电工技术基础

叙述简明，内容深入浅出，通俗易懂，便于教与学；内容精练，基本概念清楚，重点突出，难点不难；系统性强，使学生建立完整有序的概念；知识结构合理，为进一步学习相关后续课程和实际应用打下良好基础；理论教学与实践教学紧密结合，注重学生的智力开发和能力培养；力图反映新技术、新动向，以适应电工技术发展和变化的需要。

电工技术是研究电能在各个技术领域中应用的一门科学技术。电工技术的发展是和电能的应用紧密联系的。电自被发现并被应用以来，对人类社会的发展产生了极其广泛而深刻的影响。目前，电工技术应用十分广泛，并且已经渗透到国民经济、国防和日常生活的一切领域，在我国社会主义现代化建设中占有极其重要的地位。电能之所以得到这样广泛的应用，是因为与其他能源相比，电能具有便于转换、便于输送、便于控制等诸多优点。

电工技术课程是高等工业学校非电类专业的一门技术基础课，学生通过本课程的学习，能够获得电工技术必要的基本理论、基本知识和基本技能，了解电工技术的应用和发展，为学习相关后续课程以及从事与本专业有关的工程技术工作和科学研究工作打下一定的基础。

本教材与《电子技术基础》（李中发主编，中国水利水电出版社出版）作为电工学的一套教材，在章节安排和内容取舍上作了仔细协调。本书集电工技术和应用于一体，在内容和结构上对电工技术课程进行了优化整合。在本书编写过程中，作者根据自己多年的教学经验以及对课程改革的实践尝试，从时代发展、技术进步、知识结构、课程体系上进行总体考虑，力图实现以下目标：叙述简明，内容深入浅出，通俗易懂，便于教与学；内容精练，基本概念清楚，重点突出，难点不难；系统性强，使学生建立完整有序的概念；知识结构合理，为进一步学习相关后续课程和实际应用打下良好基础；理论教学与实践教学紧密结合，注重学生的智力开发和能力培养；力图反映新技术、新动向，以适应电工技术发展和变化的需要。

本教材的理论教学时数约为60学时，实践教学时数约为20学时，可根据各专业的实际情况进行适当取舍。

本书是在教育部“高职高专教育电工课程教学内容体系改革、建设的确定与实践”（项目编号Ⅲ31-1）课题组和中国水利水电出版社指导下编写完成的。参加本书编写工作的有：许新民（第1章），邹津海（第2章），胡锦（第3章），李中发（第4章、第5章），谢胜曙（第6章），方厚辉（第7章），陈洪云（第8章），江亚群（第9章），向阳（第10章），杨华、周少华参加了部分习题的选编工作，陈玉英、李珊珊、陈南放等做了本书的文字录入和图表制作工作。全书由李中发担任主编，负责全书的组织、修改和定稿工作；谢胜曙、方厚辉、胡锦担任副主编。

