电工与电子技术

全国高职高专院校机电类专业规划教材

“十二五”职业教育国家规划教材

电工与电子技术

程周主编

吕景泉主审

内容简介

本书参照教育部颁布的有关电工与电子技术教学文件、职业资格标准及行业职业技能鉴定标

准，在总结高等职业教育教学改革经验的基础上，贯彻“以服务为宗旨，以就业为导向，以能力

为本位”的职业教育办学指导思想，并参考目前流行的国外职业教育教材编写而成。

本书主要内容包括直流电路、单相正弦交流电路、三相交流电路、磁路与变压器、电机、低

压电器与电气基本控制、供电及安全用电、半导体器件、整流与稳压电路、放大电路和集成运算

放大器、数字电子技术基础、组合与时序逻辑电路、数字电路的应用等。

本书适合作为高等职业院校机电技术应用类、机械制造类等非电类专业的专业基础课教材，

也可作为岗位培训用书。

图书在版编目（CIP）数据

电工与电子技术/程周主编.—3版.—北京：中国铁道

出版社有限公司,2020.1

全国高职高专院校机电类专业规划教材“十二五”

职业教育国家规划教材

ISBN978-7-113-26545-8

Ⅰ.①电…Ⅱ.①程…Ⅲ.①电工技术-高等职业教育-教

材②电子技术-高等职业教育-教材Ⅳ.①TM②TN

中国版本图书馆CIP数据核字（2020）第005321号

书名：电工与电子技术

作者：程周

策划：何红艳编辑部电话2061

责任编辑：何红艳包宁

封面设计：付巍

封面制作：刘颖

责任校对：张玉华

责任印制：郭向伟

出版发行：中国铁道出版社有限公司（100054，北京市西城区右安门西街8号）

网址：/51eds/

印刷：三河市兴博印务有限公司

版次：2010年7月第1版2020年1月第3版2020年1月第1次印刷

开本：787mm×1092mm1/16印张：18字数：413千

印数：1～2000册

书号：ISBN978-7-113-26545-8

定价：48.00元

版权所有侵权必究

凡购买铁道版图书，如有印制质量问题，请与本社教材图书营销部联系调换。电话：（010）63550836

打击盗版举报电话：（010）51873659

全国高职高专院校机电类专业规划教材

主任:吕景泉

编审委员会副主任:严晓舟史丽萍

委员：（按姓氏笔画排序）

王立王文义王龙义王建明牛云陞

朱凤芝刘建超刘薇娥关健汤晓华

牟志华李文李军李向东肖方晨

狄建雄汪敏生宋淑海张耀张文明

张永花陆建国陈丽陈铁牛林嵩

明立军金卫国宝爱群胡学同钟江生

祝瑞花姚吉姚永刚秦益霖秦绪好

钱逸秋徐国林凌艺春常晓玲梁荣新

韩丽程周曾照香谭有广

第三版前言

PREFACE

本书是2013年9月出版的“全国高职高专院校机电类专业规划教材及教育

部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会规划教材”《电工与电子技术》

（第二版）一书的修订版。

本书在第二版的基础上，对全书的阅读材料进行了更换，新更换的内容重点

是体现我国近阶段在科学方面的重大突破，技术方面的创新应用。更新的阅读材

料力图将教材内容与科学、技术及工程应用结合，进一步开拓教材的视角，展示

我国科研工作的新成果，把爱国主义教育落到实处。

本书依然沿用“以问题为中心”的模式，注重对机电类专业电工技术与电子

技术基础知识的掌握和技能的训练。对有关的电路定理、定律避免出现不必要的

理论推导，突出正确理解和实际使用。

本书经全国职业教育教材审定委员会审定，为“十二五”职业教育国家规划

教材。

本书由安徽职业技术学院机电学院程周任主编并负责统稿。由安徽职业技术

学院机电学院黄琼修订第1、2、3、4、5、6、7章；由安徽职业技术学院机电学

院胡继胜修订第8、9、10、11、12、13章。本书由吕景泉教授主审。

由于编者水平有限，书中难免存在疏漏和不足之处，恳请广大读者批评指正。

编者

2019年10月

第一版前言

PREFACE

本书采用以问题为中心的模式进行编写，注重对电工与电子技术基础知识的掌握和对技能的训练。

