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第0章 电气工程学导论 1

0.1 什么是电气工程学 2

0.2 电气工程的发展简史 2

0.3 电气工程的应用领域 4

0.4 本书内容 4

第1章 电路的基本概念与基本理论 6

1.1 电路、电流与电压 7

1.1.1 电路和电路模型 7

1.1.2 电流与电压 9

1.1.3 关联参考方向 13

1.2 功率与能量 13

1.2.1 功率 13

1.2.2 能量 14

1.2.3 电气铭牌 14

1.3 基尔霍夫定律 15

1.3.1 基尔霍夫电流定律（KCL） 15

1.3.2 基尔霍夫电压定律（KVL） 17

1.3.3 基尔霍夫定律的应用——支路电流法 18

1.4 电路元件：电阻 20

1.4.1 电阻 20

1.4.2 欧姆定律 20

1.4.3 电阻功率 21

1.4.4 开路和短路 21

1.4.5 电阻的串联和并联 21

1.4.6 复杂电阻电路的化简 24

1.5 电路元件：电源 26

1.5.1 电压源 26

1.5.2 电流源 28

1.5.3 含独立源电路的简化 29

1.5.4 受控源 30

1.6 知识拓展与应用：新的无源元件——忆阻器 31

1.6.1 忆阻器的理论模型 31

1.6.2 忆阻器的物理实现 32

1.6.3 忆阻器的电气特性 32

1.6.4 忆阻器的应用前景 32

1.7 实验仿真：Simulink仿真软件 34

1.7.1 MATLAB/Simulink软件的功能简介 34

1.7.2 Simulink软件的使用 35

1.7.3 Simulink模块库 36

本章小结 36

习题 37

第2章 电阻电路分析方法 44

2.1 节点电压法 45

2.1.1 节点电压 45

2.1.2 节点电压分析法思想 45

2.1.3 应用节点电压法分析时的几种特殊情况 46

2.2 网孔电流法 47

2.2.1 网孔电流 47

2.2.2 网孔电流分析法思想 48

2.2.3 应用网孔电流法分析时的几种特殊情况 49

2.2.4 多种电路分析方法的比较 49

2.3 叠加原理 50

2.3.1 叠加原理思想 50

2.3.2 应用叠加原理分析时的注意要点 51

2.4 等效电路方法 53

2.4.1 电源等效 53

2.4.2 戴维南定理 56

2.4.3 诺顿定理 60

2.4.4 最大功率传输定理 60

2.5 知识拓展与应用：惠斯通电桥测电阻 62

2.6 实验仿真：基于Simulink 的电阻电路仿真实例 64

本章小结 67

习题 67

第3章 电容与电感 74

3.1 电容器 75

3.1.1 常见电容器 75

3.1.2 电容 76

3.1.3 电容器符号 77

3.1.4 电容器的主要参数 77

3.1.5 电容的伏安关系 77

3.1.6 电容的属性 78

3.2 容的能量存储 78

3.2.1 电容的储能 78

3.2.2 电容的属性 79

3.3 电容的串并联 79

3.3.1 电容的串联 79

3.3.2 电容的并联 80

3.4 电感器 81

3.4.1 电感 81

3.4.2 常见电感器外形和电路符号 82

3.4.3 电感器的主要参数 82

3.4.4 电感中电压与电流之间的系 83

3.5 电感的能量存储 84

3.5.1 电感的储能 84

3.5.2 电感的属性 84

3.6 电感的串并联 85

3.6.1 电感的串联 85

3.6.2 电感的并联 85

3.7 知识拓展与应用：互感 86

3.7.1 互感现象 86

3.7.2 互感系数 86

3.7.3 互感电压 87

3.8 实验仿真：电容电感的Simulink仿真 88

本章小结 89

习题 90

第4章 电路的暂态分析 94

4.1 暂态分析 95

4.1.1 暂态与稳态概念 95

4.1.2 暂态存在的原因 95

4.1.3 暂态分析的意义 95

4.2 换路定则与初始值的确定 96

4.2.1 换路定则 96

4.2.2 初始始值的确定 96

4.3 一阶电路的暂态分析 98

4.3.1 经典法（时域分析法） 98

4.3.2 三要素法 99

4.4 一阶电路的零输入响应和零状态响应 103

4.4.1 一阶电路的全响应 103

4.4.2 零输入响应、零状态响应与三要素法的关系 104

4.5 二阶电路的暂态分析 105

4.5.1 二阶电路 105

4.5.2 RLC串联电路的零输入响应 105

4.5.3 RLC串联电路的零状态响应 106

4.5.4 RLC 串联电路的全响应 107

