注册电气工程师专业基础复习教程.doc(电路与磁路).pdf
《注册电气工程师专业基础复习教程.doc(电路与磁路).pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《注册电气工程师专业基础复习教程.doc(电路与磁路).pdf(80页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、注册电气工程师专业基础复习教程 概述 1. 考试概要 (一)基本概念 注册电气工程师是指取得中华人民共和国注册电气工程师执业资格证书和中华人民共和国 注册电气工程师执业资格注册证书,从事电气专业工程设计及相关业务的专业技术人员。国家对从 事电气专业工程设计活动的专业技术人员实行执业资格注册管理制度。 (二)考取事宜 (1)考试依据 人事部、建设部印发的注册电气工程师执业资格制度暂行规定、注册电气工程师执业资格 考试实施办法和注册电气工程师执业资格考核认定办法。 (2)报考条件 考试分为基础考试和专业考试。参加基础考试合格并按规定完成职业实践年限者,方能报名参加 专业考试。专业考试合格后,方可获
2、得中华人民共和国注册电气工程师执业资格证书。 2. 考试安排 (一)考试时间 考试分为基础考试和专业考试。基础考试分为专业基础和公共基础。分 2 个半天进行,各为4 小 时; 专业考试分专业知识和专业案例两部分内容,每部分内容均分2 个半天进行,每个半天均为3 小 时。 考试实行全国统一大纲,统一命题的考试制度,原则上每年举行一次。 (二)试题分值分配 专业基础课中,电路与电磁场18 题,其中电路16 题,电磁场2 题 模拟电子技术和数字电子技术12 题, 电气工程基础30 题, 合计 60 题,每题2 分。 3 参考教材 (1) 注册电气工程师执业资格考试专业基础考试复习教程天津大学出版社
3、(2) 注册电气工程师执业资格考试基础考试复习指导书(专业基础) 中国电力出版社 第 1 篇 电工基础理论 第 1 章 电路的基本概念和基本定律 大纲要求:(1)掌握电阻、独立电压源、独立电流源、受控电压源、受控电流源、电容、电感; (2)掌握电流、电压参考方向的概念 (3)熟练掌握基尔霍夫定律 1.1 电路基本概念 1.1.1 电路和电路模型 (1)实际电路的数学模型,即由理想电路元件 和理想导线 连接而成的 电路模型 。 (2) 电路元器件的电磁过程都是集中在元件内部进行的,而且在任何时刻一个具有两个端子的电路元件, 从某一个端子流入的电流等于另一个端子流出的电流,且电路元件两端的电压时单
4、值的量,这样的电路元件 称为 集总参数元件。 (3)应用集总元件构成的电路模型称为集总电路; 近似实际电路的条件:实际电路的几何尺寸要远小于 实际电路工作时的波长。 1.1.2 电流和电压的参考方向 (1)实际电路中, 正电荷移动的方向规定为 电流 的实际方向;电路中两点电位从高到低的方向规定为 电 压的实际方向。 (2)参考方向 则是指电路图上标示的电压、电流的箭头方向,是人为任意假定的。电路图中的参考方向 一但标定,在整个电路分析计算过程中就不容改变 。参考方向提供了电压、电流方程式中各量前面正、负号 确定的依据。若电压、电流得正值,说明标定的电压、电流参考方向与电压、电流的实际方向相符;
5、若电压、 电流得是负值,则说明假定的参考方向与实际方向相反。 (3)如下图所示,一个电路元件是负载时,当这个元件两端的电压与通过这个元件上的电流的参考方向 一致时,称为 关联参考方向 ;反之,称为 非关联参考方向。 1.1.3 功率 电功率则反映了设备能量转换的本领,元件的电功率可以表示成 )()()(titutp (1)当电流和电压为关联参考方向时,0p表示元件的吸收功率;0p表示 元件的发出功率; (2)当电流和电压为非关联参考方向时,0p表示 元件的发出功率;0p表示元件的吸收功率; 本节重点: 参考方向 的判定,在电路分析过程中的作用十分重要,只有掌握了参考方向,才能正确计算 出功率的
6、吸收和发出的结果。 1.2 电路元件 理想电路元件简称为电路元件。虽然它们只能是实际电路器件的一种近似,但用它们及它们的组合可以 相当精确地表征出实体电路器件的主要电磁特性。 1.2.1 电阻元件 电阻元件 是实际电阻器和消耗电能的电器元件的理想化模型,本书中是指线性电阻元件,它的电阻值不 随其上电压或电流数值变化,图形符号和伏安特性如下图所示 U I (a) 关联参考方向 U I (b)非关联参考方 向 图 1.1 电压、电流参考方向 元件元件 图 1-2 线性电阻元件及其伏安特性 在电压和电流的关联参考方向下,根据欧姆定律得到电阻元件的电压和电流的关系为 式中电压u的单位为伏( V) ,电
