《電路基礎》按照高職高專教育的培養目標和特點,本著突出實用性、實踐性的原則編寫而成。全書主要內容包括電路的基本概念和定律,電路的等效變換,線性電路的一般分析方法和基本定理,正弦交流電路,互感電路及理想變壓器,非正弦周期性信號電路,瞬態電路等。
《電路基礎》可作為高職高專電氣自動化、電子、通信、計算機類專業的教材,也可供工程技術人員和自學者參考。
《電路基礎》根據高職高專教育的培養目標和特點,結合教育部的高職高專教學改革精神編寫而成。在編寫過程中力求做到基本概念講解清晰,原理分析準確,減少理論驗證,闡述深入淺出,通俗易懂,以更好地適應現代高職高專教育人才培養模式和教學改革的需要。
本書是根據編者多年的教學經驗,結合現在高職高專教育的特點和教育部相關教學改革要求編寫而成.在編寫過程中,力求做到基本概念講解清晰,原理分析準確,減少理論驗證,做到深入淺出,通俗易懂,以更好地適應現代高職高專教育人才培養模式和教學內容體系改革的需要。
為配合理論教學需要,本書列舉了較多例題,目的在于加深學生對所學理論的進一步理解及應用,掌握對具體電路的分析能力,進而掌握一般電路的分析計算方法。本書在例題和習題的選擇上力求典型,具體,實用性強,以激勵學生的學習興趣,調動學習的積極性。
本書每節后附有一定數量的習題,覆蓋了每節中要求理解和掌握的學習內容,其中許多題目是編者根據多年來的教學實踐體會而精心挑選的,目的在于使學生有效鞏固最近所學的基本概念,進一步加強對相關知識點的深入理解,達到舉一反三的效果。
仿真軟件的應用已經非常普及,本書介紹了電路的計算機仿真內容,將計算機仿真與電路分析的理論教學相結合。傳統的教材內容側重于用一般教學方法描述和求解電路,而計算機仿真可以在分析結果的可視化方面補充理論分析,能直觀地呈現電路的輸入輸出的參數和數值,有利于對電路性質、電路基本概念和基本定律的理解和掌握,為今后學習電類相關課程打下良好的基礎。在電路仿真實驗中讀者可通過選取元件、連線、仿真調試和結果分析完成仿真實驗,這樣可在實驗條件欠缺或時間緊張的情況下,通過仿真實驗達到與真實實驗相似的學習效果。
第1章 電路模型和電路定律 1
1.1 電路和電路模型 1
1.1.1 電路 1
1.1.2 電路模型 1
1.2 電流和電壓的參考方向 2
1.2.1 電路的基本物理量 2
1.2.2 電流和電流的參考方向 2
1.2.3 電壓和電壓的參考方向 3
1.2.4 關聯參考方向 4
1.3 電阻、電感和電容 6
1.3.1 電阻元件 6
1.3.2 電感元件 7
1.3.3 電容元件 10
1.4 電壓源和電流源 13
1.4.1 理想電壓源 13
1.4.2 理想電流源 14
1.5 受控電源 17
1.6 基爾霍夫定律 19
習題 22
第2章 電阻電路的等效變換 25
2.1 等效變換 25
2.1.1 二端電路 25
2.1.2 二端電路的等效 26
2.2 電阻的串聯、并聯和混聯 26
2.2.1 電阻的串聯 26
2.2.2 電阻的并聯 27
2.2.3 電阻的混聯 29
2.3 電阻的Y形連接和△形連接的等效變換 31
2.4 電壓源、電流源的串聯和并聯 35
2.4.1 電壓源的串聯 35
2.4.2 電流源的并聯 35
2.5 實際電源的兩種模型及其等效變換 36
2.6 輸入電阻 40
2.6.1 輸入電阻的定義 40
2.6.2 輸入電阻的計算方法 40
習題 41
第3章 電阻電路的一般分析方法 44
3.1 支路電流法 44
3.2 回路電流法和網孔法 45
3.2.1 回路電流法和網孔法 46
3.2.2 支路電流與回路電流的關系 46
3.2.3 回路電流法列寫的方程 46
3.3 節點電壓法 48
3.3.1 節點電壓 50
3.3.2 節點電壓法 50
3.3.3 帶有受控源的電路的節點電壓法 51
3.4 電路的等效變換 52
3.4.1 電路等效的一般概念 52
3.4.2 理想電源轉移 52
3.5 疊加定理 53
3.5.1 疊加定理的表述 53
3.5.2 使用疊加定理應注意的一些問題 54
3.5.3 應用疊加定理求解電路的步驟 54
3.6 等效電源定理 56
3.6.1 戴維南定理 56
3.6.2 戴維南定理的解題步驟 57
3.6.3 戴維南定理的實踐意義 59
3.6.4 諾頓定理 59
3.6.5 諾頓定理的應用 59
3.7 最大功率傳輸定理 62
3.7.1 最大功率傳輸定理 62
