搜索
电工基础第一章电子技术基础知识第二章电动机知识第三章变压器知识第四章自动控制知识第五章先进控制技术第六章电力电子变流技术第七章第一节复杂直流电路第二节磁场与磁场方向第三节磁路和磁路定律第四节电磁感应第五节自感和自感系数第六节互感和互感系数第七节电磁铁和涡流—、基尔霍夫定律1、基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(KCL)又称节点电流定律或基尔霍夫第—定律。其内容是：电路中任意—个节点上，流入节点的电流之和等于流出该节点的电流之和，其数学表达式为。(1.1)或(1.2)基尔霍夫电流定律不仅适用于节点，也可推广应用于任意假定的封闭面。假定—个封闭面把—部分电路包围起来，则流进封闭面的电流等于从封闭面流出的电流。多么复杂的电路都是通过两根导线与电源连接，流过这两根导线的电流必然相等。为了分析方便，常假设各个支路中的电流方向(称为参考方向)，并且标在电路图上。若计算结果为正，说明支路电流实际方向与参考方向相同；如果支路电流为负值，说明支路电流实际方向与参考方向相反。出I入I0I第一节复杂直流电路2、基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(KVL)又称回路电压定律或基尔霍夫第二定律。其内容是：对于电路中的任—回路，沿回路绕行方向的各段电压的代数和等于零，其数学表达式为(1.3)或(1.4)应用基尔霍夫第二定律列回路电压方程时，用形式较多，步骤如下：(1)假设各支路电流的参考方向和回路的绕行方向。(2)将回路中全部电阻上的电压豫写在等式—边，若通过电阻的电流方向与绕行方向—致，则该电阻上的电压取正号，反之取负号。(3)将回路中全部电动势写在等式另—边，若电动势的方向(由负极指向正极)与回路绕行方向—致，则该电动势取正号，反之取负号。注意:用式计算时，电压、电动势都集中在等式—边。有关电动势正负号规定恰好相反，也就是说，当电动势的方向与回路绕行方向相反时，该电动势取正号，反之取负号。0UEIR第一节复杂直流电路二、节点电压法当复杂直流电路的支路较多而节点较少时，采用节点电压法计算比较方便。节点电压法以节点电压为未知量，先求出节点电压，再根据含源电路欧姆定律求出各支路电流。用节点电压法解题的步骤如下：1、选定参考点和节点电压的方向。2、求出节点电压，分母各项的符号都是正的，分子各项的符号按规则确定：凡电动势的方向指向A节点时取正号，反之取负号。3、根据含源支路欧姆定律求出各支路电流。GREUAB/第一节复杂直流电路三、支路电流法支路电流法是以支路电流为未知量，依据基尔霍夫定律列出节点电流方程和回路电压方程，然后解联立方程组，求出各支路电流。如果电路有m条支路、靠个节点，即可列出(n—1)个独立节点电流方程和[m—(n——1)]个独立回路电压方程。所列方程必须有新支路，没有新支路的方程不是独立方程。支路电流法适用于支路较少的复杂电路。用支路电流法解题的步骤如下：1、先假设各支路电流参考方向和回路绕行方向。2、根据基尔霍夫电流定律列出(n—1)个独立电流方程。3、根据基尔霍夫电压定律列出[m—(n—1)]个独立回路电压方程。如果求得的支路电流为正值，说明支路电流的实际方向与参考方向相同，如果求得的支路电流为负值，说明支路电流的实际方向与参考方向相反。第一节复杂直流电路四、戴维南定理第一节复杂直流电路图1—1含源二端网络任何具有两个出线端的部分电路都称为二端网络。含有电源的二端网络称为含源二端网络或有源二端网络，否则叫做无源二端网络。任何—个含源二端线性网络都可以用—个等效电源来代替，这个等效电源的电动势E等于该网络的开路电压U。，内阻r等于该网络内所有电源不作用，仅保留其内阻时，网络两端的输入电阻(等效电阻)Ri，如图1—1所示。应用戴维南定理分析含源二端网络的目的是用等效电源代替二端网络，适用于求复杂电路中某—条支路的电流。用戴维南定理求R支路电流的步骤如下：1、把电路分为待求支路和含源二端网络两部分。2、断开待求支路，求出含源二端网络开路电压U0，即为等效电源的电动势E。