电工技术

• 精选电路理论和电机学两门课程的基础内容作为本教材内容，将电路理论和电机学分别安排在1～9章和10～12章加以介绍，也适合少学时电工技术课程教学。

• 以适合学生自学为出发点，优先考虑阐述的清晰和可读性，对所需数学和物理知识作简单介绍，而对重点、难点内容讲清讲透，不吝啬篇幅。

• 激发学生学习兴趣，精选15个代表性应用实例，作为学生自学内容；精选丰富例题和习题，以引导学生掌握本课程重要知识，培养和提高学生分析解决问题的能力。

• 引入仿真工具，介绍MATLAB软件在电路与电机分析中的应用，使学生掌握基本的计算机辅助分析技术。

电工技术是高等院校机制能动类专业的一门专业基础课程。通过本课程的学习，可使学生掌握电路的基本理论和基本分析方法，了解几种典型电机的结构、原理、特性和应用，获得初步的电工技术实验技能，掌握一种仿真软件在电路与电机分析中的应用。

交通设备信息工程、机械设计制造及其自动化、车辆工程等专业要求电工技术课程介绍较多的电路理论知识和电机知识，以便为相关后续课程打好基础。为此，我们编写了这本教材。在编写过程中，我们所作的考虑如下：

（1）在内容安排上，按64学时的理论教学学时，精选电路理论和电机学两门课程的基础内容作为本教材内容。将电路理论和电机学分别安排在1～9章和10～12章加以介绍，使少学时的电工技术课程也可选用本教材。

（2）以适合学生自学为出发点，优先考虑阐述的清晰和可读性，对所需数学和物理知识作简单介绍，而对重点、难点内容讲清讲透，不吝篇幅。

（3）精选了丰富的例题和习题，以引导学生理解掌握本课程的重要知识，培养和提高学生分析解决问题的能力。

（4）在每章末尾都有小结，对本章讲述的主要内容进行归纳和提炼，以帮助学生对本章内容整体把握。

（5）为激发学生学习电工技术的兴趣，本教材结合教学内容精选了15个具有一定代表性的应用实例，应用实例部分可以作为学生自学的内容。

（6）电机内部电磁关系的分析很复杂，也很抽象，而根据电机的基本方程式和等效电路来分析电机的特性则比较简单。对非电类专业的学生来说，主要是要求掌握电机的特性。本书尽量从物理概念上阐述电机内部电磁关系的有关结论，避免复杂的数学推导，电机的特性则根据电机的基本方程式和等效电路导出，从而大大降低了电机学这部分内容的学习难度。

（7）随着计算机的普及和快速发展，计算机辅助分析技术在工程技术领域的应用越来越广泛。本书介绍MATLAB软件在电路与电机分析中的应用，使学生掌握基本的计算机辅助分析技术。

（8）制作相配套的电子课件，利于广大师生使用。

使用本书作为教材时，授课教师可根据学生的能力、培养计划和学时等因素，灵活地选用书中的内容。若选用第1～9章，则需48学时左右，讲完全部内容则需64学时左右。

本书由中南大学电工电子教学与实验中心组织编写，刘子建任主编，罗瑞琼、胡燕瑜任副主编，邹逢兴任主审。全书由刘子建统稿，共13章，第1～4章由罗瑞琼编写，第5～6章由胡燕瑜编写，第7～12章由刘子建编写，第13章由胡燕瑜和刘子建共同编写。

国防科技大学邹逢兴教授担任本书的主审，邹教授在百忙之中精心审阅了全部书稿，提出了许多宝贵意见，对完善和提高教材质量起到了重要作用，在此向邹教授表示深深的谢意。

本书在编写过程中，得到了中南大学电工电子教学与实验中心许多教师的支持与帮助，特别是罗桂娥、宋学瑞、张静秋、李中华、张晓丽、赖旭芝、刘曼玲、张亚鸣、李力争、谢平凡、吴显金、张婵娟、寻小惠、姜霞和罗群等教师审阅了本书的编写提纲和书稿，提出了很多改进意见和建议，对我们启发和帮助很大，在此表示衷心的感谢。

