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第一篇 电路基础理论 1

第一章 从物理学向电路理论过渡 1

1.1 电路分析导论 1

1.2 电路、系统及其模型 2

1.2.1 电路与系统的概念 2

1.2.2 电路模型 3

1.3 电路分析中的若干规则 4

1.3.1 关于参数与变量 5

1.3.2 电流、电压的参考方向 5

1.3.3 功率计算的规范化方法 7

1.4 电路中电位的计算 9

1.5 电阻 11

1.6 电感 12

1.6.1 电感中物理现象的回顾 12

1.6.2 电感上电压与电流的关系 13

1.6.3 电感中的储能 15

1.7 电容器 15

1.7.1 电容器上的端口特性 15

1.7.2 电容、电感特性的对偶性 17

1.8 电源 18

1.8.1 电源的工作状态 18

1.8.2 电压源 19

1.8.3 电流源 20

1.8.4 电源的工作点 21

1.9 基尔霍夫定律 22

1.9.1 基本名词 22

1.9.2 基尔霍夫电流定律 22

1.9.3 基尔霍夫电流定律推广到多端网路 23

1.9.4 基尔霍夫电压定律 23

1.9.5 基尔霍夫电压定律推广到开口电路 24

1.9.6 导出电压与路径无关的概念 25

1.9.7 导出一段含源电路的欧姆定律 25

1.10 基尔霍夫定律的重要意义 26

1.10.1 基本思想的形成 26

1.10.2 结点方程的独立性 26

1.10.3 回路方程的独立性 27

习题 27

第二章 电路的基础分析法 32

2.1 电阻的联接 32

2.1.1 电阻的串联及分压公式 32

2.1.2 电阻的并联及分流公式 33

2.2 星形网路与三角形网路的等效变换 33

2.2.1 问题的提出 33

2.2.2 等效变换的条件及公式 34

2.3 实际电源模型的等效变换 37

2.4 结点电位法与弥尔曼定理 39

2.4.1 方法的导出 40

2.4.2 弥尔曼定理 40

2.5 回路法 41

2.6 叠加定理 43

2.6.1 叠加定理的表述 43

2.6.2 叠加定理的证明 45

2.6.3 齐性定理 45

2.7 戴维南定理 46

2.7.1 逻辑思考 46

2.7.2 戴维南定理 47

2.7.3 戴维南定理的证明 48

2.7.4 戴维南定理的推论——诺顿定理 48

2.7.5 应用戴维南定理应注意的问题 49

2.8 含受控源电路的分析 50

2.9 非线性电路的分析计算 54

2.9.1 非线性元件特性表示法及电路分析的特点 54

2.9.2 非线性电阻电路的图解静态分析 54

2.9.3 非线性电路的动态图解分析 55

2.9.4 动态分量的小信号模型 56

习题 57

第二篇 工程电路 64

第三章 正弦交流电路的稳态分析 64

3.1 正弦交流电的基本概念 64

3.1.1 什么是正弦交流电 64

3.1.2 正弦量的三要素 65

3.2 正弦量的相量表示法 67

3.2.1 问题的由来 67

3.2.2 相量的定义 68

3.2.3 基尔霍夫定律的相量形式 69

3.2.4 正弦量的相量图 70

3.2.5 正弦量一阶导数的相量 70

3.3 不同性质元件上的正弦稳态响应 71

3.3.1 电阻元件在正弦激励下的特性 71

3.3.2 理想电感元件上正弦响应的特殊性 72

3.3.3 理想电容元件上正弦响应的特殊性 74

3.4 复合参数支路上的正弦稳态响应 77

3.4.1 RLC串联电路中各电压的相量关系 77

3.4.2 端口上电压与电流的关系 78

3.4.3 复阻抗运算 80

3.5 无源单口网路上的功率 81

3.5.1 瞬时功率 82

3.5.2 视在功率、有功功率、无功功率之关系 82

3.5.3 功率因数的提高 84

3.6 复杂交流电路的计算 85

3.7 相量图在电路分析中的应用 87

习题 89

第四章 三相正弦交流电路 93

4.1 三相正弦交流电的基本概念 93

4.1.1 三相电源 93

4.1.2 三相绕组的联接和供电方式 94

4.1.3 三相四线制供电时相电压与线电压的关系 95

4.2 三相负载作星形联接运行 95

4.2.1 各电流的计算 95

4.2.2 对称负载运行时的特殊情况 96

4.2.3 三相星形不对称负载的运行 96

