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上篇 电机学3

第1章 电机学基础知识3

1.1 电机的基本功能与主要类型3

1.2 电机的基本原理4

1.2.1 磁场的基本概念4

1.2.2 磁路及其基本定律6

1.2.3 电磁感应定律9

1.2.4 线圈的电路方程10

1.2.5 电磁力定律、电磁转矩11

1.2.6 电机的可逆性原理11

1.3 电机的制造材料12

1.3.1 概述12

1.3.2 铁磁材料的重要特性13

思考题与习题16

第2章 直流电机18

2.1 直流电机的工作原理18

2.1.1 直流电动机的工作原理18

2.1.2 直流发电机的工作原理19

2.2 直流电机的基本结构和额定值20

2.2.1 直流电机的基本结构20

2.2.2 直流电机的电枢绕组21

2.2.3 直流电机的额定值23

2.2.4 直流电机按励磁方式分类24

2.3 直流电机的磁场和电枢反应25

2.3.1 直流电机的空载磁场25

2.3.2 电枢磁动势25

2.3.3 电枢反应26

2.3.4 电枢反应对换向的影响及改善换向的措施27

2.4 直流电机的感应电动势和电磁转矩29

2.4.1 直流电机的感应电动势29

2.4.2 直流电机的电磁转矩30

2.5 直流电动机的运行分析30

2.5.1 直流电动机的基本方程式30

2.5.2 他励（并励）直流电动机的工作特性31

2.6 直流发电机的运行分析33

2.6.1 直流发电机的基本方程33

2.6.2 他励直流发电机的工作特性35

2.6.3 并励直流发电机的自励过程与外特性36

思考题与习题38

第3章 变压器41

3.1 变压器的基本结构、分类与额定值41

3.1.1 变压器的基本结构41

3.1.2 变压器的分类44

3.1.3 变压器的额定值44

3.2 变压器的工作原理45

3.2.1 变压器各电磁量的参考方向46

3.2.2 变压器的空载运行46

3.2.3 变压器的负载运行51

3.3 变压器的等效电路和相量图52

3.3.1 绕组折算52

3.3.2 T形等效电路54

3.3.3 近似和简化等效电路54

3.3.4 变压器负载运行时的相量图55

3.4 标幺值57

3.4.1 标幺值的定义57

3.4.2 采用标幺值的优点57

3.5 变压器的参数测定59

3.5.1 变压器的空载试验59

3.5.2 变压器的短路试验61

3.6 变压器的运行特性64

3.6.1 变压器的外特性与电压调整率64

3.6.2 变压器的功率关系与效率特性65

3.7 三相变压器的联结组68

3.7.1 三相变压器的类型68

3.7.2 三相变压器的联结组68

3.8 三相变压器的并联运行71

3.8.1 理想并联运行的条件71

3.8.2 联结组对并联运行的影响72

3.8.3 电压比对并联运行的影响72

3.8.4 短路阻抗的标幺值对并联运行的影响72

3.9 特殊变压器75

3.9.1 自耦变压器75

3.9.2 三绕组变压器77

3.9.3 仪用互感器78

思考题与习题80

第4章 异步电机83

4.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理83

4.1.1 三相异步电动机的基本结构83

4.1.2 异步电动机的基本工作原理86

4.1.3 三相异步电动机的额定值和主要系列89

4.2 三相交流电机的绕组90

4.2.1 交流绕组的基本概念90

4.2.2 三相双层绕组92

4.2.3 三相单层绕组93

4.3 三相交流绕组的磁动势94

4.3.1 单相绕组的磁动势——脉振磁动势94

4.3.2 三相绕组的合成磁动势——旋转磁动势99

4.3.3 三相定子绕组建立的磁场102

4.4 三相交流绕组的感应电动势103

4.4.1 集中整距线圈的感应电动势103

4.4.2 分布绕组的感应电动势104

4.4.3 短距绕组的感应电动势104

