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电工基础 版权信息
- ISBN：9787030585356
- 条形码：9787030585356 ; 978-7-03-058535-6
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>
电工基础 内容简介
本书根据当前教学改革的新形势和电工技术的新发展，围绕电工基础的基本理论和典型应用，介绍了电路的基本概念和基本定律、电路的基本分析方法和基本定理、正弦交流电路、三相正弦交流电路及安全用电、电路的暂态分析、磁路与变压器、三相异步电动机、直流电动机、常用控制电器及控制线路、现代控制器、Multisim14电路仿真软件简介等内容。全书配有章节导读和较丰富的例题与习题，每章均通过二维码链接思考练习、本章小结、阅读与应用、历史人物、历史故事、习题答案等相关内容。
电工基础 目录
目录
第1章 电路的基本概念和基本定律 1
1.1 电路的组成和作用 1
1.2 电路模型 2
1.3 电路的物理量和参考方向 3
1.3.1 电流 3
1.3.2 电位、电压与电动势 4
1.3.3 电压、电流的关联参考方向 5
1.3.4 功率及能量 6
1.4 电路元件 7
1.4.1 理想无源元件 7
1.4.2 理想电源元件 14
1.5 基尔霍夫定律 16
1.5.1 网络概念或术语 16
1.5.2 基尔霍夫电流定律 17
1.5.3 基尔霍夫电压定律 18
阅读与应用 20
历史人物 21
历史故事 21
习题1 21
第2章 电路的基本分析方法和基本定理 25
2.1 等效的概念 25
2.2 无源电阻电路的等效变换 26
2.2.1 电阻的串联 26
2.2.2 电阻的并联 27
2.2.3 电阻的混联 28
2.2.4 电阻的星形和三角形连接 29
2.3 含源电阻电路的等效变换 30
2.3.1 理想电源的串联和并联 31
2.3.2 实际电源的串联和并联 32
2.3.3 实际电压源和电流源间的等效变换 34
2.4 支路电流法 36
2.5 叠加定理 37
2.6 戴维南定理和诺顿定理 39
2.6.1 戴维南定理 39
2.6.2 *大功率传输定理 42
2.6.3 诺顿定理 43
阅读与应用 44
历史人物 44
历史故事 45
习题2 45
第3章 正弦交流电路 51
3.1 正弦量的基本概念 52
3.2 正弦量的相量表示 54
3.3 基尔霍夫定律和电路元件伏安关系的相量形式 57
3.3.1 基尔霍夫定律的相量形式 57
3.3.2 电路元件伏安关系的相量形式 58
3.4 复阻抗和复导纳 62
3.4.1 复阻抗和复导纳的概念及其意义 62
3.4.2 复阻抗和复导纳的串并联 64
3.5 正弦电路的分析方法 64
3.6 正弦电路的功率 70
3.6.1 瞬时功率 70
3.6.2 有功功率、无功功率和视在功率 72
3.6.3 功率因数的提高 74
3.7 谐振电路 76
3.7.1 串联电路的谐振 77
3.7.2 并联电路的谐振 80
3.8 非正弦周期信号电路 82
3.8.1 谐波分析的概念 83
3.8.2 非正弦周期信号电路的分析 85
阅读与应用 86
历史人物 87
历史故事 87
习题3 87
第4章 三相正弦交流电路及安全用电 92
4.1 三相电源 92
4.1.1 三相电源的星形连接 93
4.1.2 三相电源的三角形连接 94
4.2 对称三相电路 95
4.2.1 三相负载的星形和三角形连接 95
4.2.2 对称三相电路的分析与计算 97
4.3 三相电路的功率 101
4.4 安全用电 102
4.4.1 电气事故及触电方式 103
4.4.2 接地与接零保护 104
阅读与应用 106
历史人物 106
历史故事 106
习题4 107
第5章 电路的暂态分析 109
5.1 换路定律及电压、电流的初始值 110
5.2 一阶电路的暂态响应 112
5.2.1 一阶电路恒定输入下的全响应 113
5.2.2 一阶电路的零输入响应 116
5.2.3 一阶电路的零状态响应 117
5.3 三要素法 118
