本书以“工学结合、项目引导”为编写原则，根据编者多年高职高专教学改革的经验与成果，
参照维修电工国家职业标准和机电类专业职业技能中对本课程的教学要求编写。
本书主要内容包括交流电机、典型低压电气控制系统、直流电机、变压器、控制电机五个模块。
各模块采用项目式教学，以现场实际工作任务为载体，以三相异步电动机拖动和控制为重点，以典
型机床电气控制为实例，阐述了电力拖动的基本知识、低压电气元件及其组成的电气控制系统的相
关内容。各个任务或子任务后均配有思考题，每个模块还配有思考与练习，以利于学生加深对所学
内容的理解。
全书以培养应用型人才为目标，以培养专业技能和工程应用能力为出发点，着力培养学生分析
问题、解决实际问题的能力，为成为一名合格的机电设备维护人员打下基础。
本书适合作为高职高专机电类和电气类专业学生的教材，也可作为相关技术人员的培训教材或
参考书。

前 言（第2版）
本书第1 版得到了相关高职院校师生的广泛选用与喜爱。我们根据教学中的实际使
用情况并汲取了广大教师与学生的反馈意见，在保持原有教材内容、特点的基础上，对
第1版教材进行了修订。
本次修订更加贴合“电机与电气控制”课程的教学特点：
1. 基于工作过程的系统化课程内容
根据典型工作任务的完成过程来安排相关教学内容，将实践内容和理论知识相互
整合，使得学习顺序符合工作过程，做到了学习过程和工作过程的相辅相成，构建基
于工作过程的课程内容。根据本课程涵盖的知识点和技能点制定了五个模块，分两个
阶段完成。第一阶段包括：交流电机、直流电机、变压器、控制电机的相关内容，这
为基本知识训练阶段，通过这一阶段的训练让学生掌握电机的基本知识和电机控制技
术等基本内容；第二阶段为综合应用能力训练阶段，通过完成典型低压电气控制系统
模块下的各工作任务，强化学生对典型机电设备控制电路的故障检查、分析及排除能
力的训练。通过完成这两个阶段不同的工作任务，学生的专业技能应得到循序渐进的
提高。
2. 课程内容嵌入职业资格标准
将机电类专业职业技能和国家中高级维修电工中所要求的与本课程相关的安全用电
知识、常用电工仪器仪表的使用、电机的运行维护、低压电气元件的使用、典型机电设
备控制电路的分析与维护等专业知识和相关技能嵌入课程教学内容中，使本书内容更全
面、更丰富，更加符合教学要求。
本次改版主要进行了以下工作：
（1）勘误：查阅了最新的相关资料，对保留的内容进行了仔细审核，力求减少
错误。
（2）文字、图形调整：根据实际应用情况对部分图形、文字进行了更换、调整，力
求语言精练，图形准确无误。
（3）内容调整：在保持项目教学模式下，从教学实际出发，对模块1中刀开关、接
触器的型号进行了更新；对三相异步电动机机械特性中的公式进行了细化，明确了各参
数的含义。
本次修订由西安铁路职业技术学院机电工程学院院长代礼前总负责，由代礼前任主
编，任雪鸿、牛晓玲任副主编。具体修订分工如下：任雪鸿修订了模块1；代礼前修订
了模块2和模块3；牛晓玲修订了模块4和模块5。全书由西安铁路职业技术学院牵引动
力学院院长李益民教授主审。
本书在编写过程中，参阅了许多同行和专家编著的教材和资料，得到了不少启发和
教益，在此表示诚挚的感谢。同时，还要感谢丁万霞、梁新平、刘宏利、李金堂、师利
娟等的大力帮助与支持。
由于编者水平有限，书中难免存在疏漏和不足之处，敬请广大读者批评指正。
编 者
2017年3月
前 言（第1版）
“电机与电气控制”是机电控制类专业的一门专业基础核心课程，其内容涵盖“电
机与拖动”、“高低压电器”、“工厂电器设备”等内容。本教材是编者集多年的高职教育
经验和企业实践经验，按项目教学法编写而成的。其项目是经过了大量的现场调研、分
析，结合由简单到复杂，由单一到综合的学习认知规律而设计的。通过对一系列典型任
务的分析、讨论、实施、评价，达到学习的目的。相关知识点均渗透于各任务中。
本教材以培养高级应用型人才为目标，强化了在做中学、学中做的思想，减少了繁杂的
公式推导，突出了任务的实用性和可操作性。编写本教材的指导思想就是激发学生思考的积
极性和学习的主动性，为培养学生的职业能力和学习能力打下良好的基础。目标是为高等职
业院校机电类专业提供一本以培养学生职业能力为主要目标的、基于项目教学的规范教材。
本教材以交、直流电机的控制为主线，并以三相异步电机的控制为主，穿插一些控
制电机和变压器的相关知识。还对电气控制原理图的设计以及实际运用中常用的电气维
护检修、电气接线图等知识也做了适当的介绍。以期培养学生分析问题、解决问题的能
力和进行简单电气控制系统设计的能力。本教材在特色和教学方法方面有如下考虑：
（1）以做中学、学中做教学模式为出发点，对任务的取舍、难易程度和实际应用等问题进行
了细致考虑和精心安排，在内容表述中力求准确、精练；在涉及相关规定中力求采用最新规定。
（2）为便于组织教学，本教材对于认识性的内容，如结构认识等采用任务提出、任务目
标、任务分析、相关知识、任务实施、任务评价、思考题的构架模式；对于操作性强的任务，
由于任务分析时需要用到相关知识，所以采用先学习相关知识，再进行任务分析的模式。
（3）为增强高职学生的可持续发展能力，在部分任务中增加了拓宽任务、部分模块
中增加了拓展阅读材料，供学有余力的学生选学。为适应各校实训设备的要求，书中增
加了一些典型设备电气控制图，便于在教学中根据本校实际情况进行选择性讲解。
（4）每个任务后面的思考题主要供学生在完成任务的过程中思考、讨论，并作为该
任务的一个考核内容。每个模块后面的练习题，主要用于复习本模块内容时进行练习。
全书分为交流电机、典型低压电气控制系统、直流电机、变压器、控制电机五个模
块。模块一主要介绍了三相异步电机的基础知识，并通过对三相异步电机动起动、调速、
制动、正反转、顺序控制等典型任务的实施，使学生掌握三相异步电动机的结构、原理
及控制方法；模块二通过一系列任务的实施，主要介绍了电气原理图、电气接线图的绘
制方法，一般低压控制系统的故障诊断维修方法，以及对平面磨床等几种典型的机床电
气控制电路的故障诊断与检修方法。同时还介绍了控制系统电气原理图的设计方法；模
块三主要介绍了直流电机的基本知识及其机械特性，并对直流电机的起动、调速、制动、
正反转控制等任务进行实施；模块四主要介绍了变压器的结构、参数、运行特性以及变
压器的绕组联结；模块五主要介绍了交流伺服电动机、直流伺服电动机、步进电动机、
交流测速发电机、直流测速发电机等基本结构和特性。
本教材总课时为90课时，在实际教学中，可根据所教授的对象对内容做适当增减，
合理的授课课时为60～90课时，具体课时安排可参照下表。
序 号 授 课 内 容 参 考 课 时
1 三相异步电动机的基础知识 8
2 三相鼠笼式异步电机的全压起动 6
3 三相鼠笼式异步电机的降压起动 4
4 三相绕线式异步电动机的起动控制 4
5 三相异步电动机的制动 4
6 三相异步电动机的调速 4
7 其他交流电机 4
8 低压电气控制系统的分析与维修 6
9 典型电气控制系统分析 10
10 低压电气控制系统设计 4
11 直流电机基础知识 6
12 他励直流电机特性测定 4
13 直流电动机的控制 8
14 认识变压器 6
15 三相变压器的联结 2
16 认识伺服电动机 4
17 认识步进电动机 2
18 认识测速发电机 4
19 合计 90
本教材由西安铁路职业技术学院机电系主任代礼前担任主编，任雪鸿、牛晓玲任副主编。
编写具体分工如下：代礼前编写模块二和模块三；任雪鸿编写模块一中的项目二和项目三；
牛晓玲编写模块四和模块五；陕西科技大学闫永志编写模块一中的项目一。同时在本书的编
写过程中要感谢丁万霞、梁新平、刘宏利、李金堂、师利娟等的大力帮助与支持。
本教材可作为三年制高职及五年制高职高专机电一体化专业、数控加工、数控维护
等机电类相关专业的教材，也可作为相关专业教师及工程技术人员的参考书。
本教材在编写过程中，参阅了许多同行和专家编著的教材和资料，得到了不少启发
和教益，在此表示诚挚的感谢。
由于编者水平有限，书中难免存在错误和不足之处，敬请读者批评指正。
编 者
2011年12月

模块1 交流电机.................................................................................................................. 1
项目1 三相异步电动机基础知识................................................................................................... 1
任务1 三相异步电动机的结构............................................................................................. 1
任务2 三相异步电动机的工作原理分析............................................................................. 8
任务3 从三相异步电动机的铭牌参数了解电机性能.......................................................13
任务4 三相异步电动机定子绕组的拆换...........................................................................16
