本書是依據(jù)教育部頒布的高等學校非電類專業(yè)“電工學”課程的基本要求,結(jié)合新的課程體系和教學內(nèi)容的需要,在編者近30年教學過程中,通過探索、改革和總結(jié)實踐經(jīng)驗編寫而成的。
全書共7章,主要內(nèi)容有:電路的基本概念與基本定律、電路的常用定理及基本分析方法、暫態(tài)電路分析、正弦穩(wěn)態(tài)交流電路分析、三相交流電路及安全用電常識、變壓器與三相異步電動機、繼電接觸器控制系統(tǒng)。每章增設(shè)了章前預(yù)習提要,配有一定數(shù)量、難易適當、緊扣教學內(nèi)容的例題、課堂限時習題及課后習題。書末附有習題答案。另外,本書還配有課前預(yù)習課件、課堂授課課件以及課后小結(jié)課件等,非常有利于教師施教和學生學習。
本書以工程實踐中正在使用的電工學基礎(chǔ)理論為主,在突出基本理論、基本分析方法的同時,注重理論聯(lián)系實際,并將復(fù)雜問題簡單化,理論問題工程化。書中包含了許多工程和生活中的電路應(yīng)用實例,有利于提高學生對該學科的興趣和加深學生對理論知識的理解。
本書可作為工科非電類專業(yè)電工學相關(guān)課程的教材,尤其適用于希望將“雨課堂”等現(xiàn)代智慧教學工具引入電工學教學中的教師,也可作為廣大自學讀者學習電工學課程時的輔導參考書及電子愛好者自學和實踐的指導性參考書,還可供相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員使用和參考。
“電工學”是工科非電類專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程,其所蘊含的知識是工科學生的整體知識結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)、素質(zhì)教育的重要組成部分。通過學習本課程,學生能夠獲得電工電子技術(shù)方面的基本理論、基本知識和基本實驗技能,從而為學習后續(xù)課程及從事相關(guān)的工程技術(shù)工作和科學研究打下堅實的基礎(chǔ)。
在當前“新工科”的背景下,以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為導向,以學生學習與發(fā)展成效為核心,其著力點之一就在于變革傳統(tǒng)的課堂教學模式。通過將信息技術(shù)有效地融合在課堂的實體教學過程來營造一種信息化教學環(huán)境,實現(xiàn)一種既能充分發(fā)揮教師主導作用,又能突出體現(xiàn)學生認知主體地位的、以“自主、探究、合作”為特征的新型教與學方式,從而把學生學習的主動性、積極性、創(chuàng)造性較充分地發(fā)揮出來。只有通過任課教師在課堂教學過程中設(shè)計并實施有效的智慧教學模式,才有可能實現(xiàn)學科教學質(zhì)量的大幅提升。要真正有效地實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變,重要任務(wù)之一就是進行教材改革。本書就是針對新的教學大綱、新的課程體系,在多年教學實踐的基礎(chǔ)上,總結(jié)豐富的教改經(jīng)驗和科研成果,消化吸收國內(nèi)外優(yōu)秀教材的長處編寫而成的。
本書共分7章,按新教學大綱要求,結(jié)合國際相關(guān)學科的研究進展及發(fā)展需要,對傳統(tǒng)的教學內(nèi)容進行了合理的精選、改寫、補充和整合。內(nèi)容由淺入深,系統(tǒng)地介紹了電工技術(shù)的理論基礎(chǔ)、分析方法及實際應(yīng)用。全書力求概念準確、內(nèi)容新穎、深入淺出、語言流暢、可讀性強,既注重基本原理必要的講解,又力求突出工程上的實用性。本書有以下特點:明確指出本課程的重點和難點內(nèi)容,以及學習中常見的疑難之處與易混淆的概念,以便使讀者理解深刻、熟練掌握;不過分強調(diào)理論的系統(tǒng)性和完整性,盡量做到內(nèi)容“少、精、寬、新”,以保證課程的前沿性與先進性;增加了典型實例電路剖析的內(nèi)容,這些實例注重理論聯(lián)系實際,搭建了從理論到應(yīng)用的橋梁,突出了電工電子技術(shù)在實際生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用。這些特點既增加了學生的學習興趣,又引導學生思考,有利于培養(yǎng)學生應(yīng)用所學電工電子知識解決實際問題的意識與綜合分析能力。本書的體系結(jié)構(gòu)注重基礎(chǔ)知識的內(nèi)在關(guān)系,突出基本概念和基本原理,以“基礎(chǔ)性、實用性、先進性”為原則,將基礎(chǔ)理論知識與應(yīng)用更好地結(jié)合,較好地解決了知識“膨脹”與課時緊張的矛盾。
