電工學 上冊 電工技術

前言

　　“電工學”課程是工科非電類各專業(yè)重要的專業(yè)技術基礎課程，是各專業(yè)培養(yǎng)高技能人才必須具備的理論基礎?？茖W技術的不斷發(fā)展進一步加強了各學科之間的相互聯(lián)系，電工電子技術越來越滲透到各學科，因此，“電工學”課程已不僅限于工科專業(yè)，眾多理科類專業(yè)也將其作為必修課程。通過對該課程的學習，使學生獲得必需的電工電子基礎理論、電路分析計算能力及電工測量等基本知識與實踐技能，為學習專業(yè)課程，樹立理論聯(lián)系實際的觀點，培養(yǎng)實踐能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，打下必要的基礎。　　近年來，我國高等教育為主動適應教育要“面向現(xiàn)代化、面向世界、面向未來”的需要，大力推動教學體制改革。隨著教改的深化進行，作為工科非電類各專業(yè)的重要專業(yè)技術基礎課程的“電工學”也發(fā)生了相當大的變化：知識點的更新、實際應用的推廣、教學學時的減少、學生素質的提高等等，這些因素都顯示了教學改革的首要任務是進行教材改革。本套教材就是針對新的教學大綱、新的課程體系，在多年教學實踐的基礎上，總結豐富的教改經(jīng)驗和科研成果，消化吸收國內、外優(yōu)秀教材的長處確定編寫而成的?！　鹘y(tǒng)的電工與電子技術在課程設置上著重追求內容的完整性和系統(tǒng)性，但是，隨著當今社會學科的發(fā)展與細化，這種課程設置已經(jīng)不太適合新形勢的發(fā)展。教改的思路之一就是要把以往單一的、縱向的課程設置變?yōu)榭v向和橫向相互交匯的形式，以整體、融合、發(fā)展和應用的觀念建立新的課程內容體系，打破原來的電工和電子、模擬和數(shù)字的界限，把課程內容層次化，模塊化，以適應不同專業(yè)的要求，增加了不同專業(yè)在課程內容選擇方面的靈活性，使基礎理論知識與應用更好地結合，較好地解決知識膨脹與課時緊張的矛盾?！　”窘滩陌葱陆虒W大綱要求對傳統(tǒng)的教學內容進行合理的精選、改寫、補充和整合。本著“夠用、實用、能用”的原則，降低了理論深度，壓縮了基礎性的原理敘述部分，不過分強調理論的系統(tǒng)性、嚴密性和完整性。除保留基礎的傳統(tǒng)內容外，削減了陳舊的復雜理論推導和應用較少的難記公式。增加了典型實例電路剖析的內容，這些實例注重理論聯(lián)系實際，搭建了從理論到應用的橋梁，突出了電工電子技術在實際生活、生產(chǎn)中的應用。既增加了學生的學習興趣，又引導學生思考，以便加強培養(yǎng)學生應用所學電工電子知識解決實際問題的意識與綜合能力。同時，積極吸收當代的新知識、新觀點和新技術。如增加可編程控制器及其應用、大規(guī)模存儲器、可編程邏輯器件、現(xiàn)場可編程邏輯陣列等內容?！　≡摻滩牡捏w系結構注重基礎知識的內在關系，突出基本概念和基本原理，進一步理順教學內容之間的關系。內容的編排與同類書有較大的調整，以遵循人的認知規(guī)律，更有利于學生按照嚴謹?shù)乃季S方式接受相關的知識點。并采用比較有效和精練的方式把問題交代清楚，便于施教與自學，力求達到學以致用。這樣做更有利于培養(yǎng)學生在教師指導下的自學能力?！　”咎捉滩陌ā峨姽W(上冊)——電工技術》和《電工學(下冊)——電子技術》兩本書，按通用教材的要求，能滿足工科各非電類專業(yè)的需要。各章節(jié)內容之間具有相對的獨立性，可以針對不同專業(yè)的特點，靈活選取相應的內容進行教學，以適應不同專業(yè)的需求?！　”緯恰峨姽W(上冊)——電工技術》，全書共分8章，內容由淺入深，系統(tǒng)介紹了電工技術的基礎及應用。全書力求概念準確、內容新穎、深入淺出、語言流暢、可讀性強。既注重基本原理必要的講解，又力求突出工程上的實用性。明確指出本課程的重點和難點內容，以及學生在學習中的疑難之處與錯誤概念。每章配有適量的且有針對性的例題、思考與練習題、習題，方便自學、易于教學。書中標有星號(*)的內容屬于加深加寬的參考內容，可根據(jù)實際需要而有所取舍。習題中也有少量是標有星號(*)的，可供選用，以便在使用時具有一定的靈活性。　　本書適用于高等學校工科各專業(yè)，可以作為電工學相關課程的教材。也可作為廣大自學讀者學習電工學課程時的輔導參考書。同時可以作為電子愛好者自學和實踐的指導性參考書，對工程技術人員有重要的參考價值，也可供電工學教師教學參考?！　V東工業(yè)大學自動化學院的王欽若院長、鄧則名教授，物理與光電工程學院的胡義華院長、鄧穎宇副院長、蘇成悅副院長，電工電子部的有關領導以及各位老師對本書的編寫及出版都給予了大力的支持和幫助，在此，謹向他們致以衷心的感謝!　　本書第1、2、3、8章及附錄A、附錄B由廣東工業(yè)大學自動化學院林珊編寫，第4、5、6、7章由廣東工業(yè)大學物理與光電工程學院陳國鼎編寫，全書由林珊統(tǒng)稿。本書由廣東工業(yè)大學自動化學院副院長萬頻主審?！　∮捎诰幷咚接邢抟约皶r間倉促，本書在某些方面所作的變動和嘗試，以及書中的不足和不妥之處，殷切希望讀者提出寶貴意見并予以批評指正，以便今后修訂提高。

