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第0章 电气工程学导论1

0.1 什么是电气工程学2

0.2 电气工程的发展简史2

0.3 电气工程的应用领域4

0.4 本书内容4

第1章 电路的基本概念与基本理论6

1.1 电路、电流与电压7

1.1.1 电路和电路模型7

1.1.2 电流与电压9

1.1.3 关联参考方向13

1.2 功率与能量13

1.2.1 功率13

1.2.2 能量14

1.2.3 电气铭牌14

1.3 基尔霍夫定律15

1.3.1 基尔霍夫电流定律（KCL）15

1.3.2 基尔霍夫电压定律（KVL）17

1.3.3 基尔霍夫定律的应用——支路电流法18

1.4 电路元件：电阻20

1.4.1 电阻20

1.4.2 欧姆定律20

1.4.3 电阻功率21

1.4.4 开路和短路21

1.4.5 电阻的串联和并联21

1.4.6 复杂电阻电路的化简24

1.5 电路元件：电源26

1.5.1 电压源26

1.5.2 电流源28

1.5.3 含独立源电路的简化29

1.5.4 受控源30

1.6 知识拓展与应用：新的无源元件——忆阻器31

1.6.1 忆阻器的理论模型31

1.6.2 忆阻器的物理实现32

1.6.3 忆阻器的电气特性32

1.6.4 忆阻器的应用前景32

1.7 实验仿真：Simulink仿真软件34

1.7.1 MATLAB/Simulink软件的功能简介34

1.7.2 Simulink软件的使用35

1.7.3 Simulink模块库36

本章小结36

习题37

第2章 电阻电路分析方法44

2.1 节点电压法45

2.1.1 节点电压45

2.1.2 节点电压分析法思想45

2.1.3 应用节点电压法分析时的几种特殊情况46

2.2 网孔电流法47

2.2.1 网孔电流47

2.2.2 网孔电流分析法思想48

2.2.3 应用网孔电流法分析时的几种特殊情况49

2.2.4 多种电路分析方法的比较49

2.3 叠加原理50

2.3.1 叠加原理思想50

2.3.2 应用叠加原理分析时的注意要点51

2.4 等效电路方法53

2.4.1 电源等效53

2.4.2 戴维南定理56

2.4.3 诺顿定理60

2.4.4 最大功率传输定理60

2.5 知识拓展与应用：惠斯通电桥测电阻62

2.6 实验仿真：基于Simulink 的电阻电路仿真实例64

本章小结67

习题67

第3章 电容与电感74

3.1 电容器75

3.1.1 常见电容器75

3.1.2 电容76

3.1.3 电容器符号77

3.1.4 电容器的主要参数77

3.1.5 电容的伏安关系77

3.1.6 电容的属性78

3.2 容的能量存储78

3.2.1 电容的储能78

3.2.2 电容的属性79

3.3 电容的串并联79

3.3.1 电容的串联79

3.3.2 电容的并联80

3.4 电感器81

3.4.1 电感81

3.4.2 常见电感器外形和电路符号82

3.4.3 电感器的主要参数82

3.4.4 电感中电压与电流之间的系83

3.5 电感的能量存储84

3.5.1 电感的储能84

3.5.2 电感的属性84

3.6 电感的串并联85

3.6.1 电感的串联85

3.6.2 电感的并联85

3.7 知识拓展与应用：互感86

3.7.1 互感现象86

3.7.2 互感系数86

3.7.3 互感电压87

3.8 实验仿真：电容电感的Simulink仿真88

本章小结89

习题90

第4章 电路的暂态分析94

4.1 暂态分析95

4.1.1 暂态与稳态概念95

4.1.2 暂态存在的原因95

4.1.3 暂态分析的意义95

4.2 换路定则与初始值的确定96

4.2.1 换路定则96

4.2.2 初始始值的确定96

4.3 一阶电路的暂态分析98

4.3.1 经典法（时域分析法）98

4.3.2 三要素法99

4.4 一阶电路的零输入响应和零状态响应103

4.4.1 一阶电路的全响应103

4.4.2 零输入响应、零状态响应与三要素法的关系104

4.5 二阶电路的暂态分析105

4.5.1 二阶电路105

4.5.2 RLC串联电路的零输入响应105

4.5.3 RLC串联电路的零状态响应106

4.5.4 RLC 串联电路的全响应107

4.6 知识拓展与应用：微分电路与积分电路及其应用107

