为配合采用“项目导向、任务驱动”相结合的教学形式,实现“教、学、做、练”一体化,《电路基础/高等职业教育电类专业规划教材·电气自动化系列》主要由6个模块项目完成所有教学任务,包括线性电阻电路分析、*非线性电阻电路分析、动态电路时域分析、正弦交流电路分析、*非正弦周期电流电路分析、互感耦合电路分析。其中,标记“*”的为选学内容,教师可根据实际情况灵活调整学时。书中每个模块项目学习的过程都是以完成项目的具体要求进行的,体现以工作过程为导向的教育理念。本书采用最新国家标准,力求做到基本内容准确、易懂,且有较强的实用性;同时具有较强的系统性,以适应高职高专不同专业教学的需求,为学习后续课程打下良好的基础。
《电路基础/高等职业教育电类专业规划教材·电气自动化系列》适合作为高职高专、成人高校及本科院校的二级职业学院和民办高校的机电、电气、数控等专业进行专业基础知识与基本技能培训的教材,也可以作为非电类专业公共基础课程的教学用书,还可以作为教师及相关专业工程技术人员的参考用书。
“电路基础”是普通高等院校电类及近电类相关专业开设的一门必修基础知识与基本技能课程。虽然电路分析基本理论已非常成熟,但随着近代电路理论的发展,辅助计算和仿真工具不断更新,新的学科领域和分支相继涌现,相关专业的知识结构和学时产生了变化。因此,有必要调整传统《电路基础》教材内容,以适应新的课程标准和教学要求。以“满足社会、贴近实际、贴近学生”为前提,以“理论和实践相融合”为宗旨,我们与行业企业合作编写了这本具有工学结合特色的《电路基础》教材。
本书选材尽量兼顾强、弱电专业,力图紧密联系电气技术,并体现电气学科的特色,力争做到内容浅显、深度适中,淡化理论推导,注重结果使用。对于编写结构的设计,以现代社会及后续课程要求的基本知识、基本技能为出发点,选取适当的项目、任务作为载体,通过系列实践活动,使学生比较系统地掌握电路分析中的基本知识、基本理论、基本分析方法,并掌握各种仪器、仪表的使用,以及电工常用工具及布线工艺。在熟练掌握电路基础基本知识、基本技能和基本素养的基础上,培养学生的电路基础职业能力,使学生具备对各种复杂控制系统设计、调试和排除故障的基本能力,了解电工技术在机电一体化领域的发展动态和趋势。
书中每个模块项目的内容统一编排成学习目标、理论知识、拓展视野、技能实训、思考与练习5个部分,便于老师安排教学及学生自学。在理论教学上以“够用”为原则,书中理论知识的介绍以简明、扼要为特点,重点讲解基本理论,有些知识安排在拓展视野部分,由学生课外查资料自学。
本书模块一以线性电路为基础,由电阻电路分析开始,讲解直流电源作用下电阻电路的一些分析方法,如支路电流法、节点电压法、叠加原理、戴维南定理等,其共同特点是任意时间相关性不影响分析过程,使学生理解和掌握电路理论中的分析方法。模块三是动态电路的时域分析,对含有电容和电感储能元件的动态电路暂态过程建立微分方程进行分析和求解,以理解暂态电路的变换过程及其应用。模块四是正弦交流电路分析,主要包括相量分析法、单相电路、三相电路和谐振等内容,使学生掌握相量分析法,把时域变量转换为频域变量,再应用模块一的分析方法解决问题。模块六是互感耦合电路分析,对以变压器为主的电磁设备进行分析和应用。另外,根据不同专业的要求,教学内容和学时不同,建议安排72学时完成基本内容的学习。书中标有“*”的模块和课题,如模块二、模块五主要是非线性电阻电路分析和非正弦周期电流电路分析,在教学过程中可以视情况取舍。
学习本书内容要求具备必要的数学基础和电磁学知识。通过本课程的学习,让学生了解、掌握电路的基本原理、基本分析方法; 掌握相关的电工技术,能够从事机电设备及系统的运行、维护、安装与调试等方面的工作。电路基础是根据实际工程问题建立电路模型,研究其中电压、电流和功率之间的联系规律,为分析、综合和设计实际电路提供基本电路理论,也是后续相关专业课程的理论基础。