內容概要

　　本書是普通高等教育“十一五”規(guī)劃教材。該教材依據(jù)教育部頒發(fā)的工科高等學?！半姽ぜ夹g”課程教學基本要求，在多年實際教學過程中，通過探索、改革和總結實踐經(jīng)驗編寫而成?！　∪珪娐返幕靖拍钆c基本定律、電路的常用定理及基本分析方法、電路的暫態(tài)分析、正弦交流電路、三相交流電路及安全用電常識、磁路與變壓器、交流電動機、繼電接觸器控制系統(tǒng)等8章內容?！　”緯怨こ虒嵺`中正在使用的電工技術基礎理論為主，在突出電路的基本理論、基本分析方法的同時，注重理論聯(lián)系實際。全書內容敘述上力求簡明扼要，重點突出；將基本概念講述清楚，易于讀者接受理解；將基本分析方法講解透徹，步驟明確，使讀者容易掌握；分析過程更為緊湊，體系與內容均較新穎。每章節(jié)配有針對性的思考與練習及習題，形式多樣，配置齊全，難易度適中。書末附有習題答案，方便學生自學和教師施教。　　本書適用于高等學校工科各專業(yè)，可以作為電工學相關課程的教材。該書對工程技術人員也有重要的參考價值，也可供自學電工知識的讀者閱讀。

