電工技術(shù)

前言

　　本教材是西安交通大學(xué)電工電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心在開展國家工科基礎(chǔ)課程電工電子教學(xué)基地、國家級電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心和“電工電子技術(shù)（電工學(xué)）”國家精品課程建設(shè)工作的基礎(chǔ)上，依據(jù)教育部制定的工科高?！半姽る娮蛹夹g(shù)”課程教學(xué)的基本要求，為適應(yīng)高等學(xué)校工科非電類專業(yè)“電工電子技術(shù)”課程改革的需要而編寫的。教材是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，與我校王建華主編的《電子技術(shù)（電工學(xué)Ⅱ）》配套使用。　　編寫本教材的指導(dǎo)思想是：　　1.電工技術(shù)是研究物質(zhì)的電磁客觀規(guī)律并用于實(shí)踐的科學(xué)技術(shù)。教材體現(xiàn)我校電工電子技術(shù)課程教學(xué)“?；A(chǔ)、重實(shí)踐、少而精”的傳統(tǒng)，教學(xué)內(nèi)容緊扣教學(xué)大綱，在介紹基本概念、基本原理、基本分析方法的基礎(chǔ)上加強(qiáng)和突出工程應(yīng)用，滿足較少學(xué)時教學(xué)的需要?！　?.整合課程內(nèi)容，注重系統(tǒng)概念和系統(tǒng)特性的介紹和論述?！半姽る娮蛹夹g(shù)”課程的教學(xué)時數(shù)有限，又要不斷引入新的教學(xué)內(nèi)容，當(dāng)然存在教學(xué)體系中有限課程容量與無限膨脹的課程內(nèi)容之間的尖銳矛盾。教材在編寫中，從課程內(nèi)容系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，重視外部特性，重視應(yīng)用技術(shù)；基礎(chǔ)知識的引出“重神輕形”，力求理論形象直觀?！　?.電磁現(xiàn)象的普遍性決定了電氣工程學(xué)科與其他學(xué)科之間存在著廣泛的、必然的和內(nèi)在的聯(lián)系，電工技術(shù)具有基礎(chǔ)性，同時具有極強(qiáng)的交叉性和滲透性。為了滿足不同專業(yè)學(xué)生利用與電氣工程學(xué)科交叉、滲透、融合來促進(jìn)其本身學(xué)科的學(xué)習(xí)和開拓新學(xué)科領(lǐng)域的需要，教材在發(fā)展上下工夫，內(nèi)容涵蓋了電氣工程學(xué)科的大多數(shù)研究領(lǐng)域，例如電路與系統(tǒng)、電機(jī)與電器、電力系統(tǒng)、供電與用電、測量技術(shù)、控制技術(shù)等?！　?.力求反映電氣工程學(xué)科的新成就和新進(jìn)展。為了適應(yīng)電工技術(shù)的迅猛發(fā)展，課程的教學(xué)內(nèi)容要努力把握學(xué)科發(fā)展的脈搏和特征，力求反映學(xué)科前沿和具有時代特征。教材論述了各種電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展方向，基于S7-200系列可編程序控制器介紹可編程序控制器的應(yīng)用方法，引入了PSpice通用電路分析軟件、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式、光學(xué)電流互感器、軟測量技術(shù)、虛擬儀器、模糊傳感器等發(fā)展和探索性的內(nèi)容?！　〗滩墓?0章，參考學(xué)時為60～80。第1、2、5、10章由劉曉暉編寫，第3、6、7章由劉曄編寫，第4章由王建華編寫，第8、9章由陳國聯(lián)編寫。全書由劉曄統(tǒng)稿。西安交通大學(xué)電工學(xué)教研室夏建生、楊振坤、唐勝安和常弘等老師參加了編寫大綱的制定。　　哈爾濱工業(yè)大學(xué)吳建強(qiáng)教授仔細(xì)審閱了教材的全稿，提出了寶貴的修改意見。教材的編寫工作得到西安交通大學(xué)教務(wù)處的大力支持。在編寫過程中，編者借鑒了有關(guān)參考文獻(xiàn)。研究生楊新偉、張璐、王斌、師丹、孫培培、惠培智、單詩陽和藺曉姣為書稿的錄入、繪圖及習(xí)題解答做了許多工作。在此，編者表示衷心的感謝！　　現(xiàn)代電工技術(shù)的發(fā)展日新月異，限于編者水平，書中錯誤和不妥之處在所難免，歡迎使用教材的教師、學(xué)生和工程技術(shù)人員提出意見和建議，以便改進(jìn)和提高。

