电路基础（原书第6版）

出版者的话

译者序

前言

作者简介

第一部分　直流电路

第1章　基本概念2

1.1　引言2

1.2　计量单位制3

1.3　电荷与电流4

1.4　电压6

1.5　功率与能量7

1.6　电路元件10

1.7　应用实例12

1.8　解题方法14

1.9　本章小结16

复习题17

习题17

综合理解题19

第2章　基本定律21

2.1　引言21

2.2　欧姆定律21

2.3　节点、支路与回路25

2.4　基尔霍夫定律27

2.5　串联电阻及其分压31

2.6　并联电阻及其分流32

2.7　Y△变换37

2.8　应用实例42

2.9　本章小结46

复习题47

习题48

综合理解题57

第3章　分析方法59

3.1　引言59

3.2　节点分析法60

3.3　含有电压源电路的节点分析法65

3.4　网孔分析法68

3.5　含有电流源电路的网孔分析法72

3.6　基于观察法的节点分析与网孔分析74

3.7　节点分析法与网孔分析法的比较77

3.8　基于PSpice的电路分析78

3.9　应用实例：直流晶体管电路79

3.10　本章小结84

复习题84

习题85

综合理解题95

第4章　电路定理96

4.1　引言96

4.2　线性性质97

4.3　叠加定理98

4.4　电源变换102

4.5　戴维南定理105

4.6　诺顿定理110

4.7　戴维南定理与诺顿定理的推导113

4.8　最大功率传输定理114

4.9　基于PSpice的电路定理验证115

4.10　应用实例118

4.11　本章小结122

复习题122

习题123

综合理解题132

第5章　运算放大器133

5.1　引言133

5.2　运算放大器134

5.3　理想运算放大器136

5.4　反相放大器138

5.5　同相放大器139

5.6　加法放大器141

5.7　差分放大器142

5.8　运算放大器的级联电路144

5.9　基于PSpice的运算放大器电路分析146

5.10　应用实例147

5.11　本章小结150

复习题151

习题152

综合理解题161

第6章　电容与电感162

6.1　引言162

6.2　电容163

6.3　电容的串并联167

6.4　电感170

6.5　电感的串并联173

6.6　应用实例176

6.7　本章小结181

复习题182

习题182

综合理解题190

第7章　一阶电路191

7.1　引言191

7.2　无源RC电路192

7.3　无源RL电路195

7.4　奇异函数200

7.5　RC电路的阶跃响应206

7.6　RL电路的阶跃响应210

7.7　一阶运算放大器电路214

7.8　基于PSpice的暂态分析217

7.9　应用实例220

7.10　本章小结224

复习题225

习题226

综合理解题234

第8章　二阶电路235

8.1　引言235

8.2　计算初值和终值236

8.3　无源串联RLC电路239

8.4　无源并联RLC电路244

8.5　串联RLC电路的阶跃响应248

8.6　并联RLC电路的阶跃响应252

8.7　一般二阶电路253

8.8　二阶运算放大器电路257

8.9　基于PSpice的RLC电路分析259

8.10　对偶原理262

8.11　应用实例264

8.12　本章小结266

复习题267

习题268

综合理解题275

第二部分　交流电路

第9章　正弦量与相量278

9.1　引言279

9.2　正弦信号279

9.3　相量283

9.4　电路元件的相量关系288

9.5　阻抗与导纳290

9.6　频域中的基尔霍夫定律292

9.7　阻抗合并292

9.8　应用实例296

9.9　本章小结300

复习题301

习题302

综合理解题308

第10章　正弦稳态分析310

10.1　引言310

10.2　节点分析法311

10.3　网孔分析法313

10.4　叠加定理315

10.5　电源变换317

10.6　戴维南等效电路与诺顿等效电路318

10.7　交流运算放大器电路321

10.8　基于PSpice的交流电路分析323

10.9　应用实例326

10.10　本章小结328

复习题329

习题330

第11章　交流功率分析340

11.1　引言340