書籍目錄

前言第1章　電路的基本概念與基本定律　1.1　電路和電路模型　　1.1.1　電路的組成、作用及工作狀態(tài)　　1.1.2　電路模型　1.2　電路的基本物理量　　1.2.1　電流及其參考方向　　1.2.2　電壓、電位及電動勢　1.3　電阻元件　　1.3.1　電阻　　1.3.2　電導　　1.3.3　歐姆定律　　　　1.3.4　線性電阻元件吸收的功率　1.4　獨立電源　　1.4.1　理想電壓源　　1.4.2　理想電流源　　1.4.3　實際電源　1.5　基爾霍夫定律　　1.5.1　基爾霍夫電流定律　　1.5.2　基爾霍夫電壓定律　1.6　電路中電位的計算　習題第2章　電路的常用定理及基本分析方法　2.1　等效變換的概念　　2.1.1　電阻的等效變換　　2.1.2　電源的等效變換　2.2　等效電源定理　　2.2.1　戴維南定理　　2.2.2　諾頓定理　2.3　最大功率傳輸定理　2.4　疊加定理　2.5　線性電路的基本分析方法　　2.5.1　支路電流法　　2.5.2　結點電壓法　2.6　含受控源電路的分析計算　2.7　非線性電阻電路的分析　習題第3章　電路的暫態(tài)分析　3.1　電感元件與電容元件　　3.1.1　電感元件　　3.1.2　電容元件　3.2　換路定則及初始值的確定　　3.2.1　換路及換路定則　　3.2.2　初始值的確定　3.3　一階電路暫態(tài)過程的分析方法　　3.3.1　一階電路微分方程的建立　　3.3.2　一階電路暫態(tài)分析的三要素法　3.4　一階電路的幾種常見響應　　3.4.1　一階電路的零輸入響應　　3.4.2　一階電路的零狀態(tài)響應　　3.4.3　一階電路的全響應　習題第4章　正弦交流電路　4.1　正弦交流電路的基本概念　　4.1.1　頻率和周期　　4.1.2　幅值、瞬時值和有效值　　4.1.3　初相位　4.2　正弦量的相量表示法　　4.2.1　相量與正弦量　　4.2.2　表示法　4.3　電阻、電感、電容元件的正弦交流電路　　4.3.1　電阻元件的正弦交流電路　　4.3.2　電感元件的正弦交流電路　　4.3.3　電容元件的正弦交流電路　4.4　電阻、電感與電容元件的串聯(lián)交流電路　4.5　阻抗的串聯(lián)和并聯(lián)　4.6　復雜交流電路的分析　4.7　諧振電路　　4.7.1　串聯(lián)諧振　　4.7.2　并聯(lián)諧振　4.8　交流電路的頻率特性　　4.8.1　低通濾波器　　4.8.2　高通濾波器　　4.8.3　帶通濾波器　4.9　功率因數(shù)的提高　4.10　非正弦周期電壓和電流　　4.10.1　非正弦周期信號的分解　　4.10.2　非正弦周期電流電路的有效值、平均值和功率　　4.10.3　非正弦周期交流電路的計算　習題第5章　三相交流電路及安全用電常識　5.1　三相電壓　　5.1.1　三相電動勢的產(chǎn)生　　5.1.2　三相電源的連接　5.2　三相電路的分析和計算　　5.2.1　三相負載的連接　　5.2.2　星形聯(lián)結的三相負載及中性線的作用　　5.2.3　三角形聯(lián)結的三相負載　5.3　三相電路的功率計算與測量　　5.3.1　三相電路的功率計算　　5.3.2　三相電路的功率測量　5.4　安全用電常識　　5.4.1　電流對人體的危害　　5.4.2　觸電方式　　5.4.3　接地和接零　習題第6章　磁路與變壓器　6.1　磁路的基本概念和基本定律　　6.1.1　磁路中的基本物理量　　6.1.2　磁性材料的主要特性　　6.1.3　磁路的基本定律　　6.1.4　磁路的計算　6.2　交流鐵心線圈　　6.2.1　磁通與電壓、電流的關系　　6.2.2　功率損耗　　6.2.3　交流鐵心線圈的等效電路　6.3　變壓器　　6.3.1　變壓器的結構和工作原理　　6.3.2　變壓器的外特性與效率　　6.3.3　變壓器的使用　　6.3.4　特殊變壓器　習題第7章　交流電動機　7.1　三相異步電動機的結構和工作原理　　7.1.1　三相異步電動機的結構　　7.1.2　三相異步電動機的工作原理　7.2　三相異步電動機的電磁轉矩和機械特性　　7.2.1　三相異步電動機的電路分析　　7.2.2　三相異步電動機的轉矩與機械特性　