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零秩电路

发布时间:2024-07-13 10:36:24

电路排故的方法

综观近年全国各地的中考物理试卷,我们不难发现判断电路故障题出现的频率还是很高的。许多同学平时这种题型没少做,但测验时正确率仍较低,有的反映不知从何处下手,笔者帮同学们总结几条解决这类问题的常用的主要判断方法:
“症状”1:用电器不工作。诊断:
(1)若题中电路是串联电路,看其它用电器能否工作,如果所有用电器均不能工作,说明可能某处发生了断路;如果其它用电器仍在工作,说明该用电器被短路了。
(2)若题中电路是并联电路,如果所有用电器均不工作,说明干路发生了断路;如果其它用电器仍在工作,说明该用电器所在的支路断路。
“症状”2:电压表示数为零。诊断:
(1)电压表的两接线柱到电源两极之间的电路断路;
(2)电压表的两接线柱间被短路。
“症状”3:电流表示数为零。诊断:
(1)电流表所在的电路与电源两极构成的回路上有断路。
(2)电流表所在电路电阻非常大,导致电流过小,电流表的指针几乎不动(如有电压表串联在电路中)。
(3)电流表被短路。
“症状”4:电流表被烧坏。诊断:
(1)电流表所在的电路与电源两极间直接构成了回路,即发生了短路。(2)电流表选用的量程不当。
初中物理电学故障只有几类:短路(包括电源短路和局部用电器短路);断路;电流、电压表正负接反;电压表串接等等。
首先,看它给出的电路图或者实物图,用电流的流向法(电流从电源正极出发,通过用电器,流回负极)判断,各个用电器的工作情况。具体问题具体分析吧。
常用到的一些重要方法有: 电流表看成导线,电压表看成断路。
例如:灯不亮,用电器不工作,可能的原因有:
1)断路。
电路中有个地方断开了,包括开关、用电器自身,接触不良等等;
2)短路。
用电器被某条导线或者电流表短路了。
涉及到电压表的一些问题:
1)电压表有读数。但电流表无读数(或很弱),灯不亮,用电器不工作,原因:与电压表并联的部分(电压表是并联使用的)断路。这样,电压表相当于串联在电路中。
2)电压表无读数。a电流表无读数,灯不亮,用电器不工作,则,与电压表并联的电路**以外**的地方断路。
b电流表有读数,与电压表并联部分不工作,则,与电压表并联部分被短路,这时,电压表相当与与导线并联,导线两端的电压为0.
等效电路图的意思:比如,我说当开关闭合,灯泡1和灯泡2串联,则,我们就可以在草稿纸上面就可以直接画灯泡1和灯泡2串联,闭合的开关当作导线,这样就可以简化电路。方便我们计算和分析。

⑵ 汽车电路入门基础知识主要是指的哪些方面的

汽车电路基础的入门知识主要有:1、是电磁感应理论,就是在通电断电情况下会引起磁场变化,是工作元件动作;2、当工作元件的磁场发生变化后会引起电压发生变化;3、基本电路的组成特点,就包括了电气电控电路的基本知识。望采纳。