4.3 三相负载作三角形联接运行 98

4.3.1 各电流的计算 98

4.3.2 对称负载运行时的特殊情况 98

4.4 三相功率 100

4.4.1 有功功率 100

4.4.2 三相功率的测量 101

习题 103

第五章 电路的频域分析 107

5.1 正弦网络函数 107

5.2 RC滤波器 107

5.2.1 RC低通滤波器 107

5.2.2 RC高通滤波器 108

5.2.3 RC带通滤波器 109

5.3 电路中的谐振现象 111

5.3.1 串联谐振 111

5.3.2 并联谐振 114

5.4 非正弦电路的分析计算方法 116

5.4.1 非正弦量的谐波分析 116

5.4.2 频谱线图 118

5.4.3 线性电路在非正弦激励下的计算 118

5.4.4 非正弦电流、电压的有效值 120

习题 121

第六章 电路的时域分析 126

6.1 时域分析的基础知识 126

6.1.1 电路中的过渡过程及换路定律 126

6.1.2 电路的动态方程及初始条件 126

6.2 一阶电路的零输入响应 128

6.2.1 一阶RC电路的零输入响应 128

6.2.2 一阶RL电路的零输入响应 130

6.3 一阶电路的全响应和零状态响应 132

6.3.1 一阶RC电路的全响应 132

6.3.2 一阶RC电路的零状态响应 133

6.3.3 关于时间常数 133

6.4 一阶电路在直流激励下的三要素法 135

6.5 一阶RC电路对矩形脉冲电压激励的响应 138

6.5.1 寄生参数对矩形脉冲激励下响应的影响 138

6.5.2 RC微分电路 138

6.5.3 RC积分电路 139

6.6 一阶电路的正弦响应 140

6.7 二阶电路中过渡过程的特殊性 141

习题 144

第七章 互感电路 149

7.1 互感的基本概念 149

7.1.1 互感现象的磁量关系 149

7.1.2 互感的电磁关系和互感系数的定义 150

7.1.3 两电流同时存在时的电磁关系 150

7.1.4 耦合系数 150

7.1.5 同名端 151

7.2 互感电路的计算特点 152

7.2.1 互感的串联 152

7.2.2 互感的并联 153

7.2.3 单纯磁耦合电路 153

习题 154

第三篇 应用技术 157

第八章 磁路和变压器 157

8.1 磁路的基本概念 157

8.1.1 磁路及其基本物理量 157

8.1.2 磁性材料的磁性能 158

8.1.3 磁路的基本定律 159

8.2 直流磁路简介 161

8.3 交流铁心线圈电路 162

8.3.1 交流铁心线圈中的电磁关系 163

8.3.2 交流铁心线圈中电压与电流的关系 163

8.3.3 交流铁心线圈中的功率损耗 164

8.3.4 交流铁心线圈的等效电路 164

8.4 变压器的构造和工作原理 165

8.4.1 变压器的工作原理 165

8.4.2 变压器的基本结构 166

8.5 变压器的运行分析 166

8.5.1 变压器的空载运行 166

8.5.2 变压器的有载运行 167

8.5.3 变压器的阻抗变换作用 168

8.5.4 变压器的效率 169

8.5.5 变压器的额定值 169

8.6 其他型式的变压器 169

8.6.1 自耦变压器 169

8.6.2 仪用互感器 170

8.6.3 三相变压器 170

习题 171

第九章 电力驱动 173

9.1 机电能量转换原理 173

9.1.1 电动机和发电机的工作原理 173

9.1.2 电磁转矩和感应电动势 174

9.1.3 能量平衡关系 174

9.2 三相异步电动机的构造和工作原理 175

9.2.1 三相异步电动机工作原理的逻辑思维 175

9.2.2 三相异步电动机旋转磁场的产生 176

9.2.3 转子的构造及转速、转差率 178

9.2.4 三相异步电动机的结构分类 178

9.3 三相异步电动机的转矩特性和机械特性 179

9.3.1 三相异步电动机的电路分析 179

9.3.2 三相异步电动机的转矩特性 180

9.3.3 三相异步电动机的机械特性 181

9.4 三相异步电动机的使用技术 183

9.4.1 三相异步电动机的启动 183

9.4.2 三相异步电动机的调速 185

9.4.3 反转 187

9.4.4 制动 187

