电机及拖动基础（第二版）

第一章　绪论

第一节　基本电磁定律 　 001

一、全电流定律（安培环路定律） 001

二、电磁感应定律 　 001

三、电磁力定律 　 003

第二节　铁磁材料特性 　 003

一、铁磁材料的磁导率 　 003

二、磁滞现象 　 004

第三节　磁路基本定律及计算方法 　 005

一、磁路基本定律 　 006

二、磁路计算 　 008

三、永磁体磁路计算 　 008

小结 　 010

思考题 　 011

第二章　电力拖动系统动力学

第一节　单轴电力拖动系统 　 012

第二节　多轴电力拖动系统 　 013

一、转动系统转矩与飞轮矩的折算 013

二、平移运动系统转矩与飞轮矩的折算 　 015

三、升降系统转矩与飞轮矩的折算 016

第三节　电力拖动系统稳定运行的条件 018

小结 　 020

思考题 　 020

习题 　 020

第三章　直流电机

第一节　直流电机的基本工作原理 　 022

一、直流电机的特点 　 022

二、基本工作原理 　 022

三、主要结构 　 023

四、直流电机的额定值 　 025

第二节　直流电机的电枢绕组 　 027

一、绕组的基本特点 　 027

二、单叠绕组 　 028

三、单波绕组 　 031

第三节　直流电机的空载磁场 　 033

一、直流电机的励磁方式 　 033

二、直流电机的磁场 　 034

第四节　直流电机的电枢磁场 　 036

一、电刷位于几何中性线上 　 036

二、电刷偏离几何中性线 　 038

三、电枢反应 　 039

第五节　电枢电动势与电磁转矩 　 040

一、电枢电动势 　 040

二、电磁转矩 　 041

三、电动势常数与转矩常数的关系 　 042

第六节　直流发电机工作原理 　 043

一、基本方程 　 043

二、功率平衡关系 　 043

三、他励直流发电机的运行特性 　 045

四、并励直流发电机 　 046

第七节　直流电动机工作原理 　 047

一、电机的可逆原理 　 047

二、直流电动机的基本方程 　 048

三、直流电动机的功率平衡关系 　 049

四、直流电动机的工作特性 　 050

第八节　直流电动机的机械特性 　 050

一、机械特性的表达式 　 050

二、固有机械特性 　 051

三、人为机械特性 　 052

第九节　串励和复励直流电动机 　 054

一、串励直流电动机 　 054

二、复励直流电动机 　 055

第十节　直流电机的换向 　 055

一、换向过程 　 055

二、经典换向理论简介 　 056

三、改善换向的措施 　 058

小结 　 059

思考题 　 059

习题 　 061

第四章　直流电动机的启动调速及四象限运行

第一节　直流电动机的启动 　 063

一、电枢回路串电阻启动 　 063

二、降电压启动 　 063

第二节　直流电动机的调速 　 064

一、直流电动机的调速方法 　 064

二、调速的性能指标 　 067

三、调速方式 　 069

第三节　直流电动机的四象限运行 　 072

一、电动运行 　 072

二、制动运行 　 072

三、回馈制动运行 　 074

第四节　电力拖动系统的过渡过程 　 076

一、他励直流电动机过渡过程分析 　 076

二、过渡过程时间 　 077

三、机电时间常数 　 078

四、考虑电感时的启动过渡过程 　 079

小结 　 080

思考题 　 081

习题 　 082

第五章　变压器

第一节　概述 　 085

一、变压器的分类 　 085

二、变压器的工作原理 　 085

三、变压器的基本结构 　 086

四、变压器型号和额定数据 　 088

第二节　变压器的空载运行 　 088

一、空载运行时的磁通、感应电动势 　 089

二、电压平衡方程式 　 090

三、空载电流 　 090

四、空载运行相量图 　 091

五、空载运行时的等效电路 　 091

第三节　变压器的负载运行 　 092

一、磁动势平衡方程式 　 093

二、电压平衡方程式 　 093

三、折合算法 　 094

四、等效电路 　 096

五、相量图 　 097

第四节　标幺值 　 099

第五节　变压器参数的测定 　 100

一、变压器的空载试验 　 100

二、变压器的短路试验 　 101

第六节　变压器的运行特性 　 104

一、电压调整率 　 104

二、变压器的效率 　 105

第七节　三相变压器 　 107

一、三相变压器的磁路结构 　 107

二、变压器的联结组别 　 108

三、三相变压器的空载电动势波形 　 112

第八节　变压器的并联运行 　 114

一、并联运行的理想情况和条件 　 114

