电工技术 第3版 高有华 袁宏主编 2016年版.pdf

“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材电 工 技 术第 3 版主编 高有华 袁 宏参编 申永山 龚淑秋 李忠波机 械 工 业 出 版 社本书是根据教育部电工学课程指导组拟订的非电类电工、电子技术系列课程教学基本要求和深化教学改革、培养素质型人才目标而编写的，可供高等理工科院校本科、专科机械类、材料类、化工类、建筑类、经贸管理类、计算机类等相关专业使用，也可作为夜大、函授、电大、职工大学及相关专业技术人员的培训教材和自修教材。本书注重教学方法和能力的培养，具有基础性、应用性和先进性等特点。内容分为基础和应用两部分，第 1 篇为基础部分，共 7 章，供相关专业 30 40 学时教学使用。在内容安排上以元件伏安特性、功率和能量关系为基础，以基本定律和基本分析方法为手段，按认识规律使内容逐步深化。第 2 篇为应用部分，共 5 章，供相关专业 20 30 学时教学使用。该部分内容力求满足不同专业的需要和反映科学技术发展的新成果，书中带“”的内容可根据专业和学时情况取舍。与本书配套将同时出版 电工技术试题题型精选汇编（第 3 版），方便广大学生学习和教师使用。图书在版编目（CIP）数据 电工技术/高有华，袁宏主编.3 版.北京：机械工业出版社，2016.7“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材 ISBN 978-7-111-54094-6.电.高袁.电工技术-高等学校-教材.TM 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2016）第 142642 号 机械工业出版社（北京市百万庄大街 22 号 邮政编码 100037）策划编辑：贡克勤 王 康 责任编辑：贡克勤 封面设计：陈 沛 责任校对：李锦莉 责任印制：常天培 北京京丰印刷厂印刷2016 年 8 月第 3 版第 1 次印刷184mm 260mm18.5 印张438 千字标准书号：ISBN 978-7-111-54094-6定价：39.80 元 凡购本书，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换 电话服务网络服务服务咨询热线：010-88379833读者购书热线：010-88379649 封面无防伪标均为盗版机 工 官 网：机 工 官 博： 3 版前言本书的第 1 版和第 2 版先后于 2002 年 11 月和 2010 年 1 月出版，此次出版的为第 3版。本书自 2002 年出版发行以来，得到广大读者的支持与关爱。历时 15 年，先后于2007 年和 2014 年被评为辽宁省普通高等学校精品教材、“十二五”省级规划教材和“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材。为了使教材在论述的科学性、取材的广度性、内容的合理性等方面更能适应高等教育迅速发展的需要，以及高等理工科院校对电工技术基础课程深化教学改革的要求，编者在广泛吸收读者意见和建议的基础上进行了修订。由于电工技术课程是高等理工科院校非电类专业的学科基础课，因此本书的核心内容相对稳定，继续着重于电工技术的基本概念和基本定律，并兼顾非电类理工科不同专业的教学要求和人才培养需要。本书内容注重教学方法和能力的培养，具有基础性、应用性和先进性等特点。基础部分力求提高起点、加大跨度、通俗易懂、便于自学；应用部分力求满足不同专业的需要和反映科学技术发展的新成果。与第 2 版相比，修订后的教材在内容和结构上进行了一定的调整，以解决基础理论与新技术、传统教学模式与现代教学方法、课程内容多与讲授学时少等矛盾。具体修改内容为：（1）删减了各章原理性内容的详细介绍，重点突出原理的应用，适量增加例题解析；（2）增加了附录 B（本书中英文名词对照表）；（3）第 10 章修订为基本控制环节和基本保护环节，基本控制环节包括电动机的直接起动和正反转控制环节、顺序控制、行程控制环节和时间控制环节。