工業(yè)電器與電動機控制（原書第2版）

天津大學(xué)自動化學(xué)院教授，從事數(shù)據(jù)挖掘、圖像處理、智能優(yōu)化算法和城市電網(wǎng)規(guī)劃等方面的研究，擔(dān)任全國高等院校電工學(xué)研究會理事，天津市高等院校電工學(xué)研究會理事長。

目　錄

譯者序

前言

緒論1

I.1　學(xué)習(xí)目標1

I.2　什么是電1

I.3　元素與原子1

I.3.1　自由電子2

I.3.2　電流2

I.3.3　能量2

I.4　電工材料2

I.4.1　導(dǎo)體2

I.4.2　絕緣體3

I.4.3　半導(dǎo)體3

I.5　發(fā)電4

I.6　電壓與電流7

I.6.1　電阻8

I.6.2　導(dǎo)線規(guī)格9

I.6.3　銅導(dǎo)線與鋁導(dǎo)線的對比10

I.6.4　電路11

I.7　歐姆定律12

I.8　功率13

I.9　電的測量14

I.9.1　儀表14

I.9.2　其他類型的儀表19

I.10　電能控制20

I.10.1　開關(guān)20

I.10.2　螺線管23

I.10.3　繼電器23

I.10.4　二極管24

I.11　電阻24

I.12　思考題26

第1章　工具與設(shè)備27

1.1　學(xué)習(xí)目標27

1.2　手工工具27

1.2.1　螺釘旋具27

1.2.2　鉗子28

1.2.3　錘子29

1.2.4　鋼鋸29

1.2.5　扳手30

1.2.6　螺母旋具31

1.2.7　軸承和襯套工具32

1.2.8　無焊接插件緊線鉗32

1.2.9　電烙鐵32

1.3　焊槍33

1.3.1　線規(guī)33

1.3.2　熔絲拔鉗33

1.3.3　轉(zhuǎn)速計33

1.3.4　出坯桿34

1.3.5　穿線器34

1.3.6　電纜剝線鉗34

1.3.7　電纜剪34

1.3.8　電工刀35

1.3.9　其他工具35

1.4　電動工具35

1.4.1　便攜式電流表和電壓表35

1.4.2　兆歐表35

1.4.3　電壓檢測器36

1.4.4　萬用表36

1.4.5　數(shù)字邏輯探針36

1.4.6　連通測試儀38

1.4.7　插頭極性測試儀38

1.4.8　記錄儀38

1.4.9　示波器38

1.4.10　相序適配器39

1.4.11　平衡分析儀39

1.5　特殊工作需要的專用工具39

1.5.1　印制電路板拔出器39

1.5.2　繞接/解開工具39

1.5.3　彎管機40

1.5.4　PVC管切割刀40

1.5.5　電纜彎曲器40

1.5.6　導(dǎo)管鉸刀41

1.6　思考題41

1.7　練習(xí)題41

第2章　安全生產(chǎn)42

2.1　學(xué)習(xí)目標42

2.2　電擊42

2.3　電氣安全措施43

2.3.1　使用接地故障斷路器43

2.3.2　安全裝置44

2.3.3　電路保護44

2.3.4　過電流44

2.3.5　過載44

2.3.6　短路44

2.3.7　熔斷器45

2.4　電氣規(guī)程46

2.4.1　美國國家電氣規(guī)程46

2.4.2　美國安全檢測實驗室46

2.4.3　加拿大標準協(xié)會47

2.4.4　其他國家的標準48

2.5　職業(yè)安全與健康法案48

2.5.1　設(shè)備標準48

2.5.2　OSHA色碼49

2.6　滅火器49

2.7　安全操作規(guī)程49

2.8　工具安全52

2.8.1　正確使用錘子52

2.8.2　工作服52

2.8.3　斷電53

2.8.4　安全使用電動機和發(fā)電機53

2.8.5　接地54

2.9　思考題56

2.10　練習(xí)題56

第3章　符號57

3.1　學(xué)習(xí)目標57

3.2　電氣符號57

3.2.1　常見的開關(guān)（按鈕）符號57

3.2.2　標準接線圖符號57

3.3　電子元器件符號61

3.3.1　電阻色標62

3.3.2　電子元器件符號的對比63

3.4　繼電器觸點符號63

3.5　線路圖、接線圖和梯形圖64

3.6　思考題65

3.7　練習(xí)題65

第4章　控制電路與接線圖66