二、变比不等时的并联运行 　 115

三、短路阻抗标幺值不等的并联运行 　 115

四、联结组别不等的并联运行 　 116

第九节　其他常用的变压器 　 117

一、自耦变压器 　 117

二、三绕组变压器 　 119

三、仪用互感器 　 120

小结 　 122

思考题 　 122

习题 　 123

第六章　交流电机电枢绕组的电动势与磁动势

第一节　交流电机电枢绕组电动势 　 127

一、导体电动势 　 127

二、整距线圈电动势 　 130

三、短距线圈电动势 　 130

四、分布线圈电动势 　 132

第二节　交流电机电枢绕组 　 133

一、三相单层绕组 　 134

二、三相双层绕组 　 136

三、绕组的谐波电动势 　 138

第三节　单相绕组产生的磁动势 　 141

一、整距线圈的磁动势 　 141

二、短距线圈的磁动势 　 144

三、分布线圈组产生的磁动势 　 146

四、单相绕组磁动势 　 146

第四节　交流电机电枢绕组产生的磁动势 　 147

一、基波磁动势 　 147

二、谐波磁动势 　 148

小结 　 152

思考题 　 152

习题 　 153

第七章　异步电动机

第一节　异步电动机结构与工作原理 　 155

一、异步电动机主要用途与分类 　 155

二、三相异步电动机的结构 　 155

三、异步电动机的额定值 　 158

四、异步电动机的工作原理 　 158

第二节　转子绕组开路的三相异步电动机 　 159

一、磁动势及主磁通 　 159

二、感应电动势 　 160

三、励磁电流 　 160

四、电压方程式 　 160

五、等效电路 　 161

第三节　转子堵转的三相异步电动机 　 161

一、磁动势与磁通 　 162

二、电压方程式 　 163

三、转子绕组的折合 　 164

四、基本方程式、等效电路和相量图 　 165

第四节　转子旋转的三相异步电动机 　 166

一、转差率 　 166

二、转子电动势 　 167

三、定、转子磁动势 　 167

四、转子绕组频率折合 　 169

五、基本方程式、等效电路和相量图 　 171

六、笼型转子 　 171

第五节　三相异步电动机的功率与转矩 　 172

一、功率关系 　 172

二、转矩关系 　 173

三、异步电动机的电磁转矩 　 174

第六节　三相异步电动机的机械特性 　 174

一、固有机械特性 　 175

二、人为机械特性 　 177

三、机械特性的实用公式 　 179

第七节　三相异步电动机的工作特性 　 180

一、转速特性n=f（P2） 　 180

二、定子电流特性I1=f（P2） 　 181

三、功率因数特性cosφ1=f（P2） 　 181

四、电磁转矩特性T=f（P2） 　 181

五、效率特性 η=f（P2） 　 181

第八节　三相异步电动机参数的测定 　 181

一、空载试验 　 182

二、短路试验 　 183

小结 　 183

思考题 　 184

习题 　 185

第八章　异步电动机的各种运行方式分析

第一节　三相异步电动机的启动 　 189

一、三相异步电动机的直接启动 　 189

二、三相异步电动机降压启动 　 190

第二节　高启动转矩的三相笼型异步电动机 　 194

一、高转差笼型异步电动机 　 194

二、深槽式笼型异步电动机 　 195

三、双笼型异步电动机 　 195

第三节　绕线式异步电动机的启动 　 196

第四节　三相异步电动机的制动 　 198

一、反接制动 　 198

二、能耗制动 　 199

三、回馈制动 　 200

第五节　三相异步电动机的调速 　 203

一、变极调速 　 203

二、变频调速 　 206

三、转子回路串电阻调速 　 208

四、降低定子端电压调速 　 209

小结 　 211

思考题 　 212

习题 　 213

第九章　同步电机

第一节　概述 　 217

一、结构形式 　 217

二、同步电机的额定值 　 218

第二节　同步电机的双反应原理 　 218

一、同步电机的磁动势 　 218

二、凸极同步电机的双反应原理 　 219

第三节　同步电动机电压平衡方程式及相量图 　 220

一、凸极同步电动机 　 221

二、隐极同步电动机 　 222

第四节　同步电动机的功角特性 　 223

一、功率和转矩平衡方程式 　 223

二、功角特性 　 223

三、矩角特性 　 224

四、稳定运行区间 　 224

第五节　同步电动机的无功功率调节 　 226

一、无功功率调节 　 226

二、 V形曲线 　 227

第六节　同步电动机的启动 　 227

第七节　同步发电机空载运行 　 228