基本保护环节包括短路保护、过载保护、欠电压或零电压保护环节；（4）对章后的习题进行了增删，使其更具有典型性。修订后的 电工技术 内容分为基础和应用两部分，基础部分共 7 章，供相关专业30 40 学时教学使用。应用部分共 5 章，供相关专业 20 30 学时教学使用。书中带“”的内容可根据专业和学时情况取舍。与本书配套将同时出版 电工技术试题题型精选汇编（第 3 版），方便了广大学生学习和教师使用。本书由沈阳工业大学高有华教授（编写第 2、4、12 章及附录）和袁宏教授（编写第 1、5、9 章）担任主编。李忠波教授编写第 3 章，申永山编写第 6、8 章，龚淑秋编写第 7、10、11 章。本书可供高等理工科院校本科、专科机械类、材料类、化工类、建筑类、经贸管理类、计算机类等相关专业使用，也可作为夜大、函授、电大、职工大学及相关专业技术人员的培训教材和自修教材。本书修订后，将深化电工技术课程的教学体系、教学内容、教学方法及教学手段等方面的改革，更加方便广大读者学习和使用。由于编者水平有限，本书难免有不妥和错误之处，恳请读者批评指正。编 者第 2 版前言本书自 2002 年 11 月出版发行以来，得到广大读者的支持与关爱。历时 7 年，已成为辽宁省精品课 电工学课程的使用教材，并于 2007 年被评为辽宁省普通高等学校精品教材。为了使该教材在论述的科学性、取材的广度性、内容的合理性等方面，更能适应高等教育迅速发展的需要以及高等理工科院校对电工技术基础课程深化教学改革的要求，编者在广泛吸收读者意见和建议的基础上进行修订再版。由于电工技术课程是高等理工科院校非电类专业的学科基础课，因此本书的核心内容相对稳定，继续着重于电工技术的基本概念和基本定律，并兼顾非电类理工科不同专业的教学要求和人才培养需要，基础部分力求提高起点、加大跨度、通俗易懂、便于自学；应用部分力求满足不同专业的需要和反映科学技术发展的新成果。与第 1 版相比，修订后的教材在内容和结构上进行了一定的调整，以解决基础理论与新技术、传统教学模式与现代教学方法、课程内容多与讲授学时少等矛盾。具体修改内容为“删减了第 25 章原理性内容的详细介绍，重点突出原理的应用；在第5 章中增加了 RL 电路的时域响应内容，删除了 RL 电路时间常数的求法；在第 1、2、3、4、5、8 章中增加了实际电路的仿真分析实例；将第 10 章 10.2 节修改为三相异步电动机的基本控制环节和基本保护环节；对全书每节后的练习与思考和章后的习题做了必要的增减，力求题型多样化，难度层次化。修订后的 电工技术 内容分为基础和应用两部分，基础部分共 7 章，供相关专业30 40 学时教学使用；应用部分共 5 章，供相关专业 20 30 学时教学使用。书中带“”的内容可根据专业和学时情况取舍。与其配套的 电工技术试题题型精选汇编（第 2 版），方便了广大学生学习和教师使用。本书由沈阳工业大学高有华教授（编写第 2、4、12 章及附录）和袁宏教授（编写第 1、5、9 章）担任主编。李忠波教授编写第 3 章，申永山编写第 6、8 章，龚淑秋编写第 7、10、11 章。曹承志教授对本书进行了仔细审阅，提出许多修改意见，在此深表谢意。本书可供高等理工科院校本、专科机械类、材料类、化工类、建筑类、经贸管理类、计算机类等相关专业使用，也可作为夜大、函授、电大、职工大学及相关专业技术人员的培训教材和自修教材。由于编者水平有限，本书难免有不妥和错误之处，恳请读者批评指正。编 者第 1 版前言本书是根据国家教育部电工学课程指导组拟订的非电类电工、电子技术系列课程教学基本要求和面向 21 世纪教育教学改革目标而编写的，可供高等工科院校大学本科、专科机械类、材料类、经贸管理类、化工类、建筑类、计算机类等有关专业教学使用。电工技术是理工科非电类专业的学科基础课程。通过本课程的学习，应使学生得到电工技术必要的基础理论、基本知识和基本技能，了解电工事业发展概况，为学习后续专业课程以及从事工程技术工作和科学研究工作打下理论和实践基础。本书是十几年教学改革实践的结晶，试用期间收到满意效果。本书分基础和应用两部分。