9.5 三相异步电动机的铭牌数据 188

9.6 单相异步电动机 189

9.6.1 单相异步电动机的工作原理 189

9.6.2 单相异步电动机启动转矩的产生 190

9.7 直流电动机 191

9.7.1 直流电动机的分类 192

9.7.2 并励电动机的机械特性 192

9.7.3 并励电动机的启动 193

9.7.4 并励电动机的调速 193

9.8 控制电机 195

9.8.1 交流伺服电动机 195

9.8.2 直流伺服电动机 196

9.8.3 步进电动机 197

习题 199

第十章 继电接触控制电路 201

10.1 概述 201

10.2 常用低压开关电器 202

10.2.1 低压配电电器 202

10.2.2 低压控制电器 204

10.3 继电接触控制的应用范例 208

10.3.1 小型异步电动机的直接启动控制电路 208

10.3.2 可以在不同地点启、停的控制电路 209

10.3.3 小型三相异步电动机的正反转控制电路 209

10.3.4 三相异步电动机的星形—三角形启动控制电路 210

10.3.5 具有行程控制的电路 211

10.4 继电接触控制电路的要点归纳 213

10.4.1 对信号的处理 213

10.4.2 信号的基本逻辑关系 214

10.4.3 对继电接触控制电路的基本要求 215

10.4.4 继电接触控制电路设计初步 216

10.5 集成电动机启动器介绍 218

10.5.1 一般的电动机启动器 218

10.5.2 电动机软启动器 218

10.5.3 软启动器的工作原理 218

10.5.4 软启动器的接入方式 219

10.5.5 软启动器的运行方式 220

10.5.6 软启动器的选用 221

10.5.7 固体继电器 221

习题 222

第十一章 可编程控制器及其应用 226

11.1 可编程控制器的结构和工作原理 226

11.1.1 PLC的一般结构 226

11.1.2 PLC的基本工作原理 228

11.1.3 PLC的分类及应用场合 229

11.2 可编程控制器的技术性能指标 230

11.2.1 PLC的基本技术指标 230

11.2.2 FP1性能介绍 231

11.2.3 FP1-C40的内部寄存器及I/O配置 232

11.3 可编程控制器FP1的基本指令 234

11.4 PLC编程的基本原则和技巧 240

11.4.1 编程的基本原则 240

11.4.2 编程技巧 241

11.5 PLC控制系统的设计 242

11.5.1 PLC的应用设计步骤 242

11.5.2 PLC控制系统设计举例 243

习题 246

第十二章 电工测量与非电量电测 249

12.1 常用电工仪表 249

12.1.1 电工测量仪表、仪器的分类 249

12.1.2 磁电系测量仪表 250

12.1.3 电磁系测量仪表 252

12.1.4 电动系测量仪表 254

12.1.5 万用表 255

12.1.6 兆欧表 257

12.2 电工仪表的误差及准确度 259

12.2.1 误差的表示方法 259

12.2.2 电工仪表准确度的表示方法 260

12.3 电桥法比较测量 262

12.3.1 用直流电桥测量电阻 262

12.3.2 用交流电桥测量电感、电容 263

12.4 工程测量及其误差 264

12.4.1 测量方式 264

12.4.2 测量误差 265

12.4.3 系统误差的估计和处理 267

12.5 非电量电测 269

12.5.1 传感器的基本概念 269

12.5.2 温度的检测 269

12.5.3 材料应变的测量 272

12.5.4 电桥测量电路 273

12.5.5 转速的检测 273

习题 276

第十三章 安全用电 277

13.1 触电及安全保障措施 277

13.1.1 电击 277

13.1.2 电伤 277

13.1.3 触电的形式 278

13.1.4 电气安全的基本要求 278

13.1.5 家庭安全用电 279

13.1.6 电气事故的紧急处置 280

13.2 电气接地和接零 280

13.2.1 工作接地 280

13.2.2 保护接地 281

13.2.3 接地保护的原理 282

13.2.4 不重复接地的危险 283

13.2.5 对接地系统的一般要求 283

部分习题答案 284

参考文献 292