電工電路分析基礎(chǔ)

高等職業(yè)教育軌道交通類專業(yè)基礎(chǔ)課系列規(guī)劃教材

電工電路分析基礎(chǔ)

李春英張曉娟主編

?

孫凱張純偉胡海燕副主編

?

中國鐵道出版社有限公司

年北京

2020·

內(nèi)容簡介

本書為高等職業(yè)教育軌道交通類專業(yè)基礎(chǔ)課系列規(guī)劃教材之一全書共分章具體內(nèi)

。11,

容包括電路的基本概念與基本定律線性網(wǎng)絡(luò)的等效變換一般分析法和基本定理單相正弦

:,、,

交流電路諧振電路三相電路非正弦周期電流電路線性瞬態(tài)電路的時(shí)域分析磁路與變壓

,,,,,

器常用低壓電器與三相異步電動(dòng)機(jī)電力系統(tǒng)與安全用電非線性電阻電路等全書的最后

,,,。

給出了各章習(xí)題的參考答案

。

本書適合作為高等職業(yè)院校軌道交通類機(jī)電類電力類計(jì)算機(jī)類等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課

、、、

教材也可作為相關(guān)技術(shù)人員的參考用書

,。

圖書在版編目(CIP)數(shù)據(jù)

電工電路分析基礎(chǔ)李春英張曉娟主編北京中國

/,.—:

鐵道出版社有限公司

,2020.10

高等職業(yè)教育軌道交通類專業(yè)基礎(chǔ)課系列規(guī)劃教材

ISBN978-7-113-27233-3

電李張電路分析高等職業(yè)

Ⅰ.①…Ⅱ.①…②…Ⅲ.①-

教育教材

-Ⅳ.①TM133

中國版本圖書館數(shù)據(jù)核字第號(hào)

CIP(2020)163981

書名:電工電路分析基礎(chǔ)

作者:李春英張曉娟

策劃:闞濟(jì)存

責(zé)任編輯:闞濟(jì)存繩超編輯部電話:電子信箱:

(010)51873133td51873133@163.com

封面設(shè)計(jì):尚明龍

責(zé)任校對(duì):王杰

責(zé)任印制:樊啟鵬

出版發(fā)行:中國鐵道出版社有限公司北京市西城區(qū)右安門西街號(hào)

(100054,8)

網(wǎng)址:

印刷:北京柏力行彩印有限公司

版次:年月第版年月第次印刷

20201012020101

開本:印張:字?jǐn)?shù):千

787mm×1092mm1/1618.5470

書號(hào):

ISBN978-7-113-27233-3

定價(jià):元

48.00

版權(quán)所有侵權(quán)必究

凡購買鐵道版圖書如有印制質(zhì)量問題請與本社讀者服務(wù)部聯(lián)系調(diào)換電話

,,。:(010)51873174

打擊盜版舉報(bào)電話

:(010)63549461

在“十三五”期間,國家要求加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育,深化職業(yè)教育教學(xué)改革,全面提高

人才培養(yǎng)質(zhì)量。按照教育部的要求,本著高等職業(yè)教育“以立德樹人為根本,以服務(wù)發(fā)展為

宗旨,以促進(jìn)就業(yè)為導(dǎo)向”的指導(dǎo)思想,我們在長期“電工基礎(chǔ)”“電路基礎(chǔ)”課程的教學(xué)研討、

實(shí)踐過程中,探索適合專業(yè)需求、適合職業(yè)人才培養(yǎng)需求的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課教學(xué)模式,編寫

了本書。

本書特色:

1.融教、學(xué)、做于一體,培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)思維、實(shí)踐技能及職業(yè)素質(zhì)。學(xué)生從知道實(shí)踐

→

明白提升,逐步完成知識(shí)體系的構(gòu)建和技能訓(xùn)練,正確建立理論與實(shí)踐的聯(lián)系。

→→

2.充分考慮了知識(shí)體系的完整性,循序漸進(jìn)。書中每個(gè)章節(jié)圍繞能力目標(biāo)和知識(shí)目標(biāo),

構(gòu)建、延伸并拓展相關(guān)知識(shí)內(nèi)容,將專業(yè)所需的基礎(chǔ)能力分解成若干知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行教學(xué),不同