⑶ 综合电器实训照明电路报告怎么写

这一周的实训使我对实际生活和生产车间的电有了一点的认识,让我从中得到了锻炼,对以前的知识加以巩固,还提高了自己的动手能力,培养了团体间的携手和作能力。
一周的电工实训进行的紧张有序,使我们有在车间实习体验。这次实训是对实际条件下的依次模拟考核,使用的电压在220伏到380伏,所以对我们的要求很高,弄不好会有触电的危险,还有烧毁仪器,在实训开始前老师告诉我们,安全放在第一,不能马虎,开电的时候要检查一遍,还要通知其他人,以免触电,老师又讲了试验时应注意的问题,然后我们按分好的组开始做试验。
刚开始作一周实训,以为要做很多试验,发下材料一看才四个,这次电工实训一共有四次试验,第一个试验是家用供电线路实训,主要目的是要学会日光灯电路,一灯两地控制,灯光可调电路,声光延时电路,铡刀控制电路的正确接法。以前我对家用供电线路的了解,只存在火线,零线。一些开关的连接,再实际生活中电是危险物,在家根本不叫碰,所以知道的不多。通过老师的讲解使我们有了一定的了解,我们接的很顺利,声光延时开关必须用东西包住才能使灯泡亮。通过这次实训让我对家用点有了一定的了解。
第二个试验是电动机反-正转实训,我们上学期有一定的理论知识,我想应该没问题,可以做起来,可一做不是那一回事,接完后电机不转,发现是接触点不能吻和。我们将电压改变后,电路恢复正常工作,电机开始反-正转。这让我懂的接线必须认真,不能马虎。在做任何事都必须认真做。是我感受颇多。
第三个试验电动机既可点动又可自锁控制线路实训,这个试验线路和上一个没有查别,在加上已经做过二个试验,我们对电器的应用有一定的熟悉。操作起来就比较顺利,我从中学到了很多,让我对电机有了新得认识,可以顺利的进行调控。
最后一个试验是工作台自动往返循环线路实训,要求我们通过实际安装接线掌握有电气原理图变换成安装接线图的方法,并掌握行程开关的作用,以及机床电路的应用。这个试验很复杂,我们接完线,打开开关,可机床不动,我们检查线路,发现一个地方没有连线,我们把线接上,机床动了。虽然和试验要求不一样,但我们很高兴,因为它动了,我们有把线检查了好几遍,没有发现问题,我们很着急,把高频调到低频,还是不行,最后我们把1、2、3、4它们换个来,机床动了,我们成功了。
一周的实习期瞬间结束了,但一颗炽热的心依然还在那实习的场地依依不舍,特别是对咱们的指导老师很是敬佩。
通过几天的实习,使我懂了许多许多的道理,真可谓是“受益非浅”啦,这次我们的实习任务,虽然算不上很重,其任务就是按图安装一些简单的照明电路。原理谈不上很复杂,但是真正要安装起来那得费一把劲,由于是四位同学共用一个工位,最重要的是双方协作精神,这一点我体会最深。
做工有条不紊的进行着,这项工作需要特别的细心,弄不好的话很容易让自己做的一切从头再来。首先,必须把安装的器材清好检查是否完好,再次就是要运用巧劲把每副夹子上好,牢固,一下午下来人累得是筋疲力尽,但看到自己安装的效果,还是感到很欣慰的,再过一年半我们就要步入社会,踏上自己的工作岗位,但我感觉到一周的学习期就是以后生活的写照,我会运用自己的书本知识和实践能力去撑稳,那在江中的风帆……
第一次看着电动机通过自己动手接线转起来,那种感觉是自豪的。自己在心里会说:“呃,我也能让电动机转起来,哈,开心。加油,其实这蛮好玩的嘛”。
我们的老师总是先给我们讲一些理论的内容,再准备让我们接线。刚开始接线时我们就按着图接下来,一点秩序也没有,所以接好了的线看过去乱乱的像蜘蛛网一样。现在想到都觉得好笑。
也因为电工课我们了解到了很多我们平时都不会认真去注意的常识,比如安全用电常识、电工基本操作(怎么连接导线)、电气照明(主要是日光灯);还有一些常用的低压电器(意所布的线布的先后顺序,比如说布线时应把其他的线都布好了之后再布开关的线,交流接触器,继电器等);行程开关的用法;电动机的结构和铭牌意义;控制电路故障分析与排除等。恩,总之,感觉学到的东西还是蛮多的。四次的电工对手亲身体会到整体思考的重要性,布一块好板就必须要有整的逻辑思维,布板要注意各元器件的空间排布还要注意到布线时线与线不能相交且要注
通过了这一周的电子电工的实训,也培养了我们的胆大、心细、谨慎的工作作风。由于前面的三个实训是通过接上日常低压电路来完成的,所以就要讲求用电的安全,不许用手触及各电气元件的异电部分及电动机的转动部分。也要求操作的时候要心细、谨慎,避免触电及意外的受伤。在后面的几个实训中用到了电烙铁,也是要求学生掌握电烙钱的正确使用的方通过这为期一周的电工实训,我确实是学到了很多知识,拓展了自己的的视野。通过这一次的电工实训,增强了我的动手打操作的能力。记得我在读高中的时候,我帮家里安装一个开关控制电路,由于自己的动手法,避免意外的受伤。能力不够强,结果把电路接成短路,还好因为电路原先装有保险丝,才没有造大的安全事故。而通过这一次的电工实训,我就掌握了日光灯电路的安装,学会了白炽灯的两地的控制方法。也学习了一些低压电器的有关知识,了解了其规格、型号及使用的方法。更主要的是,我还学会了电路的接线及检查的方法。
通过这一次的电工的实训,也培养了我们的规范化的工作作风,以及我们的团结协作的团队精神