本书抓住高等职业教育的特点，内容符合教学规律，结构符合高等职业的教育要求。本书对

理论知识做“淡化”处理，而对实际技能做“强化”处理。内容包含工程技术应用的基础知识与

中高级技能型、应用型人才应该具备的专业知识，强调基础知识与技术应用之间的关系，力图做

到各部分知识内容比例协调，深浅适宜。选材上融入高等职业教育的理念，体现以就业为导向，

适应社会发展和科学进步的需要。

本书中对有关的电路定理、定律尽量避免出现不必要的理论推导，而突出正确理解和实际使

用；对变压器、电动机等则进一步简化了内部的工作原理；对于电子电路则加强集成电路方面的

内容，特别是集成电路的应用。本书没有编写难度较大、求解过程较复杂的例题和习题，而选用

那些具有工程意义、与实际应用紧密相连的题目。学生通过完成这些题目，可以加深对教材内容

的理解以及对工程方面的了解。

本书根据学生的年龄特点，语言活泼生动，并增加图表作为辅助说明，例如，对原先一些只

有原理图或结构图的元器件，增加了外形图。并且本书进一步规范了教材中的名词术语、图形符

号等，使之更加符合国家标准。

本书每章分为四个部分，即学习目标、主体内容、小结和习题。

（1）学习目标

根据原来教学要求中采用的“知道”、“描述”和“解释”三种不同层面的教学要求，从教学

目标上对学生提出更加符合职业教育特色的要求。具体含义如下：

“知道”层面：是对知识点和教学内容的最低要求，学生可以知道其概貌，当再次接触这些

知识点时，能有所印象即可。

“描述”层面：指学生能对所学内容进行复述，能大致说出所学的主干内容，与“知道”层

面相比，更强调记忆某些知识的要求。

“解释”层面：指能对所学的内容说清楚来龙去脉，大体上说清楚“为什么”、“怎么做”，

是三个层面中要求最高的一个层面，这部分内容占全书的比重不大。

（2）主体内容

本部分主要是知识点的传授、延伸和扩展，着重介绍理论知识在实际生产和生活中的应用，

使学生在学习专业基础课程的同时，对专业知识有所了解，以培养对后续专业课程学习的兴趣。

主要在拓宽知识面、增加应用性和加深教材理解上做了一些探索。

“观察与思考”：在每节内容前利用该栏目对本节内容进行引入，以告诉学生“为什么”要学

习该节内容。

（3）小结

每章后面的小结部分分成三个层面，对学生复习本章内容提出相对具体的要求，与章前的学

习目标要求相对应。具体分为：

“尽量记住下面的公式，关键是会用”。这部分内容是要求学生记忆的，先解决基本知识的

记忆，进而才能用公式解决问题。

“下面的概念对本章的学习很重要，你应能正确地描述出来”，要求能够描述事物的特征、

外貌和概念，是要求学生在课堂上听懂的知识，但并不需要很精确描述。

“下面的知识与后续课程有关，学会它将有利于专业课的掌握”。这些内容与本书后续内容，或

后续专业课程的内容关系比较密切，要求学生能够较全面掌握，否则会给继续学习带来较大的困难。

（4）习题

在习题选用上，本书重点考虑与实际应用相结合，使学生在做习题巩固知识的同时，进一步

了解电工电子知识在生产和生活中的应用。另外，体现分层教学，兼顾职业技能鉴定。

本书全部内容约120学时，电工部分内容约60学时，电子部分内容约60学时。各专业可以

根据专业要求和教学具体情况选学不同的内容。参考学时分配建议见下表：

序号内容建议学时数（含实验、实训）

1直流电路14

2单相正弦交流电路12

3三相交流电路6

4磁路与变压器6

5电动机8

6低压电器与电气基本控制10

7现代控制技术5

8供电及安全用电3

9半导体器件7

10整流与稳压电路5

11放大电路和集成运算放大器18

12数字电子技术基础7

13组合与时序逻辑电路9

14数字电路的应用4

15其他6

合计120

本书由安徽职业技术学院电气工程系程周主编并统稿。由安徽职业技术学院电气工程系

程周编写第1、2、7、11章，由安徽职业技术学院电气工程系尹晓落编写第4、5、9章，由安

徽职业技术学院电气工程系杨洁霞编写第3、6、8、10章，由安徽职业技术学院电气工程系胡

继胜编写第12、13、14章，安徽职业技术学院电气工程系常辉提供本书部分“观察与思考”