5.4 微分电路与积分电路 121
5.4.1 微分电路 121
5.4.2 积分电路 122
阅读与应用 123
历史人物 123
历史故事 123
习题5 123
第6章 磁路与变压器 126
6.1 磁路的基本概念和基本定律 127
6.1.1 磁场的基本物理量 127
6.1.2 铁磁物质的磁化曲线 128
6.1.3 磁路及其基本定律 129
6.2 直流铁心磁路 132
6.3 交流铁心线圈 134
6.3.1 电磁关系 134
6.3.2 电压平衡方程式 136
6.3.3 主磁感应电动势E 的计算 136
6.3.4 功率关系 136
6.4 变压器 137
6.4.1 变压器的构造 138
6.4.2 铁心变压器的工作原理 139
6.4.3 变压器铭牌参数 141
6.4.4 变压器运行特性 141
6.4.5 变压器的极性 142
6.4.6 三相变压器 144
阅读与应用 145
历史人物 145
历史故事 146
习题6 146
第7章 三相异步电动机 148
7.1 三相异步电动机的构造 148
7.1.1 定子 149
7.1.2 转子 149
7.2 三相异步电动机的铭牌数据 150
7.3 三相异步电动机的工作原理 152
7.3.1 旋转磁场的产生 153
7.3.2 转子的转动原理 155
7.4 三相异步电动机的运行 156
7.4.1 转子转速等于旋转磁场转速 156
7.4.2 转子转速低于旋转磁场转速 157
7.5 三相异步电动机的电磁转矩和机械特性 159
7.5.1 转矩表达式 159
7.5.2 机械特性 160
7.6 三相异步电动机的起动 162
7.6.1 起动性能 163
7.6.2 鼠笼式异步电动机的起动方法 163
7.6.3 绕线式异步电动机的起动方法 165
7.7 三相异步电动机的调速 166
7.7.1 改变磁极对数的调速 166
7.7.2 改变转差率的调速 167
7.7.3 改变供电电源频率的调速 168
7.8 三相异步电动机的反转与制动 169
7.8.1 反转 169
7.8.2 制动 169
阅读与应用 171
历史人物 171
历史故事 171
习题7 171
第8章 直流电动机 174
8.1 直流电机的结构 174
8.1.1 定子部分 174
8.1.2 转子部分 175
8.2 直流电动机的工作原理 176
8.3 直流电动机的分类和机械特性 177
8.3.1 直流电动机的分类 177
8.3.2 他(并)励电动机的机械特性 177
8.4 直流电动机的运行 179
8.4.1 他(并)励直流电动机的起动 179
8.4.2 他(并)励直流电动机的调速 180
8.4.3 直流他励电动机的制动 181
8.4.4 直流他励电动机的反转 182
8.5 无刷直流电机简介 182
阅读与应用 183
历史人物 184
历史故事 184
习题8 184
第9章 常用控制电器及控制线路 185
9.1 常用控制电器和保护电器 186
9.1.1 手动电器 186
9.1.2 保护电器 188
9.1.3 自动电器 191
9.2 鼠笼式异步电动机的直接起动控制 194
9.2.1 点动控制线路 194
9.2.2 连动控制线路 195
9.2.3 点动与连动复合的控制线路 196
9.3 鼠笼式异步电动机的正反转控制线路 196
9.3.1 接触器常闭触点互锁的控制线路 197
9.3.2 按钮互锁的控制线路 197
9.4 自动往复行程控制 199
9.4.1 往复一次的控制线路 199
9.4.2 往复自动循环的控制线路 199
9.5 异步电动机的时间控制 200
9.5.1 鼠笼式异步电动机Y-△起动的控制线路 200
9.5.2 鼠笼式异步电动机能耗制动控制线路 201
9.5.3 绕线式异步电动机转子串电阻起动控制线路 201
9.6 异步电动机的顺序控制 202
阅读与应用 203
历史人物 204
历史故事 204
习题9 204
第10章 现代控制器 206
10.1 可编程控制器概述 206
10.1.1 可编程控制器的结构和工作原理 207
10.1.2 可编程控制器的编程元件、梯形图和指令系统 210