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第一章直流电路

在生产自动化控制系统中,时常可能会出现一些由于电气控制设备故障引起的失控问题,以致影响正常的生产秩序,如何对这些电气控制设备故障进行维修?首先要了解电路的控制原理,然后对有关的电路参数进行检测,将检测的参数与标准参数比较,从而判断故障所处的位置并排除,整个过程就这么简单。这就是维修技术。所谓检测电路参数,就是测量电路中某段电路两端的电压和流过它的电流,以及其阻抗。在实际工作中,如何掌握检测维修技能,是我们学习本课程的目的。
本章学习目标
(1)了解电路的基本物理量的意义、单位和符号,电流与电压正方向的确定方法;
(2)了解电路的基本定律的意义及其应用、电路的工作状态以及负载额定值的意义;
(3)了解电源的等效变换的条件,掌握电路的等效变换方法。
(4)掌握电路的分析的基本原理及电路参数的检测方法。
1.1 电路的基本概念
1.1.1 电路与电路基本物理量
1.电路图
(1)电路
电路就是电流所流过的路径,它为了实现某种功能由一些电气设备或元构成的。,就其功能而言,可以分为两大类:一是实现能量的转换、传送与分配(如电力系统电路等);二是实现信号的传送和处理(如广播电视系统),
(2)电路模型
由于电能的传输和转换,或是信号的传递和处理,都是通过电流、电压和电动势来实现的,因此下面介绍电路的基本物理量。如图1-1所示

