本书是“十四五”普通高等教育机电类系列教材之一。 本书从基础的电工概念和基本电路分析出发,逐步深入暂态电路、交流电路、供电与用电、磁路和变压器、电动机,以及继电接触控制等核心容。 直流电路一章详细讲解了电路的组成、基本物理量、各种分析方法及定理;暂态电路和交流电路两章则深入探讨了电路在不同状态下的特性与规律;供电与用电一章涉及三相电源、负载、电力系统以及安全用电等实用知识;磁路和变压器、电动机两章分别阐述了相关设备的原理、结构与应用;继电接触控制一章对常用低压电器和典型控制电路进行了细致讲解。
本书适合作为普通高等院校机械、土木、冶金等本科非电类专业电工技术、电工学等课程的教材,也可作为电气、电工相关培训的教材或参考书。

在新工科建设加速推进的背景下,非电类专业本科生对电工技术知识的需求愈发注重实用性与交叉融合性。 电工技术作为机械、供电、自动化、土木工程、道路桥梁等多专业的专业基础课,其知识体系的掌握对学生工程实践能力的培养至关重要。 为满足 40 学时的少学时课程教学需求,切实贴合非电类专业本科生的知识结构与能力目标,我们编写了本书。在编写过程中,编者秉持“基础扎实、衔接紧密、注重实操”的理念,结合非电类专业的学习特点,力求使本书成为普通高等学校电工技术基础少学时课程教学的实用教材。
本书的主要特色如下:
(1)精准定位需求:紧扣新工科背景下非电类专业的人才培养要求,针对 40学时少学时课程特点设计内容体系,既保证基础知识的完整性,又避免冗余,兼顾知识传授与能力培养。
(2)强化交叉融合:打破学科壁垒,突出电工技术与机械、供电、自动化、土木工程等专业的关联,如在电动机一章融入装备控制电动机知识,在供电与用电一章衔接工程应用需求,助力学生构建跨学科知识框架。
(3)聚焦实践应用:贯穿“理论 + 实操”主线,每章均融入实际应用内容,涵盖铅酸蓄电池维护、超级电容应用、电缆选型、设备故障诊断等,同步培养学生的理论分析与问题解决能力。
(4)内容系统、易读:以由浅入深的逻辑编排内容,语言简洁。 通过例题解析、实践举例等方式拆解复杂知识点,配合清晰的知识架构,以便于非电类专业学生快速理解与掌握。
在教学安排上,建议结合理论授课与实践指导开展教学,总学时为 40 学时。其中第 1 章安排 6 学时,重点讲解电工基本概念、电路基本定律及分析方法;第 2章安排 4 学时,重点讲解直流暂态电路概念与三要素法的应用;第 3 章安排 8 学时,着重介绍正弦交流电路的相量分析及功率相关知识;第 4 章安排 6 学时,重点Ⅰ电工技术基础讲解三相电路连接特点与安全用电规范;第 5 章安排 4 学时,深入解析变压器工作原理与特性;第 6 章安排 6 学时,系统讲授三相异步电动机原理、控制及选型应用;第 7 章安排 6 学时,重点介绍低压电器与典型控制电路的工作原理。 各章节可结合实际教学需求适当融入案例分析或简单实践环节,以提升教学效果。
本书由陆军工程大学张海涛、罗珊主编,陆军工程大学陈静静、秦霞、徐才华、杨元、郝建新、李建科参与编写。 具体分工如下:第 1 章由罗珊编写,第 2 章由杨元编写,第 3 章由秦霞编写,绪论和第 4 章由张海涛编写,第 5 章由陈静静编写,第 6 章由郝建新、李建科编写,第 7 章由徐才华编写。限于编者水平,书中不足之处在所难免,恳请广大读者批评指正。
编 者
2025 年 6 月

绪 论 …………………………………………………………………………………………… 1
第 1 章 直流电路 ………………………………………………………………………………… 8
1. 1 电路的组成、作用及基本物理量 ………………………………………………………… 8
1. 1. 1 电路的组成 ……………………………………………………………………… 8
1. 1. 2 电路的作用 ……………………………………………………………………… 9
1. 1. 3 电路的基本物理量 ……………………………………………………………… 9
1. 2 电路的三种状态 ………………………………………………………………………… 13
1. 2. 1 有载……………………………………………………………………………… 14
1. 2. 2 开路……………………………………………………………………………… 14
1. 2. 3 短路……………………………………………………………………………… 14
1. 3 电路元件模型 …………………………………………………………………………… 15
1. 3. 1 电源元件………………………………………………………………………… 15
1. 3. 2 电阻元件………………………………………………………………………… 17
1. 4 基尔霍夫定律 …………………………………………………………………………… 21
1. 4. 1 基尔霍夫电流定律(KCL) ……………………………………………………… 22
1. 4. 2 基尔霍夫电压定律(KVL)……………………………………………………… 23
1. 5 支路电流法 ……………………………………………………………………………… 24
1. 6 叠加定理 ………………………………………………………………………………… 26
1. 7 等效电源定理 …………………………………………………………………………… 29
1. 7. 1 戴维南定理……………………………………………………………………… 30
1. 7. 2 诺顿定理………………………………………………………………………… 30
1. 7. 3 两种电源之间的等效互换……………………………………………………… 32
1. 8 实际有源元件———铅酸蓄电池 ………………………………………………………… 33
1. 8. 1 铅酸蓄电池的结构……………………………………………………………… 33
1. 8. 2 铅酸蓄电池的工作原理………………………………………………………… 34
1. 8. 3 铅酸蓄电池的使用……………………………………………………………… 35