7、流i的单位为安( A) ,则电阻的单位为欧() 图 1-2 的图( b)为线性元件的伏安特性,它是处在ui平面一、三象限过原点的直线。 电阻的倒数称电导,以符号G表示,即,则电流和电压的关系可表示为: 式中, G称为电阻元件的电导,单位是西门子,简称西(S) 。 从物理概念上看,电导是反映材料导电能力强弱的参数。电阻、电导是从相反的两个方面来表征同一材 料特性的两个电路参数。 在电流和电压的 关联参考方向 下,任何时刻电阻元件吸收的功率 电阻 R 、电导 G是正实数,所以功率恒为正值 ,可见电阻元件是一个消耗电能 的元件。 1.2.2 电容元件 电容元件是实际电容器的理想化模型,线性电容元件的
8、图形符号和库伏特性如下图所示 图 1-3 线性电容元件及其库伏特性 在任何时刻电容正极板上的电荷电荷量q与其两端电压电压值u有以下关系: 式中,C称为该元件的电容,其单位为法(F) ,它是一个和电荷q、电压 u 无关的正实常数。常用的电容 单位有F(10 -6F) ,pF(10-12 F)等表示。 从图 1-3(b)中,可以看出线性电容元件的电荷、电压关系在q-u坐标轴上,是一条过原点的直线,被 称为电容的库伏特性。 Riu R G 1 Gui G i Gu R u Riuip 2 2 2 2 + +q -q (a)线性电容元件图形符号 o u (b)线性电容元件库伏特性 Cuq 采用关联参考
9、方向下,电压变化时,电荷量也发生变化,则电流可以表示为 同理,在 非关联参考方向下,则有电流和电压的关系为 若以积分形式进行表示,在t0 的情况,电压和电流的关系可以表示为 在任一时刻 t ,电容电压 uc是此时刻以前的电流作用的结果, 它“记载”了已往的全部历史,所以称电容 为记忆元件。 电容在任一时刻t 时的贮能为 : 结论: 电容在某段时间内的贮能只与该段时间起点的贮能和终点的贮能有关,与这段时间中其它时刻的 能量无关。 电容是贮能元件,它不消耗能量,也不产生能量,只是吸收和放出能量,实行能量的转换,是无源元件。 1.1.3 电感元件 电感元件是实际线圈的理想化模型。线性电感元件的图形符
10、号和韦安特性如下图所示 图 1-4 线性电容感元件及其韦安特性 规定: 磁通 L 的参考方向和电流i的参考方向成右螺旋关系。 在任何时刻,线性电感元件的自感磁通链 L 和电流i的关系为 式中,L 称为该元件的自感或电感,其单位为亨(H ) ,它是一个正实常数。常用的电感单位有mH (10 -3 H ) , H(10 -6 H )等表示。 从图 1-4(b)中,可以看出线性电感元件的磁通链、电流关系在i L 坐标轴上,是一条过原点的直线, 被称为电感的韦安特性。 根据电磁感应定律,电感元件两端的电压为 L + u dt tdu C dt Cud dt tdq ti cc c )()()( )(
11、dt du Cti c c )( di C utu t cc 0 )( 1 )0()( diqtq t c 0 )()0()( )( 2 1 )( 2 tCutW cC (a)线性电感元件图形符号 i o (b)线性电感元件韦安特性 L Li td tu L L )( )( 代入关系式,可得电感元件的电流、电压关系为 同理可得 将此式同电容的积分表达式相比较,可以看出电感元件也是一种“记忆”元件 电感在任一时刻t 时的贮能为 : 可见可 电感是贮能元件,它不消耗能量,也不产生能量,只是吸收和放出能量,实行能量的转换,是无 源元件。 1.2.4 电压源和电流源 1.2.4.1 电压源 不管外部电
12、路如何,其两端电压总能保持定值或一定的时间函数的电源定义为理想电压源。 图 1-5 理想电压源模型 对任意时刻t1, 理想电压源的端电压与输出电流的关系曲线( 称伏安特性 )是平行于i轴、其值为us(t1) 的直线,如图1-6 所示。 图 1-6 电压源在 t1时刻的伏安特性和直流电压源的伏安特性 结论: (1)由伏安特性可看出,理想电压源的端电压与流经它的电流方向、大小无关,即使流经它的电 流为无穷大,其两端电压仍为us(t1)( 对t1时刻)。 dt tid Ltu L L )( )( t LLL du L iti 0 )( 1 )0()( dut t 0 LL )()0()( )(L 2