11.2　瞬时功率与平均功率341

11.3　最大平均功率传输344

11.4　有效值346

11.5　视在功率与功率因数349

11.6　复功率351

11.7　交流功率守恒353

11.8　功率因数的校正356

11.9　应用实例358

11.10　本章小结361

复习题362

习题363

综合理解题370

第12章　三相电路372

12.1　引言372

12.2　对称三相电压374

12.3　对称YY联结376

12.4　对称Y△联结379

12.5　对称△△联结381

12.6　对称△Y联结382

12.7　对称系统中的功率384

12.8　非对称三相系统388

12.9　基于PSpice的三相电路分析391

12.10　应用实例395

12.11　本章小结401

复习题401

习题402

综合理解题408

第13章　磁耦合电路410

13.1　引言410

13.2　互感411

13.3　耦合电路中的能量416

13.4　线性变压器419

13.5　理想变压器423

13.6　理想自耦变压器428

13.7　三相变压器430

13.8　基于PSpice的磁耦合电路分析432

13.9　应用实例436

13.10　本章小结440

复习题440

习题441

综合理解题450

第14章　频率响应452

14.1　引言452

14.2　传递函数453

14.3　分贝表示法455

14.4　伯德图456

14.5　串联谐振电路465

14.6　并联谐振电路469

14.7　无源滤波器471

14.8　有源滤波器475

14.9　比例转换480

14.10　基于PSpice的频率响应计算482

14.11　基于MATLAB的频率响应计算485

14.12　应用实例486

14.13　本章小结490

复习题491

习题492

综合理解题498

第三部分　高级电路分析

第15章　拉普拉斯变换简介500

15.1　引言500

15.2　拉普拉斯变换的定义501

15.3　拉普拉斯变换的性质503

15.4　拉普拉斯反变换510

15.5　卷积积分515

15.6　拉普拉斯变换在微积分方程求解中的应用521

15.7　本章小结523

复习题523

习题524

第16章　拉普拉斯变换的应用528

16.1　引言528

16.2　电路元件的s域模型529

16.3　电路分析533

16.4　传递函数536

16.5　状态变量540

16.6　应用实例544

16.7　本章小结550

复习题551

习题551

综合理解题560

第17章　傅里叶级数561

17.1　引言561

17.2　三角函数形式的傅里叶级数562

17.3　对称周期函数的频谱分析568

17.4　傅里叶级数在电路分析中的应用575

17.5　平均功率与方均根值578

17.6　指数形式的傅里叶级数580

17.7　基于PSpice的傅里叶分析585

17.8　应用实例589

17.9　本章小结591

复习题592

习题593

综合理解题599

第18章　傅里叶变换601

18.1　引言601

18.2　傅里叶变换的定义602

18.3　傅里叶变换的性质605

18.4　傅里叶变换在电路分析中的应用614

18.5　帕塞瓦尔定理616

18.6　傅里叶变换和拉普拉斯变换的比较618

18.7　应用实例618

18.8　本章小结621

复习题622

习题622

综合理解题627

第19章　二端口网络628

19.1　引言629

19.2　阻抗参数629

19.3　导纳参数632

19.4　混合参数636

19.5　传输参数640

19.6　六组参数之间的关系643

19.7　二端口网络的互联646

19.8　基于PSpice的二端口网络参数计算651

19.9　应用实例653

19.10　本章小结659

复习题660

习题661

综合理解题669

附录A　奇数编号习题答案670

本书第6版延续了第5版内容简明易懂的风格。介绍了六步解决问题的方法，并在实践中的问题和实践问题，结合了超过468个新的或改变家庭作业问题。第6版涵盖了*全面的线性电路分析的方法，并保留了“设计一个问题”的功能，这有助于学生发展他们的设计技能，有学生发展的问题，以及解决方案。本书中有100多个“设计问题”习题集。