內(nèi)容概要

　　本書是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，也是西安交通大學(xué)國家精品課程“電工電子技術(shù)（電工學(xué)）”主教材。《電工技術(shù)（電工學(xué)1）》包括電路的基本概念和基本定理、電路的分析方法、正弦交流電路、供配電技術(shù)基礎(chǔ)、電路的暫態(tài)分析、磁路與變壓器、電機(jī)、繼電接觸器控制、可編程序控制器、電氣測量共10章內(nèi)容。各章配有豐富的例題、習(xí)題、練習(xí)題和思考題，《電工技術(shù)（電工學(xué)1）》最后提供了部分習(xí)題的參考答案，便于教師教學(xué)和學(xué)生自學(xué)。為方便教師教學(xué)，《電工技術(shù)（電工學(xué)1）》配有免費(fèi)電子教學(xué)課件?！　　峨姽ぜ夹g(shù)（電工學(xué)1）》可與我校王建華主編的《電子技術(shù)（電工學(xué)Ⅱ）》配套使用，可作為高等學(xué)校工科非電類專業(yè)本科生、大專生及成人教育相關(guān)專業(yè)的教材和教學(xué)參考書，也可供工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

　　第1章 電路的基本概念和基本定理（1）1.1 電路的基本概念（1）1.1.1 電路及其功能（1）1.1.2 電流、電壓及其參考方向（1）1.1.3 電路中的功率（3）1.2 基爾霍夫定律（4）1.2.1 基爾霍夫電流定律（5）1.2.2 基爾霍夫電壓定律（5）1.3 無源電路元件（7）1.3.1 電阻元件（7）1.3.2 電感元件（12）1.3.3 電容元件（14）1.4 有源電路元件（15）1.4.1 電壓源（15）1.4.2 電流源（16）1.4.3 電源等效變換（17）1.4.4 受控源（19）1.5 電路中的電位（20）1.6 電路的工作狀態(tài)（23）1.6.1 電氣設(shè)備的額定值（23）1.6.2 電路的工作狀態(tài)（23）小結(jié)（26）習(xí)題1（27）第2章 電路的分析方法（30）2.1 支路電流法（30）2.2 結(jié)點(diǎn)電壓法（32）2.3 疊加原理（37）2.3.1 齊次性原理（37）2.3.2 疊加原理（38）2.4 等效電源定理（42）2.4.1 戴維寧定理（42）2.4.2 諾頓定理（45）2.4.3 等效電源定理用于含受控源線性二端網(wǎng)絡(luò)（47）2.5 PSpice例題分析（50）2.5.1 PSpice軟件簡介（50）2.5.2 電路模擬分析的過程（51）小結(jié)（54）習(xí)題2（55）第3章 正弦交流電路（59）3.1 正弦量的基本概念（59）3.1.1 正弦量變化的快慢（59）3.1.2 正弦量變化的大?。?0）3.1.3 正弦量變化的進(jìn)程（60）3.2 正弦量的相量表示（61）3.2.1 復(fù)數(shù)（62）3.2.2 相量（63）3.2.3 基爾霍夫定律的相量形式（65）3.3 單一參數(shù)的正弦交流電路（66）3.3.1 電阻元件的正弦交流電路（66）3.3.2 電感元件的正弦交流電路（68）3.3.3 電容元件的正弦交流電路（69）3.4 RLC組合的交流電路（72）3.4.1 阻抗與導(dǎo)納（72）3.4.2 RLC串聯(lián)的交流電路（74）3.4.3 RLC串并聯(lián)的交流電路（76）3.5 正弦交流電路的功率（80）3.5.1 交流電路的功率（80）3.5.2 最大功率傳輸（81）3.5.3 功率因數(shù)的提高（82）3.6 復(fù)雜正弦交流電路的分析與計(jì)算（86）3.6.1 分析方法（86）3.6.2 相量圖的應(yīng)用（89）3.7 交流電路的頻率特性（91）3.7.1 RC電路的頻率特性（92）3.7.2 電路中的諧振（96）3.8 非正弦周期電流電路（104）3.8.1 周期信號的傅里葉級數(shù)（104）3.8.2 非正弦周期信號的平均值、有效值和功率（105）3.8.3 非正弦周期信號電路的諧波分析法（108）3.9 PSpice例題分析（110）小結(jié)（117）習(xí)題3（118）第4章 供配電技術(shù)基礎(chǔ)（126）4.1 供配電系統(tǒng)概述（126）4.1.1 電力系統(tǒng)的基本概念（126）4.1.2 供配電系統(tǒng)（127）4.1.3 電力系統(tǒng)的額定電壓（127）4.1.4 供電質(zhì)量（129）4.2 三相電源的電壓（130）4.2.1 三相電動勢的產(chǎn)生（130）4.2.2 三相電源的連接（131）4.3 三相負(fù)載的連接（133）4.3.1 