图1-1理想电路元件及其图形符号
2.电流及参考方向
电流是一种物理现象,是带电粒子有规则的定向运动形成的,通常将正电荷移动的方向规定为电流正方向。电流的大小用电流强度来衡量,其数值等于单位时间内通过导体某一横截面的电荷量。根据定义有
(1-1)
式中,i为电流,其单位为安培 (A);dq为通过导体截面的电荷量,电荷量的单位为库仑(C);dt为时间(s)。
上式表明,在一般情况下,电流是随时间变化的。如果电流不随时间而变化,即dq/dt=常数,则这种电流就称为恒定电流 (简称直流)。直流时,不随时间变化的物理量用大写字母表示,式 (1-1)可写成
(1-2)
电流的方向是客观存在的,但在电路分析中,一些较为复杂的电路,有时某段电流的实际方向难以判断,甚至有时电流的实际方向还在随时间不断改变,于是要在电路中标出电流的实际方向较为困难。为了解决这一问题,在电路分析时,常采用电流的“参考方向”这一概念。电流的参考方向可以任意选定,在电路图中用箭头表示。当然,所选的参考方向不一定就是电流的实际方向。当参考方向与电流的实际方向一致时,电流为正值(i>0);当参考方向与电流的实际方向相反时,电流为负值(i<0)。这样,在选定的参考方向下,根据电流的正负,就可以确定电流的实际方向。在分析电路时,先假定电流的参考方向,并以此去分析计算,最后用求得答案的正负值来确定电流的实际方向。
3.电压及参考方向
(1)定义:单位正电荷在电场力作用下,由a运动到b电场力所做的功,称为电路中a到b间的电压,即
(1-3)
式中,uab为a到b间的电压,电压的单位为伏特 (V); 为 的正电荷从a运到b所做的功,功的单位为焦耳 (J)。
在直流时,式 (1-3)可写成
(1-4)
(2)单位:1千伏特(KV)=1000伏(V)
1伏特(KV)=1000毫伏(mV)
1毫伏(mV)=1000微伏(μV)
(3)实际方向:高电位指向低电位
(4)参考方向:任意选定某一方向作为电压的正方向,也称参考方向。
(5)电压参考方向的表示方法
在电路分析时,也需选取电压的参考方向,当电压的参考方向与实际方向一致时,电压为正 (u>0);相反时,电压为负 (u<0)。电压的参考方向可用箭头表示,也可用正
(+)、负 (-)极性表示
4.电位
在电路中任选参考点0,该电路中某点。到参考点0的电压就称为a点的电位。电位的单位为伏特 (V),用V表示。电路参考点本身的电位V0=0,参考点也称为零电位点。根据定义,电位实际上就是电压,即
Va=Ua0 (1-5)
可见,电位也可为正值或负值,某点的电位高于参考点,则为正,反之则为负。任选参考点0,则a、b两点的电位分别为Va=Ua0、Vb=Ub0。按照做功的定义,电场力把单位正电荷从a点移到b点所做的功,等于把单位正电荷从a点移到0点,再移到b点所做的功的和,即
Uab=Ua0+U0b=Ua-Ub0=Va-Vb
或 Uab=Va-Vb (1-6)
式 (1-6)表明,电路中a、b两点间的电压等于a、b两点的电位差,因而电压也称为电位差。
注意!同一点的电位值是随着参考点的不同而变化的,而任意两点之间的电压却与参考点的选取无关。
举例:例1-1
总结:
电压、电流的参考方向是事先选定的一个方向,根据电压、电流数值的正、负,可确定电压、电流的实际方向。引入参考方向后,电压、电流可以用代数量表示。电路或元件的伏安关系是电路分析与研究的重点。
复习:
1、简述电流及电压参考方向的含义
2、电压与电位有何区别?
1.1.2 电路基本元件及其伏安特性
电路中的元件,如不另加说明,都是指理想元件。分析研究电路的一项基本内容就是分析电路或元件的电压、电流及其它们之间的关系。电压与电流的关系称为伏安关系或伏安特性,在直角平面上画出的曲线称为伏它特性曲线。下面讨论电路基本元件及其伏安特性。
1.电阻元件及其伏安特性
电阻元件的伏安特性,如图1-2所示,为过原点的
一条直线,它表示电压与电流成正比关系,这类
电阻元件称为线性电阻元件,其两端的电压与电流
服从欧姆定律关系,即
图1-2电阻元件的伏安特性曲线
或 (1-7)
在直流电路中,欧姆定律可表示为
或U=RI (1-8)
式中电压U的单位是V,电流I的单位是A,电阻R的单位是 。常用的电阻单位还有行千欧(k )和兆欧(M )他们之间的关系为
1M =103k =106
值得注意的是,导体的电阻不随其端电压的大小变化,是客观存在的。当温度一定时,导体的电阻与导体的长度l成正比,与导体的横截面积S成反比,还与导体的材料性质(电阻率 )有关,即
(1-9)
式中,R的单位是 , 的单位是 m,l的单位是m,S的单位是m2。若令G=1/R,则G称为电阻元件的电导,电导的单位是西[门子](S)。
在(1-8)式中,当电压与电流的参考方向一致时,电压为正值。反之,则电压为负值。
2.电压源
电源是电能的来源,也是电路的主要元件之一。电池、发电机等都是实际的电源。在电路分析时,常用等效电路来代替实际的部件。一个实际的电源的外特性,即电源端电压与输出电流之间的关系[U=f(I)],可以用两种不同的电路模型来表示。一种是电压源;一种是电流源。
(1)理想的电压源——恒压源
一个电源没有内阻,其端电压与负载电流的变化无关,为常数,则这个电源称为理想的电压源,用Us表示,它是一条与I轴平行的直线。通常用的稳压电源、发电机可视为理想的电压源。
(2)电压源
实际的电源都不会是理想的,总是有一定的
内阻,因此,在电路分析时,对电源可以用
一个理想的电压源与内阻相串联的电路模
型——电压源来表示,如图1-3所示。直流电
压源的外特性为
图1-3 电压源外特性曲线
U=Us-R0I (1-10)
图中斜线与纵座标轴的交点,为负载开路时,电源的端电压(电压源的最高端电压),即I=0,U=U0=Us。而与横座标轴的交点则是电源短路时的最大电流Is,即U=0,Is=Us/R0。