译者序

前言

第1章　工程是什么1

1.1　工程有许多领域1

1.1.1　航空工程2

1.1.2　农业工程3

1.1.3　生物医学工程3

1.1.4　化学工程4

1.1.5　土木工程4

1.1.6　计算机工程6

1.1.7　电气工程6

1.1.8　环境工程7

1.1.9　工业工程7

1.1.10　材料工程8

1.1.11　机械工程8

1.1.12　机电工程9

1.1.13　造船工程9

1.1.14　核工程10

1.1.15　石油工程10

1.1.16　系统工程11

1.2　一些工程专业组织11

1.3　成为一个注册专业工程师12

1.4　工程师：项目管理的核心13

1.5　工程：一组技能15

1.5.1　知识15

1.5.2　经验16

1.5.3　直觉16

关键术语18

第2章　设计是什么19

2.1　“设计”一词的使用19

2.2　分析、设计和复制之间的不同20

2.2.1　分析21

2.2.2　设计23

2.2.3　复制23

2.3　优秀的设计与糟糕的设计27

2.4　设计周期29

2.4.1　定义总体目标29

2.4.2　收集信息31

2.4.3　确认和评估可能的设计策略31

2.4.4　设计初试31

2.4.5　模型与分析32

2.4.6　构建原型、记录文档和测试33

2.4.7　修改和再次修改34

2.4.8　彻底测试产品35

2.5　生成想法37

2.5.1　头脑风暴的基本规则38

2.5.2　正式的头脑风暴38

2.5.3　非正式的头脑风暴会议42

2.6　设计实例47

2.6.1　机器人设计大赛47

2.6.2　面罩生产设备54

2.6.3　自动移液器57

2.6.4　帆船自动驾驶仪61

2.6.5　海洋能量采集机64

总结68

关键术语68

问题68

第3章　项目管理与团队合作技能75

3.1　在团队中工作75

3.1.1　建立一个有效的团队76

3.1.2　组织结构图78

3.1.3　职位描述79

3.1.4　团队联系人列表79

3.1.5　团队会议79

3.1.6　与组织中其他团队合作80

3.2　管理任务：保持项目正常进行82

3.2.1　清单83

3.2.2　时间表83

3.2.3　甘特图84

3.2.4　PERT图84

3.3　文档：项目成功的关键88

3.3.1　纸质文档与电子文档88

3.3.2　工程师的日志（笔记本）89

3.3.3　日志格式90

3.3.4　使用你的工程日志90

3.3.5　技术报告91

3.3.6　软件文档与工程日志的作用92

3.3.7　日志的重要性：案例研究1…93

3.3.8　日志的重要性：案例研究2…94

3.4　法律问题：知识产权、专利和商业机密96

3.4.1　专利96

3.4.2　专利术语96

关键术语97

问题97

第4章　工程工具101

4.1　估计101

4.2　数字处理107

4.2.1　国际单位制107

4.2.2　单位一致108

4.2.3　有效数字108

4.2.4　尺寸和公差109

4.3　图的类型111

4.3.1　半对数图111

4.3.2　双对数图113

4.3.3　极坐标图114

4.3.4　三维图形114

4.4　原型设计117

4.5　逆向工程122

4.6　计算机分析123

4.7　规格说明表134

4.8　因特网134

4.9　电子表格在工程设计中的应用…137

4.10　实体模型与计算机辅助制图143

4.10.1　为什么要画工程图144

