工业电器与电动机控制（原书第2版）

天津大学自动化学院教授，从事数据挖掘、图像处理、智能优化算法和城市电网规划等方面的研究，担任全国高等院校电工学研究会理事，天津市高等院校电工学研究会理事长。

目　录

译者序

前言

绪论1

I.1　学习目标1

I.2　什么是电1

I.3　元素与原子1

I.3.1　自由电子2

I.3.2　电流2

I.3.3　能量2

I.4　电工材料2

I.4.1　导体2

I.4.2　绝缘体3

I.4.3　半导体3

I.5　发电4

I.6　电压与电流7

I.6.1　电阻8

I.6.2　导线规格9

I.6.3　铜导线与铝导线的对比10

I.6.4　电路11

I.7　欧姆定律12

I.8　功率13

I.9　电的测量14

I.9.1　仪表14

I.9.2　其他类型的仪表19

I.10　电能控制20

I.10.1　开关20

I.10.2　螺线管23

I.10.3　继电器23

I.10.4　二极管24

I.11　电阻24

I.12　思考题26

第1章　工具与设备27

1.1　学习目标27

1.2　手工工具27

1.2.1　螺钉旋具27

1.2.2　钳子28

1.2.3　锤子29

1.2.4　钢锯29

1.2.5　扳手30

1.2.6　螺母旋具31

1.2.7　轴承和衬套工具32

1.2.8　无焊接插件紧线钳32

1.2.9　电烙铁32

1.3　焊枪33

1.3.1　线规33

1.3.2　熔丝拔钳33

1.3.3　转速计33

1.3.4　出坯杆34

1.3.5　穿线器34

1.3.6　电缆剥线钳34

1.3.7　电缆剪34

1.3.8　电工刀35

1.3.9　其他工具35

1.4　电动工具35

1.4.1　便携式电流表和电压表35

1.4.2　兆欧表35

1.4.3　电压检测器36

1.4.4　万用表36

1.4.5　数字逻辑探针36

1.4.6　连通测试仪38

1.4.7　插头极性测试仪38

1.4.8　记录仪38

1.4.9　示波器38

1.4.10　相序适配器39

1.4.11　平衡分析仪39

1.5　特殊工作需要的专用工具39

1.5.1　印制电路板拔出器39

1.5.2　绕接/解开工具39

1.5.3　弯管机40

1.5.4　PVC管切割刀40

1.5.5　电缆弯曲器40

1.5.6　导管铰刀41

1.6　思考题41

1.7　练习题41

第2章　安全生产42

2.1　学习目标42

2.2　电击42

2.3　电气安全措施43

2.3.1　使用接地故障断路器43

2.3.2　安全装置44

2.3.3　电路保护44

2.3.4　过电流44

2.3.5　过载44

2.3.6　短路44

2.3.7　熔断器45

2.4　电气规程46

2.4.1　美国国家电气规程46

2.4.2　美国安全检测实验室46

2.4.3　加拿大标准协会47

2.4.4　其他国家的标准48

2.5　职业安全与健康法案48

2.5.1　设备标准48

2.5.2　OSHA色码49

2.6　灭火器49

2.7　安全操作规程49

2.8　工具安全52

2.8.1　正确使用锤子52

2.8.2　工作服52

2.8.3　断电53

2.8.4　安全使用电动机和发电机53

2.8.5　接地54

2.9　思考题56

2.10　练习题56

第3章　符号57

3.1　学习目标57

3.2　电气符号57

3.2.1　常见的开关（按钮）符号57

3.2.2　标准接线图符号57

3.3　电子元器件符号61

3.3.1　电阻色标62

3.3.2　电子元器件符号的对比63

3.4　继电器触点符号63

3.5　线路图、接线图和梯形图64

3.6　思考题65

3.7　练习题65

第4章　控制电路与接线图66

4.1　学习目标66

4.2　接线图66

4.3　线路图或梯形图68

