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電工技術:Ⅰ:電工學

包郵 電工技術:Ⅰ:電工學

出版社:科學出版社出版時間:2014-06-01
開本: 24cm 頁數: 257
本類榜單:教材銷量榜
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電工技術:Ⅰ:電工學 版權信息

電工技術:Ⅰ:電工學 內容簡介

本書共8章。主要內容包括電路的基本概念與基本定律、電路的分析方法、電路的暫態分析、單相正弦交流電路、三相正弦交流電路、磁路與變壓器、安全用電等。

電工技術:Ⅰ:電工學 目錄

目錄
第三版前言
緒論 1
第1章 電路的基本概念與基本定律 6
1.1 電路與電路模型 6
1.1.1 電路的組成和作用 6
1.1.2 電路模型 8
1.2 電流與電壓的參考方向 8
1.2.1 電流的參考方向 8
1.2.2 電壓的參考方向 9
1.2.3 電功率與電能 10
1.3 電壓源與電流源及其等效變換 12
1.3.1 電壓源 12
1.3.2 電流源 13
1.3.3 電壓源和電流源的等效變換 15
1.4 受控源 20
1.5 電路的基本連接方式 23
1.5.1 串聯電阻分壓作用 23
1.5.2 并聯電阻分流作用 24
1.6 電源開路、短路與有載工作 28
1.6.1 電源開路 28
1.6.2 電源短路 28
1.6.3 電源有載工作 29
1.7 電路的基本定律 34
1.7.1 歐姆定律 35
1.7.2 基爾霍夫定律 36
1.7.3 電路中電位的計算 42
本章小結 45
習題 46
第2章 電路的分析方法 51
2.1 支路電流法 51
2.2 疊加原理 56
2.2.1 線性電路性質 56
2.2.2 疊加原理 57
2.3 戴維南定理與諾頓定理 61
2.3.1 戴維南定理 61
2.3.2 諾頓定理 65
2.4 結點電壓法 66
2.5 非線性電阻電路 71
本章小結 74
習題 75
第3章 電路的暫態分析 79
3.1 電感與電容元件 79
3.1.1 電感元件 79
3.1.2 電容元件 81
3.2 換路定則與初始值的確定 82
3.2.1 換路定則 82
3.2.2 初始值的確定 83
3.3 一階電路的零輸入響應 86
3.3.1 RC電路的零輸入響應 86
3.3.2 RL電路的零輸入響應 89
3.4 一階電路的零狀態響應 93
3.4.1 RC電路的零狀態響應 93
3.4.2 RL電路的零狀態響應 95
3.5 一階電路的全響應與三要素法 97
3.5.1 一階電路的全響應 97
3.5.2 一階線性電路的三要素法 98
3.6 一階電路的脈沖響應 103
3.6.1 微分電路 103
3.6.2 積分電路 104
本章小結 105
習題 106
第4章 單相正弦交流電路 110
4.1 正弦交流電的概念 110
4.1.1 周期和頻率 110
4.1.2 幅值和有效值 112
4.1.3 初相位 113
4.2 正弦量的相量表示法 115
4.3 單一元件的正弦交流電路 119
4.3.1 電阻元件交流電路 119
4.3.2 電感元件交流電路 121
4.3.3 電容元件交流電路 124
4.4 RLC串聯交流電路 127
4.4.1 電壓和電流的關系 127
4.4.2 功率關系 133
4.5 RLC并聯交流電路 136
