电工技术理论课程学习指导

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1、电工技术学习指导中（英）文课程名称：电工技术（Electrotechnics）课程编号： 学分：4学分课程性质：专业课 学时：40学时第1章 电路的基本概念与基本定律 1.1 基本要求 1.了解电路模型及理想电路元件的意义； 2.理解电压、电流参考方向的意义； 3.理解电路基本定律并能正确应用； 4.了解电源的有载工作、开路与短路状态，并能理解电功率和额定值的意义； 5.掌握分析与计算简单直流电路和电路中各点电位的方法。 1.2 学习指导 本章着重讲述电压和电流的参考方向、基尔霍夫定律和电路中电位的概念及计算三个问题。虽然本章内容比较简单，但却含有不少基本概念(如参考方向、额定值、功率平衡、电

2、源与负载的判别、参考电位等)，这些概念在学习物理时并未涉及，而对电工和电子技术来讲是极为重要的。在教材中通过较多例题、习题和练习思考题使读者建立和加深这些概念。此外，在例题和习题中，也有较多的实际问题，使初学者理解理论联系实际是本课程的特点之一。 在初学本章时必须重视它的重要性(基本定律和基本概念)，切勿因其“简单”或“已学过”而产生“电工学没啥学”的思想。 下面分节讨论。 1.电路的作用与组成部分 电路分析是本课程的基础。首先要了解电路具有传输和转换电能以及传递和处理信号两种主要作用，并了解电路由电源(或信号源)、负载和中间环节三部分组成。电力系统和扩音机两例是常见的。这里要注意信号源与一般

3、电源的区别。 2.电路模型 什么是理想电路元件？就是将实际电路元件理想化，即在一定条件下突出其主要的电磁性质，而忽略其次要因素。由一些理想电路元件所组成的电路就是实际电路的电路模型。理想电路元件(如电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等)分别由相应的参数来表征，用规定的图形符号来表示。今后分析的都是指电路模型，简称电路。 3.电压电流的参考方向 电流、电压和电动势这几个物理量都已在物理课中讲过。本节着重讨论它们的参考方向。参考方向是一种分析方法，也是一个对初学者不好理解的新概念。在以后有关章节中根据不同情况还要进一步讨论参考方向，反复巩固，才能深入理解。 在分析与计算电路时，要规定电流、电压

4、和电动势的方向： 电流的方向规定为正电荷运动的方向或负电荷运动的相反方向； 电压的方向规定为由高电位(“+”极性)端指向低电位(“-”极性)端，即为电位降低的方向 电源电动势的方向规定为在电源内部由低电位(“-”极性)端指向高电位(“+”极性)端，即为电位升高的方向。 电路中电流和电压的方向是客观存在的。但在分析较为复杂的直流电路时，往往难于事先判断某支路中电流和电压的实际方向；对交流来讲，其方向随时间而变，在电路图上也无法用一个箭头或极性来表示它们的实际方向。为此，在分析与计算电路时，常可任意选定某一方向作为电流或电压的参考方向，或称为正方向。所选的参考方向不一定与实际方向一致。当所选的参考

5、方向与电流或电压的实际方向一致时，则电流或电压为正值；反之，则为负值。因此，在参考方向选定之后，电流或电压之值才有正负之分。 注意：今后电路图上所标的都是电压和电流的参考方向。同时，必须标出它们的方向，方可分析计算。 4.欧姆定律 欧姆定律在物理课中早已学过，它是电路的基本定律之一，但在本教材中处理这个定律时并不是简单重复过去所讲的内容，而是通过它进一步加深对电压、电流参考方向的理解。要注意两点：第一，应用欧姆定律列式子时，首先要在电路图上标出电流、电压或电动势的参考方向，当电压和电流的参考方向选得相反时表达式须带负号(图1. 2.1)；第二，在参考方向选定之后，电压和电流本身有正值或负值。所

6、以这里有两套正负号。例如，在图1.2.2所示的电路中，电压U为+6V，故其参考方向与实际方向一致。即实际上上端电位高(“+”极性)，下端电位低(“”极性)。电流I 的参考方向与其实际方向相反，故为-2A。这是电压和电流本身有正值和负值。此外，图中U 和I 的参考方向相反，故应用欧姆定律列式子时得出将电压和电流值代入，则得 5.电源的有载工作、开路与短路状态 本节分别讨论电源有载工作、开路与短路这三种状态在电压、电流和功率方面的特征，在这里应了解下面几个问题。 (1)功率的平衡 在一个电路中，电源产生的功率与负载取用的功率及电源内阻和线路电阻上所损耗的功率是平衡的。 (2)电源与负载 根据电路图

7、中电压和电流的实际方向可确定某一电路元件是电源(或处于电源状态)还是负载(或处于负载状态)。在图1.2.3中，如果U 和I 的参考方向即为实际方向： 电源U 和I 的实际方向相反，电流从“+”端流出，发出功率； 负载U 和I 的实际方向相同，电流从“+”端流人，取用功率。 也可由U 和I 的参考方向来确定电源与负载，如果两者的参考方向选得一致，如图1.2.4所示，则 电源 P =UI (负值) 负载 P =U I (正值) 如果U 和I 的参考方向选得相反，则电源的功率为正值，负载的功率为负值。 (3)额定值与实际值 各种电器设备的电压、电流和功率都有一个额定值，额定值是制造厂为了使产品能在给

