電工學(xué) 上冊 電工技術(shù)

前言

　　“電工學(xué)”課程是工科非電類各專業(yè)重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，是各專業(yè)培養(yǎng)高技能人才必須具備的理論基礎(chǔ)?？茖W(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)一步加強(qiáng)了各學(xué)科之間的相互聯(lián)系，電工電子技術(shù)越來越滲透到各學(xué)科，因此，“電工學(xué)”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(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得必需的電工電子基礎(chǔ)理論、電路分析計(jì)算能力及電工測量等基本知識與實(shí)踐技能，為學(xué)習(xí)專業(yè)課程，樹立理論聯(lián)系實(shí)際的觀點(diǎn)，培養(yǎng)實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，打下必要的基礎(chǔ)?！　〗陙?，我國高等教育為主動(dòng)適應(yīng)教育要“面向現(xiàn)代化、面向世界、面向未來”的需要，大力推動(dòng)教學(xué)體制改革。隨著教改的深化進(jìn)行，作為工科非電類各專業(yè)的重要專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程的“電工學(xué)”也發(fā)生了相當(dāng)大的變化：知識點(diǎn)的更新、實(shí)際應(yīng)用的推廣、教學(xué)學(xué)時(shí)的減少、學(xué)生素質(zhì)的提高等等，這些因素都顯示了教學(xué)改革的首要任務(wù)是進(jìn)行教材改革。本套教材就是針對新的教學(xué)大綱、新的課程體系，在多年教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，總結(jié)豐富的教改經(jīng)驗(yàn)和科研成果，消化吸收國內(nèi)、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(shù)在課程設(shè)置上著重追求內(nèi)容的完整性和系統(tǒng)性，但是，隨著當(dāng)今社會(huì)學(xué)科的發(fā)展與細(xì)化，這種課程設(shè)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(shè)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(yīng)用的觀念建立新的課程內(nèi)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(nèi)容層次化，模塊化，以適應(yīng)不同專業(yè)的要求，增加了不同專業(yè)在課程內(nèi)容選擇方面的靈活性，使基礎(chǔ)理論知識與應(yīng)用更好地結(jié)合，較好地解決知識膨脹與課時(shí)緊張的矛盾?！　”窘滩陌葱陆虒W(xué)大綱要求對傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理的精選、改寫、補(bǔ)充和整合。本著“夠用、實(shí)用、能用”的原則，降低了理論深度，壓縮了基礎(chǔ)性的原理敘述部分，不過分強(qiáng)調(diào)理論的系統(tǒng)性、嚴(yán)密性和完整性。除保留基礎(chǔ)的傳統(tǒng)內(nèi)容外，削減了陳舊的復(fù)雜理論推導(dǎo)和應(yīng)用較少的難記公式。增加了典型實(shí)例電路剖析的內(nèi)容，這些實(shí)例注重理論聯(lián)系實(shí)際，搭建了從理論到應(yīng)用的橋梁，突出了電工電子技術(shù)在實(shí)際生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用。既增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又引導(dǎo)學(xué)生思考，以便加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)電工電子知識解決實(shí)際問題的意識與綜合能力。同時(shí)，積極吸收當(dāng)代的新知識、新觀點(diǎn)和新技術(shù)。如增加可編程控制器及其應(yīng)用、大規(guī)模存儲(chǔ)器、可編程邏輯器件、現(xiàn)場可編程邏輯陣列等內(nèi)容?！　≡摻滩牡捏w系結(jié)構(gòu)注重基礎(chǔ)知識的內(nèi)在關(guān)系，突出基本概念和基本原理，進(jìn)一步理順教學(xué)內(nèi)容之間的關(guān)系。內(nèi)容的編排與同類書有較大的調(diào)整，以遵循人的認(rèn)知規(guī)律，更有利于學(xué)生按照嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S方式接受相關(guān)的知識點(diǎn)。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(xué)，力求達(dá)到學(xué)以致用。這樣做更有利于培養(yǎng)學(xué)生在教師指導(dǎo)下的自學(xué)能力?！　”咎捉滩陌ā峨姽W(xué)(上冊)——電工技術(shù)》和《電工學(xué)(下冊)——電子技術(shù)》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(nèi)容之間具有相對的獨(dú)立性，可以針對不同專業(yè)的特點(diǎn)，靈活選取相應(yīng)的內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)，以適應(yīng)不同專業(yè)的需求?！　”緯恰峨姽W(xué)(上冊)——電工技術(shù)》，全書共分8章，內(nèi)容由淺入深，系統(tǒng)介紹了電工技術(shù)的基礎(chǔ)及應(yīng)用。全書力求概念準(zhǔn)確、內(nèi)容新穎、深入淺出、語言流暢、可讀性強(qiáng)。既注重基本原理必要的講解，又力求突出工程上的實(shí)用性。明確指出本課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，以及學(xué)生在學(xué)習(xí)中的疑難之處與錯(cuò)誤概念。每章配有適量的且有針對性的例題、思考與練習(xí)題、習(xí)題，方便自學(xué)、易于教學(xué)。