电气工程基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

编辑推荐

　　《电气工程基础》特点：1.书除配有大量例题外还配有书后习题供读者熟悉和掌握各部分知识点。
　　2.本书知识体系的安排遵循便于自学的原则，内容全面、由浅入深，改变了现有书籍普遍存在的对知识介绍的“侧重倾向”。
　　3.本书介绍了火力发电、太阳能发电等多种能源形式的发电过程，使本书适合于更广泛的读者群，弥补现有书籍不足。
　　4.本书在各章节对电力系统的技术新成果及发展动向，均有适当的介绍。使读者及时了解到目前该领域的最新科技水平。

内容简介

　　《电气工程基础》共分12章，主要内容包括电力系统概述、电力系统设备、电气主接线、电气二次接线、电力系统的负荷、电力网络的稳态分析、电力系统的短路计算、电力系统的继电保护、电力系统的安全保护、电力系统电气设备的选择、电力工程设计以及电力系统运行。《电气工程基础》以电力系统为主，全面论述了发电、输变电和配电系统的构成、设计、运行以及管理的基本理论和设计计算方法，具有内容全面、实用性强、方便教学等特点。《电气工程基础》可供普通高等院校电气工程及其自动化、自动化等相关专业使用，同时也可供从事发电厂和变电站的电气设计、运行和管理的电气工程技术人员参考。

内页插图

目录

第1章 电力系统概述
1.1 电力系统的发展历程
1.2 电力系统基本概念
1.3 发电系统
1.3.1 发电能源简介
1.3.2 火力发电
1.3.3 水力发电
1.3.4 风力发电
1.3.5 核能发电
1.3.6 太阳能发电
1.3.7 生物质发电
1.3.8 潮汐发电
1.4 电能的质量指标
1.5 电力系统的电压等级
1.6 变电站及类型
本章小结
习题

第2章 电力系统设备
2.1 汽轮发电机
2.2 水轮发电机
2.3 风力发电机
2.4 输变电设备
2.5 配电装置
2.6 高压电器
2.6.1 断路器
2.6.2 互感器
2.7 接地保护
本章小结
习题

第3章 电气主接线
3.1 电气主接线概念
3.2 电气主接线的形式
3.2.1 概述
3.2.2 有汇流母线的电气主接线
3.2.3 无汇流母线的电气主接线
3.3 主变压器和主接线的选择
3.4 工厂供电系统主接线
3.5 建筑配电系统接线
3.5.1 城网主接线
3.5.2 农网主接线
本章小结
习题

第4章 电气二次接线
4.1 二次接线基本概念
4.1.1 原理接线图
4.1.2 安装接线图
4.2 控制回路
4.2.1 对控制回路的一般要求
4.2.2 控制回路的组成
4.2.3 控制回路和信号回路操作过程分析
4.3 信号回路
4.3.1 位置信号
4.3.2 事故信号
4.3.3 预告信号
4.4 变电站的综合自动化
4.4.1 变电站自动化的含义
4.4.2 变电站综合自动化的发展历程
4.4.3 变电站综合自动化的特点
4.4.4 变电站综合自动化的基本功能
4.4.5 变电站综合自动化的结构
本章小结
习题

第5章 电力系统的负荷
5.1 电力系统负荷的分类
5.2 电力系统负荷曲线
5.3 电力系统负荷的计算
5.4 电网损耗的计算
5.5 用户负荷的计算
5.6 尖峰电流的计算
5.7 功率因数的确定与补偿
5.8 电力系统负荷的特性
5.8.1 负荷的静特性与动特性
5.8.2 负荷的综合特性
本章小结
习题