3.电流源
(1)理想电流源——恒流源
当一个电源的内阻为无穷大,其输出电流与负载的变化无关,为常数,则这个电源称为理想电流源,用Is表示。其外特性曲线是一条与纵轴U平行的直线。常用的光电池与一些电子器件构成的稳流器,可以认为是理想的电流源。
(2)电流源
理想电流源实际上是不存在。对于一个实际的电源,也可以用一个理想的电流源与内阻并联的电路模型——电流源来替代,如图1-4所示,由式(1-10)得直流电流源的外特性为

图1-4 电流源外特性曲线
(1-11)
的曲线,图中斜线与纵轴的交点表示负载开路时,I=0,U=U0=R0Is=Us;斜线与横轴的交点则是电流源短路时,U=0,I=Is。

4.电压源与电流源的等效变换
如果电压源和电流源的外特性相同,则在相同电阻R上产生相等的电压U与电流I。如图1-5所示。
在图1-5(a)的电压源模型中

图1-5 实际电压源与实际电流源等效变换
(1-12)
在图1-5(b)的电流源模型中

(1-13)
比较以上两式,得
或 (1-14)
式(1-14)就是实际的电压源与电流源之间等效变换公式。
在等效变换时还需注意:
1)电压源是电动势为E的理想电压源与内阻R0相串联,电流源是电流为Is的理想电流源与内阻R0相并联,是同一电源的两种不同电路模型。
2)变换时两种电路模型的极性必须一致,即电流源流出电流的一端与电压源的正极性端相对应。
3)等效变换仅对外电路适用,其电源内部是不等效的。
4)理想电压源的短路电流Is为无穷大,理想电流源的开路电压U0为无穷大,因而理想电压源和理想电流源不能进行这种等效变换。
5)扩展内阻R0的内涵,即当有电动势为E的理想电压源与某电阻R串联的有源支
路,都可以变换成电流为Is的理想电流源与电阻R并联的有源支路,反之亦然。其相互变换的关系是

式 (1-15)中电阻R可以是电源的内阻,也可以是与电压源串联或与电流源并联的任意电阻。
举例:例1-2

1.1.3 电路的三种状态
(1)额定工作状态
在图1-6所示的电路中,如果开关闭合,电源则向负载RL提供电流,负载RL处于额定工作状态,这时电路有如下特征:
① 电路中的电流为:

图1-6 电路的有载与空载
(1-15)
式中,当Us与R0一定时,I的值取决于RL的大小。
② 电源的端电压等于负载两端的电压(忽略线路上的压降),为:
U1= Us-R0I=U2 (1-16)
③ 电源输出的功率则等于负载所消耗的功率(不计线路上的损失),为:
P1=U1I=(Us-R0I)I=U2I=P2 (1-17)

(2)空载状态
图1-6所示的电路,为开关断开或连接导线折断时的开路状态,也称为空载状态。电路在空载时,外电路的电阻可视为无穷大。因此电路具有下列特征:
① 电路中的电流为零,即
I=0 (1-18)
② 电源的端电压为开路电压U0,并且有
U1=U0=Us-R0I=Us (1-19)
③ 电源对外电路不输出电流,因此有
P1=U1I=0,P2=U2I=0 (1-20)

