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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