任务5 三相异步电动机的机械特性分析及应用...............................................................23
拓展阅读1 生产机械的负载转矩特性.........................................................................................29
拓展阅读2 三相异步电动机的工作特性.....................................................................................31
项目2 三相异步电动机的控制.....................................................................................................32
任务1 三相笼形异步电动机的全压起动...........................................................................32
子任务1 三相笼形异步电动机直接起动控制电路的实现......................................33
子任务2 三相笼形异步电动机正反转控制电路的实现..........................................45
子任务3 三相笼形异步电动机位置控制电路的实现..............................................52
子任务4 三相笼形异步电动机顺序控制电路的实现..............................................56
任务2 三相笼形异步电动机的降压起动...........................................................................60
任务3 三相绕线转子异步电动机的起动控制...................................................................69
子任务1 转子回路串电阻起动线路的实现..............................................................69
子任务2 转子回路串频敏变阻器起动线路的实现..................................................76
任务4 三相异步电动机的制动...........................................................................................81
子任务1 反接制动控制电路的实现...........................................................................81
子任务2 能耗制动控制电路的实现...........................................................................87
任务5 三相异步电动机的调速...........................................................................................91
子任务1 三相异步电动机调速控制电路的实现......................................................92
子任务2 变频器的认识及使用...................................................................................97
项目3 其他交流电机...................................................................................................................107
任务1 单相异步电动机故障分析与排除.........................................................................107
任务2 同步电动机的认识.................................................................................................113
拓展阅读 三相异步电动机的选择、使用及维护......................................................................117
思考与练习......................................................................................................................................121
模块2 典型低压电气控制系统........................................................................................ 123
项目1 低压电气控制系统的分析与维修...................................................................................123
任务1 低压电气控制系统的分析.....................................................................................123
任务2 根据系统电气原理图设计电气接线图.................................................................127
任务3 低压电气控制系统故障诊断与维修.....................................................................135
项目2 典型电气控制系统分析...................................................................................................142
任务1 卧式车床的电气控制电路故障诊断与维修.........................................................142
任务2 平面磨床的电气控制电路故障诊断与维修.........................................................147
任务3 摇臂钻床的电气控制电路故障诊断与维修.........................................................155
任务4 铣床的电气控制电路故障诊断与维修.................................................................161
任务5 卧式镗床的电气控制电路故障诊断与维修.........................................................173
项目3 低压电气控制系统的设计...............................................................................................181
任务1 电气控制系统的原理设计.....................................................................................181
任务2 电气控制系统的保护设置.....................................................................................189
思考与练习......................................................................................................................................193
模块3 直流电机.............................................................................................................. 194
