IS=2A R=10,U=20V R=1, U=2V 2、电源两端、电源两端电压电压由外电路决定由外电路决定。 理想电流源的理想电流源的短路与开路短路与开路: (2) 开路:开路: (1) 短路:短路: IS I U + _ I= IS ,U=0 不允许不允许开路开路 例例1 求求I I及各元件的功率。及各元件的功率。 IR 解:解: 由由KCL得得 I =1-IR=1-0.4=0.6A 电流源功率电流源功率 发出
10、发出功率功率 电压源功率电压源功率 电阻功率电阻功率 P吸收 吸收= P产生 产生 IR=2/5=0.4A P1= -1 2 = -2W P2=2 0.6 = 1.2W 吸收吸收功率功率 PR= 2 0.4 = 0.8W 5 2V 1A + _ I I 吸收吸收功率功率 解:解: 由由KCL得得 又又, U1=3I= -6(V) U+U1+3-2=0 图示电路:求图示电路:求U和和I。 例例2 3+1-2+I=0,I= -2(A) 由由KVL得得 则则: U=5(V) I 1A 3A 2A 3V 2V 3 U U1 例例3 Is 理想电理想电压压源与任何电路的源与任何电路的并并联,联,对外对外
11、都等效于该电压源。都等效于该电压源。 X + US - + US - I1 = 5A I1 = 5A 不变!不变! + - 2 I I1 1 10V 10V 2 I I1 1 10V 2 I1 等效为等效为 2A U + _ 2 例例4 U = = 4V U = 4V 不变!不变! + + - - 理想电理想电流流源与任何电路的源与任何电路的串串联,联,对外对外都等效于该电流源。都等效于该电流源。 IS X IS 2A U + _ 2 等效为等效为 2.3.3 电压源与电流源及其等效变换电压源与电流源及其等效变换 E 0 R U L R I a b I a b L R 0 R + - 0 R
12、E s I 0 R U U 两种电源模型:两种电源模型: 0 IREUI R U I s 0 等效等效 0 IREU R IS + _ E R 注意方向注意方向 R E S IRI s E或或 一般不限于内阻一般不限于内阻 ,只要一个电动势为,只要一个电动势为E的理想的理想 电压源和某个电阻电压源和某个电阻R串联的电路,都可以化为一个电串联的电路,都可以化为一个电 流为流为 的理想电流源和这个电阻并联的电路。的理想电流源和这个电阻并联的电路。 0 R R E 2、理想电压源与理想电流源之间、理想电压源与理想电流源之间不不存在等效变换。存在等效变换。 注意注意: 1、等效只对外电路而言、等效只对
13、外电路而言,对对电源电源内内部部不不等效;等效; V6 A2 6 2 V4 4 1 I a b 3 具体步骤如下 1 试用等效变换的方法计算图中 电阻上 的电流I。 例题例题2.3.22.3.2 3 A2 6 2 V4 4 1 I a A2 b 2 2 V4 4 1 I a b A4 2 2 V4 4 1 I a b V8 解解 4 1 I a b A2 A1 4 AI2 12 2 3 2 2 V4 4 1 I a b V81 I a b A32 end 2.4 支路电流法支路电流法 支路电流法支路电流法:以各以各支路电流支路电流为为 未知量,应用未知量,应用基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电流定律
14、和 电压定律电压定律分别对结点和回路列写电分别对结点和回路列写电 路方程分析电路的方法。路方程分析电路的方法。 举例说明:举例说明: b=3 I1 I2 I3 (1) 标定各支路电流的参考方向标定各支路电流的参考方向 (2) 对任意对任意(n-1)个结点列写个结点列写KCL方程方程 I1-I2-I3=0 (1) (3) (3) 选定选定b-(n-1)=2个独立回路,列个独立回路,列 写写KVL方程。若以网孔为独立回路,方程。若以网孔为独立回路, 则可得则可得 R1I1+R2I2+Us2-Us1=0 (2) (4) 联立求解,求出各支路电流,进一步求出各支联立求解,求出各支路电流,进一步求出各支
