高清PDF带书签《电工电子技术》 上 黄金侠 主编 高清晰可复制文字版

前　　言
教材是教师实施教育的重要载体和主要依据，是学生获取知识、提升能力的重要渠道。编写一本合适的教材，教与学都可以达到事半功倍的效果。近几年，高校开始进行大类招生，学生在一二年级不分专业，按学科大类统一学习规定的基础平台课程。很多高校已将《电工电子技术》列为基础教学平台课程。加强通识教育，实行宽口径知识培养。为了更好地满足大类招生对课程教学内容的需求，结合目前课程教学改革的标准和要求，以及科学技术的新发展，在多年课程教学改革和实践探索的基础上，总结经验，依据教育部制定的工科高校 “电工电子技术”课程教学基本要求，为适应高等学校工科非电类专业 “电工电子技术”课程改革的需要而编写的。
本书在编写时立足于 “结构新颖，整体贯通，深入浅出，化难为易，好学易懂，重点突出，便于自学，利于教学”。与同类教材相比，本书更加注重基本概念的讲解，解题技能的训练，工程分析、设计与实践能力的培养。这是一本既能满足教学基本要求又有加深拓宽，对非电专业非常适用并且符合实际需要的教材。本教材具有如下特色：
（1）本教材体现电工电子技术课程教学 “保基础、重实践、少而精”的特点，整合课程内容，体现科学性，突出实践性和应用性，满足大类招生下学时较少的教学需要。
（2）教材内容涵盖了电气工程学科的大多数研究领域，满足不同专业学生利用与电气工程学科交叉、渗透、融合来促进其本身学科的学习的需求。
（3）将新知识、新理论和新技术充实到教材中去，为学生提供符合时代需要的知识体系。每章以内容提要和本章目标开头，使读者能在学习前明确目标；每章结尾部分又有把主要知识点进行梳理的本章小结。
（4）教材的编写过程中，作者精心设计讲授的内容，精心编辑所讲授内容之间的逻辑关系，采用分层次递进的教、学、练相结合的结构。在教与学的同时多 “练”就显得很重要，每小节都有思考与练习。每章都含有多个例题、精选各类选择题、分析题和计算题，这些题目可以进一步测试对教学内容的掌握情况，为后继学习作好铺垫。
（5）本课程的特点是电路图较多，传统的黑板加粉笔的教学方法难以提供较大的信息量，而且不可避免地要画大量电路图，既费时又费力。为了适应教学改革的需要，我们研究开发了多媒体课件，并引入教学。利用多媒体 PPT教学，不仅可以大大减少教师的重复性劳动，而且因其图文并茂、形象逼真、信息量大而增强学生注意力，还可集中优秀教师的教学经验，使学生达到最佳学习效果。
（6）《电工电子技术 （下）》的附录中增加了仿真软件 Multisim12在电路分析中的应用的内容。Multisim仿真软件逼真的人机交互界面，可以模仿真实的实验环境，使学生产生身临其境的实验环境的感受，使得抽象、晦涩难懂的理论知识变得直观且易于理解。将仿真技术与多媒体应用相结合，在理论教学中直接嵌入仿真实验，将传统教室变为虚拟实验室，实现理论与实践教学一体化。
全书共分为 10章，包括电路的基本概念和基本定律、电路的分析方法、电路的暂态分析、正弦交流电路、三相交流电路、磁路与变压器、电动机、继电接触器控制、可编程序控制器、电工测量。各章开始设有学习目标及内容提要，结束设有本章小结。各章配有丰富的例题、习题和思考题，书后提供了部分习题的参考答案，便于教师教学和学生自学。由于非电类专业甚多，对电工电子技术的要求不一，学时也有差别，本书的参考学时为 50～70学时。教学内容分为两类：
（1）共性基本内容：各非电专业所规定的基本教学内容。
（2）非共性基本内容 （标以 “△”号）：根据各非电专业本身的需求规定的教学内容。
为方便教师教学，本书配有免费电子教学课件。任课教师可登录 www.cmpedu.com免费下载或发送邮件至 hjxlcj2006＠sina.com咨询。
本书主要由佳木斯大学信息电子技术学院电工学课程组编写。全书由黄金侠主编，负责定稿和统稿工作。其中黄金侠编写第 1、3章、宋国义编写第 2、4章；张炯编写第 5章、附录；郭庆龙编写第 6、7章；张良编写第 8、10章；王越男编写第 9章。主审李晶教授和学校的李丽敏老师为本书的编写提出了很多宝贵修改意见。在编写过程中，学习和借鉴了大量有关的参考资料，在此向所有作者表示深深的感谢。
由于编者水平有限，书中的错误和不妥之处在所难免，欢迎使用教材的教师、学生和工程技术人员提出意见和建议，以便改进和提高。
编 者
2016.5