三相負(fù)載的星形連接（133）4.3.2 三相負(fù)載的三角形連接（137）4.4 三相電路的功率（138）4.5 供配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（139）4.5.1 供配電網(wǎng)的接線方式（139）4.5.2 導(dǎo)線和電纜截面選擇與校驗(yàn)（141）4.5.3 電氣二次回路的概念（142）4.6 接地的基本概念（143）4.6.1 觸電的危險(xiǎn)及防護(hù)（143）4.6.2 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式（144）4.6.3 保護(hù)接地和保護(hù)接零（146）4.6.4 靜電防護(hù)和電氣防火防爆（148）4.7 節(jié)約用電（149）4.8 PSpice例題分析（149）小結(jié)（151）習(xí)題4（151）第5章 電路的暫態(tài)分析（154）5.1 電路的暫態(tài)及換路定則（154）5.1.1 電路的暫態(tài)（154）5.1.2 換路定則（155）5.1.3 電路初始值的確定（156）5.2 一階電路的暫態(tài)響應(yīng)（158）5.2.1 一階電路的零輸入響應(yīng)（158）5.2.2 一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)（163）5.2.3 一階電路的全響應(yīng)（165）5.3 三要素法（166）5.4 RC電路的脈沖響應(yīng)（169）5.4.1 ?TP（170）5.5 RLC電路的暫態(tài)分析（172）5.6 PSpice例題分析（174）小結(jié)（176）習(xí)題5（178）第6章 磁路與變壓器（181）6.1 磁路（181）6.1.1 磁路基本概念（181）6.1.2 磁性材料的磁性能（182）6.1.3 磁路基本定律（184）6.2 交流鐵心線圈電路（187）6.2.1 電磁關(guān)系（187）6.2.2 功率損耗（188）6.2.3 等效電路（189）6.3 電磁鐵（192）6.3.1 直流電磁鐵（192）6.3.2 交流電磁鐵（193）6.4 變壓器（195）6.4.1 變壓器的分類與結(jié)構(gòu)（196）6.4.2 變壓器的工作原理（198）6.4.3 變壓器的使用（204）6.4.4 三相變壓器與特殊變壓器（210）小結(jié)（217）習(xí)題6（219）第7章 電機(jī)（222）7.1 概述（222）7.1.1 電機(jī)的種類（222）7.1.2 電機(jī)的用途（223）7.1.3 電機(jī)的發(fā)展（224）7.2 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理（227）7.2.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)（228）7.2.2 三相異步電動機(jī)的原理（231）7.3 三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性（234）7.3.1 三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩（234）7.3.2 三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性（237）7.4 三相異步電動機(jī)的使用（240）7.4.1 三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)（240）7.4.2 三相異步電動機(jī)的啟動（243）7.4.3 三相異步電動機(jī)的調(diào)速（251）7.4.4 三相異步電動機(jī)的制動（257）7.5 單相異步電動機(jī)（261）7.5.1 單相異步電動機(jī)的工作原理（261）7.5.2 常見類型的單相異步電動機(jī)（263）7.6 三相同步電機(jī)（266）7.6.1 三相同步發(fā)電機(jī)（267）7.6.2 三相同步電動機(jī)（270）7.7 直流電機(jī)（274）7.7.1 直流發(fā)電機(jī)（276）7.7.2 直流電動機(jī)（278）7.8 控制電機(jī)（283）7.8.1 伺服電動機(jī)（283）7.8.2 測速發(fā)電機(jī)（288）7.8.3 步進(jìn)電動機(jī)（291）小結(jié)（295）習(xí)題7（298）……第8章 繼電接觸器控制（301）第9章 可編程序控制器（321）第10章 電氣測量（370）參考文獻(xiàn)（408）