15、 路电压。路电压。 Us1 Us3 R1 1 R2 R3 - - + + + + - - Us2 + + - - -R2I2+I3R3+Us3-Us2=0 (3) n=2 _ E G 1 R 2 R 3 R 4 R 1 I 2 I 3 I I 4 I G I 5 21 RR10 3 R 5 4 RVE12 在右图所 示的桥式电路中,中 间是一检流计,其电 阻 为 , 试求 检流计中的电流 。 G I 10 G R 例题例题2.4.22.4.2 已知已知 _ E G 1 R 2 R 3 R 4 R 1 I 2 I 3 I I 4 I G I 数一数 : b=6, n=4 我们先来列我们先来列3个
16、结点个结点 电流方程,选电流方程,选a、 b、 c三三 个结点个结点 对结点对结点a: 0 21 G III 0 43 III G 0 42 III 解解 对结点对结点b: 对结点对结点c: b c d a _ E G 1 R 2 R 3 R 4 R 1 I 2 I 3 I I 4 I G I 再来列三个电压方 程,选图中的三个 回路 对回路abda 0 3311 IRIRIR GG 0 4422 GG IRIRIR 0 4433 EIRIR a b c d 对回路acba 对回路dbcd 解上面的六个方程得到解上面的六个方程得到 的值的值 G I AI G 126.0 我们发现当支路数较多而
17、只求一条支路的我们发现当支路数较多而只求一条支路的 电流时用支路电流法计算,极为繁复。电流时用支路电流法计算,极为繁复。 end 1 2 3 例例2. 列写如图电路的支路电流方程列写如图电路的支路电流方程(含理想电流源支路含理想电流源支路)。 b=5, n=3 KCL方程:方程: - - I1- - I2 + I3 = 0 (1) R1 I1- -R2I2 = US (3) KVL方程:方程: I1 I3 I2 I5 I4 解:解: - - R4 I4+ +U = 0 (5) R2 I2+ +R3I3 + + R4 I4 = 0 (4) R1 I1- -R2I2 = US (3) R2 I2+
18、 +R3I3 + + R4 I4 = 0 (4) 问:若电流源在中间支路,该如何列写方程?问:若电流源在中间支路,该如何列写方程? + U US IS R1 R2 R3 b a + c R4 - - I3+ + I4 I5 = 0 (2) I5 = = IS KCL方程:方程: - - I1- - I2 + I3 = 0 (1) I3+ + I4 + + Is = 0 (2) R1 I1- -R2I2 - Us=0 (3) KVL方程:方程: R2 I2+ +R3I3 - - R4 I4 = 0 (4) 解:解: c I1 I3 US IS R1 R2 R3 b a + I2 I4 R4 2.
19、5 结点电压法结点电压法 当电路中支路较多,结点较少时当电路中支路较多,结点较少时 可选其中一个结点作参考点,求出其可选其中一个结点作参考点,求出其 他结点相对于参考点的电压,进而他结点相对于参考点的电压,进而 求出各支路电流。这种方法称为求出各支路电流。这种方法称为结点结点 电压法电压法。 以上图为例,共有三个结点三个结点,我们选取电源的 公共端作为参考点, S I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 1 R 2 R 3 R 4 R 5 R 1S U 2S U + - b a 通过a、b两点的结点电流方 程,分别建立a、b两点的电压方程。 o 六条支路 0 354 S IIII 0 32
20、1 S IIII 先列结点的电流方程 a a点 b b点 S I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 1 R 2 R 3 R 4 R 5 R 1S U 2S U + - O b 再看各支路 的伏安关系 a S I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 1 R 2 R 3 R 4 R 5 R 1S U 2S U + - O a b 4 b 4 R V I 44b IRV 33I RVVU baab 1 1 1 R UV I Sa 111Sa URIV 22I RVa 2 2 R V I a 255Sb UIRV 5 2 5 R UV I Sb 将各支路电流值代入结点电流方程 3 3 R V
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- 电工 技能 培训 22 电工学 第六 第七 课件
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