限于编者水平，书中疏漏在所难免，恳请广大读者提出宝贵意见。作者的E-mail地址为：li_zhongfa@163.net。

编 者

2004年6月

序
前言
第1章 电路模型与电路定律 1
本章学习要求 1
1.1 电路及基本物理量 1
1.1.1 电路的组成与作用 1
1.1.2 电流 2
1.1.3 电压、电位及电动势 3
1.1.4 电功率 5
1.2 电路模型 7
1.2.1 电路模型的概念 7
1.2.2 理想电路元件 8
1.2.3 实际电源的两种模型 11
1.3 电气设备的额定值及电路的工作状态 13
1.3.1 电气设备的额定值 13
1.3.2 电路的工作状态 13
1.4 基尔霍夫定律 16
1.4.1 基尔霍夫电流定律（KCL） 17
1.4.2 基尔霍夫电压定律（KVL） 18
1.5 电位的概念及计算 21
1.5.1 电位的概念 21
1.5.2 电位的计算 22
本章小结 24
习题一 25
第2章 直流电阻电路分析 29
本章学习要求 29
2.1 简单电路分析 29
2.1.1 电阻的串联 29
2.1.2 电阻的并联 31
2.2 复杂电路分析 33
2.2.1 支路电流法 33
2.2.2 节点电压法 36
2.3 电压源与电流源的等效变换 37
2.3.1 电路等效变换的概念 37
2.3.2 电压源与电流源的等效变换 38
2.4 电路定理 41
2.4.1 叠加定理 42
2.4.2 等效电源定理 44
2.5 含受控源电路的分析 47
2.5.1 受控源 47
2.5.2 含受控源电路的分析 48
2.6 非线性电阻电路的分析 52
2.6.1 非线性电阻 52
2.6.2 非线性电阻电路的分析 53
本章小结 55
习题二 56
第3章 单相正弦电路分析 62
本章学习要求 62
3.1 正弦交流电的基本概念 63
3.1.1 正弦量的三要素 63
3.1.2 相位差 65
3.1.3 有效值 67
3.2 正弦交流电的相量表示法 69
3.2.1 复数及其运算 70
3.2.2 正弦量的相量表示法 73
3.3 电路基本定律的相量形式 75
3.3.1 相量运算规则 75
3.3.2 元件伏安关系的相量形式 76
3.3.3 KCL、KVL的相量形式 82
3.4 简单正弦电路的分析 85
3.4.1 阻抗 85
3.4.2 RLC串联电路 86
3.4.3 RLC并联电路 89
3.4.4 阻抗的串联及并联 91
3.5 正弦电路的功率 93
3.5.1 瞬时功率 93
3.5.2 平均功率 95
3.5.3 无功功率和视在功率 96
3.5.4 功率因数的提高 98
3.6 交流电路的频率特性 100
3.6.1 RC电路的频率特性 100
3.6.2 电路中的谐振 103
本章小结 108
习题三 109
第4章 三相正弦电路分析 114
本章学习要求 114
4.1 三相正弦交流电源 114
4.1.1 三相交流电的产生 114
4.1.2 三相电源的连接 116
4.2 三相电路中负载的连接 117
4.2.1 负载的星形连接 118
4.2.2 负载的三角形连接 121
4.3 安全用电 123
4.3.1 触电方式及其防护 123
4.3.2 接地与接零 124
4.3.3 静电防护和电气防火防爆 126
本章小结 127
习题四 128
第5章 一阶动态电路分析 130
本章学习要求 130
5.1 换路定理 130
5.1.1 电路中产生过渡过程的原因 130
5.1.2 换路定理 132
5.2 一阶动态电路的分析方法 134
5.2.1 一阶动态电路的经典分析法 135
5.2.2 一阶动态电路的三要素分析法 141
5.3 零输入响应和零状态响应 145
5.3.1 一阶电路响应的分解 145
5.3.2 一阶电路的零输入响应 149
5.3.3 一阶电路的零状态响应 153
5.4 微分电路与积分电路 156
5.4.1 微分电路 157
5.4.2 积分电路 158
本章小结 159
习题五 160
第6章 磁路与变压器 164
本章学习要求 164
6.1 磁路 164
6.1.1 磁场的基本物理量 165
6.1.2 磁路的基本定律 166
6.1.3 磁性材料的磁性能 168
6.2 交流铁心线圈电路 171
6.2.1 交流铁心线圈的电磁关系 172
6.2.2 交流铁心线圈的功率损耗 173
6.3 变压器 175
6.3.1 变压器的基本结构 176
6.3.2 变压器的工作原理 176
6.3.3 变压器的工作特性 182
6.3.4 变压器绕组的同极性端及其测定 183
6.3.5 特殊变压器 185
本章小结 187
习题六 188
第7章 电动机 191
本章学习要求 191
7.1 三相异步电动机的结构及转动原理 192
7.1.1 三相异步电动机的结构 192
7.1.2 旋转磁场的产生 193
7.1.3 三相异步电动机的转动原理 195
7.2 三相异步电动机的电磁转矩和机械特性 197
7.2.1 三相异步电动机的电路分析 197
7.2.2 三相异步电动机的电磁转矩 199
7.2.3 三相异步电动机的机械特性 199
7.3 三相异步电动机的运行与控制 202
7.3.1 三相异步电动机的起动 202
7.3.2 三相异步电动机的调速 205
7.3.3 三相异步电动机的反转 206
7.3.4 三相异步电动机的制动 207
7.4 三相异步电动机的选择与使用 208
7.4.1 三相异步电动机的铭牌 209
7.4.2 三相异步电动机的选择 211
7.4.3 电动机的安装原则和接地装置 212
7.5 单相异步电动机 213
7.5.1 单相异步电动机的工作原理与特性 213
7.5.2 单相异步电动机的起动 215
7.6 直流电动机 217
7.6.1 直流电动机的结构及分类 217
7.6.2 直流电动机的工作原理和机械特性 219
7.6.3 直流电动机的运行与控制 221
7.7 步进电动机 223
7.7.1 步进电动机的结构 224
7.7.2 步进电动机的工作原理 224
7.7.3 步进电动机的步距角和转速 226
本章小结 227
习题七 229
第8章 异步电动机的继电接触器控制 232
本章学习要求 232
8.1 常用控制电器 232
8.1.1 开关电器 232
8.1.2 熔断器 234
8.1.3 主令电器 235
8.1.4 交流接触器 236
8.1.5 继电器 237
8.2 三相异步电动机的基本控制电路 240
8.2.1 点动控制和直接起动控制 240
8.2.2 多地控制和顺序控制 242
8.2.3 正反转控制 243
8.2.4 行程控制 245
8.2.5 时间控制 246
本章小结 247
习题八 248
第9章 可编程控制器 251
本章学习要求 251
9.1 PLC的结构及工作原理 252
9.1.1 PLC的结构 252
9.1.2 PLC的工作原理 253
9.1.3 PLC的工作方式 255
9.2 PLC的编程元件与指令系统 256
9.2.1 PLC的编程元件 256
9.2.2 PLC的指令 259
9.3 梯形图的设计规则与设计方法 264
9.3.1 梯形图的设计规则 264
9.3.2 梯形图的经验设计法 266
9.4 PLC应用实例 267
9.4.1 三相异步电动机Y－△降压起动控制电路 268
9.4.2 计数器工作电路控制 269
9.4.3 机械手工作过程控制 270
本章小结 271
习题九 272
第10章 电工测量 274
本章学习要求 274
10.1 电工仪表的类型、误差和准确度 274
10.1.1 电工仪表的分类 274
10.1.2 电工仪表的误差和准确度 276
10.2 指针式仪表的结构及工作原理 277
10.2.1 磁电式仪表 277
10.2.2 电磁式仪表 278
10.2.3 电动式仪表 279
10.3 电流、电压、功率及电能的测量 280
10.3.1 电流的测量 280
10.3.2 电压的测量 280
10.3.3 功率的测量 281
10.3.4 电能的测量 283
10.4 电阻的测量 284
10.4.1 万用表 284
10.4.2 兆欧表 287
本章小结 288
习题十 288
附录 290
附录1 电阻器标称阻值系列 290
附录2 电阻器阻值的色环标志法 291
部分习题参考答案 292
参考文献 300

