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第一篇 电工与电子技术基础 1

第一章 电磁学的基本量和基本定律 1

1 常用电学和磁学的量及单位 1

1．1电学的量和单位 1

1．2磁学的量和单位 2

2 常用电学和磁学的基本定律 2

2．1高斯定理 2

2．2安培环路定律 3

2．3电磁感应定律 3

2．3．1电磁感应定律 3

2．3．2自感电动势 3

2．3．3直导线中的感应电动势 3

2．4麦克斯韦方程组 3

第二章 电路与电子电路基础 5

1 电路的基本概念和基本定律 5

1．1电路与建模 5

1．1．1电路 5

1．1．2建模 5

1．1．3电路的类型 5

1．2激励与响应 6

1．2．1激励 6

1．2．2响应 7

1．3电路元件 7

1．3．1无源元件 7

1．3．2有源元件 7

1．4电子元器件 7

1．4．1二极管 7

1．4．2晶体管 9

1．4．3场效应管 9

1．5基尔霍夫定律 11

1．5．1基尔霍夫电流定律（KCL） 11

1．5．2基尔霍夫电压定律（KVL） 11

2 电路定理和等效变换 12

2．1叠加定理 12

2．2戴维南定理和诺顿定理 13

2．2．1戴维南定理 13

2．2．2诺顿定理 13

2．3特勒根定理 14

2．3．1特勒根定理一 14

2．3．2特勒根定理二 15

2．4电路等效变换 15

2．4．1星形网络和三角形网络的等效变换 15

2．4．2对称网络的等效变换 16

2．4．3两种电源模型的等效变换 16

3 集成电路 17

3．1概述 17

3．2模拟集成电路 18

3．3数字集成电路 19

第三章 交流电路的稳态分析 22

1 正弦电路 22

1．1正弦稳态电路的相量法 22

1．1．1正弦量的相量形式 22

1．1．2相量图 22

1．1．3相量分析法 22

1．2正弦电路的功率 23

1．2．1正弦电路的功率 23

1．2．2功率因数的提高 24

1．2．3最大功率传输定理 24

1．3三相电路 24

1．3．1三相电路的基本关系式 24

1．3．2对称分量法 26

2 正弦电路的谐振 26

2．1串联谐振 26

2．2并联谐振 26

3 非正弦电路 28

3．1非正弦周期量的函数表达式 28

3．2非正弦量的有效值和功率 28

3．3非正弦电路的稳态分析 29

第四章 电路的瞬态分析 31

1 概述 31

1．1动态电路的类型 31

1．2动态电路分析 31

2 动态电路的时域分析 32

2．1一阶电路的三要素法 32

2．1．1换路定律 32

2．1．2时间常数 32

2．1．3三要素法 32

2．1．4 一阶电路的响应 32

2．2 RC电路的响应 33

2．3 RL电路的响应 33

2．4二阶RLC电路的零输入响应 34

3 一阶电路的阶跃响应和冲激响应 35

3．1 阶跃响应 35

3．2冲激响应 37

3．3卷积 37

4 动态电路的变换域分析 38

4．1频域分析 38

4．1．1傅立叶变换 38

4．1．2傅立叶变换的基本性质 39

4．1．3动态电路的傅立叶变换分析法 39

4．2复频域分析 40

4．2．1拉普拉斯变换 40

4．2．2拉普拉斯反变换 40

4．2．3拉普拉斯变换的基本性质 41

4．2．4动态电路的拉普拉斯变换分析法 41

第二篇 电气装备 44

第一章 概论 44

1 旋转电机基础 44

1．1基本工作原理和结构 44

1．2类型和用途 44

1．3电机的定额和工作条件 44

2 电器基础 46

2．1类型和用途 46

2．2电器的基本特点和定额 46

2．2．1电器的基本特点 46

2．2．2电器的定额 46

2．3电器的磁路计算基础 47

2．3．1直流磁路的计算 47

2．3．2交流磁路的计算 47

2．4电磁铁的吸力估算 49

3 电气设备材料 51

3．1导电材料 51

3．2磁性材料 52

3．3绝缘材料 52

3．3．1概述 52

3．3．2类型和用途 54

3．4半导体材料 54

第二章 电机 56

1 同步电机 56

1．1同步发电机 56

1．1．1结构和分类 56

1．1．2工作原理 56

1．1．3运行特性 57

1．2同步电动机 58

1．2．1工作原理 58

1．2．2起动 59

2 异步电机 59

2．1概述 59

2．2三相异步电动机 60

2．2．1工作原理 60

2．2．2工作特性 60

2．2．3起动 61

2．2．4调速 62

2．2．5制动 62

2．3派生系列异步电动机 62

2．3．1防爆异步电动机 62

2．3．2电磁调速异步电动机 63

2．4异步电动机的选择要点 63

3 小功率电动机 64

3．1小功率同步电动机 64

3．2小功率异步电动机 64

3．3小功率直流电动机 64

4 微特电机 66

4．1概述 66

4．2步进电动机 67

4．2．1概述 67

4．2．2类型和用途 67

