电工电路分析基础

高等职业教育轨道交通类专业基础课系列规划教材

电工电路分析基础

李春英张晓娟主编

⦾

孙凯张纯伟胡海燕副主编

⦾

中国铁道出版社有限公司

年北京

2020·

内容简介

本书为高等职业教育轨道交通类专业基础课系列规划教材之一全书共分章具体内

。11,

容包括电路的基本概念与基本定律线性网络的等效变换一般分析法和基本定理单相正弦

:,、,

交流电路谐振电路三相电路非正弦周期电流电路线性瞬态电路的时域分析磁路与变压

,,,,,

器常用低压电器与三相异步电动机电力系统与安全用电非线性电阻电路等全书的最后

,,,。

给出了各章习题的参考答案

。

本书适合作为高等职业院校轨道交通类机电类电力类计算机类等专业的专业基础课

、、、

教材也可作为相关技术人员的参考用书

,。

图书在版编目(CIP)数据

电工电路分析基础李春英张晓娟主编北京中国

/,.—:

铁道出版社有限公司

,2020.10

高等职业教育轨道交通类专业基础课系列规划教材

ISBN978-7-113-27233-3

电李张电路分析高等职业

Ⅰ.①…Ⅱ.①…②…Ⅲ.①-

教育教材

-Ⅳ.①TM133

中国版本图书馆数据核字第号

CIP(2020)163981

书名:电工电路分析基础

作者:李春英张晓娟

策划:阚济存

责任编辑:阚济存绳超编辑部电话:电子信箱:

(010)51873133td51873133@163.com

封面设计:尚明龙

责任校对:王杰

责任印制:樊启鹏

出版发行:中国铁道出版社有限公司北京市西城区右安门西街号

(100054,8)

网址:

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

开本:印张:字数:千

787mm×1092mm1/1618.5470

书号:

ISBN978-7-113-27233-3

定价:元

48.00

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在“十三五”期间,国家要求加快发展现代职业教育,深化职业教育教学改革,全面提高

人才培养质量。按照教育部的要求,本着高等职业教育“以立德树人为根本,以服务发展为

宗旨,以促进就业为导向”的指导思想,我们在长期“电工基础”“电路基础”课程的教学研讨、

实践过程中,探索适合专业需求、适合职业人才培养需求的专业技术基础课教学模式,编写

了本书。

本书特色:

1.融教、学、做于一体,培养学生的专业思维、实践技能及职业素质。学生从知道实践

→

明白提升,逐步完成知识体系的构建和技能训练,正确建立理论与实践的联系。

→→

2.充分考虑了知识体系的完整性,循序渐进。书中每个章节围绕能力目标和知识目标,

构建、延伸并拓展相关知识内容,将专业所需的基础能力分解成若干知识点进行教学,不同

专业教学选择方便灵活;带“”的章节为少学时教学提供课外兴趣学习内容。书中含有

**

大量的习题并附有参考答案,方便学习者自学自查。

3.书中除带“”的章节外,其他章节都有实作考核评价的内容,方便实施理论与实作

**

分别独立考核评价的教学模式,强化学生的综合能力,促进学生职业道德、职业素养及职业

精神的养成。

4.努力贴近专业、生活及生产实例,增强技术基础课的服务性。

5.以适量、实用为度,重在理论基础知识的运用,力求通俗易懂。

本书由南京铁道职业技术学院李春英、张晓娟任主编,孙凯、张纯伟、胡海燕任副主编,

钟雪燕、张玉洁参与编写。其中,第一章、第四章由胡海燕编写,第二章、第五章由李春英编

写,第三章、第九章由孙凯编写,第六章、第七章由张晓娟编写,第八章由张纯伟编写,第十章

由钟雪燕编写,第十一章由张玉洁编写,习题、参考答案由张晓娟、李春英编写,实训内容由

张晓娟、孙凯、李春英编写。全书由李春英组织并统稿,张纯伟协助。

编写本书时,编者查阅和参考了众多文献资料,在此向相关文献的作者致以最诚挚的

谢意。

由于编者水平有限,书中难免存在不妥之处,恳请专家和读者批评指正。

编者

2020年7月

┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈Ⅰ

第一章电路的基本概念与基本定律…………

1

第一节电路与电路模型……………………

1

第二节电路的基本物理量…………………

3

第三节电路的几种基本元件………………

7

第四节电路的三种工作状态……………

14

第五节基尔霍夫定律……………………

16

小结……………………

28

习题……………………

29

第二章线性网络的等效变换、一般分析法和基本定理……

33

第一节二端网络的定义和等效概念……………………

33

第二节电阻的串并混联及等效变换…………………

、、34

第三节电阻的星形与三角形联结及其等效变换………

38

第四节电源的等效变换…………………

39

第五节受控源及含受控源二端网络的等效变换………

43

第六节支路电流法………………………

46

第七节网孔分析法………………………

47

第八节节点分析法………………………

50

第九节叠加定理…………

53

第十节替代定理…………

56

第十一节戴维南定理与诺顿定理………

57

小结……………………

69

习题……………………

70

第三章单相正弦交流电路…………………

77

第一节正弦量的基本概念………………

77

第二节正弦量的相量表示法……………

81

第三节单一元件伏安关系的相量形式…………………

84

第四节基尔霍夫定律的相量形式………

88

第五节RLC串联电路的相量分析及复阻抗…………

、、90

第六节RLC并联电路的相量分析及复导纳…………

、、93

┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈Ⅰ

电工电路分析基础

第七节无源二端网络的等效复阻抗与复导纳…………

95

第八节正弦交流电路的相量分析法……………………

98

第九节正弦交流电路中的功率…………

100

小结……………………

117

习题……………………

118

第四章谐振电路……………

124

第一节串联谐振…………

124

第二节并联谐振…………

129

小结……………………

137

习题……………………

137

第五章三相电路……………

141

第一节三相交流电源……………………

141

第二节三相电源的联结…………………

144

第三节三相负载的联结…………………

146

第四节对称三相电路的计算……………

148

第五节不对称三相电路的计算…………

153

第六节三相电路的功率…………………

157

小结……………………

162

习题……………………

163

第六章非正弦周期电流电路…………

**168

第一节非正弦周期信号及其分解………

168

第二节非正弦周期量的有效值平均值及平均功率…………………

、172

第三节非正弦周期电流电路的分析计算………………

175

小结……………………

177

习题……………………

178

第七章线性瞬态电路的时域分析…………

180

第一节瞬态电路的基本概念……………

180

第二节RC电路的瞬态过程……………

184

第三节RL电路的瞬态过程……………

187

第四节一阶电路的分析与应用…………

189

小结……………………

197

习题……………………

198

Ⅱ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈

目录

第八章磁路与变压器…………………

**203

第一节磁路的基本知识…………………

203

第二节常见的变压器……………………

210

小结……………………

220

习题……………………

221

第九章常用低压电器与三相异步电动机…………………

222

第一节常用低压电器简介………………

222

第二节三相异步电动机…………………

231

小结……………………

254

习题……………………

254

第十章电力系统与安全用电…………

**258

第一节电力系统…………

258

第二节安全用电…………

261

小结……………………

266

习题……………………

266

第十一章非线性电阻电路……………

**267

第一节非线性电阻元件…………………

267

第二节非线性电阻电路的图解分析法…………………

269

第三节非线性电阻电路的小信号分析法………………

271

小结……………………

272

习题……………………

273

参考答案………………………

274

参考文献………………………

287

┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈Ⅲ

第一章电路的基本概念与基本定律

本章介绍电路与电路模型电路中的基本物理量电流电压电功率等电流电压参

,(、、),、

考方向电路的几种基本元件电阻电容电感独立电源电路的三种状态和基尔霍夫

,(、、、),

定律

。

能力目标

能识别基本电路元件并判别元件电流电压参考方向

(1),、;

能够对电压电流电位和功率进行分析计算

(2)、、;

能够使用直流电流表直流电压表及万用表

(3)、;

能正确识别及使用电阻

(4);

能正确连接与测试直流电路

(5);

能够运用基尔霍夫定律分析电路

(6)。

知识目标

了解电路的基本构成以及各部分的作用熟悉电阻电容电感独立电压源独立电

(1),、、、、

流源等基本电路元件及性能

;

掌握基本电路参数电位电压电流的计算以及方向关系

(2)、、;

掌握功率能量的计算及判断方法

(3)、;

熟悉电路的通路开路及短路的三种工作状态

(4)、;

掌握欧姆定律基尔霍夫定律会运用这些定律分析与计算电路参数

(5)、,。

第一节电路与电路模型

知识点一电路组成

在日常生活及科研生产工程实践中电路已成为现代科学技术应用中不可或缺的组成

、,

部分如各种家用电器电力系统通信系统计算机系统控制系统信号处理系统中的各种

,、、、、、

线路及设备等

。

电路是电流的流通路径它是由一些电气设备和元器件按一定方式连接而成的实际

,。

1

┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈

电工电路分析基础

电路通常由各种电路实体部件如电源电阻器电感线圈电容器变压器二极管三极管

(、、、、、、

等组成每种电路实体部件都具有各自不同的电磁特性和功能按照人们的需要把相关

),。,

电路实体部件按一定方式进行组合就构成了电路实际电路主要有以下几方面的作用

,。:

进行能量的传输分配与转换例如电力系统中的输电线路

(1)、,;

传送和处理信号例如通信系统中的传输线路及设备

(2),;

测量电路例如万用表电路用来测量电压电流和电阻等

(3),(、);

存储信息例如计算机系统中的存储电路

(4),。

电路有时也称为电网络

。

各种电路系统因其实际功能需求不同电路的构成方式多种多样但通常主要由电

,,

源负载和中间环节三部分构成电源是提供电能或信号的器件它将其他形式的能量

、。,

转换为电能电路中吸收电能或输出信号的器件称为负载例如电炉灯泡电动机等

;,,、、,

它们将电能转换为其他形式的能量如热能光能机械能等在电源和负载之间引导和

(、、);