在目前大教改的背景下,以“雨課堂”為代表的現(xiàn)代智慧教學工具以驚人的速度在高校得到大力提倡和推廣。通過多年的教學實踐,我深刻體會到充分靈活地運用好“雨課堂”這個強大的教學工具,對有效提高教學質(zhì)量、提高學生分析問題和解決問題的能力是極為有利的。編者結(jié)合三年來實施智慧教學課堂模式的實踐經(jīng)驗,對整個課程教學方案進行了精心設(shè)計,將現(xiàn)代智慧教學工具——“雨課堂”的相關(guān)手段融入了本書及配套的電子課件中,主要體現(xiàn)在以下幾方面:
(1)每章前增設(shè)了“章前預(yù)習提要”,每節(jié)后增設(shè)了“課堂限時習題”,并配套設(shè)置在授課課件中,可以在教學過程中進行實時推送,以便及時了解學生對知識點相關(guān)基本概念的掌握程度,根據(jù)學生實際的答題情況做出教學上的實時調(diào)整。
(2)與本書配套的“雨課堂”電子課件,包括課前預(yù)習課件、課堂授課課件以及課后小結(jié)課件三部分,體現(xiàn)了對整個課程教學方案的精心設(shè)計。其中,課前預(yù)習課件中提供了教學內(nèi)容的相關(guān)背景知識,對一些相對簡單、學生可以自學的教學內(nèi)容有較詳細的闡述,還添加了有關(guān)的慕課、網(wǎng)絡(luò)視頻等元素,特別是設(shè)計了檢測學生預(yù)習效果的自測題。這些內(nèi)容有利于提高學生的學習能力和學習主動性,節(jié)省出一些課堂上的寶貴時間,以便教師突出重點、集中精力講解比較難的知識點,進而積極引導學生思考討論,進行高層次的雙向交流,從而使以學生為主體的啟發(fā)式互動教學模式得以實施。課堂授課課件則與課前預(yù)習課件相輔相成,對預(yù)習課件中已有的詳細內(nèi)容只做概括總結(jié),重點放在把書中隱藏的知識點提取出來,把知識點間的內(nèi)在聯(lián)系提煉出來,提出不同難度層次的思考題,引導學生進行交流討論,幫助學生構(gòu)建完整的知識體系。課后小結(jié)課件是對課堂授課課件的概括總結(jié),以利于學生課后復(fù)習。在教學過程中,這些精心設(shè)計的與教材相配套的電子課件既有利于教師發(fā)揮主導作用,又能突出體現(xiàn)學生認知主體的地位,以便充分調(diào)動和發(fā)揮學生學習的主動性。
另外,與上一版相比,本書在內(nèi)容上做了以下調(diào)整:
(1)第4章正弦穩(wěn)態(tài)交流電路分析是課程的難點和重點,把其中的功率問題獨立出來單獨講述,采用更有效和精練的方式把問題交代清楚,遵循認知規(guī)律,更有利于學生按照嚴謹?shù)乃季S方式接受相關(guān)的知識點。
(2)將上一版中第6章和第7章整合為一章,除保留基礎(chǔ)的主要內(nèi)容外,削減了有關(guān)磁路的復(fù)雜理論推導和應(yīng)用較少的難記公式。通過例題進一步說明基本理論在實際中的應(yīng)用,增強學生的工程意識與創(chuàng)新能力。將學科和行業(yè)的新知識、新技術(shù)、新成果融入本書,更有利于寬口徑人才創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
(3)所配例題更具有典型性,并能適當兼顧工程實際,例題解答過程更詳盡清楚。每章節(jié)配有適量的且有針對性的、難易適當?shù)恼n堂限時習題以及課后習題。課后習題與例題類型盡量密切結(jié)合,學生參考相關(guān)例題的解答能夠較順利地完成習題,書中標有星號(*)的內(nèi)容屬于加深加寬的參考內(nèi)容,可根據(jù)實際需要而有所取舍。習題中也有少量是標有星號(*)的,可供選用,以便在使用時具有一定的靈活性。
廣東工業(yè)大學自動化學院的蔡述庭教授以及多位同行老師對本書的編寫給予了大力的支持和幫助,在此,謹向他們致以衷心的感謝!