第6章 电力网络的稳态分析
6.1 输电线路的参数计算与等值电路
6.1.1 参数计算
6.1.2 等值电路
6.2 变压器的参数计算与等值电路
6.2.1 双绕组电力变压器
6.2.2 三绕组电力变压器
6.2.3 自耦变压器
6.2.4 分裂绕组变压器
6.3 电力网络元件的电压和功率分布计算
6.3.1 输电线路
6.3.2 变压器
6.4 电力网络的无功功率和电压调整
6.4.1 无功功率调整
6.4.2 中枢点电压管理
6.4.3 电力系统调压措施
6.5 潮流计算
6.5.1 同电压等级开式电力网络
6.5.2 多电压等级开式电力网络
6.5.3 两端供电电力网络功率分布
6.5.4 考虑损耗时两端供电电力网络功率和电压分布
6.6 直流输电简介
6.6.1 艰难的发展史
6.6.2 独特的功能
6.6.3 两端直流输电系统
6.6.4 直流输电特点及应用范围
6.6.5 高压直流输电系统的主要电气设备
6.6.6 光明的前景
本章小结
习题

第7章 电力系统的短路计算
7.1 电力网络短路故障概述
7.2 标幺值
7.3 无限大功率电源供电网的三相短路电流计算
7.4 有限容量电力网三相短路电流的实用计算
7.5 电力系统各序网络的建立
7.6 不对称短路的计算
7.7 电力网短路电流的效应
本章小结
习题

第8章 电力系统的继电保护
8.1 继电保护的基本概念
8.1.1 继电保护的任务
8.1.2 对继电保护装置的要求
8.2 继电保护原理
8.3 常用保护装置
8.4 电流保护
8.4.1 单侧电源电网相间短路的电流保护
8.4.2 多侧电源电网相间短路的方向性电流保护
8.4.3 大电流接地系统零序电流保护
8.4.4 小电流接地系统零序电流保护
8.5 距离保护
8.5.1 距离保护的基本原理
8.5.2 距离保护的主要组成部分
8.5.3 影响距离保护正常工作的因素及其防止方法
8.5.4 距离保护的整定
8.6 电力系统中变压器的保护
8.6.1 变压器的纵差动保护
8.6.2 变压器的电流和电压保护
8.6.3 变压器的瓦斯保护
8.7 电力电容器的保护
8.8 线路的自动重合闸
8.8.1 自动重合闸的要求和特点
8.8.2 单侧电源线路的三相一次自动重合闸
8.8.3 双侧电源线路的三相一次自动重合闸
8.8.4 具有同步检定和无电压检定的自动重合闸
8.8.5 自动重合闸动作时限选定原则
8.8.6 自动重合闸与继电保护的配合
8.8.7 单相自动重合闸
8.8.8 综合自动重合闸简介
8.8.9 自动重合闸在750kV及以上特高压线路上的应用
本章小结
习题

第9章 电力系统的安全保护
9.1 防雷保护
9.1.1 雷电的基本知识
9.1.2 防雷保护装置
9.1.3 输电线路的防雷保护
9.1.4 发电厂的防雷保护
9.1.5 变电站的防雷保护
9.2 绝缘配合
9.3 电气装置的接地
本章小结
习题

第10章 电力系统电气设备的选择
10.1 电气设备选择遵循的条件
10.2 高压电器的选择
10.2.1 按正常工作条件选择高压电气设备
10.2.2 按短路条件校验
10.3 低压电器的选择
10.4 高压断路器的选择
10.5 隔离开关及重合器和分段器的选择
10.6 互感器的选择
10.6.1 电流互感器的选择
10.6.2 电压互感器的选择
10.7 限流电抗器的选择
10.8 电力系统母线和电缆的选择
10.8.1 母线的选择与校验
10.8.2 电缆的选择与校验
本章小结
习题

