内容简介
《电路基础(第2版)/高职高专“十一五”机电类专业规划教材》共分9章,主要内容有:电路的基本概念和定律;直流电路分析;正弦交流电路;谐振与互感电路;三相电路;非正弦周期电流电路;动态电路的时域分析;二端口网络;低压电器与电动机。
《电路基础(第2版)/高职高专“十一五”机电类专业规划教材》是在第1版教材使用了3年的基础上根据近几年的教学改革情况以及教材应用中发现的具体问题重新修订的。修订过程中结合高职教育培养应用型人才的需要,对教材内容重新优化,本着循序渐进,由浅人深的原则,把重点放在加强理论知识的运用,减少烦琐、冗长的理论推导。在内容上以适量、实用为度,不贪多求难。在编写中力求叙述简练,概念清晰,通俗易懂,便于自学。对于电路的分析求解,做到步骤清楚,举例结合实际并具有典型性,例题、习题安排合理,书后附有习题答案。为方便教学,《电路基础(第2版)/高职高专“十一五”机电类专业规划教材》配有免费电子课件和模拟试卷,凡选用《电路基础(第2版)/高职高专“十一五”机电类专业规划教材》作为教材的学校,均可来电索取,咨询电话:010-88379375。
《电路基础(第2版)/高职高专“十一五”机电类专业规划教材》可作为高职高专电子信息、通信工程、自动化等相关专业的电路理论课教材。
内页插图
目录
前言
第1章 电路的基本概念和定律
1.1 电路及电路模型
1.2 电路中的基本物理量
1.3 电阻元件
1.4 电容元件与电感元件
1.5 电路中的独立电源
1.6 无源网络的等效化简
1.7 基尔霍夫定律
1.8 受控源
本章小结
习题一
第2章 直流电路分析
2.1 支路电流法
2.2 叠加定理与替代定理前言
第1章 电路的基本概念和定律
1.1 电路及电路模型
1.2 电路中的基本物理量
1.3 电阻元件
1.4 电容元件与电感元件
1.5 电路中的独立电源
1.6 无源网络的等效化简
1.7 基尔霍夫定律
1.8 受控源
本章小结
习题一
第2章 直流电路分析
2.1 支路电流法
2.2 叠加定理与替代定理
2.3 戴维南定理与诺顿定理
2.4 节点分析法
2.5 网孔分析法
本章小结
习题二
第3章 正弦交流电路
3.1 正弦量
3.2 正弦量的相量表示法
3.3 电路基本定律的相量形式
3.4 复阻抗与复导纳
3.5 正弦交流电路的相量分析法1
3.6 正弦交流电路中的功率
本章小结
习题三
第4章 谐振与互感电路
4.1 串联谐振与并联谐振
4.2 耦合电感元件
4.3 耦合电感的去耦等效电路
4.4 空心变压器
4.5 理想变压器
本章小结
习题四
第5章 三相电路
5.1 三相交流电动势的产生
5.2 三相电源的联结
5.3 本相负载的联结
5.4 对称三相电路的计算
5.5 不对称三相电路的计算
5.6 三相电路的功率
本章小结
习题五
第6章 非正弦周期电流电路
6.1 非正弦周期信号的谐波分析
6.2 有效值、平均值和平均功率
6.3 非正弦周期电流电路的分析
本章小结
习题六
第7章 动态电路的时域分析
7.1 换路定律及电路初始条件的确定
7.2 一阶电路的零输入响应
7.3 一阶电路的零状态响应
7.4 一阶电路的全响应
7.5 求解一阶电路动态响应的三要素法
7.6 一阶电路的阶跃响应
7.7 二阶RLC电路的零输入响应
本章小结
习题七
第8章 二端口网络
8.1 二端口网络的方程和参数
8.2 二端口网络的等效电路
8.3 二端口网络的联结
8.4 二端口网络的特性阻抗
本章小结