项目1 直流电机的基础知识.......................................................................................................194
任务1 直流电机的工作原理.............................................................................................194
任务2 直流电机的结构、励磁方式.................................................................................198
任务3 从铭牌数据了解直流电机性能.............................................................................202
任务4 直流电机的运行原理认识.....................................................................................205
项目2 他励直流电动机的机械特性...........................................................................................208
任务 他励直流电动机的机械特性测定............................................................................208
项目3 直流电动机的控制...........................................................................................................214
任务1 直流电动机的起动控制.........................................................................................214
任务2 直流电动机的正反转控制.....................................................................................218
任务3 直流电动机的调速控制.........................................................................................220
任务4 直流电动机的制动控制.........................................................................................225
思考与练习......................................................................................................................................232
模块4 变压器................................................................................................................. 233
项目1 认识变压器.......................................................................................................................233
任务1 变压器的拆装.........................................................................................................233
任务2 变压器的参数确定.................................................................................................236
任务3 变压器的运行特性.................................................................................................245
项目2 三相变压器.......................................................................................................................249
任务 三相变压器的绕组连接............................................................................................250
拓展阅读 其他常用变压器..........................................................................................................259
思考与练习......................................................................................................................................261
模块5 控制电机.............................................................................................................. 263
项目1 认识伺服电动机...............................................................................................................263
任务1 直流伺服电动机的认识及特性.............................................................................264
任务2 交流伺服电动机的认识及特性.............................................................................267
项目2 认识步进电动机...............................................................................................................272
任务 步进电动机的认识及特性........................................................................................272
项目3 认识测速发电机...............................................................................................................277
任务1 直流测速发电机的认识及特性.............................................................................278
任务2 交流测速发电机的认识及特性.............................................................................281
拓展阅读 自整角机......................................................................................................................284
思考与练习......................................................................................................................................285
参考文献............................................................................................................................ 287

代礼前，西安铁路职业技术学院机电学院院长，教授，华东交大铁道电气化专业本科毕业，兰州交大电子信息工程硕士学位。主要从事机电一体化、铁道供电专业教学19年，企业工作8年，双师型教师。主持及参与省级教学研究项目课题2项、横向课题2项 。