(5)--电工技术 第2章电工技术基础.pdf
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1、第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院1第第2章章 直流电路的基本分析方法直流电路的基本分析方法 2.2 叠加定理叠加定理2.3 电压源、电流源的等效变换电压源、电流源的等效变换2.4 等效电源定理等效电源定理第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院 【本章教学目标与要求本章教学目标与要求】1.掌握支路电流法的解题思路及步骤,能用此掌握支路电流法的解题思路及步骤,能用此方法求解分析简单电路。方法求解分析简单电路。2.熟练掌握叠加定理,能灵活运用此定理求解熟练掌握叠加定理,能灵活运用此定理求解分析多电源线性电路。分析多电源线性电路。3.熟练掌握等效电源定理,能用其求解分析比熟练掌握等效电源定理,能
2、用其求解分析比较复杂电路中的某条指定支路的电压和电流。较复杂电路中的某条指定支路的电压和电流。4.掌握电压源与电流源的等效互换,注意互换掌握电压源与电流源的等效互换,注意互换时电压源的极性和电流源的电流方向。时电压源的极性和电流源的电流方向。2第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院3 支路电流法:以支路电流为未知量、应用基支路电流法:以支路电流为未知量、应用基尔霍夫定律(尔霍夫定律(KCL、KVL)列方程组求解的方)列方程组求解的方法。法。第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院4支路电流法的解题步骤支路电流法的解题步骤1)确定支路数,选择各支路电流的参考方向。)确定支路数,选择各支路电流的参考
3、方向。E1US1R3R2US2R1I3I2I1ba图图2.1 支路电流法解题实例支路电流法解题实例cd12支路数为支路数为3,需求解电流,需求解电流I1、I2和和I3。第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院52)确定节点数,列出独立的节点电流方程式。)确定节点数,列出独立的节点电流方程式。对节点对节点a0321III对节点对节点b 0321III这两个方程为同一方程,对两个节点的电路,只这两个方程为同一方程,对两个节点的电路,只能列出一个独立的电流方程能列出一个独立的电流方程。结论一:由结论一:由KCL对电路的对电路的n个节点可以列出个节点可以列出(n-1)个独立方程。)个独立方程。将一个节点
4、不考虑(一般可选参考节点),对其将一个节点不考虑(一般可选参考节点),对其他节点运用他节点运用KCL列写电流方程即可。列写电流方程即可。第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院63)确定余下所需的方程式数,列出独立的回路电压)确定余下所需的方程式数,列出独立的回路电压方程式。方程式。对回路对回路1 0S1S2URIRIU1122对回路对回路2 0S2URIERI22133对回路对回路cadbc 0S1URIERI11133(1)(2)(3)E1US1R3R2US2R1I3I1bacd12I2将方程(将方程(1)()(2),可得方程(),可得方程(3),方程(),方程(3)不是独立方程。不是独立方
5、程。第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院7结论二:对一个由结论二:对一个由n个节点,个节点,b条支路组成的电路条支路组成的电路而言,由而言,由KVL对电路中的所有回路可以列出对电路中的所有回路可以列出 个独立方程。个独立方程。1)nbl(电路理论已证明:电路理论已证明:n 个节点,个节点,b 条支路组成的电路条支路组成的电路恰有恰有 个个 网孔网孔,则网孔数,则网孔数=独立电压方程数。独立电压方程数。l第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院84)解联立方程式,求出各支路电流的数值。)解联立方程式,求出各支路电流的数值。一个电流方程,两个电压方程,即可求解电流一个电流方程,两个电压方程,即可求
6、解电流I1、I2和和I3。结论:对一个由结论:对一个由n个节点,个节点,b条支路组成的电路而条支路组成的电路而言,电压方程和电流方程共言,电压方程和电流方程共b个方程,可以解出个方程,可以解出b条条支路的电流值。支路的电流值。第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院9【例例2-1】在图在图2.2所示电路中,已知所示电路中,已知U1=10V,U2=6V,R1=2,R2=4,R3=1,R4=5,求各,求各支路电流。支路电流。R2I3I2I1I4I5U1R3R4U2R1ab图图2.2 例例2-1图图【解解】(1)指定各支路电流的参考方向如图)指定各支路电流的参考方向如图2.1.2所示。所示。(2)对)