1. 8. 4 铅酸蓄电池的维护……………………………………………………………… 35
1. 9 非线性电阻电路 ………………………………………………………………………… 36
1. 10 戴维南定理在电路故障诊断中的应用………………………………………………… 39
习题 …………………………………………………………………………………………… 39
Ⅰ
电工技术基础
第 2 章 暂态电路………………………………………………………………………………… 44
2. 1 瞬态分析的基本概念 …………………………………………………………………… 44
2. 1. 1 稳态和暂态……………………………………………………………………… 44
2. 1. 2 激励和响应……………………………………………………………………… 44
2. 2 储能元件 ………………………………………………………………………………… 45
2. 2. 1 电容元件………………………………………………………………………… 46
2. 2. 2 电感元件………………………………………………………………………… 48
2. 3 换路定理 ………………………………………………………………………………… 49
2. 4 RC 电路瞬态分析 ……………………………………………………………………… 50
2. 4. 1 RC 电路零输入响应 …………………………………………………………… 50
2. 4. 2 RC 电路零状态响应 …………………………………………………………… 52
2. 4. 3 RC 电路全响应 ………………………………………………………………… 52
2. 5 RL 电路瞬态分析………………………………………………………………………… 53
2. 5. 1 RL 电路零输入响应 …………………………………………………………… 53
2. 5. 2 RL 电路零状态响应 …………………………………………………………… 54
2. 5. 3 RL 电路全响应 ………………………………………………………………… 55
2. 6 一阶电路三要素法 ……………………………………………………………………… 56
2. 7 实际电感、电容元件 …………………………………………………………………… 57
2. 7. 1 电感……………………………………………………………………………… 57
2. 7. 2 电容……………………………………………………………………………… 58
2. 8 电容元件故障诊断 ……………………………………………………………………… 61
习题 …………………………………………………………………………………………… 62
第 3 章 交流电路………………………………………………………………………………… 65
3. 1 正弦交流电 ……………………………………………………………………………… 65
3. 1. 1 正弦交流电的周期、频率、角频率……………………………………………… 65
3. 1. 2 瞬时值、最大值、有效值………………………………………………………… 66
3. 1. 3 相位、初相位、相位差…………………………………………………………… 68
3. 2 正弦交流电的相量表示法 ……………………………………………………………… 69
3. 2. 1 复数与复平面的矢量…………………………………………………………… 70
3. 2. 2 相量的概念与正弦量的相量表示法…………………………………………… 72
3. 3 单一参数正弦交流电路 ………………………………………………………………… 74
3. 3. 1 纯电阻电路……………………………………………………………………… 74
3. 3. 2 纯电感电路……………………………………………………………………… 75
Ⅱ
目录
3. 3. 3 纯电容电路……………………………………………………………………… 77
3. 4 RLC 串联交流电路 ……………………………………………………………………… 79
3. 4. 1 电压和电流的关系……………………………………………………………… 80
3. 4. 2 功率……………………………………………………………………………… 81
3. 5 阻抗的串联和并联 ……………………………………………………………………… 82
3. 5. 1 阻抗的串联……………………………………………………………………… 82
3. 5. 2 阻抗的并联……………………………………………………………………… 83
3. 6 电路的功率因数 ………………………………………………………………………… 84
3. 6. 1 功率因数的概念………………………………………………………………… 84
3. 6. 2 功率因数低的危害……………………………………………………………… 85
3. 6. 3 功率因数的提高………………………………………………………………… 86
3. 6. 4 感性负载并联电容的计算……………………………………………………… 86
3. 7 串联谐振和并联谐振 …………………………………………………………………… 87
3. 7. 1 串联谐振电路…………………………………………………………………… 87
3. 7. 2 并联谐振电路…………………………………………………………………… 90
3. 8 非正弦交流电路 ………………………………………………………………………… 93
3. 8. 1 谐波……………………………………………………………………………… 93
3. 8. 2 谐波分析的概念………………………………………………………………… 94
3. 8. 3 非正弦周期信号功率…………………………………………………………… 95
3. 9 交流供电电路绝缘击穿故障分析 ……………………………………………………… 96
习题 …………………………………………………………………………………………… 97