4.4　欠电压释放69

4.5　双线控制线路69

4.6　温控器控制69

4.7　欠电压保护70

4.8　三线控制电路71

4.9　控制线路的过电流保护73

4.10　控制电路中的变压器74

4.11　思考题76

4.12　练习题77

第5章　开关78

5.1　学习目标78

5.2　控制电78

5.3　鼓形开关79

5.3.1　易于转变79

5.3.2　三相开关79

5.3.3　直流开关80

5.4　浮动开关80

5.5　流量开关82

5.6　脚踏开关83

5.7　操纵杆开关83

5.8　互锁开关84

5.8.1　机械互锁84

5.8.2　按钮互锁85

5.8.3　辅助触点互锁85

5.9　限位开关86

5.9.1　限位开关的类型87

5.9.2　限位开关电路89

5.10　压力开关89

5.11　按钮开关91

5.12　安全开关91

5.13　选择开关92

5.14　单刀开关92

5.15　起停开关92

5.16　温度开关93

5.17　拨动开关93

5.18　晶体管开关94

5.19　真空开关94

5.20　思考题94

5.21　练习题94

第6章　磁性与螺线管96

6.1　学习目标96

6.2　螺线管97

6.2.1　电磁阀97

6.2.2　全自动燃气炉电磁阀98

6.3　电磁阀的构造98

6.3.1　衔铁和铁心中的涡流99

6.3.2　气隙和衔铁99

6.4　短路环99

6.5　螺线管线圈100

6.5.1　维持电流额定值100

6.5.2　线圈电压100

6.5.3　电压变化的影响101

6.6　交流噪声101

6.7　思考题102

6.8　练习题102

第7章　继电器103

7.1　学习目标103

7.2　继电器103

7.2.1　继电器螺线管103

7.2.2　继电器的用途104

7.2.3　继电器衔铁104

7.2.4　继电器触点104

7.3　固态继电器105

7.3.1　晶体管105

7.3.2　浪涌保护105

7.3.3　双向可控硅106

7.3.4　可控硅整流器107

7.4　断相继电器108

7.5　固态监控继电器110

7.5.1　电压继电器110

7.5.2　电流继电器111

7.5.3　过电压/欠电压继电器111

7.6　固态继电器开关的类型111

7.6.1　开关继电器负载112

7.6.2　热敏继电器112

7.6.3　触点放大继电器112

7.6.4　负载监测和负载转换继电器112

7.6.5　典型应用113

7.7　热过载继电器114

7.7.1　热过载继电器的类型115

7.7.2　手动复位易熔合金型过载继电器

（NEMA标准）115

7.7.3　双金属片过载继电器（NEMA

工业电器及电动机控制作为电气自动化的一个重要内容，已经广泛应用于国民经济各个部门。本书涵盖整个工业电气领域中的电气元件和系统，重点阐述工业应用控制电路原理、电机的控制和驱动，包括开关、继电器、电磁阀、电动机、定时器、传感器、可编程控制器的工作原理及控制和故障的排除方法，还增加了现场安全工作及机器人技术，以提高读者的实践技能并解决工作中的实际问题。本书图文并茂、内容充实、辅以应用实例和实际经验，并引用大量实用、准确的技术数据。可作为工科院校电气工程专业的教材，也可供工程技术人员参考。

《三菱MELSEC系列·图解继电器与顺序控制器(原书第2版)》是为初学继电器顺序控制、顺序控制器以及传感器使用方法的读者而编写的实用入门书。《三菱MELSEC系列·图解继电器与顺序控制器(原书第2版)》基本按照“问题-电路设计-接线-实施”的步骤，利用丰富实例，通俗易懂地讲解相关内容。《三菱MELSEC系列·图解继电器与顺序控制器(原书第2版)》内容包括：顺序控制基础、继电器顺序控制、顺序控制器的基础知识、顺序控制器的指令与基本电路、顺序控制器的应用电路等，并且每章后均给出实践题，在最后给出相应的答案。

