电工高级电工基础

维修电工理论培训•模块二电工基础知识；电子技术知识；PLC知识。电工基础主要内容第一章直流电路基本概念；第二章复杂直流电路的分析计算；第三章单相交流电路的分析计算；1.1电路的概念一、电路的组成及其功能实体电路负载电源开关连接导线1、电路——把各种电气设备和元件，按照一定的连接方式构成的电流通路。也就是电流所流经的路径称为电路。2、分类：直流电路和交流电路。（1）电源——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。（2）负载——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。（3）导线——是用来连接电源和负载的元件。（4）开关——是控制电路接通和断开的装置。1.1电路的概念3、电路模型实体电路负载电源开关连接导线SRL+U–IUS+_R0电路模型电源负载中间环节用抽象的理想电路元件及其组合，近似地代替实际的器件，从而构成了与实际电路相对应的电路模型。1.1电路的概念•理想电路元件3、电路模型R+US–电阻元件只具耗能的电特性电容元件只具有储存电能的电特性理想电压源输出电压恒定，输出电流由它和负载共同决定理想电流源输出电流恒定，两端电压由它和负载共同决定。L电感元件只具有储存磁能的电特性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电路的概念二、电路的状态（1）电路中的电流为零，即：I=0（2）电源的端电压等于电源的电动势即：U1=E–IR0＝E+-IRoREU1=Uoc+-BDAC+-U21、断路状态特征:1.1电路的概念2.短路状态--电源外部端子被短接I+–U有源电路ISCIER0R+-U0+-+-U2BDAC特征:1.1电路的概念022000RIPPUREIISCESC特征:3.通路状态--开关闭合,接通电源与负载。负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率BD+-IRoREU1+-AC+-U2负载大小的概念:负载大小指负载电流或功率的大小，而不是电阻的大小。1.1电路的概念0210RIEIUIIREURREI--+PPPE-习题•电路具有三种状态：（）、（）和（）。通路断路短路•大负载电路是指所带负载电阻阻值大。（）×习题53.某一表头的量程Ig=100微安，内阻Rg=1000欧，如要改装成量程为1毫安，10毫安，100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.R总=Ig*Rg/（I3-Ig）=111.11欧R1=Ig(R总+Rg)/I1=1.11欧R2=Ig(R总+Rg)/I2-R1=10欧R3=R总-R1-R2=100欧1、电路中各点电位的计算1.2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参考点的电压；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Va=US1Vc=–US2Vb=I3R3若以d为参考点，则:+US1–US2简化电路US1+_R1+_US2R2R3I3abcddabcR1R2R3习题1.下图所示电路中U为（）。A.30VB.-10VC.-40VD.-30V16.图中A点电位为()。A．0VB．6VC．1VD.-1VAD2、负载获得最大功率的条件RLSUSIR0＋－L2L002SL2L0LL0LL2S2L0L2SL2L0SL2L)(4/)(/4/)()(RRRRURRRRRRRRURRRURRRURIP-+-+++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：02SmaxL4RUP1.2直流电路的分析计算18.当电源内阻为R0时,负载R1获得最大输出功率的条件是()。A．R1R0B．R1R0C．R1=2R0D．R1=R0D习题常用术语•支路：一个或几个二端元件首尾相接中间无分岔，使各元件上通过的电流相等。（m）•节点：三条或三条以上支路的汇集点。（n）•回路：电路中的任意闭合路径。（l）•网孔：不包含其它支路的单一闭合路径。m=3abl=3n=2112332网孔=2+_R1US1+_US2R2R3第二章复杂直流电路的分析计算2.1基尔霍夫定律1、基尔霍夫定律第一定律[KCL]•KCL定律的内容：任一时刻，流入电路中任一结点上电流的代数和恒等于零。数学表达式为：I1I2I3I4a–I1+I2–I3–I4=0通常规定以指向结点的电流取正，背离结点的电流取负。在此规定下，根据KCL可对结点a列出KCL方程：∑i=0（任意波形的电流）∑I=0（稳恒不变的电流）2.1基尔霍夫定律任一瞬间，沿任一回路参考绕行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。数学表达式为：ΣU=0基尔霍夫电压定律是用来确定回路中各段电压之间关系的电压定律。回路电压定律依据“电位的单值性原理”，其内容：I1+US1R1I4US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4先标绕行方向根据：U=0得：-U1-US1+U2+U3+U4+US4=02.1基尔霍夫定律2、基尔霍夫定律第二定律[KVL]I1+US1R1I4US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4–R1I1–US1+R2I2+R3I3+R4I4+US4=0–R1I1+R2I2+R3I3+R4I4=US1–US4电阻压降可得KVL另一形式：∑IR=∑US电源压升KVL定律的第二种形式:根据电路图将各电压改写为：-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0把上式加以整理：2.1基尔霍夫定律2、基尔霍夫定律第二定律[KVL]一个网孔就是一个回路，网孔数等于回路数。（）。127.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.×0U0IR0E0UI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电路方程，进而求解客观存在的各支路电流的方法，称支路电流法。