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类型电工技术-例题分析.ppt

  • 上传人:hwpkd79526
  • 文档编号:7272621
  • 上传时间:2019-05-12
  • 格式:PPT
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    电工技术-例题分析.ppt
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    1、直流电路,图中电压U=,7A,-4A,3A,23=6V,基尔霍夫电流定理,对任一节点:,电路如图,已知I1=0.8mA, I2=1.2mA ,R=50k,电压U=( ),(A) -20V,(B) +20V,(C) +50V,(D) -50V,-0.4mA,-0.4mA,A,列写回路电压方程,并求I。,A)IR1+IR2+IR3=US1+US2 I=4.5A,I,基尔霍夫电压定理,B)IR1+IR2+IR3=US1-US2 I=-4.5A,C)IR1+IR2-IR3=US1+US2 I=1.5A,D)IR1+IR2+IR3=US1-US2 I=-1.5A,图示电路中,电压U ,电压U 。,I=2

    2、+1-(-3)=6A,12V,22=4V,4+12-U-6=0,10V,26=12V,基尔霍夫电压定理,4+12-6=U,二端网络NA向外电路输出功率20W,4V恒压源的功率是( ),(A) 吸收40W,(B) 吸收20W,(C) 产生40W,(D) 产生20W,4V,5A,10A,A,如P0,元件消耗功率,如P0,元件提供能量,电压源与电流源,电压源,电压源模型,由上图电路可得: U = E IR0,若 R0 = 0,理想电压源 : U E,U0=E,电压源的外特性,电压源是由电动势 E 和内阻 R0 串联的电源的电路模型。,若 R0 RL ,U E , 可近似认为是理想电压源。,理想电压源

    3、,O,电压源,理想电压源(恒压源),例1:,(2) 输出电压是一定值,恒等于电动势。对直流电压,有 U E。,(3) 恒压源中的电流由外电路决定。,特点:,(1) 内阻R0 = 0,设 E = 10 V,接上RL 后,恒压源对外输出电流。,当 RL= 1 时, U = 10 V,I = 10A当 RL = 10 时, U = 10 V,I = 1A,电压恒定,电 流随负载变化,电流源,U0=ISR0,电流源的外特性,理想电流源,O,IS,电流源是由电流 IS 和内阻 R0 并联的电源的电路模型。,由上图电路可得:,若 R0 = ,理想电流源 : I IS,若 R0 RL ,I IS ,可近似认

    4、为是理想电流源。,电流源,理想电流源(恒流源),例2:,(2) 输出电流是一定值,恒等于电流 IS ;,(3) 恒流源两端的电压 U 由外电路决定。,特点:,(1) 内阻R0 = ;,设 IS = 10 A,接上RL 后,恒流源对外输出电流。,当 RL= 1 时, I = 10A ,U = 10 V 当 RL = 10 时, I = 10A ,U = 100V,外特性曲线,U,I,IS,O,电流恒定,电压随负载变化。,电压源与电流源的等效变换,U = E IR0,I = IS U/R0,电流源内阻与电动势串联,电压源内阻与电激流并联,例:电压源与电流源的等效互换举例,5A,10V / 2 =

    5、5A,2,5A 2 = 10V,E = ISRS,IS = U / RS,例 求A点电位,解:,2,8V,电源等效变换,内阻并联改串连,大小不变,US=ISRS,注意电源变换的方向!,或,电位即为对地电压,电路如图,支路电流I=( ),(A)-2A (B)0A (C)4A (D)6A,D,理想电压源:电压恒定,电流任意(外电路决定) 理想电流源:电流恒定,电压任意(外电路决定) 理想电压源与理想电流源并联理想电压源 理想电压源与理想电流源串联理想电流源,电路如图,支路电流I=6A,功率讨论: 理想电压源:PU=-IUS=-24W 理想电流源:PI=+ISUS=+16W 电阻:PR=+IRUS=

    6、+8W,电路如图,支路电流I=-2A,功率讨论: 理想电压源:PU=-IUS=+8W 理想电流源:PI=-ISUS=-16W 电阻:PR=+IRUS=+8W,用节点电压法求图示电路各支路电流。,解:,求出U后,可用欧姆定律求各支路电流。,例 求A点电位,叠加原理,在多个电源同时作用的线性电路中,任何支路的电流或任意两点间的电压,都是各个电源单独作用时所得结果的代数和。,用叠加原理求:I= ?,I=2A,I“= -1A,I = I+ I“= 1A,+,解:,“恒流源不起作用”,即是将此恒流源开路。,例:,“恒压源不起作用” ,即是将此恒压源短路。,例 两电源共同作用时,U2=5V, IS单独作用