4.5.1 電壓和電流的關系 136
4.5.2 功率關系 138
4.6 電路中的諧振 140
4.6.1 串聯諧振 140
4.6.2 并聯諧振 145
4.7 功率因數的提高 148
4.7.1 提高功率因數的意義 148
4.7.2 提高功率因數的措施 149
4.8 復雜交流電路的計算 152
本章小結 154
習題 157
第5章 三相正弦交流電路 162
5.1 三相正弦交流電源 162
5.1.1 三相交流電動勢的產生 162
5.1.2 三相電源的連接 163
5.2 負載星形連接的三相電路 165
5.2.1 對稱負載星形連接的三相電路 165
5.2.2 不對稱負載星形連接的三相電路 167
5.3 負載三角形連接的三相電路 171
5.3.1 對稱負載三角形連接的三相電路 171
5.3.2 不對稱負載三角形連接的三相電路 173
5.4 三相電路的功率 174
5.4.1 有功功率 174
5.4.2 無功功率 175
5.4.3 視在功率 175
本章小結 176
習題 177
第6章 非正弦周期電流電路 179
6.1 非正弦周期信號的分解 179
6.2 非正弦周期信號的有效值、平均值與平均功率 184
6.2.1 有效值 184
6.2.2 平均值 185
6.2.3 平均功率 185
6.3 非正弦周期電流電路的計算 187
本章小結 190
習題 190
第7章 磁路與變壓器 192
7.1 磁路 192
7.1.1 磁路的基本概念 192
7.1.2 磁路的歐姆定律 194
7.2 磁性材料的磁性能 197
7.2.1 高導磁性 197
7.2.2 磁飽和性 198
7.2.3 磁滯性 199
7.3 鐵心線圈電路 200
7.3.1 直流鐵心線圈電路 200
7.3.2 交流鐵心線圈電路 201
7.3.3 直流和交流鐵心線圈電路的比較 204
7.4 電磁鐵 205
7.4.1 直流電磁鐵 205
7.4.2 交流電磁鐵 206
7.5 變壓器 209
7.5.1 變壓器的基本結構 209
7.5.2 變壓器的原理和作用 211
7.5.3 變壓器的特性和技術數據 217
7.6 變壓器繞組的極性及其測定 220
7.6.1 變壓器繞組的極性 221
7.6.2 變壓器繞組極性的測定 221
7.7 其他類型變壓器 223
7.7.1 自耦變壓器 223
7.7.2 三相變壓器 225
7.7.3 電壓互感器 226
7.7.4 電流互感器 227
7.7.5 R 鐵心變壓器 228
本章小結 229
習題 231
第8章 安全用電 234
8.1 觸電事故 234
8.1.1 觸電方式 234
8.1.2 電流對人體的危害 235
8.1.3 安全電壓 236
8.2 觸電急救與防護措施 237
8.2.1 觸電急救 237
8.2.2 防護措施 238
8.3 保護接地與保護接零 238
8.3.1 保護接地 238
8.3.2 保護接零 239
8.3.3 工作接地 240
8.3.4 家用電器的接地和接零 240
8.4 電氣防火與防爆 241
8.4.1 用電防火和防爆 241
8.4.2 靜電防火和防爆 241
8.4.3 雷電防火和防爆 242
8.5 節約用電 243
本章小結 244
習題 244
部分習題答案 245
參考文獻 251
附錄A 本書主要物理量符號及單位 252
附錄B 電阻器、電容器的標稱系列值 253
中英文名詞對照 254
展開全部