内容索引：

目　　录
前言
第 1章 电路的基本概念与基本定律…………………………………………………………… 1
1.1　电路的基本概念 ………………………………………………………………………… 1
1.1.1　电路的作用与组成 ……………………………………………………………………… 1
1.1.2　电路模型 ……………………………………………………………………………… 2
1.1.3　电流、电压及其参考方向 ……………………………………………………………… 3
1.1.4　电功率和电能 ………………………………………………………………………… 4
1.2　电路元件 ………………………………………………………………………………… 6
1.2.1　无源电路元件 ………………………………………………………………………… 6
1.2.2　有源电路元件 ………………………………………………………………………… 10
1.3　电路的工作状态………………………………………………………………………… 14
1.3.1　电路有载工作状态 …………………………………………………………………… 15
1.3.2　电路开路 ……………………………………………………………………………… 16
1.3.3　电路短路 ……………………………………………………………………………… 16
1.4　基尔霍夫定律…………………………………………………………………………… 17
1.4.1　基尔霍夫电流定律 …………………………………………………………………… 17
1.4.2　基尔霍夫电压定律 …………………………………………………………………… 18
1.5　电路中的电位…………………………………………………………………………… 20
本章小结 ……………………………………………………………………………………… 22
习题 1 ………………………………………………………………………………………… 23
第 2章 电路的分析方法 ……………………………………………………………………… 28
2.1　支路电流法……………………………………………………………………………… 28
2.2　结点电压法……………………………………………………………………………… 30
2.3　叠加原理………………………………………………………………………………… 32
2.4　等效电源定理…………………………………………………………………………… 35
2.4.1　戴维南定理 …………………………………………………………………………… 35
2.4.2　诺顿定理 ……………………………………………………………………………… 38
2.5　非线性电阻电路………………………………………………………………………… 39
本章小结 ……………………………………………………………………………………… 41
习题 2 ………………………………………………………………………………………… 42
第 3章 电路暂态分析 ………………………………………………………………………… 47
3.1　电路的暂态及换路定则………………………………………………………………… 47

3.1.1　电路的暂态 …………………………………………………………………………… 47
3.1.2　换路定则 ……………………………………………………………………………… 48
3.2　RC电路的响应 ………………………………………………………………………… 50
3.2.1　RC电路的零输入响应 ………………………………………………………………… 50
3.2.2　RC电路的零状态响应 ………………………………………………………………… 52
3.2.3　RC电路的全响应 ……………………………………………………………………… 53
3.3　RL电路的响应 ………………………………………………………………………… 55
3.3.1　RL电路的零输入响应 ………………………………………………………………… 55
3.3.2　RL电路的零状态响应 ………………………………………………………………… 57
3.3.3　RL电路的全响应 ……………………………………………………………………… 57
3.4　一阶线性暂态电路分析的三要素法…………………………………………………… 58
3.5　微分与积分电路………………………………………………………………………… 61
3.5.1　微分电路 ……………………………………………………………………………… 61
3.5.2　积分电路 ……………………………………………………………………………… 62
本章小结 ……………………………………………………………………………………… 63
习题 3 ………………………………………………………………………………………… 64
第 4章 正弦交流电路 ………………………………………………………………………… 70
4.1　正弦量的基本概念……………………………………………………………………… 70
4.1.1　正弦量变化的快慢 …………………………………………………………………… 70
4.1.2　正弦量变化的大小 …………………………………………………………………… 71
4.1.3　正弦量变化的进程 …………………………………………………………………… 71
4.2　正弦量的相量表示……………………………………………………………………… 73
4.3　单一参数的交流电路…………………………………………………………………… 75
4.3.1　电阻元件的正弦交流电路……………………………………………………………… 75
4.3.2　电感元件的正弦交流电路……………………………………………………………… 77
4.3.3　电容元件的正弦交流电路……………………………………………………………… 79
4.4　电阻、电感与电容组合的交流电路…………………………………………………… 81
4.4.1　电阻、电感与电容串联的交流电路 …………………………………………………… 81
4.4.2　阻抗的串联与并联 …………………………………………………………………… 84
△4.4.3　复杂正弦交流电路的分析与计算 ……………………………………………………… 86
4.5　功率因数的提高………………………………………………………………………… 87
4.6　交流电路的频率特性…………………………………………………………………… 90
4.6.1　RC滤波电路 ………………………………………………………………………… 90
4.6.2　电路中的谐振 ………………………………………………………………………… 93
△4.7　非正弦周期电压和电流………………………………………………………………… 98
本章小结……………………………………………………………………………………… 100
习题 4………………………………………………………………………………………… 102
第 5章 三相交流电路………………………………………………………………………… 107
5.1　三相电源 ……………………………………………………………………………… 107

