電工電路基礎

《電工電路基礎》是2006年出版的圖書，作者是張玘，屬於工業技術類。高等院校教材:本書分為9章，內容包括工具知識，工具知識在電路暫態分析中的套用，工具知識基於變數模型在正弦交流電路中的拓展等。

基本介紹

• 書名：電工電路基礎
• 作者：張玘
• 類別：工業技術
• 頁數：316
• 出版時間：2006年8月

作品信息

分類： 工業技術 >總論

內容簡介

高等院校教材:本書分為9章，內容包括工具知識，工具知識在電路暫態分析中的套用，工具知識基於變數模型在正弦交流電路中的拓展等。

章節目錄

第一章 電路基本概念和電路定律

1.1 電路模型

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線連線而成。用不同特性的電路元件按照不同的方式連線就構成不同特性的電路。

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，應當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。

電路模型的表示方法：

(1)電路圖；

(2) 電路數據(表格或矩陣)。

使用電路模型可以表示出：

(1)電路元件的特性

(2)元件間的連線關係

1.2 電路的基本物理量

1.2.1 電流

電流，是指電荷的定向移動。電源的電動勢形成了電壓，繼而產生了電場力，在電場力的作用下，處於電場內的電荷發生定向移動，形成了電流。電流的大小稱為電流強度（簡稱電流，符號為I），是指單位時間內通過導線某一截面的電荷量，每秒通過1庫侖的電量稱為1「安培」（A）。安培是國際單位制中所有電性的基本單位。 除了A，常用的單位有毫安（mA）、微安(μA) 。1A=1000mA=1000000μA電學上規定：正電荷流動的方向為電流方向。電流微觀表達式I=nesv,n為單位時間內通過導體橫截面的電荷數，e為電子的電荷量，s為導體橫截面積，v為電荷速度。

單位時間內通過導體橫截面的電荷量，叫電流，通常用I代表電流，表達式I=Q/t，單位是安培（這個單位是為了紀念法國物理學家安培在電學研究中的巨大貢獻而命名的），簡稱“安”，符號“A”。

英國物理學家法拉第在1831年做了切割磁力線實驗，在閉合迴路中就有電流產生。這一現像證明電和磁之間可以相互轉換。

電流是物理學中的七個基本量綱之一（另外6個為：長度m、時間s、質量kg、熱力學溫度K、發光強度cd、物質的量mol)。電流分直流和交流兩種，電流的方向不隨時間的變化的叫做直流，電流的大小和方向隨時間變化的叫交流。

電流是指一群電荷的流動[1]。電流的大小稱為電流強度，是指單位時間內通過導線某一截面的電荷量，每秒通過一庫侖的電量稱為一「安培」（Ampere）。安培是國際單位制中的一種基本單位[1]。電流表是專門測量電流的儀器。

大自然有很多種承載電荷的載子，例如，導電體內可移動的電子、電解液內的離子、電漿內的電子和離子、強子內的夸克[2]。這些載子的移動，形成了電流。

單位

國際單位制中電流的基本單位是安培。　1安培定義為：在真空中相距為1米的兩根無限長平行直導線，通以相等的恆定電流，當每米導線上所受作用力為2×10^(-7)N時，各導線上的電流為1安培。

初級學習中1安培的定義：1秒內通過導體橫截面的電荷量為1庫侖，即：1安培=1庫侖/秒

換算方法：

1kA=1000A

1A=1000mA

1mA=1000μA

1μA=1000nA

1nA=1000pA

一些常見的電流：電子手錶1.5μA至2μA，白熾燈泡200mA，手機100mA，空調5A至10A，高壓電200A，閃電20000A至200000A

定義公式：I=Q/t Q為通過導體橫截面的電荷量，單位是庫侖。t為電荷通過導體的時間，單位是秒。

獲得條件

電路中保持有恆定的電動勢（電力場）。

電路連線好，閉合開關，處處相通的電路叫做通路（也稱為閉合電路）。

開關未合閉，或電線斷裂、接頭鬆脫致使線路在某處斷開的電路，叫做開路（也稱為斷路）。

導線不經過用電器直接跟電源兩極連線的電路，叫做短路(通路)。

1.2.2 電壓

電壓，也稱作電勢差或電位差，是衡量單位電荷在靜電場中由於電勢不同所產生的能量差的物理量。其大小等於單位 正電荷因受電場力作用從A點移動到B點所作的功，電壓的方向規定為從高電位指向低電位的方向。電壓的國際單位制為伏特(V)，常用的單位還有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV)等。此概念與水位高低所造成的“水壓”相似。需要指出的是，“電壓”一詞一般只用於電路當中，“電勢差”和“電位差”則普遍套用於一切電現象當中。