习题八
第9章 低压电器与电动机
9.1 常用低压电器
9.2 三相异步电动机的结构与工作原理
9.3 三相异步电动机的功率、电磁转矩与机械特性
9.4 本相异步电动机的起动、调速与制动
9.5 单相异步电动机
9.6 本相异步电动机的基本控制电路
本章小结
习题九
习题答案
参考文献
前言
第1章 电路的基本概念和定律
1.1 电路及电路模型
1.2 电路中的基本物理量
1.3 电阻元件
1.4 电容元件与电感元件
1.5 电路中的独立电源
1.6 无源网络的等效化简
1.7 基尔霍夫定律
1.8 受控源
本章小结
习题一
第2章 直流电路分析
2.1 支路电流法
2.2 叠加定理与替代定理
2.3 戴维南定理与诺顿定理
2.4 节点分析法
2.5 网孔分析法
本章小结
习题二
第3章 正弦交流电路
3.1 正弦量
3.2 正弦量的相量表示法
3.3 电路基本定律的相量形式
3.4 复阻抗与复导纳
3.5 正弦交流电路的相量分析法1
3.6 正弦交流电路中的功率
本章小结
习题三
第4章 谐振与互感电路
4.1 串联谐振与并联谐振
4.2 耦合电感元件
4.3 耦合电感的去耦等效电路
4.4 空心变压器
4.5 理想变压器
本章小结
习题四
第5章 三相电路
5.1 三相交流电动势的产生
5.2 三相电源的联结
5.3 本相负载的联结
5.4 对称三相电路的计算
5.5 不对称三相电路的计算
5.6 三相电路的功率
本章小结
习题五
第6章 非正弦周期电流电路
6.1 非正弦周期信号的谐波分析
6.2 有效值、平均值和平均功率
6.3 非正弦周期电流电路的分析
本章小结
习题六
第7章 动态电路的时域分析
7.1 换路定律及电路初始条件的确定
7.2 一阶电路的零输入响应
7.3 一阶电路的零状态响应
7.4 一阶电路的全响应
7.5 求解一阶电路动态响应的三要素法
7.6 一阶电路的阶跃响应
7.7 二阶RLC电路的零输入响应
本章小结
习题七
第8章 二端口网络
8.1 二端口网络的方程和参数
8.2 二端口网络的等效电路
8.3 二端口网络的联结
8.4 二端口网络的特性阻抗
本章小结
习题八
第9章 低压电器与电动机
9.1 常用低压电器
9.2 三相异步电动机的结构与工作原理
9.3 三相异步电动机的功率、电磁转矩与机械特性
9.4 本相异步电动机的起动、调速与制动
9.5 单相异步电动机
9.6 本相异步电动机的基本控制电路
本章小结
习题九
习题答案
参考文献
前言/序言
本书是在第1版教材使用了3年的基础上根据近几年的教学改革情况以及教材使用中发现的具体问题重新修订的。修订过程中结合高职教育培养应用型人才的需要,对教材内容重新优化,本着循序渐进,由浅入深的原则,把重点放在加强理论知识的运用,减少烦琐、冗长的理论推导。在内容上以适量、实用为度,不贪多求难。在修订过程中对原书部分文字叙述、公式、例题等重新进行润色、修改,使教材内容更加充实,例题更接近实际应用并具有典型性。本书着重培养学生应用理论知识分析和解决实际电路问题的能力,是一本体系创新、深浅适度、重在应用、着重能力培养的高职教材。
本书共分9章,主要内容有:电路的基本概念和定律;直流电路分析;正弦交流电路;谐振与互感电路;三相电路;非正弦周期电流电路;动态电路的时域分析;二端口网络;低压电器与电动机。
本书可作为高职高专电子信息、通信工程、自动化等相关专业的电路理论课教材。
