电工与电子技术学习指导

电工与电子技术学习指导电工电子技术体系结构电路部分学习指导电路分析部分即是本教学的重点也是难点。这是因为电路的用途十分广泛，无论是在日常生活、还是在工业、农业、交通和国防等各个方面都十分重要。这部分的内容又是十分灵活，有些甚至难以全面掌握。电路分析的概念是严格的，理论是严密的，方法是灵活的。电路分析的体系是完整的，内容是连续的，理论和实践要相互结合的。电路分析的线索是电流和电压。要抓住电流和电压的关系这个线索，从电路元件到整个电路一步一步地展开学习，从而掌握各种电路的求解方程。要熟悉这些方程的数学解法，以达到对各种电路能迅速求解。一直流电路学习指导直流电路是电路最基本的一部分，也是十分重要的一部分。在这部分中将介绍电路的组成、理想的电路元件、电路模型。模型的概念不仅学习电路知识要用，在后读的其它课程中，模型的概念也是十分重要的。在这章中介绍的电路定律、电路理论和电路的分析方法。不仅适用于直流电路，也适用于以后各章介绍的其它电路。它是整个电路分析中的基本定律、基本定理和基本方法。可以说第一章是整个电路的基础。这一章的学习，不仅要掌握本章的基本内容。更要掌握电路部分的研究方法和学习方法。给后续的学习奠定一个好的基础。学习线索:以电流和电压为线索，讨论电路元件上的电流和电压的关系，引出。欧姆定津。研究电路节点上的电流关系，引出基尔霍夫第一定律。研究电路回路的电压关系，引出基尔霍夫第二定律。根据基尔霍夫第一定律、基尔霍夫第二定律和欧姆定律以支路电流为变量列出的方程导出支路电流法。根据基尔霍夫第一定律、基尔霍夫第二定律和欧姆定律以结点电位为变量列出的方程导出结点电压法。由端口等效概念推导出有源二端网络等效变换方法。如无源二端的等效变换(电阻的串联、并联和混联变换)，有源二端网络的等效变换。由电流和电压的线性方程导出了电路的叠加定理、等效电源定理。1基本概念学习指导掌握概念的定义与应用。(1)物理量电流：定义、大小、单位和方向电压：定义、大小、单位和方向(极性)电功率：定义、大小、单位和方向(输出或输入)(2)电路元件电阻：耗能的二端元件、ui关系和单位电感：贮存磁能的二端元件、ui关系和单位电容：贮存电能的二端元件、ui关系和单位电压源：定义、单位、表示和特性电流源：定义、单位、表示和特性受控电源：定义、单位、表示和特性(3)参考方向和实际方向参考方向和实际方问的关系及在电路分析中的正确便用。(4)等效概念电阻串联的等效变换电阻并联的等效变换电压源串联的等效变换电流源并联的等效变换电压源与电流源串联的等效变换电压源与电流源并联的等效变换电压源串电阻与电流源并电阻的等效变换2基本定律学习指导(1)基尔霍夫第一定律(KCL)I1+2=I特别要注意的是如何判别流入还是流出。(2)基尔霍夫第二定律(KVL)25=10I1+5I元件两端的电压是升高还是降低的判断十分重要。电阻怎样判别。电压源怎样判别。电流源怎样判别。受控电源如何处理。出入ii降升uu3等效化简方法(1)无源电路的等效变换(2)有源电路的等效变换(3)等效化简方法的应用1)求电流I。2)求电流I1。3)注意问题(变换中的物理量情况、哪些不可以变换。)4基本方程分析法的学习(1)支路电流法变量为支路电流。方程个数等于支路数b个。KCL方程为n-1个。KVL方程为b-n+1个。例：I1+2=I25=10I1+5IU=5I注意问题：KCL方程中电流源的处理、受控源的处理。(2)结点电位法变量为结点电位。方程个数等于支路数n-1个。KCL方程。例：Un1/5=(25-Un1)/10+2U=Un1第一个式子即(1/5+1/10)Un1=25/10+2注意问题：自电导、互电导和结点电流源的概念，还要注意特殊支路的处理。方程中理想电压源支路的处理、受控源的处理。4基本定理学习指导(1)叠加定理叠加定理用于线性电路的电压与电流的叠加关系。