控制电流的导线和开关等称为中间环节主要用来实现电能的传输分配控制等

,、、。

图所示为手电筒的实际电路包含电源干电池中间环节开关和导线负载

1-1(a),()、()、

小灯泡三部分

()。

知识点二电路模型

在电路理论中为了方便实际电路的分析

,

和计算通常在工程实践允许的条件下对实际

,

电路进行模型化处理将实际电路器件理想化

。

而得到的只具有某种单一电磁性质的元件称为

理想电路元件简称电路元件常见的五种理图手电筒实际电路和电路模型

,。1-1

想电路元件为电压源电流源电阻电容和电

、、、

感电压源电流源是提供电能的元件电阻是一种消耗电能的元件电感是一种其周围空

。、;;

间存在着磁场而可以存储磁场能量的元件电容是一种其周围空间存在着电场而可以存储

;

电场能量的元件等图所示为五种典型电路元件的图形符号

。1-2。

图五种典型电路元件的图形符号

1-2

实际电路可以用一个或若干个理想电路元件经导线连接起来模拟这便构成了电路模

,

型图所示为手电筒电路的电路模型其中干电池用直流电压源U表示小灯泡用

。1-1(b),S,

理想电阻R表示开关用表示导线电阻忽略不计

,S,。

2

┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈

第一章电路的基本概念与基本定律

知识点三电路分类

电路可分为集总参数电路和分布参数电路

。

集总参数电路是指电路本身的几何尺寸相对于电路的工作频率所对应的波长λ小得

多因此在分析电路时可以忽略元件和电路本身的几何尺寸例如我国电力工程的电源频

,。,

率为对应的波长为在这种低频电路中几何尺寸为几米几百米甚至几

50Hz(6000km),,、

千米的电路都可视为集总参数电路集总参数电路按其元件参数是否为常数又可分为线

。,

性电路和非线性电路电路中的各元件参数均为常数且满足线性性质的电路是线性电

。,,

路线性电路有时也称线性网络

。。

分布参数电路是指电路本身的几何尺寸相对于工作波长不可忽略的电路

。

本书重点介绍集总参数线性电路的分析方法

。

第二节电路的基本物理量

知识点一电流及其参考方向

电流的定义

1.

电路中电荷沿着导体的定向运动形成了电流其方向规定为正电荷流动的方向或

,(

负电荷流动的反方向其大小定义为在电场力作用下单位时间内通过导体横截面的电

),,

荷量称为电流强度简称电流用符号i或it表示讨论一般电流时可用符号

,(“”),()。

i即

,

qq

i=Δ=d

Δlitmtt(1-1)

→0Δd

因此电流不仅表示一种物理现象同时也代表一个物理量由式可知电流是时间

,“”,。(1-1),

的函数在国际单位制中时间t的单位是秒电荷量q的单位是库则定义电

。(SI),(s),(C),

流i的单位为安常用的电流单位还有毫安微安千安等它们之间的

(A),(mA)、(μA)、(kA),

换算关系为

336

1kA=10A1A=10mA=10μA

电流的参考方向

2.

电流不但有大小而且有方向

,。

在分析与计算电路时复杂电路中的电流随时间变化时电流的实际方向往往很难

,,

事先判断因此引入了参考方向的概念即在电路分析中首先假定一个方向作为某条

,,,,

支路电流的参考方向在电路图上用箭头表示电流的流向并依据参考方向进行电路参

,,

量的计算

。

电流参考方向有两种表示方法

:

用箭头表示箭头的指向为电流的参考方向如图所示

(1)。,1-3(a)。

用双下标表示如i电流的参考方向由指向如图所示

(2)。AB,AB,1-3(b)。

3

┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈

电工电路分析基础

图电流的参考方向

1-3

当选定的电流参考方向与实际方向一致时电流计算结果为正值i当选定的电流

,(>0);

参考方向与实际方向不一致时结果为负值i图所示为电流的实际方向与参考

,(<0)。1-4

方向之间的关系其中电流的参考方向是任意选定的方向

,。

图电流的实际方向与参考方向

1-4

这样在选定的参考方向下根据电流的正负值就可以确定电流的实际方向

,,,。

直流电流

3.

如果电流的大小及方向都不随时间变化即在单位时间内通过导体横截面的电荷量是

,

恒定的则称该电流为恒定电流简称直流记为或直流电流常用

,,(directcurrent),DCdc。

大写字母I来表示即

,

Q

I==常数

t(1-2)

交流电流

4.

如果电流的大小及方向均随时间变化则称为交流电流简称交流记

,,(alternatingcurrent),

为或对电路分析来说最为重要的一种交流电流是正弦交流电流其大小及方向均随

ACac。,,

时间按正弦规律做周期性变化交流电流的瞬时值用小写字母i或it表示

。()。

知识点二电压、电位及电动势

电压

1.

电压的定义

1)

电路中两点间的电压等于电场力把单位正电荷从点移动到点所做的功即

a、bab,

WW

u=Δab=dab

abliqm