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1、第1课电网络译文电路或电网络是由电阻、电感和电容等器件以某种方式联接在一起所组成的。如果电网络中不包含任何能源，比如电池和发电机，就叫做无源网络。相 反，如果存在一个或多个能源，则组合的系统(电网络)则称为有源网络。当研 究电网络的特性时，我们感兴趣的是电路中的电压和电流。既然网络是由无源元件组成的，我们就必须首先来定义它们的电特性。就电阻来说，其电压电流关系由欧姆定律来决定。欧姆定律指出，电阻两端的电压等于流过电阻的电流乘以该电阻的值。从数学上看，这表示为(1-1)式中，表示电压，其单位为伏特(V)； Y表示电流，其单位为安培(A)；斤表示电阻，其单位为欧姆(0)。纯电感两端的电压由法拉第定
2、律来定义。法拉第定律指出，电感两端的电 压正比于流过电感的电流随时间的变化率。这样，我们就得出u = L-(1-2)dt式中，力7必是电流变化率，其单位为每秒安培(A/s)；厶是电感，其单位为亨 利(H)。电容两端产生的电压正比于累积在电容两极板上的电荷。因为累积的电荷 可用电荷增量勿的和或积分来表示，因此有(1-3)式中，电容Q是与电压和电荷有关的比例常数。由定义可知，电流等于电荷随 时间的变化率，即可以表示为idq/dt.因此，电荷的增量勿就等于电流乘以 相应的时间增量，或者dbidt。这样，式(1-3)就可写为u = g jidf(14)式中Q为电容，其单位是法拉(F)。表1-1是对三种
3、无源电路元件的表示式(1-1) (1-2)和(1-4)的概括。注意, 根据习惯使用的电流标注方法，电压降的方向表示流过每一个元件的电流方向。有源电装置涉及到把不同的能量转换成电能的形式。例如电池将其存储的化学能转换成了电能，发电机将其旋转电枢的机械能转换成了电能。有源电路元件有两种基本形式，即电压源和电流源。在它们的理想形式中,一方面电压源产生与流过其电流无关的恒定电压。前面提到的电池和发电机都被认为是电压源,产生一个大小与联到电源的负载无关的电流。尽管实际上我们并不常用电流源,但是在用等效电路表示象晶体管这样的放大器件时得到了广泛的应用。电压源和电流源的电路符号如图1-2所示。分析电网络的一
4、种常用方法是网孔或回路分析法。在该方法中所使用的基 本定律是基尔霍夫第二定律(电压定律)。该定律指出，任一闭合路径(回路)上 的电压的代数和为零，或者在任一闭合路径上电压升之和等于电压降之和。回 路(网孔)分析法假设流过一个网络的每一个回路都有一个电流(称为回路电流 或网孔电流)，把它环绕每一个回路所形成的电压降进行代数和，然后令其等于 零。考虑如图1-3&所示的电路，它是由一个电感和电阻串联再联接到一个电压(1-5)源后组成的。假设有一个回路电流几环绕该回路的电压降的代数和为-e + u R +uL = 0其中输入电压以负值相加，因为根据假设电流的方向，它表示了一个电压升。 而每一个无源元件
5、的电压却是正值，因为回路电流是电压降的方向。根据电阻和电感的电压方程式，我们得L + Ri = e(16)dt式(1-6)是关于电流的微分方程。或许在电路中，人们感兴趣的变量是电感电压而不是电感电流。正如在图1T中所表明的那样，心土血“。把式(1-6)中的电流，用这个积分替代，有I + = e(1-7)对时间求导后，式(1-7)变成(1-8)如+ 竺dt L dt上式是对电感电压的微分方程o图1-3显示了含有一个电阻、一个电感和一个电容的串联电路。利用上面(1-9)概述的网孔分析法，该电路的方程为L +RI + idt = e dt C J回想一下，电流idq/dt.利用它，可以将上式中的变量
