電工學(xué)第七、八、九次課

1、課堂習(xí)題在圖中已知：US=30V，IS=8A，R1=4，R2=5，R3=2。1.利用支路電流法分別。2.利用節(jié)點(diǎn)電壓公式求各支路電流。3利用電壓源和電流源等效變換求I3。4.利用戴維寧定理求R3兩端電壓再求電流I3。5.利用疊加原理求R3兩端電壓。補(bǔ)充內(nèi)容一、無源二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻的計(jì)算1.電阻的串聯(lián)2.電阻的并聯(lián)3.電阻的混聯(lián)(1)簡單的混聯(lián)電路(2)較復(fù)雜的混聯(lián)電路找出各電路的節(jié)點(diǎn)并命名。注意：等電位點(diǎn)(同一導(dǎo)線的的點(diǎn))屬于同一個(gè)節(jié)點(diǎn)不能重復(fù)命名。可將各節(jié)點(diǎn)按順序排列在一條直線上。將電阻連接在各節(jié)點(diǎn)上。如上圖即可看出電阻的串并聯(lián)關(guān)系。4.電阻的星形和三角形變換(證明略)三角形變換為星形(Y)

2、 星形變換為三角形 (Y) 以上互換公式可歸納為：例：左圖所示，求Rab=?解：(1)R1R2R3為三角形連接，將其等效變換為星形連接(右圖)。 (2)右圖為簡單混聯(lián)。5.外加電源，利用歐姆定律計(jì)算等效電阻。在上圖中，外加電源，利用基爾霍夫定律求出I，則：二、元件是負(fù)載或是電源的判斷在電路中，有的元件吸收功率，稱為負(fù)載；有的元件釋放功率，稱為電源。判斷元件是負(fù)載或是電源可用以下兩種方法方法一：元件電流真實(shí)方向和電壓真實(shí)方向相同為負(fù)載(吸收功率)；元件電流真實(shí)方向和電壓真實(shí)方向相反為電源載(釋放功率)。如上圖所示，已設(shè)定各元件的電流參考方向和電壓參考方向，利用電路分析方法可求出：對于E1，電流真

3、實(shí)方向與電壓真實(shí)方向相反，為電源。對于E2，電流真實(shí)方向與電壓真實(shí)方向相同，為負(fù)載。對于R1，電流真實(shí)方向與電壓真實(shí)方向相同，為負(fù)載。對于R2，電流真實(shí)方向與電壓真實(shí)方向相同，為負(fù)載。方法二、計(jì)算功率，進(jìn)行判斷。對于E1，功率為負(fù)值，為電源。對于E2，功率為正值，為負(fù)載。對于R1，功率為正值，為負(fù)載。對于R2，功率為正值，為負(fù)載。通過閱讀講義和網(wǎng)上查閱資料，課堂主要通過提問、討論解決的問題：1.課堂討論和同學(xué)講解習(xí)題中的多種解題方法2.補(bǔ)充內(nèi)容供大家課后參考第七次課第3章 電路的暫態(tài)分析一、基本概念1.電路的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)態(tài)：電路中電壓、電流已達(dá)到穩(wěn)定值(或周期性變化)時(shí)的狀態(tài)。暫態(tài)：電路由一個(gè)

4、穩(wěn)態(tài)變化到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)的過程。產(chǎn)生暫態(tài)的原因：第一：內(nèi)因，電路中有儲能元件(電感，電容)。第二：外因，電路的結(jié)構(gòu)或參數(shù)發(fā)生變化(稱為換路)。右圖中：電路有有儲能元件電容，且開關(guān)S由斷開變?yōu)殚]合導(dǎo)致電路的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，電路由舊的穩(wěn)態(tài)(開關(guān)斷開時(shí)的狀態(tài))變化到新的穩(wěn)態(tài)(開關(guān)閉合之后一定時(shí)間電容充電完畢)，產(chǎn)生了暫態(tài)過程。在右圖中會出現(xiàn)暫態(tài)過程嗎？(學(xué)生課堂講解)2.學(xué)習(xí)電路的暫態(tài)分析的意義利用電路暫態(tài)過程產(chǎn)生特定波形的電信號，如鋸齒波、三角波、尖脈沖等，應(yīng)用于電子電路?？刂啤㈩A(yù)防可能產(chǎn)生的危害。暫態(tài)過程產(chǎn)生過電壓、過電流使電氣設(shè)備或元件損壞。3.暫態(tài)過程普遍存在在交流電路和直流電路中，本章只討論直

5、流電路的暫態(tài)過程。二、電阻、電感和電容元件1.電阻元件 (電壓和電流參考方向一致時(shí))可見電阻電壓和電流和變化是同步的，即電阻元件有電壓就同時(shí)有電流。中學(xué)時(shí)只學(xué)習(xí)電阻電路，所以不討論暫態(tài)過程。電阻元件是耗能元件。2.電感元件 (電壓和電流參考方向一致時(shí))可見電感電流變化時(shí)產(chǎn)生電壓，電感的電壓和電流和變化是不同步的，即電感元件有電流時(shí)不一定有電壓。(學(xué)生課堂舉例說明)電感元件是儲能元件。3.電容元件 (電壓和電流參考方向一致時(shí))可見電容的電壓變化時(shí)產(chǎn)生電流，電容的電壓和電流和變化也是不同步的，即電感元件有電壓時(shí)不一定有電流。(學(xué)生課堂舉例說明)電容元件是儲能元件。三、換路定理換路定理討論在換路瞬時(shí)