7.3　三相異步電動機的使用　　7.3.1　三相異步電動機的起動　　7.3.2　三相異步電動機的調速　　7.3.3　三相異步電動機的制動　　7.3.4　三相異步電動機的銘牌和額定值　7.4　單相異步電動機　　7.4.1　單相異步電動機的工作原理　　7.4.2　單相異步電動機的起動方法　習題第8章　繼電接觸器控制系統(tǒng)　8.1　常用的控制電器　　8.1.1　組合開關　　8.1.2　按鈕　　8.1.3　交流接觸器　　8.1.4　繼電器　　8.1.5　熔斷器　　8.1.6　低壓斷路器　　8.1.7　行程開關　8.2　三相異步電動機的基本控制電路　　8.2.1　三相籠型電動機直接起動控制　　8.2.2　三相籠型電動機正反轉控制　　8.2.3　三相籠型電動機行程控制　　8.2.4　三相籠型電動機的時間控制　8.3　應用舉例　習題部分習題參考答案附錄　附錄A　電阻器的命名方法、標稱值及功率等級　　表A-1　電阻器的命名方法　　表A-2　色標的基本色碼及意義　　表A-3　電阻器的標稱值系列　　表A-4　電阻器的功率等級　附錄B　電容器的命名方法及標稱容量系列　　表B-1　電容器的命名方法　　表B-2　固定式電容器的標稱容量系列　　表B-3　電容器的工作電壓系列參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　電路的基本概念與基本定律　　電路是電工技術和電子技術的理論基礎。電路理論研究的對象是由理想元件構成的電路模型。本章說明了電路的組成、作用及工作狀態(tài)，重點介紹電路中的基本概念、基本物理量和基本定律，主要討論電流和電壓的參考方向、基爾霍夫定律以及電路中電位的計算等。通過本章的學習，為后續(xù)分析復雜電路打下堅實的基礎?！　?.1　電路和電路模型　　在人們的日常生活和生產(chǎn)實踐中，電路無處不在。從手電筒、電飯煲、電視機、電冰箱、計算機到自動化生產(chǎn)線等都是由實際電路構成的。當前，集成電路的應用已滲透到各個領域，集成度越來越高，在很小的芯片上容納的部件、器件數(shù)目越來越多，可達數(shù)百萬或更多，這些元器件相互連接構成了復雜的電路系統(tǒng)。　　電路（Circuit）是為了滿足某種實際需要，由一些實際器件（例如電阻器、蓄電池、電容器、晶體管、集成元件等）按一定方式相互連接、構成電流通路的裝置。比較復雜的電路呈網(wǎng)狀，常稱為網(wǎng)絡（Network）。實際上，電路與網(wǎng)絡這兩個名詞并無明顯的區(qū)別，一般可以通用。但是，電路理論所研究的對象并不是由實際器件構成的實際電路，而是實際電路的科學抽象——電路模型（Circuit Model）?！　?.1.1　電路的組成、作用及工作狀態(tài)　　1.電路的組成　　實際電路的組成方式很多，結構形式多種多樣，電路器件的品種千差萬別、日新月異。例如，用導線和開關將電池和小燈泡連接起來組成了照明用的手電筒，就是一個十分簡單的電路。而有些實際電路非常復雜，例如，電能的產(chǎn)生、輸送和分配是通過發(fā)電機、變壓器、輸電線等完成的，它們形成了一個龐大而復雜的電路系統(tǒng)。但是，任何一個完整的實際電路，無論結構是十分簡單，還是非常復雜，通常都是由電源、負載和中間環(huán)節(jié)三個部分組成?！　‰娫矗≒ower Source）是為電路提供能量或電信號的電器設備。例如，把機械能、熱能、水能或核能等其他形式的能轉換為電能的發(fā)電機，將化學能轉換成電能的蓄電池，將光能轉換為電能的太陽能電池等，都是常見的提供電能的電源。另外，用來提供各類電信號的信號源也屬于電源。負載（Load）是將電能轉換為其他形式的能、并利用電能進行工作的用電設備。例如，將電能轉換為光能的電燈，將電能轉換為機械能的電動機，將電能轉換為熱能的電爐，將電能轉換為聲音輸出的揚聲器等，都是常見的負載。除了電源和負載外，電路中還有用來連接電源和負載的中間環(huán)節(jié)，它起傳輸、分配和控制電能和電信號的作用，例如開關、導線、控制電路中的保護設備、變壓器等。

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