6、，进行替代，从而(1-9)从式中消除积分。结果，得到一个二阶微分方程厶与+R半+各之dt2 dt C第2课译文三相电路三相电路只是三个单相电路的结合。因而，把分析单相电路的一些方法应 用到三相电路的各组件中，就能研究对称三相电路中电流、电压和功率关系。这样看来，我们将发现三相电路的分析比单相电路的分析难不了多少。为什么要使用三相电路单相电路的功率本质上讲是脉动的。单位功率因数，即功率因数为1时, 单相电路的功率每一个周波有两次为零。当功率因数小于1时，功率在每个周 波的有些部分为负值。尽管供给三相电路每一相的功率是脉动的，但可以证明 供给平衡三相电路的三相功率总和却是常数。从这个意义上讲，三相
7、装置的特 性一般要优于类似的单相装置的特性。三相电机和控制设备要比相同额定容量的单相的体积小、重量轻，且效率 高。除上述三相系统具有的优点外，配送同样容量的功率，三相系统所需的铜 导线量只有单相系统的四分之三。三相电压的产生三相电路由具有相同频率和在时间相位上相差120度电角度的三个交变电 动势供电。三个这样的正弦电动势如图2-1所示。这些电动势由一个交流发电 机的三组独立的电枢绕组产生。这三组绕组以互差120度电角度安放在发电机 电枢上。为形成三个独立的单相电路，绕组两端都可以从发电机里面引出。然 而，绕组通常都要从内部或外部进行相互联接，从而形成三相三线或三相四线 系统。三相发电机绕组的联
8、接方式有两种，并且一般情况下，把任何种类的器件 联接到三相电路的方式也有两种。这就是星形（Y形）联接和三角形（A形）联接。 大多数发电机都采用星形联接，但是负载却可能是星形联接或三角形联接。星形联接的发电机电压之间的关系产生的电动势在时间相位上相隔120度。每一个绕组两端用字母S和F标注, 分别代表始端和末端。图2-2a中所有标注S的绕组端子都联接到一个公共点N 上 它叫做中性点（中点），而三个标注F的端子都接到导线端子A、B和C上, 从而形成一个三相三线电源。这种联接方式称为星形联接。中性线联接点经常 接到接线盒上，正如图2-2a虚线所示，这样来形成一个三相四线系统。在交流发电机每一相中产生
9、的电压叫做相电压，用符号来Ep表示。如果从 发电机中引出中线联接点，则由从导线端子A、B或C中任何一个到中点N的电 压就是相电压。A、B或C三个导线端子中任何两个端子之间的电压叫做线对线 电压，或者简称线电压，用符号EL来表示。三相系统的三个电压相互交替的次序称为相序，或者称三相电压的相位交 替。除非在发电机外面通过交换三个导线中的任何两个（不是一个导线和中线） 可能颠倒相序外，相序是由发电机旋转方向决定的。三相按如图2-2b所示的Y形排列对画星形联接时的电路图是有帮助的。注 意，图2-2b的电路与图2-2a的电路完全相同，每一种情况下任一个线圈的S 端联接到中点，而其F端分别引到导线端子。画
10、出电路图，同时将所有相交点 标上字母后，就能得到如图2-2c所示的相量图。该相量图显示了三个彼此相差120的相电压Ean、Ebn和弘。应该注意，图2-2中每一个相量都用双下标印刷体字母标注。这两个字母 代表电压的两个端点，字母的顺序则表示在正半周时电压的相对极性。例如， 符号Ean表示A点和N点之间的电压；在电压正半周，A点相对于N点是正极（高 电位）。在如图所示相量图中，假设在电压正半周三个端子相对于中点都是正极。由于电压每半周都要反相一次，因此当假定所有三相电压的极性都是一致时, 可以假设任何极性。需要注意，如果A点相对于N点的极性（EQ是对正半周而 言的，那么Ena在用于同一个相量图中时
11、就应画在与Ean相反的方向上，即与EAN 的相位相差180o o星形联接的发电机中任何两个导线端之间的电压就是这两个端子相对于中 点的电位之差。例如，线电压Eab就等于A点相对于中点N的电压Ean减去B点相 对于中点N的电压Ebn。为了从Ean减去Ebn,就必须将EBN反相，然后再与臨相加。Ean和Enb大小相等，相位相差60o,如图2-2C所示。通过几何方法从图形上可以看出或证明，Eab等于1.73乘以Eah或E对应的图形构造说明于相 量图上。因此，平衡星形联接中，有(2-1)El=.13Ep星形联接的发电机电流之间的关系从发电机端子A、B和C流到端线的电流必须流经发电机绕组并通过中点N 流