叠加原理的条件、对电源的处理和对分量的合成是关键环节。I=I’+I’’=3AU=U’+U’’=15V(2)等效电源定理等效电源定理的主要作用是实现了复杂有源二端网络的等效变换。1)戴维南定理是用一个电压源与电阻串联的电路实现其等效变换的。电压源是原二端网络的开路电压，电阻是原二端网络的入端电阻。2)诺顿定理是用一个电流源与电阻并联的电路实现其等效变换的。电流源是原二端网络的短路电流，电阻是原二端网络的入端电阻。等效电源定理中值得注意有两点。其一是如何把原电路分成两部分。其二是最后求解时一定要把等效电路和要求部分电路正确联接。5直流电路的重点元件的伏安特性基尔霍夫定律等效化简法支路电流法和结点电位法叠加定理和等效电源定理6直流电路的难点参考方向基尔霍夫定律叠加定理和等效电源定理二交流电路学习指导交流电路是指电路中的电流、电压是交流电。交流电是指电路中的电流、电压是周期变化的物理量。比如，电流和电压是正弦彼、非正弦波。正弦波是交流电的基础。我们工业、农业、交通等各行业广泛使用的就是正弦交流电。交流电的理论研究方面看，正弦交流电也是深入分析交流电的基础。比如，非正弦波就可分解成直流分量和不同频率正弦波。正弦交流电路中的电流和电压是正弦函数。因此正弦交流电路的电路方程是三角函数方程。由于三角函数方程的建立、求解比较困难，且不容易建立统一的形武。我们的方法是来采用一种变换的方法，使三角函数方程转换成代数方程。这就是相量法。相量法部分分析的主要方法。学习线索:根据正弦量和相量的关系，建立电路的相量模型。以相量形式的电流和电压为线索。建立相量形式的欧姆定津和相量形式的基尔霍夫定律。根据相量形式的基尔霍夫第一定律、基尔霍夫第二定律和欧姆定律，可以象直流电路一样采用支路电流法、结点电压法求解正弦交流电路；也可以象直流电路一样，对二端网络等效变换化简。也可以应用叠加定理、等效电源定理来分析交流电路。根据相量和相量图的关系，也可以用图形法求解简单的正弦交流电路。交流电路的功率比直流电路复杂一些。瞬时功率、有功功率、无功功率、视在功率和电压与电流的相位差(即功率因数角)的美系是直得注意的。1基本概念学习指导(1)相量和相量图Ì=I(2)有效值一般情况正弦情况(3)周期、频率和初相位)(2tISiniIdtiTI0212mII(4)复阻抗与复导纳(5)感抗、容抗和复阻抗(6)感性电路、容性电路和阻性电路)1(CLjRjXRZZY1(7)功率平均功率P=UICos无功功率Q=UISin视在功率S=UI功率因数=P/S=Cos(8)对称三相电路概念：火线、中线、线电压、相电压、线电流和相电流分析与计算：对称星形电路的分析对称角形电路的分析三相电路的功率2基本定律学习指导欧姆定律基尔霍夫定律例：试列图中的电路方程。当电阻、感抗和容抗均为10欧姆，电压源相量为100V、流源相量为10A时，求电压Ù。解：Ì1+Ì2=Ì3Ùs=10Ì1–j10Ì3Ìs=Ì2Ù=-j10Ì3=14.14-45VoutinIIdownupUU3基本方法学习指导(1)正弦稳态分析采用相量以后，正弦交流电路的分析、计算同直流电路是相同的。1)相量法ZR,YG,ÙU,ÌI,正弦电路直流电路（图中Ù=14.14-45V）2)相量图法Ù=0,Ì=0,Ù=ZÌ为依据作图分析3)其它方法利用有效值关系分析，利用功率概念分析…例：V1=120V,V2=200V,V1=100V。求V=?U2=U12+(U2-U3)2U=156.2V例：A=10A,A1=6A,A2=6A,=100。求C=?IC=14AC=743µF例：U=350V，P1=800W，Cos1=0.5(10);P2=3000W，Cos2=0.8(20)。求R1,X1,R2,X2。S=UI,S1=U1I,S2=U2IS2=P2+Q2=(P1+P2)2+(Q1+Q2)2R1=3.5X1=6.1R2=21X2=27(2)三相电路的分析(对称三相电路)例：对称星形负载R=10，X=12。