电气自动化专业电路

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,电气自动化专业电路,反映实际电路部件的主要电磁,性质的理想电路元件及其组合。,导线,电池,开关,灯泡,理想电路元件,有某种确定的电磁性能的理想元件,电路模型,1.1 电路和电路模型model),佳鑫诺官网： 总部咨询 ：9,2,几种根本的电路元件：,电阻元件：表示消耗电能的元件,电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件,电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件,电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件,佳鑫诺官网： 总部咨询 ：9,3,1.2 电流和电压的参考方向,(reference direction),电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是,电流、电压,和,功率,。,1. 电流的参考方向 (current reference direction),电流,电流强度,带电粒子有规那么的定向运动,单位时间内通过导体横截面的电荷量,佳鑫诺官网： 总部咨询 ：9,4,方向,规定正电荷的运动方向为电流的实际方向,单位,1kA=10,3,A,1mA=,10,-3,A,1,A=10,-6,A,A安培、kA、mA、A 、nA,元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能:,实际方向,实际方向,A,A,B,B,问题,复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很难事先判断,5,参考方向,i,参考方向,大小,方向(正负）,电流(代数量),任意假定,一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。,A,B,i,参考方向,i,参考方向,i, 0,i, 0,参考方向,U,+,+,实际方向,+,实际方向,参考方向,U,+,0,吸收正功率 (实际吸收),P,0,发出正功率 (实际发出),P,0，d u/d t0，那么i0，q ， p0, 电容吸收功率。,当电容放电，u0，d u/d t0，那么i0，q ，p0，d i/d t0，那么u0， p0, 电感吸收功率。,当电流减小，i0，d i/d t0，那么u0，p0, 电感发出功率。,功率,说明,电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电感元件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。,u、 i,取关联参考方向,36,1电感的储能只与当时的电流值有关，电感,电流不能跃变，反映了储能不能跃变；,2电感储存的能量一定大于或等于零。,从,t,0,到,t,电感储能的变化量：,电感的储能,说明,37,电容元件与电感元件的比较：,电容,C,电感,L,变量,电流,i,磁链,关系式,电压,u,电荷,q,(1),元件方程的形式是相似的；,(2) 假设把 u-i，q- ，C-L， i-u互换,可由电容元件的方程得到电感元件的方程；,(3),C,和,L,称为对偶元件,、,q,等称为对偶元素。,* 显然，,R,、,G,也是一对对偶元素:,I=U/R,U=I/G,U=RI,I=GU,结论,38,1.7 电源元件 (independent source),其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其,值与流过它的电流,i,无关的元件叫理想电压源。,电路符号,1. 理想电压源,定义,i,+,_,特点,：,恒压不恒流,设U,s,=10v,R,i,-,+,39,电源两端电压由电源本身决定，,与外电路无关；与流经它的电流方,向、大小无关。,通过电压源的电流由电源及外,电路共同决定。,理想电压源的电压、电流关系,u,i,伏安关系,例,R,i,-,+,外电路,电压源不能短路！,佳鑫诺官网： 总部咨询 ：9,40,电压源的功率,电场力做功 ， 电源吸收功率。,1 电压、电流的参考方向非关联；,物理意义：,+,_,i,u,+,_,+,_,i,u,+,_,电流正电荷 由低电位向 高电位移动，外力抑制电场力作功电源发出功率。,发出功率，起电源作用,2 电压、电流的参考方向关联；,物理意义：,吸收功率，充当负载,或：,发出负功,41,例,+,_,i,+,_,+,_,10V,5V,计算图示电路各元件的功率。,解,发出,发出,吸收,满足：P发P吸,42,实际电压源也不允许短路。因其内阻小，假设短路，电流很大，可能烧毁电源。,u,s,u,i,O,实际电压源,i,+,_,u,+,_,考虑内阻,伏安特性,一个好的电压源要求,43,其输出电流总能保持定值或一定,的时间函数，其值与它的两端电压,u,无关的元件叫理想电流源。,电路符号,2. 理想电流源,定义,u,+,_,(1) 电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关,电流源两端的电压由电源及外电路共同决定,理想电流源的电压、电流关系,u,i,伏安关系,44,例,外电路,电流源不能开路！,R,u,-,+,实际电流源的产生,可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。,45,电流源的功率,1 电压、电流的参考方向非关联；,发出功率，起电源作用,2 电压、电流的参考方向关联；,吸收功率，充当负载,或：,发出负功,u,+,_,u,+,_,46,例,计算图示电路各元件的功率。,解,发出,发出,满足：P发P吸,+,_,u,+,_,2A,5V,i,佳鑫诺官网： 总部咨询 ：9,47,实际电流源也不允许开路。因其内阻大，假设开路，电压很高，可能烧毁电源。,i,s,u,i,O,实际电,流,源,考虑内阻,伏安特性,一个好的电流源要求,u,+,_,i,48,1.8 受控电源 (非独立源),(controlled source or dependent source),电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是,受电路中某个地方的电压(或电流)控制的电源，称受控源。,电路符号,+,受控电压源,1. 