内容。本书由天津中德职业技术学院吕景泉教授主审，他以高度负责的精神，认真仔细审看书

稿，并提出了许多宝贵的修改意见。

由于时间仓促，加之编者水平有限，书中难免存在疏漏与不足之处，恳请广大读者批评指正。

联系电子邮箱为ahchzh@163.com。

编者

2010年4月

CONTENTS目录

第1章直流电路......................................................................................................1

1.1电路的作用与组成....................................................................................................1

1.2电路的常用物理量....................................................................................................2

1.2.1电流及参考方向.............................................................................................2

1.2.2电位及电压....................................................................................................3

1.2.3电动势............................................................................................................4

1.2.4电能和电功率................................................................................................4

阅读材料1真正有才华的人，往往不是天赋异禀，而是习惯了勤奋.................5

1.3欧姆定律....................................................................................................................7

1.3.1部分电路欧姆定律.........................................................................................7

1.3.2全电路欧姆定律.............................................................................................7

1.3.3电路的状态....................................................................................................8

1.4电阻的特性与应用....................................................................................................9

1.4.1电阻率............................................................................................................9

1.4.2温度变化对电阻的影响...............................................................................10

1.4.3电阻器的电流、电压关系...........................................................................11

1.4.4线性电阻器和非线性电阻器.......................................................................11

阅读材料2中国速度——超导磁悬浮列车..........................................................13

1.5串联和并联电路......................................................................................................13

1.5.1串联电路......................................................................................................13

1.5.2并联电路......................................................................................................15

1.5.3电阻的混联..................................................................................................16

1.6基尔霍夫定律..........................................................................................................17

1.6.1基尔霍夫定律的基本概念...........................................................................17

1.6.2基尔霍夫定律的具体内容...........................................................................17

1.7电压源和电流源......................................................................................................18

1.7.1理想电压源和理想电流源...........................................................................18

1.7.2实际电压源和实际电流源...........................................................................19

1.7.3两种实际电源模型的等效变换....................................................................20

1.8支路电流法..............................................................................................................21

1.9戴维宁定理..............................................................................................................23

1.10叠加定理................................................................................................................25

1.11电阻性负载的最大功率定理.................................................................................26

电工与电子技术

阅读材料3我国大科学装置“人造太阳”取得颠覆性的突破...........................28

小结..................................................................................................................................29

习题..................................................................................................................................31

第2章单相正弦交流电路.......................................................................................34

2.1正弦量的基本概念..................................................................................................34

2.1.1周期、频率和角频率...................................................................................35

2.1.2瞬时值、最大值和有效值...........................................................................35

2.1.3相位及初相..................................................................................................36

2.2正弦交流电的相量表示法.......................................................................................38

2.2.1复数的概念..................................................................................................38

2.2.2复数的四种形式...........................................................................................38

2.2.3复数的运算..................................................................................................39

2.2.4正弦量的相量表示法...................................................................................39

II2.2.5正弦量的加、减运算...................................................................................40

2.3纯电阻电路..............................................................................................................41

2.3.1电压和电流的关系.......................................................................................41

2.3.2功率..............................................................................................................42

2.4纯电感电路..............................................................................................................43

2.4.1电流与电压的关系.......................................................................................43

2.4.2功率..............................................................................................................44

2.5纯电容电路..............................................................................................................46

2.5.1电流和电压的关系.......................................................................................46

2.5.2功率..............................................................................................................47

阅读材料4国产电容式触摸屏引领新技术.........................................................49

2.6R、L、C串联电路及谐振.......................................................................................49

2.6.1电流与电压的关系.......................................................................................50

2.6.2功率..............................................................................................................51

2.6.3电路呈现的三种性质...................................................................................53

2.6.4串联谐振......................................................................................................55

2.7功率因数的提高......................................................................................................59

2.7.1功率因数......................................................................................................59

2.7.2功率因数提高的意义...................................................................................60

2.7.3提高功率因数的方法...................................................................................60

阅读材料5中国制造LED灯——优质、低价和节能.........................................61

小结..................................................................................................................................62

习题..................................................................................................................................64

第3章三相交流电路..............................................................................................67

3.1三相交流电源..........................................................................................................67

3.2三相电源的联结......................................................................................................68

3.2.1三相电源的星形联结...................................................................................69

3.2.2三相电源的三角形联结...............................................................................70

