中级职称电气工程师电路部分课件

中级职称电气工程师电路部分课件第一页，共34页。第1节基本物理量第1章电路基础1、电流符号：I、i定义：直流式中，Q、q——电荷量、T——时间2、电压含义：两点之间的电位差，亦即在两点之间产生电流的能力。符号：U、u

方向：从高电位点到低电位点。方向：正电荷移动的方向直流：大小、方向不随时间变化。

交流：大小、方向随时间周期性变化；一周期内的平均值为零。3、直流和交流交流第二页，共34页。第2节电阻的连接电阻是电流流动过程中遇到的阻力。电阻率是表明材料导电性能的参数，可理解为单位长度、单位截面材料的电阻。电阻率的常用单位是m、mm2/km。如导线长度为l、截面为S，则电阻与电阻率的关系是金属材料的电阻率随着温度的升高而升高；绝缘材料和大多数半导体材料的电阻率随着温度的升高而降低。1、电阻R、r和电阻率ρ第三页，共34页。2、电阻串联

电阻串联是把几个电阻的首尾端顺次连接起来，使电流只有一条通路的电路。在串联电路中，以下关系成立：第四页，共34页。3、电阻并联

电阻并联电路是把几个电阻首端与首端、尾端与尾端相互连接起来，使电流同时有几条通路的电路。在并联电路中，各元件两端的电压为同一电压，以下关系成立：第五页，共34页。4、电阻混联

Rab=5SA打开Rab=2.5SA闭合Rab=2.5第六页，共34页。第3节电路计算方法1、基本关系(1)电流符合基尔霍夫第一定律：对于节点，(2)电压符合基尔霍夫第二定律：对于回路，(3)电功率(4)电能注意：实质是电流连续性原理。节点无大小，可用于任意闭合面。注意：实质是电位唯一性原理。可用于闭合回路和非闭合回路。注意：功率有正有负，满足守恒定律。在非线性电路中，电流、电压不能叠加，功率可以叠加。第七页，共34页。2、计算方法(1)支路电流法以支路电流为未知量。方程：(2)回路电流法以回路电流为未知量。方程：第八页，共34页。(3)节点电压法以节点电压为未知量。先指定b=0,再求出a=Uab，最后求各支路电流。适用于节点少的电路。图中，第九页，共34页。(4)叠加原理每个电源单独计算后叠加。只能用于线性电路，不可用于功率计算。第十页，共34页。(5)电压源、电流源等效变换电源内部不可等效！第十一页，共34页。电压源、电流源等效变换应用举例第十二页，共34页。(6)戴维南定理对某一支路等效求解ED——该支路开路电压将网络等效为电压源RD——网络去源等效电阻第十三页，共34页。3、例题

(1)图示电路中，试求

①电流I、电压U；

②电压源、电流源提供的功率；

③如电阻R可变，P=Pmax时的R和R上的Pmax。②电压源功率解：①应用戴维南定理求得电流、电压③P=Pmax时，R=6、Pmax=6W（说明：按内阻等于外阻时负载功率最大的原则或取的方法计算）（提供）（吸收）电流源功率第十四页，共34页。(2)求图示电路中电压U，并求电压源提供的功率PV。第十五页，共34页。第4节正弦交流电路1、电容电容是绝缘导体储存电荷的能力，即平板电容器的电容为2、电容串联3、电容并联第4.1节电容和容抗第十六页，共34页。电容、电感在接通和断开电源时，电路从一种状态变化到另一种状态。这一变化过程称为暂态过程或过渡过程。如下图(a)所示，开关SA接通1时，电容C经电阻R1充电；开关SA接通2时，电容C经电阻R2放电。电容充电关系、放电关系均可由微分方程求解。充电关系是：

放电关系是：

在暂态，电容上电压的一般表达式为：式中，uC(0)和uC()分别为电容上电压的初始值和稳态值。4、电容充放电电容充、放电曲线见上图(b)。上列两组公式中，称为时间常数。越大，充、放电越慢。第十七页，共34页。流过电容的电流超前其上电压90。电容有储存电能（电场能）的能力。所储存能量为5、电场能6、容抗

容抗是电容在正弦交流电路中，其上电压有效值(或最大值)与电流有效值(或最大值)的比值。如u=Umsint，则定义容抗容抗串、并联计算与电阻串、并联计算相同。容抗与频率成反比。电容可用于滤波、隔直等。第十八页，共34页。第4.2节电感和感抗1、电感自感串、并联计算与电阻串、并联计算相同。两个电感线圈的总电感的极限值为(L1+L22M)。自感是载流导体自身电流所产生磁链与该电流的比值，即L=/I=N/I。互感是某导体外另一载流导体线的电流I2在某导体内所产生磁链12与另一导体电流的比值，即M=12/I2=N112/I2。2、电感的连接第十九页，共34页。感抗的串、并联计算与电阻串、并联计算相同。感抗是电容在正弦交流电路中，其上电压有效值(或最大值)与电流有效值(或最大值)的比值。4、感抗如i=Imsint，则定义感抗流过电感的电流落后其上电压90。电感有储存电能（磁场能）的能力。所储存能量为3、磁场能第二十页，共34页。第4.3节交流电及表示法3、旋转矢量法4、相量法1、波形图法