3.7.2 最大功率傳輸定理的應用 63
習題 64
第4章 正弦交流電路 66
4.1 正弦交流電的基本概念 66
4.1.1 正弦交流電的三要素 66
4.1.2 相位差 66
4.2 利用相量表示正弦交流電 67
4.2.1 復數的概念 67
4.2.2 利用相量表示正弦交流電 67
4.3 正弦交流電路的相量分析 68
4.3.1 電路元件伏安關系的相量表示 69
4.3.2 基爾霍夫定律的相量表示 75
4.3.3 RLC串聯電路的阻抗 75
4.3.4 導納 77
4.3.5 復阻抗和復導納的等效互換 79
4.3.6 阻抗的串聯和并聯 81
4.3.7 正弦穩態電路的分析 83
4.4 正弦穩態電路中的功率 88
4.4.1 瞬時功率 88
4.4.2 平均功率P 89
4.4.3 無功功率Q 89
4.4.4 視在功率S 89
4.4.5 任意阻抗的功率計算 90
4.4.6 功率因數的提高 91
4.5 正弦交流電路中的諧振 93
4.5.1 串聯電路的諧振 93
4.5.2 并聯電路的諧振 97
4.6 正弦穩態電路的分析 100
4.6.1 電阻電路與正弦電流電路的分析比較 100
4.6.2 典型例題 101
習題 105
第5章 三相正弦交流電路 108
5.1 三相電源 108
5.2 對稱三相電路的計算 111
5.3 不對稱三相電路的概念 115
5.4 三相電路的功率 117
5.4.1 三相電路的功率 117
5.4.2 對稱三相電路的功率 118
5.4.3 功率標注 118
5.4.4 三相功率的測量 120
習題 122
第6章 非正弦周期電路 125
6.1 非正弦周期信號 125
6.2 周期函數分解為傅里葉級數 125
6.3 有效值、平均值和平均功率 128
6.3.1 非正弦周期量的有效值和平均值 128
6.3.2 非正弦周期量的平均功率 129
6.4 非正弦周期交流電路的計算 130
習題 135
第7章 動態電路分析 138
7.1 換路與電路初始值 138
7.2 一階電路動態過程的三要素 139
7.3 一階電路的動態分析 141
7.3.1 零輸入響應與零狀態響應 141
7.3.2 單位階躍函數 141
7.3.3 電路的沖激響應與階躍響應 142
7.4 二階電路的零輸入響應 142
習題 147
第8章 磁路和變壓器 149
8.1 磁場的基本物理量 149
8.1.1 磁感應強度與磁通 149
8.1.2 磁導率 150
8.1.3 磁場強度H 150
8.2 鐵磁材料的磁性能 151
8.2.1 磁化曲線與磁滯回線 151
8.2.2 鐵磁材料的磁性能 152
8.2.3 鐵磁材料的種類和用途 153
8.3 磁路和磁路歐姆定律 154
8.3.1 磁路 154
8.3.2 磁通勢 154
8.3.3 磁路歐姆定律 154
8.3.4 渦流 155
8.4 變壓器 157
8.4.1 變壓器的結構 157
8.4.2 變壓器的功能 158
8.4.3 變壓器的外特性與效率 159
8.4.4 特殊變壓器 160
8.4.5 變壓器的額定值、功率、效率? 162
8.5 理想變壓器 164
習題 166
第9章 EWB電路仿真 167
9.1 EWB簡介 167
9.1.1 EWB5.12的安裝和啟動 167
9.1.2 認識EWB的界面 168
9.2 用EWB進行仿真 169
9.3 仿真練習 驗證歐姆定律 171
9.3.1 啟動EWB 171
9.3.2 建立仿真電路 172
9.3.3 仿真測試 172
9.4 基爾霍夫定律的驗證 172
9.5 疊加定理的驗證 174
9.6 戴維南定理的驗證 175
9.7 感性負載及功率因數的提高 176
9.8 三相交流電路 178
參考文獻 183
在實際的電磁設備中,為了提高效率,減小設備體積,以盡可能小的電流(激磁電流)產生盡可能大的磁通,必須把磁場集中在盡可能小的區域內,一般采用密繞螺線管和利用高磁導率材料制成閉合的或近似閉合的路徑來達到此目的,這樣磁場主要集中在這個路徑中,這個路徑(有時還包括一段空氣隙)稱為磁路。
在對磁路進行初步計算時,一般假設全部磁通都集中在磁路里,磁路中任意截面上的磁通的分布認為是均勻的,同時認為各段中的磁場強度相同且與磁路路徑一致。
通過某一線圈的電流i與線圈匝數N的乘積Ni稱為該線圈電流產生的磁通勢,簡稱磁勢,用符號Fm表示。