4.6 知识拓展与应用：微分电路与积分电路及其应用 107

4.6.1 微分电路 107

4.6.2 积分电路 108

4.7 实验仿真：基于Simulink 的暂态电路仿真实例 109

本章小结 111

习题 112

第5章 正弦交流电路分析 118

5.1 正弦交流电的基本概念 119

5.1.1 正弦量的三要素 120

5.1.2 正弦交流电的有效值 121

5.1.3 正弦交流电的相位差 122

5.2 正弦电流、电压的相量表示 123

5.2.1 正弦量的相量表示 123

5.2.2 相量的复数运算 124

5.3 单一电阻、电容、电感元件正弦交流电路 126

5.3.1 纯电阻电路 126

5.3.2 纯电感电路 127

5.3.3 纯电容电路 130

5.4 正弦交流电路的一般分析方法 133

5.4.1 复阻抗与复导纳 133

5.4.2 R、L、C串联的正弦交流电路 134

5.4.3 R、L、C 并联的正弦交流电路 137

5.4.4 阻抗的串联和并联 140

5.5 功率因数的提高 143

5.5.1 二端口网络的功率 143

5.5.2 功率因数提高 145

5.6 复杂电路的分析方法 147

5.6.1 节点电压法 147

5.6.2 网孔电流法 148

5.6.3 叠加原理 149

5.6.4 戴维南定理 149

5.6.5 最大功率传输定理 151

5.7 知识拓展与应用：GPS定位原理 152

5.8 实验仿真：正弦交流电路的Simulink仿真 153

本章小结 155

习题 156

第6章 多频率正弦信号的响应 163

6.1 傅里叶分析与频率响应 164

6.1.1 傅里叶分析 164

6.1.2 频率响应 165

6.2 传递函数与波特图 165

6.2.1 幅频特性和相频特性 166

6.2.2 波特图 167

6.3 滤波器 170

6.3.1 一阶RC低通滤波器 171

6.3.2 一阶RC高通滤波器 172

6.3.3 RC带通滤波器 173

6.4 谐振 173

6.4.1 串联谐振 174

6.4.2 并联谐振 177

6.5 知识拓展与应用：共振与谐振 179

6.6 实验仿真：Simulink对无源低通滤波器类型的仿真及其特性 183

6.6.1 RC滤波器电路图与理论分析 183

6.6.2 LC滤波器电路图与理论分析 184

6.6.3 Simulink对多种滤波器仿真比较分析 185

本章小结 186

习题 187

第7章 三相交流电路分析 190

7 1 三相电力系统介绍 191

7.2 三相电源的连接方式 192

7.2.1 三相电源 192

7.2.2 三相电源的星形连接 193

7.2.3 三相电源的三角形连接 194

7.2.4 三相电的分类 195

7.3 三相负载的连接方式 196

7.3.1 三相负载的星形连接 197

7.3.2 三相负载的三角形连接 199

7.4 三相电路计算 200

7.4.1 对称三相电路的计算 200

7.4.2 不对称三相电路的计算 203

7.5 三相功率计算 205

7.6 知识拓展与应用：单相功率表测三相功率 206

7.6.1 电动式功率表的结构及工作原理 206

7.6.2 一瓦表法测三相功率 207

7.6.3 二瓦表法测三相功率 208

7.6.4 三瓦表法测三相功率 208

7.7 实验仿真：基于Simulink的三相电路仿真 209

本章小结 211

习题 212

第8章 磁路与变压器 216

8.1 磁场的基本物理量 217

8.2 磁路的基本定律 219

8.2.1 磁路 219

8.2.2 磁路基本定律 220

8.2.3 磁路与电路的比较 222

8.2.4 磁路的分析计算 223

8.3 磁性材料的性能 226

8.3.1 磁性材料的磁性能 226

8.3.2 磁性物质的分类 228

8.3.3 铁芯损耗 229

8.4 变压器的结构和工作原理 230

8.4.1 交流铁芯线圈电路 230

8.4.2 变压器的结构和工作原理 231

8.4.3 变压器的外特性额定值、损耗和效率问题 234

8.4.4 变压器的同名端及其测定 236

8.5 常用变压器 237

8.5.1 三相电力变压器 237

8.5.2 自耦变压器 237

8.5.3 仪用互感器 238

8.6 电磁铁 240

8.7 知识拓展与应用：日常生活中的电磁感应 241

8.8 实验仿真：Simulink对变压器的仿真 242

本章小结 245

习题 245

第9章 三相异步电动机 252

9.1 电动机的分类和结构 253

9.1.1 电动机的分类 253

9.1.2 三相异步电动机 254