在本書的編寫過程中,我的兒子許悅聰給予了極大的精神鼓勵和支持,眾多過去的、現(xiàn)在的學生們給予了鼓勵和支持。
在此,表示最誠摯、最衷心的感謝!
作為一名普通平凡的高校教師,謹以此書獻給所摯愛的高等教育事業(yè)!
本書由廣東工業(yè)大學自動化學院林珊編寫,由蔡述庭教授主審。
本書及其配套的電子課件和課程設(shè)計是編者的用心嘗試,希望能夠為將“雨課堂”等智慧教學工具引入到教學模式中、實施翻轉(zhuǎn)或部分翻轉(zhuǎn)課堂教學的師生們提供一些幫助。
由于編者水平有限和經(jīng)驗不足,書中難免有疏漏和不妥之處,懇請廣大讀者提出寶貴意見并予以指正,在此,表示誠摯的感謝!聯(lián)系郵箱:alice333happy@163com。
林珊于廣東工業(yè)大學
目錄目錄序
前言
第1章電路的基本概念與基本定律1
1.1實際電路概述1
1.1.1實際電路1
1.1.2電路模型3
1.2電路的基本物理量5
1.2.1電流及其參考方向5
1.2.2電壓、電位及電動勢6
1.2.3電能和電功率9
1.3電路元件12
1.4電阻元件12
1.4.1電阻的電壓電流關(guān)系及伏安特性
曲線14
1.4.2電阻元件的功率和能量16
1.4.3特殊的電阻元件16
1.4.4電阻元件的工程應(yīng)用基礎(chǔ)17
1.5獨立源17
1.5.1理想電壓源和實際電壓源18
1.5.2理想電流源和實際電流源19
1.6受控電源21
1.7基爾霍夫定律23
1.7.1基爾霍夫電流定律24
1.7.2基爾霍夫電壓定律25
1.8電路中電位的計算28
習題30
第2章電路的常用定理及基本
分析方法34
2.1等效變換34
2.1.1電阻的等效變換35
2.1.2獨立電源的等效變換44
2.2等效電源定理49
2.2.1戴維南定理49
2.2.2諾頓定理51
2.3最大功率傳輸定理53
2.4疊加定理56
2.5線性電路的基本分析方法58
2.5.1支路電流法59
2.5.2節(jié)點電壓法60
2.6含受控源電路的分析計算63
*2.7非線性電阻電路的分析66
習題69
第3章暫態(tài)電路分析74
3.1動態(tài)元件74
3.1.1電感元件74
3.1.2電容元件77
3.2換路定則及初始值的確定80
3.2.1換路及換路定則80
3.2.2初始值的確定81
3.3一階電路暫態(tài)過程的分析方法84
3.3.1一階電路微分方程的建立85
3.3.2一階電路暫態(tài)分析的三要素法88
3.4一階電路的幾種常見響應(yīng)91
3.4.1一階電路的零輸入響應(yīng)91
3.4.2一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)95
3.4.3一階電路的全響應(yīng)99
習題102
第4章正弦穩(wěn)態(tài)交流電路分析106
4.1正弦量106
4.1.1正弦量的基本概念106
4.1.2正弦量的三要素107
4.2正弦量相量表示112
4.2.1復(fù)數(shù)及其運算112
4.2.2正弦量與相量115
4.3基本元件伏安關(guān)系的相量模型118
4.3.1電阻元件伏安特性的相量模型118
4.3.2電感元件伏安特性的相量模型119
4.3.3電容元件伏安特性的相量模型121