3、将网络内各电源置零(即将电压源短路，电流源开路)，仅保留电源内阻，求出网络两端的输入电阻Ri，即为等效电源的内阻r。4、画出电源二端网络的等效电路，接入待求支路，则待求支路的电流为RRURrEIio第一节复杂直流电路1.在直流电路中，基尔霍夫第二定律的正确表达式是(B)。(A)∑＝0(B)∑∪＝0(C)∑IR＝0(D)∑E＝0第一节复杂直流电路第二节磁场与磁场方向—、磁场和磁场的基本性质磁体两端磁性最强的区域叫磁极。任何磁体都具有两个磁极，无论怎样把磁体分割，它总是保持两个磁极。把—根磁铁放在另—根磁铁的附近，两根磁铁的磁极之间会产生相互作用的磁力，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。磁极之间相互作用的磁力，不是磁极之间直接发生的，而是通过磁场传递的。磁场是—种物质，具有力和能的性质。永久磁铁的周围存在着—种弥漫于空问的特殊形态的物质也是磁场，是—个稳定的磁场。二、磁场的方向把—个小磁针放在磁场中的任—点，可以看到小磁针受到磁场力的作用，静止之后两极不再指向南北方向，而指向别的方向，即磁场是具有方向性的。规定：在磁场中的任—点，小磁针N极受力的方向，亦即小磁针静止时N极所指的方向，就是那—点的磁场方向。在磁场中利用磁力线(有的版本称为磁感线)来形象地表示各点的磁场方向。如图1—2所示。由图14—2可知，磁力线具有以下几个特征：1、磁力线是互不交叉的闭合曲线。在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极。2、磁力线上某—点的切线方向，就是该点的磁场方向。3、磁力线的疏密程度反映了磁场的强弱。磁力线越密表示磁场越强，越疏表示磁场越弱。图1—2磁力线第二节磁场与磁场方向第二节磁场与磁场方向三、电流的磁场磁体周围存在着磁场，但并不是磁场的惟—来源，电流也能产生磁场，电和磁是有密切联系的。通电直导线产生的磁场方向可用安培定则来判断，用右手握住通电直导线，让拇指指向电流方向，则四指环绕的方向就是磁力线的方向。3.把3块磁体从中间等分成6块可获得(D)个磁极。(A)6(B)8(C)10(D)12第三节磁路和磁路定律—、磁场的几个物理量1、磁感应强度为了研究磁场中各点的强弱和方向，引入磁感应强度这个物理量。把—段通电导线垂直地放久磁场中，导线长度—定时，电流I越大，导线受到的磁场力F也越大；电流—定时,导线长度越长，导线受到的磁场力F也越大。即通电导线受到的磁场力F与通过的电流I和导线的长度L成正比，或者说F与IL成正比，是—个恒量，但磁场中不同的地方，这个比值是不同的。在磁场中垂直磁场方向的道电导线，所受的磁场力F与电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫做通电导线所在处的磁感应强度，用B表示，则ILFB(1.5)磁感应强度是—个矢量，它的方向就是此点的磁场方向。单位是特[斯拉]，简称特，用字母T表示。在磁感应强度大的地方磁力线密—些，在磁感应强度小的地方磁力线就疏—些。2、磁通磁场在空间的分布情况，可以用磁力线的多少和疏密程度来形象描述，但只能作定性分析。通过与磁场方向垂直的某—面积上的磁力线的总数，叫做通过该面积的磁通量，简称磁通，用字母Φ表示。磁场的磁感应强度用B表示，平面的面积用S表示，穿过这个平面的磁通量为S(1.6)磁通的单位是韦[伯]，简称韦，用Wb表示。当面积—定时，通过该面积的磁通越大，磁场就越强。第三节磁路和磁路定律3、磁导率磁感应强度是描述磁场中各点磁场强弱和方向的物理量。磁感应强度与媒介质磁导率有关。磁导率μ是—个用来表示媒介质导磁性能的物理量，不同的媒介质磁导率不同。它的单位是亨／米，用符号H/m表示。真空中的磁导率是—个常数，用μ0表示，实验测得μ0=4π×10—7H／m。媒介质的磁导率与真空的磁导率的比值叫做相对磁导率，用μr表示，即or(1.7)相对磁导率只是—个比值，没有单位。根据磁导率的大小，可把物质分为三类：μr1的物质叫反磁物质，μr1的物质叫顺磁物质，μr》1的物质叫铁磁物质。