7、对(n-1)个节点用个节点用KCL列写方程列写方程 本例即本例即2个独立电流方程个独立电流方程 对对a节点用节点用KCL列写方程为列写方程为 0321III 对对b节点节点 0543III(3)选择网孔的绕行方向。本例中,网孔的绕行)选择网孔的绕行方向。本例中,网孔的绕行方方 向均为顺时针。向均为顺时针。(4)沿每个网孔的绕行方向,用)沿每个网孔的绕行方向,用KVL列写方程。列写方程。第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院10 左网孔左网孔02443311UIRIRIR 下网孔下网孔0441IRU 右网孔右网孔 022133IRUIR得方程组得方程组0410051006520023443154
8、3321IIIIIIIIIIII解之,得解之,得 5A1I1A2I6A3I2A4I8A5IR2I3I2I1I4I5U1R3R4U2R1ab图图2.2 例例2-1电路电路第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院11【例【例2-2】如图如图2.3所示,已知所示,已知 ,求各支路电流。求各支路电流。120VS3S2S1UUUV10S4U1041RR 202R 403RUS1US2US3US4I1I4I2I3 R1R2R3 R4图图2.3 例例2-2电路电路abcde(2)图)图2.3中只有两个节点中只有两个节点a点和点和b点。选点。选b点用点用 KCL列写方程。列写方程。04321IIII(1)(3)
9、选择网孔的绕行方向。上网孔)选择网孔的绕行方向。上网孔acba的绕行方向为的绕行方向为顺时针,顺时针,中间网孔中间网孔aeba和下网孔和下网孔adbea的绕行方向为的绕行方向为逆时针。逆时针。(4)沿每个网孔的绕行方向,)沿每个网孔的绕行方向,用用KVL列出列出3个独立方程。个独立方程。【解】(【解】(1)各支路电流的参考方向如图)各支路电流的参考方向如图2.3所示所示第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院网孔网孔acba的的KVL方程方程:120S1S44411UURIRI(2)网孔网孔aeba的的KVL方程:方程:0S2S44422UURIRI(3)网孔网孔adbea的的KVL方程:方程:
10、0322233SSUURIRI(4)将数据代入式(将数据代入式(1)、()、(2)、()、(3)和()和(4),得),得020401101020110101002342414321IIIIIIIIII解之,得解之,得A41IA22IA13IA74I第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院2.2 叠加定理叠加定理线性电路线性电路(线性时不变电路线性时不变电路):由线性时不变无由线性时不变无源元件、线性受控源和独立源组成的电路源元件、线性受控源和独立源组成的电路。13叠加定理:叠加定理:在线性电路中,任何一条支路的电压在线性电路中,任何一条支路的电压或电流等于电路中各个独立电压源、独立电流源单独或电
11、流等于电路中各个独立电压源、独立电流源单独作用时在该支路上产生的电压或电流的代数和。作用时在该支路上产生的电压或电流的代数和。在图在图2.4(a)所示电路)所示电路中,设中,设US、IS、R1 和和 R2已已知,求电流知,求电流I1和和I2。R1R2ISI2I1US(a)第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院140S21IIIKCL方程方程:虚线所示回路用虚线所示回路用KVL列写电压方程:列写电压方程:S2211UIRIR由此解得由此解得S21221S1IRRRRRUIS21121S2IRRRRRUI(1)(2)用支路电流法求解:用支路电流法求解:R1R2ISI2I1US(a)第第1章章山东轻
12、工业学山东轻工业学院院15采用叠加定理求解:采用叠加定理求解:当电压源单独作用时当电压源单独作用时,见图(,见图(b)当电流源单独作用时当电流源单独作用时,见图(,见图(c)R1R2ISI2I1US(a)ISR2R1(c)1I2IR1R2I2I1US(b)第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院16采用叠加定理求解:采用叠加定理求解:S2112IRRRI 根据叠加定理,得根据叠加定理,得 S21121S222S21221S111IRRRRRUIIIIRRRRRUIII当电压源单独作用时当电压源单独作用时,见图(,见图(b)21S21RRUII当电流源单独作用时当电流源单独作用时,见图(,见图(c
