第1章_網(wǎng)絡(luò)基本分析第一頁，共35頁。電路看似簡單，但難于求解！第二頁，共35頁。教學(xué)基本內(nèi)容：1.網(wǎng)絡(luò)的基本分析方法；2.網(wǎng)絡(luò)的正弦穩(wěn)態(tài)分析；3.簡化網(wǎng)絡(luò)分析的原理與定理；4.受控源電路分析方法；5.三相正弦交流電路；主要參考資料：1.秦增煌.《電工技術(shù)》.高等教育出版社2.程定濤.《電工學(xué)基礎(chǔ)》.高等教育出版社3.孫駱生.《電工學(xué)基本教程》.高等教育出版社6.電工儀表7.變壓器；8.電動(dòng)機(jī)；11.電氣控制12.安全用電第三頁，共35頁。第一章網(wǎng)絡(luò)的基本分析方法引言：電工學(xué)是以電磁學(xué)為基礎(chǔ)的應(yīng)用學(xué)科，研究電路的基本規(guī)律和電磁現(xiàn)象在工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。本章內(nèi)容提要：復(fù)習(xí)和總結(jié)電磁學(xué)中有關(guān)電路部分的基本知識。包括電路變量的參考方向或者極性；網(wǎng)絡(luò)分析的兩種方法：結(jié)點(diǎn)分析法與回路分析法(此方法略)；二端網(wǎng)絡(luò)的瞬時(shí)功率。第四頁，共35頁?！?.1參考方向和參考極性電流和電壓的波形一、參考方向和參考極性在電路中電流、電壓等物理量稱為電路變量。很多電路變量都具有“二向擇一”的屬性。如：一段電路AB，當(dāng)電路中通上電流時(shí)，實(shí)際的電流方向只有一個(gè)：是A→B或B→A當(dāng)中的一個(gè)。這就是所說的二向擇一的屬性。AB電流是標(biāo)量，但卻有二向擇一的屬性。同理可以說明電壓也有一樣的屬性。1.電路變量凡是具有二向擇一的標(biāo)量，都成雙向標(biāo)量。不具有這個(gè)屬性的標(biāo)量叫純標(biāo)量。2.雙向標(biāo)量:第五頁，共35頁。描述純標(biāo)量只需要其大小，但描述雙向標(biāo)量不僅要有它的大小還要有它的實(shí)際方向。在實(shí)際應(yīng)用中，電路變量往往是未知的，為了能用代數(shù)量來表示它的大小和實(shí)際方向(正負(fù))，就必須事先規(guī)定這些量的參考方向(或參考極性)。在規(guī)定了參考方向(或參考極性)后：(1)電路變量實(shí)際方向與參考方向的關(guān)系

當(dāng)電路變量已知時(shí)，若電路變量的方向與規(guī)定方向相同時(shí)，該變量取正值，相反取負(fù)值。當(dāng)電路變量是未知量時(shí)，若計(jì)算得到的電路變量為正值，則該變量實(shí)際方向(或?qū)嶋H極性)和參考正向相同，反之方向相反。(2)電路變量參考方向(參考極性)的任意性和習(xí)慣性從原則上講，電路變量的參考正向或參考極性的規(guī)定是任意的；為了便于電路計(jì)算對電路變量參考正向規(guī)定也有習(xí)慣性。3.參考方向和參考極性第六頁，共35頁。RAB(圖1)RAB(圖2)RAB(圖)3RAB(圖)4上圖電路，對電流參考方向和電壓參考極性的規(guī)定不同，共有四種，1和4是相同的，電流的參考方向規(guī)定和電壓的參考極性規(guī)定相同；2和3是相同的，電流的參考方向規(guī)定和電壓的參考極性規(guī)定相反，所以電流和電壓正向的不同規(guī)定給出兩種組合。該元件不是電源時(shí)，習(xí)慣上用第一種組合，所以這種組合叫無源慣例；第二種叫非無源慣例。當(dāng)參考正向規(guī)定利用慣例時(shí)，各電路變量的正向規(guī)定不能是任意的。正向規(guī)定采用習(xí)慣用法時(shí)，給電路計(jì)算會(huì)帶來方便。第七頁，共35頁。二、電流和電壓的常見波形一般來說，電路中的電流和電壓的大小和方向都隨時(shí)間變化，通常其瞬時(shí)值表示為i(t)、u(t)或i、u，叫時(shí)變電流和時(shí)變電壓。當(dāng)以i或u為縱軸，t為橫軸時(shí)，可以作出電流或電壓隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線，通常稱為電流或電壓波形。1.