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绪论1

0.1 电机与电力拖动技术的发展概况1

0.2 电机学与电力拖动系统的一般分析方法3

0.3　课程的性质与任务4

0.4　本教材的结构、各章节内容与教学安排5

0.5　本课程的学习方法7

第1章 电磁学的基本知识与基本定律8

1.2.1　磁感应强度9

1.2　磁场的基本知识9

1.1.2　基尔霍夫电压定律9

1.1.1 基尔霍夫电流定律9

1.1　电路的基本定律9

1.2.2 磁通Ф10

1.2.3　磁场强度H10

1.3　电磁学的基本定律10

1.3.1 电生磁的基本定律——安培环路定理10

1.3.2 磁生电的基本定律——法拉第电磁感应定律11

1.3.3　毕-萨电磁力定律12

1.3.4　磁路的欧姆定律与线圈电感的表达式12

1.4　常用磁性材料及其特性15

1.4.1 磁滞回线与磁化曲线16

1.4.2　软磁材料与硬磁材料17

1.4.3　铁磁材料中的铁耗18

1.4.4　永久磁铁的去磁曲线与各种永磁材料的特点18

本章小结20

思考题20

练习题21

第2章　直流电机的建模与特性分析23

2.1.1　直流电机的基本运行原理24

2.1 直流电机的基本运行原理与结构24

2.1.2　直流电机的结构26

2.2　直流电机的额定数据27

2.3 直流电机的电枢绕组——电路构成28

2.3.1　对直流电枢绕组的要求28

2.3.2　直流电机的简单绕组28

2.3.3　直流电枢绕组的基本型式29

2.4　直流电机的各种励磁方式与磁场33

2.4.1　直流电机的各种励磁方式33

2.4.2　直流电机的空载主磁场34

2.4.3　直流电机负载后的电枢反应磁场37

2.4.4　直流电机负载后的气隙磁场39

2.5　直流电机的感应电势、电磁转矩与电磁功率40

2.5.1　正、负电刷间感应电势的计算41

2.5.2　电磁转矩的计算42

2.5.3　直流电机的电磁功率43

2.6　直流电机的电磁关系、基本方程式和功率流程图43

2.6.1　他励直流电机的基本电磁关系43

2.6.2　直流电机的基本方程式与等效电路44

2.6.3　直流电机的功率流程图47

2.7　直流发电机的运行特性及自励建压过程49

2.7.1　直流发电机的运行特性50

2.7.2　并励和复励直流发电机空载电压的建立52

2.8　他励直流电动机的运行特性53

2.8.1　他励直流电动机的工作特性54

2.8.2　他励直流电动机的机械特性56

2.8.3　他励直流电动机的人工机械特性57

2.9 串励直流电动机的机械特性63

2.9.1 串励直流电动机的固有机械特性63

2.9.2　串励直流电动机的人工机械特性64

2.10　复励直流电动机的机械特性65

2.11　直流电机的换向66

本章小结68

思考题71

练习题71

第3章　直流电机的电力拖动74

3.1 电力拖动系统的动力学方程式75

3.1.1　单轴电力拖动系统的动力学方程式75

3.1.2　多轴电力拖动系统的等效76

3.2　各类生产机械的负载转矩特性81

3.3.1　稳态运行点与稳定运行的概念83

3.3 电力拖动系统的稳定运行条件83

3.3.2 电力拖动系统的稳定运行条件85

3.4　直流电力拖动系统动态过程的一般分析与计算86

3.4.1 直流电动机电力拖动系统的动态数学模型86

3.4.2 直流电力拖动系统动态过程的一般分析计算88

3.5　直流电动机的起动93

3.6　直流电动机的调速95

3.6.1　调速系统的性能指标95

3.6.2　他励直流电动机常用的调速方法97

3.6.3　调速方式与负载类型的配合101

3.7　他励直流电动机的制动103

3.7.1 能耗制动104

3.7.2　反接制动107

3.7.3　回馈制动111

3.8　直流电机的四象限运行与实例分析116

3.8.1　直流电机的四象限运行116

3.8.2　实例分析118

本章小结122

思考题124

练习题126

第4章　变流器供电下直流电机的机械特性128

4.1.1 整流状态下直流电机的机械特性129

4.1　相控方式下直流电机的机械特性129

4.1.2　逆变状态下直流电机的机械特性132

4.1.3　相控变流器供电下直流电机的四象限运行分析134

4.2　斩控方式下直流电机的机械特性135

4.2.1 直流PWM变换器的基本原理、电路结构与工作状态136

4.2.2　PWM变换器供电下直流电机的机械特性分析142

本章小结145

思考题146

练习题146

第5章　变压器的建模与特性分析148

5.1 变压器的基本工作原理与结构149

5.1.1　变压器的基本工作原理149

5.1.2　变压器的结构150

5.2　变压器的额定值152

5.3　变压器的空载运行分析153

5.3.1　变压器空载运行时的电磁关系153

5.3.2　磁路的电参数等效154

5.3.3　变压器的空载电压平衡方程式、相量图及等值电路图156

5.4.1 变压器负载运行的磁势平衡方程式157