13、)S2121IRRRI R1R2I2I1US(b)ISR2R1(c)1I2IR1R2ISI2I1US(a)利用叠加定理求得结果与利用叠加定理求得结果与支路电流法结果相同支路电流法结果相同第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院【例【例2-3】用叠加定理计用叠加定理计算例算例2-1,即图,即图2.2(a)所)所示电路中的各个电流示电路中的各个电流。【解】【解】图图2.2(a)所示电路的电流可以看成由)所示电路的电流可以看成由图图2.2(b)和)和2.2(c)所示两个电路电流的叠加。)所示两个电路电流的叠加。17U1I5R2I3I2I1I4R3R4U2R1ab(a)R3R2U1R4R1(b)1I2I
14、3I4I5IR2R4R3U2R1(c)1I2I3I4I5I+第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院18图图2.2(b)中)中:A2A510414RUIA730A42421102121313RRRRRUIA710)A730422(32112IRRRIA720)A710730(231IIIA744A)2730(435IIIR3R2U1R4R1(b)1I2I3I4I5I第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院19在图在图2.2(c)中)中:A715A4141263232121 RRRRRUIA712)A715414(13223 IRRRIA73)A712715(312 IIIA71235 IIA04
15、I(c)R2R4R3U2R11I2I3I4I5I第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院20所以所以:A5)A715720(111 IIIA1)A73710(222 IIIA6)A712730(333 IIIA2A)02(444 IIIA8A712744555)(IIIR3R2U1R4R1(b)1I2I3I4I5IR2R4R3U2R1(c)1I2I3I4I5I+U1I5R2I3I2I1I4R3R4U2R1ab(a)=第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院21【例例2-4】求图求图2.6(a)所示电)所示电路中的电流路中的电流I1,电流源两端的电压电流源两端的电压U,电阻,电阻R1与电流源的功率。
16、已与电流源的功率。已知知 R1=R3=1,R2=R4=2,Is=3A,Us=6V。【解解】(1)当电压源单独作用的)当电压源单独作用的时,电流源开路,如图时,电流源开路,如图2.6(b)A2A126112)11(226)(3213124S4RRRRRRRUIA1A21212432121IRRRRIV5V)22114431(RIRIU 图2.6(b)USR2R1R3R4ISI1 U图2.6(a)USR2R1R3R41I4IU第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院22(2)当电流源单独作用时,当电流源单独作用时,电压源短路,如图电压源短路,如图2.6(c)所示所示 A1A3122221134242
17、113 SIRRRRRRRIA2A)13(3S1 IIIA5.0A122234224 IRRRIV2V)115.02(3344 IRIRUR4R2R3R1IS 图图2.6(c)3IU4I1I第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院23(3)A3A)21(111 IIIV3V)25(UUUW9W312211R1IRP 电流源的功率电流源的功率P1为:为:W9W)3(31UIPS第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院24 如图如图2.7所示,已知所示,已知当当Us=3V,Is=3A,流经电阻的电流经电阻的电流流I=-3A;当当Us=6V,Is=1A时时,电电流流I=4A,求当求当Us=10V,Is=
18、2A 时时,流经电阻的电流流经电阻的电流I.USISI R线性无线性无源网络源网络图图2.7 例例2-5电路电路【解】【解】根据叠加定理根据叠加定理,I应该是应该是Us和和Is的线形组合函数的线形组合函数,设设SSbIaUI 代入已知条件得到代入已知条件得到:baba64333 解之,得解之,得:a=1 b=-2因此因此:SS2IUIV,10SUA2SI时时,A6A)2210(2SSIUI【例例2-5】第第1章章山东轻工业学山东轻工业学院院2.3 电压源、电流源的等效变换电压源、电流源的等效变换252.3.1 理想电压源串联的等效变换理想电压源串联的等效变换 三个理想电压源串联电路如图三个理想
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