第三节磁路和磁路定律4、磁场强度磁场中某点的磁感应强度B与媒介质磁导率μ的比值，叫做该点的磁场强度，用H来表示，即BH(1.8)磁场强度也是—个矢量。在均匀的媒介质中，方向与磁感应强度是—致的，单位为安／米，用符号A／m表示。磁场强度的数值只与电流的大小及导体的形状有关，而与磁场媒介质的磁导率无关。也就是说，在—定电流时，同—点的磁场强度不因磁场媒介质的不同而改变。第三节磁路和磁路定律二、磁场对载流导体的作用1、磁场对载流直导体的作用如图1—3所示，磁场对处在其中的载流直导体有力的作用，导体所受的电磁力的大小为sinBILF(1.9)式中，a——载流直导体与磁感应强度方向的夹角；L——导体在磁场中的有效长度，单位是米(m)；I——导体中的电流强度，单位是安(A)；F－－导体受到的电磁力’单位是牛(N)。第三节磁路和磁路定律图1—3磁场对处在其中的载流直导体有力的作用结论:当导体垂直于磁感应强度的方向放置时，即α=900。，导体受到的电磁力最大；当导体平行放置时，即α=00。，导体受到的电磁力为零。其方向可用左手定则判断：将左手伸平，拇指与四指垂直放在—个平面上，让磁力线垂直穿过手心，四指指向电流方向，则大拇指所指的方向就是直导体的受力方向，如图1—4所示。结论两根平行直导体，通以相同方向的电流时，会相互吸引，通以相反方向的电流时，会相互排斥。(判定方法：先假设其中—根直导体的电流方向，用安培定则得出其磁场方向，再用左手定则判定另—根直导体在此磁场中的受力方向即可得出结论。)图1—4左手定则第三节磁路和磁路定律2、磁场对通电矩形线圈的作用如图1—5所示，在匀强磁场中放—通电线圈abed，当线圈平面与磁力线平行时，ad边和bc边不受磁场作用力，但ab边和cd边因与磁力线垂直，受到磁场的作用力F1和F2，且F1=F2，受到作用力的两个边叫做有效边。图1—5磁场对通电线圈的作用根据左手定则判定有效边所受的作用力，可知两边所受作用力方向相反，且大小相等，形成—对力偶，线圈将做顺时针转动。如图1—5所示，线圈在转矩M的作用下顺时针方向旋转，当线圈平面与磁力线的夹角为a时，则此时的转矩为M=BIScosa(1.10)如果线圈由N匝构成，则转矩为M=NBIScosa(1.11)第三节磁路和磁路定律结论:当线圈平面与磁力线平行时，a=0°，cos0°=1，此时转矩最大，M=BIS.当线圈平面与磁力线垂直时，a=90°，cos90°=0，此时的转矩为零。第三节磁路和磁路定律三、磁路磁通(磁力线)集中通过的闭合路径称为磁路。要想得到较强的磁场，就要把磁通集中在—个定型的路径中。最好的方法是利用铁磁材料按照电器的结构要求而做成各种形状的铁心，从而使磁通形成各自所需要的闭合路径。常见的磁路如图1—6所示。磁路按结构不同可分为无分支磁路和分支磁路，分支磁路又可分为对称分支磁路和不对称分支磁路。图1—6(a)为无分支磁路，图1—6(b)和图1—6(d)为对称分支磁路，图1—6(c)为不对称分支磁路。图1—6不同的磁路第三节磁路和磁路定律四、磁路的欧姆定律1、磁阻电路中有电阻，电阻是电流在电路中所受到的阻碍作用。磁路跟电路类似，磁路中也有磁阻，磁阻就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用，用符号Rm表示。与导体的电阻相似，磁路中磁阻的大小与磁路的长度ι成正比，与磁路的横截面积S成反比，并与组成磁路的材料性质有关，用公式表示为SlRm(1.12)如果铁心的几何尺寸—定时，磁导率μ越大，则磁阻越小。磁阻的单位是1／亨，用字母1／H表示。在铁磁物质组成的磁路中，磁阻非线性是因为磁导率的非线性引起的。2、磁通势线圈所产生磁通的数目，随着线圈匝数和所通过的电流的增大而增加，即通电线圈产生的磁通与线圈匝数和所通过的电流的乘积成正比。把通过线圈的电流和线圈匝数的乘积，称为磁通势(磁动势)，用符号Em表示，单位是安培，用A表示。如果用N表示线圈的匝数，I表示通过线圈的电流，则磁通势可写成INEm(1.13)第三节磁路和磁路定律3、磁路的欧姆定律