分类比较法在《电工基础》教学中的应用

夏 灿

（马鞍山师范高等专科学校，安徽 马鞍山 243000）

分类比较法在《电工基础》教学中的应用

夏 灿

（马鞍山师范高等专科学校，安徽 马鞍山 243000）

文章通过分类比较法介绍了5种直流电路分析方法。此外，本文还分别对直流电路和正弦交流电路中出现的网孔电流法、节点电压法的应用进行分类比较，帮助学生加深认识。通过实例，强调分类比较法在电工基础的教学中重要性。

电路分析；分类比较法；混淆

教师在《电工基础》的理论教学中，将多次讲解电路的分析方法，如：网孔电流法、节点电压法、叠加定理等，这些方法有的仅适用于直流电路[1]分析，有的既能用于直流电路，又能用于正弦交流电路，且解题过程相似，这对于初次接触电工基础的学生来说，理解有一定的难度，在实践中很难自如地应用。如何为高校、高专学生深入浅出地讲授电路的各种分析方法，是任课教师面临和亟待解决的课题。本人多年从事《电工基础》的教学，对此有颇多思考和心得，本文就此分列出来，与同行教师做一交流。

在求解简单电路时，支路电流法与网孔电流法差别不大，如例1。例1：如图1所示，已知R1=2Ω，R2=6Ω，R3=3Ω，US1=8V,US2=6V,US3=9V，求各支路电流。

解：各支路电流和回路的参考方向如图所示，取a为独立节点，

-I1+I2+I3=0

R1I1+R3I3=US1-US3

R2I2-R3I3=US3+US2

求解得 I1=1A，I2=2A，I3=-1A

节点电压法首先需选准、确定参考节点，再判断电路中的独立节点数n，只需列写（n-1）个节点电压方程，求解即可。

例2：电路如图2所示，已知R1=3Ω,R2=6 Ω,R3=9Ω,R4=18Ω,IS1=4A,US2=81V,试用节点电压法求各支路电流。

图1

图2

解：设以节点0为参考节点，节点1和节点2到参考节点的电压分别为U1和U2，列出节点方程为

解得 U1=15V,U2=21V.

支路电流为：

以上三种方法，通过教学实践，本人认为：节点电压法具有简洁明快，列写的方程少，差错率低，列写方程，可套用公式，学生接受程度较高等特点和优势，当属首选方法。

叠加原理其原理是支路电流或电压等于每个电源单独作用时（此时假定其他电源不作用），所产生的电流或电压的代数和，即可将电路进行简化，电路中有n个电源，则可将电路分为n种简单电路，根据基尔霍夫电流定律、电压定律，列出求解各支路电流、电压，再根据电流、电压的方向确定正负，叠加而成。叠加原理相比于其他方法，具有列式简单，过程清楚等优点，但也存在一定的局限性，适用于线性电路，或是电路中有多个电源的支路电流、电压的计算，且不能计算功率。

戴维南定理在解题时，将线性含源电路进行简化，简化成为一个理想电压源和电阻的串联，电路简化后，直接求解支路电流、电压。使用戴维南定理解题时，如何将电路简化？这既是本内容中的重点，也是不易理解的难点。在简化的过程中，可运用叠加原理，分析、求解出开路电压Uoc、戴维南等效电阻Req。

诺顿定理与戴维南定理相似，是将线性含源电路简化为一个理想电流源（短路电流Isc）和电阻（Req）的并联，简化方法与戴维南定理相同，如图3所示。

图3

分析五种求解直流电路的方法，各有优劣，在《直流电路分析》一章中，教师应用分类比较法这一教学方法，能够避免了多种分析方法的混淆，学生通过进一步理解、分析、记忆等思维过程，可以加深五种方法的认知程度且能自如地运用。同样，类比法还适用于《正弦交流电路》的教学，如《正弦交流电路的相量分析法》的内容里。网孔电流法在直流电路和交流电路中，都是要先规定网孔电流的参考方向，再利用基尔霍夫电流、电压定律来求解，如例3。节点电压法在直流电路和交流电路中，都是要先规定某点的电位为0，再利用基尔霍夫电流、电压定律来求解的。不同的是网孔电流法和节点电压法在交流电路中，用的都是基尔霍夫电压定律的相量形式，各量是复数，如复阻抗、复导纳等，所有正弦量，均用相量表示。

例3：如图4所示，用网孔电流法求各支路电流。其中，，R=5Ω，XL=5Ω，XC=2Ω.

解：列出各支路电流、网孔电流如图所示，选定绕行方向和网孔电流参考方向一致。网孔方程

图4

整理得

各支路的电流为

综上所述，类比法在《电工基础》的教学中，应用广泛，形式多样，既能用于直流电路，又能用于正弦交流电路；既能用于同一电路的多种方法的讲解，又能用于同一方法不同电路的分析。教师在应用类比法的讲解过程中，同时，再辅以ppt、图表等手段，将各种方法或不同电路展现、剖解给学生，以期能留下直观、深刻的印象。

[1] 孟艳花. “电工电子”课程中直流电路分析方法诠释与总结[J].中国电力教育，2013,(2)：61-62.

[2]付春平.节点电压法的教学探讨[J].苏州市职业大学学报,2010,(3)：91-93.

The application of classification and comparison in the teaching of Electrical Engineering

XIA Can
(Ma’anshan Teacher’s College, Ma'anshan Anhui 243000)

Five methods of DC circuit analysis are introduced by classifying and comparing method in the article. In addition application of Meshes current method and Node voltage method is classified and compared in DC and AC circuit, which help student comprehended deeply. Importance of classifying and comparing method is emphasized in teaching electrician foundation by example.

Circuit analysis; Classification comparison method; Confusion

G42

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2016.05.165

1672–7304(2016)05–0333–02

安徽省自然科学基金重点项目（项目编号：2015A436）。

（责任编辑：张时玮）

夏灿（1979-），女，安徽马鞍山人，副教授，研究方向：电磁场与微波技术。