13、 1 )( 2 L titW i 0 u Us (2)电压源不接外电路是,电流i为零值,即“ 电压源处于开路” ,电压源两端用导线连接时,即将其 短路 ,此时无意义,它的伏安特性为iu平面上的电流轴,理想电压源us(t)=0 。 1.2.4.2 电流源 不管外部电路如何,其输出电流总能保持定值或一定的时间函数的电源定义为理想电流源。 图 1-7 理想电流源模型 对任意时刻 t1, 理想电流源的伏安特性是平行于u 轴其值为 is(t 1) 的直线。如图1-7 所示 图 1-7 电流源在 t1时刻的伏安特性和直流电压源的伏安特性 结论: (1)由理想电流源伏安特性可看出,理想电流源发出的电流i(t
14、)=is(t)与其两端电压大小、方向 无关,即使两端电压为无穷大也是如此。 (2)电流源两端短路时,其两端的端电压0u,而 s ii,电流源的电流即为短路电流; 如果理想电流 源is(t)=0, 则伏安特性为ui平面上的电压轴,它相当于开路, 此时无意义。 1.2.5 受控电源 受控电源又称为 “非独立”电源,受控电压源的电压和受控电流源的电流是受电路中某部分的电流或电 压控制的,而不是给定的时间函数。 根据控制变量和受控变量的不同组合,受控源可分为: (1)电压控电压源(voltage-controlled voltage source ) (2)电压控电流源(voltage-control
15、led current source ) u Is 0 t (3)电流控电流源(current-controlled current source ) (4)电流控电压源(current-controlled voltage source ) 结论: (1)系数、gm、 r m为常数时,为线性受控源(linear controlled source);否则,称为非 线性受控源 (nonlinear controlled source)。 (2)受控源与独立源的区别 在于受控电压源的电压和受控电流源的电流均受另一支路的电压或电流(即 控制变量)的控制,受控源不能起激励的作用。 本节重点:各元件的
16、定义和它们的电压、电流关系是极其重要的,着重对理想电压源、电流源和受控源 这些元件的理解。 1.3 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律是任何集总参数电路都适用的基本定律,它包括电流定律和电压定律。 1.3.1 基尔霍夫电流定律 基尔霍夫电流定律 (Kirchhoffs Current Law),简写为KCL ,描述电路中各电流的约束关系,它可表述 为: 对于任一集总参数电路的任一节点,在任一时刻,流出(或流进)该节点全部支路电流的代数和等于零, 其数学表达式为 上式中,对电路某结点列写 KCL 方程时, 流出该节点的支路电流取正号,流入该节点的支路电流取负号,而 0i 支路电流是流入节点还是流出节点,
17、均按电流的参考方向来决定。 例如下图所示电路中的 a 、b、c、d 4 个结点 写出的 KCL (a 点) (b 点) (c 点) (d 点) 结论:KCL方程是以支路电流为变量的常系数线性齐次代数方程,它对连接到该结点的各支路电流施加了 线性约束。 KCL不仅适用于结点,也适用于任何假想的封闭面,即流出任一封闭面的全部支路电流的代数和等于零。 例如对图示电路中虚线表示的封闭面, 写出的 KCL方程为 结论: (1)集总参数电路中任一支路电流等于与其连接到同一结点(或封闭面 ) 的其余支路电流的代数和, 即 流出结点的i1取正号时,流出结点的ik取负号。 (2)在任一时刻,流入任一结点( 或封
18、闭面 ) 全部支路电流的代数和等于零,意味着由全部支路电流带入 结点 (或封闭面 ) 内的总电荷量为零,这说明KCL是电荷守恒定律的体现 1.3.2 基尔霍夫电压定律 基尔霍夫电压定律(Kirchhoffs Voltage Law),简写为KVL ,基尔霍夫电压定律描述电路中各电压的约 束关系,可以表示为 0 321 iii 0 543 iii 0 65 ii 0 6421 iiii 0 643 iii m k k ii 2 1 对于任何集总参数电路的任一回路,在任一时刻,沿该回路全部支路电压的代数和等于零,其数学表达 式为 在上式中,列写回路KVL方程时, 其电压参考方向与回路绕行方向相同的