專業(yè)教學(xué)選擇方便靈活;帶“”的章節(jié)為少學(xué)時(shí)教學(xué)提供課外興趣學(xué)習(xí)內(nèi)容。書中含有

**

大量的習(xí)題并附有參考答案,方便學(xué)習(xí)者自學(xué)自查。

3.書中除帶“”的章節(jié)外,其他章節(jié)都有實(shí)作考核評(píng)價(jià)的內(nèi)容,方便實(shí)施理論與實(shí)作

**

分別獨(dú)立考核評(píng)價(jià)的教學(xué)模式,強(qiáng)化學(xué)生的綜合能力,促進(jìn)學(xué)生職業(yè)道德、職業(yè)素養(yǎng)及職業(yè)

精神的養(yǎng)成。

4.努力貼近專業(yè)、生活及生產(chǎn)實(shí)例,增強(qiáng)技術(shù)基礎(chǔ)課的服務(wù)性。

5.以適量、實(shí)用為度,重在理論基礎(chǔ)知識(shí)的運(yùn)用,力求通俗易懂。

本書由南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院李春英、張曉娟任主編,孫凱、張純偉、胡海燕任副主編,

鐘雪燕、張玉潔參與編寫。其中,第一章、第四章由胡海燕編寫,第二章、第五章由李春英編

寫,第三章、第九章由孫凱編寫,第六章、第七章由張曉娟編寫,第八章由張純偉編寫,第十章

由鐘雪燕編寫,第十一章由張玉潔編寫,習(xí)題、參考答案由張曉娟、李春英編寫,實(shí)訓(xùn)內(nèi)容由

張曉娟、孫凱、李春英編寫。全書由李春英組織并統(tǒng)稿,張純偉協(xié)助。

編寫本書時(shí),編者查閱和參考了眾多文獻(xiàn)資料,在此向相關(guān)文獻(xiàn)的作者致以最誠摯的

謝意。

由于編者水平有限,書中難免存在不妥之處,懇請專家和讀者批評(píng)指正。

編者

2020年7月

┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈Ⅰ

第一章電路的基本概念與基本定律…………

1

第一節(jié)電路與電路模型……………………

1

第二節(jié)電路的基本物理量…………………

3

第三節(jié)電路的幾種基本元件………………

7

第四節(jié)電路的三種工作狀態(tài)……………

14

第五節(jié)基爾霍夫定律……………………

16

小結(jié)……………………

28

習(xí)題……………………

29

第二章線性網(wǎng)絡(luò)的等效變換、一般分析法和基本定理……

33

第一節(jié)二端網(wǎng)絡(luò)的定義和等效概念……………………

33

第二節(jié)電阻的串并混聯(lián)及等效變換…………………

、、34

第三節(jié)電阻的星形與三角形聯(lián)結(jié)及其等效變換………

38

第四節(jié)電源的等效變換…………………

39

第五節(jié)受控源及含受控源二端網(wǎng)絡(luò)的等效變換………

43

第六節(jié)支路電流法………………………

46

第七節(jié)網(wǎng)孔分析法………………………

47

第八節(jié)節(jié)點(diǎn)分析法………………………

50

第九節(jié)疊加定理…………

53

第十節(jié)替代定理…………

56

第十一節(jié)戴維南定理與諾頓定理………

57

小結(jié)……………………

69

習(xí)題……………………

70

第三章單相正弦交流電路…………………

77

第一節(jié)正弦量的基本概念………………

77

第二節(jié)正弦量的相量表示法……………

81

第三節(jié)單一元件伏安關(guān)系的相量形式…………………

84

第四節(jié)基爾霍夫定律的相量形式………

88

第五節(jié)RLC串聯(lián)電路的相量分析及復(fù)阻抗…………

、、90

第六節(jié)RLC并聯(lián)電路的相量分析及復(fù)導(dǎo)納…………

、、93

┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈Ⅰ

電工電路分析基礎(chǔ)