電工技術:Ⅰ:電工學 節選

緒論 1. 電工學發展概況 電工學是研究電磁現象及規律在工程技術領域中應用的學科,也是研究電磁現象和信息在產生、傳輸、控制、應用等過程中涉及的各種技術。電工學其主要包括電工技術和電子技術兩個部分。 電磁現象是自然界物質普遍存在的一種基本物理屬性。中國古代人們應用磁石指示南北的特性制成了指南工具———司南,隨后為了在航海中辨別方向,又在11世紀發明了指南針。直到12世紀,指南針才被阿拉伯人引入歐洲。在意大利航海家克里斯托弗 哥倫布(C.Colon)1492年發現美洲新大陸,以及葡萄牙航海探險家斐迪南 麥哲倫(F.Magalhaes)1519年環繞地球航行中均發揮了重要的作用。1600年英國物理學家威廉 吉爾伯特(W.Gilbert)發現許多物質經過摩擦后具有吸引輕小物體的性質,為表明這種物質與磁性不同的普遍現象,他首次提出“Electric”一詞。1747年,美國科學家本杰明 富蘭克林(B.Franklin)證明了雷電現象與摩擦產生的電荷具有完全相同的性質,并在此基礎上發明了避雷針。1785年,法國物理學家查利 奧古斯丁 庫侖(C.A.Coulomb)實驗發現了電荷間的相互作用力,提出了電荷定量計算的基本定律。1820年,丹麥物理學家漢斯 克里斯蒂安 奧斯特(H.C.Oersted)在實驗發現雷閃電流對磁針有力的作用。在奧斯特發現電流磁效應理論的兩個月后,法國物理學家安德烈 瑪麗 安培(A.M.Ampere)發現了電流間的相互作用規律,并提出磁通連續性原理和安培環路定律。1826年,德國物理學家喬治 西蒙 歐姆(G.S.Ohm)提出了經典電磁理論中*著名的歐姆定律和電流在導體中運動規律。1831年,英國物理學家邁克爾 法拉第(M.Faeaday)首次發現電磁感應現象,并根據電磁轉換原理發明了**臺發電機,為未來電力工業奠定了堅實基礎。1832年,美國物理學家約瑟夫 亨利(J.Henry)提出了表征線圈中自感作用的自感系數。1833年,俄國物理學家海因里希 楞次提出了感應電流方向的定律(楞次定律),將電與磁現象緊密結合在一起。在楞次理論與應用研究基礎上,俄國物理學家鮑里斯 謝苗諾維奇 雅可比1834年發明和制造了世界上**臺15W 的直流電動機,用于小船的驅動,實現了將電能轉換為機械能。1844年,楞次與英國物理學家詹姆斯 普雷斯科特 焦耳(J.P.Joule)分別提出了電流熱效應定律(焦耳-楞次定律)。1845年,德國物理學家古斯塔夫 羅伯特 基爾霍夫(G.R.Kirchhoff)在深入研究了歐姆的工作成果之后,提出了穩恒電路網絡中電流、電壓、電阻關系的兩個基本定律,即基爾霍夫電流定律(KCL)和基爾霍夫電壓定律(KVL),不僅解決了電器設計中電路方面的難題,也從而確立了電工學。1885年,意大利物理學家加利萊奧 費拉里斯(Galileo Ferraris)提出了旋轉磁場理論,研制出了二相異步電動機模型。1886年,實用型的二相異步電動機被美國物理學家尼古拉 特斯拉(Nikola Tesla)研制成功。1889年,俄國籍電氣工程師多利沃多勃羅沃利斯基提出采用三相制的建議,證明三相交流電也可以產生旋轉磁場,同時設計和研制出三相感應電動機和三相變壓器。交流電機的研制和發展,特別是三相交流電機的研制成功為遠距離輸電創造了條件,也為各種一次能源(如水力、火力、核能、太陽能和風力等)轉換為電能(二次能源)奠定了基礎。 人類社會和科學技術的不斷進步,使電子技術得到了迅速發展。1864年,英國物理學家詹姆斯 克拉克 麥克斯韋(J.C.Maxwell)在研究法拉第電磁感應現象后提出了電磁波理論。1883年,美國發明家托馬斯 阿爾瓦 愛迪生(T.A.Edison)發現了熱電子效應。1887年,德國物理學家海因里希 魯道夫 赫茲(H.R.Hertz)經過艱苦的反復實驗,證明麥克斯韋的電磁波的理論。