5.4　变压器的负载运行分析157

5.4.2　变压器负载后副边漏磁路的电参数等效158

5.4.3　变压器负载运行时的电磁关系159

5.5　变压器的基本方程式、等值电路与相量图159

5.5.1 变压器负载运行时的基本方程式159

5.5.2　变压器负载运行时的等值电路160

5.5.3　变压器负载运行时的相量图162

5.6　变压器等值电路参数的试验测定163

5.6.1 空载试验163

5.6.2　短路试验164

5.7.1　变压器的外特性与电压变化率166

5.7　变压器稳态运行特性的计算166

5.7.2　变压器的效率特性168

5.8　三相变压器的特殊问题173

5.8.1 三相变压器的联结方式与联结组174

5.8.2 三相变压器的磁路结构179

5.8.3　三相变压器的绕组联结与磁路结构的正确配合问题180

5.9 电力拖动系统中的特殊变压器183

5.9.1 自耦变压器184

5.9.2　互感器185

本章小结186

练习题189

思考题189

第6章　三相异步电机的建模与特性分析192

6.1 三相异步电机的基本运行原理193

6.1.1　旋转磁场的概念193

6.1.2　三相异步电机的基本运行原理196

6.1.3　三相异步电机的转差率与三种运行状态196

6.2　三相异步电机的结构与额定数据198

6.2.1　三相异步电机的结构198

6.2.2　三相异步电动机的额定数据200

6.3.1　对三相交流电机绕组的基本要求201

6.3　三相交流电机的定子绕组201

6.3.2　交流绕组的几个术语202

6.3.3 三相单层分布绕组203

6.3.4　三相双层分布绕组205

6.4　三相交流电机定子绕组感应电势的计算207

6.4.1　交流电机的磁场208

6.4.2　导体的感应电势209

6.4.3　整距线圈的感应电势209

6.4.4　短距线圈的感应电势210

6.4.5　线圈组的感应电势212

6.4.6　相绕组的感应电势213

6.4.7 三相绕组的联结与线电势214

6.5　三相交流电机的定子磁势与磁场214

6.5.1　单个线圈所产生的磁势215

6.5.2　单个线圈组所产生的磁势218

6.5.3　单相绕组所产生的磁势219

6.5.4　三相绕组所产生的基波合成磁势220

6.5.5　三相合成磁势中的高次谐波磁势224

6.6　三相异步电动机的电磁关系225

6.6.1 三相异步电动机空载时的电磁关系225

6.6.2 三相异步电动机转子堵转时的电磁关系227

6.6.3 三相异步电动机负载时的电磁关系229

6.7 三相异步电动机的基本方程式、等效电路与相量图230

6.7.1 三相异步电动机的基本方程式230

6.7.2　转子侧各物理量的折算231

6.7.3　三相异步电机的等效电路和相量图233

6.8 三相异步电动机的功率流程图与转矩平衡方程式235

6.8.1　功率流程图235

6.8.2　转矩平衡方程式236

6.9　三相异步电动机等效电路参数的试验测定238

6.9.1　空载试验238

6.9.2　堵转（或短路）试验239

6.10　三相异步电动机的运行特性240

6.10.1 三相异步电动机的工作特性240

6.10.2　三相异步电动机的机械特性242

6.10.3 三相异步电动机的人工机械特性247

本章小结250

思考题253

练习题255

第7章 三相异步电机的电力拖动257

7.1 三相异步电动机的起动257

7.1.1 三相鼠笼式异步电动机的直接起动258

7.1.2　三相鼠笼式异步电动机的降压起动259

7.1.3　三相鼠笼式异步电动机的软起动261

7.1.4　高起动性能的特殊鼠笼式异步电动机263

7.1.5　三相绕线式异步电动机的起动264

7.2　三相异步电动机的调速266

7.2.1 变极调速266

7.2.2　变频调速270

7.2.3　改变转差频率的调速277

7.3.1 能耗制动286

7.3　三相异步电动机的制动286

7.3.2　反接制动289

7.3.3 回馈制动291

7.4　三相异步电动机的四象限运行状态分析293

本章小结296

思考题298

练习题299

第8章　三相同步电机的建模与特性分析301

8.1 三相同步电机的基本运行原理、结构与定额302

8.1.1　三相同步电机的基本运行原理302

8.1.2　同步电机的结构303

8.1.3 同步电机的三种运行状态304

8.1.4　同步电机的额定数据305

8.2　三相同步电机的电磁关系305

8.2.1 三相同步电机空载时的电磁关系305

8.2.2　三相同步电机负载后的电枢反应306

8.2.3 三相同步电机负载后的电磁关系309

8.3　三相同步电机的基本方程式、等值电路与相量图310

8.3.1 隐极式同步电机的基本方程式、等值电路与相量图311

8.3.2 凸极同步电机的基本方程式、等值电路和相量图313

8.4　三相同步电动机的矩角特性与V形曲线314

8.4.1 同步电动机的矩角特性314