(3)短路状态
如图1-6所示的电路中,电源的两输出端线,因绝缘损坏或操作不当,导致两端线相接触,电源被直接短路,这就叫短路状态。
当电源被短路时,外电路的电阻可视为零,这时电路具有如下特征:
① 电源中的电流最大,但对外电路的输出电流为零,即
,I=0 (1-21)
式中Is称为短路电流。因为一般电源的内阻R0很小,所以Is很大。
② 电源和负载的端电压均为零,即
U1= Us-R0I=0,U2=0 (1-22)
上式表明,电源的恒定电压,全部降落在内阻上,两者的大小相等,方向相反,因此无输出电压。
③ 电源输出的功率全部消耗在内阻上,因此,电源的输出功率和负载所消耗的功率均为零,即

(1-23)

举例:例1-3
总结:
1、简单电路的分析可以采用电阻串、并联等效变换的方法来化简。实际电压源与实际电流源可以互相等效变换。
2、无源二端线性网络可以等效为一个电阻。有源二端线性网络可以等效为一个电压源与电阻串联的电路或一个电流源与电阻并联的电路,且后两者之间可以互相等效变换。等效是电路分析与研究中很重要而又很实用的概念,等效是指对外电路伏安关系的等效。

复习:
1、电源在等效变换时需注意哪几点?
2、电路的三种状态各有什么特点?
1.2 直流电路的基本分析方法
电路分析是指在已知电路结构和元件参数的条件下,确定各部分电压与电流的之间的关系。实际电路的结构和功能多种多样,如果对某些复杂电路直接进行分析计算,步骤将很繁琐,计算量很大。因此,对于复杂电路的分析,必须根据电路的结构和特点去寻找分析和计算的简便方法。本节主要介绍电路的等效变换、支路电流法、结点电压法、叠加定理、戴维南定理、非线性电阻电路图解法等分析电路的基本方法。这些方法既可用于分析直流电路,也适用于分析线性交流电路。
1.2.1 电路的等效电阻
1.二端网络
二端网络是指具有两个输出端的电路,如果
电路中含有电源就叫有源二端网络,不含电源则
叫无源二端网络。二端网络的特性可用其端口上
的电压U和电流I之间的关系来反映,图1-7中
的端口电流I与端口电压U的参考方向 图1-7 二端网络
对二端网络来说是关联参考方向。
如果一个二端网络的端口电压与电流关系和另一个二端网络的端口电压与电流关系相同,则这两个二端网络对同一负载(或外电路)而言是等效的,即互为等效网络。

2.电阻的串联
如图1-8所示,为几个电阻依次连接,当中无分支电路的串联电路。串联电路的特点:
(1)流过各电阻中的电流相等,即
图1-8 电阻串联及其等效
I=I1=I2 (1-24)
(2)电路的总电压等于各电阻两端的电压之和,即
U=U1+U2 (1-25)
由此可得,电路取用的总功率等于各电阻取用的功率之和,即
IU=IU1+IU2 (1-26)
(3)电路的总电阻等于各电阻之和,即
R=R1+R2 (1-27)
(4)电路中每个电阻的端电压与电阻值成正比,即

(1-28)

(5)串联电阻电路消耗的总功率P等于各串联电阻消耗的功率之和,即
(1-29)
串联电路的实际应用主要有:
① 常用电阻的串联来增大阻值,以达到限流的目的;
② 常用几个电阻的串联构成分压器,以达到同一电源能供给不同电压的需要;
③ 在电工测量中,应用串联电阻来扩大电压表的量程。

3.电阻的并联
如图1-9所示,为几个电阻的首尾分别连接在电路中相同的两点之间的并联电路。
并联电路有如下特点:
(1)各并联电阻的端电压相等,且等于电路两端的电压,即

图1-9 电阻并联及其等效
U=U1=U2 (1-30)
(2)并联电路中的总电流等于各电阻中流过的电流之和,即
I=I1+I2 ` (1-31)
(3)并联电路的总电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和,即