第七節(jié)無源二端網(wǎng)絡(luò)的等效復(fù)阻抗與復(fù)導(dǎo)納…………

95

第八節(jié)正弦交流電路的相量分析法……………………

98

第九節(jié)正弦交流電路中的功率…………

100

小結(jié)……………………

117

習(xí)題……………………

118

第四章諧振電路……………

124

第一節(jié)串聯(lián)諧振…………

124

第二節(jié)并聯(lián)諧振…………

129

小結(jié)……………………

137

習(xí)題……………………

137

第五章三相電路……………

141

第一節(jié)三相交流電源……………………

141

第二節(jié)三相電源的聯(lián)結(jié)…………………

144

第三節(jié)三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)…………………

146

第四節(jié)對(duì)稱三相電路的計(jì)算……………

148

第五節(jié)不對(duì)稱三相電路的計(jì)算…………

153

第六節(jié)三相電路的功率…………………

157

小結(jié)……………………

162

習(xí)題……………………

163

第六章非正弦周期電流電路…………

**168

第一節(jié)非正弦周期信號(hào)及其分解………

168

第二節(jié)非正弦周期量的有效值平均值及平均功率…………………

、172

第三節(jié)非正弦周期電流電路的分析計(jì)算………………

175

小結(jié)……………………

177

習(xí)題……………………

178

第七章線性瞬態(tài)電路的時(shí)域分析…………

180

第一節(jié)瞬態(tài)電路的基本概念……………

180

第二節(jié)RC電路的瞬態(tài)過程……………

184

第三節(jié)RL電路的瞬態(tài)過程……………

187

第四節(jié)一階電路的分析與應(yīng)用…………

189

小結(jié)……………………

197

習(xí)題……………………

198

Ⅱ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈

目錄

第八章磁路與變壓器…………………

**203

第一節(jié)磁路的基本知識(shí)…………………

203

第二節(jié)常見的變壓器……………………

210

小結(jié)……………………

220

習(xí)題……………………

221

第九章常用低壓電器與三相異步電動(dòng)機(jī)…………………

222

第一節(jié)常用低壓電器簡介………………

222

第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)…………………

231

小結(jié)……………………

254

習(xí)題……………………

254

第十章電力系統(tǒng)與安全用電…………

**258

第一節(jié)電力系統(tǒng)…………

258

第二節(jié)安全用電…………

261

小結(jié)……………………

266

習(xí)題……………………

266

第十一章非線性電阻電路……………

**267

第一節(jié)非線性電阻元件…………………

267

第二節(jié)非線性電阻電路的圖解分析法…………………

269

第三節(jié)非線性電阻電路的小信號(hào)分析法………………

271

小結(jié)……………………

272

習(xí)題……………………

273

參考答案………………………

274

參考文獻(xiàn)………………………

287

┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈Ⅲ

第一章電路的基本概念與基本定律

本章介紹電路與電路模型電路中的基本物理量電流電壓電功率等電流電壓參

,(、、),、

考方向電路的幾種基本元件電阻電容電感獨(dú)立電源電路的三種狀態(tài)和基爾霍夫

,(、、、),

定律

。

能力目標(biāo)

能識(shí)別基本電路元件并判別元件電流電壓參考方向

(1),、;

能夠?qū)﹄妷弘娏麟娢缓凸β蔬M(jìn)行分析計(jì)算

(2)、、;

能夠使用直流電流表直流電壓表及萬用表

(3)、;

能正確識(shí)別及使用電阻

(4);

能正確連接與測試直流電路

(5);

能夠運(yùn)用基爾霍夫定律分析電路

(6)。

知識(shí)目標(biāo)

了解電路的基本構(gòu)成以及各部分的作用熟悉電阻電容電感獨(dú)立電壓源獨(dú)立電

(1),、、、、

流源等基本電路元件及性能

;

掌握基本電路參數(shù)電位電壓電流的計(jì)算以及方向關(guān)系

(2)、、;

掌握功率能量的計(jì)算及判斷方法

(3)、;

熟悉電路的通路開路及短路的三種工作狀態(tài)

(4)、;

掌握歐姆定律基爾霍夫定律會(huì)運(yùn)用這些定律分析與計(jì)算電路參數(shù)

(5)、,。

第一節(jié)電路與電路模型

知識(shí)點(diǎn)一電路組成

在日常生活及科研生產(chǎn)工程實(shí)踐中電路已成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)應(yīng)用中不可或缺的組成