5.1.1　三相电动势的产生 …………………………………………………………………… 107
5.1.2　三相电源的连接……………………………………………………………………… 108
5.2　三相负载的连接 ……………………………………………………………………… 111
5.2.1　三相负载的星形联结 ………………………………………………………………… 111
5.2.2　三相负载的三角形联结 ……………………………………………………………… 113
5.3　三相电路的功率 ……………………………………………………………………… 115
△5.4　供配电与安全用电 …………………………………………………………………… 116
5.4.1　发电和输电概述……………………………………………………………………… 116
5.4.2　安全用电 …………………………………………………………………………… 118
5.4.3　节约用电 …………………………………………………………………………… 122
本章小结……………………………………………………………………………………… 123
习题 5………………………………………………………………………………………… 123
第 6章 磁路与变压器………………………………………………………………………… 126
6.1　磁路及其分析方法 …………………………………………………………………… 126
6.1.1　磁场的基本物理量 …………………………………………………………………… 126
6.1.2　磁性材料的磁性能 …………………………………………………………………… 127
6.1.3　磁路的分析方法……………………………………………………………………… 128
6.2　交流铁心线圈电路 …………………………………………………………………… 132
6.2.1　电磁关系 …………………………………………………………………………… 132
6.2.2　电压与电流的关系 …………………………………………………………………… 132
6.2.3　功率损耗 …………………………………………………………………………… 133
6.3　变压器 ………………………………………………………………………………… 134
6.3.1　变压器的分类与结构 ………………………………………………………………… 135
6.3.2　变压器的工作原理 …………………………………………………………………… 136
6.3.3　变压器的使用 ……………………………………………………………………… 139
6.3.4　特殊变压器 ………………………………………………………………………… 142
6.4　电磁铁 ………………………………………………………………………………… 144
本章小结……………………………………………………………………………………… 145
习题 6………………………………………………………………………………………… 146
第 7章 电动机………………………………………………………………………………… 148
7.1　电动机概述 …………………………………………………………………………… 148
7.2　三相异步电动机的结构和工作原理 ………………………………………………… 149
7.2.1　三相异步电动机的结构 ……………………………………………………………… 149
7.2.2　三相交流异步电动机的转动原理……………………………………………………… 151
7.3　三相交流异步电动机的电磁转矩与机械特性 ……………………………………… 154
7.3.1　三相交流异步电动机的电磁转矩……………………………………………………… 154
7.3.2　三相交流异步电动机的机械特性……………………………………………………… 156
7.4　三相交流异步电动机的起动 ………………………………………………………… 158
7.4.1　起动性能 …………………………………………………………………………… 158

7.4.2　起动方法 …………………………………………………………………………… 158
7.5　三相交流异步电动机的调速 ………………………………………………………… 160
7.5.1　变频调速 …………………………………………………………………………… 161
7.5.2　变极调速 …………………………………………………………………………… 161
7.5.3　变转差率调速 ……………………………………………………………………… 162
7.6　三相交流异步电动机的制动 ………………………………………………………… 162
7.6.1　能耗制动 …………………………………………………………………………… 162
7.6.2　反接制动 …………………………………………………………………………… 162
7.6.3　回馈制动 …………………………………………………………………………… 163
7.7　三相交流异步电动机的铭牌数据 …………………………………………………… 163
7.8　三相异步电动机的选择 ……………………………………………………………… 164
△7.9　三相同步电动机 ……………………………………………………………………… 166
△7.10　单相异步电动机……………………………………………………………………… 167
7.10.1　单相电容分相式起动异步电动机 …………………………………………………… 167
7.10.2　单相罩极式异步电动机……………………………………………………………… 168
△7.11　直流电动机…………………………………………………………………………… 169
7.11.1　直流电动机的基本结构和工作原理 ………………………………………………… 169
7.11.2　直流电动机的工作特性……………………………………………………………… 170
7.11.3　直流电动机的起动和调速 …………………………………………………………… 171
△7.12　控制电动机…………………………………………………………………………… 172
7.12.1　交流伺服电动机 …………………………………………………………………… 173
7.12.2　步进电动机 ………………………………………………………………………… 174
本章小结……………………………………………………………………………………… 175
习题 7………………………………………………………………………………………… 177
第 8章 继电接触器控制……………………………………………………………………… 181
8.1　常用控制电器 ………………………………………………………………………… 181
8.1.1　刀开关和组合开关 …………………………………………………………………… 181
8.1.2　按钮与行程开关……………………………………………………………………… 183
8.1.3　交流接触器 ………………………………………………………………………… 184
8.1.4　继电器 ……………………………………………………………………………… 185
8.1.5　熔断器 ……………………………………………………………………………… 187
8.1.6　空气断路器 ………………………………………………………………………… 188
8.2　三相异步电动机的直接起动控制 …………………………………………………… 188
8.2.1　点动控制 …………………………………………………………………………… 188
8.2.2　连续控制 …………………………………………………………………………… 189
8.3　三相异步电动机的正反转控制 ……………………………………………………… 189
8.4　三相异步电动机的顺序控制 ………………………………………………………… 191
8.5　行程控制 ……………………………………………………………………………… 191
8.6　时间控制 ……………………………………………………………………………… 192