第11章 电力工程设计
11.1 电气工程绘图基本知识
11.2 电气设备图形符号
11.3 电力工程CAD介绍
11.3.1 软件工程术语
11.3.2 系统环境
11.4 工厂供电设计示例
11.4.1 工厂供电的意义和要求
11.4.2 工厂供电设计的一般原则
11.4.3 设计内容及步骤
11.4.4 负荷计算及功率补偿
11.4.5 变压器的选择
11.4.6 短路计算
11.4.7 导线、电缆的选择
11.4.8 高、低压设备的选择
11.4.9 变压器的继电保护
11.4.1 0变压器的瓦斯保护
11.4.1 1二次回路操作电源和中央信号装置
11.4.1 2电测量仪表与绝缘监视装置
11.4.1 3防雷与接地
11.5 变电站电气主接线设计
本章小结
习题

第12章 电力系统运行
12.1 有功功率及频率的调整
12.2 无功功率及电压的调整
12.3 系统运行的稳定性
12.4 电网运行的经济性
本章小结
习题
参考文献

前言/序言

现代控制系统原理与设计 图书简介 本书旨在为读者系统地介绍现代控制理论的核心概念、分析方法和设计技术。它不仅涵盖了经典控制理论中不可或缺的基础知识，更深入探讨了现代控制理论在复杂系统建模、状态空间分析以及高性能控制器设计中的应用。本书的编写遵循“理论与实践相结合”的原则，力求在严谨的数学推导基础上，展现控制工程在实际工程问题中的强大解决能力。 第一部分：系统建模与状态空间描述 本部分将引导读者从物理系统的机理描述过渡到抽象的数学模型，这是所有控制系统设计的基础。 第一章：控制系统的基本概念与历史回顾 本章首先界定了控制系统的基本要素，包括被控对象、传感器、控制器和执行器。我们将追溯控制技术从简单反馈调节到现代最优控制的发展历程，强调经典控制与现代控制在视角和适用范围上的差异。着重分析了线性时不变（LTI）系统在工程中的普遍性和重要性，并引入了系统的基本性能指标，如瞬态响应特性（超调量、调节时间）和稳态精度。 第二章：线性系统的微分方程描述 详细阐述了如何利用物理定律（如牛顿第二定律、基尔霍夫定律、电路定律等）建立描述动态系统的常微分方程（ODE）。本章会通过多个典型的机电一体化系统实例（如弹簧-质量-阻尼系统、直流电机模型）演示建立过程。随后，重点介绍如何将高阶常微分方程转化为一组一阶线性常微分方程组，这是进入状态空间表示的关键一步。 第三章：状态空间表示法 状态空间法是现代控制理论的基石。本章深入探讨了系统的状态变量选择、状态向量的定义以及系统的状态空间方程形式：$dot{mathbf{x}} = mathbf{Ax} + mathbf{Bu}$ 和 $mathbf{y} = mathbf{Cx} + mathbf{Du}$。我们将详细分析矩阵 $mathbf{A}$（系统矩阵）、$mathbf{B}$（输入矩阵）、$mathbf{C}$（输出矩阵）和 $mathbf{D}$（直通矩阵）的物理意义。此外，本章还会覆盖系统在不同状态变量基下的变换，引入相似变换的概念，为后续的系统简化和标准化做准备。 第四章：线性系统的性质分析 在状态空间框架下，本章专注于分析系统的固有特性。 可控性（Controllability）： 判别系统是否能从任意初始状态转移到任意最终状态的充要条件——卡鲁什-卡尔曼可控性判据，并讨论其在设计输入矩阵时的指导意义。 可观测性（Observability）： 判别系统内部状态是否能仅通过观测系统的输出信息来确定的充要条件——卡鲁什-卡尔曼可观测性判据，这对于状态估计器的设计至关重要。 稳定性（Stability）： 采用李雅普诺夫（Lyapunov）第二方法，分析系统的渐近稳定性、指数稳定性以及边界稳定性。对于LTI系统，还将关联到系统矩阵 $mathbf{A}$ 的特征值（极点）位置与系统稳定性之间的关系。 