4．3伺服电动机 67

4．3．1直流伺服电动机 68

4．3．2交流伺服电动机 69

4．4测速发电机 69

第三章 电器 71

1 低压电器 71

1．1配电电器 71

1．1．1断路器 71

1．1．2熔断器 73

1．1．3配电电器之间的选择性保护 76

1．2控制电器 76

1．2．1接触器 76

1．2．2起动器 78

2 电子电器 81

2．1概述 81

2．1．1用途与分类 81

2．1．2组成电子电器的主要环节 82

2．1．3电子电器的干扰与抗干扰 82

2．2漏电保护器 82

2．2．1分类 83

2．2．2结构及工作原理 84

2．2．3选用要点 84

2．3电子式时间继电器 86

2．3．1分类 86

2．3．2工作原理 86

2．3．3选择要点 86

2．4电子式电动机综合保护器 87

3 特种电器 88

3．1防爆电器 88

3．1．1爆炸和火灾危险环境条件 88

3．1．2防爆电器的分类与标志 88

3．1．3防爆电器结构特点 89

3．1．4选用 89

3．2化工防尘、防腐电器 89

3．2．1化工低压电器使用环境条件 90

3．2．2结构特点 90

3．3消防电器 90

3．3．1系统保护对象分级 90

3．3．2火灾自动报警系统 91

4 可编程控制器 92

4．1概述 92

4．1．1定义 92

4．1．2特点 92

4．1．3分类 93

4．1．4主要应用类型 93

4．2结构和工作原理 94

4．2．1基本结构 94

4．2．2工作原理 95

4．3控制系统的设计基础 95

4．3．1 PLC控制系统的类型 95

4．3．2 PLC控制系统的设计基础 96

4．3．3 PLC基本应用举例 96

第四章 变电和配电装备 99

1 变电所 99

1．1变电所的类型和组成 99

1．1．1类型 99

1．1．2组成 99

1．2变电所的主接线 100

2 变压器 101

2．1概述 101

2．2主变压器的选择原则 102

3 高压开关 103

3．1概述 103

3．2断路器 104

3．2．1类型与用途 104

3．2．2选择和校验要点 104

3．3隔离开关 105

3．3．1类型与用途 105

3．3．2选择和校验要点 105

3．4熔断器 106

3．4．1类型与用途 106

3．4．2选择和校验要点 106

3．5负荷开关 106

3．5．1类型与用途 106

3．5．2选择和校验要点 107

4 变电所的保护及装置 107

4．1主要设备的断电保护及装置 107

4．1．1主变压器的保护 107

4．1．2自动重合闸 108

4．2防雷保护及装置 108

4．2．1直击雷过电压及其保护装置 108

4．2．2感应雷过电压保护及其装置 109

5 配电网络 109

5．1概述 109

5．2配电所 110

5．3低压配电网络 111

5．4常用设备选择和校验要点 112

6 实例 112

第三篇 现代电力电子技术 123

第一章 概述 123

1 电力电子技术简介 123

2 电力电子技术的基本内容 124

2．1电力电子器件 124

2．2电力电子电路 124

2．3电力电子装置和系统 125

3 现代电力电子技术发展概况 125

第二章 电力电子器件及其驱动电路 127

1 电力电子器件简介 127

1．1电力电子器件的分类 127

1．2电力电子器件的应用 128

2 整流二极管 128

2．1工作原理和伏安特性 128

2．2主要技术参数 129

3 晶闸管及其派生器件 130

3．1晶闸管的工作原理和伏安特性 130

3．1．1工作原理 130

3．1．2伏安特性 131

3．2晶闸管的主要技术参数 131

3．3晶闸管的驱动电路 132

3．4晶闸管的派生器件 133

3．4．1门极可关断晶闸管（GTO） 134

3．4．2逆导晶闸管 135

3．4．3双向晶闸管 136

4 功率晶体管 137

4．1工作原理和伏安特性 137

4．1．1工作原理 137

4．1．2伏安特性 137

4．1．3开关特性 138

4．2主要技术参数 138

4．3功率晶体管的驱动电路 139

5 功率场效应管 141

5．1工作原理和伏安特性 142

5．1．1工作原理 142

5．1．2伏安特性 142

5．1．3开关特性 143

5．2主要技术参数 143

5．3功率场效应管的驱动电路 143

6 绝缘栅双极晶体管 145

6．1工作原理和伏安特性 145

6．1．1工作原理 145

6．1．2伏安特性 145

6．2主要技术参数 146

6．3绝缘栅双极晶体管的驱动电路 146

7 几种全控型电力电子器件性能的比较 148

8 功率集成电路 148

8．1功率集成电路简介 148

8．2功率集成电路举例 149

9 控制集成电路 151

9．1控制集成电路简介 151

9．2控制集成电路举例 152

9．2．1 1524/2524/3524简介 152