時(shí)變電流和時(shí)變電壓2.常見電流電壓波形（1）正弦波：電流和電壓隨時(shí)間按正弦或余弦規(guī)律變化。如i是電流的瞬時(shí)值，Im為最大值，ω是角頻率，φ0為初相位。第八頁，共35頁。（2）三角波，方波，鋸齒波等。第九頁，共35頁。元件參數(shù)：電路是通過一定的元器件聯(lián)接而成的。常見的元器件有：電阻（器），電感器，電容器，電源，二極管等。元件的電阻，電感，電容，電動(dòng)勢（電壓），電流等數(shù)值稱為元件參數(shù)。元件特性方程：電路中，通過元件的電流和加在其兩端的電壓的響應(yīng)關(guān)系叫該元件的伏安特性。相應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系叫元件特性方程，其關(guān)系曲線叫特性曲線。一、電阻元件特性方程電阻是電路中最常見的元件。最常見的電阻元件有電阻器和晶體二極管。晶體二極管電阻器常用的各種二端電阻器件§1.2元件特性方程第十頁，共35頁。第十一頁，共35頁。ABUIoUI1.采用無源慣例時(shí)2.采用非無源慣例時(shí)當(dāng)電阻的伏安特性曲線為直線時(shí)，電阻叫線性電阻，顯然是理想的，所以也叫理想電阻。上面的關(guān)系為理想電阻的特性方程。電路計(jì)算中常用無源慣例。二、電容元件的特性方程電容器也是電路中的常見元件。常見電容器及電路表示符號CC第十二頁，共35頁。第十三頁，共35頁。1.電容器極板電荷的實(shí)際極性和參考極性電容器極板上的電荷的極性(極板電荷電量)也有二向擇一的屬性，因此要規(guī)定極板的參考極性，當(dāng)極板電荷與參考極性相同時(shí)，電荷電量取正，相反時(shí)取負(fù)。2.極板電荷電量與極板間的電壓關(guān)系CC確定電容器極間電壓和極板電量間的關(guān)系同樣涉及二者的參考正向的搭配組合，顯然是兩種組合。如圖。（1）當(dāng)它們的參考極性相同時(shí)，由電容器的電容定義知（2）當(dāng)它們的參考極性相反時(shí)，則為習(xí)慣上采用第一種。第十四頁，共35頁。3.電路中電流與極板電量變化率的關(guān)系電路中的電流參考正向和電容器的參考極性也有兩種組合，同向和反向，如圖。CC（1）組合同向時(shí)（2）組合反向時(shí)4.電容元件特性方程當(dāng)Uc和q的參考極性相同，電流和電量的參考正向也相同時(shí)，得這種電容器叫線性電容。由此可得：第十五頁，共35頁。當(dāng)極板電壓和電量或電流與電量的正向有一個(gè)取反向時(shí)，為以上就是電容元件的特性方程。習(xí)慣上用第一種。第十六頁，共35頁。三、電感元件的特性方程第十七頁，共35頁。1.自感現(xiàn)象當(dāng)線圈回路中的電流變化時(shí)，在自身回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流的現(xiàn)象。2.自感電動(dòng)勢：由自感現(xiàn)象產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢叫自感電動(dòng)勢。設(shè)線圈中電流i，自感電動(dòng)勢eL，則引入比例系數(shù)L，則表示為在自感線圈中，有三個(gè)雙向標(biāo)量，在它們的配合中，uL和i的配合只取無源慣例，i和eL的配合有同向和反向兩種。<自感電動(dòng)勢eL的參考極性和電流i的參考方向相同即電流從電動(dòng)勢的負(fù)極指向正極>（1）當(dāng)uL和i按無源慣例配合，i和eL同向配合時(shí)三、電感元件的特性方程第十八頁，共35頁。（2）當(dāng)uL和i按無源慣例配合，i和eL反向配合時(shí)3.電感元件特性方程上述的第一種配合中第二種配合中可見兩種配合下的特性方程是相同的。將它們化為積分形式即電感元件特性方程。第十九頁，共35頁。四、電壓源的特性方程1.實(shí)際電壓源實(shí)際電源都有內(nèi)阻，電路中有電流時(shí)，內(nèi)阻上有電壓降。當(dāng)電路中的負(fù)載變化時(shí)，回路中的電流變化，則內(nèi)阻上的電壓降變化，從而使輸出電壓受到影響。電壓源在設(shè)計(jì)制造時(shí)，都要盡量減小內(nèi)阻。