如果電壓的大小及方向都不隨時間變化，則稱之為穩恆電壓或恆定電壓，簡稱為直流電壓，用大寫字母U表示。如果電壓的大小及方向隨時間變化，則稱為變動電壓。對電路分析來說，一種最為重要的變動電壓是正弦交流電壓(簡稱交流電壓)，其大小及方向均隨時間按正弦規律作周期性變化。交流電壓的瞬時值要用小寫字母u或u(t)表示。在電路中提供電壓的裝置是電源。

單位

電壓在國際單位制中的主單位是伏特（V），簡稱伏，用符號V表示。1伏特等於對每1庫侖的電荷做了1焦耳的功，即1 V = 1 J/C。強電壓常用千伏(KV)為單位，弱小電壓的單位可以用毫伏(mV)微伏(μv)。

它們之間的換算關係是：

1kV=1000V

1V=1000mV

1mV=1000μv電壓是推動電荷定向移動形成電流的原因。電流之所以能夠在導線中流動，也是因為在電流中有著高電勢和低電勢之間的差別。這種差別叫電勢差，也叫電壓。換句話說。在電路中，任意兩點之間的電位差稱為這兩點的電壓。通常用字母V代表電壓。

電源是給用電器兩端提供電壓的裝置。電壓的大小可以用電壓表（符號：V）測量。

串聯電路電壓規律：串聯電路兩端總電壓等於各部分電路兩端電壓和。

公式：ΣU=U1+U2

並聯電路電壓規律：並聯電路各支路兩端電壓相等，且等於電源電壓。

公式：ΣU=U1=U2

歐姆定律：U=IR（I為電流，R是電阻）但是這個公式只適用於純電阻電路

1.2.3 功率

1.3 電路基本元件

1.3.1 電阻元件

1.3.2 電容元件

1.3.3 電感元件

1.3.4 電壓源

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：第一，它的端電壓定值U或是一定的時間函式U(t)與流過的電流無關。第二，電壓源自身電壓是確定的，而流過它的電流是任意的。

由於電源內阻等多方面的原因，理想電壓源在真實世界是不存在的，但這樣一個模型對於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。在電壓源迴路中串聯電阻才有意義，並聯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餘的，應刪去。負載阻抗只有串聯在電壓源迴路中才有意義，與內阻是分壓關係。

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。

在功率允許的範圍內，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.其電壓總保持為某一常數或為某一給定的時間函式。

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

1.3.5 電流源

至茂電子電流源AHY-12系列電流源給定的電流，此線路通電流為定值，與你的負載阻值沒有關係。

電流源的內阻相對負載阻抗很大，負載阻抗波動不會改變電流大小。在電流源迴路中串聯電阻無意義，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簡化掉。負載阻抗只有並聯在電流源上才有意義，與內阻是分流關係。

由於內阻等多方面的原因，理想電流源在真實世界是不存在的，但這樣一個模型對於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。

電流源，即理想電流源，是從實際電源抽象出來的一種模型，其端鈕總能向外提供一定的電流而不論其兩端的電壓為多少，電流源具有兩個基本的性質：第一，它提供的電流是定值I或是一定的時間函式I(t)與兩端的電壓無關。第二，電流源自身電流是確定的，而它兩端的電壓是任意的。

由於電流源的電流是固定的，所以電流源不能斷路，電流源與電阻串聯時其對外電路的效果與單個電流源的效果相同。此外，電流源與電壓源是可以等效轉換的，一個電流源與電阻並聯可以等效成一個電壓源與電阻串聯。

1.3.6 受控源

受控源又稱為非獨立源。一般來說，一條支路的電壓或電流受本支路以外的其它因素控制時統稱為受控源。受控源由兩條支路組成，其第一條支路是控制支路，呈開路或短路狀態；第二條支路是受控支路，它是一個電壓源或電流源，其電壓或電流的量值受第一條支路電壓或電流的控制。受控源可以分成四種類型。

電壓或電流受電路中其它部分的電壓或電流控制的電壓源或電流源，稱為受控源。

受控源是一種四端元件，它含有兩條支路，一條是控制支路，另一條是受控支路。受控支路為一個電壓源或為一個電流源，它的輸出電壓或輸出電流（稱為受控量），受另外一條支路的電壓或電流（稱為控制量）的控制，該電壓源，電流源分別稱為受控電壓源和受控電流源，統稱為受控源。