译者序

原书第2版前言

原书第1版序言

原书第1版前言

原书致谢

第1章变压器基本原理1

1.1概述1

1.2变压器的应用和分类4

1.3变压器原理和等效电路8

1.4标幺制16

1.5空载试验和短路试验17

1.6电压调整率和变压器的效率20

1.7变压器的并联运行26

参考文献27

第2章磁特性28

2.1铁心构造29

2.2磁滞损耗、涡流损耗和杂散损耗33

2.3励磁特性36

2.4过励磁性能37

2.5空载损耗试验38

2.6制造过程的影响44

2.7涌流45

2.8空载谐波对铁心和绕组的影响53

2.9变压器噪声54

2.10旋转损耗57

参考文献58

第3章阻抗特性63

3.1电抗计算63

3.2电抗计算的不同方法69

3.3电抗计算的解析法71

3.4电抗计算的数值法73

3.5三绕组变压器的阻抗特性78

3.6曲折形联结变压器的阻抗计算82

3.7零序电抗87

3.8稳定绕组96

参考文献98

第4章涡流和绕组杂散损耗100

4.1场方程式100

4.2坡印廷矢量104

4.3涡流损耗和磁滞损耗107

4.4饱和效应110

4.5变压器绕组中的涡流损耗111

4.6变压器绕组中的环流损耗121

参考文献129

第5章结构部件中的杂散损耗132

5.1杂散损耗的影响因素133

5.2杂散损耗估算方法概述141

5.3铁心接缝损耗143

5.4夹件中的杂散损耗144

5.5拉板中的杂散损耗145

5.6油箱中的杂散损耗149

5.7套管安装板中的杂散损耗154

5.8大电流引起的杂散损耗155

5.9杂散损耗的控制措施160

5.10经验值法166

5.11过励磁时杂散损耗估算168

5.12负载损耗测量169

参考文献173

第6章短路应力与强度181

6.1短路电流181

6.2短路时的热容量187

6.3短路力187

6.4短路时的动态特性193

6.5辐向力引起故障的模式197

6.6轴向力引起故障的模式202

6.7相互作用力（轴向和辐向组合）引起的故障模式207

6.8预压紧力的影响208

6.9短路试验209

6.10涌流的影响210

6.11分裂变压器的短路210

6.12提高承受短路能力的措施211

6.13平行导体间的电磁力计算214

6.14压紧结构设计216

参考文献217

第7章变压器冲击电压分布222

7.1起始电压分布222

7.2对地电容225

7.3绕组的电容226

7.4电感计算237

7.5驻波和行波238

7.6冲击分布的解析法241

7.7用状态变量法计算冲击电压分布243

7.8降低绕组内部过电压的设计250

参考文献255

第8章绝缘设计260

8.1简单结构的场强计算261

8.2电场强度计算263

8.3影响绝缘强度的因素265

8.4试验方法和设计绝缘水平（DIL）276

8.5绕组间的绝缘278

8.6绕组内部绝缘279

8.7端部绝缘设计281

8.8高压引线间隙284

8.9优化和提高质量的统计分析286

参考文献287

第9章冷却系统292

9.1热量传递方式292

9.2冷却方式294

9.3铁心的散热298

9.4绕组的散热299

9.5老化与预期寿命301

9.6直接测量热点305

ⅩⅦ9.7静电带电现象306

9.8计算的近期趋势307

参考文献308

第10章结构设计311

10.1结构设计的重要性311

10.2荷载与强度试验311

10.3变压器油箱分类313

10.4油箱设计315

10.5分析方法317

10.6变压器油箱过压力现象320

10.7抗震分析321

10.8变压器噪声的特性与降低323

10.9运输因素与振动327

参考文献328

第11章特种变压器330

11.1整流变压器330

11.2高压直流用换流变压器335

11.3电炉变压器340

11.4移相变压器344

参考文献347

第12章变压器电磁场理论与计算350

12.1概述351

12.2变压器工程电磁场基础354

12.3位方程374

12.4有限元法384

12.5FEM方程394

12.6变压器的耦合场401

12.7性能参数计算413

参考文献422

第13章变压器与系统之间的相互作用和建模427

13.1变压器电力潮流分析427

13.2谐波分析435

13.3铁磁谐振438

13.4电弧炉应用440

13.5地磁干扰442

ⅩⅧ13.6和应涌流现象442

13.7系统瞬变引起的内部谐振443

13.8特快速瞬态过电压444

13.9配电变压器的瞬变现象445

13.10变压器的低频、中频和高频模型445

参考文献454

第14章变压器的监测与诊断458

14.1常规试验459

14.2溶解气体分析461

14.3局部放电诊断462

14.4聚合度与呋喃分析469

14.5时域介质响应法469

14.6频域介质响应法478

14.7绕组变形测量482

14.8附件490

14.9其他诊断测试491

14.10寿命评估与改进493

参考文献493

第15章变压器技术的发展趋势499

15.1磁路499

15.2绕组500

15.3新型绝缘液体501

15.4优化计算502

15.5可再生能源用变压器503

15.6电力电子在变压器中的应用504

15.7其他技术506

15.8监测和诊断趋势507

参考文献508

附录511

附录A设计示例511

附录B联结组526

附录C故障电流计算528

附录D电场强度和电容计算公式533

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