10.2 可编程控制器的应用 219
10.3 通用变频器 220
10.3.1 通用变频器的基本结构和主要功能 221
10.3.2 松下VF0 超小型变频器介绍 222
10.4 VF0 变频器变频控制实例 223
阅读与应用 224
历史人物 224
历史故事 224
习题10 225
第11章 Multisim 14 电路仿真软件简介 227
11.1 Multisim 14 软件功能简介 227
11.2 Multisim 14 电路仿真 233
参考文献 238
第1章 电路的基本概念和基本定律 1
1.1 电路的组成和作用 1
1.2 电路模型 2
1.3 电路的物理量和参考方向 3
1.3.1 电流 3
1.3.2 电位、电压与电动势 4
1.3.3 电压、电流的关联参考方向 5
1.3.4 功率及能量 6
1.4 电路元件 7
1.4.1 理想无源元件 7
1.4.2 理想电源元件 14
1.5 基尔霍夫定律 16
1.5.1 网络概念或术语 16
1.5.2 基尔霍夫电流定律 17
1.5.3 基尔霍夫电压定律 18
阅读与应用 20
历史人物 21
历史故事 21
习题1 21
第2章 电路的基本分析方法和基本定理 25
2.1 等效的概念 25
2.2 无源电阻电路的等效变换 26
2.2.1 电阻的串联 26
2.2.2 电阻的并联 27
2.2.3 电阻的混联 28
2.2.4 电阻的星形和三角形连接 29
2.3 含源电阻电路的等效变换 30
2.3.1 理想电源的串联和并联 31
2.3.2 实际电源的串联和并联 32
2.3.3 实际电压源和电流源间的等效变换 34
2.4 支路电流法 36
2.5 叠加定理 37
2.6 戴维南定理和诺顿定理 39
2.6.1 戴维南定理 39
2.6.2 *大功率传输定理 42
2.6.3 诺顿定理 43
阅读与应用 44
历史人物 44
历史故事 45
习题2 45
第3章 正弦交流电路 51
3.1 正弦量的基本概念 52
3.2 正弦量的相量表示 54
3.3 基尔霍夫定律和电路元件伏安关系的相量形式 57
3.3.1 基尔霍夫定律的相量形式 57
3.3.2 电路元件伏安关系的相量形式 58
3.4 复阻抗和复导纳 62
3.4.1 复阻抗和复导纳的概念及其意义 62
3.4.2 复阻抗和复导纳的串并联 64
3.5 正弦电路的分析方法 64
3.6 正弦电路的功率 70
3.6.1 瞬时功率 70
3.6.2 有功功率、无功功率和视在功率 72
3.6.3 功率因数的提高 74
3.7 谐振电路 76
3.7.1 串联电路的谐振 77
3.7.2 并联电路的谐振 80
3.8 非正弦周期信号电路 82
3.8.1 谐波分析的概念 83
3.8.2 非正弦周期信号电路的分析 85
阅读与应用 86
历史人物 87
历史故事 87
习题3 87
第4章 三相正弦交流电路及安全用电 92
4.1 三相电源 92
4.1.1 三相电源的星形连接 93
4.1.2 三相电源的三角形连接 94
4.2 对称三相电路 95
4.2.1 三相负载的星形和三角形连接 95
4.2.2 对称三相电路的分析与计算 97
4.3 三相电路的功率 101
4.4 安全用电 102
4.4.1 电气事故及触电方式 103
4.4.2 接地与接零保护 104
阅读与应用 106
历史人物 106
历史故事 106
习题4 107
第5章 电路的暂态分析 109
5.1 换路定律及电压、电流的初始值 110
5.2 一阶电路的暂态响应 112
5.2.1 一阶电路恒定输入下的全响应 113
5.2.2 一阶电路的零输入响应 116
5.2.3 一阶电路的零状态响应 117
5.3 三要素法 118
5.4 微分电路与积分电路 121
5.4.1 微分电路 121
5.4.2 积分电路 122
阅读与应用 123
历史人物 123
历史故事 123
习题5 123
第6章 磁路与变压器 126
6.1 磁路的基本概念和基本定律 127
6.1.1 磁场的基本物理量 127
6.1.2 铁磁物质的磁化曲线 128
6.1.3 磁路及其基本定律 129
6.2 直流铁心磁路 132
6.3 交流铁心线圈 134
