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电机学概述 8

第一篇　直流电机 8

第1章 直流电机的工作原理、结构及额定值 8

1.1 直流电机的工作原理 8

1.1.1 直流发电机的工作原理 8

1.1.2 直流电动机的工作原理 11

1.2 直流电机的结构 12

1.2.1 定子 12

1.2.2 转子 14

1.3 电枢绕组 15

1.4 直流电机的额定值 20

本章小结 21

习题与思考题 22

第2章 直流电机的基本理论 23

2.1 直流电机的励磁方式 23

2.2 空载时直流电机的气隙磁场 24

2.3 负载时直流电机的气隙磁场 25

2.4 电枢绕组中的感应电势 29

2.5.1 直流发电机的电势平衡方程 30

2.5.2 直流电动机的电势平衡方程 30

2.5 直流电机的电势平衡方程 30

2.6 电磁转矩 31

2.7 直流电机的损耗和功率平衡方程 32

2.7.1 直流电机中的损耗 32

2.7.2 直流发电机的功率平衡方程 33

2.7.3 直流电动机的功率平衡方程 35

本章小结 36

习题与思考题 36

3.1.2 外特性 38

3.1.1 开路特性 38

3.1 他励直流发电机的运行特性 38

第3章 直流发电机 38

3.2 并励直流发电机的运行特性 39

3.2.1 并励直流发电机的建压条件 39

3.2.2 开路特性 41

3.2.3 外特性 41

3.3 复励直流发电机的运行特性 41

3.3.1 开路特性 42

3.3.2 外特性 42

本章小结 42

习题与思考题 43

4.1.1 电枢回路串电阻启动 44

4.1 直流电动机的启动及改变转向 44

第4章 直流电动机 44

4.1.2 他励直流电动机降低电枢电压启动 45

4.1.3 改变直流电动机转向的方法 45

4.2 他励直流电动机的工作特性 45

4.2.1 转速特性 45

4.2.2 转矩特性 46

4.2.3 效率特性 46

4.3 他励直流电动机的机械特性 46

4.3.1 机械特性方程式 46

4.3.3 人为机械特性 47

4.3.2 固有机械特性 47

4.4 串励直流电动机的机械特性 49

4.5 复励直流电动机的机械特性 50

4.6 负载的机械特性 50

4.6.1 恒转矩负载 50

4.6.2 泵类负载 51

4.6.3 恒功率负载 52

4.7 电动机稳定运行的条件 52

4.8 他励直流电动机的调速方法 53

4.8.1 改变电枢电压调节转速 54

4.8.2 调节励磁回路电阻，改变励磁电流If调节转速 55

4.8.3 电枢回路串入调节电阻调节转速 56

4.8.4 不同调速方式时电动机的功率与转矩 57

4.9 直流电动机的制动 57

4.9.1 能耗制动 58

4.9.2 反接制动 59

4.9.3 回馈制动 61

4.10 直流电机的换向 62

本章小结 64

习题与思考题 65

5.1 变压器的用途和工作原理 70

第5章 变压器的结构、原理及额定值 70

第二篇　变压器 70

5.2 变压器的结构及类型 71

5.2.1 绕组 72

5.2.2 铁心 73

5.2.3 油箱和冷却装置 76

5.2.4 总体结构 77

5.3 变压器的额定值 78

本章小结 79

习题与思考题 79

6.1.1 变压器空载运行时的物理分析 80

第6章 变压器的运行分析 80

6.1 变压器的空载运行 80

6.1.2 磁通和电势、电压的相互关系 81

6.1.3 变压器的变比k和电压比K 83

6.1.4 变压器空载运行时的等效电路和相量图 84

6.2 变压器的负载运行 85

6.2.1 变压器负载时的磁势平衡方程 85

6.2.2 负载运行时的电势平衡方程 87

6.3 变压器的等效电路和相量图 87

6.3.1 变压器的折算法 88

6.3.2 变压器负载运行时的等效电路 89

6.3.3 变压器负载运行的相量图 92

6.4 变压器的参数测定和标幺值 93

6.4.1 变压器的空载试验 93

6.4.2 稳态短路试验 94

6.4.3 标幺值 95

6.5 变压器运行时副边电压的变化和调压装置 97

6.5.1 电压调整率 97

6.5.2 变压器的调压装置 98

6.6 变压器的损耗和效率 100

6.6.1 变压器的损耗 100

6.6.2 效率 101

本章小结 106

习题与思考题 107

第7章 三相变压器 110

7.1 三相组式和芯式变压器 110