8、定的工作条件下正常运行而规定的正常容许值。 使用时的实际值不一定等于额定值。 一个原因是受到外界的影响。例如电源额定电压为220V，但电源电压经常波动，稍低于或稍高于220 V，这样，额定值为220 V、40 W的电灯上实际所加的电压不是220 V，实际功率也就不等于40 W了。 另一个原因是，在一定电压下电源输出的功率和电流决定于负载的大小。就是负载需要多少功率和电流，电源就给多少，所以电源通常不一定处于额定工作状态。因此，当额定值为125 kW、220 V的发电机只接上一个220 V、60 W的电灯时，电灯不会被烧毁而能正常工作，这就不足为怪了。这是一个很重要的概念。对于电动机也是这样，它

9、的实际功率和电流也决定于它轴上所带的机械负载的大小，不一定处于额定工作状态。 (4)电源的开路与短路 电源的开路与短路这两种状态可作为分析电路的一种手段，在后面章节中常碰到。主要概念是： 电源开路时，I=0，U=Uo=E 电源短路时，U=0，I=IS=E/R0 6.基尔霍夫定律 (1)基尔霍夫电流定律，I=0，反映了汇合到电路中任一结点的各支路电流间相互制约的关系。其实质是电流连续性原理，即在任何一个无限小的时间间隔内，流向结点的电荷必然等于由结点流出的电荷，在结点上不能堆积电荷。 基尔霍夫电流定律通常应用于结点，也可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。 (2)基尔霍夫电压定律，U=0

10、，反映了一个回路中各段电压间相互制约的关系。其实质是电位单值性原理，即在任一瞬时，从回路中任意一点出发，沿回路循行一周，电位升之和必然等于电位降之和，回到出发点时，该点的电位不会发生变化。 基尔霍夫电压定律除应用于闭合回路外，也可以推广应用于回路的部分电路。 (3)基尔霍夫定律具有普遍适用性，适用于任一瞬时对任何变化的电压和电流，也可用于由各种不同元件所构成的电路。第2章 电路的分析方法 2.1 基本要求 1. 掌握用支路电流法、叠加定理和戴维宁定理分析电路的方法； 2. 理解实际电源的两种模型及其等效变换； 3. 了解非线性电阻元件的伏安特性及静态电阻、动态电阻的概念，以及简单非线性电阻电路

11、的图解分析法。 2.2 学习指导 本章从电阻串并联接的等效变换开始，因为电阻的串并联最为常见，用电阻串并联等效变换的方法将一个电路化简为单回路电路，计算极为简便。不能用电阻串并联等效变换法化简的，才根据不同电路结构要用后面所讲的几种分析方法。在这些分析方法中，支路电流法最为基本，是直接应用基尔霍夫两个定律列出联立方程求解；叠加定理和戴维宁定理是重点，在本课程中常用到。 本章的难点是电流源和理想电流源，它比较生疏，不像电压源那样熟悉和具体。首先，要建立电流源和理想电流源的概念，如何来分析它的电压、电流和功率。在本章第3节就引出电流源，这样，在应用后面各种方法时，电路中就可以同时出现电压源和电流源

12、，比较全面。 在本章之末列入非线性电阻电路一节，其目的：一是给读者完整的知识，知道有线性电阻和非线性电阻之分；二是早些建立非线性的概念，以备后用。 1.电阻串并联接的等效变换 虽然这一节内容早在物理课中学过，但是还要注意下面几个问题。 （1）从电路结构上讲，所谓几个电阻(或其他元件)串联，就是它们一个联一个，其中通过同一电流；所谓几个电阻(或支路)并联，就是它们联在两个公共结点之间，其上受到同一电压。 （2）几个串联电阻或几个并联电阻可以用一个等效电阻来代替。“等效”的概念很重要，是分析电路的一种方法，在本课程中常用到。所谓等效(例如等效电阻、等效电源、等效电路等)，就是在一定条件下，两种不同

13、的事物在某些方面具有相等的效果。 （3）电阻串联起分压作用，电阻并联起分流作用。两个电阻串联的分压式子和两个电阻并联的分流式子在分析与计算电路时很有用处，应熟记。 （4）有时不需要精确计算，只要求估算。阻值相差很大的两个电阻串联，小电阻的分压作用常可忽略不计；阻值相差很大的两个电阻并联，大电阻的分流作用常可忽略不计。 2.电压源与电流源及其等效变换 （1）从电压源引出电流源 电压源U=E-IRo 电流源 Is=U / Ro+I （2）任何一个实际电源都可以等效为电压源或电流源这两种电路模型，两者对外部电路也是等效的，这反映在两者的外特性是一样的。但对电源内部则是不等效的。至于理想电压源和理想电

14、流源，它们是不等效的。 理想电压源和理想电流源实际上并不存在，只是抽象出来的一种元件模型。不过，当电源内阻R0与负载电阻RL相比，Ro远远小于RL时，U近视似等于E，电压基本上恒定，可以认为是理想电压源；反之，当Ro大大于RL时，I 近视似等于E / Ro，电流基本上恒定，可以认为是理想电流源。 （3）对理想电压源和理想电流源必须分别建立恒压和恒流的概念。与理想电压源并联电阻后并不影响外电路电阻上的电压和电流，只是改变了理想电压源中的电流；与理想电流源串联电阻后也并不影响流过电阻的电流和其上电压，只是改变了理想电流源上的电压(注意，不要错误地认为理想电流源上的电压为零)。 （4）应注意：理想电压源短路，其短路电流为无穷大；理想电流源开路，其开路电压为无穷大。 （5）电压源与电流源的等效变换也是分析与计算电路的一种方法。 3.支路电流法 （1）从所给电路图上找出支路b和结点n各有多少，以支路电流为未知数，共需列出b个方程； （2）在电路图上标出电压和电流的参考方向； （3）应用基尔霍夫电流定律对结点列出（n-1）个独立方程； （4）应用基尔霍夫电压定律对网孔列出其余b-(n-1)个独立方程。 4.结点电压法 以两结点电路为例，导出结点电压公式 其