秦曾煌《电工学·电工技术》（第7版）（上册）笔记和课后习题（含考研真题）

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内容简介
目录
第1章　电路的基本概念与基本定律
　1.1　复习笔记
　1.2　课后习题详解
　1.3　名校考研真题详解
第2章　电路的分析方法
　2.1　复习笔记
　2.2　课后习题详解
　2.3　名校考研真题详解
第3章　电路的暂态分析
　3.1　复习笔记
　3.2　课后习题详解
　3.3　名校考研真题详解
第4章　正弦交流电路
　4.1　复习笔记
　4.2　课后习题详解
　4.3　名校考研真题详解
第5章　三相电路
　5.1　复习笔记
　5.2　课后习题详解
　5.3　名校考研真题详解
第6章　磁路与铁心线圈电路
　6.1　复习笔记
　6.2　课后习题详解
　6.3　名校考研真题详解
第7章　交流电动机
　7.1　复习笔记
　7.2　课后习题详解
　7.3　名校考研真题详解
第8章　直流电动机
　8.1　复习笔记
　8.2　课后习题详解
　8.3　名校考研真题详解
第9章　控制电机
　9.1　复习笔记
　9.2　课后习题详解
　9.3　名校考研真题详解
第10章　继电接触器控制系统
　10.1　复习笔记
　10.2　课后习题详解
　10.3　名校考研真题详解
第11章　可编程控制器及其应用
　11.1　复习笔记
　11.2　课后习题详解
　11.3　名校考研真题详解
第12章　工业企业供电与安全用电
　12.1　复习笔记
　12.2　课后习题详解
　12.3　名校考研真题详解
第13章　电工测量
　13.1　复习笔记
　13.2　课后习题详解
　13.3　名校考研真题详解
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内容预览
第1章　电路的基本概念与基本定律
1.1　复习笔记
一、电路的作用与组成部分
1．电路的作用
电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。作用是实现电能的传输和转换。
电路的另一种作用是传递和处理信号，常见的例子如扩音机，如图1-1（b）所示。

图1-1电路示意图
（a）电力系统；（b）扩音机
2．电路的组成部分
电路包括电源、负载和中间环节三个组成部分。
（1）发电机是电源，是供应电能的设备，可把热能、水能或核能转换为电能。除发电机外，电池也是常用的电源。
（2）电灯、电动机、电炉等都是负载，是消耗电能的设备，它们分别把电能转换为光能、机械能、热能等。
（3）变压器和输电线是中间环节，是连接电源和负载的部分，对电能进行传输和分配。
综上所述，电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励在电路各部分产生的电压和电流称为响应。
电路分析，就是指在已知电路的结构和元器件参数的条件下，讨论电路的激励与响应之间的关系。
二、电路模型
1．电路模型简介
为了便于用数学方法描述电路，一般将实际电路理想化（或称模型化），用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件。
它是对实际电路电磁性质的科学抽象和概括，从而构成与实际电路相对应的电路模型。
理想电路元器件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源器件等。这些元器件分别由相应的参数来表征。
2．手电筒电路模型
手电筒的实际电路元器件有干电池、电珠、开关和连接导线，电路模型如图1-2所示。
（1）电珠是电阻元件，其参数为电阻R；
（2）干电池是电源器件，其参数为电动势E和内阻R0；
（3）连接导线是连接干电池与电珠的中间环节（还包括开关），其电阻忽略不计，认为是一无电阻的理想导体。

图1-2手电筒的电路模型
三、电压和电流的参考方向
1．电路基本物理量的实际方向
规定正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向为电流的方向（实际方向）。
电压和电动势都是标量，但在分析电路时，和电流一样，也说它们具有方向。电压的方向规定为由高电位（“＋”极性）端指向低电位（“－”极性）端，即为电位降低的方向。
电源电动势的方向规定为在电源内部由低电位（“－”极性）端指向高电位（“＋”极性）端，即为电位升高的方向。
2．电路基本物理量的参考方向
（1）参考方向
在分析与计算电路时，对电流（或电压）任意假定的方向。
（2）参考方向的表示方法
所选的电流的参考方向并不一定与电流的实际方向一致。
当电流的实际方向与其参考方向一致时，则电流为正值[图1-3（a）]；反之，则电流为负值[图1-3（b）]。