6.3.1 电磁关系 134
6.3.2 电压平衡方程式 136
6.3.3 主磁感应电动势E 的计算 136
6.3.4 功率关系 136
6.4 变压器 137
6.4.1 变压器的构造 138
6.4.2 铁心变压器的工作原理 139
6.4.3 变压器铭牌参数 141
6.4.4 变压器运行特性 141
6.4.5 变压器的极性 142
6.4.6 三相变压器 144
阅读与应用 145
历史人物 145
历史故事 146
习题6 146
第7章 三相异步电动机 148
7.1 三相异步电动机的构造 148
7.1.1 定子 149
7.1.2 转子 149
7.2 三相异步电动机的铭牌数据 150
7.3 三相异步电动机的工作原理 152
7.3.1 旋转磁场的产生 153
7.3.2 转子的转动原理 155
7.4 三相异步电动机的运行 156
7.4.1 转子转速等于旋转磁场转速 156
7.4.2 转子转速低于旋转磁场转速 157
7.5 三相异步电动机的电磁转矩和机械特性 159
7.5.1 转矩表达式 159
7.5.2 机械特性 160
7.6 三相异步电动机的起动 162
7.6.1 起动性能 163
7.6.2 鼠笼式异步电动机的起动方法 163
7.6.3 绕线式异步电动机的起动方法 165
7.7 三相异步电动机的调速 166
7.7.1 改变磁极对数的调速 166
7.7.2 改变转差率的调速 167
7.7.3 改变供电电源频率的调速 168
7.8 三相异步电动机的反转与制动 169
7.8.1 反转 169
7.8.2 制动 169
阅读与应用 171
历史人物 171
历史故事 171
习题7 171
第8章 直流电动机 174
8.1 直流电机的结构 174
8.1.1 定子部分 174
8.1.2 转子部分 175
8.2 直流电动机的工作原理 176
8.3 直流电动机的分类和机械特性 177
8.3.1 直流电动机的分类 177
8.3.2 他(并)励电动机的机械特性 177
8.4 直流电动机的运行 179
8.4.1 他(并)励直流电动机的起动 179
8.4.2 他(并)励直流电动机的调速 180
8.4.3 直流他励电动机的制动 181
8.4.4 直流他励电动机的反转 182
8.5 无刷直流电机简介 182
阅读与应用 183
历史人物 184
历史故事 184
习题8 184
第9章 常用控制电器及控制线路 185
9.1 常用控制电器和保护电器 186
9.1.1 手动电器 186
9.1.2 保护电器 188
9.1.3 自动电器 191
9.2 鼠笼式异步电动机的直接起动控制 194
9.2.1 点动控制线路 194
9.2.2 连动控制线路 195
9.2.3 点动与连动复合的控制线路 196
9.3 鼠笼式异步电动机的正反转控制线路 196
9.3.1 接触器常闭触点互锁的控制线路 197
9.3.2 按钮互锁的控制线路 197
9.4 自动往复行程控制 199
9.4.1 往复一次的控制线路 199
9.4.2 往复自动循环的控制线路 199
9.5 异步电动机的时间控制 200
9.5.1 鼠笼式异步电动机Y-△起动的控制线路 200
9.5.2 鼠笼式异步电动机能耗制动控制线路 201
9.5.3 绕线式异步电动机转子串电阻起动控制线路 201
9.6 异步电动机的顺序控制 202
阅读与应用 203
历史人物 204
历史故事 204
习题9 204
第10章 现代控制器 206
10.1 可编程控制器概述 206
10.1.1 可编程控制器的结构和工作原理 207
10.1.2 可编程控制器的编程元件、梯形图和指令系统 210
10.2 可编程控制器的应用 219
10.3 通用变频器 220
10.3.1 通用变频器的基本结构和主要功能 221
10.3.2 松下VF0 超小型变频器介绍 222
10.4 VF0 变频器变频控制实例 223
阅读与应用 224
历史人物 224
历史故事 224
习题10 225
第11章 Multisim 14 电路仿真软件简介 227
11.1 Multisim 14 软件功能简介 227