一、同步电机的可逆原理 　 228

二、同步发电机的空载运行 　 229

第八节　隐极同步发电机负载运行 　 230

一、不考虑磁路饱和 　 230

二、考虑磁路饱和 　 231

第九节　凸极同步发电机负载运行 　 232

一、不考虑磁路饱和 　 232

二、考虑磁路饱和 　 233

第十节　同步发电机的功率和转矩 　 234

一、功率和转矩平衡方程 　 234

二、功角特性 　 234

第十一节　同步发电机的运行特性 　 236

一、运行特性 　 236

二、运用特性曲线进行参数计算 　 239

第十二节　同步发电机的并联运行 　 242

一、并联运行的条件 　 242

二、投入并联的方法 　 243

第十三节　同步发电机并联运行时的功率调节 　 244

一、有功功率的调节 　 245

二、静态稳定性 　 245

三、无功功率调节与V形曲线 　 246

小结 　 247

思考题 　 248

习题 　 249

第十章　现代交流电机调速技术第一节　矢量控制技术 　 253

一、坐标变换 　 253

二、三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型 　 256

三、三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程 　 259

四、基于转子磁链定向的矢量控制系统 　 260

第二节　直接转矩控制 　 266

一、电机数学模型 　 266

二、空间电压矢量法 　 267

三、电动机转矩的调节 　 269

四、磁链自控制 　 271

五、磁链观测模型 　 272

六、磁链闭环 　 273

七、电压状态选择 　 274

八、多电压空间矢量组合 　 275

九、正弦波无刷电机的直接转矩控制 　 276

第三节　绕线式异步电动机双馈调速及串级调速 　 277

一、双馈调速原理 　 277

二、双馈调速运行方式分析 　 279

三、异步电动机双馈调速系统的组成 　 282

四、串级调速原理 　 282

小结 　 283

思考题 　 283

习题 　 284

第十一章　微特电机

第一节　伺服电动机 　 285

一、直流伺服电动机 　 285

二、交流伺服电动机 　 287

第二节　力矩电动机 　 289

一、结构特点 　 289

二、结构与性能之间的关系 　 289

三、性能特点 　 291

第三节　直流测速发电机 　 291

一、输出特性 　 291

二、误差分析 　 292

第四节　交流异步测速发电机 　 293

一、结构 　 293

二、工作原理 　 293

第五节　自整角机 　 294

一、控制式自整角机 　 295

二、力矩式自整角机 　 298

第六节　旋转变压器 　 299

一、正余弦旋转变压器 　 299

二、线性旋转变压器 　 302

三、比例式旋转变压器 　 303

第七节　无刷直流电动机 　 303

一、工作原理 　 303

二、性能 　 305

三、电枢反应 　 306

四、正反转的实现 　 306

五、运行特性 　 308

六、方波电机与正弦波电机比较 　 310

第八节　步进电动机 　 311

一、反应式步进电动机工作原理 　 311

二、主要性能指标 　 312

三、矩角特性和静态转矩 　 313

四、其他类型的步进电动机 　 316

第九节　小功率同步电动机 　 317

一、永磁式同步电动机 　 317

二、磁阻式同步电动机 　 318

三、磁滞式同步电动机 　 320

第十节　单相异步电动机 　 321

一、工作原理 　 322

二、单相电容启动异步电动机 　 323

三、单相电阻启动异步电动机 　 324

四、单相电容运转异步电动机 　 324

五、单相电容启动与运转异步电动机 　 325

六、单相罩极式异步电动机 　 325

小结 　 326

思考题 　 327

习题 　 328

第十二章　电动机的选择

第一节　电动机的发热与绝缘材料 　 329

一、电动机的发热 　 329

二、电机的绝缘材料和允许温升 　 330

第二节　电动机的工作制与额定功率 　 331

一、电动机的工作制 　 331

二、连续工作制下电动机的额定功率 　 332

三、短时工作制下电动机的额定功率 　 332

四、断续周期工作制下电动机的额定功率 　 333

第三节　电动机额定功率的选择 　 333

一、电动机额定功率选择的步骤 　 333

二、负载功率计算 　 334

三、常值负载时电动机额定功率的选择 　 334

四、负载变化时电动机额定功率的选择 　 336

小结 　 337

思考题 　 338

习题 　 338

参考文献