4.6.1 微分电路107

4.6.2 积分电路108

4.7 实验仿真：基于Simulink 的暂态电路仿真实例109

本章小结111

习题112

第5章 正弦交流电路分析118

5.1 正弦交流电的基本概念119

5.1.1 正弦量的三要素120

5.1.2 正弦交流电的有效值121

5.1.3 正弦交流电的相位差122

5.2 正弦电流、电压的相量表示123

5.2.1 正弦量的相量表示123

5.2.2 相量的复数运算124

5.3 单一电阻、电容、电感元件正弦交流电路126

5.3.1 纯电阻电路126

5.3.2 纯电感电路127

5.3.3 纯电容电路130

5.4 正弦交流电路的一般分析方法133

5.4.1 复阻抗与复导纳133

5.4.2 R、L、C串联的正弦交流电路134

5.4.3 R、L、C 并联的正弦交流电路137

5.4.4 阻抗的串联和并联140

5.5 功率因数的提高143

5.5.1 二端口网络的功率143

5.5.2 功率因数提高145

5.6 复杂电路的分析方法147

5.6.1 节点电压法147

5.6.2 网孔电流法148

5.6.3 叠加原理149

5.6.4 戴维南定理149

5.6.5 最大功率传输定理151

5.7 知识拓展与应用：GPS定位原理152

5.8 实验仿真：正弦交流电路的Simulink仿真153

本章小结155

习题156

第6章 多频率正弦信号的响应163

6.1 傅里叶分析与频率响应164

6.1.1 傅里叶分析164

6.1.2 频率响应165

6.2 传递函数与波特图165

6.2.1 幅频特性和相频特性166

6.2.2 波特图167

6.3 滤波器170

6.3.1 一阶RC低通滤波器171

6.3.2 一阶RC高通滤波器172

6.3.3 RC带通滤波器173

6.4 谐振173

6.4.1 串联谐振174

6.4.2 并联谐振177

6.5 知识拓展与应用：共振与谐振179

6.6 实验仿真：Simulink对无源低通滤波器类型的仿真及其特性183

6.6.1 RC滤波器电路图与理论分析183

6.6.2 LC滤波器电路图与理论分析184

6.6.3 Simulink对多种滤波器仿真比较分析185

本章小结186

习题187

第7章 三相交流电路分析190

7 1 三相电力系统介绍191

7.2 三相电源的连接方式192

7.2.1 三相电源192

7.2.2 三相电源的星形连接193

7.2.3 三相电源的三角形连接194

7.2.4 三相电的分类195

7.3 三相负载的连接方式196

7.3.1 三相负载的星形连接197

7.3.2 三相负载的三角形连接199

7.4 三相电路计算200

7.4.1 对称三相电路的计算200

7.4.2 不对称三相电路的计算203

7.5 三相功率计算205

7.6 知识拓展与应用：单相功率表测三相功率206

7.6.1 电动式功率表的结构及工作原理206

7.6.2 一瓦表法测三相功率207

7.6.3 二瓦表法测三相功率208

7.6.4 三瓦表法测三相功率208

7.7 实验仿真：基于Simulink的三相电路仿真209

本章小结211

习题212

第8章 磁路与变压器216

8.1 磁场的基本物理量217

8.2 磁路的基本定律219

8.2.1 磁路219

8.2.2 磁路基本定律220

8.2.3 磁路与电路的比较222

8.2.4 磁路的分析计算223

8.3 磁性材料的性能226

8.3.1 磁性材料的磁性能226

8.3.2 磁性物质的分类228

8.3.3 铁芯损耗229

8.4 变压器的结构和工作原理230

8.4.1 交流铁芯线圈电路230

8.4.2 变压器的结构和工作原理231

8.4.3 变压器的外特性额定值、损耗和效率问题234

8.4.4 变压器的同名端及其测定236

8.5 常用变压器237

8.5.1 三相电力变压器237

8.5.2 自耦变压器237

8.5.3 仪用互感器238

8.6 电磁铁240

8.7 知识拓展与应用：日常生活中的电磁感应241

8.8 实验仿真：Simulink对变压器的仿真242

本章小结245

习题245

第9章 三相异步电动机252

9.1 电动机的分类和结构253

9.1.1 电动机的分类253

9.1.2 三相异步电动机254