    7、时, U2将,解:,E单独作用,IS单独作用, U2不变,根据叠加原理,根据电流源特性: 电流源支路的电流仅由电流源有关,知U2不变,例: 未接10V电压源时,I=5A,求接入后的I大小S,解:,叠加原理,10V电压源单独作用,I,戴维宁定理,二端网络的概念:二端网络:具有两个出线端的部分电路。无源二端网络:二端网络中没有电源。有源二端网络:二端网络中含有电源。,无源二端网络,有源二端网络,电压源 (戴维宁定理),电流源 (诺顿定理),无源二端网络可化简为一个电阻,有源二端网络可化简为一个电源,戴维宁定理,任何一个有源二端线性网络都可以用一个电动势为E的理想电压源和内阻 R0 串联的电源来等效

    8、代替。,等效电源的内阻R0等于有源二端网络中所有电源均除去(理想电压源短路,理想电流源开路)后所得到的无源二端网络 a 、b两端之间的等效电阻。,等效电源的电动势E 就是有源二端网络的开路电压U0,即将负载断开后 a 、b两端之间的电压。,等效电源,UOC,b,R1,a,R0=R1,待求支路提出,使剩下电路成为有源二端网络,用等效电压源代替有源二端网络,用有源二端网络的开路电压作为等效电压源的电压,求入端电阻R0,用等效电路代替原有源二端网络,化简电路,求待求支路电流I,有一实际电源的外特性如图。求该电源的参数。,解:,电流为0时的开路电压=电动势,电压为0时的电流为短路电流,E,例: 有一实

    9、际电源的开路电压为30V,短路电流为10A,如外接12电阻,求输出电流。,解:,开路电压UO=E=30V。,例: US1=20V, US1=US1=10V, R1=R2=10, R3=2.5, R4=R5=5,求电流I(戴维南定理),a,b,U0=Uab=Va-Vb=5V,R0=R1/R2+R3/R4=7.5,IR3+IR0=US2-U0,I=0.5A,例: 如图所示两电路等效,则计算US和R0的正确公式是( ),+,-,US,IS,R1,R2,R3,A,B,UO,A) B) C) D),C,UR1=- ISR1,Uo= UR1 +US,求电流I(叠加原理),US单独作用,IS单独作用,求电流

    10、I,戴维南定理,a,b,0,Va=30V,UOC=24V,R0=5,I=3A,用电源转换求等效电动势和等效内阻,电路的暂态分析,如uC(0-)=0,换路时电容当作短路 如iL(0-)=0,换路时电感当作开路,如uC(0-)= uC(0):换路时电容当作电压源,其电动势为uC(0) 如iL(0-)= iL(0),换路时电感当作电流源,电流为iL(0),换路定则,换路定则仅用于换路瞬间来确定暂态过程中uC、 iL初始值。,E,5 图示电路,换路前UC(0-)=0.2Ui , UR(0-)=0,电路换路后的 UC(0+)和UR(0+)分别为:,UC(0+)=0.2Ui,UR(0+)=0UC(0+)=

    11、0.2Ui,UR(0+)= 0.2Ui UC(0+)=0.2Ui,UR(0+)= 0.8UiUC(0+)=0.2Ui,UR(0+)=Ui,UR(0+)= UiuC(0+),:代表一阶电路中任一电压、电流函数,式中,在直流电源激励的情况下,一阶线性电路微分方 程解的通用表达式:,利用求三要素的方法求解暂态过程,称为三要素法。 一阶电路都可以应用三要素法求解,在求得 、和 的基础上,可直接写出电路的响应(电压或电流)。,已知某电容暂态电压,解:,uC()=10V;,求电路的三要素:uC(0)、uC()、,由三要素公式:,uC(0+)=6+uC()=16V ;,=0.1秒,uC(0+)-uC()=6