本章小结……………………………………………………………………………………… 194
习题 8………………………………………………………………………………………… 194
第 9章 可编程序控制器……………………………………………………………………… 198
9.1　PLC概述 ……………………………………………………………………………… 198
9.1.1　PLC的硬件组成和工作原理 ………………………………………………………… 198
9.1.2　PLC的应用、特点和分类 …………………………………………………………… 203
9.1.3　PLC的编程语言和存储器区域 ……………………………………………………… 204
9.2　PLC基本指令与编程 ………………………………………………………………… 207
9.2.1　位逻辑指令 ………………………………………………………………………… 207
9.2.2　计数器和定时器……………………………………………………………………… 214
9.2.3　PLC的编程规则……………………………………………………………………… 219
9.3　顺控指令 ……………………………………………………………………………… 221
9.3.1　功能图简介 ………………………………………………………………………… 221
9.3.2　顺序控制指令介绍 …………………………………………………………………… 221
9.3.3　顺序控制指令举例 …………………………………………………………………… 221
9.4　功能指令 ……………………………………………………………………………… 224
9.4.1　传送类指令 ………………………………………………………………………… 225
9.4.2　移位与循环指令……………………………………………………………………… 226
9.4.3　子程序 ……………………………………………………………………………… 228
9.4.4　中断操作指令 ……………………………………………………………………… 229
9.4.5　功能指令应用 ……………………………………………………………………… 232
本章小结……………………………………………………………………………………… 237
习题 9………………………………………………………………………………………… 237
第 10章 电工测量 …………………………………………………………………………… 240
10.1　电工测量仪表的分类………………………………………………………………… 240
10.1.1　电工仪表的基本原理及组成 ………………………………………………………… 240
10.1.2　电工仪表的分类 …………………………………………………………………… 240
10.2　电工测量仪表的型式………………………………………………………………… 242
10.2.1　磁电式仪表 ………………………………………………………………………… 243
10.2.2　电磁式仪表 ………………………………………………………………………… 245
10.2.3　电动式仪表 ………………………………………………………………………… 246
10.3　电流的测量…………………………………………………………………………… 247
10.4　电压的测量…………………………………………………………………………… 248
10.5　万用表………………………………………………………………………………… 249
10.5.1　磁电式万用表 ……………………………………………………………………… 249
10.5.2　数字式万用表 ……………………………………………………………………… 254
10.6　功率的测量…………………………………………………………………………… 256
10.6.1　单相功率表 ………………………………………………………………………… 256
10.6.2　三相功率的测量 …………………………………………………………………… 257

△10.7　非电量的电测法……………………………………………………………………… 258
10.7.1　应变电阻传感器 …………………………………………………………………… 259
10.7.2　电感式传感器 ……………………………………………………………………… 260
10.7.3　电容式传感器 ……………………………………………………………………… 262
本章小结……………………………………………………………………………………… 263
习题 10 ……………………………………………………………………………………… 263
附录……………………………………………………………………………………………… 265
附录 A　参考答案…………………………………………………………………………… 265
附录 B　电阻器和电容器的命名方法及性能参数 ………………………………………… 275
参考文献………………………………………………………………………………………… 278

投稿会员：可爱莹