1. 水利水电工程金属结构和机电设备制造监理工作指南 [主编 张小阳]
2. 电工电子技术基础 [主编 刘 军 杨国龙 刘天成]
3. 海上风电工程专利导航与知识产权风险管理研究 [戚海峰 贾献林 许丹海　著]
4. 电工学（少学时）（第二版） [主编 吴显金 陈丽萍]
5. 电工电子技术实验指导书 [主编 李翠英 聂玲 魏 钢 罗]
6. 电工学（多学时）学习辅导与习题全解 [主编 刘曼玲]
7. 电工电子技术 [主编 吴培刚 许弟建]
8. 电工与电子技术（第二版） [主编 王梅 唐翠微]
9. 机电工程管理与实务 [全国一级建造师考试研究中心 编]
10. 通信与广电工程管理与实务 [全国一级建造师考试研究中心 编]
11. 电工与电子技术基础实验教程 [胡淑均 夏秋华 周天庆 戴哲转]
12. 电工电子技术实训指导书 [主编 陈亮]
13. 电工普训 [主编 贺小艳 王璇]
14. 水利水电工程管理与实务 [全国一级建造师考试研究中心]
15. 电工技术基础 （第二版） [主编 李中发 邹津海]
16. 水利水电工程管理与实务 [全国二级建造师考试研究中心 编]
17. 机电工程管理与实务 [全国二级建造师考试研究中心 编]
18. 电工电子技术（第二版） [任万强 张钢]
19. 电工基础 [主编 叶云云 裴勇生 李美菊]
20. 高级维修电工实训 [主编 王兰 许福国]
21. 《电工技术》开放式精品示范课堂设计 [罗瑞琼 宋学瑞 朱利香 刘子建]
22. 电工电子技术实验与实训（第二版） [主编 任万强]
23. 电工与电子技术基础（第二版） [苑尚尊]
24. 电工学（多学时） [刘曼玲 姜 霞]
25. 电工技术（第二版） [李中发 罗瑞琼]
26. 电工与电子技术基础实验指导书（第二版） [李翠英 石 岩 ]
27. 电工与电子技术 [主编 李燕]
28. 电工技术 [主编 刘子建 ]
29. 电工学（少学时） [主编 吴显金 张晓丽]
30. 电工电子技术基础（第二版） [李中发]