电工技术

本书是南京航空航天大学精品教材，同时也是“十三五”江苏省高等学校重点教材。全书采用模块化教材编写体系，共6个模块，分别是直流电路（电路元件与电路定律、电路的分析方法、电路的暂态分析）、交流电路（正弦交流电路、非正弦周期电流电路、三相电路）、电磁学、电动机（交流电动机、直流电动机）、电动机控制电路（继电接触器控制系统、可编程逻辑控制器）、电路仿真。 本书引入了近期新的国家及国际电工委员会（IEC）标准，进一步强化了电工课程的“应用性”“工程性”特征。本书可作为普通高等学校非电类专业“电工与电子技术”“电工基础”等课程的教材，也可供相关工程技术人员参考。

第一篇 直流电路
第1章 电路元件与电路定律 1
1.1 电路和电路模型 1
1.1.1 电路的组成 1
1.1.2 电路模型 2
1.2 电路的基本物理量及其参考方向 2
1.2.1 电流及其参考方向 2
1.2.2 电压及其参考方向 3
1.2.3 电位 4
1.2.4 电功率 4
1.2.5 电气设备的额定值 5
1.3 理想电路元件 6
1.3.1 电阻元件 6
1.3.2 理想有源元件 7
1.4 电路的工作状态 8
1.4.1 开路 9
1.4.2 短路 9
1.4.3 有载 10
1.5 基尔霍夫定律 11
1.5.1 基尔霍夫电流定律 11
1.5.2 基尔霍夫电压定律 12
1.6 工程应用 14
1.6.1 漏电事故分析 14
1.6.2 漏电保护器 15
习题 15
第2章 电路的分析方法 19
2.1 电阻的等效变换 19
2.1.1 等效变换的概念 19
2.1.2 电阻的串联 20
2.1.3 电阻的并联 20
*2.1.4 电阻星形连接与三角形连接的等效变换 23
2.2 电源的等效变换 24
2.2.1 理想电压源串并联的等效变换 24
2.2.2 理想电流源串并联的等效变换 26
2.2.3 实际电源模型 27
2.2.4 电压源和电流源的等效变换 28
2.3 支路电流法 30
2.4 节点电压法 32
2.4.1 节点电压 32
2.4.2 节点电压方程 33
2.4.3 节点电压法在两个节点电路中的应用 33
2.5 叠加定理 35
2.6 戴维南定理和诺顿定理 37
2.6.1 戴维南定理 37
2.6.2 诺顿定理 40
2.6.3 负载获得优选功率的条件 41
*2.7 受控电源电路的分析 42
2.8 工程应用 44
习题 46
第3章 电路的暂态分析 53
3.1 引言 53
3.2 电感元件与电容元件 53
3.2.1 电感元件 53
3.2.2 电容元件 55
3.3 产生暂态过程的条件和换路定则 57
3.3.1 暂态过程的产生 57
3.3.2 换路定则 57
3.3.3 电路初始值的确定 58
3.3.4 电路稳态值的确定 58
3.4 一阶电路的零输入响应 60
3.4.1 RC电路的零输入响应 60
3.4.2 RL电路的零输入响应 62
3.5 一阶电路的零状态响应 64
3.5.1 RC电路的零状态响应 64
3.5.2 RL电路的零状态响应 66
3.6 一阶电路的全响应 67
3.6.1 RC电路的全响应 68
3.6.2 RL电路的全响应 69
3.7 一阶线性电路暂态分析的三要素法 70
*3.8 微分电路与积分电路 73
3.8.1 RC电路对单脉冲的响应 73
3.8.2 RC电路对重复脉冲的响应 74
3.8.3 微分电路和积分电路 75
3.9 工程应用 76
习题 79
第二篇 交流电路
第4章 正弦交流电路 83
4.1 引言 83
4.2 正弦交流电的基本概念 83
4.2.1 幅值或有效值 84
4.2.2 周期或频率 85
4.2.3 初相位 85
4.3 正弦量的相量表示 87
4.3.1 相量的定义 87
4.3.2 旋转矢量 88
4.3.3 正弦量的相量运算 89
4.4 单一元件的交流电路 90
4.4.1 电阻元件的交流电路 90
4.4.2 电感元件的交流电路 91
4.4.3 电容元件的交流电路 93
4.5 电阻、电感与电容串联的交流电路 95
4.5.1 电压、电流相量的关系式 95
4.5.2 阻抗 96
4.5.3 功率 96
4.6 阻抗的串联与并联 98
4.6.1 阻抗的串联 98
4.6.2 阻抗的并联 99
4.7 交流电路的频率特性 101
4.7.1 滤波电路 101
4.7.2 谐振电路 104
4.8 功率因数的提高 108
4.8.1 功率因数提高的意义 108
4.8.2 提高功率因数的方法 109
4.9 工程应用 111
习题 112
*第5章 非正弦周期电流电路 117
5.1 非正弦周期信号的分解 117
5.2 非正弦周期信号的有效值、平均值和平均功率 118
5.3 非正弦周期电流电路的分析 120
5.4 工程应用 123
习题 124
第6章 三相电路 126
6.1 三相电的产生 126
6.1.1 三相发电机 126
6.1.2 三相电动势 127
6.1.3 三相电动势的频率 127
6.1.4 相序 128
6.1.5 三相定子绕组的连接 128
6.2 负载星形连接电路的分析 129
6.2.1 三相四线制电路 129
6.2.2 三相三线制电路 131
6.3 负载三角形连接的电路 131
