《电工技术讲义》PPT课件.ppt
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1、电工技术(电工学电工技术(电工学I I)第二章 电路的分析方法the method of analyzing circuit 江苏大学电气信息工程学院电气信息工程学院 School of electric and information School of electric and information,UJSUJS 江苏大学电工电子教研室电路的分析方法2.1 支路电流法支路电流法 2.2 结点电压法及弥尔曼定理结点电压法及弥尔曼定理 2.3 叠加原理叠加原理 2.4 戴维南定理戴维南定理 和诺顿定理和诺顿定理 2.5 含受控源电路的分析含受控源电路的分析 2.6 非线性电阻电路的分析方法非
2、线性电阻电路的分析方法 内容内容 江苏大学电工电子教研室电路的分析方法结点电压方程的列写结点电压方程的列写支路电流法支路电流法应用最广最基本应用最广最基本 叠加原理的内容和使用叠加原理的内容和使用戴维南定理的内容和应用戴维南定理的内容和应用 重重点点 弥尔曼定理的内容及适用条件弥尔曼定理的内容及适用条件 江苏大学电工电子教研室电路的分析方法 对于简单电路,通过电阻串、并联关系即可求解。如:对于简单电路,通过电阻串、并联关系即可求解。如:RR例例:电路如图电路如图电路如图电路如图,求求求求U U=?解:解:R=43U1=41 =11V R2+R U2=U1=3VR 2+RU=U2=1V2+11则
3、则R=1511+41V2 2 2 1 1 1 U2U1+U 江苏大学电工电子教研室电路的分析方法 对于复杂电路(如下图)仅通过电阻串、并联无法解,必对于复杂电路(如下图)仅通过电阻串、并联无法解,必须经过一定的须经过一定的分析方法分析方法,才能算出结果。,才能算出结果。E4E3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_如:如:江苏大学电工电子教研室电路的分析方法2.1 2.1 支路电流法支路电流法未知数未知数:各支路电流:各支路电流解题思路:解题思路:以支路电流为未知量,根据基尔霍夫定律,以支路电流为未知量,根据基尔霍夫定律,列独立的节点电流和回路电压方程,列独立的节点电流和回路
4、电压方程,然后联立求解。然后联立求解。已知量已知量:激励和参数:激励和参数 江苏大学电工电子教研室电路的分析方法解题步骤:解题步骤:1.1.确定确定b b个未知数:对每一支路假定其电流,并标注其参考方向个未知数:对每一支路假定其电流,并标注其参考方向2.确定节点数确定节点数n n,根据,根据KCLKCL列写电流方程列写电流方程如图如图3 3个支路电流,个支路电流,3 3个未知数,需列个未知数,需列3 3个方程个方程如图如图n=2,n=2,电流方程为:电流方程为:b ba a+-E E2 2R R2 2+-R R3 3R R1 1E E1 1I I1 1I I3 3I I2 2节点节点a:节点节
5、点b:其实是其实是1 1个方程个方程推广到一般,推广到一般,n n个节点只能列出个节点只能列出(n-1n-1)个独立的电流方程)个独立的电流方程 江苏大学电工电子教研室电路的分析方法I I I III II II IIIIIIIIIIIIIIb ba a+-E E2 2R R2 2+-R R3 3R R1 1E E1 1I I1 1I I3 3I I2 2一般地:一般地:l lb-b-(n n1 1)3.3.根据根据KVLKVL列独立电压方程列独立电压方程本例需再列本例需再列2 2个独立回路方程个独立回路方程独立回路:独立回路:每一个回路都有一个其他回路所不包含的新支路,每一个回路都有一个其他
6、回路所不包含的新支路,如:回路如:回路I和回路和回路II和回路和回路III两两相互独立两两相互独立对网孔对网孔I I:对网孔对网孔IIII:I1 R1+I3 R3E1=0I2 R2+E2 I3 R304.4.联立电流电压方程联立电流电压方程 求解支路电流求解支路电流一般取一般取网孔网孔 江苏大学电工电子教研室电路的分析方法bcdE4E3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_123节点节点a:节点节点c:节点节点b:1.1.标注各支路电流标注各支路电流I I1 1-I-I6及其参考及其参考方向方向,如图如图求图示各支路电流求图示各支路电流2.根据根据KCLKCL列写列写(4-1