4.4基爾霍夫定律的相量模型124
4.4.1基爾霍夫電流定律的相量模型125
4.4.2基爾霍夫電壓定律的相量模型126
4.5正弦穩(wěn)態(tài)交流電路的阻抗與導納127
4.5.1復(fù)阻抗的定義127
4.5.2復(fù)阻抗的串聯(lián)和并聯(lián)131
4.5.3復(fù)導納的串聯(lián)和并聯(lián)132
4.6正弦穩(wěn)態(tài)交流電路的相量分析法133
4.7正弦穩(wěn)態(tài)交流電路的功率137
4.7.1瞬時功率138
4.7.2有功功率、無功功率及視在
功率140
4.7.3功率因數(shù)的提高143
4.8交流電路的頻率特性146
4.8.1RC濾波電路147
4.8.2諧振電路150
4.9非正弦周期電壓和電流157
4.9.1非正弦周期信號的分解158
4.9.2非正弦周期電流電路的有效值、
平均值和功率159
4.9.3非正弦周期電流電路的計算161
習題164
第5章三相交流電路及安全
用電常識169
5.1三相交流電源169
5.1.1三相交流電源的產(chǎn)生169
5.1.2三相電源的連接171
5.2三相電路負載的連接173
5.3三相電路的分析和計算176
5.3.1三相電路的聯(lián)結(jié)方式176
5.3.2三相電路的△聯(lián)結(jié)方式181
5.4三相電路功率的計算和測量184
5.4.1三相電路功率的計算184
5.4.2三相電路功率的測量187
5.5安全用電190
5.5.1安全用電常識190
5.5.2觸電方式190
5.5.3接地和接零191
習題194
第6章變壓器與三相異步電動機196
6.1磁路196
6.2變壓器199
6.2.1變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理199
6.2.2變壓器的額定值205
6.2.3變壓器的外特性與效率205
6.2.4特殊變壓器207
6.3三相異步電動機209
6.3.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)209
6.3.2三相異步電動機的工作原理211
6.3.3三相異步電動機的機械特性214
6.3.4三相異步電動機的運行特性217
6.3.5三相異步電動機的使用221
6.3.6三相異步電動機的選擇224
6.4單相異步電動機225
6.4.1單相異步電動機的工作原理225
6.4.2單相異步電動機的起動方法227
習題228
第7章繼電接觸器控制系統(tǒng)231
7.1常用的控制電器231
7.1.1組合開關(guān)232
7.1.2按鈕233
7.1.3交流接觸器234
7.1.4繼電器235
7.1.5熔斷器238
7.1.6低壓斷路器239
7.1.7行程開關(guān)240
7.2三相異步電動機的基本控制電路241
7.2.1三相籠型電動機直接起動控制242
7.2.2三相籠型電動機正反轉(zhuǎn)控制243
7.2.3三相籠型電動機行程控制245
7.2.4三相籠型電動機的時間控制246
7.3應(yīng)用舉例247
習題249
附錄252
附錄A電阻器的命名方法、標稱值及
功率等級252
附錄B電容器的命名方法及標稱容量
系列254
部分習題參考答案255
參考文獻262