書中標(biāo)有星號(*)的內(nèi)容屬于加深加寬的參考內(nèi)容，可根據(jù)實(shí)際需要而有所取舍。習(xí)題中也有少量是標(biāo)有星號(*)的，可供選用，以便在使用時(shí)具有一定的靈活性?！　”緯m用于高等學(xué)校工科各專業(yè)，可以作為電工學(xué)相關(guān)課程的教材。也可作為廣大自學(xué)讀者學(xué)習(xí)電工學(xué)課程時(shí)的輔導(dǎo)參考書。同時(shí)可以作為電子愛好者自學(xué)和實(shí)踐的指導(dǎo)性參考書，對工程技術(shù)人員有重要的參考價(jià)值，也可供電工學(xué)教師教學(xué)參考?！　V東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院的王欽若院長、鄧則名教授，物理與光電工程學(xué)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(guān)領(lǐng)導(dǎo)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(jǐn)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(xué)自動(dòng)化學(xué)院林珊編寫，第4、5、6、7章由廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院陳國鼎編寫，全書由林珊統(tǒng)稿。本書由廣東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院副院長萬頻主審?！　∮捎诰幷咚接邢抟约皶r(shí)間倉促，本書在某些方面所作的變動(dòng)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(nèi)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(xué)校“電工技術(shù)”課程教學(xué)基本要求，在多年實(shí)際教學(xué)過程中，通過探索、改革和總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(dòng)機(jī)、繼電接觸器控制系統(tǒng)等8章內(nèi)容?！　”緯怨こ虒?shí)踐中正在使用的電工技術(shù)基礎(chǔ)理論為主，在突出電路的基本理論、基本分析方法的同時(shí)，注重理論聯(lián)系實(shí)際。全書內(nèi)容敘述上力求簡明扼要，重點(diǎn)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(nèi)容均較新穎。每章節(jié)配有針對性的思考與練習(xí)及習(xí)題，形式多樣，配置齊全，難易度適中。書末附有習(xí)題答案，方便學(xué)生自學(xué)和教師施教?！　”緯m用于高等學(xué)校工科各專業(yè)，可以作為電工學(xué)相關(guān)課程的教材。該書對工程技術(shù)人員也有重要的參考價(jià)值，也可供自學(xué)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(dòng)勢　1.3　電阻元件　　1.3.1　電阻　　1.3.2　電導(dǎo)　　1.3.3　歐姆定律　　　　1.3.4　線性電阻元件吸收的功率　1.4　獨(dú)立電源　　1.4.1　理想電壓源　　1.4.2　理想電流源　　1.4.3　實(shí)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(jì)算　習(xí)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(jié)點(diǎn)電壓法　2.6　含受控源電路的分析計(jì)算　2.7　非線性電阻電路的分析　習(xí)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(yīng)　　3.4.1　一階電路的零輸入響應(yīng)　　3.4.2　一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)　　3.4.3　一階電路的全響應(yīng)　習(xí)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(shí)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(fù)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(jì)算　習(xí)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(dòng)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(jì)算　　5.2.1　三相負(fù)載的連接　　5.2.2　星形聯(lián)結(jié)的三相負(fù)載及中性線的作用　　5.2.3　三角形聯(lián)結(jié)的三相負(fù)載　5.3　三相電路的功率計(jì)算與測量　　5.3.1　三相電路的功率計(jì)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(xí)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(jì)算　6.2　交流鐵心線圈　　6.2.1　磁通與電壓、電流的關(guān)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(jié)構(gòu)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(xí)題第7章　交流電動(dòng)機(jī)　7.1　三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理　　7.1.1　三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)　　7.1.2　三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理　7.2　三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性　　7.2.1　三相異步電動(dòng)機(jī)的電路分析　　7.2.2　三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性　7.3　三相異步電動(dòng)機(jī)的使用　　7.3.1　