當(dāng)內(nèi)阻上的電壓降可以不計(jì)時(shí)，可理解為是沒有內(nèi)阻的電壓源。理想電壓源是：輸出電壓不受負(fù)載影響的電壓源。電壓源電路表示符號、電動(dòng)勢和輸出電壓關(guān)系直流理想電壓源交流理想電壓源2.理想電壓源第二十頁，共35頁。3.電壓源特性方程實(shí)際電壓源內(nèi)阻不能不計(jì)，將實(shí)際電壓源等效為內(nèi)阻R和理想電壓源的串聯(lián)。如圖所示。在電壓源中，有輸出電壓和電流，電源電動(dòng)勢，都是雙向標(biāo)量。三個(gè)雙向標(biāo)量有四種獨(dú)立配合。習(xí)慣上只取三種。(1)發(fā)電機(jī)慣例u和i非無源慣例e和u同向i和e同向第二十一頁，共35頁。(2)電動(dòng)機(jī)慣例u和i無源慣例e和u同向i和e反向(3)變壓器慣例u和i無源慣例e和u反向i和e同向第二十二頁，共35頁。五、電流源的特性方程1.理想電流源電流源輸出電流。和電壓源類似，輸出會(huì)受到負(fù)載影響。當(dāng)其內(nèi)阻大時(shí)，可以不計(jì)負(fù)載對輸出的影響。當(dāng)負(fù)載變化不影響輸出電流時(shí)，叫理想電流源。電流源元件參數(shù)是電流，電路表示符號如圖。2.電流源特性方程實(shí)際電流源等效為理想電流源和內(nèi)阻并聯(lián)，內(nèi)阻越大越接近理想電流源。電流中i、u、is只取如圖一種配合，叫電流源發(fā)電機(jī)慣例。由圖示配合得：例題（P18）：例1－2－1、例1－2－2、例1－2－3第二十三頁，共35頁。有了電路中元件特性方程就知道了電路中各支路中的電流和電壓之間的關(guān)系。不同支路上的電流電壓關(guān)系是通過基爾霍夫定律聯(lián)系起來的。一、基爾霍夫第一定律（基爾霍夫電流定律）電路中任意結(jié)點(diǎn)，流入結(jié)點(diǎn)和流出結(jié)點(diǎn)的電流相等數(shù)學(xué)表示為叫KCL方程?！?.3基爾霍夫定律幾個(gè)相關(guān)概念：結(jié)點(diǎn)：兩個(gè)以上的電流匯合點(diǎn)；支路：相鄰結(jié)點(diǎn)間的一段電路；支路電流和支路電壓：通過各支路上的電流和支路兩端的電壓；回路：任意兩條或兩條以上支路構(gòu)成的閉合電路。123第二十四頁，共35頁。應(yīng)用基爾霍夫第一定律時(shí)注意：1.標(biāo)出各支路的電流代數(shù)表示符號并規(guī)定參考正向；2.電流流向結(jié)點(diǎn)時(shí)取負(fù)號，流出結(jié)點(diǎn)時(shí)取正號。二、基爾霍夫第二定律（基爾霍夫電壓定律）在網(wǎng)絡(luò)電路中，任意回路中各支路的電壓代數(shù)和為零。數(shù)學(xué)表示為叫KVL方程應(yīng)用基爾霍夫第二定律時(shí)注意：1.標(biāo)出各支路的電壓代數(shù)表示符號并規(guī)定各支路電壓參考極性；2.規(guī)定回路的繞行方向；3.當(dāng)繞行方向由正到負(fù)極時(shí)電壓取正，當(dāng)由負(fù)到正極時(shí)電壓取負(fù)?；蛘?，當(dāng)繞行方向電壓升高為正，反之為負(fù)。4.含電流源的回路無需列出回路電壓方程。（無法寫出也沒必要）123第二十五頁，共35頁。12三個(gè)和三個(gè)以上的電流匯合點(diǎn)叫結(jié)點(diǎn)。如圖所示1、2為網(wǎng)絡(luò)電路的結(jié)點(diǎn)，對結(jié)點(diǎn)1利用KCL方程，得同理對結(jié)點(diǎn)2有在上面的電路中，有兩個(gè)結(jié)點(diǎn)，得到兩個(gè)結(jié)點(diǎn)電流方程。這兩個(gè)方程只有一個(gè)是獨(dú)立方程，說明獨(dú)立方程的數(shù)目小于結(jié)點(diǎn)數(shù)目。第二十六頁，共35頁。在右面的電路中，有三個(gè)結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)電流方程分別是顯然前兩個(gè)方程相加乘負(fù)號就是第三個(gè)方程。說明在有三個(gè)結(jié)點(diǎn)的電路中，可以建立三個(gè)KCL方程，但是只有兩個(gè)方程是獨(dú)立的。