基础部分有 7 章，可供有关专业 30 40 学时教学使用。为适应教学改革和人才素质培养的需要，该部分力求作到提高起点、加大跨度、精练内容和便于自学。在内容安排上以元件模型的伏安关系、功率关系和能量关系为基础，以基本定律和基本分析方法为手段，以激励和响应为主线，按认识规律使课程内容逐步深化。为使学生掌握先进的分析、设计工具，促进教学手段的现代化，大部分章节后有利用电子设计自动化（EDA）软件对教学内容进行分析、研究和设计的作业题。在与本书配套的 电工技术试题题型精选汇编 中有相关的引导性例题。应用部分有 5 章，可供有关专业 30 40学时教学使用。该部分内容应力求满足不同专业的需要和反映科学技术发展的新成果。书中带“”号的内容可根据专业和学时情况取舍，或在教师指导下由学生自学。本书由沈阳工业大学袁宏担任主编，并编写其中的第一、五章，沈阳工业大学高有华编写第二、四章，李忠波编写第三、九、十、十二章和附录，申永山编写第六、八章，龚淑秋编写第七、十一章。范振铨教授对本书原稿进行了仔细审阅，提出了许多修改意见，在此深表谢意。由于编者水平所限，书中难免有不妥和错误之处，恳请使用本书的教师、学生和广大读者批评指正。编 者目录第 3 版前言第 2 版前言第 1 版前言第 1 篇 基 础 部 分第 1 章 电路的基本概念与定律1 1.1 电路和电路模型1 1.2 电路的基本物理量及其参考方向2 1.3 电阻、电感和电容4 1.4 电压源和电流源9 1.5 受控源11 1.6 基尔霍夫定律12 1.7 电路中的功率和电位计算161.8 非线性电阻电路的分析19 1.9 元件伏安特性的仿真分析21 小结24 习题25第 2 章 电路分析方法28 2.1 电源等效变换法28 2.2 支路电流法31 2.3 节点电压法34 2.4 叠加定理382.5 替代定理41 2.6 戴维南定理和诺顿定理42 2.7 电路分析方法的仿真分析46 小结54 习题55第 3 章 正弦交流电路58 3.1 正弦交流电的基本概念58 3.2 正弦量的相量表示法61 3.3 电阻元件的正弦交流电路63 3.4 电感元件的正弦交流电路64 3.5 电容元件的正弦交流电路67 3.6 正弦稳态电路的分析69 3.7 功率因数的提高763.8 正弦交流电路的频率特性79 3.9 谐振电路81 3.10 正弦稳态电路的仿真分析86 小结88 习题89第 4 章 三相交流电路94 4.1 三相电动势的产生与三相电源的联结94 4.2 三相电路负载的联结97 4.3 三相电路的功率106 4.4 三相电路的仿真分析110 小结116 习题116第 5 章 电路的时域分析119 5.1 概述119 5.2 RC 电路的时域分析122 5.3 求解一阶电路的三要素法130 5.4 RC 串联电路对矩形波电压的响应134 5.5 一阶电路的仿真分析137 小结141 习题142第 6 章 电工测量与安全用电145 6.1 测量误差与仪表准确度145 6.2 电工仪表的类型146 6.3 电流、电压和单相功率的测量149 6.4 万用表和绝缘电阻表152 6.5 电桥及电阻、电容和电感的测量154 6.6 安全用电常识155 小结159 习题159第 7 章 非正弦周期信号电路161 7.1 非正弦周期信号的分解162 7.2 非正弦周期量的有效值、平均值和平均功率165 7.3 非正弦周期信号线性电路的谐波分析法168 小结171 习题172第 2 篇 应 用 部 分第 8 章 铁心线圈与变压器174 8.1 磁路的基本概念和定律174 8.2 直流铁心线圈与直流电磁铁180 8.3 交流铁心线圈与交流电磁铁181 8.4 变压器186 8.5 理想变压器的仿真分析193 小结194 习题195第 9 章 异步电动机197 9.1 三相异步电动机的构造及工作原理197 9.2 三相异步电动机的等效电路202 9.3 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性204 9.4 三相异步电动机的起动、调速和制动207 9.5 三相异步电动机的选