電機與拖動(第2版)（簡體書）

前言

根據自動化類專業的特點與現階段教學改革的要求，作者結合多年來在“電機學”及“電力拖動”課程的教學實踐中所積累的教學研究成果，編寫了本教材。力求做到教材內容由淺入深、通俗易懂、理論聯繫實際，將經典內容與新的成果結合起來，使學生既能掌握經典內容，又能了解電力拖動領域的最新研究動態和成果。

本書共9章，主要包括4大部分：電機學；電力拖動；控制電機；電力拖動系統中電動機的選擇。主要內容有：直流電機、變壓器、交流電機、同步電機及控制電機的基本結構、基本工作原理、內部電磁關係、基本方程式、工作特性等。著重分析了各種電動機在帶負載狀況下的起動、制動與調速時的運行性能及相關問題，並通過實驗和仿真以加深對相關內容的理解。另外，對於電力拖動系統中電動機容量的正確選擇進行了一般介紹。

本書的主要特點有：

1）將“電機學”與“電力拖動”課程有機地結合為一個整體，在論述了每一種類型電機的工作原理後，接著論述該類電機拖動負載的運行性能，較好地進行了內容銜接，使學生接受內容順暢，且節省授課時間。

2）側重於基本理論知識、計算方法及分析方法的闡述，並註意將上述三種基本知識應用到實際的電力拖動系統中。

3）採用了參考國外教材並與國內教材相結合的編寫方式。吸收了國外教材中先進的思想和內容，結合我國教學體系的具體情況和國內教材的體系結構，使得本書既保持內容的先進性又符合國內的教學體系。

4）為使本書內容與工程實際緊密結合，在有關章節中給出了工程實例，使基礎理論和工程實踐相結合。

5）書中引入了本學科領域的先進成果，如三相籠型異步機的軟起動、無刷直流電機、直線電機等內容，使學生能了解電力拖動領域的新的研究動態和成果。

6）每一章都單獨安排了內容簡介、本章重點、本章難點、本章小結、思考題以及練習題等內容，使學生有的放矢地學習，方便複習和練習。

本書配有多媒體課件。

本書是在作者原講稿的基礎上編寫而成的，參考並汲取了國內外許多優秀教材中的精華和營養，在此向所有參考文獻的作者表示衷心的感謝。

本書緒論及第1、2、3、6、7、9章由劉玫教授編寫，第4、5、8章由孫雨萍教授編寫。研究生張婧宇進行了部分繪圖和排版工作，研究生李鳳鳴、陳燕、衣文鳳進行了部分文稿的錄入工作，在此一併表示感謝。