章節(jié)摘錄

　　隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)容量和輸電電壓的不斷提高，要求生產(chǎn)更大容量、更高電壓的電力變壓器。同時，為了加強(qiáng)電力系統(tǒng)的集中控制，改善供電質(zhì)量，應(yīng)該生產(chǎn)有載調(diào)壓和有自動調(diào)壓裝置的電力變壓器。2008年7月，世界首臺1000：MV～1000 kV特高壓變壓器在我國通過全部試驗(yàn)，第二臺、第三臺（3臺一組）產(chǎn)品順利通過試驗(yàn)并成功發(fā)運(yùn)，在湖北荊門變電戰(zhàn)順利通過局放試驗(yàn)，標(biāo)志著世界首條1000 kV特高壓交流試驗(yàn)示范工程核心主設(shè)備安裝、試驗(yàn)工作初戰(zhàn)告捷?！　?.4.1 變壓器的分類與結(jié)構(gòu)　　變壓器種類繁多，用途、容量、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、體積、外形和重量等的區(qū)別十分巨大！可以從不同角度對變壓器進(jìn)行分類。按用途分：電力變壓器，儀用變壓器，試驗(yàn)變壓器，特種變壓器（電源變壓器、音頻變壓器、脈沖變壓器、恒壓變壓器、耦合變壓器、自耦變壓器、隔離變壓器、電爐變壓器、電焊變壓器）；按電源相數(shù)分：單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器；按繞組分：雙繞組壓器，三繞組壓器，多繞組壓器，自耦變壓器；按鐵心形式分：心式變壓器（用于高壓的電力變壓器），殼式變壓器（用于大電流的特殊變壓器，如電爐變壓器、電焊變壓器；或用于電子儀器及電視、收音機(jī)等的電源變壓器），卷鐵心變壓器，立體鐵心變壓器；按鐵心或線圈結(jié)構(gòu)分：心式變壓器（插片鐵心、C型鐵心、鐵氧體鐵心），殼式變壓器（插片鐵心、C型鐵心、鐵氧體鐵心），環(huán)型變壓器，金屬箔變壓器；按容量分：630 kVA以下為小型變壓器；800～6300 kVA為中型；8000～63 000 kVA為大型；按冷卻方式分：干式（自冷）變壓器、油浸（自冷）變壓器、氟化物（蒸發(fā)冷卻）變壓器；按冷卻條件分：油浸自冷，油浸風(fēng)冷，油浸強(qiáng)油循環(huán)吹風(fēng)，油浸強(qiáng)油水冷；按防潮方式分：開放式變壓器、灌封式變壓器、密封式變壓器；按調(diào)壓方式分：有載調(diào)壓和無勵磁調(diào)壓；按中性點(diǎn)絕緣水平分：全絕緣和半絕緣；按繞組導(dǎo)線材料分：銅線和鋁線；按結(jié)構(gòu)分：全密封、非晶合金、調(diào)容、防雷、.預(yù)裝箱式、組合式、柱上單相、地下、超導(dǎo)變壓器等；按工作頻率分：高頻變壓器，中頻變壓器，低頻變壓器：等等?！　∽儔浩麟m然種類繁多，用途各異，但是它們的基本構(gòu)造和作用原理是相同的，主要由電路和磁路兩部分所構(gòu)成。變壓器中用來傳遞電能而又彼此絕緣的線圈，一般稱之為繞組，根據(jù)它們相對T作電壓的大小可分為高壓繞組和低壓繞組。為了加強(qiáng)它們之間的電磁耦合作用，繞組都繞在閉合的鐵心柱上。按繞組和鐵心之間的結(jié)構(gòu)形式，變壓器可分為心式和殼式兩種（圖6.4.1）。心式變壓器的特點(diǎn)是繞組包圍著鐵心，結(jié)構(gòu)簡單，一般用于容量較大的場合。殼式變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是鐵心包圍著繞組，一般用于較小容量的變壓器。　　圖6.4.2是常用的把器身放在灌滿變壓器油的油箱內(nèi)的所謂油浸式電力變壓器外形。變壓器繞組和鐵心是變壓器的主要部分，統(tǒng)稱為變壓器器身。鐵心是變壓器的主磁路，為了提高導(dǎo)磁I生能和減少鐵損，電力變壓器的鐵心用0.35 mm厚、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。圖6.4.3是幾種常見的變壓器鐵心形狀。繞組是變壓器的電路部分，一般用絕緣銅線或鋁線繞制而成，近年來還有用鋁箔繞制的。為了使繞組便于制造和在電磁力作用下受力均勻及機(jī)械性能良好，一般電力變壓器都把繞組繞制成圓形的。在結(jié)構(gòu)形式上，繞組有同心式和交疊式之分（圖6-4-4）。較大容量的變壓器還具有冷卻設(shè)備、保持裝置及出線裝置等幾部分。

編輯推薦

　　普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，西安交通大學(xué)國家精品課程“電工電子技術(shù)（電工學(xué)）”主教材，電子信息與電氣學(xué)科規(guī)劃教材·電子電氣基礎(chǔ)課程

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