电源线电压为380V。求负载的相电流。UP=220VÙA=ZÌAIP=IA=14.1A(5)非正弦电路（非正弦电路的计算）1)非正弦量的有效值等于各个分量有致值的平方和的开平方。2)非正弦量的平均功等于各个分量的平均功率的和。3)非正弦量的计算可以分为三步。其一是先分解(把非正弦量分解成直流分量和谐波分量。其二是分别计算(采用直流或正弦的相量分析)，求出各个分量的瞬时表达式。最后一步是合成，即各分量的瞬时表达式相加。例：uR=50+10Sintv,R=100,L=2mH,C=50µF,=1000求u。u=50+9Sin(t+1.4°)V,P=25.35W4交流电路的重点1)正弦电路相量和相量图元件的相量模型、基尔霍夫定律的相量形式正弦电路的功率相量法三相电络2)非正弦电路5交流电路的难点相量和相量图相量法非正弦电路(谐波阻抗)三动态电路学习指导电路的动态过程在电路分析中是很重要的。动态电路的研究可以帮助我们更深入地研究电路运行中的能量变化，了解这些变化规律。我们可以利用这些变化规律，制造为人类服务，也可以了解这些规律对一些电路正常运行的影响，以预防事故的发生。动态电路可以分为一阶电路和高阶电路。动态电路的析方法有时城分析法、复频域分析法和状态方程分析法。根据电路中们电流和电压的关系列出关于电流或电压的方程式，对于动态电路来说这些方程是微分方程。时域分析方法就是应用微分方程求解动态电路的方法。本章主要研究一阶电路的时城分析。学习线索:根据电压电流在电路元件和电路的瞬时关系列出电的方程式是一组微分方程。从数学微分方程入手来求解电路变量，是本章的主要方法。本章以电压电流为线索，以微分方程为依据，从电路能量变化过程研究动态电路的响应。在学习过程中，要理解换路、零输入响应、零状态响应和全响应的概念，并围绕这些概念中伴随的电路中电流、电压和能量的动态变化。由一阶微分方程堆寻出来的解一阶电路的三要素法是求解一阶电路的一个有效方法。f(t)=f()+[f(0)-f()]e-t/三要素公式中，要理解、掌握三个要素求解的环境，弄清楚三要素法的适应条件和局限。对于二阶电路及阶数更髙的电路的动态过程本书暂不加考虑。1基本概念(1)换路、初始值、稳态值、固有频率、时问常数、零状态、零输入、激励、响应等概念(2)电路状态换路定律iL(0+)=iL(0-)uc(0+)=uc(0-)零输入响应t0IS=0,US=0稳态值=0零状态响应t=0iL(0+)=0,uc(0+)=0稳态值由电源的作用决定。全响应全响应=零输入响应+零状态响应(3)一阶电路一阶电路、时间常数、初始值和隐态值。2基本方法1)一阶电路列微分方程求解三要素求解例：原来K闭合，t=0K打开。求t0时的uC和uk。uC=3-3e-0.1t,uK=6-0.6e-0.1ttteffftf0)]()0([)()(例：t=0开关闭合，求iL。iL=0.2-0.8e-5t例：t=0开关闭合，求uc。uc=0.85-0.02e-1.361000000t3动态电路的重点1)一阶电路零输入响应、零状态响应、全响应、暂态和稳态响应。列微分方程求解三要素法固有频率、时间常数。4动态电路的难点零输入响应、零状态响应、全响应、暂态和稳态响应三要素法二阶电路四磁路部分学习指导磁路是磁通的主要通路，实际上磁和电是不可分的。在实际应用中磁路的应用也是十分广泛的。例如变压器、继电器和电动机等设备的设计都需要磁路理论。线索磁性材料的特性是磁路的基础。磁路定律是分析磁路、计算磁路问题的准则。从磁路的基本定律出发，根据磁通磁路的模型去分析计算恒定磁通磁路。从磁性材料的特性出发，分析交变磁通磁路的特点，建立交变磁通磁路模型。根据交变磁通磁路的模型去分析交变磁通磁路。在掌握交变磁通磁路的基础上进一步了解变压器的原理、构造、功能和便用是重要