2、三角函数法

实数：u、v；虚数：ju、jv；复数：u+jv。(1)复数直角坐标式三角函数式指数式极坐标式欧拉公式：第二十一页，共34页。正弦量的三角函数对应的唯一相量取其虚部即还原成三角函数(2)正弦量的相量表示等式两边乘同一因子后得第二十二页，共34页。复阻抗模值相角

复数阻抗的串、并联计算与电阻串、并联计算相同。串联电路中，XL>XC为感性电路，XL<XC为容性电路；并联电路中相反。串联电路中，当XL=XC时，电流与电源电压同相，UL=UC，且可能远大于电源电压，称电压谐振状态。第4.4节阻抗

第二十三页，共34页。第4.5节三相交流电三相交流电可以节约导电材料和导磁材料，且三相旋转设备有较好的运行性能。对称三相交流电指三个频率相同、幅值相同、相位互差l／3周期的正弦交流电。三相电源和三相负载都有星形接法和三角形接法。星形接法是将各相负载的尾端连接在一起的接法；三角形接法是依次将一相负载的尾端与下一相的首端连接在一起的接法。三相电路有相电流和线电流之分。相电压是每相负载或每相电源首、尾端之间的电压，线电压是每两条相线之间的电压。三相电路的电流也有相电流和线电流之分。相电流是流经每相负载或每相电源的电流，线电流是流经相线的电流。第二十四页，共34页。在对称的星形连接的电路中，线电压超前相应的相电压30，且

在对称的三角形连接的电路中，线电流落后相应的相电流30，且

对称三相电路的计算原则上取相电压、相电流按单相电路的方法计算。三相交流电路功率的一般表达式为P=UP1IP1cos1+UP2IP2cos2+UP3IP3cos3Q=UP1IP1sin1+UP2IP2sin2+UP3IP3sin3对于对称三相电路，功率表达式可简化为第二十五页，共34页。第5节磁场、电磁感应、磁路和磁性材料

1.磁场性质和物理量磁场是对电流有电磁力作用的空间。磁感应强度B也称磁通密度，是表明磁场强弱及其方向的物理量。其大小为单位长度的单位直线电流在均匀磁场中所受到的作用力，其方向与受力的方向和载流直线的方向垂直。磁感应强度的单位是T，1T=1×104Gs。磁通是磁路中与电路中电流相当的物理量，是某一面积上磁力线的总合。磁通的单位是Wb，1Wb=1×108Mx。如某一面积S与磁感应强度B垂直，则＝BS。磁阻是磁路中磁通遇到的阻力。磁阻的表达式是磁阻的单位是1/H。上式中，l和S分别为导磁体的长度和截面积、为材料磁导率。真空磁导率0＝4107H/m。磁场强度H也是表明磁场强弱及其方向，但与介质性质，即与介质磁化无关的物理量。磁场强度的单位是A/m。在各向均匀的线性介质中，磁场强度与磁感应强度的关系为B＝H。第二十六页，共34页。2、电流的磁场

磁场可由永久磁铁产生，可由电流产生，也可由变化的电场产生。电流所产生磁场的方向由右手螺旋定则（也称安培定则）确定。第二十七页，共34页。3、电磁感应

(1)变压器电动势当线圈内的磁通发生变化时，线圈内即产生感应电动势符合电磁感应定律，即

式中负号的物理意义是线圈内感应电动势所产生感生电流的磁场力图阻止原磁场发生变化；其数学意义是感应电动势的方向在>0时与按右螺旋确定参考方向相反，在<0时与按右螺旋确定参考方向相同。(2)发电机电动势导线切割磁场，即导线切割磁力线时，导线上产生感应电动势，即切割电动势，且e=Blvcos。切割电动势的方向由右手定则确定。第二十八页，共34页。载流导体在磁场中将受到的磁场力的作用。力大小为F=BIlsin；受力方向由左手定则确定（见下图）。该定则是平伸左手，拇指与并拢的其他四指成90，磁场穿过手心，并拢的四指指向导体内电流的方向，则拇指表示导体受力的方向。4、载流导体受到的磁场力第二十九页，共34页。5、材料的磁性能

(1)物质的磁性能材料按相对磁导率r=/0分为抗磁性物质、反磁性物质、顺磁性物质、亚铁磁性物质、铁磁性物质及变磁性物质。铜、银的r略小于1，为反磁性物质；铝、空气、锡的r略大于1，为顺磁性物质；铁、钴、镍及其合金的r远大于1，为铁磁性物质。铁磁性物质和亚铁磁性物质属于强磁性物质(磁性物质)；抗磁性物质、反磁性物质、顺磁性物质属于弱磁性物质。物质r举例反磁略小于1铜、银顺磁略大于1铝、空气、锡铁磁远大于1铁、钴、镍及其合金物质r铸铁240~600硅钢片7500铁镍合金60000第三十页，共34页。(2)磁化曲线和磁滞回线注意点：非线性饱和特征剩磁矫顽力磁滞损耗软磁材料和硬磁材料第三十一页，共34页。(3)软磁材料名称rB0(T)Hm(A/m)铁损(W/kg)纯铁8001500—30100—低碳钢——7269硅钢片可达数千—305028铁镍合金可达数万—21025铁钴合金可达数万—210—软磁铁氧体数十至数百———(4)永磁材料名称rB0(mT)Hm(kA/m)铁损(W/kg)铝镍钴合金1.53.5700100050100—稀土钴合金—8001000500100