、,

部分如各種家用電器電力系統(tǒng)通信系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制系統(tǒng)信號(hào)處理系統(tǒng)中的各種

,、、、、、

線路及設(shè)備等

。

電路是電流的流通路徑它是由一些電氣設(shè)備和元器件按一定方式連接而成的實(shí)際

,。

1

┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈

電工電路分析基礎(chǔ)

電路通常由各種電路實(shí)體部件如電源電阻器電感線圈電容器變壓器二極管三極管

(、、、、、、

等組成每種電路實(shí)體部件都具有各自不同的電磁特性和功能按照人們的需要把相關(guān)

),。,

電路實(shí)體部件按一定方式進(jìn)行組合就構(gòu)成了電路實(shí)際電路主要有以下幾方面的作用

,。:

進(jìn)行能量的傳輸分配與轉(zhuǎn)換例如電力系統(tǒng)中的輸電線路

(1)、,;

傳送和處理信號(hào)例如通信系統(tǒng)中的傳輸線路及設(shè)備

(2),;

測量電路例如萬用表電路用來測量電壓電流和電阻等

(3),(、);

存儲(chǔ)信息例如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)電路

(4),。

電路有時(shí)也稱為電網(wǎng)絡(luò)

。

各種電路系統(tǒng)因其實(shí)際功能需求不同電路的構(gòu)成方式多種多樣但通常主要由電

,,

源負(fù)載和中間環(huán)節(jié)三部分構(gòu)成電源是提供電能或信號(hào)的器件它將其他形式的能量

、。,

轉(zhuǎn)換為電能電路中吸收電能或輸出信號(hào)的器件稱為負(fù)載例如電爐燈泡電動(dòng)機(jī)等

;,,、、,

它們將電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量如熱能光能機(jī)械能等在電源和負(fù)載之間引導(dǎo)和

(、、);

控制電流的導(dǎo)線和開關(guān)等稱為中間環(huán)節(jié)主要用來實(shí)現(xiàn)電能的傳輸分配控制等

,、、。

圖所示為手電筒的實(shí)際電路包含電源干電池中間環(huán)節(jié)開關(guān)和導(dǎo)線負(fù)載

1-1(a),()、()、

小燈泡三部分

()。

知識(shí)點(diǎn)二電路模型

在電路理論中為了方便實(shí)際電路的分析

,

和計(jì)算通常在工程實(shí)踐允許的條件下對(duì)實(shí)際

,

電路進(jìn)行模型化處理將實(shí)際電路器件理想化

。

而得到的只具有某種單一電磁性質(zhì)的元件稱為

理想電路元件簡稱電路元件常見的五種理圖手電筒實(shí)際電路和電路模型

,。1-1

想電路元件為電壓源電流源電阻電容和電

、、、

感電壓源電流源是提供電能的元件電阻是一種消耗電能的元件電感是一種其周圍空

。、;;

間存在著磁場而可以存儲(chǔ)磁場能量的元件電容是一種其周圍空間存在著電場而可以存儲(chǔ)

;

電場能量的元件等圖所示為五種典型電路元件的圖形符號(hào)

。1-2。

圖五種典型電路元件的圖形符號(hào)

1-2

實(shí)際電路可以用一個(gè)或若干個(gè)理想電路元件經(jīng)導(dǎo)線連接起來模擬這便構(gòu)成了電路模

,

型圖所示為手電筒電路的電路模型其中干電池用直流電壓源U表示小燈泡用

。1-1(b),S,

理想電阻R表示開關(guān)用表示導(dǎo)線電阻忽略不計(jì)

,S,。

2

┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈

第一章電路的基本概念與基本定律

知識(shí)點(diǎn)三電路分類

電路可分為集總參數(shù)電路和分布參數(shù)電路

。

集總參數(shù)電路是指電路本身的幾何尺寸相對(duì)于電路的工作頻率所對(duì)應(yīng)的波長λ小得

多因此在分析電路時(shí)可以忽略元件和電路本身的幾何尺寸例如我國電力工程的電源頻

,。,

率為對(duì)應(yīng)的波長為在這種低頻電路中幾何尺寸為幾米幾百米甚至幾

50Hz(6000km),,、

千米的電路都可視為集總參數(shù)電路集總參數(shù)電路按其元件參數(shù)是否為常數(shù)又可分為線

。,

性電路和非線性電路電路中的各元件參數(shù)均為常數(shù)且滿足線性性質(zhì)的電路是線性電

。,,

路線性電路有時(shí)也稱線性網(wǎng)絡(luò)