8.4.2　三相同步电动机的V形曲线与功率因数的调节321

8.5　三相磁阻式同步电动机326

8.6　三相同步电动机的转速特性327

本章小结328

思考题330

练习题331

第9章 三相同步电机的电力拖动333

9.1　三相同步电动机的起动334

9.1.1 自耦调压器的降压起动334

9.1.2　辅助电动机的起动335

9.2.1 三相同步电动机变频调速时的矩角特性336

9.1.3　变频起动336

9.2　三相同步电动机的调速336

9.2.2 三相同步电动机变频调速时的机械特性340

9.3　三相同步电动机的制动342

9.3.1 电网供电同步电动机的制动342

9.3.2　变流器供电同步电动机的制动343

9.4　三相同步电动机的控制方式345

9.4.1　他控式同步电动机345

9.4.2 自控式同步电动机347

本章小结349

练习题351

思考题351

第10章 三相永磁同步电动机的建模与分析353

10.1 正弦波永磁同步电动机的建模与分析354

10.1.1 正弦波PMSM的基本运行原理354

10.1.2　正弦波PMSM的结构特点与矩角特性355

10.1.3　正弦波PMSM的起动358

10.1.4　正弦波PMSM的控制358

10.1.5　正弦波PMSM调速系统的组成364

10.2　永磁无刷直流电动机的建模与分析365

10.2.1　永磁无刷直流电动机的基本运行原理367

10.2.2　永磁无刷直流电动机逆变器的各种控制方式370

10.2.3　永磁无刷直流电动机的稳态模型与机械特性372

10.2.4　永磁无刷直流电动机的动态模型373

10.2.5　永磁无刷直流电动机调速系统的组成374

10.2.6 永磁无刷直流电动机与永磁同步电动机的比较376

本章小结378

思考题379

练习题380

第11章 变磁阻（双凸极）电机的建模与分析382

11.1.1　机电系统的能量守恒定律383

11.1　预备知识383

11.1.2　利用磁场储能和磁共能对电磁转矩的计算384

11.2　开关磁阻电动机的建模与分析387

11.2.1　SRM的基本运行原理388

11.2.2　SRM的电磁过程389

11.2.3　SRM的数学模型394

11.2.4　SRM常用供电变流器的类型与控制方式396

11.2.5　SRM调速系统的组成397

11.3　步进电动机的建模与分析398

11.3.1 步进电动机的基本运行原理399

11.3.2　步进电动机的类型与结构402

11.3.3　步进电动机的运行特性与主要参数403

11.3.4　步进电机的驱动408

本章小结416

思考题417

练习题418

第12章　驱动与控制用微特电机419

12.1　单相异步电机419

12.1.1　单相绕组通电时异步电动机的磁场与机械特性420

12.1.2　两相绕组异步电动机的磁场与机械特性423

12.1.3　单相异步电动机的类型425

12.2　伺服电动机428

12.2.1　直流伺服电动机429

12.2.2　交流伺服电动机430

12.2.3　力矩电动机435

12.3　测速发电机436

12.3.1　直流测速发电机436

12.3.2　交流测速发电机437

12.4 自整角机439

12.4.1　力矩式自整角机439

12.4.2　控制式自整角机443

12.5　旋转变压器446

12.5.1　工作原理447

12.5.2　旋转变压器的应用450

12.6　直线电动机452

12.6.1　直线直流电动机452

12.6.2　直线异步电动机453

12.6.3　直线步进电动机455

12.7　超声波电动机456

12.7.1　预备知识457

12.7.2　各类USM的结构与工作原理460

12.7.3 USM的驱动电路与系统组成467

本章小结469

思考题472

练习题474

第13章 电力拖动系统的方案与电动机选择475

13.1 电力拖动系统的方案选择476

13.1.1 电力拖动系统的供电电源476

13.1.2 电力拖动系统稳定性的考虑476

13.1.3　调速方案的选择477

13.1.4　起、制动和正、反转与相应方案的选择478

13.1.5 电力拖动系统经济性指标的考虑480

13.2　电动机的一般选择481

13.2.1　额定电压的选择481

13.2.2　额定转速的选择482

13.2.3　结构形式的选择482

13.3 电机的发热与冷却483

13.3.1 电机的发热过程483

13.3.2 电机的冷却过程484

13.3.3 电动机的额定功率与允许温升之间的关系484

13.4.2　短时工作制485

13.4.1　连续工作制485

13.4　电动机的工作制485

13.4.3　断续周期性工作制486

13.5 电动机额定功率的选择486

13.5.1　几种常用生产机械负载功率的计算487

13.5.2 电动机发热的校验488

13.5.3　电动机额定功率选择的工程方法500

本章小结501

思考题502

练习题502

参考文献504