图1-3电流的参考方向
电压的参考方向除用极性“＋”、“－”表示外，也可用双下标表示。
如a，b两点间的电压Uab，它的参考方向是由a指向b，也就是说a点的参考极性为“＋”，b点的参考极性为“－"。如果参考方向选为由b指向a，则为Uba，

。电流的参考方向也可用双下标表示。
（3）实际方向与参考方向的关系
在电路图上所标的电流、电压和电动势的方向，一般都是参考方向，它们是正值还是负值，视选定的参考方向而定。
实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。
例如在图1-4中，电压U的参考方向与实际方向一致，故为正值；而U′的参考方向与实际方向相反，故为负值。两者可写为U＝－U′：电流亦然，I＝－I′。在参考方向选定后，电流（或电压）值才有正负之分。

图1-4电压和电流的参考方向
四、欧姆定律
1．欧姆定律的符号
与在电路图上选择电压和电流的参考方向不同，在欧姆定律中可带有正号或负号。当电压和电流的参考方向一致时[图1-4（a）]，则得



图1-5欧姆定律
当两者的参考方向相反时[图1-4（b）和图1-4（c），则得

这里应注意，
（1）一个式子中有两套正、负号，上两式中的正、负号是根据电压和电流的参考方向得出的。
（2）电压和电流本身还有正值和负值之分。
2．线性电阻
遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压和电流的比值为常数。图1-6的直线常称为线性电阻的伏安特性曲线。

图1-6线性电阻的伏安特性曲线
五、电源有载工作、开路与短路
1．电源有载工作
（1）电压与电流关系
应用欧姆定律可列出电路中的电流

并由上式可得出

由上式可见，
①电流的大小由负载决定。
②在电源有内阻时，电源端电压小于电动势，两者之差为电流通过电源内阻所产生的电压降RAI0电流愈大，则电源端电压下降得愈多。
③表示电源端电压U与输出电流，之间关系的曲线，称为电源的外特性曲线，如图1-8所示，其斜率与电源内阻有关。
④电源内阻一般很小。当

时，则

。上式表明当电流（负载）变动时，电源的端电压变动不大，这说明它带负载能力强。

图1-7电源有载工作

图1-8电源的外特性曲线
（2）功率与功率平衡
式（1.5.2）各项乘以电流，，则得功率平衡式



式中：

，是电源产生的功率；

，是电源内阻上损耗的功率；

，是电源输出的功率，即负载取用的功率。
在国际单位制中，功率的单位是瓦[特]（W）或千瓦（kW）。1s内转换1J的能[量]，则功率为1W。
（3）电源与负载的判别
①根据U、I的实际方向判别
电源：
U、I的实际方向相反，电流从“＋”端流出，发出功率；
负载：
U、I的实际方向相同，电流从“－”端流出，吸收功率。
②根据U、I的参考方向判别
分析电路，还要判别哪个电路元器件是电源（或起电源的作用），哪个是负载（或起负载的作用）。
U、I的参考方向相同 P＞0，负载；
　P＜0，电源。
U、I的参考方向相反 P＞0，电源；
　P＜0，负载。
（4）额定值与实际值
①额定值定义
额定值是电气设备在正常运行时的规定使用值。
额定值反映电气设备的使用安全性和使用能力。
②实际值
电气设备工作时的数值即为实际值，它不一定等于额定值。
在一定电压下电源输出的功率和电流决定于负载的大小，所以电源通常不一定处于额定工作状态，但是一般不应超过额定值。
2．电源开路
当开关断开时，电源则处于开路（空载）状态，如图1-9所示。
开路时外电路的电阻对电源来说等于无穷大，因此电路中电流为零。这时电源的端电压（称为开路电压或空载电压U。）等于电源电动势，电源不输出电能。

图1-9 电源开路
如上所述，电源开路时的特征可用下列各式表示

3．电源短路
（1）短路电流很大
在图1-7所示的电路中，当电源的两端由于某种原因而连在一起时，电源则被短路，如图1-10所示。
电源短路时，外电路的电阻可视为零。因为在电流的回路中仅有很小的电源内阻R0，所以这时的电流很大，此电流称为短路电流。短路时电源所产生的电能全被内阻所消耗。
（2）电源端电压
电源短路时由于外电路的电阻为零，所以电源的端电压也为零。
（3）能量消耗
负载功率也为零，这时电源的电动势全部降在内阻上，电源产生的能量全部被内阻消耗掉。