4.4.4 相电动势105

4.5 三相异步电动机的等效电路106

4.5.1 转子磁动势和电动势106

4.5.2 定、转子绕组的电压方程——频率折算107

4.5.3 绕组折算108

4.5.4 异步电动机的等效电路和相量图109

4.5.5 异步电动机的简化等效电路109

4.5.6 笼型绕组的极数和相数111

4.6 三相异步电动机的功率和转矩111

4.6.1 三相异步电动机的功率关系111

4.6.2 三相异步电动机的转矩关系112

4.6.3 三相异步电动机电磁转矩的物理表达式114

4.6.4 三相异步电机的转矩－转差率特性114

4.7 三相异步电动机的工作特性和参数测定118

4.7.1 三相异步电动机的工作特性118

4.7.2 三相异步电动机的主要性能指标119

4.7.3 三相异步电动机的参数测定119

4.8 单相异步电动机122

4.8.1 单相异步电动机的工作原理122

4.8.2 两相绕组的磁动势123

4.8.3 单相异步电动机的主要类型和起动方法125

4.9 三相异步发电机127

4.9.1 三相异步发电机的并网运行127

4.9.2 三相异步发电机的单机运行127

思考题与习题128

第5章 同步电机130

5.1 同步电机的基本结构和额定值130

5.1.1 同步电机的基本结构130

5.1.2 同步电机的励磁方式131

5.1.3 同步电机的基本类型132

5.1.4 同步电机的额定值133

5.2 三相同步电机的工作原理133

5.2.1 三相同步电机的基本原理133

5.2.2 同步电机的空载运行134

5.2.3 同步电机的负载运行和电枢反应134

5.2.4 三相同步电机的运行状态137

5.3 三相同步发电机的稳态分析138

5.3.1 隐极同步发电机的稳态分析138

5.3.2 凸极同步发电机的稳态分析140

5.4 三相同步发电机的功率和转矩143

5.4.1 功率平衡方程143

5.4.2 电磁功率与功角特性144

5.4.3 电磁转矩与矩角特性145

5.5 三相同步发电机的运行特性146

5.5.1 外特性146

5.5.2 调整特性146

5.5.3 效率特性147

5.6 同步发电机与电网的并联运行147

5.6.1 并联运行的条件147

5.6.2 并联运行的方法148

5.6.3 有功功率的调节与稳定问题149

5.6.4 无功功率的调节与V形曲线152

5.7 三相同步电动机与同步补偿机154

5.7.1 同步电动机的运行分析154

5.7.2 同步电动机的功率和转矩155

5.7.3 同步电动机的运行特性156

5.7.4 同步补偿机157

5.8 同步发电机的三相突然短路158

5.8.1 同步发电机突然短路的物理过程158

5.8.2 同步发电机的瞬态电抗160

5.8.3 同步发电机的超瞬态电抗161

思考题与习题162

第6章 控制电机165

6.1 伺服电动机165

6.1.1 交流伺服电动机165

6.1.2 直流伺服电动机167

6.2 步进电动机168

6.2.1 基本工作原理168

6.2.2 反应式步进电动机170

6.3 测速发电机171

6.3.1 直流测速发电机171

6.3.2 交流异步测速发电机172

6.4 自整角机173

6.4.1 自整角机的结构174

6.4.2 力矩式自整角机的工作原理174

6.4.3 控制式自整角机174

6.5 旋转变压器176

6.6 感应同步器177

思考题与习题179

下篇 电力拖动183

第7章 电力拖动基础183

7.1 电力拖动系统的组成与分类183

7.2 电力拖动系统的运动方程式183

7.2.1 单轴电力拖动系统的运动方程式183

7.2.2 多轴电力拖动系统的折算185

7.3 电力拖动系统的负载特性190

7.3.1 恒转矩负载190

7.3.2 恒功率负载191

7.3.3 通风机、泵类负载191

7.4 电力拖动系统的稳定运行条件192

7.5 电力拖动系统调速的基本概念193