第 4 章 供电与用电 …………………………………………………………………………… 102
4. 1 对称三相电源…………………………………………………………………………… 102
4. 1. 1 三相电源的产生 ……………………………………………………………… 102
4. 1. 2 三相电源的星形联结 ………………………………………………………… 104
4. 1. 3 三相电源的三角形联结 ……………………………………………………… 105
4. 2 三相负载………………………………………………………………………………… 106
4. 2. 1 三相负载的星形联结 ………………………………………………………… 106
4. 2. 2 三相负载的三角形联结 ……………………………………………………… 108
4. 3 三相电路的功率………………………………………………………………………… 109
4. 3. 1 三相电路功率的计算 ………………………………………………………… 109
4. 3. 2 三相电路功率的测量 ………………………………………………………… 110
4. 4 电力系统………………………………………………………………………………… 113
4. 5 安全用电………………………………………………………………………………… 115
Ⅲ
电工技术基础
4. 5. 1 触电事故 ……………………………………………………………………… 115
4. 5. 2 触电防护 ……………………………………………………………………… 116
4. 5. 3 电工安全操作规程 …………………………………………………………… 122
4. 5. 4 触电急救 ……………………………………………………………………… 124
4. 6 电器防火和防爆………………………………………………………………………… 126
4. 6. 1 电器防火 ……………………………………………………………………… 126
4. 6. 2 电器防爆 ……………………………………………………………………… 127
4. 7 静电防护………………………………………………………………………………… 128
4. 8 雷电防护………………………………………………………………………………… 129
4. 9 低压电缆分类、选型与工程应用 ……………………………………………………… 132
4. 9. 1 典型低压电缆类型与技术特性 ……………………………………………… 132
4. 9. 2 低压电缆选型的原则与计算方法 …………………………………………… 133
4. 9. 3 低压电缆工程应用实例 ……………………………………………………… 134
4. 9. 4 低压电缆敷设与维护技术 …………………………………………………… 134
4. 9. 5 低压电缆选型误区与优化 …………………………………………………… 135
4. 10 低压电缆故障诊断 …………………………………………………………………… 135
习题 …………………………………………………………………………………………… 136
第 5 章 磁路和变压器 ………………………………………………………………………… 139
5. 1 磁路……………………………………………………………………………………… 139
5. 1. 1 磁场的基本物理量 …………………………………………………………… 139
5. 1. 2 物质的磁性能 ………………………………………………………………… 140
5. 1. 3 磁路欧姆定律 ………………………………………………………………… 142
5. 2 电磁铁…………………………………………………………………………………… 143
5. 2. 1 直流电磁铁 …………………………………………………………………… 144
5. 2. 2 交流电磁铁 …………………………………………………………………… 144
5. 2. 3 元器件实例 …………………………………………………………………… 147
5. 3 变压器的工作原理……………………………………………………………………… 148
5. 3. 1 电压变换 ……………………………………………………………………… 149
5. 3. 2 电流变换 ……………………………………………………………………… 151
5. 3. 3 阻抗变换 ……………………………………………………………………… 151
5. 3. 4 功率传递 ……………………………………………………………………… 152
5. 4 变压器的基本结构……………………………………………………………………… 153
5. 4. 1 主要部件 ……………………………………………………………………… 153
5. 4. 2 主要种类 ……………………………………………………………………… 153
Ⅳ
目录
5. 5 三相变压器……………………………………………………………………………… 154
5. 6 变压器的铭牌…………………………………………………………………………… 156
5. 7 特殊变压器……………………………………………………………………………… 157
5. 7. 1 仪用互感器 …………………………………………………………………… 157
5. 7. 2 自耦变压器 …………………………………………………………………… 159
5. 8 电力变压器故障诊断…………………………………………………………………… 159
习题 …………………………………………………………………………………………… 160
第 6 章 电动机 ………………………………………………………………………………… 163
6. 1 异步电动机的基本结构………………………………………………………………… 163
6. 1. 1 定子 …………………………………………………………………………… 163