12、出。因此，每一个端线上的电流（线电流必定等于它所联接的那一相上的 电流（相电流Ip）。在星形联接中，有第十课电力系统电能是一种最便利、最清洁、最安全、最有用的能源形式。现代社会中所需 的能量大部分是电能。H前能源短缺（停电）将会用为重大新闻。电能对人们的 生活如此重要，因此没有电会引起不便、停产，甚至对正在进行手术（如心脏手 术）的人带来危险。为负载增加血发电量没有增加，长期的停电是不可避免的， 这样又会引起社会混乱、甚至给国家带来灾难。随着工业的发展和人们生活水平 的提高，对电力的需求也在不断地增长。其增长率比其它形式的能源的增长率高 得多。现在人平耗电量的高低已经成了衡量一个国家现代化水平
13、的标志。电能由发电厂发出，发电厂乂简称为电站。发电意味着把一次能源变换成电 能。FI前所发出的这些电能差不多来自：化石燃料燃烧所产生的化学能、核裂变 所产生的能量、存在落差的水的动能。它们分别被称作火电、核电和水电。发电厂发出的电床通常先通过变压器升高后再通过高圧或超高圧输电线将 电能传送到大遍的用电区（负荷区）。由于距离或功率容量大小的缘故或者由于 两者的缘故，电能采用高压输送。可能要通过多次变压后，才将电能传送到电力 用户处。（到达电力用户处后），首先，在总变电所将电压降低后再通过二次输电 线路将电圧传送到为地变电所。在那里再次将电压降低再经由配电线路将电能传 送到用电区（负荷区），再经过
14、馈电线直接传递给电力用户。由发电站、变电所、 屯力用户、输电线和馈电线组成的整个电气系统就叫做电力系统。按其功能，一 个电力系统包括发电、输电、变电、配电和用电。电站和负载不是通过i个简单 的路径而是通过一个复杂的网络而联接起来的。电力部门将对电力系统进行规 划、设计、建设和操作。发电厂规模的扩大和高压设备的增加使发电设施相互联接到一起。这样能减 小中断供电的可能性，尽可能经济地使用发电机组。使因设备维修而需要的总的 备用量减小。必须注意到公众对电力的依赖性，现代电力系统必须有很高的工作 可靠性。在理想情况下，供给负载的电床应保持大小和频率均不变。实际上，这 意味着电压和频率都必须保持在一定的
15、误差范囤内，使用电设备能正常地工作。 例如，电床下降了 10、15%或系统的频率减少了几赫兹都可能导致接在此电力系 统上的电动机的失速，因此必须明确地规定：系统的操作员应保持高标准的持续 供电。现代的电力系统都是采用三相交流电力系统。配电网络的设计应使其正常运 行吋相当接近三相对称运行。对整个系统的分析只要分析-相电路的情况就可以 To尽可能将民用负荷均匀地分配到低床配电线上的每一相上，确保三相电力系 统上的负荷是对称的。工为负荷通常采用三相供电。用图來表示一个网络的简单 而有用的方法是原理图或接线图。它是用单线来表示三相电路的联接情况。各种 元件均采用标准符号来表示。输电线是用一根带有两个端点的单线来表示的。这 个简化的图叫做单线电路图。单线图概括了系统所研究的具体问题的相关信息。 例如，在分析正常运行状态下的问题时，继电器和断路器是无关紧要的，然而考 虑故障状态时，继电器和断路器的位置就变得重要了，因此要将其包括在单相电 路中。国际电工委员会、美国国家标准局和电气电子工程师学会出版了一套画电 气图的标准符号。旋转电机的标准符号是一个圆圈。现代电力系统中的用到的基本元件如图10-1所示。很显然，不可能把电力 系统中每一个元件都画在图中。例如，燃汽轮机、断路器、熔断器就没有包括在 内。为了方便地区分大容量供电系统和配电系统而使用地界分离符。发电