即 (1-32)
(4)并联电路中,流过各电阻的电流与其电阻值成反比,阻值越大的电阻分到的电流越小,各支路的分流关系为
(1-33)
可见,在电路中,通过并联电阻能达到分流的目的。
(5)并联电阻电路消耗的总功率等于各电阻上消耗的功率之和,即
(1-34)
可见,各并联电阻消耗的功率与其电阻值成反比。
并联电路的实际应用有:
(1)工作电压相同的负载都是采用并联接法。对于供电线路中的负载,一般都是并联接法,负载并联时各负载自成一个支路,如果供电电压一定,各负载工作时相互不影响,某个支路电阻值的改变,只会使本支路和供电线路的电流变化,而不影响其他支路。例如工厂中的各种电动机、电炉、电烙铁与各种照明灯都是采用并联接法,人们可以根据不同的需要起动或停止各支路的负载。
(2)利用电阻的并联来降低电阻值,例如将两个1000 的电阻并联使用,其电阻值则为500 。
(3)在电工测量中,常用并联电阻的方法来扩大电流表量程。

4.电阻的混联
在实际的电路中,经常有电阻串联和并联相结合的连接方式,这就称为
电阻的混联。对于能用串、并联方法逐步化简的电路,仍称为简单电路。有些电阻电路既不是串联,也不是并联,无法用串、并联的公式等效化简,只有寻找其他的方法求解,如电阻的星形联接与三角形联接的求解。
举例:例1-4
1.2.2 基尔霍夫定律
用串并联的方法能够最终化为单一回路的简单电路,可以用欧姆定律来求解。用串并联的方法,不能将电路最终化为单一回路的复杂电路,其求解规律,反映在基尔霍夫定律中。基尔霍夫定律是电路的基本定律之一,它包含有两条定律,分别称为基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)。
1. 电路结构的基本名词
在基尔霍夫定律中,常要用到如下几个电路名词:
支路:在电路中通过同一电流的分支电路叫做支路。如图1-10的电路中,有三条支路,分别是I1、I2和IL流过的支路。
节点:有三条或三条以上支路的连接点叫做节点。如图1-10的电路中,有b、e两个节点。回路:闭合的电路叫做回路。回路可由一条或多条支路组成,但是只含一个闭合回路的电路叫网孔。如图1-10的电路中,有abcdef、abef和bcde三个回路,两个网孔,即abef和bcde。

图1-10 电路名词定义示意图
2.基尔霍夫电流定律(KCL)
根据电流连续性原理,在电路中任一时刻,流入节点的电流之和等于流出该节点的电流之和,节点上电流的代数和恒等于零,即
或 (1-35)
这一关系叫节点电流方程,是基尔霍夫电流定律,也称为基尔霍夫第一定律。该定律的应用可以由节点扩展到任一假设的闭合面。在应用KCL时,必须先假定各支路电流的参考方向,再列电流方程求解,根据计算结果,确定电流的实际方向。如果指定流入节点的电流为正(或负),则流出节点的电流为负(或正)。
3.基尔霍夫电压定律(KVL)
根据电位的单值性原理,在电路中任一瞬时,沿回路方向绕行一周,闭合回路内各段电压的代数和恒等于零,即回路中电动势的代数和恒等于电阻上电压降的代数和,其数学式为
或 (1-36)
这一关系叫回路电压方程,是基尔霍夫电压定律,也称为基尔霍夫第二定律。该定律的应用可以由闭合回路扩展到任一不闭合的电路上,但必须将开口处的电压列入方程中。在应用KVL时,必须先假定闭合回路中各电路元件的电压参考方向和回路的绕行方向,当两者的假定方向一致时,电压取“+”号;反之则电压取“-”号。
举例:例1-6

总结:
欧姆定律和基尔霍夫定律是电路分析的最基本定律。它们分别体现了元件和电路结构对电压、电流的约束关系。

复习:
1、什么是串联分压?什么是并联分流?举例说明。
2、简述基尔霍夫定律的内容

1.2.3 支路电流法
支路电流法是利用基尔霍夫两个定律列出电路的电流和电压方程,求解复杂电路中各支路电流的基本方法。支路法的解题步骤为:
(1)先标出电路中各支路电流、电压的参考方向和回路的绕行方向。
(2)如果电路中有n个节点,根据KCL列出n-1个独立的节点电流方程。
(3)如果电路中有m个回路,根据KVL列出m-(n-1)个独立回路电压方程。通常选电路中的网孔来列回路电压方程。
(4)代入已知数,解联立方程组,求出各支路电流。根据需要还可以求出电路中各元件的电压及功率。