4.1　學(xué)習(xí)目標66

4.2　接線圖66

4.3　線路圖或梯形圖68

4.4　欠電壓釋放69

4.5　雙線控制線路69

4.6　溫控器控制69

4.7　欠電壓保護70

4.8　三線控制電路71

4.9　控制線路的過電流保護73

4.10　控制電路中的變壓器74

4.11　思考題76

4.12　練習(xí)題77

第5章　開關(guān)78

5.1　學(xué)習(xí)目標78

5.2　控制電78

5.3　鼓形開關(guān)79

5.3.1　易于轉(zhuǎn)變79

5.3.2　三相開關(guān)79

5.3.3　直流開關(guān)80

5.4　浮動開關(guān)80

5.5　流量開關(guān)82

5.6　腳踏開關(guān)83

5.7　操縱桿開關(guān)83

5.8　互鎖開關(guān)84

5.8.1　機械互鎖84

5.8.2　按鈕互鎖85

5.8.3　輔助觸點互鎖85

5.9　限位開關(guān)86

5.9.1　限位開關(guān)的類型87

5.9.2　限位開關(guān)電路89

5.10　壓力開關(guān)89

5.11　按鈕開關(guān)91

5.12　安全開關(guān)91

5.13　選擇開關(guān)92

5.14　單刀開關(guān)92

5.15　起停開關(guān)92

5.16　溫度開關(guān)93

5.17　撥動開關(guān)93

5.18　晶體管開關(guān)94

5.19　真空開關(guān)94

5.20　思考題94

5.21　練習(xí)題94

第6章　磁性與螺線管96

6.1　學(xué)習(xí)目標96

6.2　螺線管97

6.2.1　電磁閥97

6.2.2　全自動燃氣爐電磁閥98

6.3　電磁閥的構(gòu)造98

6.3.1　銜鐵和鐵心中的渦流99

6.3.2　氣隙和銜鐵99

6.4　短路環(huán)99

6.5　螺線管線圈100

6.5.1　維持電流額定值100

6.5.2　線圈電壓100

6.5.3　電壓變化的影響101

6.6　交流噪聲101

6.7　思考題102

6.8　練習(xí)題102

第7章　繼電器103

7.1　學(xué)習(xí)目標103

7.2　繼電器103

7.2.1　繼電器螺線管103

7.2.2　繼電器的用途104

7.2.3　繼電器銜鐵104

7.2.4　繼電器觸點104

7.3　固態(tài)繼電器105

7.3.1　晶體管105

7.3.2　浪涌保護105

7.3.3　雙向可控硅106

7.3.4　可控硅整流器107

7.4　斷相繼電器108

7.5　固態(tài)監(jiān)控繼電器110

7.5.1　電壓繼電器110

7.5.2　電流繼電器111

7.5.3　過電壓/欠電壓繼電器111

7.6　固態(tài)繼電器開關(guān)的類型111

7.6.1　開關(guān)繼電器負載112

7.6.2　熱敏繼電器112

7.6.3　觸點放大繼電器112

7.6.4　負載監(jiān)測和負載轉(zhuǎn)換繼電器112

7.6.5　典型應(yīng)用113

7.7　熱過載繼電器114

7.7.1　熱過載繼電器的類型115

7.7.2　手動復(fù)位易熔合金型過載繼電器

（NEMA標準）115

7.7.3　雙金屬片過載繼電器（NEMA

工業(yè)電器及電動機控制作為電氣自動化的一個重要內(nèi)容，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟各個部門。本書涵蓋整個工業(yè)電氣領(lǐng)域中的電氣元件和系統(tǒng)，重點闡述工業(yè)應(yīng)用控制電路原理、電機的控制和驅(qū)動，包括開關(guān)、繼電器、電磁閥、電動機、定時器、傳感器、可編程控制器的工作原理及控制和故障的排除方法，還增加了現(xiàn)場安全工作及機器人技術(shù)，以提高讀者的實踐技能并解決工作中的實際問題。本書圖文并茂、內(nèi)容充實、輔以應(yīng)用實例和實際經(jīng)驗，并引用大量實用、準確的技術(shù)數(shù)據(jù)。可作為工科院校電氣工程專業(yè)的教材，也可供工程技術(shù)人員參考。