1895年,意大利發明家伽利爾摩 馬可尼(G.Marconi)和俄國物理學家阿 斯 波波夫分別將電磁波理論應用于無線電通信實驗,從此人類開始了無線電通信的新時代。1897年,著名的英國物理學家約瑟夫 約翰 湯姆遜(J.J.Thomson)進行了稀薄氣體放電實驗,從而證明了電子的存在。隨后,英國物理學家約翰 安布羅斯 弗萊明(J.A.Fleming)在愛迪生發明了熱二極管的基礎上,發明了具有單向導電性的真空二極管(即電子二極管),并將其用于無線電檢波和整流。1906年,美國發明家李 德福雷斯特(L.DeForest)在弗萊明的二極管中放入了第三個電極(柵極)而發明了電子三極管,并發現電子三極管對微弱電信號具有放大作用,為電子技術的進一步發展起到了里程碑作用。1947年,美國貝爾實驗室的物理學家沃爾特 布拉頓(W.H.Brattain)、約翰 巴丁(J.Bardeen)和威廉 肖克利(W.B.Shockley)共同發明了點接觸半導體三極管,1948年這種全新的半導體器件被公布于世。由于半導體三極管體積小、性能穩定和功耗低,因而很快被應用于通信、電視、計算機等領域,取代了電子管在某些場合近半個世紀的使用。從此,不僅開始了人類應用電子技術的新時代,而且也使電子技術成為一門新興學科。 1958年,美國德州儀器公司技術專家杰克 基爾比(J.S.Kilby)提出了固體電路(Solid circuit)的理論,又稱集成電路(Integrated circuit)。集成電路是指采用一定的半導體制造工藝,按電路要求將所需的晶體管、二極管、電阻等元件通過布線制作在一小塊半導體硅片上,封裝在一個管殼內的電子器件。集成電路并不是用一個一個電路元器件連接成的電路,而是將具有某種功能的電路“埋”在半導體里的器件。由于其易于小型化和減少引線端,具有可靠性高的優點。1960年開始處于小規模集成電路(SSI)階段,每個芯片上不到100個元器件;1966年進入中規模集成電路(MSI)階段,每個芯片上有100~1000個元器件;1969年進入大規模集成電路(LSI)階段,每個芯片元器件大于1000個;1980年人類開始跨入超大規模集成電路(VLSI)階段,每個芯片的元器件大于100000個。目前,已經研制出特大規模集成電路(ULSIC)和巨大規模集成電路(GSIC),即每平方厘米大小的硅片上集成有幾百萬~幾千萬元器件。 集成電路的快速發展,加快了人類進入計算機時代的步伐。1946年,美國賓夕法尼亞大學莫爾電氣工程學院的約翰 威廉 莫奇利(J.W.Mauchiy)和約翰 普雷斯伯 埃科特(J.P.Eckert)成功研制出世界上**臺用于彈道運算的電子計算機,取名為ENIAC(Electronic numerical integrator and calculator)。該計算機使用了18800個電子管,占地170m2,重30多噸,價格48萬美元。這個價格昂貴的“龐然大物”,每秒可進行5000次加法和減法運算。隨后,其改進型計算機可用于各種科學計算。ENIAC服役長達9年,也被稱為**代計算機。1954年,美國貝爾實驗室用晶體管取代了計算機中的電子管,誕生了晶體管計算機,其性能比**代計算機有了很大的提高,運算速度提高到每秒幾萬次至幾十萬次。晶體管計算機不僅可用科學計算,也可用數據處理和過程控制等領域,這就是所謂的第二代計算機。20世紀60年代,隨著半導體工藝和集成電路快速發展,誕生了第三代計算機,即中小規模集成電路計算機,磁芯存儲器開始向半導體存儲器過渡,運算速度提高到每秒幾十萬次。降低了計算功耗,還實現了人機會話,其應用范圍很快擴大到了各個領域。1971年,第四代計算機(大規模集成電路計算機)誕生,該計算機的基本元件用大規模集成電路,甚至超大規模集成電路,用集成度較高的半導體存儲器替代了磁芯存儲器,運算速度可達每秒幾百萬次,甚至上億次基本運算。20世紀50年代,我國才開始計算機研制工作,1958年**臺計算機(103型通用數字電子)研制成功,其運行速度每秒1800次。