4.10.2　图纸的类型144

4.11　系统仿真149

4.12　电子电路仿真151

4.13　图形化编程153

4.14　微处理器：另一种形式的计算机154

关键术语155

问题156第5章　人机界面164

5.1　人类如何与机器交互164

5.2　人体工程学165

5.3　认知167

5.4　人机界面：案例研究168

关键术语178

问题178

第6章　工程师与现实世界181

6.1　社会对工程师的看法181

6.2　工程师如何吸取教训183

6.3　失败在工程设计中的影响：案例研究185

6.3.1　案例1：塔科马海峡大桥185

6.3.2　案例2：哈特福德市民中心186

6.3.3　案例3：挑战者号航天飞机186

6.3.4　案例4：堪萨斯市凯悦酒店187

6.3.5　案例5：三里岛189

6.3.6　案例6：美国巡洋舰温森斯号190

6.3.7　案例7：哈勃望远镜191

6.3.8　案例8：哈维兰彗星型客机192

6.3.9　案例9：坍塌的天花板193

6.3.10　案例10：花旗集团中心…194

6.3.11　案例11：福特Pinto196

6.4　在设计中做好失败的准备196

关键术语197

推荐阅读197

问题197

第7章　学会表达、书写及演讲199

7.1　良好沟通技巧的重要性199

7.2　准备会谈、演讲和会议200

7.3　准备正式演讲201

7.4　撰写电子邮件、信件及备忘录205

7.4.1　撰写电子邮件206

7.4.2　正式电子邮件的头206

7.4.3　邮件内容的第一句206

7.4.4　正文207

7.4.5　书写正式的备忘录和信件209

7.5　撰写技术报告、提案和期刊文章212

7.5.1　技术报告212

7.5.2　期刊论文213

7.5.3　提案213

7.6　撰写说明手册213

7.6.1　简介213

7.6.2　安装213

7.6.3　操作214

7.6.4　安全性214

7.6.5　故障排除214

7.6.6　附录214

7.6.7　内容的重复215

7.7　技术文档撰写策略218

7.7.1　对撰写的文档做好规划218

7.7.2　选择合适的地点撰写文档…218

7.7.3　确定读者218

7.7.4　做笔记218

7.7.5　创建主题标题219

7.7.6　短暂休息219

7.7.7　写第一稿219

7.7.8　阅读草稿219

7.7.9　修改草稿219

7.7.10　修改、修改、再修改219

7.7.11　审查最后的草稿220

7.7.12　常见的撰写错误220

关键术语221

问题221

索引224

2100433B

作为有抱负的工程师，需要学习很多知识，包括本领域的专业知识以及工程的基础知识。同时，要具备终身学习的能力来掌握领域的最新发展。在这个过程中，工程思维和工程相关的设计能力是工程师的核心能力。本书是一本适合所有工程专业背景的读者的工程入门书，以工程思维和能力的培养为核心，介绍了工程师应具备的各种能力，助力读者走上工程师之路。

本书特色

以工程思维和工程设计为主线，从各工程学科及主要专业领域的介绍开始，逐步深入地介绍工程师的技能、工程和设计的概念、常用的工程工具、项目管理、用户体验、工程师的人际交往等内容，帮助读者尽快融入工程师的角色。

作为全美静电协会前主席，本书作者有扎实的工程项目基础和丰富的经验，整个工程思维的脉络在他的笔下被剖析得细致入微，各种类型的工程案例及分析使全书内容饱满、引人入胜，并引发读者的思考。