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譯者序

原書第2版前言

原書第1版序言

原書第1版前言

原書致謝

第1章變壓器基本原理1

1.1概述1

1.2變壓器的應(yīng)用和分類4

1.3變壓器原理和等效電路8

1.4標幺制16

1.5空載試驗和短路試驗17

1.6電壓調(diào)整率和變壓器的效率20

1.7變壓器的并聯(lián)運行26

參考文獻27

第2章磁特性28

2.1鐵心構(gòu)造29

2.2磁滯損耗、渦流損耗和雜散損耗33

2.3勵磁特性36

2.4過勵磁性能37

2.5空載損耗試驗38

2.6制造過程的影響44

2.7涌流45

2.8空載諧波對鐵心和繞組的影響53

2.9變壓器噪聲54

2.10旋轉(zhuǎn)損耗57

參考文獻58

第3章阻抗特性63

3.1電抗計算63

3.2電抗計算的不同方法69

3.3電抗計算的解析法71

3.4電抗計算的數(shù)值法73

3.5三繞組變壓器的阻抗特性78

3.6曲折形聯(lián)結(jié)變壓器的阻抗計算82

3.7零序電抗87

3.8穩(wěn)定繞組96

參考文獻98

第4章渦流和繞組雜散損耗100

4.1場方程式100

4.2坡印廷矢量104

4.3渦流損耗和磁滯損耗107

4.4飽和效應(yīng)110

4.5變壓器繞組中的渦流損耗111

4.6變壓器繞組中的環(huán)流損耗121

參考文獻129

第5章結(jié)構(gòu)部件中的雜散損耗132

5.1雜散損耗的影響因素133

5.2雜散損耗估算方法概述141

5.3鐵心接縫損耗143

5.4夾件中的雜散損耗144

5.5拉板中的雜散損耗145

5.6油箱中的雜散損耗149

5.7套管安裝板中的雜散損耗154

5.8大電流引起的雜散損耗155

5.9雜散損耗的控制措施160

5.10經(jīng)驗值法166

5.11過勵磁時雜散損耗估算168

5.12負載損耗測量169

參考文獻173

第6章短路應(yīng)力與強度181

6.1短路電流181

6.2短路時的熱容量187

6.3短路力187

6.4短路時的動態(tài)特性193

6.5輻向力引起故障的模式197

6.6軸向力引起故障的模式202

6.7相互作用力（軸向和輻向組合）引起的故障模式207

6.8預(yù)壓緊力的影響208

6.9短路試驗209

6.10涌流的影響210

6.11分裂變壓器的短路210

6.12提高承受短路能力的措施211

6.13平行導(dǎo)體間的電磁力計算214

6.14壓緊結(jié)構(gòu)設(shè)計216

參考文獻217

第7章變壓器沖擊電壓分布222

7.1起始電壓分布222

7.2對地電容225

7.3繞組的電容226

7.4電感計算237

7.5駐波和行波238

7.6沖擊分布的解析法241

7.7用狀態(tài)變量法計算沖擊電壓分布243

7.8降低繞組內(nèi)部過電壓的設(shè)計250

參考文獻255

第8章絕緣設(shè)計260

8.1簡單結(jié)構(gòu)的場強計算261

8.2電場強度計算263

8.3影響絕緣強度的因素265

8.4試驗方法和設(shè)計絕緣水平（DIL）276

8.5繞組間的絕緣278

8.6繞組內(nèi)部絕緣279

8.7端部絕緣設(shè)計281

8.8高壓引線間隙284

8.9優(yōu)化和提高質(zhì)量的統(tǒng)計分析286

參考文獻287

第9章冷卻系統(tǒng)292

9.1熱量傳遞方式292

9.2冷卻方式294

9.3鐵心的散熱298

9.4繞組的散熱299

9.5老化與預(yù)期壽命301

9.6直接測量熱點305

ⅩⅦ9.7靜電帶電現(xiàn)象306

9.8計算的近期趨勢307

參考文獻308

第10章結(jié)構(gòu)設(shè)計311