7、)(4-1)个独立的电流方程个独立的电流方程a3.根据根据KVLKVL列写列写(6-3)(6-3)个独立的电压方程个独立的电压方程4.4.联立联立6 6个方程求解支路电流个方程求解支路电流 江苏大学电工电子教研室电路的分析方法例例2 2电流方程:电流方程:电路中含有恒流源支路电路中含有恒流源支路共共6 6个支路,且已知一个支路电流:个支路,且已知一个支路电流:现现5 5个未知数,只需列个未知数,只需列5 5个独立的方程个独立的方程I3s12电压方程:取网孔电压方程:取网孔1 1和网孔和网孔2 2联立联立5 5个方程求解个方程求解dE+_bcI1I2I4I5I6R5R4R2R1I3a 江苏大学电
8、工电子教研室电路的分析方法aI3dE+_bcI1I2I4I5I6R5R4R2R1I3s12少了未知数,可以少列回路方程;少了未知数,可以少列回路方程;但所选的回路必须但所选的回路必须避开恒流源支路避开恒流源支路否则要增加方程数否则要增加方程数。但不能选取网孔但不能选取网孔3!因为恒流源两端电压因为恒流源两端电压UX未知,未知,如果选取将引入新的未知量。如果选取将引入新的未知量。注意注意不能将不能将Ux视为视为0!3对于含有恒流源支路的电路:对于含有恒流源支路的电路:支路电流法的优缺点支路电流法的优缺点优点:优点:支路电流法是电路分析中支路电流法是电路分析中最基本最基本的方法,思路简单。的方法,
9、思路简单。缺点:缺点:当当只求一个未知量而只求一个未知量而电路中支路数多时,引入方程的个电路中支路数多时,引入方程的个数较多,求解不方便。数较多,求解不方便。Ux 江苏大学电工电子教研室电路的分析方法 节点电压法节点电压法如图如图C C为参考节点,为参考节点,A A、B B为独立节点,则为独立节点,则“UA A”“”“UB”为为A A、B B节点电节点电压压R1R2+-+E1E2R3R4R5+-E5I2I3I4I5C节点电压的概念节点电压的概念任选电路中某一节点为零电位参考点任选电路中某一节点为零电位参考点(用用 表示表示)其它各节点称为独立节点;节点电压指独立节点对参考点的电压其它各节点称为
10、独立节点;节点电压指独立节点对参考点的电压参考方向从该节点指向参考节点。参考方向从该节点指向参考节点。AB节点电压法:节点电压法:以节点电压为未知量,列方程求解。以节点电压为未知量,列方程求解。再应用基尔霍夫定律或欧姆定律再应用基尔霍夫定律或欧姆定律求出各支路的电流或电压。求出各支路的电流或电压。江苏大学电工电子教研室电路的分析方法节点电压法列方程的规律节点电压法列方程的规律A A节点方程:节点方程:方程左边方程左边:未知独立节点的电压未知独立节点的电压乘上聚集在该节点上所有支路电乘上聚集在该节点上所有支路电导的总和(称自导)减去相邻独导的总和(称自导)减去相邻独立节点的电压乘以与该未知节点立
11、节点的电压乘以与该未知节点共有支路上的电导(称互导)共有支路上的电导(称互导)。R1R2+-+E1E2R3R4R5+-E5I2I3I4I5CAB方程右边方程右边:与该独立节点相联系的各有源支路中的电动势与本与该独立节点相联系的各有源支路中的电动势与本支路电导乘积的代数和:当电动势方向指向该节点时,符号为支路电导乘积的代数和:当电动势方向指向该节点时,符号为正,否则为负。正,否则为负。江苏大学电工电子教研室电路的分析方法R1R2+-+E1E2R3R4R5+-E5I2I3I4I5CABB B节点方程为:节点方程为:两个方程联立可求解两个未知电压:两个方程联立可求解两个未知电压:江苏大学电工电子教研