编者在编写本书之前多次到企业调研,深入分析相关机电岗位及职业能力要求,经过课程组集体讨论,分工协作完成。其中,模块一、模块二和模块三由莱芜职业技术学院王海燕编写,模块四由莱芜职业技术学院王文华编写,模块五由黑龙江职业学院鲍敏编写,模块六由莱芜职业技术学院付丽娟编写。莱芜职业技术学院程继兴、吴元修、亓晓鹏、秦贞龙、卜凡阁、高迟、吕琳以及莱芜技师学院任爱军等同志在本书编写过程中积极献言献策; 山东通力电力电气有限公司刁振宝工程师、陈相生工程师,福田雷沃国际有限公司人力资源部吴绪朋、辛大勇等从生产实际出发,为教材选材给出建议,并提供了大量理论与实践素材。全书由王海燕统稿。山东科技大学马宝甫教授审阅全稿并提出了许多宝贵意见,他一丝不苟的科学作风,给了我们深刻的教益。
值本书出版之际,对同事、同行以及所列参考文献的著作者表示深深的谢意。由于编者水平有限,书中不足之处在所难免,恳请各位读者和专家批评、指正。
编者2015年3月
模块一线性电阻电路分析
课题一电路中的基本物理量
1.1电路及电路模型
1.2电路中的基本物理量
拓展视野电路工作状态与额定值
课题二欧姆定律分析
2.1电阻器
2.2欧姆定律
拓展视野电阻的串、并联
课题三基尔霍夫定律
3.1基尔霍夫电流定律(KCL)
3.2基尔霍夫电压定律(KVL)
拓展视野电阻的、△连接
课题四电源及其等效变换
4.1电压源
4.2电流源
4.3理想电源的等效分析
4.4实际电源的等效分析
拓展视野受控源及等效变换
课题五电路分析基本方法
5.1支路电流法
5.2节点电压法
*拓展视野网孔电流法
课题六电路分析基本定理
6.1叠加定理
6.2戴维南定理
6.3最大功率输出定理
*拓展视野诺顿定理
技能实训1电路基本参数测量
技能实训2基尔霍夫定律的验证
技能实训3叠加定理的验证
思考与练习一
*模块二非线性电阻电路分析
课题一非线性电阻元件
1.1非线性电阻伏安特性
1.2非线性电阻分类
拓展视野非线性电阻的串并联
课题二非线性电阻电路图解分析法
拓展视野非线性电阻电路小信号分析法
技能实训4非线性电阻电路的研究
思考与练习二
模块三动态电路时域分析
课题一动态元件与换路
1.1电感元件
1.2电容元件
1.3换路定则与初始值
拓展视野一阶电路的响应
课题二一阶电路的三要素法
拓展视野微分、积分电路
技能实训5RC一阶电路响应测试
思考与练习三
模块四正弦交流电路分析
课题一正弦量的表示法
1.1正弦量的瞬时表示
1.2正弦量的相量表示
拓展视野相量的运算
课题二单一参数交流电路
2.1纯电阻电路
2.2纯电感电路
2.3纯电容电路
拓展视野RLC串联交流电路
课题三复阻抗的联接
3.1阻抗的串联
3.2阻抗的并联
拓展视野单相交流电路功率
*课题四正弦电流电路的谐振
4.1串联谐振
4.2并联谐振
*课题五功率因数的提高
5.1功率因数
5.2提高功率因数的意义
5.3提高功率因数的方法
课题六三相交流电路
6.1三相电势的产生
6.2三相电源的连接
6.3对称三相负载
*6.4不对称三相负载
6.5三相电路的功率
6.6三相功率的测量
拓展视野安全用电常识
技能实训6单相电度表的校验
技能实训7日光灯电路及功率因数的提高
技能实训8星形、三角形负载电路的检测
思考与练习四
*模块五非正弦周期电流电路分析
课题一非正弦周期信号
1.1非正弦周期信号概述
1.2非正弦周期波的谐波
拓展视野非正弦周期信号的频谱
课题二非正弦周期电路的分析
拓展视野谐波及治理策略
技能实训9非正弦周期电流电路研究
思考与练习五
模块六互感耦合电路分析
课题一磁路简介
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
拓展视野磁性材料
课题二变压器的结构
拓展视野绕组同名端的判定
课题三变压器的工作原理
3.1变压器的空载运行
3.2变压器的负载运行
3.3变压器的阻抗变换
拓展视野变压器的特性
课题四三相变压器简介
4.1三相变压器的磁路系统
4.2三相变压器的电路系统
拓展视野变压器连接组的判定
课题五特殊变压器
5.1自耦变压器
5.2仪用互感器
*拓展视野电焊变压器
技能实训10变压器参数测定
思考与练习六
参考文献