3.3三相负载的联结......................................................................................................71

3.3.1三相负载星形联结及中性线作用................................................................71

3.3.2对称负载的三角形联结...............................................................................74

3.4三相电功率..............................................................................................................76

小结..................................................................................................................................78

习题..................................................................................................................................79

第4章磁路与变压器..............................................................................................81

4.1磁路的基本概念和基本定律...................................................................................81

4.1.1磁场强度和磁导率.......................................................................................81

4.1.2磁路..............................................................................................................82

4.1.3磁动势..........................................................................................................83

4.1.4磁路欧姆定律..............................................................................................83

4.2铁磁材料的磁化......................................................................................................84

4.2.1磁化曲线......................................................................................................84

4.2.2铁磁材料的磁滞回线...................................................................................85

4.2.3铁磁材料的分类及应用...............................................................................85

4.2.4涡流..............................................................................................................86

阅读材料6中国高效节能的电磁感应加热应用..................................................86

目录

阅读材料7中国高铁的核心竞争力——永磁高铁..............................................87

4.3变压器的基本结构与工作原理...............................................................................88

4.3.1变压器基本结构...........................................................................................88

4.3.2变压器的工作原理.......................................................................................89

4.3.3变压器的功率和效率...................................................................................90

4.4三相电力变压器......................................................................................................92

阅读材料8中国特高压输电技术正在领跑世界..................................................94

4.5特种变压器..............................................................................................................94

4.5.1自耦变压器..................................................................................................95

4.5.2互感器..........................................................................................................95

4.5.3电焊变压器..................................................................................................97

小结..................................................................................................................................97

习题..................................................................................................................................98

第5章电机..........................................................................................................100

5.1三相交流异步电动机.............................................................................................100

5.1.1三相交流异步电动机的基本原理..............................................................100

5.1.2三相交流异步电动机的基本结构与类型..................................................102

III

电工与电子技术

5.1.3三相交流异步电动机的额定值与型号......................................................103

5.1.4三相交流异步电动机的工作特性..............................................................104

阅读材料9中国引领节能潮流——推广高效电动机.........................................105

5.2单相交流异步电动机.............................................................................................107

5.2.1单相交流异步电动机的工作原理与机械特性...........................................107

5.2.2单相交流异步电动机的启动.....................................................................108

5.3直流电机................................................................................................................110

5.3.1直流电机的工作原理.................................................................................110

5.3.2直流电机的基本结构.................................................................................113

5.3.3直流电机的励磁方式.................................................................................115

5.3.4直流电机的铭牌数据及系列.....................................................................116

5.4测速发电机............................................................................................................117

5.4.1直流测速发电机.........................................................................................117

5.4.2交流测速发电机.........................................................................................117

IV

5.5伺服电动机............................................................................................................119

5.5.1直流伺服电动机.........................................................................................119

5.5.2交流伺服电动机.........................................................................................120

阅读材料10风力发电原理................................................................................121

小结................................................................................................................................122

习题................................................................................................................................122

第6章低压电器与电气基本控制...........................................................................125

6.1手动控制启动........................................................................................................125

6.1.1刀开关........................................................................................................125

6.1.2熔断器........................................................................................................127

6.1.3空气断路器................................................................................................127

6.1.4手动直接启动控制电路.............................................................................128

6.2点动与长动控制....................................................................................................129

6.2.1按钮............................................................................................................130

6.2.2接触器........................................................................................................131

6.2.3点动控制线路............................................................................................132

6.2.4热继电器....................................................................................................132

6.2.5长动控制线路............................................................................................133

6.2.6点动与长动控制线路.................................................................................135

6.3正、反转控制........................................................................................................135

6.3.1接触器互锁（电气互锁）的正、反转控制线路.......................................135

6.3.2按钮互锁（机械互锁）正、反转控制线路...............................................136

6.3.3双重互锁的正、反转控制线路..................................................................137

6.4时间控制................................................................................................................138

6.5行程控制................................................................................................................140

6.5.1行程开关....................................................................................................140

6.5.2行程控制....................................................................................................141

6.6三相笼形异步电动机降压启动控制......................................................................142

6.6.1三相笼形异步电动机降压启动控制..........................................................143

6.6.2星形-三角形降压启动控制.......................................................................144

6.7三相笼形异步电动机制动控制.............................................................................145

6.7.1速度继电器.............................................................................