9.2 三相异步电动机工作原理 257

9.2.1 三相异步电动机的结构和原理 257

9.2.2 三相异步电动机的极数与转速 260

9.2.3 三相异步电动机的定子电路与转子电路 262

9.3 三相异步电动机的特性和铭牌数据 263

9.3.1 三相异步电机的转矩特性与机械特性 263

9.3.2 三相异步电机的铭牌数据 265

9.4 三相异步电动机的使用 266

9.4.1 三相异步电动机的启动 266

9.4.2 鼠笼型异步电动机的启动方法 267

9.4.3 绕线式三相异步电动机的启动 268

9.4.4 三相异步电动机的调速 270

9.4.5 三相异步电动机的制动与反转 271

9.4.6 三相异步电动机的使用、维护及故障处理 273

9.5 其他电动机 273

9.5.1 单相异步电动机 273

9.5.2 三相同步电动机 273

9.5.3 直流电机 276

9.5.4 控制电机 277

9.6 知识拓展与应用：日光灯法测定转差率 279

9.7 实验仿真：基于Simulink的异步电动机模型仿真 280

9.7.1 异步电动机模块简介 280

9.7.2 鼠笼型异步电动机的仿真模型建立 282

9.7.3 鼠笼型异步电动机的仿真分析 282

本章小结 284

习题 285

第10章 继电接触控制系统 289

10.1 电气控制介绍 290

10.1.1 常用低压控制电器 290

10.1.2 继电接触器控制电路的基本控制规律 293

10.2 单向直接启动控制 295

10.2.1 直接启动控制电路 295

10.2.2 连续运转控制 295

10.3 正反转控制 296

10.3.1 三相异步电动机正反转控制电路的特点与应用 296

10.3.2 自锁与互锁的区别 297

10.3.3 接触器互锁的反转控制电路 297

10.3.4 双重互锁的正反转控制电路 297

10.4 连锁控制 298

10.5 集中控制与分散控制 299

10.6 典型控制环节 299

10.6.1 行程控制 299

10.6.2 时间控制 300

10.6.3 速度控制 302

10.7 可编程控制器 302

10.8 知识拓展与应用：电梯的电气控制 304

10.8.1 电气控制系统 304

10.8.2 电梯控制电路的典型环节 305

10.8.3 电梯控制的PLC 307

10.9 实验仿真：异步电动机启动过程的Simulink仿真 308

10.9.1 直接启动 308

10.9.2 降压启动 310

本章小结 311

习题 312

第11章 供电知识与安全用电 315

11.1 电力系统介绍 316

11.1.1 供配电基本知识 316

11.1.2 常见供配电形式 317

11.2 触电与触电伤害 317

11.2.1 触电伤害事故 318

11.2.2 电流对人体的伤害 320

11.3 防止触电的技术措施 322

11.3.1 工作接地 322

11.3.2 保护接地 323

11.3.3 保护接零 323

11.4 触电急救 325

11.4.1 人体触电后的表现 326

11.4.2 人体触电后脱离电源的方法 326

11.4.3 对症救治 327

11.4.4 电器火灾处理 327

11.5 防雷电破坏措施 328

11.5.1 雷电的危害 328

11.5.2 防雷保护措施 329

11.6 知识拓展与应用：家庭用电安全 329

11.6.1 家庭布线 329

11.6.2 家用电器安全使用 330

11.7 实验仿真：基于Simulink对电力系统的仿真 330

本章小结 333

习题 333

第12章 电工仪表与测量 335

12.1 常用电工仪表的组成和分类 336

12.1.1 电工指示仪表的组成 336

12.1.2 电工指示仪表的基本工作原理 338

12.2 常见电工仪表的使用 339

12.2.1 万用表 339

12.2.2 钳形表与兆欧表 342

12.2.3 示波器 345

12.3 测量方法与测量误差 347

12.3.1 测量的概念及常用术语 347

12.3.2 测量方法的分类 348

12.3.3 测量误差的分类 349

12.4 对电路物理量的测量 352

12.4.1 电流与电压的测量 352

12.4.2 功率与电能的测量 355

12.5 电路参数的测量 358

12.5.1 电阻的测量 358

12.5.2 电容、电感的测量 360

12.6 智能仪器与虚拟技术 363

12.7 知识拓展与应用：常用电工工具的使用 364

12.8 实验仿真：Simulink 中测量模块介绍 367

本章小结 369

习题 370