本書可作為自動化、電氣工程及自動化、機電一體化等相關專業的本科學生的教材；對於從事運動控制領域的工程技術人員，本教材也有一定的參考價值。

由於作者水平所限，書中難免有不妥和錯誤之處，懇請讀者批評指正。

作者

2016年4月

目錄

出版說明

前言

緒論

0.1 電機與電力拖動系統

0.2 電機與電力拖動系統在國民經濟中的作用與發展趨勢

0.2.1 電機與電力拖動系統在國民經濟中的作用

0.2.2 電機與電力拖動技術的發展概況

0.3 本課程的性質、內容和任務

0.4 本課程的學習方法

第1章電機理論中常用的基本知識和基本定律

1.1 磁場的基本知識

1.1.1 電流的磁效應

1.1.2 磁路的幾個基本物理量

1.2 安培環路定律

1.3 磁路的歐姆定律

1.4 電磁感應定律

1.5 電磁力定律

1.6 電路定律

1.7 常用的鐵磁材料及其特性

1.7.1 鐵磁材料的磁化特性

1.7.2 鐵磁材料的損耗

本章小結

思考題

練習題

第2章直流電機

2.1 直流電機的工作原理

2.1.1 直流電動機的工作原理

2.1.2 直流發電機的工作原理

2.1.3 直流電機的可逆原理

2.2 直流電機的結構、額定值及主要係列

2.2.1 直流電機的結構

2.2.2 直流電機的額定值

2.2.3 國產直流電機的主要係列

2.3 直流電機的電樞繞組

2.3.1 電樞繞組的一般知識

2.3.2 單疊繞組

2.3.3 單波繞組

2.4 直流電機的磁場

2.4.1 直流電機的勵磁方式

2.4.2 直流電機的空載磁場

2.4.3 直流電機的電樞反應和負載磁場

2.5 直流電機的電樞感應電動勢和電磁轉矩

2.5.1 直流電機的電樞感應電動勢

2.5.2 直流電機的電磁轉矩

2.6 直流電動機的運行原理

2.6.1 直流電動機的基本方程式

2.6.2 並勵直流電動機的工作特性

2.6.3 他勵直流電動機的機械特性

2.6.4 串勵直流電動機的機械特性

2.6.5 复勵直流電動機的機械特性

2.7 直流發電機的運行原理

2.7.1 直流發電機的基本方程式

2.7.2 直流發電機的工作特性

2.7.3 並勵直流發電機的自勵過程和自勵條件

2.8 直流電機的換向

2.8.1 直流電機換向過程的物理現象

2.8.2 改善換向的方法

2.8.3 環火與補償繞組

本章小結

思考題

練習題

第3章直流電動機的電力拖動

3.1 電力拖動系統的動力學基礎

3.1.1 單軸電力拖動系統的運動方程式

3.1.2 多軸電力拖動系統的運動方程式

3.2 各類生產機械的負載轉矩特性

3.2.1 恆轉矩負載特性

3.2.2 通風機負載特性

3.2.3 恆功率負載特性

3.2.4 實際的負載特性

3.3 電力拖動系統穩定運行的條件

3.3.1 電力拖動系統平衡運轉的概念

3.3.2 電力拖動系統穩定運行的概念

3.3.3 電力拖動系統穩定運行的條件要求

3.4 直流電力拖動系統的動態分析

3.4.1 電力拖動系統的機械過渡過程

3.4.2 電力拖動系統的機械電磁過渡過程

3.5 他勵直流電動機的起動

3.5.1 他勵直流電動機直接起動時存在的問題

3.5.2 他勵直流電動機的起動方法

3.6 他勵直流電動機的調速

3.6.1 調速的性能指標

3.6.2 調速方法

3.6.3 調速方式與負載類型的配合

3.7 他勵直流電動機的製動

3.7.1 他勵直流電動機的能耗制動

3.7.2 他勵直流電動機的反接製動

3.7.3 回饋制動

3.7.4 制動狀態小結

3.8 工程中的實例分析

本章小結

思考題

練習題

第4章變壓器

4.1 變壓器的基本工作原理和結構

4.1.1 變壓器的基本結構

4.1.2 變壓器的基本工作原理

4.1.3 變壓器的額定值及分類

4.2 單相變壓器的空載運行

4.2.1 變壓器空載運行時的電磁關係

4.2.2 空載運行時的電壓方程式、等效電路及相量圖

4.3 單相變壓器的負載運行

4.3.1 變壓器負載運行的電磁關係

4.3.2 變壓器負載運行的基本方程式

4.3.3 變壓器負載運行的等效電路及相量圖

4.4 變壓器的參數測定

4.4.1 空載試驗

4.4.2 短路試驗

4.5 標么值

4.5.1 標么值的概念

4.5.2 基值的選取及標么值的計算

4.6 變壓器的運行性能和特性

4.6.1 變壓器的電壓變化率及外特性

4.6.2 變壓器的效率特性

4.7 三相變壓器

4.7.1 三相變壓器的磁路系統

4.7.2 三相變壓器電路系統——聯結組

4.7.3 三相變壓器電路系統及磁路系統對電動勢波形的影響

4.8 變壓器的並聯運行

4.8.1 變壓器並聯運行的條件

4.8.2 對並聯運行條件的分析

4.9 其他用途的變壓器

4.9.1 自耦變壓器

4.9.2 儀用互感器

本章小結

思考題

練習題

第5章異步電動機

5.1 三相異步電動機的結構及額定值

5.1.1 三相異步電動機的結構

5.1.2 三相異步電動機額定值及主要係列

5.2 異步電動機的定子繞組

5.2.1 交流繞組的構成原則及分類

5.2.2 交流繞組的基本知識

5.2.3 三相雙層繞組

5.2.4 三相單層繞組

5.3 三相異步電動機的定子磁動勢與磁場

5.3.1 單相繞組的磁動勢

5.3.2 三相繞組的合成磁動勢

5.4 三相異步電動機定子繞組的感應電動勢

5.4.1 導體的感應電動勢

5.4.2 整距線圈的感應電動勢

5.4.3 短距線圈的感應電動勢

5.4.4 線圈組的電動勢

5.4.5 相電動勢和線電動勢

5.5 三相異步電動機的工作原理及運行狀態