本书由天津理工大学中环信息学院赵辉担任主编,并编写第1、4章;常州机电职业技术学院王琳担任副主编,并编写第6、7章;大连职业技术学院沈玉梅编写第2、5章;无锡机电高等职业技术学校仲文祥编写第8、9章;南京铁道职业技术学院孙凯编写第3章。安徽机电职业技术学院储克森副院长担任主审工作。
为方便教学,本书配有免费电子课件和模拟试卷,凡选用本书作为教材的学校,均可来电索取,咨询电话:010-88379375。
由于编者水平有限,本版内容虽有所改进,但书中难免有错误和不妥之处,欢迎广大读者批评指正。
《电力系统分析与控制》 第一章 绪论 本章旨在为读者构建对现代电力系统的宏观认知,深入剖析其构成要素、运行原理以及面临的挑战与发展趋势。我们将首先界定电力系统的概念,明确其作为国民经济命脉和社会运行基石的重要性。在此基础上,详细阐述电力系统各主要组成部分的功能与相互关系,包括发电厂(火电、水电、核电、风电、光伏等)、输电线路、变电站、配电网以及终端用户。我们将追溯电力系统从早期发展到当今复杂互联网络的历程,强调其技术进步与社会需求的演变。 接着,本章将重点探讨电力系统的核心运行特性,如能量的瞬时生成与消耗平衡、电压与频率的稳定控制、以及系统的可靠性与安全性。我们将简要介绍电力系统的运行目标,即安全、经济、优质地满足负荷需求,并讨论实现这些目标所面临的内在矛盾与外在制约。 在全球能源转型的大背景下,我们将分析电力系统面临的重大挑战,包括化石能源的消耗与环境污染、可再生能源的波动性与不确定性、电网老化与升级需求、以及日益增长的电力负荷。同时,本章也将展望电力系统未来的发展方向,重点关注智能电网的建设理念,包括信息通信技术(ICT)的深度融合、分布式能源的接入、电动汽车的普及、以及对能源效率和储能技术的重视。本章将为后续章节深入探讨电力系统分析与控制的关键技术奠定坚实的基础。 第二章 电力系统潮流计算 潮流计算是电力系统分析的核心内容之一,本章将系统地介绍其基本原理、计算方法与实际应用。我们将首先定义电力潮流的概念,即系统各节点电压、各支路功率流动的分布状态,并解释其在系统规划、运行和故障分析中的关键作用。 本章将详细推导潮流计算的基本方程,即基于节点电压和支路阻抗的功率平衡方程。我们将分别介绍节点电压法(派克法)和导纳矩阵法(高斯-赛德尔法、牛顿-拉夫逊法)等主要计算方法,深入剖析每种方法的原理、收敛特性、计算效率以及优缺点。我们将以详细的算例演示,帮助读者理解这些算法的实际计算过程,并掌握选择合适计算方法的依据。 此外,本章还将探讨潮流计算的常见问题与处理方法,例如节点电压初值选取、潮流计算的收敛准则、以及如何处理不平衡方程组。我们将介绍一些提高潮流计算效率和稳定性的技巧,例如稀疏矩阵技术和预条件共轭梯度法。 最后,本章将结合实际工程应用,展示潮流计算在以下方面的作用:负荷预测与分析、系统规划(如新增发电机组或线路的选址与容量确定)、运行调度(如优化功率分配、限制越限)、以及故障分析(如短路容量计算的初步准备)。通过本章的学习,读者将能够熟练运用潮流计算工具,对电力系统的稳态运行状态进行准确的分析和评估。 第三章 电力系统短路计算 本章旨在深入研究电力系统在发生短路故障时的动态特性,为系统的保护设计和安全运行提供关键依据。我们将首先阐述短路的概念及其对电力系统的严重危害,例如过电流、过电压、机械应力以及设备损坏。 本章将重点介绍短路电流的计算方法。我们将区分不同类型的短路故障(三相短路、两相短路、单相接地短路、双相接地短路),并推导相应的计算公式。