三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)　　7.3.2　三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速　　7.3.3　三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)　　7.3.4　三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌和額定值　7.4　單相異步電動(dòng)機(jī)　　7.4.1　單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理　　7.4.2　單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法　習(xí)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(guān)　　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(guān)　8.2　三相異步電動(dòng)機(jī)的基本控制電路　　8.2.1　三相籠型電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)控制　　8.2.2　三相籠型電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制　　8.2.3　三相籠型電動(dòng)機(jī)行程控制　　8.2.4　三相籠型電動(dòng)機(jī)的時(shí)間控制　8.3　應(yīng)用舉例　習(xí)題部分習(xí)題參考答案附錄　附錄A　電阻器的命名方法、標(biāo)稱值及功率等級　　表A-1　電阻器的命名方法　　表A-2　色標(biāo)的基本色碼及意義　　表A-3　電阻器的標(biāo)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(biāo)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(biāo)稱容量系列　　表B-3　電容器的工作電壓系列參考文獻(xiàn)

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(shù)和電子技術(shù)的理論基礎(chǔ)。電路理論研究的對象是由理想元件構(gòu)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(diǎn)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(jì)算等。通過本章的學(xué)習(xí)，為后續(xù)分析復(fù)雜電路打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！　?.1　電路和電路模型　　在人們的日常生活和生產(chǎn)實(shí)踐中，電路無處不在。從手電筒、電飯煲、電視機(jī)、電冰箱、計(jì)算機(jī)到自動(dòng)化生產(chǎn)線等都是由實(shí)際電路構(gòu)成的。當(dāng)前，集成電路的應(yīng)用已滲透到各個(gè)領(lǐng)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(dá)數(shù)百萬或更多，這些元器件相互連接構(gòu)成了復(fù)雜的電路系統(tǒng)?！　‰娐罚–ircuit）是為了滿足某種實(shí)際需要，由一些實(shí)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(gòu)成電流通路的裝置。比較復(fù)雜的電路呈網(wǎng)狀，常稱為網(wǎng)絡(luò)（Network）。實(shí)際上，電路與網(wǎng)絡(luò)這兩個(gè)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(shí)際器件構(gòu)成的實(shí)際電路，而是實(shí)際電路的科學(xué)抽象——電路模型（Circuit Model）。　　1.1.1　電路的組成、作用及工作狀態(tài)　　1.電路的組成　　實(shí)際電路的組成方式很多，結(jié)構(gòu)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(dǎo)線和開關(guān)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(gè)十分簡單的電路。而有些實(shí)際電路非常復(fù)雜，例如，電能的產(chǎn)生、輸送和分配是通過發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線等完成的，它們形成了一個(gè)龐大而復(fù)雜的電路系統(tǒng)。但是，任何一個(gè)完整的實(shí)際電路，無論結(jié)構(gòu)是十分簡單，還是非常復(fù)雜，通常都是由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)三個(gè)部分組成?！　‰娫矗≒ower Source）是為電路提供能量或電信號的電器設(shè)備。例如，把機(jī)械能、熱能、水能或核能等其他形式的能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電機(jī)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的蓄電池，將光能轉(zhuǎn)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(fù)載（Load）是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能、并利用電能進(jìn)行工作的用電設(shè)備。例如，將電能轉(zhuǎn)換為光能的電燈，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動(dòng)機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為熱能的電爐，將電能轉(zhuǎn)換為聲音輸出的揚(yáng)聲器等，都是常見的負(fù)載。除了電源和負(fù)載外，電路中還有用來連接電源和負(fù)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(guān)、導(dǎo)線、控制電路中的保護(hù)設(shè)備、變壓器等。

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