12、室电路的分析方法节点电压法列方程的推导节点电压法列方程的推导ABR1R2+-+E1E2R3R4R5+-E5I2I3I4I5C则:则:各支路电流分别为各支路电流分别为 :设:设:节点电流方程:节点电流方程:A A点:点:B B点:点:江苏大学电工电子教研室电路的分析方法 将各支路电流代入将各支路电流代入A A、B B 两节点电流方程,然后整理即得:两节点电流方程,然后整理即得:当节点数较多方程组较大时,常通过矩阵形式用计算机辅助计算:当节点数较多方程组较大时,常通过矩阵形式用计算机辅助计算:江苏大学电工电子教研室电路的分析方法VB=0 V设设 :列出图示电路的节点电压方程列出图示电路的节点电压方
13、程I1E1E3R1R4R3R2I4I3I2AB+-+江苏大学电工电子教研室电路的分析方法电路中电路中只含两个节点时只含两个节点时,不必设参考节点,可以直接求,不必设参考节点,可以直接求解两节点电压。再求待求的电流电压。解两节点电压。再求待求的电流电压。内容内容:两节点间的电压:两节点间的电压=流入节点电激流之和流入节点电激流之和/两节点间的电导之和两节点间的电导之和实质实质:节点电压法的特例(当电路中只有两个节点时):节点电压法的特例(当电路中只有两个节点时)弥尔曼定理弥尔曼定理解题思路:解题思路:I1E1E3R1R4R3R2I4I3I2AB+-+江苏大学电工电子教研室电路的分析方法BISRA
14、证明证明IS1IS3R1R4R3R2UABABI1E1E3R1R4R3R2I4I3I2AB+-江苏大学电工电子教研室电路的分析方法注意注意:电路中含恒流源的情况:电路中含恒流源的情况 对于含恒流源支路的电路,应用对于含恒流源支路的电路,应用弥尔曼定理时:弥尔曼定理时:分子上分子上包含包含恒流源的电流且电流指恒流源的电流且电流指向该结点时取正号,反之取负号。向该结点时取正号,反之取负号。分母上分母上不包括不包括恒流源支路的电导恒流源支路的电导。BR1I2I1E1IsR2ARS+-?江苏大学电工电子教研室电路的分析方法例:例:如图所示电路,求电流如图所示电路,求电流I I解:电路中只有两个节点解:
15、电路中只有两个节点A A和和B B,适用弥尔曼定理,由定理可得适用弥尔曼定理,由定理可得所求支路电流为:所求支路电流为:3 3A12V+-3 6V+-3 ABI3 江苏大学电工电子教研室电路的分析方法2.3 叠加原理叠加原理适用:线性电路适用:线性电路(电路参数不随电压、电流的变化而改变电路参数不随电压、电流的变化而改变)线性电路的特性线性电路的特性:叠加性、齐次性:叠加性、齐次性 内容:内容:线性电路在多个电源共同作用时,任一支路的电流线性电路在多个电源共同作用时,任一支路的电流或电压,都是各个电源或电压,都是各个电源单独作用单独作用时电流或电压的代数和。时电流或电压的代数和。+ISBI2R
16、1I1ER2AI3R3+_I2R1I1R2ABI3R3IS原电路原电路E单独作用单独作用IS单独作用单独作用+_AEBI2R1I1R2I3R3 江苏大学电工电子教研室电路的分析方法证明证明:(以以I I3 3为例)为例)ISBI2R1I1ER2AI3R3+_I2R1I1R2ABI3R3ISEBI2R1I1R2I3R3+江苏大学电工电子教研室电路的分析方法应用叠加原理解题的一般步骤:应用叠加原理解题的一般步骤:1.1.分解电路:分解电路:n n个分电路,每个电路中某个独立电源单独作用,个分电路,每个电路中某个独立电源单独作用,其他电源不作用。其他电源不作用。不作用电源的处理:不作用电源的处理:恒
17、压源短路,恒流源开路,内阻保留不变恒压源短路,恒流源开路,内阻保留不变2.2.求分解电路中的分量求分解电路中的分量(注意分量的标注(注意分量的标注)3.3.各分量的叠加:各分量的叠加:根据分解电路中各分量与原变量参考方向的关根据分解电路中各分量与原变量参考方向的关系,将各分量代数和系,将各分量代数和分量与原变量参考方向一致取正,相反取负分量与原变量参考方向一致取正,相反取负所以在分解电路时一定标好参考方向,且尽量与原变量方向保持所以在分解电路时一定标好参考方向,且尽量与原变量方向保持一致一致 江苏大学电工电子教研室电路的分析方法例例+-10 I4A20V10 10 用叠加原理求:用叠加原理求:
18、I=?I=2AI=-1AI=I+I=1A+10 I4A10 10+-10 I 20V10 10 解:解:江苏大学电工电子教研室电路的分析方法应用叠加定理要注意的问题:应用叠加定理要注意的问题:1.1.叠加定理只适用于线性电路。叠加定理只适用于线性电路。2.2.叠加时只将电源分别考虑,电路的结构和参数不变。叠加时只将电源分别考虑,电路的结构和参数不变。暂时不予考虑的恒压源应予以短路,即令暂时不予考虑的恒压源应予以短路,即令E=0E=0;暂时不予考虑的恒流源应予以开路,即令暂时不予考虑的恒流源应予以开路,即令 Is=0 Is=0。3.3.解题时要标明各支路电流、电压的参考方向。原电解题时要标明各支
19、路电流、电压的参考方向。原电 路中各电压、电流的最后结果是各分电压、分电路中各电压、电流的最后结果是各分电压、分电 流的代数和。流的代数和。=+江苏大学电工电子教研室电路的分析方法4.4.叠加原理只能用于电压或电流的计算,即线性运算叠加原理只能用于电压或电流的计算,即线性运算不能用来求功率(非线性)。如:不能用来求功率(非线性)。如:5.5.运用叠加定理时也可以把电源分组求解,运用叠加定理时也可以把电源分组求解,6.6.每个分电路的电源个数可能不止一个。每个分电路的电源个数可能不止一个。设:设:则:则:I3R3=+江苏大学电工电子教研室电路的分析方法2 3 12A12V+-6 U4 I分解分解
20、求求分分量量叠叠加加例:例:用叠加定理计算图示电路中的用叠加定理计算图示电路中的I I和和U U12V=3+-6 U 4 I2 U 3 4 I+6 12A 江苏大学电工电子教研室电路的分析方法补充补充说明说明齐性定理齐性定理 只有一个电源作用的线性电路中,各支路只有一个电源作用的线性电路中,各支路的电压或电流和电源成正比。如:的电压或电流和电源成正比。如:R2+-E1R3I2I3R1I1若若 E1 增加增加 n 倍,各电流也会增加倍,各电流也会增加 n 倍。倍。显然:显然:江苏大学电工电子教研室电路的分析方法例例 US=1V、IS=1A 时,时,Uo=0V已知:已知:US=10 V、IS=0A
21、 时,时,Uo=1V求:求:US=0 V、IS=10A 时,时,Uo=?US线性无线性无源网络源网络UOIS设设解:解:(1 1)和()和(2 2)联立求解得:)联立求解得:当 US=1V、IS=1A 时,当 US=10 V、IS=0A 时,当 US=0 V、IS=10A 时,江苏大学电工电子教研室电路的分析方法 戴维南定理和诺顿定理戴维南定理和诺顿定理适用于线性电路一般意义上的电源等效变换用于复杂电路的化简,特别适合求某一条支路的电压或电流以及解决黑箱问题 江苏大学电工电子教研室电路的分析方法二端网络:二端网络:若一个电路只通过两个输出端与外电路若一个电路只通过两个输出端与外电路 相联,则该
22、电路称为相联,则该电路称为“二端网络二端网络”。(Two-terminals=One port)有源二端网络有源二端网络(N):二端网络中含有电源二端网络中含有电源无源二端网络(无源二端网络(N0):二端网络中没有电源二端网络中没有电源RO?江苏大学电工电子教研室电路的分析方法+_ _E ER R0 0a ab b 电压源电压源(戴维南定理)(戴维南定理)电流源电流源(诺顿定理)(诺顿定理)a ab b有源有源二端二端网络网络Na ab bI IS SR R0 0有源二端网络可化简有源二端网络可化简为一个电源为一个电源 江苏大学电工电子教研室电路的分析方法有源有源二端网络二端网络RERo+_R
23、2.4.1 戴维南定理戴维南定理等效电压源的内阻等效电压源的内阻RO等于等于有源有源二端网络除源后对应无源二端二端网络除源后对应无源二端网络的输入电阻网络的输入电阻Rin。等效电压源的电动势等效电压源的电动势E等于等于有有源二端网络的开路电压源二端网络的开路电压UOC;有源有源二端网络二端网络NAB对应的对应的无源无源二端网络二端网络NOAB内容:内容:任意一个线性有源二端网络任意一个线性有源二端网络N可用电压源模型等效。可用电压源模型等效。Rin 江苏大学电工电子教研室电路的分析方法应用戴维南定理解题思路及一般步骤:应用戴维南定理解题思路及一般步骤:第一步:把待求支路从原电路中断开,构造一个
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