突出强调工程中的关键理念、常用工作方法和良好的工作习惯，并通过一系列实例和练习培养提升读者的工程素养，将工程思维的培养融入工作的方方面面。

译者序

原书第3版序

原书第2版序

原书第1版序和感谢

第1章 绪论 1

1.1 概况 1

1.2 电力系统基础知识 1

1.3 保护要求 3

1.4 保护范围 4

1.5 主保护和后备保护 5

1.5.1 主保护 5

1.5.2 后备保护 5

1.6 方向保护 6

1.7 习题 7

第2章 短路电流的计算 9

2.1 短路电流计算模型 9

2.1.1 系统阻抗影响 9

2.1.2 旋转电机的影响 11

2.1.3 故障种类 12

2.1.4 故障电流计算 13

2.2 计算短路电流的方法 15

2.2.1 各序网络的构建和重要性 18

2.2.2 使用对称分量法进行不对称故障计算 20

2.2.3 电力系统等效阻抗 20

2.3 保护系统的电流和电压信号 21

2.4 用计算机进行故障计算 22

第3章 继电器的类别和功能 24

3.1 分类 24

3.1.1 按结构分类 24

3.1.2 按输入信号分类 24

3.1.3 按功能分类 24

3.1.4 电气设备的国际分类 25

3.2 电磁继电器 26

3.2.1 吸引继电器 26

3.2.2 带移动线圈的继电器 27

3.2.3 感应继电器 27

3.3 保护继电器的发展 31

3.4 数字保护 31

3.4.1 概述 31

3.4.2 数字继电器的特点 31

3.4.3 数字继电器的典型结构 32

3.4.4 数字继电器的标准功能 33

3.5 继电器供电 34

第4章 电流互感器和电压互感器 35

4.1 电压互感器 35

4.1.1 等效电路 35

4.1.2 误差 35

4.1.3 负载 36

4.1.4 电压互感器的选择 37

4.1.5 电容式电压互感器 37

4.2 电流互感器 39

4.2.1 等效电路 39

4.2.2 误差 40

4.2.3 交流饱和 41

4.2.4 负载 41

4.2.5 电流互感器的选择 44

4.2.6 ANSI标准定义的准确级 45

4.2.7 直流饱和 46

4.2.8 使用电流互感器的注意事项 47

第5章 过电流保护 49

5.1 简述 49

5.2 过电流继电器种类 49

5.2.1 固定电流值继电器 49

5.2.2 定时限/定电流继电器或定时限继电器 51

5.2.3 反时限继电器 52

5.3 过电流继电器整定 52

5.3.1 速断单元整定 52

5.3.2 保护变电站间连接线路的速断单元覆盖范围 53

5.3.3 延时过电流继电器参数整定 54

5.4 继电器配合的限制条件 58

5.4.1 最小短路电流水平 58

5.4.2 发热限制 59

5.4.3 启动电流值 61

5.5 与Dy联结变压器的配合 69

5.5.1 三相短路故障 70

5.5.2 相间短路故障 70

5.5.3 单相接地故障 71

5.6 与熔断器的配合 78

5.7 与负序单元的配合 78

5.8 带电压控制的过电流继电器 79

5.9 用软件技术设置过电流继电器 80

5.10 数字继电器中数字逻辑的使用 81

5.10.1 简述 81

5.10.2 数字逻辑基础 81

5.10.3 逻辑关系图 82

5.11 群组整定变化的适应性保护 84

5.12 习题 85

第6章 熔断器、重合闸和分段器 89

6.1 设备 89

6.1.1 重合闸 89

6.1.2 分段器 92

6.1.3 熔断器 92

6.2 配电系统的时间/电流设备的配合原则 94

6.2.1 熔断器-熔断器的配合 95

6.2.2 重合闸-熔断器的配合 95

6.2.3 重合闸-重合闸的配合 98

6.2.4 重合闸-继电器的配合 98

6.2.5 重合闸-分段器的配合 99

6.2.6 重合闸-分段器-熔断器的配合 99

第7章 方向过电流继电器 102

7.1 结构 102

7.2 动作原则 103

7.3 继电器的连接 103

7.3.1 30°连接（0°AMT） 103

7.3.2 60°连接（0°AMT） 104

7.3.3 90°连接（30°AMT） 105

7.3.4 90°连接（45°AMT） 105

7.4 接地故障方向继电器 106

7.5 速断单元的配合 111

7.6 方向过电流延时继电器的整定 114

7.6.1 启动电流整定 114

7.6.2 时间刻度整定 114

7.7 习题 119

第8章 差动保护 121

8.1 概述 121