由此我們可以推知：在一個(gè)有n個(gè)結(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)電路中，只能有n-1個(gè)結(jié)點(diǎn)電流方程是獨(dú)立的。通常，在電路中任意取一個(gè)結(jié)點(diǎn)，叫參考結(jié)點(diǎn)，其余的結(jié)點(diǎn)叫獨(dú)立結(jié)點(diǎn)。獨(dú)立結(jié)點(diǎn)相對參考結(jié)點(diǎn)的電壓叫結(jié)電壓。1234I第二十七頁，共35頁。123例1：如圖所示，電路結(jié)構(gòu)已知，元件參數(shù)已知。求電路中的各支路電流。解：(1)如圖，標(biāo)出各支路電流代數(shù)表示符號和參考正方向。標(biāo)出回路繞行方向。(2)列出KCL方程（n-1個(gè)獨(dú)立方程）(3)列出KVL方程（有幾個(gè)網(wǎng)孔就有幾個(gè)獨(dú)立方程）(4)解方程利用基爾霍夫定律，求解支路電流，進(jìn)一步求解其他電路參數(shù)的方法稱為支路電流法。第二十八頁，共35頁。§1.4結(jié)點(diǎn)分析法一個(gè)復(fù)雜的電路，其結(jié)構(gòu)如同是一張網(wǎng)，所以常稱為是網(wǎng)絡(luò)電路。網(wǎng)絡(luò)分析步驟：1.建立電路方程；2.求解電路方程，得到待求的未知量。建立方程的方法是：對網(wǎng)絡(luò)中的某些結(jié)點(diǎn)或回路寫出KCL方程或KVL方程和元件特性方程。一、結(jié)點(diǎn)分析法（適合于支路多、節(jié)點(diǎn)少的電路）網(wǎng)絡(luò)分析已知網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已知元件參數(shù)求解網(wǎng)絡(luò)中各支路的電流或電壓第二十九頁，共35頁。常用的分析方法是：1.支路分析法（求解支路電流）；

2.結(jié)點(diǎn)分析法（求解節(jié)點(diǎn)電壓）；3.回路分析法。結(jié)點(diǎn)分析法又叫結(jié)點(diǎn)電壓法。通常，在電路中任意取一個(gè)結(jié)點(diǎn)，叫參考結(jié)點(diǎn)，其余的結(jié)點(diǎn)叫獨(dú)立結(jié)點(diǎn)。獨(dú)立結(jié)點(diǎn)相對參考結(jié)點(diǎn)的電壓叫結(jié)電壓。第三十頁，共35頁。二、結(jié)點(diǎn)分析法的步驟1.分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)找到全部結(jié)點(diǎn)，規(guī)定參考結(jié)點(diǎn)、獨(dú)立結(jié)點(diǎn)，標(biāo)出各支路電流代數(shù)表示符號以及參考正方向，和獨(dú)立結(jié)點(diǎn)的結(jié)電壓的代數(shù)表示符號和參考極性，對各獨(dú)立節(jié)點(diǎn)寫出基爾霍夫電流方程(KCL)；2.根據(jù)電路中的元件寫出各元件的元件特性方程，并將各支路的電流表示成結(jié)電壓的函數(shù)；3.將第二步結(jié)果代入第一步方程(KCL)中；解方程組，求得結(jié)電壓。如果需要，可以進(jìn)一步求出各支路電流。利用元件特性方程和基爾霍夫第一定律并以結(jié)電壓作為解變量分析電路的方法叫結(jié)點(diǎn)分析法。第三十一頁，共35頁。123例1：如圖所示，電路結(jié)構(gòu)已知，元件參數(shù)已知。求電路中的I1、I2、I3。解：(1)如圖，標(biāo)出各支路電流代數(shù)表示符號和參考正方向。取3為參考結(jié)點(diǎn)，1、2為獨(dú)立結(jié)點(diǎn)，設(shè)獨(dú)立結(jié)點(diǎn)相對參考的電壓為U1和U2，參考極性如圖。結(jié)點(diǎn)1：結(jié)點(diǎn)2：(2)將各支路電流表示為結(jié)電壓的函數(shù)：第一支路是發(fā)電機(jī)慣例第二支路也是發(fā)電機(jī)慣例第三十二頁，共35頁。(3)將(2)得到的各支路電流代入(1)中的KCL方程這是兩個(gè)獨(dú)立方程，正好求得U1和U2，再將解出的U1和U2代回到第二步中