11.2 Multisim 14 电路仿真 233
参考文献 238
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电工基础 节选
第1章 电路的基本概念和基本定律 章节导读 电能在日常生活、生产和科学研究中得到了广泛的应用。在家用电器、电工设备、电子仪器、电力网、通信系统和计算机网络中都可以看到各种各样的电路。本章主要介绍电路的基本概念和基本定律，为进行电路分析奠定重要基础。主要讨论的是电路模型、电压电流参考方向、理想电路元件的伏安关系及在电路中的性质、基尔霍夫定律、电路中电位的概念以及计算等。这些内容均是电工学的重要理论基础。其中参考方向作为极其重要的概念，将贯穿于本课程的始终；电路元件的特性以及基尔霍夫基本定律，均是电路分析的基本依据。 知识点 （1）电路的组成、作用和电路模型。 （2）电流、电位、电压、电动势、电功率、电能。 （3）电阻、电容、电感的特性。 （4）理想电流源和理想电压源及特点。 （5）基尔霍夫定律。 掌握 （1）实际电路的电路模型。 （2）电流、电压的参考方向。 （3）功率吸收与发出及元件在电路中的性质判断。 （4）电阻、电容、电感的电压-电流关系特性。 （5）理想电压源和理想电流源的特点。 （6）基尔霍夫定律及其适用性。 （7）电路中电位的计算。 了解 （1）电路的组成及作用。 （2）电位、电动势、电能的物理概念。 （3）储能元件的储能情况分析。 1.1 电路的组成和作用 就构造性而言，按一定任务将若干电气设备和元器件按一定方式相互连接，构成电流通路的整体称为电路，泛称为网络。电路通常由电源、负载和中间环节三部分组成。 电路的结构是多种多样的，因而它们所完成的任务也是不同的，但归结起来，主要是完成两个方面的作用，下面通过简单照明电路和扩音机电路加以说明。 在图1-1所示的简单照明电路中，电池把化学能转换成电能，提供给电灯，电灯再把电能转换成光能作照明之用。其作用可概括为实现电能的传输、分配和转换。 在图1-2所示电路中，话筒把声音转换成电信号，而后通过放大电路传递到扬声器，再把电信号还原成声音。其体现的作用是电信号的传递、处理和变换。 图1-1简单照明电路 图1-2扩音机电路 实际电路无论简单还是复杂，总要包含以下三个基本组成部分。 （1）电源：产生并提供电能的设备或器件，其功能是将其他形式的能量转变为电能，为电路提供能源，如电池、发电机等。 （2）负载：吸收或消耗电能的设备或器件，如灯泡、电炉、扬声器等，又称用电器或换能器，其功能是将电能转变为其他所需形式的能量。 （3）导线：用来连接各种用电设备或器件，使之形成完整的电路，并在其中引导电流，传输能量。 实际电路除了以上三个基本部分以外，还常根据需要增添一些辅助设备，如接通、断开电路的控制电器（如刀开关）、控制环节和保障安全用电的保护电器等。 在电路理论中，通常把电源或信号源称为激励，激励可以是电压激励，也可以是电流激励。激励源推动电路工作，电激励在电路各部分产生的电压和电流统称为响应。所谓电路分析，就是在已知电路结构和元件参数的条件下，讨论电路中激励与响应之间的关系问题。 1.2 电路模型 在电工技术中，组成电路的实际元器件种类繁多，其电磁性质往往比较复杂，可能同时发生多种电磁现象，难以用统一的简单的数学公式描述。如白炽灯，除了具有消耗电能的性质（电阻性）之外，通过电流时还会产生磁场，即还具有电感性，尽管电感很微小。为了便于分析和研究，通常采取科学的抽象将实际元件理想化，即在一定条件下，突出其主要电磁性质，忽略次要因素，可近似地看作理想元件。例如，理想电阻元件表示将电能转换成其他形式的能量且不可逆消耗的物理过程。上面讨论的白炽灯、电炉等实际电路器件都可以用理想电阻元件来代替。理想电压源元件表示将其他形式的能量转换成电能并可对外提供确定电压的电路器件。干电池、蓄电池等实际电路器件在不考虑电池内部对电能的消耗的条件下，可以用理想电压源元件代替；否则，用理想电压源元件和理想电阻元件的串联组合来代替。 电路元件理想化之后，实际电路就可用理想电路元件及其组合来代替，这就是实际电路的电路模型，它是对实际电路的电磁性质的科学抽象和概括。