傻傻分不清電路?專業(yè)電氣學(xué)姐為你全方面解讀(十二)
李文瑾
發(fā)布于2020-01-28 11:59
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標(biāo)簽:電工基礎(chǔ)
隨著《電工基礎(chǔ)》這門課的深入學(xué)習(xí),它的內(nèi)容也是越發(fā)難以理解。而且它的知識(shí)點(diǎn)一般都是連貫的,也就是說(shuō),若你前面所學(xué)的沒(méi)弄懂,那么后面的知識(shí)你就會(huì)學(xué)得越難。
學(xué)得快并不能說(shuō)明學(xué)得好,我在之前就提到過(guò)很多次,對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)的掌握,離不開(kāi)習(xí)題的試煉。也許有的人說(shuō),不知道在哪找習(xí)題做,簡(jiǎn)單,你在原有的習(xí)題上練多幾次,提升解題速度也不失為一種好方法。
另外,很多時(shí)候,我們并不是學(xué)會(huì)了就完事的,而是要學(xué)以致用,好是能做到舉一反三,例如基爾霍夫電流定律(KCL),我們學(xué)會(huì)之后就能應(yīng)用到實(shí)際中,用來(lái)判斷漏電保護(hù)器的接線正確與否、用來(lái)解釋鉗形電流表把火零線夾在一起時(shí)示數(shù)為零的原因等。
說(shuō)那么多,其實(shí)目的就是要告訴大家,學(xué)習(xí)是無(wú)止境的,所謂學(xué)海無(wú)涯,希望大家能跟上我的步伐,把曹老師的《電工基礎(chǔ)》給吃透。那么,我們進(jìn)入這次的主題:疊加原理。
圖14-1
疊加原理又稱疊加定理,在線性電路中,當(dāng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的獨(dú)立電源作用時(shí),則任意支路的電流或電壓,都可以認(rèn)為是電路中各個(gè)電源單獨(dú)作用而其他電源不作用時(shí),在該支路中產(chǎn)生的各電流分量或電壓分量的代數(shù)和。
作為線性系統(tǒng)(包含線性電路)基本的性質(zhì)——線性性質(zhì),它包含可加性與齊次性兩方面。疊加定理就是可加性的反映,它是線性電路的一個(gè)重要定理。齊次性,簡(jiǎn)而言之就是輸入函數(shù)增大多少倍,響應(yīng)函數(shù)也會(huì)伴隨著相同倍數(shù)的增大。
所以,大家要注意,疊加定理是只適用于線性電路的。線性電路是指完全由線性元件、獨(dú)立源或線性受控源構(gòu)成的電路。說(shuō)到線性元件,不得不給大家說(shuō)一下線性電阻,它就是線性元件,我們這次的學(xué)習(xí)也是基于線性電阻電路來(lái)講解的。受控源在之后的學(xué)習(xí)分享中再進(jìn)行詳解。線性電阻,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),就是阻值不會(huì)隨電壓和電流的變化而變化,例如在溫度不變的情況下,金屬電阻元件的兩端電壓同電流的關(guān)系就可以認(rèn)為是線性的,它的伏安特性曲線是通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。

圖14-2
如圖14-2中,直線的斜率就是電阻的值。關(guān)于疊加定理,我們可以簡(jiǎn)單理解為日常的用水,兩根水管同時(shí)接到一個(gè)水龍頭,主管上的水流量就是兩根支管水流量疊加所得。我們只要知道兩根支管各自的水流量,主管的水流量就可以由兩根支管各自的水流量相加得出。同理,疊加定理就是某處電壓或電流都是電路中各個(gè)獨(dú)立電源單獨(dú)作用時(shí),在該處分別產(chǎn)生的電壓或電流的疊加。

圖14-3
從14-1中我們可以看到,當(dāng)電壓源或電流源不作用時(shí),它們的處理方法是不一樣的。電壓源不作用時(shí)是作短路處理,而電流源不作用時(shí)是作開(kāi)路處理,如下圖14-3所示。當(dāng)電壓源不作用時(shí),也就是與電阻R1串聯(lián)的電壓源uS短路,為了便于理解,此時(shí)把電流源移到一邊。
根據(jù)基爾霍夫定律(KCL、KVL),以i2為未知量來(lái)列方程,我們可以看到,原電路所得的方程與應(yīng)用疊加定理求得的方程是一樣的。該電路圖中有兩個(gè)獨(dú)立電源,所以分為兩個(gè)分電路,即把支路電流i2分為兩個(gè)分量i2’與i2’’,分別算出兩個(gè)電流分量后再進(jìn)行求和得出i2。????在圖例中,我是以電流來(lái)展開(kāi)講解,大家在私底下可以嘗試用電壓來(lái)列一下方程以加深理解,在這里就不做贅述。
疊加定理除了要注意是線性電路外,我們還要注意一點(diǎn):原電路的功率不等于按各分電路計(jì)算所得功率的疊加,這是因?yàn)楣β适请妷号c電流的乘積,它們不成線性關(guān)系。我們以圖14-3中的電路為例,利用功率P=I2R來(lái)證明,可以看到功率是不能直接用疊加定理求解的,如圖14-4所示。

圖14-4
在電路分析中,疊加定理的應(yīng)用是非常廣的。在《電工基礎(chǔ)》課程中,曹老師就以三極管的電路為例講了一下疊加定理的實(shí)際應(yīng)用,在這里也不作贅述。
使用疊加定理時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
(1)疊加定理只使用于線性電路,不適用于非線性電路。
(2)在疊加的各分電路中,不作用的電壓源置零,在電壓源處用短路代替;不作用的電流源置零,在電流源處用開(kāi)路代替。
(3)電路中所有電阻都不予更動(dòng)。
(4)疊加時(shí)各分電路中的電壓和電流的參考方向可以取為與原電路中的相同。取代數(shù)和時(shí),應(yīng)注意各分量前的“ ”、“-”號(hào)。
(5)線性電路的電壓或電流均可用疊加定理計(jì)算,但功率P不能用疊加定理計(jì)算。
(6)應(yīng)用疊加定理時(shí),可把電源分組求解,即每個(gè)分電路中的電源個(gè)數(shù)可以多于一個(gè)。
對(duì)于第(3)點(diǎn),以下圖14-5為例,不作用電流源作開(kāi)路處理時(shí),與其串聯(lián)的電阻R2依然保留,不能去掉。

圖14-5
而第(6)點(diǎn)的意思是,假如電路中含有6個(gè)獨(dú)立電源,我們可以把原電路分為兩個(gè)分電路,每個(gè)分電路中分別有3個(gè)獨(dú)立電源或者其他分法,具體怎么分看個(gè)人需求。
至此,疊加定理的講解就結(jié)束了,大家還有哪里不理解的,歡迎通過(guò)技成官網(wǎng)觀看視頻課程,或者有什么問(wèn)題的可以通過(guò)官網(wǎng)在論壇發(fā)帖子進(jìn)行提問(wèn),我們老師會(huì)在給予回答。
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