19、支路电压取正号,与绕行方向相反 的支路电压取负号。 例如对下面电路的三个回路,沿顺时针方向绕行回路一周, 写出的 KVL方程为: KVL方程是以支路电压为变量的常系数线性齐次代数方程,它对支路电压施加了线性约束。 KVL 可以从由支路组成的回路,推广到任一闭合的结点序列,即在任一时刻,沿任一闭合结点序列的各 段电压 ( 不一定是支路电压) 的代数和等于零。 例如 对下面电路中闭合结点序列abca 和 abda 列出的 KVL 方程分别为 : 这表明电路中任两结点间电压uab等于从 a 点到 b 点的任一路径上各段电压的代数和。 结论: (1)集总参数电路中任一支路电压等于与其处于同一回路( 或
20、闭合路径 ) 的其余支路电压的代数和, 0u 0 1342 uuuu 0 245 uuu 0 135 uuu cbacbccaab cabcab 0 uuuuu uuu dbadbddaab dabdab 0 uuuuu uuu m k k uu 2 1 即 集总参数电路中任两结点间电压uab等于从 a 点到 b 点的任一路径上各段电压的代数和,即 (2)由支路组成的回路可以视为闭合结点序列的特殊情况。沿电路任一闭合路径( 回路或闭合结点序列) 各段电压代数和等于零,意味着单位正电荷沿任一闭合路径移动时能量不能改变,这表明KVL 是能量守恒定 律的体现。 本节重点:(1)基尔霍夫定律是任何集总
21、参数电路都适用的基本定律。 (2) KCL 对电路中任一结点( 或封闭面 ) 的各支路电流施加了线性约束。 (3) KVL 对电路中任一回路( 或闭合结点序列 ) 的各支路电压施加了线性约束。 (4) KCL 和 KVL适用于任何集总参数电路、与电路元件的性质无关。 例题: 例 1-1 求一只额定功率为100W ,额定电压为220V的灯泡的额定电流和电阻值 解:由 R U UIP 2 , 可以得出 )(455.0 220 100 A U P I )(484 100 220 22 P U R 例 1-2 如图所示电路的参考方向已注明,试求电流i、电压u和各元件的功率。 解:由图可知 1 R u
22、i s L iRu 电阻 R1消耗的功率 1 2 2 1 1 2 11 )( R u R u RiRP ss 电阻 RL消耗的功率 2 1 2 22 L1 R u RiRP s L )( 电压源发出的功率: 1 2 R u iuP s sV i + u - R1 i + us - jbijcdacab uuuuu RL 受控电流源发出的功率: 2 1 2 22 1 )( R u RiRiuP s LL 第 2 章 电阻电路的分析 大纲要求:(1)掌握常用的电路等效变换方法 (2)熟练掌握节点电压方程的列写方法,并会求解电路方程 (3)了解回路电流方程的列写方法 (4)熟练掌握叠加定理、戴维南定
23、理和诺顿定理 2.1 简单电路的等效变换 2.1.1 电阻的串联、并联和串并联 2.1.1.1 电阻的串联 1. 电路特点及等效电路: 根据基尔霍夫定律得到 (a) 各电阻顺序连接,流过同一电流 (KCL) ; (b) 总电压等于各串联电阻的电压之和 (KVL) 。 其中 n k kneq RRRR i u R 1 21 eq R称为这些串联电阻的等效电阻,用等效电阻 替代这些 串联电阻, 这种替代称为 等效变换 结论: 串联电路的总电阻等于各分电阻之和。 2. 串联电阻上电压的分配 u R R u eq k k 上式称为电压分配公式,简称分压公式 当两个电阻串联时的等效电阻为 21 RRRe
24、q 等效 + _ R1Rn + _ uk i + _ u1 + _ un u Rk u + _ Req i n k eqk n k knk iRiRuuuuu 11 1 2.1.1.2 电阻的并联 1电路特点及等效电路: 根据基尔霍夫定律得到 (1)各电阻两端分别接在一起,两端为同一电压 (KVL) (2)总电流等于流过各并联电阻的电流之和 (KCL) 。 其中 n k kneq GGGG u i G 1 21 eq G称为这些并联电阻的等效电导,可以用一个电导为 eq G的电阻来替代n 个并联电阻, 等效电导等于并 联的各电导之和。 2. 并联电阻的电流分配 上式称为电流分配公式,简称分流公
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 注册 电气工程师 专业 基础 复习 教程 doc 电路 磁路
链接地址:https://www.31doc.com/p-5392220.html