图1-10 电源短路
综上所述，电源短路时的特征可用下列各式表示

短路也可发生在负载端或线路的任何处。
六、基尔霍夫定律
支路：电路中的每一分支称为支路，一条支路流过一个电流，称为支路电流。
结点：三条或三条以上支路的联接点。
回路：由支路组成的闭合路径。
网孔：内部不含支路的回路。
在图1-11所示的电路中共有两个结点：a和b，共有三条支路，三个回路：adbca，abca和abda。

图1-11电路举例
1．基尔霍夫电流定律(KCL定律)
（1）定义
KCL：在任一瞬时，流入某一结点的电流之和应该等于由该结点流出的电流之和。
基尔霍夫电流定律是用来确定连接在同一结点上的各支路电流间关系的，实质是电流连续性的体现。
在图1-12所示的电路中，对结点a可以写出

或将上式改写成

即

就是在任一瞬时，一个结点上电流的代数和恒等于零。
规定参考方向指向结点的电流取正号，反之则取负号。
根据计算的结果，有些支路的电流可能是负值，这是由于所选定的电流的参考方向与实际方向相反所致。

图1-12结点
（2）推广
基尔霍夫电流定律可以把它推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。如图1-13所示的闭合面包围的是一个三角形电路，它有三个结点。应用电流定律可列出

上列三式相加，便得

或



图1-13基尔霍夫电流定律的推广应用
可见，在任一瞬时，通过任一闭合面的电流的代数和也恒等于零。
2．基尔霍夫电压定律（KVL）
（1）定义
KVL：如果从回路中任意一点出发，以顺时针方向或逆时针方向沿回路循行一周，则在这个方向上的电位降之和应该等于电位升之和。
在任一瞬时，沿任一回路循行方向（顺时针方向或逆时针方向），回路中各段电压的代数和恒等于零。
基尔霍夫电压定律是用来确定回路中各段电压间关系的，反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。
如图1-14所示，按照虚线所示方向循行一周，根据电压的参考方向可列出

或将上式改写为

即



图1-14回路
图1-14所示的回路是由电源电动势和电阻构成的，上式可改写为

此为基尔霍夫电压定律在电阻电路中的另一种表达式，就是在任一回路循行方向上，回路中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。
在这里，规定电位降取正号，电位升就取负号。
（2）推广
基尔霍夫电压定律不仅应用于闭合回路，也可以把它推广应用于回路的部分电路。如图1-15（a）所示电路，可列出





图1-15基尔霍夫电压定律的推广应用
对图1-15（b）的电路可列出

或

这也就是一段有源（有电源）电路的欧姆定律的表示式。
3．总结
（1）基尔霍夫两个定律具有普遍性，它们适用于由各种不同元器件所构成的电路，也适用于任一瞬时对任何变化的电流和电压。
（2）列方程前，标注回路循行方向。
（3）应用基尔霍夫定律或欧姆定律时，注意项目前符号的确定。
（4）开口电压可按回路处理。
七、电路中电位的概念及计算
1．电位的概念
电位：电路中某点至参考点的电压，记为“VX”。两点间的电压就是两点的电位差。
计算电位时，必须选定电路中某一点作为参考点，它的电位称为参考电位，通常设参考电位为零。
因此，而其他各点的电位都同它比较，比它高的为正，比它低的为负。
正数值愈大则电位愈高，负数值愈大则电位愈低。
2．电位的计算
如图1-16，可得出



图1-16电路举例
这是a，b两点间的电压值或两点的电位差，即a点电位Va比b点电位Vb高60V，但不能算出Va和Vb各为多少伏[特]。参考点在电路图中标上“接地”符号。所谓“接地”，并非真与大地相接。
如将图1-16电路中的b点“接地”作为参考点，则

；反之，如将a点作为参考点，则

。
可见：
（1）电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变；
（2）电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而变，即与零电位参考点的选取无关。
（3）实际应用常借助电位的概念可以简化电路作图
3．电位计算步骤
（1）任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；
（2）标出各电流参考方向并计算；
（3）计算各点至参考点的电压即为各点的电位。

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