為配合采用“項目導向、任務驅動”相結合的教學形式,實現“教、學、做、練”一體化,《電路基礎/高等職業教育電類專業規劃教材·電氣自動化系列》主要由6個模塊項目完成所有教學任務,包括線性電阻電路分析、*非線性電阻電路分析、動態電路時域分析、正弦交流電路分析、*非正弦周期電流電路分析、互感耦合電路分析。其中,標記“*”的為選學內容,教師可根據實際情況靈活調整學時。書中每個模塊項目學習的過程都是以完成項目的具體要求進行的,體現以工作過程為導向的教育理念。本書采用最新國家標準,力求做到基本內容準確、易懂,且有較強的實用性;同時具有較強的系統性,以適應高職高專不同專業教學的需求,為學習后續課程打下良好的基礎。
《電路基礎/高等職業教育電類專業規劃教材·電氣自動化系列》適合作為高職高專、成人高校及本科院校的二級職業學院和民辦高校的機電、電氣、數控等專業進行專業基礎知識與基本技能培訓的教材,也可以作為非電類專業公共基礎課程的教學用書,還可以作為教師及相關專業工程技術人員的參考用書。
“電路基礎”是普通高等院校電類及近電類相關專業開設的一門必修基礎知識與基本技能課程。雖然電路分析基本理論已非常成熟,但隨著近代電路理論的發展,輔助計算和仿真工具不斷更新,新的學科領域和分支相繼涌現,相關專業的知識結構和學時產生了變化。因此,有必要調整傳統《電路基礎》教材內容,以適應新的課程標準和教學要求。以“滿足社會、貼近實際、貼近學生”為前提,以“理論和實踐相融合”為宗旨,我們與行業企業合作編寫了這本具有工學結合特色的《電路基礎》教材。
本書選材盡量兼顧強、弱電專業,力圖緊密聯系電氣技術,并體現電氣學科的特色,力爭做到內容淺顯、深度適中,淡化理論推導,注重結果使用。對于編寫結構的設計,以現代社會及后續課程要求的基本知識、基本技能為出發點,選取適當的項目、任務作為載體,通過系列實踐活動,使學生比較系統地掌握電路分析中的基本知識、基本理論、基本分析方法,并掌握各種儀器、儀表的使用,以及電工常用工具及布線工藝。在熟練掌握電路基礎基本知識、基本技能和基本素養的基礎上,培養學生的電路基礎職業能力,使學生具備對各種復雜控制系統設計、調試和排除故障的基本能力,了解電工技術在機電一體化領域的發展動態和趨勢。
書中每個模塊項目的內容統一編排成學習目標、理論知識、拓展視野、技能實訓、思考與練習5個部分,便于老師安排教學及學生自學。在理論教學上以“夠用”為原則,書中理論知識的介紹以簡明、扼要為特點,重點講解基本理論,有些知識安排在拓展視野部分,由學生課外查資料自學。
本書模塊一以線性電路為基礎,由電阻電路分析開始,講解直流電源作用下電阻電路的一些分析方法,如支路電流法、節點電壓法、疊加原理、戴維南定理等,其共同特點是任意時間相關性不影響分析過程,使學生理解和掌握電路理論中的分析方法。模塊三是動態電路的時域分析,對含有電容和電感儲能元件的動態電路暫態過程建立微分方程進行分析和求解,以理解暫態電路的變換過程及其應用。模塊四是正弦交流電路分析,主要包括相量分析法、單相電路、三相電路和諧振等內容,使學生掌握相量分析法,把時域變量轉換為頻域變量,再應用模塊一的分析方法解決問題。模塊六是互感耦合電路分析,對以變壓器為主的電磁設備進行分析和應用。另外,根據不同專業的要求,教學內容和學時不同,建議安排72學時完成基本內容的學習。書中標有“*”的模塊和課題,如模塊二、模塊五主要是非線性電阻電路分析和非正弦周期電流電路分析,在教學過程中可以視情況取舍。
學習本書內容要求具備必要的數學基礎和電磁學知識。通過本課程的學習,讓學生了解、掌握電路的基本原理、基本分析方法; 掌握相關的電工技術,能夠從事機電設備及系統的運行、維護、安裝與調試等方面的工作。電路基礎是根據實際工程問題建立電路模型,研究其中電壓、電流和功率之間的聯系規律,為分析、綜合和設計實際電路提供基本電路理論,也是后續相關專業課程的理論基礎。