。。

分布參數(shù)電路是指電路本身的幾何尺寸相對(duì)于工作波長不可忽略的電路

。

本書重點(diǎn)介紹集總參數(shù)線性電路的分析方法

。

第二節(jié)電路的基本物理量

知識(shí)點(diǎn)一電流及其參考方向

電流的定義

1.

電路中電荷沿著導(dǎo)體的定向運(yùn)動(dòng)形成了電流其方向規(guī)定為正電荷流動(dòng)的方向或

,(

負(fù)電荷流動(dòng)的反方向其大小定義為在電場力作用下單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電

),,

荷量稱為電流強(qiáng)度簡稱電流用符號(hào)i或it表示討論一般電流時(shí)可用符號(hào)

,(“”),()。

i即

,

qq

i=Δ=d

Δlitmtt(1-1)

→0Δd

因此電流不僅表示一種物理現(xiàn)象同時(shí)也代表一個(gè)物理量由式可知電流是時(shí)間

,“”,。(1-1),

的函數(shù)在國際單位制中時(shí)間t的單位是秒電荷量q的單位是庫則定義電

。(SI),(s),(C),

流i的單位為安常用的電流單位還有毫安微安千安等它們之間的

(A),(mA)、(μA)、(kA),

換算關(guān)系為

336

1kA=10A1A=10mA=10μA

電流的參考方向

2.

電流不但有大小而且有方向

,。

在分析與計(jì)算電路時(shí)復(fù)雜電路中的電流隨時(shí)間變化時(shí)電流的實(shí)際方向往往很難

,,

事先判斷因此引入了參考方向的概念即在電路分析中首先假定一個(gè)方向作為某條

,,,,

支路電流的參考方向在電路圖上用箭頭表示電流的流向并依據(jù)參考方向進(jìn)行電路參

,,

量的計(jì)算

。

電流參考方向有兩種表示方法

:

用箭頭表示箭頭的指向?yàn)殡娏鞯膮⒖挤较蛉鐖D所示

(1)。,1-3(a)。

用雙下標(biāo)表示如i電流的參考方向由指向如圖所示

(2)。AB,AB,1-3(b)。

3

┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈

電工電路分析基礎(chǔ)

圖電流的參考方向

1-3

當(dāng)選定的電流參考方向與實(shí)際方向一致時(shí)電流計(jì)算結(jié)果為正值i當(dāng)選定的電流

,(>0);

參考方向與實(shí)際方向不一致時(shí)結(jié)果為負(fù)值i圖所示為電流的實(shí)際方向與參考

,(<0)。1-4

方向之間的關(guān)系其中電流的參考方向是任意選定的方向

,。

圖電流的實(shí)際方向與參考方向

1-4

這樣在選定的參考方向下根據(jù)電流的正負(fù)值就可以確定電流的實(shí)際方向

,,,。

直流電流

3.

如果電流的大小及方向都不隨時(shí)間變化即在單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量是

,

恒定的則稱該電流為恒定電流簡稱直流記為或直流電流常用

,,(directcurrent),DCdc。

大寫字母I來表示即

,

Q

I==常數(shù)

t(1-2)

交流電流

4.

如果電流的大小及方向均隨時(shí)間變化則稱為交流電流簡稱交流記

,,(alternatingcurrent),

為或?qū)﹄娐贩治鰜碚f最為重要的一種交流電流是正弦交流電流其大小及方向均隨

ACac。,,

時(shí)間按正弦規(guī)律做周期性變化交流電流的瞬時(shí)值用小寫字母i或it表示

。()。

知識(shí)點(diǎn)二電壓、電位及電動(dòng)勢

電壓

1.

電壓的定義

1)

電路中兩點(diǎn)間的電壓等于電場力把單位正電荷從點(diǎn)移動(dòng)到點(diǎn)所做的功即

a、bab,

WW

u=Δab=dab

abliqm