電路與電工技術(shù)基礎(chǔ)

1 電路的基本概念

1.1 電路及電路模型

電流流過的回路叫做電路，又稱導(dǎo)電回路。最簡單的電路，是由電源、負載、導(dǎo)線、開關(guān)等元器件組成。電路導(dǎo)通叫做通路。只有通路，電路中才有電流通過。電路某一處斷開叫做斷路或者開路。如果電路中電源正負極間沒有負載而是直接接通叫做短路，這種情況是決不允許的。另有一種短路是指某個元件的兩端直接接通，此時電流從直接接通處流經(jīng)而不會經(jīng)過該元件，這種情況叫做該元件短路。開路（或斷路）是允許的，而第一種短路決不允許，因為電源的短路會導(dǎo)致電源、用電器、電流表被燒壞。

電路（英語：Electrical circuit）或稱電子回路，是由電器設(shè)備和元器件, 按一定方式連接起來，為電荷流通提供了路徑的總體，也叫電子線路或稱電氣回路，簡稱網(wǎng)絡(luò)或回路。如電源、電阻、電容、電感、二極管、三極管、晶體管、IC和電鍵等，構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)、硬件。負電荷可以在其中流動。

電路模型是實際電路抽象而成，它近似地反映實際電路的電氣特性。電路模型由一些理想電路元件用理想導(dǎo)線連接而成。用不同特性的電路元件按照不同的方式連接就構(gòu)成不同特性的電路。

電路模型近似地描述實際電路的電氣特性。根據(jù)實際電路的不同工作條件以及對模型精確度的不同要求，應(yīng)當(dāng)用不同的電路模型模擬同一實際電路。

這種抽象的電路模型中的元件均為理想元件。

1.2 電路的基本物理量

1.3 電阻元件

1.4 電容元件

1.5 電感元件

1.6 電壓源與電流源

電壓源，即理想電壓源，是從實際電源抽象出來的一種模型，在其兩端總能保持一定的電壓而不論流過的電流為多少。電壓源具有兩個基本的性質(zhì)：第一，它的端電壓定值U或是一定的時間函數(shù)U(t)與流過的電流無關(guān)。第二，電壓源自身電壓是確定的，而流過它的電流是任意的。

由于電源內(nèi)阻等多方面的原因，理想電壓源在真實世界是不存在的，但這樣一個模型對于電路分析是十分有價值的。實際上，如果一個電壓源在電流變化時，電壓的波動不明顯，我們通常就假定它是一個理想電壓源。

電壓源就是給定的電壓，隨著你的負載電阻增大，電流減小，理想狀態(tài)下電壓不變，但實際上電壓會在傳送路徑上消耗，你的負載增大，路徑上消耗減少。

電壓源的內(nèi)阻相對負載阻抗很小，負載阻抗波動不會改變電壓高低。在電壓源回路中串聯(lián)電阻才有意義，并聯(lián)在電壓源的電阻因為它不能改變負載的電流，也不能改變負載上的電壓，這個電阻在原理圖上是多余的，應(yīng)刪去。負載阻抗只有串聯(lián)在電壓源回路中才有意義，與內(nèi)阻是分壓關(guān)系。

電壓源是一個理想元件,因為它能為外電路提供一定的能量,所以又叫有源元件。

在功率允許的范圍內(nèi)，相同頻率的電壓源串時可等效為一個同一頻率的電壓源

理想電壓源的端電壓與它的電流無關(guān).其電壓總保持為某一常數(shù)或為某一給定的時間函數(shù)。

如直流理想電壓源,其端電壓就是一常數(shù);交流理想電壓源,就是一按正弦規(guī)律變化的交流電壓源,其函數(shù)可表示為us=U(in)Sinat。

電流源給定的電流，此線路通電流為定值，與你的負載阻值沒有關(guān)系。

電流源的內(nèi)阻相對負載阻抗很大，負載阻抗波動不會改變電流大小。在電流源回路中串聯(lián)電阻無意義，因為它不會改變負載的電流，也不會改變負載上的電壓。在原理圖上這類電阻應(yīng)簡化掉。負載阻抗只有并聯(lián)在電流源上才有意義，與內(nèi)阻是分流關(guān)系。

由于內(nèi)阻等多方面的原因，理想電流源在真實世界是不存在的，但這樣一個模型對于電路分析是十分有價值的。實際上，如果一個電流源在電壓變化時，電流的波動不明顯，我們通常就假定它是一個理想電流源。

1.7 基爾霍夫定律

基爾霍夫定律是德國物理學(xué)家基爾霍夫提出的?；鶢柣舴蚨墒请娐防碚撝凶罨疽彩亲钪匾亩芍弧Ｋ爬穗娐分须娏骱碗妷悍謩e遵循的基本規(guī)律。它包括基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律（KVL）?；鶢柣舴蚨蒏irchhoff laws是電路中電壓和電流所遵循的基本規(guī)律，是分析和計算較為復(fù)雜電路的基礎(chǔ)，1845年由德國物理學(xué)家G.R.基爾霍夫（Gustav Robert Kirchhoff，1824～1887）提出。它既可以用于直流電路的分析，也可以用于交流電路的分析，還可以用于含有電子元件的非線性電路的分析。運用基爾霍夫定律進行電路分析時，僅與電路的連接方式有關(guān)，而與構(gòu)成該電路的元器件具有什么樣的性質(zhì)無關(guān)。基爾霍夫定律包括電流定律（KCL)和電壓定律(KVL)，前者應(yīng)用于電路中的節(jié)點而后者應(yīng)用于電路中的回路