    12、V;,电路如图所示,开关S断开,电容无初始储能。t=0时开关闭合,且iC(0)等于白炽灯的额定电流。当开关S闭合后白炽灯的亮暗情况是( ),(A)由亮变暗 (B)由暗变亮 (C)一直亮 (D)一直暗,A,RC电路如图3所示,开关S闭合于“1”,电路已达到稳态。t=0时,开关S切换到“2”,电路发生过渡过程,其iC,uC值为( D ),A,B,C,D,iC,电容放电,电路原处于稳态,换路后瞬间,电容电压uC和电感电流iL分别为( ),(A)6V,1A (B)12V,2A (C)20V,10A (D)16V,8A,C,例: 开关S闭合前,L和C均未储能,求S闭合后瞬间uL(0+),解:,iL,开关

    13、闭合前电感电流为0,换路时电感电流不变,电感视为开路,开关闭合前电容电压为0,换路时电容电压不变,电容视为短路,例: 开关S闭合前电路已稳定,t=0时S闭合,求电路的时常数,解:,以L两端连接的有源二端网络除源后的电阻,已知R1= R3=4k, R2=2k, C=2F,U=20V,求换路后电容电流iC(t),解:,开关闭合前,换路时电容电压不变,t电容电流为0,电容视为开路,例: 已知R1= R3=4k, R2=2k, C=2F,U=20V,求换路后电容电流iC(t),iC,例: 已知R1= R3=4k, R2=2k, C=2F,U=20V,求换路后电容电流iC(t),解:,换路时电容视为电压

    14、源,iC,a,正弦交流电路,4 图中为某正弦电压的波形图,由图可知,该正弦量的:,有效值为10V角频率为314rad/s初相位为60周期为(20-5)ms,电源电动势e(t)=220cos(314t+45),求其有效值相量。,解:,单一参数正弦交流电路的分析计算小结,电路 参数,电路图 (正方向),复数 阻抗,电压、电流关系,瞬时值,有效值,相量图,相量式,功率,有功功率,无功功率,R,i,u,设,则,u、 i 同相,0,L,i,u,C,i,u,设,则,设,则,u领先 i 90,u落后i 90,0,0,基本 关系,图示电路输入正弦交流电压的频率提高后,三个灯泡的亮度变化是( ),(A)串接于电

    15、阻R的灯泡变亮,(B)串接于电容C的灯泡变亮,(C)串接于电感L的灯泡变亮,(D)亮度都不变,2 RLC串联电路如图,其中,R=1k,L=1mH,C=1F,如果用一个100V的直流电压加在该电路的A-B端口,则电路电流I为:,0A 0.1A-0.1A100A,电容对直流容抗无穷大,u=100sin(10t+45)V, i1=10sin(10t+45)A, i2=20sin(10t+135), i3=10sin(10t-45)A, 元件1、2、3的性质和参数为( ),+,-,1,2,3,A)R=10,C=0.02F,L=0.5H B)L=0.5H ,C=0.02F, R=20 C)R=10, L

    16、=10H , C=5F D)R=5, L=0.5H , C=0.02F,RLC串联电路 相量图,( 0 感性),XL XC,参考相量,由电压三角形可得:,电压 三角形,( 0 容性),XL XC,由相量图可求得:,2) 相量图,由阻抗三角形:,电压 三角形,阻抗 三角形,阻抗三角形、电压三角形、功率三角形,将电压三角形的有效值同除I得到阻抗三角形,将电压三角形的有效值同乘I得到功率三角形,P=IUR,图示电路电流表读数为10A,电压表读数为100V,开关S接通和断开时两表读数不变,可判定,A) XL=XC,B) XL=2XC,C) 2XL=XC,例: 已知I1=I2=1A,总电流I( )A,解

    17、:,3 图示电路,正弦电流i2的有效值I2=1A, i3的有效值I3=2A,因此电流i1的有效值I1等于多少?,解:,(D)不能确定,例: 已知I1=I2=1A,XL=R=10,以I1为参考相量,求电压U,解:,例: 已知电流表A1和A2的读数分别为5A和3A,求通过电感的电流IL,解:,I=IL-IC,IL=5+3=8A,例:,已知:,求:(1)电流的有效值I与瞬时值 i ;(2) 各部分电压的有效值与瞬时值;(3) 作相量图;(4)有功功率P、无功功率Q和视在功率S。,在RLC串联交流电路中,,解:,(1),(2),方法1:,方法1:,通过计算可看出:,而是,(3)相量图,(4),或,(4