7.5.1 调速的基本概念193

7.5.2 调速系统的主要性能指标193

思考题与习题194

第8章 直流电动机的电力拖动197

8.1 他励直流电动机的机械特性197

8.1.1 固有机械特性197

8.1.2 人为机械特性198

8.2 他励直流电动机的起动和反转200

8.2.1 电枢回路串联电阻起动200

8.2.2 降低电枢电压起动203

8.2.3 他励直流电动机的反转203

8.3 他励直流电动机的调速204

8.3.1 电枢回路串联电阻调速204

8.3.2 降低电枢电压调速204

8.3.3 减弱磁通调速205

8.4 他励直流电动机的制动206

8.4.1 能耗制动206

8.4.2 反接制动208

8.4.3 回馈制动210

8.5 他励直流电机的四象限运行212

思考题与习题213

第9章 异步电动机的电力拖动215

9.1 三相异步电动机的机械特性215

9.1.1 固有机械特性215

9.1.2 人为机械特性218

9.2 三相异步电动机的起动220

9.2.1 笼型异步电动机的起动220

9.2.2 高起动转矩的异步电动机226

9.2.3 绕线转子异步电动机的起动228

9.3 三相异步电动机的调速233

9.3.1 变极调速233

9.3.2 变频调速237

9.3.3 调压调速240

9.3.4 绕线转子异步电动机转子串电阻调速241

9.3.5 绕线转子异步电动机串级调速243

9.3.6 电磁调速电动机244

9.3.7 异步电动机调速中的矢量控制和直接转矩控制246

9.4 三相异步电动机的制动249

9.4.1 回馈制动249

9.4.2 反接制动252

9.4.3 能耗制动255

9.4.4 软停车与软制动256

9.5 异步电动机的各种运行状态256

思考题与习题257

第10章 同步电动机的电力拖动259

10.1 同步电动机的机械特性259

10.2 同步电动机的起动260

10.2.1 拖动起动法260

10.2.2 异步起动法261

10.2.3 变频起动法261

10.3 同步电动机的调速和制动262

10.3.1 同步电动机的调速方法概述262

10.3.2 同步电动机的制动方法262

10.4 永磁同步电动机调速系统263

10.4.1 永磁同步电动机的基本结构263

10.4.2 永磁同步电动机的调速原理264

10.4.3 永磁同步电动机的特点和应用264

10.5 无刷直流电动机调速系统265

10.5.1 无刷直流电动机的基本组成265

10.5.2 无刷直流电动机的工作原理266

10.5.3 无刷直流电动机的特点与应用267

10.6 开关磁阻电动机调速系统268

10.6.1 开关磁阻电动机传动系统的组成268

10.6.2 开关磁阻电动机的工作原理269

10.6.3 开关磁阻电动机传动系统的特点269

10.6.4 开关磁阻电动机的应用271

思考题与习题271

第11章 电力拖动系统中电动机的选择273

11.1 电动机选择的基本原则273

11.1.1 类型的选择273

11.1.2 额定功率的选择274

11.1.3 电压等级的选择274

11.1.4 转速的选择274

11.1.5 外形结构的选择275

11.1.6 安装型式的选择276

11.1.7 工作制的选择276

11.1.8 型号的选择276

11.2 电动机的发热与冷却277

11.2.1 电动机的发热过程与温升277

11.2.2 电动机的冷却过程与冷却方式278

11.3 电动机的工作制279

11.3.1 连续工作制（S1）279

11.3.2 短时工作制（S2）279

11.3.3 断续周期工作制280

11.4 电动机额定功率的选择281

11.4.1 电动机的允许输出功率281

11.4.2 连续运行电动机额定功率的选择282

11.4.3 短时运行电动机额定功率的选择285

11.4.4 断续周期运行电动机额定功率的选择287

思考题与习题288

参考文献289