中南大学张升平老师仔细阅读了本书的初稿，提出了许多宝贵的意见和建议，在此表示诚挚的感谢。

由于编者水平有限，书中不足之处在所难免，敬请广大读者批评指正。

编 者

2013年12月于中南大学

序
前言
第1章 电路模型和电路定律 1
1.1 电路和电路模型 1
1.1.1 电路的作用和组成 1
1.1.2 电路模型 2
1.1.3 集总参数电路 2
1.2 电路变量 3
1.2.1 电流及其参考方向 3
1.2.2 电压及其参考方向 5
1.2.3 功率和能量 6
1.3 基尔霍夫定律 7
1.3.1 基尔霍夫电流定律 8
1.3.2 基尔霍夫电压定律 10
1.4 电阻电路元件 12
1.4.1 电阻元件 13
1.4.2 独立电源 15
1.4.3 受控电源 18
1.5 应用实例：安全用电与人体电路模型 20
本章小结 22
习题一 22
第2章 电阻电路的等效变换 25
2.1 电路的等效变换 25
2.2 电阻的串联和并联 26
2.3 电阻Y形联接和△形联接的等效变换 29
2.4 电压源、电流源的串联和并联 33
2.4.1 电压源的串联和并联 33
2.4.2 电流源的串联和并联 33
2.5 实际电源的两种模型及其等效变换 34
2.6 输入电阻 37
2.7 应用实例：直流电压表和直流电流表 38
本章小结 42
习题二 42
第3章 电阻电路的一般分析方法 46
3.1 支路分析法 46
3.2 回路电流法 48
3.3 结点电压法 53
3.4 应用实例：力的电测法 58
本章小结 59
习题三 60
第4章 电路定理 63
4.1 叠加定理 63
4.2 替代定理 68
4.3 戴维宁定理和诺顿定理 72
4.3.1 戴维宁定理 72
4.3.2 诺顿定理 77
4.4 最大功率传输定理 78
4.5 应用实例：实际电压表的负载效应 80
本章小结 81
习题四 82
第5章 动态电路的时域分析 87
5.1 电容元件 87
5.1.1 电容元件的定义 87
5.1.2 电容的电压电流关系 88
5.1.3 电容的储能 89
5.1.4 电容电压的连续性质 89
5.1.5 电容的串联与并联 90
5.2 电感元件 91
5.2.1 电感元件的定义 91
5.2.2 电感的电压电流关系 92
5.2.3 电感的储能 93
5.2.4 电感电流的连续性质 94
5.2.5 电感的串联与并联 94
5.3 动态电路方程 95
5.3.1 动态电路方程的列写 95
5.3.2 一阶微分方程的求解 97
5.3.3 初始条件的确定 100
5.4 一阶电路的零输入响应 103
5.4.1 一阶RC电路的零输入响应 103
5.4.2 一阶RL电路的零输入响应 105
5.5 一阶电路的零状态响应 107
5.5.1 一阶RC电路的零状态响应 107
5.5.2 一阶RL电路的零状态响应 109
5.6 一阶电路的全响应及三要素法 109
5.6.1 一阶RC电路的全响应 109
5.6.2 一阶RL电路的全响应 111
5.6.3 一阶电路的三要素法 112
5.7 应用实例 117
5.7.1 电梯接近开关 117
5.7.2 闪光灯电路 118
5.7.3 延时电路 119
本章小结 120
习题五 121
第6章 相量法 125
6.1 正弦量 125
6.2 复数和复指数函数 128
6.3 相量法的基础 132
6.4 电路定律和电路元件的相量形式 135
6.5 应用实例：电容分压的可调照明电路 138
本章小结 139
习题六 140
第7章 正弦稳态电路的分析 141
7.1 阻抗和导纳 141
7.2 正弦稳态电路的相量法求解 147
7.3 正弦稳态电路的功率 155
7.4 功率因数的提高 161
7.5 最大功率传输 163
7.6 正弦稳态网络函数 165
7.7 RLC电路的谐振 168
7.7.1 RLC串联谐振电路 168
7.7.2 RLC并联谐振电路 172
7.8 非正弦周期电流电路的分析 173
7.9 应用实例：无线电接收机的调谐电路 176