我们将深入介绍基于序分量法的短路计算原理,包括正序、负序和零序网络的构建及其在不同短路类型下的应用。我们将详细讲解如何利用故障阻抗和系统阻抗参数来准确计算短路电流的幅值和初相角。 本章还将探讨短路过程中产生的冲击电流和热稳定效应,这些因素对于断路器等保护设备的选型至关重要。我们将介绍短路容量的概念及其在系统分析中的意义。 此外,本章还将介绍短路计算的实际应用,例如: 1. 断路器与熔断器的选型:根据短路计算结果,选择能够承受和切断最大短路电流的保护设备。 2. 保护继电器整定:为保护装置配置合适的整定值,确保在发生短路时能及时、准确地切断故障。 3. 接地系统设计:为保证单相接地短路时的安全,需要合理设计接地方式。 4. 设备绝缘水平确定:根据短路电压计算结果,选择合适的绝缘水平以防止绝缘击穿。 5. 系统稳定性分析的初步:短路计算是进行系统稳定性分析的基础。 本章将通过算例演示,帮助读者理解短路计算的具体步骤和方法,并使其能够将所学知识应用于实际工程问题中,从而提升电力系统的安全可靠性。 第四章 电力系统稳定性 电力系统稳定性是保障电力系统安全稳定运行的基石。本章将对电力系统稳定性进行系统性的讲解,包括其概念、类型、影响因素以及分析方法。 我们将首先清晰地界定电力系统稳定性的概念,即电力系统在受到各种扰动(如负荷变化、机组甩负荷、线路故障等)后,能够维持稳态运行的能力。在此基础上,我们将详细区分不同类型的电力系统稳定性: 暂态稳定性(动态稳定性):指电力系统在受到大型扰动后,能否在短时间内恢复到新的平衡状态。我们将重点分析发电机转子运动方程,并介绍基于暂态过程的稳定性判别方法,如“两区域法”和“等面积法”。 稳态稳定性(静态稳定性):指电力系统在受到缓慢、连续的扰动后,能否维持新的稳态运行。我们将重点分析功率极限的概念,以及电压和频率在稳态下的变化趋势。 频率稳定性:指电力系统在扰动后,能否将频率维持在允许的范围内。我们将分析调频环节的作用,以及负荷频率控制(LFC)的原理。 电压稳定性:指电力系统在扰动后,能否维持各节点电压在允许范围内。我们将分析电压崩溃现象,并讨论影响电压稳定性的因素,如负荷特性、无功功率的支撑等。 本章还将深入探讨影响电力系统稳定性的关键因素,包括: 发电机参数:惯性常数、同步电抗、阻尼系数等。 励磁系统:稳态与暂态励磁调节器的特性。 调速器系统:汽轮机调速器的响应特性。 电网结构与参数:线路阻抗、节点导纳等。 负荷特性:负荷对电压、频率的敏感性。 故障类型与清除时间:故障的严重程度和保护动作的快速性。 在分析方法方面,本章将介绍常用的稳定性分析工具和技术,包括: 计算机仿真分析:利用专业的电力系统仿真软件,对暂态过程进行高精度模拟。 线性化分析:对非线性系统进行线性化处理,简化分析过程。 灵敏度分析:评估不同参数变化对系统稳定性的影响。 通过本章的学习,读者将能够深刻理解电力系统稳定性的重要性,掌握各种稳定性类型及其分析方法,并为提升电力系统的鲁棒性和抗干扰能力提供理论指导。 第五章 电力系统继电保护 本章将系统地介绍电力系统继电保护的基本原理、常用保护方式以及设计原则,旨在保障电力系统在发生故障时能够快速、准确地隔离故障,防止故障的扩大和对系统的进一步损害。 我们将首先阐述继电保护的作用和重要性,强调其作为电力系统“安全卫士”的关键地位。我们将分析故障发生时可能产生的异常现象,如短路电流、接地电流、电压下降、频率变化等,并说明继电保护就是利用这些异常现象来检测和响应故障。 