編者在編寫本書之前多次到企業調研,深入分析相關機電崗位及職業能力要求,經過課程組集體討論,分工協作完成。其中,模塊一、模塊二和模塊三由萊蕪職業技術學院王海燕編寫,模塊四由萊蕪職業技術學院王文華編寫,模塊五由黑龍江職業學院鮑敏編寫,模塊六由萊蕪職業技術學院付麗娟編寫。萊蕪職業技術學院程繼興、吳元修、亓曉鵬、秦貞龍、卜凡閣、高遲、呂琳以及萊蕪技師學院任愛軍等同志在本書編寫過程中積極獻言獻策; 山東通力電力電氣有限公司刁振寶工程師、陳相生工程師,福田雷沃國際有限公司人力資源部吳緒朋、辛大勇等從生產實際出發,為教材選材給出建議,并提供了大量理論與實踐素材。全書由王海燕統稿。山東科技大學馬寶甫教授審閱全稿并提出了許多寶貴意見,他一絲不茍的科學作風,給了我們深刻的教益。
值本書出版之際,對同事、同行以及所列參考文獻的著作者表示深深的謝意。由于編者水平有限,書中不足之處在所難免,懇請各位讀者和專家批評、指正。
編者2015年3月
模塊一線性電阻電路分析
課題一電路中的基本物理量
1.1電路及電路模型
1.2電路中的基本物理量
拓展視野電路工作狀態與額定值
課題二歐姆定律分析
2.1電阻器
2.2歐姆定律
拓展視野電阻的串、并聯
課題三基爾霍夫定律
3.1基爾霍夫電流定律(KCL)
3.2基爾霍夫電壓定律(KVL)
拓展視野電阻的、△連接
課題四電源及其等效變換
4.1電壓源
4.2電流源
4.3理想電源的等效分析
4.4實際電源的等效分析
拓展視野受控源及等效變換
課題五電路分析基本方法
5.1支路電流法
5.2節點電壓法
*拓展視野網孔電流法
課題六電路分析基本定理
6.1疊加定理
6.2戴維南定理
6.3最大功率輸出定理
*拓展視野諾頓定理
技能實訓1電路基本參數測量
技能實訓2基爾霍夫定律的驗證
技能實訓3疊加定理的驗證
思考與練習一
*模塊二非線性電阻電路分析
課題一非線性電阻元件
1.1非線性電阻伏安特性
1.2非線性電阻分類
拓展視野非線性電阻的串并聯
課題二非線性電阻電路圖解分析法
拓展視野非線性電阻電路小信號分析法
技能實訓4非線性電阻電路的研究
思考與練習二
模塊三動態電路時域分析
課題一動態元件與換路
1.1電感元件
1.2電容元件
1.3換路定則與初始值
拓展視野一階電路的響應
課題二一階電路的三要素法
拓展視野微分、積分電路
技能實訓5RC一階電路響應測試
思考與練習三
模塊四正弦交流電路分析
課題一正弦量的表示法
1.1正弦量的瞬時表示
1.2正弦量的相量表示
拓展視野相量的運算
課題二單一參數交流電路
2.1純電阻電路
2.2純電感電路
2.3純電容電路
拓展視野RLC串聯交流電路
課題三復阻抗的聯接
3.1阻抗的串聯
3.2阻抗的并聯
拓展視野單相交流電路功率
*課題四正弦電流電路的諧振
4.1串聯諧振
4.2并聯諧振
*課題五功率因數的提高
5.1功率因數
5.2提高功率因數的意義
5.3提高功率因數的方法
課題六三相交流電路
6.1三相電勢的產生
6.2三相電源的連接
6.3對稱三相負載
*6.4不對稱三相負載
6.5三相電路的功率
6.6三相功率的測量
拓展視野安全用電常識
技能實訓6單相電度表的校驗
技能實訓7日光燈電路及功率因數的提高
技能實訓8星形、三角形負載電路的檢測
思考與練習四
*模塊五非正弦周期電流電路分析
課題一非正弦周期信號
1.1非正弦周期信號概述
1.2非正弦周期波的諧波
拓展視野非正弦周期信號的頻譜
課題二非正弦周期電路的分析
拓展視野諧波及治理策略
技能實訓9非正弦周期電流電路研究
思考與練習五
模塊六互感耦合電路分析
課題一磁路簡介
1.1磁路概述
1.2磁路的基本物理量
1.3磁路的基本定律
拓展視野磁性材料
課題二變壓器的結構
拓展視野繞組同名端的判定
課題三變壓器的工作原理
3.1變壓器的空載運行
3.2變壓器的負載運行
3.3變壓器的阻抗變換
拓展視野變壓器的特性
課題四三相變壓器簡介
4.1三相變壓器的磁路系統
4.2三相變壓器的電路系統
拓展視野變壓器連接組的判定
課題五特殊變壓器
5.1自耦變壓器
5.2儀用互感器
*拓展視野電焊變壓器
技能實訓10變壓器參數測定
思考與練習六
參考文獻