本章小结 177
习题七 178
第8章 三相电路 184
8.1 三相电路的基本概念 184
8.2 对称三相电路的分析 189
8.3 不对称三相电路的分析 193
8.4 三相电路的功率 196
8.5 应用实例：电力系统简介 198
本章小结 199
习题八 200
第9章 含有耦合电感的电路 203
9.1 耦合电感 203
9.2 含有耦合电感电路的计算 207
9.3 空心变压器 212
9.4 理想变压器 214
9.5 应用实例：反激变换器 216
本章小结 218
习题九 218
第10章 铁心变压器 221
10.1 基本电磁定律 221
10.2 磁路的欧姆定律 223
10.3 铁心变压器 224
10.3.1 单相变压器 225
10.3.2 三相变压器 230
10.3.3 变压器的额定值 231
10.3.4 变压器的电压调整特性 232
10.3.5 自耦变压器 232
10.4 应用实例：牵引变压器 233
本章小结 234
习题十 235
第11章 三相异步电动机 236
11.1 三相异步电动机的结构 236
11.2 三相异步电动机的主要技术数据 239
11.3 三相异步电动机的基本工作原理 242
11.4 三相异步电动机的基本方程式和等效电路 245
11.5 三相异步电动机的功率平衡及转矩平衡方程 247
11.6 三相异步电动机的机械特性 250
11.7 三相异步电动机的起动 256
11.8 三相异步电动机的调速 260
11.9 三相异步电动机的制动 262
11.10 应用实例 265
11.10.1 变频空调、变频洗衣机和变频电冰箱 265
11.10.2 三相异步牵引电动机 266
本章小结 267
习题十一 268
第12章 继电接触器控制系统 269
12.1 常用低压电器 269
12.2 电气原理图的绘制原则 276
12.3 三相异步电动机基本控制电路 277
12.3.1 点动控制 278
12.3.2 直接起停控制 278
12.3.3 两地控制 279
12.3.4 正反转控制 280
12.3.5 顺序控制 281
12.3.6 行程控制 282
12.3.7 时间控制 284
12.4 应用实例：加热炉自动送料控制电路 285
本章小结 287
习题十二 287
第13章 MATLAB在电路与电机分析中的应用 289
13.1 MATLAB简介 289
13.1.1 MATLAB的操作界面 289
13.1.2 MATLAB的图形处理功能 293
13.1.3 MATLAB语言要点 295
13.1.4 仿真工具Simulink 301
13.1.5 电力系统仿真工具箱 305
13.2 MATLAB在电路分析中的应用 308
13.3 MATLAB在电机分析中的应用 314
本章小结 317
习题十三 317
部分习题答案 318
参考文献 325

1. 电工电子技术基础 [主编 刘 军 杨国龙 刘天成]
2. 电工电子技术实验指导书 [主编 李翠英 聂玲 魏 钢 罗]
3. 电工电子技术 [主编 吴培刚 许弟建]
4. 电工与电子技术（第二版） [主编 王梅 唐翠微]
5. 电工电子技术实训指导书 [主编 陈亮]
6. 电工普训 [主编 贺小艳 王璇]
7. 电工技术基础 （第二版） [主编 李中发 邹津海]
8. 《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]
9. 电工电子技术实验与实训（第二版） [主编 任万强]
10. 电工技术（第二版） [李中发 罗瑞琼]
11. 电工与电子技术 [主编 李燕]
12. 电工技术 [李中发 主 编]
13. 电工学电工技术（第七版•上册）同步辅导及习题全解 [主编 陈勇 孟祥曦]
14. 电工技术学习指导与习题解答 [李中发 主编]
15. 电工学电工技术（第六版）同步辅导及习题全解 [陈勇 孟祥曦]
16. 电工技术基础 [李中发 主编]
17. 电工技术 [范次猛 编著]