对图1-3（a）所示的实际电路，用理想电阻元件R代替电灯，用理想电压源元件US代替干电池（电池内部对电能的消耗忽略不计），用线段代替连接导线（导线电阻忽略不计），就可以得到与之对应的电路模型。 图1-3实际电路与电路模型 这种由理想电路元件（简称电路元件）组成、反映实际电路连接关系的电路模型图，又称电路图，通常简称为电路，如图1-3（b）所示。电路图中，各种电路元件须用规定的图形符号来表示。 今后在电路的分析与计算中，直接的对象不是实际的电路，而是实际电路的理想化模型。 1.3电路的物理量和参考方向 描述电路性能的基本物理量有电流、电压，复合物理量有功率和能量等。这些物理量是进行电路分析**的考量依据。 1.3.1电流 电荷（带电粒子）有规则的定向运动就形成电流。习惯上把电流的方向规定为正电荷运动的方向。电流的大小用电流强度来表示。在数值上等于单位时间内通过某一导体横截面的电荷量，设在极短的时间dt内通过导体横截面S的微小电荷量为dq，则电流为（1-1）式中，电荷量q的单位为库仑（C）；时间t的单位为秒（s）；电流强度i（t）（简记i）的单位为安培（A），也可以用千安（kA）、毫安（mA）、微安（μA）作为电流单位，其换算关系如下：1kA=103A=106mA=109μA。 式（1-1）表示的电流是随时间变化的，是时间的函数，称为瞬时电流。若电流不随时间变化，即dq/dt为常数，则这种电流称为恒定电流，简称直流，用大写字母I表示。式（1-1）可改写为（1-2）电荷在电场力作用下运动形成电流。电荷本身既不能被创造也不会被消灭，这种特性称为电荷守恒性。 电流的方向是客观存在的。在分析较复杂的电路时，往往事先难以判定具体一段电路电流的实际方向。为便于分析，事先指定一个电流方向，当然这一方向不一定是电流的实际方向。这一事先任意指定的电流方向称为电流的参考方向。电流的参考方向一般用有箭头的线段及相应的代表符号直接标注在电路上，如图1-4所示的i，其中图1-4（a）所示的i表示电流的参考方向是由A指向B；图1-4（b）所示的i表示电流的参考方向是由B指向A。图1-4中的框图表示任意的电路元件。 图1-4电流的参考方向与实际方向的关系 电流的参考方向指定后，电流的数值将有正负之分，电流被视为代数量。当电流的实际方向与参考方向一致时，计算出的电流值为正值；电流的实际方向与参考方向相反时，电流值为负值。图1-4所示的一段电路，电流的实际方向如虚线箭头所示，由A流向B。若指定的参考方向如图1-4（a）所示，则电流i>0；若指定的参考方向如图1-4（b）所示，则电流i=？3A。 1.3.2 电位、电压与电动势 电路的电位、电压、电动势是既彼此关联又有区别的物理量。 1.电位 单位正电荷在电路中某点所具有的电位能，称为该点的电位。 电位用字母v表示，如A点的电位用vA来表示。电位的数值是相对于所选定的参考点而言的。电位参考点是规定其电位能为零的点，可以任意指定。通常都是选取电路中接地或接机壳的公共端为参考点。当A点的电位高于参考点时，vA>0；反之，vA<0。电路中某点的电位将随参考点的不同而不同。但参考点一旦确定，电路中各点的电位便都有了唯一的确定值，具有单值性。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，仅代表电路的零电位点。 2.电压 电路中某两点之间的电位差，称为这两点之间的电压。在一般情况下，电压是任意的时间函数，用小写字母u（t）表示两点间的瞬时电压。如果电压的大小和方向均与时间无关，为一恒定量，则称为直流电压，可用大写字母U表示。 电压的方向规定为从高电位端指向低电位端的方向，即两点间的电压就是指这两点之间的电位降落。习惯上用“+”“？”极性表示电压的方向，即规定电压方向由“+”指向“？”。如图1-5（a）中表示A点的电位高于B点的电位，电压方向由A点指向B点，数值为u=vA？vB。当电荷在电路中运动时，电场力将对这些电荷做功，电压实际是电场力做功本领的量度。因此，电路中某两点之间的电压在数值上等于将单位正电荷由一点移到另一点电场力所做的功，即（1-3）式中，电位能w的单位为焦耳（J），电荷量q的单位为库仑（C），电压u的单位为伏特，简
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