1.2.4 叠加原理
在线性电路中,如果有多个电源供电(或作用),任一支路的电流(或电压)等于各电源单独供电时在该支路中产生电流的代数和。这就是叠加原理。它是分析线性电路的一个重要定理。它的应用可以由线性电路扩展到产生的原因和结果满足线性关系的系统中,但不能用叠加原理计算功率,因为功率是电流(或电压)的二次函数(P=RI2),不是线性关系。
在应用叠加定理时,应注意以下几点:
1)在考虑某一电源单独作用时,要假设其他独立电源为零值。电压源用短路替代,电动势为零;电流源开路,电流为零。电源有内阻的都保留在原处,其他元件的联接方式不变。
2)在考虑某一电源单独作用时,可将其参考方向选择为与原电路中对应响应的参考方向相同,且在叠加时用响应的代数值代入。也可以原电路中电压和电流的参考方向为准,分电压和分电流的参考方向与其一致时取正号,不一致时取负号。
3)叠加定理只能用于计算线性电路的电压和电流,不能计算功率等与电压或电流之间不是线性关系的量。
4)受控源不是独立电源,必须全部保留在各自的支路中。
举例:例1-7

1.2.5 戴维南定理和诺顿定理
1. 戴维南定理

图1-11 有源二端网络的等效电路
在图1-11的电路中,在电路分析计算中,有时只需计算电路中某一支路的电流,如果用前面介绍的方法,计算比较复杂,为了简化计算,可采用戴维南定理进行计算。戴维南定理表述如下:任何一个线性有源二端网络,对于外电路,可以用一个理想电压源和内阻串联组合的电路模型来等效。该电压源的电压等于有源二端网络的开路电压;内阻等于将有源二端网络变成相应的无源二端网络的等效电阻。此电路模型称为戴维南等效电路,二端网络即具有两个端钮与外电路联接的网络。二端网络的内部含有电源时称为有源二端网络,否则称为无源二端网络。所谓相应的无源二端网络的等效电阻,就是原有源二端网络所有的理想电源 (理想电压源或理想电流源)均除去时网络的二端电阻。除去理想电压源,即E=0,理想电压源所在处短路;除去理想电流源,即Is=0,理想电流源所在处开路。戴维南定理把有源二端网络用电压源来等效代替,故戴维南定理又称为等效电压源定理。
解题步骤: (1)断开支路求有源二端网络的开路电压U0
(2)将有源二端网络变为无源二端网络求等效电阻Rab。
(3)根据戴维南定理画出等效电压源电路。
(4)把断开的支路拿回来,求未知电流。
2. 诺顿定理
由于电压源与电流源可以等效变换,因此有源二端网络也可用电流源来等效代替。诺顿定理叙述如下:任一线性有源二端网络,对其外部电路来说,可用一个理想电流源和内阻相并联的有源电路来等效代替。其中理想电流源的电流Is等于网络的短路电流,内阻R0等于相应的无源二端网络的等效电阻。诺顿定理又称为等效电流源定理,它和戴维南定理一起合称为等效电源定理。
举例:例1-8

总结:
1、支路电流法是分析电路的基本方法。如果电路结构复杂,因电路方程增加使得支路电流法不太实用。
2、叠加定理适用于线性电路,是分析线性电路的基本定理。注意,叠加定理只适用于线性电路中的电压和电流。
3、戴维南定理和诺顿定理是电路分析中很常用的定理,运用它们往往可以简化复杂的电路。
复习:
1、支路电流法有什么特点?
2、简述叠加定理的解题方法
3、简述应用戴维南定理的解题步骤

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