9.2 三相异步电动机工作原理257

9.2.1 三相异步电动机的结构和原理257

9.2.2 三相异步电动机的极数与转速260

9.2.3 三相异步电动机的定子电路与转子电路262

9.3 三相异步电动机的特性和铭牌数据263

9.3.1 三相异步电机的转矩特性与机械特性263

9.3.2 三相异步电机的铭牌数据265

9.4 三相异步电动机的使用266

9.4.1 三相异步电动机的启动266

9.4.2 鼠笼型异步电动机的启动方法267

9.4.3 绕线式三相异步电动机的启动268

9.4.4 三相异步电动机的调速270

9.4.5 三相异步电动机的制动与反转271

9.4.6 三相异步电动机的使用、维护及故障处理273

9.5 其他电动机273

9.5.1 单相异步电动机273

9.5.2 三相同步电动机273

9.5.3 直流电机276

9.5.4 控制电机277

9.6 知识拓展与应用：日光灯法测定转差率279

9.7 实验仿真：基于Simulink的异步电动机模型仿真280

9.7.1 异步电动机模块简介280

9.7.2 鼠笼型异步电动机的仿真模型建立282

9.7.3 鼠笼型异步电动机的仿真分析282

本章小结284

习题285

第10章 继电接触控制系统289

10.1 电气控制介绍290

10.1.1 常用低压控制电器290

10.1.2 继电接触器控制电路的基本控制规律293

10.2 单向直接启动控制295

10.2.1 直接启动控制电路295

10.2.2 连续运转控制295

10.3 正反转控制296

10.3.1 三相异步电动机正反转控制电路的特点与应用296

10.3.2 自锁与互锁的区别297

10.3.3 接触器互锁的反转控制电路297

10.3.4 双重互锁的正反转控制电路297

10.4 连锁控制298

10.5 集中控制与分散控制299

10.6 典型控制环节299

10.6.1 行程控制299

10.6.2 时间控制300

10.6.3 速度控制302

10.7 可编程控制器302

10.8 知识拓展与应用：电梯的电气控制304

10.8.1 电气控制系统304

10.8.2 电梯控制电路的典型环节305

10.8.3 电梯控制的PLC307

10.9 实验仿真：异步电动机启动过程的Simulink仿真308

10.9.1 直接启动308

10.9.2 降压启动310

本章小结311

习题312

第11章 供电知识与安全用电315

11.1 电力系统介绍316

11.1.1 供配电基本知识316

11.1.2 常见供配电形式317

11.2 触电与触电伤害317

11.2.1 触电伤害事故318

11.2.2 电流对人体的伤害320

11.3 防止触电的技术措施322

11.3.1 工作接地322

11.3.2 保护接地323

11.3.3 保护接零323

11.4 触电急救325

11.4.1 人体触电后的表现326

11.4.2 人体触电后脱离电源的方法326

11.4.3 对症救治327

11.4.4 电器火灾处理327

11.5 防雷电破坏措施328

11.5.1 雷电的危害328

11.5.2 防雷保护措施329

11.6 知识拓展与应用：家庭用电安全329

11.6.1 家庭布线329

11.6.2 家用电器安全使用330

11.7 实验仿真：基于Simulink对电力系统的仿真330

本章小结333

习题333

第12章 电工仪表与测量335

12.1 常用电工仪表的组成和分类336

12.1.1 电工指示仪表的组成336

12.1.2 电工指示仪表的基本工作原理338

12.2 常见电工仪表的使用339

12.2.1 万用表339

12.2.2 钳形表与兆欧表342

12.2.3 示波器345

12.3 测量方法与测量误差347

12.3.1 测量的概念及常用术语347

12.3.2 测量方法的分类348

12.3.3 测量误差的分类349

12.4 对电路物理量的测量352

12.4.1 电流与电压的测量352

12.4.2 功率与电能的测量355

12.5 电路参数的测量358

12.5.1 电阻的测量358

12.5.2 电容、电感的测量360

12.6 智能仪器与虚拟技术363

12.7 知识拓展与应用：常用电工工具的使用364

12.8 实验仿真：Simulink 中测量模块介绍367

本章小结369

习题370