2013年我國自主研制的超級計算機(天河二號)創造了世界*快運算記錄,其運算速度達到每秒33.86千萬億次。 隨著以半導體、集成電路、計算機和因特網為核心的電子技術的日益發展,不僅使人類從計算機時代邁進了信息化時代,而且已經派生出許多新興交叉技術(學科)。如以集成電路為核心的實現電子電路系統超小型化與微型化的微電子技術(Microelectronic technology);在納米尺度空間內研究電子、原子和分子運動規律和特性,并利用其生成納米電子材料器件和系統,探索提高電子器件集成度和性能的納米電子技術(Nano electronic technology)。從微電子技術到納米電子技術是電子器件發展的第二次變革,傳統理論將不再適用,需要發展新的理論,并探索出相應的新材料和新技術。又如,使用電力電子器件(如晶閘管,GTO,IGBT等)對電能進行變換和控制,由電力學、電子學和控制理論三個學科交叉而形成的電力電子技術(Power electronic technology);主要研究將機械技術、微電子技術和信息技術有機地融合為一體,以充分發揮機械技術、微電子技術、信息技術的各自長處和特點,實現機械產品系統*優化的機械電子技術(Mechatronics technology);以光子技術和電子技術相結合,研究光與物質中的電子相互作用和能量相互轉換,涉及光通信、光電顯示、半導體照明、光存儲、激光器等多個應用領域的光電子技術(Optoelectronic technology)等。目前,電子技術已經滲透各個領域,并將人類帶進數字化、網絡化和信息化的時代。 電工技術和電子技術的發展成就極大地豐富了人類的物質和文化生活,直接影響著國民經濟各個領域。人類社會高度發展的物質文明和精神文明,也在促進電工技術和電子技術不斷向更高層次發展。 2. 電工學課程的主要任務 電工學是高等學校工科非電類專業的一門重要技術基礎課程,具有一定的基礎性、應用性和先進性。基礎性是指通過本課程的學習獲得電工電子技術必要的基本理論、基本知識和基本技能,搭起基礎課和專業課、在校學習和畢業后從事工程技術工作的橋梁;應用性是指電工學也是一門實踐性很強的技術基礎課,通過本課程學習使學生獲得各種實驗技能和提高創新意識,培養分析問題和解決問題能力,為今后畢業后從事科技創新積蓄才能;先進性是指課程內容隨著科學技術的發展在不斷更新,通過課程的學習了解電工技術、電子技術發展概況,及其在相關領域的應用概況,進一步拓寬知識面和開闊視野。 3. 電工學課程的主要內容 電工學課程的主要內容包括:直流和交流電路、磁路和電動機、繼電接觸和PLC控制,安全用電、電氣測量、模擬電子電路、數字電子電路、信息、通信和自動控制系統等。目前,國內高等院校按不同專業需要,將電工學課程按授課時數分為多學時(電工技術和電子技術)和少學時(電工電子技術)。 本套教材將多學時電工學課程分為《電工技術》、《電子技術》和《電工電子應用技術》三冊,并將傳統《電工技術》教材中涉及電子技術的電氣測量、電動機的啟動與調速、自動控制與PLC控制等內容,與電動機一并安排在《電工電子應用技術》中介紹。采用模塊化組合,參考內容的章節用“”標記,可在教學中根據專業和學時,靈活選擇。多學時教材的教學參考時數為120~150學時(含實驗)。 《電工技術》主要內容有電路基本概念與定律、電路分析方法、電路的暫態分析、交流電路、磁路與變壓器、安全用電等。教學參考時數為40~50學時。 《電子技術》主要內容有半導體二極管及其應用、三極管與基本放大電路、集成運算放大器及其應用、門電路與組合邏輯電路、觸發器與時序邏輯電路、存儲器與可編程邏輯器件等。教學參考時數為40~50學時。 《電工電子應用技術》主要內容有電動機、繼電接觸器控制、課表程序控制器及其應用、電氣測量技術、信號處理與數據采集系統

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