5.5.1 三相異步電動機的基本工作原理

5.5.2 三相異步電機的轉差率與三種運行狀態

5.6 三相異步電動機的電磁關係

5.6.1 三相異步電動機空載運行電磁關係

5.6.2 三相異步電動機負載運行電磁關係

5.6.3 轉子靜止時的三相異步電動機

5.6.4 轉子轉動時的三相異步電動機

5.7 三相異步電動機的基本方程式、等效電路和相量圖

5.7.1 三相異步電動機的基本方程式

5.7.2 異步電動機的等效電路

5.7.3 異步電動機的相量圖

5.8 三相異步電動機的功率與轉矩

5.8.1 三相異步電動機的功率流程圖及功率平衡方程式

5.8.2 三相異步電動機的轉矩平衡方程式

5.9 三相異步電動機的參數測定

5.9.1 空載試驗

5.9.2 短路試驗

5.1 0三相異步電動機的工作特性

5.1 0.1 三相異步電動機的工作特性　

5.1 0.2 用直接負載法計算工作特性

5.1 1單相異步電動機

5.1 1.1 單相異步電動機的工作原理

5.1 1.2 等效電路

5.1 1.3 起動方法

本章小結

思考題

練習題

第6章三相異步電動機的電力拖動

6.1 三相異步電動機的機械特性

6.1.1 三相異步電動機機械特性的三種表達式

6.1.2 三相異步電動機的固有機械特性與人為機械特性

6.2 三相異步電動機的起動

6.2.1 三相異步電動機的固有起動特性

6.2.2 三相異步電動機的直接起動

6.2.3 三相籠型異步電動機的減壓起動

6.2.4 三相籠型異步電動機的軟起動

6.2.5 高起動性能的三相籠型異步電動機

6.2.6 三相繞線轉子異步電動機的起動

6.3 三相異步電動機的調速

6.3.1 變極調速

6.3.2 變頻調速

6.3.3 改變定子電壓調速

6.3.4 繞線轉子異步電動機轉子串電阻調速

6.3.5 繞線轉子異步電動機雙饋調速及串極調速

6.3.6 利用電磁轉差離合器調速（滑差電動機）

6.4 三相異步電動機的製動狀態

6.4.1 反接製動

6.4.2 回饋制動

6.4.3 能耗制動

6.4.4 三相異步電動機制動狀態小結

6.5 繞線轉子電動機進行調速和製動時其電阻和轉速的計算

本章小結

思考題

練習題

第7章三相同步電機

7.1 三相同步電機的結構、工作原理及額定數據

7.1.1 三相同步電機的結構

7.1.2 三相同步電機的工作原理

7.1.3 三相同步電機的額定數據

7.1.4 三相同步電動機的型號

7.2 三相同步電動機的電樞反應

7.2.1 三相同步電動機空載時的磁場

7.2.2 三相同步電動機負載時的電樞反應

7.3 三相同步電動機的電動勢平衡方程式、等效電路與相量圖

7.3.1 三相隱極式同步電動機的電動勢平衡方程式、等效電路與相量圖

7.3.2 三相凸極式同步電動機的電動勢平衡方程式、等效電路與相量圖

7.4 三相同步發電機的電動勢平衡方程式、等效電路與相量圖

7.4.1 三相隱極式同步發電機的電動勢平衡方程式、等效電路與相量圖

7.4.2 三相凸極式同步發電機的電動勢平衡方程式與相量圖

7.5 三相同步電動機的矩角特性

7.5.1 功率和轉矩關係

7.5.2 功角特性和矩角特性

7.5.3 同步電動機的穩定運行區與過載能力

7.6 三相同步電動機的功率因數調節與V形曲線

7.6.1 功率因數的調節

7.6.2 同步電動機的V形曲線

7.7 三相同步電動機的起動

7.7.1 異步起動法

7.7.2 輔助電動機起動法

7.7.3 變頻起動法

本章小結

思考題

練習題

第8章控制電機

8.1 伺服電動機

8.1.1 直流伺服電動機

8.1.2 交流伺服電動機

8.1.3 交流伺服電動機與直流伺服電動機的性能比較

8.2 測速發電機

8.2.1 直流測速發電機

8.2.2 交流測速發電機

8.3 無刷直流電動機

8.3.1 無刷直流電動機的基本結構

8.3.2 無刷直流電動機的工作原理

8.3.3 無刷直流電動機的電磁轉矩和運行特性

8.3.4 無刷直流電動機的PWM控制方式

8.4 步進電動機

8.4.1 反應式步進電動機的基本結構和工作原理

8.4.2 步進電動機的運行特性

8.5 自整角機

8.5.1 自整角機的結構及分類

8.5.2 力矩式自整角機的工作原理

8.5.3 控制式自整角機的工作原理

8.5.4 自整角機的應用舉例

8.6 旋轉變壓器

8.6.1 旋轉變壓器的結構及分類

8.6.2 正餘弦旋轉變壓器

8.6.3 線性旋轉變壓器

8.7 直線電動機

8.7.1 直線異步電動機

8.7.2 直線直流電動機

本章小結

思考題與練習題

第9章電動機容量的選擇

9.1 概述

9.2 電動機的發熱與冷卻規律

9.2.1 電動機的熱平衡方程式

9.2.2 電動機的發熱過程

9.2.3 電動機的冷卻過程

9.2.4 電動機的工作方式

9.3 連續工作制電動機容量的選擇

9.3.1 連續恆定負載下電動機容量的選擇

9.3.2 連續週期變化負載時電動機容量的選擇

9.4 短時工作制電動機容量的選擇

9.4.1 選用連續工作制電動機

9.4.2 選用專為短時工作方式而設計的電動機

9.5 斷續週期工作制電動機容量的選擇

9.6 電動機容量選擇的工程方法

9.6.1 用統計法選擇電動機容量

9.6.2 用類比法選擇電動機容量

9.7 電動機種類、額定電壓、額定轉速和型式的選擇

9.7.1 電動機種類的選擇

9.7.2 電動機額定電壓的選擇

9.7.3 電動機額定轉速的選擇

9.7.4 電動機型式的選擇

本章小結

思考題

練習題

參考文獻