小結(jié)

習(xí)題

2 電路的基本連接

2.1 電路的串聯(lián)、并聯(lián)及混聯(lián)

2.2 電阻的Y-△等效變換

2.3 電壓源、電流源的連接

小結(jié)

習(xí)題

3 線性網(wǎng)絡(luò)的一般分析及定理

3.1 支路法

3.2 回路電流法

3.3 節(jié)點電壓法

3.4 疊加定理

3.5 替代定理

3.6 戴維南定理

戴維南定理（又譯為戴維寧定理）又稱等效電壓源定律，是由法國科學(xué)家L·C·戴維南于1883年提出的一個電學(xué)定理。由于早在1853年，亥姆霍茲也提出過本定理，所以又稱亥姆霍茲-戴維南定理。其內(nèi)容是：一個含有獨立電壓源、獨立電流源及電阻的線性網(wǎng)絡(luò)的兩端，就其外部型態(tài)而言，在電性上可以用一個獨立電壓源V和一個松弛二端網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)電阻組合來等效。在單頻交流系統(tǒng)中，此定理不僅只適用于電阻，也適用于廣義的阻抗。

對于含獨立源，線性電阻和線性受控源的單口網(wǎng)絡(luò)（二端網(wǎng)絡(luò)），都可以用一個電壓源與電阻相串聯(lián)的單口網(wǎng)絡(luò)（二端網(wǎng)絡(luò)）來等效，這個電壓源的電壓，就是此單口網(wǎng)絡(luò)（二端網(wǎng)絡(luò)）的開路電壓，這個串聯(lián)電阻就是從此單口網(wǎng)絡(luò)（二端網(wǎng)絡(luò)）兩端看進去，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所有獨立源均置零以后的等效電阻。

uoc 稱為開路電壓。Ro稱為戴維南等效電阻。在電子電路中，當(dāng)單口網(wǎng)絡(luò)視為電源時，常稱此電阻為輸出電阻，常用Ro表示；當(dāng)單口網(wǎng)絡(luò)視為負載時，則稱之為輸入電阻，并常用Ri表示。電壓源uoc和電阻Ro的串聯(lián)單口網(wǎng)絡(luò)，常稱為戴維南等效電路。

當(dāng)單口網(wǎng)絡(luò)的端口電壓和電流采用關(guān)聯(lián)參考方向時，其端口電壓電流關(guān)系方程可表為：U=R0i uoc

3.7 諾頓定理

3.8 對偶性

小結(jié)

習(xí)題

4 正弦交流電路

4.1 正弦交流電路的基本概念

4.2 復(fù)數(shù)

4.3 正弦量的相量表示

4.4 電阻、電感和電容元件上電壓與電流的相量關(guān)系

4.5 基爾霍夫定律的相量形式

4.6 正弦交流電路的相量分析

4.7 用相量法分析復(fù)雜交流電路

4.8 正弦交流電路中的功率及功率因數(shù)的提高

4.9 正弦交流電路負載獲得最大功率的條件

小結(jié)

習(xí)題

5 三相交電路

5.1 三相電源

5.2 對稱三相電路

5.3 不對稱三相電路

5.4 三相電路的功率

小結(jié)

習(xí)題

6 諧振

7 互感電路

8 非正弦周期電流電路

9 二端口網(wǎng)絡(luò)

10 線性動態(tài)電路的時域分析

11 線性動態(tài)電路的復(fù)頻域分析

12 非線性電阻電路

參考答案

“電路與電工技術(shù)基礎(chǔ)”上冊全書共分12章。第1-3章以直流電路為對象，介紹了電路的基本概念、基本連接方法及基本分析方法，第4-8章以相量法為基礎(chǔ)介紹了交流電路（包括正弦交流電路、諧振電路、互感電路、三相電路及非正弦周期電流電路）的分析方法，第9章介紹了二端口網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)方程及基本連接方法，第10、11章介紹了線性動態(tài)電路的時域分析及復(fù)頻域分析，第12章簡單介紹了非線性電阻電路。

本書適用于電氣類、機電類、計算機類專業(yè)的電路分析課程。

《電工技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)指導(dǎo)教程》是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材《電工技術(shù)基礎(chǔ)》的配套教材?！峨姽ぜ夹g(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)指導(dǎo)教程》內(nèi)容分“電路基礎(chǔ)”和“電機與控制”兩大篇。其中各章節(jié)的撰寫結(jié)構(gòu)分“理論”與“題解”兩部分，“理論”重在系統(tǒng)地總結(jié)了該課程教學(xué)中的重點、難點及基本的概念、定律、定理和解題方法；“題解”重在知識點的應(yīng)用與邏輯推理過程。從“教”與“學(xué)”兩個不同的角度來解釋“電工技術(shù)基礎(chǔ)”。

本教材可作為學(xué)生學(xué)習(xí)“電工技術(shù)基礎(chǔ)”課程的學(xué)習(xí)指南，也可作為教師教學(xué)的輔助教材，還可供相關(guān)課程學(xué)習(xí)與研究參考。

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