电路理论在实践中的应用

广西大学电气工程学

摘要：根据动态电路、电路理论，在整流滤波互感器特殊连接等电气工程中的若干应用，为电路理论与实际工程应用方面提供一些工程例子。

关键词：电路理论；实际应用。

Applications of Circuit theories in Electrical Engineering Abstract： Some applications of circuit theories were introduced by a long scientific practice, for example, dynamic circuits, in commutating and filter, AC voltage resistance test and special conects of transformers in high voltage lines. Provide some engineering examples between circuit theories and applications.

Keywords： Circuit theories; Applications

关键词：电路理论；电气工程；实际应用。

1．引言

电工理论的形成基于技术发展的需要。人们在物理学中对电磁现象的本质及其规律的认识为电工技术提供了原理上的可能性。但是在实际应用中还需要解决工程设计、制造工艺、经济效益、使用可靠、维护便利等一系列问题。从而逐步形成了分析电工设备中发生的电磁过程及其定量方法的电工理论。电报的出现，增加了对电路分析和计算的需要。德国科学家G.R.基尔霍夫在深入地研究了欧姆的工作成果之后，于1845年提出了电路的两个基本定律，电流定律和电压定律。19世纪末，交流电技术的迅速发展，促进交流电路理论的建立，13年，C.P.施泰因梅茨提出分析交流电路的复数符号法（相

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量法），采用复数表示正弦的交流电，简化了交流电路的计算。瑞士数学家J.R.阿尔甘提出的矢量图，也成为分析交流电路的有力工具。这些理论和方法，为此电路理论的发展奠定了基础[1]。

纵观电路理论的发展史，充分体现了理论来源于实践，又反过来指导实践的过程，是实际工程应用在推动电路理论的发展。

2．电路理论在电气工程中的应用

2.1 非正弦电路理论和动态电路理论在整流滤波电路中的应用

整流电路的输出电压波形中含有较大的脉动成分。为获得比较理想的直流电压，需要利用具有储能作用的电容、电感元件组成的滤波电路（如图1 所示）来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。

如图 2 所示，以单相桥式整流电容滤波电路为例分下面两种情况分析。

（1）负载RL 未接入（开关S 断开）

假设电容器两端初始电压为零，接入交流电源后，当u2 为正半周时，u2 通过 D2、D3 向电容器C 充电；当u2 为负半周时，u2 通过D1、D4 向电容器C 充电，充电时间常数为

τ1=ReqC

式中 Req 为变压器副绕组的直流电阻和整流二极管的正向电阻。由于Req 一般很小，电容器很快就充电到交流电压u2的最大值2U2，极性如图2 所示。由于电容器无放电回路，故输出电压（即电容器C两端的电压uL）保持在2U2，为一个恒定的直流。

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（2）负载RL 接入（开关S 闭合）

由于电容器在负载未接入前充了电，故刚接入负载时u2u2 时，二极管承受反向电压作用而截止，电容器C 经过负载RL 放电。电容器C 如此周而复始的充放电，负载上得到一个类似锯齿波的直流电压，

如图3 所示。其中放电时间常数为

τ2=RLC —1—

充电时间常数为

τ3=(Req//RL)C≈ Req C

放电时间常数τ

2 一般很大，充电时间常数仍然很小，电容器电压衰减很慢，上升较快，所以负载上得到的类似锯齿波的直流电压脉动较小。

综上所述，对于电容滤波整流电路，空载时 uL= 2U2；负载时一般取uL=0.9 2U2。

对于没有电容滤波的整流电路，其输出波形是非正弦波形，如图4 所示，其输出电压为该非正弦

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波形的平均值：uL=0.9U[2]。

图 1 滤波电路的基本形式图

图2 单相桥式整流电容滤波电路

图 3 电容滤波单相整流滤波波形（uS 和uL）

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图 4 单相整流波形（uL）

2.2 动态电路理论在冰箱保护器延时电路中的应用

家用电冰箱在断电后 5min 内又复通电时，压缩机会因系统内压力过大而出现起动困难，严重时会烧毁压缩机，影响电冰箱的使用寿命。电冰箱延时保护器，能在停电后又恢复

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时，自动延时5-8min 后再接通电源，达到保护压缩机的目的。电路工作原理如图 5 所示。电源电路：由电源变压器、整流桥和滤波电容器C1 组成。延时控制电路：由电位器R1、电容器C2、稳压二极管VS、晶体管Vl 和V2、二极管VD5、和继电器K 组成。接通电源时，交流220V 电压经变压器降压、整流及Cl 滤波产生一直流电压US 后，供给延时控制电路经R1 对C2 充电，延时5-8min 左右，当C2 两端电压达到稳压管VS 的稳压值时，VS 击穿导通，使Vl 和V2 饱和导通，继电器线圈K 通电，其常开触头S3 接通，电冰箱通电工作。

图 5 中延时控制电路的原理如图6 所示，即为一阶RC 动态电路的零状态响应：

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式中时间常数τ=R1C1，调节R1 大小即可改变延时时间的长短。

图 5 电冰箱保护器延时电路 结论

3.总结

以上所列举的实际应用例子只是电路理论应用一小部份，

纵观电路理论的发展史，电路理论应该充分体现理论来源于实践，又反过来指导实践的过程。通过引进这样的学习，认识到电路理论与实践的密切关系，从而激发学习电路理论的兴趣，提高发现问题、探索问题和解决问题的能力。

参考文献

[1] 邱关源原著,罗先觉修订,电路（第5 版）［M］,北京:高等教育出版社.2006 年5 月.

[2] 王兆安,等,电力电子技术[M],北京:机械工业出版社.2005,

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[3] 胡岩等.在电路基础课程的理论教学中加强实际电路问题的引证和应用. 辽宁电机工程学会电工理研讨会论文集,2002 年。

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