6、(電路的結(jié)構(gòu)或參數(shù)發(fā)生變化的瞬間)，電感、電容的電壓和電流變化。利用換路定理可求出暫態(tài)過程的初始值。1.換路定理分析公式和可得到換路定理。電感：，式中要求電感的電流隨時(shí)間變化是連續(xù)的(學(xué)生課堂說明)，即電感的電流不能突變(也稱為不能躍變)。電容：，式中要求電容的電壓隨時(shí)間變化是連續(xù)的(學(xué)生課堂說明)，即電容的電壓不能突變(也稱為不能躍變)。電感的電流不能突變和電容的電壓不能突變表示為數(shù)學(xué)公式有：說明：設(shè)： 表示換路瞬間 (定為計(jì)時(shí)起點(diǎn)) 表示換路前的終了瞬間 表示換路后的初始瞬間（初始值），也是暫態(tài)過程的初始值。2.利用換路定理求暫態(tài)過程的初始值例1.在圖示電路中，已知，換路前電路已處于穩(wěn)態(tài)，

7、求開關(guān)閉合后的和的初始值。解：(1) 畫(換路前的終了瞬間)的等效電路，求電感的電流和電容的電壓。(由于為穩(wěn)態(tài)，故電容視為開路，電感視為短路)如圖，由圖可計(jì)算出：(2)由換路定理可求出換路后的初始瞬間的電流和電容的電壓。=0=0(3)畫(換路后的初始瞬間)等效電路圖，并計(jì)算所需計(jì)算的物理量電感用電流源替代，其電流值為第(2)步計(jì)算出的電容用電壓源替代，其電壓值為第(2)步計(jì)算出的由圖可計(jì)算出：(由于，電流源(電感)可視為開路，由于，電流源(電容)可視為短路。)例2.如圖，換路前電路已處于穩(wěn)態(tài)，t0時(shí)S斷開,求uC(0+ )、uL(0+)、uR2(0+)、iC(0+ )、iL(0+ )。(學(xué)生課

8、堂講解)通過閱讀講義和網(wǎng)上查閱資料，課堂主要通過提問、討論解決的問題：1.穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的概念。2.如何判斷電路是否出現(xiàn)暫態(tài)過程。3.電阻、電感和電容的電壓和電流關(guān)系有何不同。4.換路定理的文字描述和公式5.換路定理的作用6.通過例1總結(jié)出換路定理的解題步驟7.講解例2第八次課四、暫態(tài)過程分析暫態(tài)過程指的是換路后的初始瞬間直到新的穩(wěn)態(tài)的過程，主要分析過程中電路各元件的電壓、電流隨時(shí)間變化規(guī)律。暫態(tài)過程的分析有兩種方法。方法一，經(jīng)典法。方法二，三要素法。三要素法是在總結(jié)經(jīng)典法的基礎(chǔ)上得出電壓、電流隨時(shí)間變化關(guān)系，此法避開了解微分方法，故實(shí)用性強(qiáng)，本次課主要介紹三要素法。僅含一個(gè)儲能元件或可等效為一個(gè)

9、儲能元件的線性電路，且由一階微分方程描述，稱為一階線性電路。三要素法僅適用于一階線性電路。1.三要素法：電路中任意一個(gè)元件的電壓隨時(shí)間的變化關(guān)系為：電路中任意一個(gè)元件的電流隨時(shí)間的變化關(guān)系為：。可寫為通用表達(dá)式：式中：為任一電壓或電流的時(shí)間函數(shù)。 為最終穩(wěn)態(tài)時(shí)該電壓或電流值。 為換路后該電壓或電流值的初始值。 為電路的時(shí)間常數(shù)。 RC電路： RL電路： 為最終穩(wěn)態(tài)時(shí)去掉儲能元件，并使電源置0，儲能元件兩端的等效電阻?？梢姡喝厥牵撼跏贾怠⒆罱K穩(wěn)態(tài)值和時(shí)間常數(shù)。2.解題步驟(1)根據(jù)換路定理計(jì)算出。(2)根據(jù)最終穩(wěn)態(tài)等效電路計(jì)算出。(3)計(jì)算出等效內(nèi)阻。并求時(shí)間常數(shù)(4)將三要素代入通用表達(dá)式。(5)畫出曲線。例：電路如圖，t=0時(shí)合上開關(guān)S，合S前電路已處于穩(wěn)態(tài)。試求電容電壓和電流、。解：1.根據(jù)換路定理計(jì)算出按換路定理解題步驟。(1)畫出等效電路，并求出。此時(shí)電路處于第一個(gè)穩(wěn)態(tài)，開關(guān)斷路且電容可視為斷路。由圖可求出：(2)由換路定理(3)畫出等效電路，并求出、利用前面電路分析知識可求出至此三要素之一已求出：2. 根據(jù)最終穩(wěn)態(tài)等效電路計(jì)算出。最終穩(wěn)態(tài)等效電路S