定义,受控电流源,49,(1) 电流控制的电流源(,CCCS-Current Control Current Source),:,电流放大倍数,根据控制量和被控制量是电压,u,或电流,i,，受控源可分,四种类型：,当被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被,控制量是电流时，用受控电流源表示。,2. 分类,四端元件,b,i,1,+,_,u,2,i,2,_,u,1,i,1,+,输出：受控局部,输入：控制局部,50,g,: 转移电导,(2) 电压控制的电流源(,V,CCS-Voltage,Control Current Source),u,1,g,u,1,+,_,u,2,i,2,_,i,1,+,(3) 电压控制的电压源 (,V,CVS,),u,1,+,_,u,2,i,2,_,u,1,i,1,+,+,-,: 电压放大倍数,51,ri,1,+,_,u,2,i,2,_,u,1,i,1,+,+,-,(4) 电流控制的电压源 (,C,CVS,),r,: 转移电阻,例,电路模型,佳鑫诺官网： 总部咨询 ：9,52,3. 受控源与独立源的比较,(1) 独立源电压(或电流)由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压(或电流)由控制量决定。,(2) 独立源在电路中起“鼓励作用，在电路中产生电压、电流，而受控源只是反映输出端与输入端的受控关系，在电路中不能作为“鼓励。,例,求：电压,u,2。,解,5i,1,+,_,u,2,_,u,1,=6V,i,1,+,+,-,3,53,1.9 基尔霍夫定律,( Kirchhoffs Laws ),基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律 ( KCL )和基尔霍夫电压定律( KVL )。它反映了电路中所有支路电压和电流所遵循的根本规律，是分析集总参数电路的根本定律。基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的根底。,54,1. 几个名词,电路中通过同一电流的分支。(,b,),三条或三条以上支路的连接点称为节点。(,n,),b,=3,a,n,=2,b,+,_,R,1,u,S1,+,_,u,S2,R,2,R,3,1支路 (branch),电路中每一个两端元件就叫一条支路,i,3,i,2,i,1,(2) 节点 (node),b,=5,55,由支路组成的闭合路径。(,l,),两节点间的一条通路。由支路构成。,对,平面电路,，其内部不含任何支路的回路称网孔。,l,=3,+,_,R,1,u,S1,+,_,u,S2,R,2,R,3,1,2,3,(3) 路径(path),(4) 回路(loop),(5) 网孔(mesh),网孔是回路，但回路不一定是网孔,56,2. 基尔霍夫电流定律,(,KCL,),令流出(源头)为“+，有：,例,在集总参数电路中，任意时刻，对任意结点流出或流入该结点电流的代数和等于零。,流进的电流等于流出的电流,佳鑫诺官网： 总部咨询 ：9,57,1,3,2,例,三式相加得：,说明KCL可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面,明确,1 KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任,意结点处的反映；,2 KCL是对支路电流加的约束，与支路上接的是,什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；,3KCL方程是按电流参考方向列写，与电流实际,方向无关。,58,2选定回路绕行方向，,顺时针或逆时针.,U,1,U,S1,+U,2,+U,3,+U,4,+U,S4,=,0,3. 基尔霍夫电压定律 (,KVL,),在,集总参数电路中，任一时刻，,沿任一闭合路径绕,行，各支路电压的代数和等于零,。,I,1,+,U,S1,R,1,I,4,_,+,U,S4,R,4,I,3,R,3,R,2,I,2,_,U,3,U,1,U,2,U,4,1标定各元件电压参考方向,U,2,+U,3,+U,4,+U,S4,=,U,1,+U,S1,或：,R,1,I,1,+R,2,I,2,R,3,I,3,+R,4,I,4,=U,S1,U,S4,59,例,KVL也适用于电路中任一假想的回路,a,U,s,b,_,_,-,+,+,+,U,2,U,1,明确,1 KVL的实质反映了电路遵,从能量守恒定律;,2 KVL是对回路电压加的约束，与回路各支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；,3KVL方程是按电压参考方向列写，与电压实际,方向无关。,60,4.,KCL、KVL,小结：,(1),KCL,是对支路电流的线性约束，,KVL,是对,回,路电压的线性约束。,(2),KCL、KVL,与组成支路的元件性质及参数无关。,(3) KCL说明在每一节点上电荷是守恒的；KVL是能量守恒的具体表达(电压与路径无关)。,(4),KCL、KVL,只适用于集总参数的电路。,佳鑫诺官网： 总部咨询 ：9,61,思考：,3.,A,B,+,_,1,1,1,1,1,1,3,+,_,2,i,2,i,1,U,A,=U,B,?,I,= 0,1.,？,A,B,+,_,1,1,1,1,1,1,3,+,_,2,2.,i,1,i,1,=i,2,?,Y,yes,62,1.,2.,+,+,-,-,4V,5V,i,=?,3.,+,+,-,-,-,4V,5V,1A,+,-,u,=?,4.,3,3,63,10V,+,+,-,-,1A,-,10V,I =?,10,5,.,4V,+,-,10A,U =?,2,6,.,+,-,3A,I,1,I,10V,+,+,-,-,3I,2,U=?,I =0,5,7.,5,-,+,2I,2,I,2,5,+,-,佳鑫诺官网： 总部咨询 ：9,64,解,10V,+,+,-,-,1A,-,10V,I =?,10,5,.,4V,+,-,10A,U =?,2,6,.,+,-,3A,I,解,I,1,佳鑫诺官网： 总部咨询 ：9,65,10V,+,+,-,-,3I,2,U=?,I =0,5,7.,5,-,+,2I,2,I,2,5,+,-,解,佳鑫诺官网： 总部咨询 ：9,66,电路及电路模型：,理想元件、理想电路模型,本章要点：,4,基尔霍夫定律,KCL、KVL内容、推广形式、物理意义,3 电路常用元件,无源元件电阻、电感、电容；,有源元件理想电压源、理想电流源；,受控源VCCS、CCCS、VCVS、VCVS),电路分析根本变量,定义、大小、单位；方向：关联参考方向,67,谢谢欣赏！,谢谢！,