    18、),或,呈容性,方法2:复数运算,图示电路输入正弦交流电压u,当XLXC时,电压u与i的相位关系是( ),(A)超前i,(B)滞后i,(C)与i反相,(D)与i同相,B,并联时,XLXC, ILIC,比较:串联时,XLXC,电感性电路电压超前电流,4 图示电路,u=141sin(314t-30)V, i=14.1sin(314t-60)A,这个电路的有功功率P等于多少?,500W866W1000W1988W,功率因数角是电压和电流的相位差,交流电路的频率特性,交流电路中,感抗和容抗都与频率有关,当电源电压(激励)的频率改变时,即使电压的幅值不变,电路中各部分电流和电压(响应)的大小和相位也会随

    19、着改变。响应与频率的关系称为电路的频率特性或频率响应。,RC电路的频率特性,1、RC低通滤波电路,幅频特性:,相频特性:,截止角频率:,3、RC高通滤波电路,截止角频率:,3、带通滤波电路,中心角频率:,带通滤波器原理示意图,u2,+,-,u1,+,-,C2,R1,C1,R2,RC带通滤波电路,0,0,-90,90,(),中心角频率:,电路中的谐振,在同时含有L 和C 的交流电路中,如果总电压和总电流同相,称电路处于谐振状态。此时电路与电源之间不再有能量的交换,电路呈电阻性。,或:,即,谐振条件:,谐振时的角频率,串联谐振电路,1. 谐振条件,串联谐振,2. 谐振频率,RLC并联电路发生谐振时

    20、角频率0与电路参数的关系是( ),(A)(B)(C)(D),B,并联电路发生谐振条件依然是XL=XC(电阻R很小时),4 当RLC串联电路发生谐振时,一定有:,L=CUL+UC=0,对正弦稳态交流电路,以下说法正确的是( ),A)当元件R、L、C串联时,端口总电压有效值一定大于每个元件电压的有效值。 B)当元件R、L、C并联时, L和C支路电流实际反向。 C)对电感性电路,当电源频率增大时,|Z|将减小。 D)当元件R、L、C串联谐振时,电路电流达到最小。,解:,已知R=1k,C=2F ,电路对f=500Hz的信号发生谐振,谐振时端口电流为0.1A,求电流表读数。,解:,I=IR=0.1A,U

    21、=IRR=100V,谐振时XL=XC,谐振,IL=IC,方向相反,端口电流即IR,RLC串连电路中,电容C可调,已知电源频率f=1000Hz,L=5.07mH,R=50,调电容使电流最大,求此时电容,解:,RLC串连谐振时阻抗模最小,电流最大,电路如图,已知U=220V,R1=10, R2=20, XL=103 ,求该电路的功率因数,解:,三相电路,(2) 线电压与相电压的关系,根据KVL定律,由相量图可得,相量图,30,(A),(B),(C),(D),C,相量图,对称三相负载连接,线电压=负载相电压,线电流=3相电流,且滞后对应相电流30,例: 对称三相负载接成,功率为2.4kW,功率因数为

    22、0.6,已知电源线电压UL=380V,求通过负载的电流IL,解:,-ICA,IA,例: 对称三相负载接成,已知电源线电压UL=220V,每相阻抗Z=15+j16.1,如AB相断路,求电流表读数,解:,IA,ZAC承受线电压,变压器和电动机,变压器,变电压:,变阻抗:,变电流:,变压器的主要功能有:,阻抗变换,由图可知:,结论: 变压器一次侧的等效阻抗模,为二次侧所带负载的阻抗模的K 2 倍。,图示理想变压器,所接信号源电压US=20V,内阻RS=144,负载RL=16,若使电路阻抗匹配,求变压器的匝数比。,阻抗匹配,一台容量为20kVA的单相变压器,电压为3300/220V,若变压器在满载运行

    23、,二次侧可接几盏40W、220V、cos=0.44的日光灯?,解:,日光灯的视在功率为,可接的日光灯盏数:,变压器容量是指视在功率S,电压变比K=3,Y/接法的三相变压器,其二次侧额定电压220V,一次侧额定电压是( ),U1p=U2p3=660V,1143V,电动机,7.3 三相异步电动机的电磁转矩和机械特性,三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。,变压器: 变化 e U1 E1= 4.44 f N1E2= 4.44 f N2,E1 、E2 频率相同,都等于电源频率。,7.3.1 三相异步电动机的电路分析,(1) 定子电路,1.旋转磁场的磁通,异步电动机:旋转磁场切割导体 e,U1 E1=