10.1結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性311

10.2荷載與強度試驗311

10.3變壓器油箱分類313

10.4油箱設(shè)計315

10.5分析方法317

10.6變壓器油箱過壓力現(xiàn)象320

10.7抗震分析321

10.8變壓器噪聲的特性與降低323

10.9運輸因素與振動327

參考文獻328

第11章特種變壓器330

11.1整流變壓器330

11.2高壓直流用換流變壓器335

11.3電爐變壓器340

11.4移相變壓器344

參考文獻347

第12章變壓器電磁場理論與計算350

12.1概述351

12.2變壓器工程電磁場基礎(chǔ)354

12.3位方程374

12.4有限元法384

12.5FEM方程394

12.6變壓器的耦合場401

12.7性能參數(shù)計算413

參考文獻422

第13章變壓器與系統(tǒng)之間的相互作用和建模427

13.1變壓器電力潮流分析427

13.2諧波分析435

13.3鐵磁諧振438

13.4電弧爐應(yīng)用440

13.5地磁干擾442

ⅩⅧ13.6和應(yīng)涌流現(xiàn)象442

13.7系統(tǒng)瞬變引起的內(nèi)部諧振443

13.8特快速瞬態(tài)過電壓444

13.9配電變壓器的瞬變現(xiàn)象445

13.10變壓器的低頻、中頻和高頻模型445

參考文獻454

第14章變壓器的監(jiān)測與診斷458

14.1常規(guī)試驗459

14.2溶解氣體分析461

14.3局部放電診斷462

14.4聚合度與呋喃分析469

14.5時域介質(zhì)響應(yīng)法469

14.6頻域介質(zhì)響應(yīng)法478

14.7繞組變形測量482

14.8附件490

14.9其他診斷測試491

14.10壽命評估與改進493

參考文獻493

第15章變壓器技術(shù)的發(fā)展趨勢499

15.1磁路499

15.2繞組500

15.3新型絕緣液體501

15.4優(yōu)化計算502

15.5可再生能源用變壓器503

15.6電力電子在變壓器中的應(yīng)用504

15.7其他技術(shù)506

15.8監(jiān)測和診斷趨勢507

參考文獻508

附錄511

附錄A設(shè)計示例511

附錄B聯(lián)結(jié)組526

附錄C故障電流計算528

附錄D電場強度和電容計算公式533

作為有抱負的工程師，需要學(xué)習(xí)很多知識，包括本領(lǐng)域的專業(yè)知識以及工程的基礎(chǔ)知識。同時，要具備終身學(xué)習(xí)的能力來掌握領(lǐng)域的最新發(fā)展。在這個過程中，工程思維和工程相關(guān)的設(shè)計能力是工程師的核心能力。本書是一本適合所有工程專業(yè)背景的讀者的工程入門書，以工程思維和能力的培養(yǎng)為核心，介紹了工程師應(yīng)具備的各種能力，助力讀者走上工程師之路。

本書特色

以工程思維和工程設(shè)計為主線，從各工程學(xué)科及主要專業(yè)領(lǐng)域的介紹開始，逐步深入地介紹工程師的技能、工程和設(shè)計的概念、常用的工程工具、項目管理、用戶體驗、工程師的人際交往等內(nèi)容，幫助讀者盡快融入工程師的角色。

作為全美靜電協(xié)會前主席，本書作者有扎實的工程項目基礎(chǔ)和豐富的經(jīng)驗，整個工程思維的脈絡(luò)在他的筆下被剖析得細致入微，各種類型的工程案例及分析使全書內(nèi)容飽滿、引人入勝，并引發(fā)讀者的思考。

突出強調(diào)工程中的關(guān)鍵理念、常用工作方法和良好的工作習(xí)慣，并通過一系列實例和練習(xí)培養(yǎng)提升讀者的工程素養(yǎng)，將工程思維的培養(yǎng)融入工作的方方面面。