本章将重点介绍几种常用的继电保护原理: 过电流保护:基于故障电流超过某一设定值时动作的原理。我们将介绍定时限和瞬时速断等不同类型,并分析其在不同场景下的适用性。 差动保护:基于“两端电流之差”来判断设备(如变压器、发电机、母线)是否发生内部故障。我们将详细讲解差动保护的原理、构成以及如何克服其在正常运行和外部故障时的误动。 距离保护:基于故障点与保护装置之间阻抗的测量来判断故障。我们将分析其工作原理,并介绍不同距离保护(如阻抗继电器、最大值继电器、最小负序电流继电器)的特点和应用。 零序保护:专门用于检测和处理单相接地故障,对确保系统安全运行尤为重要。我们将讲解零序电流和零序电压的产生原理,以及如何利用它们来实现接地故障的保护。 除了上述基本原理,本章还将介绍一些更高级的保护技术,如: 方向性保护:用于判断故障电流的流向,防止越级跳闸。 微机型保护:介绍数字化、智能化保护装置的特点,以及其在实现复杂保护逻辑、数据记录和通信功能方面的优势。 本章还将深入探讨继电保护的设计原则: 灵敏性:能够可靠地检测到所有可能发生的故障。 选择性:只跳开故障设备,而不影响正常运行的设备。 可靠性:在故障时能够正确动作,在正常运行时不会误动作。 速动性:能够快速切断故障,减少故障持续时间。 最后,本章将结合实际工程案例,展示继电保护在不同类型电力设备(如变压器、发电机、线路、母线)上的应用,帮助读者理解如何根据具体情况选择和配置合适的保护方案。通过本章的学习,读者将能够掌握继电保护的基本原理和设计方法,为保障电力系统的安全运行打下坚实基础。 第六章 电力系统调度与运行 本章聚焦于电力系统的实时运行与控制,探讨如何通过科学的调度策略,实现电力系统的安全、经济、稳定运行,以满足不断变化的负荷需求。 我们将首先阐述电力系统调度的基本任务和目标,包括负荷预测、发电计划制定、机组启停安排、功率分配、电压和无功功率的调整,以及故障情况下的应急处理。我们将强调调度的核心在于在满足电网运行约束的前提下,实现经济效益的最大化。 本章将深入介绍电力系统调度的关键技术与方法: 负荷预测:分析影响负荷的因素(如季节、日期、天气、经济活动等),介绍短期、中期和长期负荷预测的方法,包括统计模型、人工智能等。 发电计划:基于负荷预测,结合机组的发电能力、运行成本、维护计划等,制定最优的发电计划。我们将介绍经济调度(Economic Dispatch)的基本原理,即如何根据机组的边际成本将负荷分配给不同的发电机组。 机组启停与检修:考虑机组的启停成本、预热时间、运行周期等,合理安排机组的运行与维护计划,确保机组的可用性。 电压与无功功率控制:分析无功功率在维持电压稳定中的作用,介绍调相机、静止无功补偿器(SVC)、柔性直流输电(LCC-HVDC)等设备在无功功率补偿和电压调节中的应用。我们将讲解如何通过优化无功功率的潮流来维持系统电压在安全范围内。 潮流控制与潮流谧定:介绍电力市场中常见的潮流控制策略,以及如何通过电网调度来避免线路过载,实现功率的优化分配。 故障处理与事故预案:在系统发生故障时,调度员需要快速准确地判断故障性质,并采取有效的措施(如隔离故障、倒负荷、启动备用等)来恢复系统运行。我们将介绍故障处理的基本流程和应急预案。 此外,本章还将探讨电力市场对系统调度的影响,例如日前市场、实时市场、辅助服务市场等,以及如何将经济调度与市场机制相结合。 通过本章的学习,读者将能够理解电力系统调度的复杂性与重要性,掌握电力系统运行的关键技术,并能够从全局视角理解电力系统是如何在动态中保持平衡与高效的。