    24、4.44 f 1N1,每极磁通,旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ,所以,2.定子感应电势的频率 f1,感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关,f 1= 电源频率 f,(2 ) 转子电路,1. 转子感应电势频率 f 2,定子导体与旋转磁场间的相对速度固定,而转子 导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而 变化, 定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率 f 2,转子感应电势频率 f 2,旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同,2. 转子感应电动势E 2,E2= 4.44 f 2N2 = 4.44s f 1N2,当转速 n = 0(s=1)时, f 2最高,且 E2 最大,有,

    25、E20= 4.44 f 1N2,转子静止时 的感应电势,即E2= s E20,转子转动时 的感应电势,3. 转子感抗X 2,当转速 n = 0(s =1)时, f 2最高,且 X2 最大,有,X20= 2 f1L2,即X2= sX20,4. 转子电流 I2,5. 转子电路的功率因数 cos2,转子绕组的感应电流,三相异步电动机,额定转速nN=1450rpm,空载时的转差率s等于( ),(A) (B) (C) (D),A,一台2.2kW的三相异步电动机,定子绕组接成Y形,额定电压UN=380V,功率因数cosN=0.82,效率是N=81%,其额定电流等于( ),(A)4A (B)8.6A (C)

    26、5A (D)7.4A,C,三相异步电动机,当拖动的机械负载转矩有所改变时,电机的功率因数cos是否会变化,如你认为会变化,功率因数cos 与机械负载的大小关系为( ),(A) cos 与机械负载无关 (B)电机空载和满载时cos 均最小,0.5满载时cos最大 (C)电机空载时cos大,接近满载时cos最小 (D)电机空载时cos小,接近满载时cos最大,D,三相异步电动机的起动,三相异步电动机的调速,三相异步电动机的制动,起动性能,起动问题:起动电流大,起动转矩小。一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍 电动机的起动转矩为额定转矩的(1.02.2)倍。,起动: n = 0,s =

    27、1, 接通电源。,三相异步电动机的起动,设:电机每相阻抗为,1. 降压起动,(1) Y 换接起动,降压起动时的电流 为直接起动时的,(a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。,Y 换接起动适合于空载或轻载起动的场合,Y- 换接起动应注意的问题,由公式可知,电磁转矩公式,1. T 与定子每相绕组电压 成正比。U 1 T ,2. 当电源电压 U1 一定时,T 是 s 的函数。,3. R2 的大小对 T 有影响。绕线式异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2 ,从而改变转矩。,电动机在额定负载时的转矩。,1.额定转矩TN,三个重要转矩,额定转矩,(N m),如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型)

    28、 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为,TN、Tmax、Tst,2.最大转矩 Tmax,转子轴上机械负载转矩T2 不能大于Tmax ,否则将 造成堵转(停车)。,电机带动最大负载的能力。,临界转差率,将sm代入转矩公式,可得,当 U1 一定时,Tmax为定值,过载系数(能力),一般三相异步电动机的过载系数为,工作时必须使T2 Tmax ,否则电机将停转。,电机严重过热而烧坏。,(表明电动机短时过载的能力),3. 起动转矩 Tst,电动机起动时的转矩。,起动时n= 0 时,s =1,(2) Tst与 R2 有关, 适当使R2 Tst 。对绕线式电机改变转子附加电

    29、阻R2 , 可使Tst =Tmax 。,Tst体现了电动机带载起动的能力。若 Tst T2电机能起动,否则不能起动。,起动能力,8有一台6kW的三相异步电动机,其额定运行转速为1489rpm,额定电压为380V,全压启动转矩是额定转矩的1.2倍,现采用Y - 启动以降低其启动电流,此时的启动转矩为:,(A) 15.39Nm (B) 26.82Nm (C) 38.7Nm (D) 46.44Nm,针对三相异步电动机启动特点,采用Y启动可减小启动电流和启动转矩。下列说法正确的是( ),A)Y连接的电机用Y启动,启动电流和启动转矩都是直接启动的1/3 B) Y连接的电机用Y启动,启动电流直接启动的1/3,启动转矩都是直接启动的1/3 C) 连接的电机用Y启动,启动电流和启动转矩都是直接启动的1/3 D) 连接的电机用Y启动,启动电流直接启动的1/ 3 ,启动转矩都是直接启动的1/3,C,

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