第二部分：线性系统的时域分析与控制器设计 本部分将应用状态空间理论，设计能够满足性能要求的反馈控制器。 第五章：线性系统在时间域的响应分析 本章不再依赖拉普拉斯变换，而是直接从状态转移矩阵 $mathbf{Phi}(t) = e^{mathbf{At}}$ 出发，推导系统在任意输入 $mathbf{u}(t)$ 作用下的状态响应 $mathbf{x}(t)$ 和输出响应 $mathbf{y}(t)$ 的解析解。重点分析系统的零输入响应和零状态响应。本章还将介绍如何利用数值方法和软件工具（如MATLAB/Simulink）对复杂系统的时域响应进行仿真验证。 第六章：状态反馈控制器设计 状态反馈是现代控制的核心技术之一。本章详细讲解极点配置（Pole Placement）技术。通过设计状态反馈增益矩阵 $mathbf{K}$，使得闭环系统的特征值（闭环极点）可以放置在复平面上期望的位置，从而精确地控制系统的动态性能。本章将应用 Ackermann 公式，演示如何通过解析方法计算 $mathbf{K}$ 矩阵，并讨论设计中需要满足的可控性前提条件。 第七章：状态观测器设计 在许多实际应用中，系统的所有状态变量无法直接测量。本章引入状态观测器的概念，用于利用系统的输入和输出信号来估计不可测的状态。 最小阶和全阶观测器： 详细介绍 Luenberger 观测器的设计原理和步骤，并讨论如何利用可观测性条件来配置观测器的极点。 分离原理（Separation Principle）： 阐述在最优控制理论中，状态估计（观测器设计）与状态反馈（控制器设计）可以独立进行的理论基础。 第八章：基于观测器的状态反馈控制（带补偿器） 结合第六章和第七章的内容，本章构建完整的状态反馈控制结构，即使用观测器估计的真实状态 $hat{mathbf{x}}$ 来替代真实状态 $mathbf{x}$ 进行反馈。我们将分析由此引入的估计误差对系统性能的影响，并强调如何通过合理配置控制器极点和观测器极点来确保系统的稳定性和性能。 第三部分：最优控制与鲁棒性基础 本部分将超越传统的基于性能指标的控制设计，引入优化思想和对不确定性的处理。 第九章：线性二次型最优控制（LQR） LQR 控制器是一种基于性能指标的反馈设计方法，它能同时优化系统的动态响应和控制输入的能量消耗。本章核心在于定义二次型性能指标泛函 $J$。然后，通过推导贝尔曼方程，得到求解最优反馈增益 $mathbf{K}$ 的代数黎卡提方程（ARE）。本章会详细解析 ARE 的求解方法和 LQR 设计的鲁棒性优势。 第十章：输入与输出的反馈设计：本质与联系 本章旨在建立现代控制（状态空间）与经典控制（传递函数）之间的桥梁。我们将探讨如何从状态空间模型导出系统的等效传递函数，并回顾经典控制中的根轨迹和频率响应分析方法。重点在于展示如何通过状态反馈和输出反馈之间的转换关系，理解经典 PID 控制器在现代控制框架下的状态和极点影响。 第十一章：系统辨识与模型辨识概述 在无法精确获得系统参数的情况下，系统辨识变得至关重要。本章介绍基础的实验数据采集方法，并简要介绍参数估计的常用算法，如最小二乘法（Least Squares）在系统辨识中的应用。虽然不深入介绍辨识的具体算法，但明确指出模型精度对后续控制系统性能的决定性影响。 附录 矩阵代数基础回顾： 特征值、特征向量、矩阵指数、相似变换。 拉普拉斯变换与 Z 变换基础： 辅助理解系统从连续到离散的过渡。 本书适合控制工程、自动化、航空航天、机械电子等专业的高年级本科生和研究生作为教材或参考书，也适合从事系统建模与控制设计的工程技术人员深入学习现代控制理论。通过对本书的学习，读者将能够熟练地对复杂动态系统进行数学建模，并运用先进的控制算法实现高性能的系统控制。