6. 1. 2 转子 …………………………………………………………………………… 164
6. 1. 3 气隙 …………………………………………………………………………… 165
6. 2 异步电动机的工作原理………………………………………………………………… 166
6. 2. 1 旋转磁场的产生 ……………………………………………………………… 166
6. 2. 2 旋转磁场的转速 ……………………………………………………………… 167
6. 2. 3 旋转磁场的转向 ……………………………………………………………… 168
6. 3 异步电动机的运行状态………………………………………………………………… 170
6. 4 异步电动机的额定值…………………………………………………………………… 171
6. 5 异步电动机的机械特性………………………………………………………………… 173
6. 6 异步电动机的起动……………………………………………………………………… 176
6. 6. 1 直接起动 ……………………………………………………………………… 176
6. 6. 2 降压起动 ……………………………………………………………………… 177
6. 7 异步电动机的调速……………………………………………………………………… 179
6. 8 步进电动机……………………………………………………………………………… 180
6. 9 伺服电机………………………………………………………………………………… 181
6. 9. 1 伺服电机的基本概念 ………………………………………………………… 182
6. 9. 2 伺服电机的工作原理 ………………………………………………………… 183
6. 9. 3 伺服电机的控制方式、选型、保养与维护 …………………………………… 191
6. 10 三相异步电动机故障诊断 …………………………………………………………… 193
习题 …………………………………………………………………………………………… 195
第 7 章 继电接触控制 ………………………………………………………………………… 196
7. 1 常用低压电器…………………………………………………………………………… 196
7. 1. 1 低压电器的定义和分类 ……………………………………………………… 196
Ⅴ
电工技术基础
7. 1. 2 手动控制电器 ………………………………………………………………… 197
7. 1. 3 自动控制电器 ………………………………………………………………… 201
7. 1. 4 保护电器 ……………………………………………………………………… 212
7. 2 三相异步电动机典型控制电路………………………………………………………… 219
7. 2. 1 电气控制系统图的识读 ……………………………………………………… 219
7. 2. 2 起停控制电路 ………………………………………………………………… 223
7. 2. 3 正反转控制电路 ……………………………………………………………… 225
7. 2. 4 多地控制电路 ………………………………………………………………… 227
7. 2. 5 顺序联锁控制电路 …………………………………………………………… 227
7. 2. 6 星-三角降压起动控制电路 …………………………………………………… 229
7. 2. 7 自动往返循环控制电路 ……………………………………………………… 231
7. 3 应用举例………………………………………………………………………………… 232
7. 3. 1 CA1091 型汽车电源系统电路………………………………………………… 232
7. 3. 2 水泵的自动控制 ……………………………………………………………… 233
7. 4 可编程控制器…………………………………………………………………………… 235
7. 4. 1 可编程控制器简介 …………………………………………………………… 235
7. 4. 2 可编程控制器的工作原理 …………………………………………………… 236
7. 4. 3 可编程控制器的程序编制 …………………………………………………… 237
7. 5 正反转继电接触控制常见故障………………………………………………………… 241
习题 …………………………………………………………………………………………… 242
参考文献 ………………………………………………………………………………………… 244

张海涛：中国解放军陆军工程大学博士研究生，硕导，大学教学督导专家，大学名师工程培养对象，曾获三等功1次、获专业技术干部三类岗位津贴1次，多年从事电气工程方向教学科研工作，负责大学优质课程《电工技术基础》课程建设，先后获得军队教学成果三等奖及以下教学成果奖13项，负责大学五星级俱乐部“机器人俱乐部”指导工作，指导学员在全国各级机器人竞赛中获奖60余项；从事机器人及测控技术方向科研，先后获得军队科技进步奖4项；主持博士后基金1项，发表SCI检索论文19篇，获发明专利3项，公开出版教材2本。

(1)精准定位需求:紧扣新工科背景下非电类专业的人才培养要求,针对 40学时少学时课程特点设计内容体系,既保证基础知识的完整性,又避免冗余,兼顾知识传授与能力培养。
(2)强化交叉融合:打破学科壁垒,突出电工技术与机械、供电、自动化、土木工程等专业的关联,如在电动机一章融入装备控制电动机知识,在供电与用电一章衔接工程应用需求,助力学生构建跨学科知识框架。
(3)聚焦实践应用:贯穿“理论 + 实操”主线,每章均融入实际应用内容,涵盖铅酸蓄电池维护、超级电容应用、电缆选型、设备故障诊断等,同步培养学生的理论分析与问题解决能力。
(4)内容系统、易读:以由浅入深的逻辑编排内容,语言简洁。 通过例题解析、实践举例等方式拆解复杂知识点,配合清晰的知识架构,以便于非电类专业学生快速理解与掌握。