1.4 基爾霍夫定律

1.4.1 基爾霍夫電流定律

1.4.2 基爾霍夫電壓定律

1.5 電路的基本狀態

習題及思考題

第二章 電路的分析方法

2.1 支路電流法

2.2 網孔電流法

2.3 節點電壓法

2.4 疊加定理

2.4.1 線性系統及其性質

2.4.2 疊加定理

2.5 置換定理

2.6 二端網路的等效變換

2.7 戴維南定理與諾頓定理

2.7.1 戴維南定理

2.7.2 諾頓定理

2.8 含受控源電路的分析方法

2.9 最大功率傳遞定理

2.10 非線性電阻電路分析

習題及思考題

第三章 電路的暫態分析

3.1 換路定則與電路初始狀態的確定

3.2 一階電路的零輸入回響

3.2.1 RC電路的零輸入回響

3.2.2 RL電路的零輸入回響

3.3 一階電路的零狀態回響

3.3.1 RC電路的零狀態回響

3.3.2 RL電路的零狀態回響

3.4 一階電路的全回響

3.5 三要素法

3.6 階躍函式與階躍回響

3.7 脈衝激勵下RC電路的回響

3.7.1 微分電路

3.7.2 積分電路

3.8 二階電路的零輸入回響

習題及思考題

第四章 正弦交流電路

4.1 正弦量的基本概念

4.1.1 正弦量的三要素

4.1.2 相位差

4.1.3 有效值

4.2 正弦量的相量表示

4.2.1 複數複習

4.2.2 利用相量表示正弦量

4.2.3 相量圖

4.3 元件約束和基爾霍夫定律的相量形式

4.3.1 基本元件伏安關係的相量形式

4.3.2 基爾霍夫定律的相量形式

4.4 阻抗與導納

4.4.1 阻抗和導納

4.4.2 RLC串聯電路

4.4.3 阻抗的串聯與並聯

4.5 正弦交流電路的相量分析

4.6 正弦交流電路的功率

4.6.1 功率

4.6.2 功率因數的提高

4.7 三相電路

4.7.1 三相電源

4.7.2 三相電源的連線

4.7.3 三相電路的計算

4.7.4 三相電路的功率

習題及思考題

第五章 電路的頻率回響

5.1 正弦交流電路的頻率特性

5.1.1 RC串聯電路的頻率特性

5.1.2 諧振電路

5.2 非正弦周期信號電路

5.2.1 周期信號的傅立葉級數

5.2.2 非正弦周期信號

5.2.3 非正弦周期信號電路的諧波分析法

習題及思考題

第六章 磁耦合器件和雙口網路

6.1 互感

6.2 含有耦合電感電路的計算

6.3 變壓器

6.3.1 空心變壓器

6.3.2 理想變壓器

6.3.3 變壓器的電路模型

6.4 雙口網路的伏安關係

6.4.1 雙口網路的流控型和壓控型伏安關係

6.4.2 雙口網路的混合型伏安關係

6.4.3 雙口網路的傳輸型伏安關係

6.5 雙口網路各組參數的關係

習題及思考題

第七章 交流電機

7.1 三相異步電動機的構造

7.2 三相異步電動機的工作原理

7.3 三相異步電動機的轉矩與機械特性

7.4 三相異步電動機的基本參數

7.5 三相異步電動機的起動

7.6 三相異步電動機的調速

7.7 三相異步電動機的制動

7.8 同步電機和單相異步電機

7.7.1 同步電機

7.7.2 單相異步電動機

習題及思考題

第八章 直流電機

8.1 直流電機基本結構和工作原理

8.1.1 直流電機的基本結構

8.1.2 直流電機的基本工作原理

8.1.3 直流電機的分類

8.2 直流電動機的機械特性

8.2.1 基本平衡方程式

8.2.2 他勵直流電動機的機械特性

8.3 他勵（並勵）直流電動機的調速

習題及思考題

第九章 電工測量與安全用電

9.1 電工儀表

9.1.1 電工儀表的分類

9.1.2 電工儀表的誤差和準確度

9.2 電流、電壓、功率和電能的測量

9.2.1 電流的測量

9.2.2 電壓的測量

9.2.3 功率的測量

9.2.4 電能的測量

9.3 電阻、電容、電感的測量

9.4 非電量的電測法

9.4.1 應變電阻感測器

9.4.2 熱電感測器

9.5 安全用電常識

9.5.1 觸電事故及其預防措施

9.5.2 靜電防護與電氣防火

習題及思考題

參考文獻