8.2 差动保护的分类 123

8.3 变压器差动保护 123

8.3.1 基本因素 124

8.3.2 CT的选择和连接 125

8.3.3 接地故障时差动继电器保护的绕组的百分比 130

8.3.4 确定斜率 131

8.3.5 电力变压器中的故障电流分布 132

8.4 发电机和旋转电机的差动保护 134

8.5 线路差动保护 137

8.6 母线差动保护 138

8.6.1 多个制动线圈的差动保护系统 138

8.6.2 高阻抗差动系统 138

8.7 习题 140

第9章 距离保护 142

9.1 概述 142

9.2 距离继电器的种类 142

9.2.1 阻抗继电器 144

9.2.2 方向继电器 146

9.2.3 感抗继电器 147

9.2.4 姆欧继电器 148

9.2.5 完全极化的姆欧继电器 149

9.2.6 透镜特性的继电器 150

9.2.7 多边形特性的继电器 150

9.2.8 混合特性继电器 150

9.3 整定距离继电器的保护范围和动作时间 151

9.4 距离继电器馈入电流的影响 154

9.5 距离保护中的弧阻影响 158

9.6 剩余补偿 159

9.7 距离继电器测得的阻抗 159

9.7.1 相单元 159

9.7.2 接地故障单元 160

9.8 电力系统振荡 160

9.9 距离继电器的有效保护范围 163

9.10 最大负载检查 164

9.10.1 姆欧继电器 164

9.10.2 多边形特性的继电器 165

9.11 画出继电器整定值 165

9.12 联锁脱扣 174

9.12.1 欠范围直接脱扣 174

9.12.2 允许的欠范围联锁脱扣 174

9.12.3 允许的超范围联锁脱扣 175

9.13 在串联补偿线路中的距离继电器 175

9.14 在T形回路中距离保护的考虑因素 177

9.14.1 两个端口有馈入电流的T形回路 177

9.14.2 所有三个端口都有馈入电流的T形回路 179

9.15 采用距离继电器发现发电机励磁故障 179

9.16 习题 181

第10章 工业系统的保护 184

10.1 保护设备 184

10.1.1 过电流继电器 184

10.1.2 普通断路器和塑壳断路器的直接动作器件 184

10.1.3 热继电器、接触器和熔断器组合使用 184

10.2 电机相关过电流保护的整定原则 185

10.2.1 热继电器 185

10.2.2 低压断路器 186

第11章 工业负载切除系统 194

11.1 失电后的系统运行 194

11.2 自动减载系统的设计 195

11.2.1 简单发电机模型 195

11.2.2 建立减载系统的参数 195

11.3 整定频率继电器的原则 196

11.3.1 动作时间 196

11.3.2 确定频率波动 197

11.4 计算和整定某工厂的频率继电器的案例 197

11.4.1 过载计算 197

11.4.2 需要切除的负载 197

11.4.3 频率水平 197

11.4.4 负载切除阶段 197

11.4.5 确定频率继电器整定值 199

11.4.6 动作的验证 201

第12章 保护方案和变电站设计图 204

12.1 保护方案 204

12.1.1 发电机保护 204

12.1.2 电动机保护 205

12.1.3 变压器保护 209

12.1.4 线路保护 212

12.2 变电站设计图 213

12.2.1 单线图 214

12.2.2 变电站布置图 214

12.2.3 交流连接图 215

12.2.4 直流连接图 215

12.2.5 接线图 216

12.2.6 逻辑图 216

12.2.7 电缆列表 216

第13章 电力系统自动化的通信网络 218

13.1 IEC 61850概述 219

13.2 IEC 61850的内容和特点 220

13.3 系统配置语言 224

13.4 IEC 61850设备测试的问题 225

13.5 GOOSE信息的配置和验证 227

13.5.1 系统配置 229

13.5.2 系统验证试验 229

13.6 变电站IT网络 229

13.7 过程总线 230

第14章 保护系统的安装、测试和维护 231

14.1 保护设备的安装 231

14.2 测试保护方案 232

14.2.1 工厂测试 233

14.2.2 安装前测试 233

14.2.3 周期性维护 237

14.3 安装数字保护 238

14.3.1 设置参数 238

14.3.2 运行测试 239

附录 习题答案 242

参考文献 277