9．2．2外形和内部结构 153

9．2．3芯片工作机理 155

第三章 基本电力电子电路 156

1 整流电路（AC-DC） 156

1．1单相晶闸管可控整流电路 156

1．1．1电阻性负载 156

1．1．2电感性负载与续流二极管 157

1．2单相桥式可控整流电路 159

1．2．1电阻性负载 159

1．2．2电感性负载 161

1．3三相晶闸管可控整流电路 162

1．3．1理想条件下三相桥式整流电路的工作情况 162

1．3．2换流过程 164

1．4有源逆变的概念 169

2 逆变电路 172

2．1概述 172

2．1．1工作原理 172

2．1．2结构和分类 173

2．2单相逆变电路 174

2．2．1方波半桥逆变电路 174

2．2．2方波全桥逆变电路 175

2．2．3正弦波脉宽调制（SPWM）全桥逆变电路 175

2．2．4推挽式逆变电路 177

2．2．5各种单相逆变电路的比较 177

2．3三相逆变电路 178

2．3．1电压型三相半桥逆变电路 178

2．3．2电压型三相SPWM逆变电路 179

2．3．3电流型三相桥式逆变电路 181

2．3．4三相全桥逆变电路 182

3 直流-直流变换电路（DC-DC） 182

3．1直流斩波电路 183

3．2降压（Buck）变换电路 183

3．2．1工作原理 184

3．2．2电流连续工作模式分析 184

3．2．3输出电压的纹波 187

3．3升压（Boost）变换电路 187

3．3．1工作原理 188

3．3．2电感电流连续模式的分析 188

3．3．3输出电压纹波 189

3．4降压-升压（Buck-Boost）变换电路 189

3．4．1 Buck-Boost电路 190

3．4．2 Cuk电路 191

3．5桥式变换电路 193

4 交流-交流变换电路（AC-AC） 197

4．1交流调压电路 197

4．1．1单相交流调压电路 197

4．1．2三相交流调压电路 199

4．2交流-交流变频电路 200

4．2．1工作原理 200

4．2．2正弦波交流-交流变频电路 201

第四章 电力电子技术应用 203

1 直流电动机调速 203

1．1工作原理 203

1．2电路结构 203

1．2．1 V-M系统 203

1．2．2直流斩波器或脉宽调制变换器 204

1．2．3直流电机调速系统结构 206

1．3应用举例 209

1．3．1单片机控制的无环流可逆直流调速系统 209

1．3．2微机控制的GTR斩波直流调速系统 210

2 交流电动机变频调速 213

2．1工作原理 213

2．2电路结构 214

2．2．1概述 214

2．2．2间接变压变频器的主电路 215

2．2．3变压变频的实现 216

2．3应用举例 217

3 开关稳压电源 218

3．1工作原理 218

3．2电路结构 218

3．2．1单端反励式变换器电路 218

3．2．2隔离单端正激式变换器电路 219

3．2．3推挽式变换器电路 220

3．2．4半桥式变换器电路 220

3．2．5全桥式变换器电路 221

3．3应用举例 222

4 不停电电源（UPS） 223

4．1工作原理 223

4．2电路结构 224

4．2．1具有功率因数校正的整流电路 224

4．2．2直流辅助电源及充电电路 225

4．2．3逆变桥式功放电路 227

4．3应用举例 227

5 感应加热电源 228

5．1工作原理 228

5．2电路结构 229

5．2．1并联式 229

5．2．2串联式 231

5．2．3串并联式 231

5．2．4逆变器电路类型的比较 231

5．3应用举例 232

6 其他 233

6．1逆变电焊机 233

6．1．1工作原理和逆变方式 233

6．1．2外特性和调节方法 233

6．1．3控制电路 233

6．1．4逆变电路 234

6．2充电电源 234

6．2．1概述 234

6．2．2电路结构 235

6．3无触点开关 236

6．3．1概述 236

6．3．2电路结构 237

6．3．3应用举例 238

第五章 专题 239

1 电力电子器件应用技术 239

1．1器件的串联和并联 239

1．1．1器件的串联运行 239

1．1．2器件的并联运行 241

1．2器件的吸收电路和保护电路 242

1．2．1器件的吸收电路 242

1．2．2器件的保护电路 243

2 软开关技术 246

2．1开关损耗和软开关技术 246

2．1．1开关损耗 246

2．1．2软开关技术 246

2．2零电压开关谐振变换电路 247

2．3零电流开关谐振变换电路 249

3 电力电子装置的无功补偿和谐波抑制 250

3．1无功补偿 250

3．2谐波抑制 254

3．2．1 LC调谐滤波器 254

3．2．2有源电力滤波器（APF） 255

3．3功率因数校正 256

3．3．1概述 256

3．3．2功率因数校正的基本原理 257

3．3．3 PFC的控制方法 258