6.4 三相功率 132
6.4.1 三相功率的计算 132
6.4.2 三相功率(有功功率)的测量 134
*6.5 发电与输配电 134
6.5.1 电力系统概述 135
6.5.2 工业及民用配电 137
6.6 工程应用 137
6.6.1 TN 系统 137
6.6.2 TT 系统 139
6.6.3 IT 系统 140
习题 140
第三篇 电磁学
第7章 磁路、铁心线圈与变压器 143
7.1 磁路的基本概念 143
7.1.1 磁路的基本物理量 144
7.1.2 磁路的基本定律 145
7.2 磁性材料的磁性能 148
7.2.1 铁磁物质的磁化 148
7.2.2 磁饱和性 149
7.2.3 磁滞性 149
7.2.4 磁滞回线 149
7.2.5 磁性物质的分类与应用 150
7.3 磁路的计算 151
7.3.1 简单串联磁路 151
7.3.2 简单并联磁路 152
7.4 铁心线圈电路 154
7.4.1 直流铁心线圈 154
7.4.2 交流铁心线圈 154
7.5 变压器 159
7.5.1 变压器工作原理 159
7.5.2 变压器的额定值 165
7.5.3 变压器的运行特性 166
7.5.4 特殊变压器 167
7.5.5 变压器绕组的极性 168
*7.6 电磁铁 169
7.6.1 直流电磁铁 169
7.6.2 交流电磁铁 170
7.7 工程应用 171
习题 173
第四篇 电动机
第8章 交流电动机 174
8.1 电机概述 174
8.2 三相异步电动机的结构 175
8.3 三相异步电动机的转动原理 177
8.3.1 旋转磁场的产生 177
8.3.2 旋转磁场的转动方向 179
8.3.3 旋转磁场的转速 179
8.3.4 转差率 180
8.4 三相异步电动机的电路分析 180
8.4.1 定子电路 181
8.4.2 转子电路 181
8.5 三相异步电动机的机械特性 182
8.5.1 转矩公式 183
8.5.2 机械特性曲线 183
8.5.3 电动机自动适应负载的能力 185
8.6 三相异步电动机的铭牌和技术数据 186
8.6.1 铭牌数据 186
8.6.2 技术数据 188
8.7 三相异步电动机的起动 189
8.7.1 起动性能 189
8.7.2 直接起动 189
8.7.3 降压起动 190
8.7.4 绕线型异步电动机的起动方法 192
8.8 三相异步电动机的调速 193
8.8.1 笼型电动机调速方法 194
8.8.2 绕线型电动机调速方法 194
8.9 三相异步电动机的制动 195
8.10 单相异步电动机 197
8.10.1 单相脉动磁场 197
8.10.2 电容分相式异步电动机 198
8.10.3 罩极式电动机 199
8.11 工程应用 200
习题 201
△第9章 直流电动机 202
9.1 直流电动机的基本结构和分类 202
9.1.1 直流电动机的构造 202
9.1.2 直流电动机的分类 203
9.1.3 直流电动机与交流电动机的比较 203
9.2 直流电动机的基本工作原理 204
9.3 直流电动机的机械特性 205
9.4 直流电动机的起动与反转 206
9.4.1 并励电动机的起动 207
9.4.2 直流电动机的反转 207
9.5 直流电动机的调速 208
9.5.1 改变电源电压U 208
9.5.2 改变磁通Φ (调磁) 208
9.5.3 改变电枢回路的电阻调速 209
9.6 工程应用 209
9.6.1 直流电机 209
9.6.2 伺服电机 210
9.6.3 步进电机 211
习题 212
第五篇 电动机控制电路
第10章 继电接触器控制系统 214
10.1 引言 214
10.2 常用低压电器 214
10.2.1 刀开关 215
10.2.2 组合开关 215
10.2.3 按钮 216
10.2.4 接触器 217
10.2.5 继电器 218
10.2.6 行程开关 220
10.2.7 熔断器 221
10.2.8 低压断路器 221
10.3 三相异步电动机的基本控制电路 222
10.3.1 直接起停控制 222
10.3.2 正反转控制 224
△10.4 行程控制 227
10.4.1 限位控制 227
10.4.2 自动往返控制 228
△10.5 时间控制 229
10.5.1 电动机的Y-△换接起动控制 229
10.5.2 电动机的能耗制动控制 230
10.6 工程应用 231
习题 233
*第11章 可编程逻辑控制器 236
11.1 可编程逻辑控制器的结构和工作原理 236
11.1.1 PLC的结构及组成部分 236
11.1.2 PLC的工作方式 238
11.1.3 PLC的主要技术参数 238
11.1.4 PLC的主要功能和特点 239
11.2 PLC的编程 240
11.2.1 PLC编程语言 240
11.2.2 PLC的编程原则和方法 241
11.2.3 PLC的指令系统 243
11.3 PLC系统设计 249
11.4 工程应用 249
习题 251
第六篇 电路仿真
第12章 电路仿真软件MATLAB及应用 254
12.1 MATLAB软件介绍 254
12.1.1 MATLAB的主要组成部分 254
……