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。2.2支路电流法定义适用范围支路电流法求解电路的步骤•确定已知电路的支路数m，并在电路图上标示出各支路电流的参考方向；应用KCL列写n-1个独立节点方程式。•应用KVL列写m-n+1个独立电压方程式。•联立求解方程式组，求出m个支路电流。2.2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，并用功率平衡校验求解结果。＋＋－－R1=7ΩR2=11ΩR3=7ΩUS1=70VUS2=6V图示电路n=2，m=3①②I1I2I3选取结点①列写KCL方程式:I1+I2－I3=0①选取两个网孔列写KVL方程对网孔Ⅰ：7I1+7I3=70②ⅠⅡ对网孔Ⅱ：11I2+7I3=6③支路电流法应用举例解:由方程式②可得：I1=10－I3④由方程式③可得：I2=(6－7I3)÷11⑤④⑤代入①可得：10－I3+[(6－7I3)÷11]－I3=0解得：I3=4A代入④⑤可得：I1=6A，I2=－2AR1上吸收的功率为：PR1=62×7=252WI2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R2上吸收的功率为：PR2=(－2)2×11=44WR3上吸收的功率为：PR3=42×7=112WUS1上吸收的功率为：PS1=－(6×70)=－420W发出功率US2上吸收的功率为：PS2=－(－2)×6=12W吸收功率元件上吸收的总功率：P=252+44+112+12=420W电路中吸收的功率等于发出的功率，计算结果正确支路电流法应用举例＋＋－－R1=4ΩR2=6ΩR3=5ΩUS1=15VUS2=10V①I1I2I3ⅠⅡ＋＋－－R1=4ΩR2=6ΩR3=5ΩUS1=15VUS2=10V如图所示的电路中，已知R1=4Ω，R2=6Ω，R3=5Ω，US1=15V,US2=10V，用支路电流法求各支路电流。解：各支路电流的参考方向及绕行方向如图所示。列方程如下：I1+I2+I3=0I1R1+I3R3=US1I2R2+I3R3=US2I1=1.56I2=0.2I3=1.76解得I1+I2+I3=04I1+5I3=156I2+5I3=10代入数据习题以假想的回路电流为未知量，根据KVL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、且网孔数较少的电路尤其适用。2.3回路电流法•定义•适用范围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的参考方向，同时作为回路的绕行方向；•建立各网孔的KVL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；•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。•联立求解方程式组，求出各假想回路电流。2.3回路电流法标出回路电流的参考绕行方向＋＋－－7Ω11Ω7Ω70V6V①I1I2显然回路电流自动满足KCL定律只需对两个网孔列写KVL方程：对网孔Ⅰ：14II+7IⅡ=70①IⅠ对网孔Ⅱ：18IⅡ+7IІ=6②•习题：用回路电流法求解下图例一电路中各支路电流。解：由方程式①可得：IⅡ=10－2II③将II=6A代入③得：IⅡ=－2AIⅡ代入②得：II=6A根据支路电流与回路电流的关系可得：I1=II=6AI2=IⅡ=－2AI3=II+IⅡ=6+(-2)=4A2.3回路电流法I3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US和一个电阻R0串联的有源支路等效代替。其中恒压源US等于线性有源二端网络的开路电压UOC，电阻R0等于线性有源二端网络除源后的入端等效电阻Rab。•内容：线性有源二端网络ababR0US+-只求解复杂电路中的某一条支路电流或电压时。•适用范围：2.4戴维南定理例题电路如图，已知E1=40V，E2=20V，R1=R2=4，R3=13，试用戴维南定理求电流I3。E1I1E2I2R2I3R3+–R1+–ER0+_R3abI3ab注意：“等效”是指对端口外等效即: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。有源二端网络等效电源解：(1)断开待求支路求等效电源的电动势EE1I1E2I2R2I3R3+–R1+–abA5.2A4420402121+-+-RREEIR2E1IE2+–R1+–ab+U0C–E=U0C=E2+IR2=20V+2.54V=30V或：E=U0C=E1–IR1=40V–2.54V=30V例题解：(2)求等效电源的内阻R0除去所有电源（理想电压源短路，理想电流源开路）E1I1E2I2R2I3R3+–R1+–abR2R1abR0从a、b两端看进去，R1和R2并联求内阻R0时，关键要弄清从a、b两端看进去时各电阻之间的串并联关系。+221210RRRRR，所以例题解：(3)画出等效电路求电流I3E1I1E2I2R2I3R3+–R1+–abER0+_R3abI3A2A13230303++RREI例题戴维南定理解题步骤归纳（1）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A、B）；（2）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UOC；（3）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RAB；（4）让开路电压等于等效电源的US，入端电阻等于等效电源的内阻R0，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求响应。2.4戴维南定理43.如下图所示电路中：E1=15v，E2=10v，E3=6v，R1=3Ω,R2=2Ω,R3=1.8Ω,R4=12Ω,用戴维南定理求I。习题43.1）断开R4，余下部分是一有源二端网络，求Uab?I’=(E1-E2)/(R1+R2)=(15-10)/(3+2)=1A所以，Uab=-E3+E2+I’R2=6V习题ab2）将网络内的所有电源短路，得下图的无源二端网络。其等效阻值为：Rab=R3+R1R2/(R1+R2