7.1.1 三相组式变压器 110

7.1.2 三相芯式变压器 110

7.2 三相变压器的联结组 111

7.2.1 原、副方绕组感应电势之间的相位关系（即单相变压器的联结组） 111

7.2.2 三相变压器的联结组 113

7.3.1 单相变压器励磁电流的波形 118

7.2.3 三相变压器的标准联结组 118

7.3 三相变压器的励磁电流和电势波形 118

7.3.2 三相变压器不同联结组中的电势波形 119

7.4 变压器的并联运行 122

7.5 三相变压器的不对称运行 126

7.5.1 对称分量法的原理 126

7.5.2 “Y，yn”联结变压器的单相短路 128

本章小结 131

习题与思考题 132

8.1.1 定义 134

8.1 自耦变压器 134

第8章 自耦变压器、三绕组变压器和互感器 134

8.1.2 变比ka 135

8.1.3 磁势平衡 135

8.1.4 容量关系 135

8.1.5 传导容量和电磁容量 136

8.2 三绕组变压器 137

8.2.1 结构和用途 137

8.2.2 三绕组变压器的特性 137

8.3.1 电流互感器 139

8.3 互感器 139

8.3.2 电压互感器 140

本章小结 140

习题与思考题 141

第9章 变压器的暂态运行 142

9.1 变压器空载合闸 142

9.2 变压器暂态短路 144

9.2.1 副绕组突然短路时的短路电流 145

9.2.2 暂态短路时的机械力 146

9.3 过电压现象 147

本章小结 148

习题与思考题 149

第三篇　交流旋转电机的共同问题 152

第10章 交流旋转电机的绕组 152

10.1 同步发电机的工作原理 152

10.2 交流绕组概述 153

10.2.1 相关概念和术语 153

10.2.2 交流绕组的构成原则 155

10.2.3 电势星形图 156

10.3 三相单层绕组 156

10.4 三相双层绕组 160

10.4.1 双层叠绕组 160

10.4.2 双层波绕组 161

本章小结 162

习题与思考题 162

第11章 交流绕组中的感应电势 163

11.1 一个线圈的感应电势 163

11.1.1 导体的感应电势 163

11.1.2 线圈的电势 165

11.2 交流分布绕组的感应电势 167

11.2.1 线圈组的电势 167

11.2.2 单层绕组的相电势 168

11.2.3 双层绕组的相电势 168

11.3 高次谐波电势及其削弱方法 169

本章小结 171

习题与思考题 172

第12章 交流绕组产生的磁势 173

12.1 交流电机定子单相绕组中的磁势——脉振磁势 173

12.1.1 整距集中绕组的磁势 173

12.1.2 矩形波磁势的谐波分析法 175

12.1.3 整距分布绕组的磁势及分布系数 177

12.1.4 双层短距绕组的磁势及短距系数 179

12.2 单相脉振磁势的分解 180

12.2.1 数学分解 180

12.2.2 图解分析 181

12.3 三相绕组的基波合成磁势——旋转磁势 183

12.3.1 三相绕组中的单相磁势 183

12.3.2 用数学变换求合成磁势 184

12.3.3 三相基波合成磁势的结论 185

12.4 三相合成磁势中的高次谐波磁势 186

12.5 交流旋转电机中的主磁通和漏磁通 187

12.5.1 主磁通 187

12.5.2 漏磁通及漏电抗 188

12.5.3 影响漏电抗大小的因素 188

本章小结 189

习题及思考题 190

第四篇　异步电机 192

第13章 异步电机的基本理论 192

13.1 异步电机的结构及额定值 192

13.1.1 定子 192

13.1.2 气隙 194

13.1.3 转子 194

13.1.4 异步电动机的型号及额定值 196

13.2 异步电机的三种运行状态 196

13.2.1 三相异步电动机的工作原理——异步电机作为电动机状态时 197

13.2.3 异步电机在制动动态下运行 198

13.2.2 异步电机作为发电机运行状态 198

13.3 异步电动机的电势平衡 199

13.3.1 定子绕组的电势平衡过程 199

13.3.2 转子绕组的电势平衡过程 200

13.4 异步电动机的磁势平衡 202

13.4.1 转子磁势的大小和转速 202

13.4.2 磁势平衡方程 203

13.5 异步电动机的等效电路及其简化 204

13.5.1 把转子旋转的异步电动机折算为堵转时的异步电动机——频率折算 204

13.5.2 异步电动机转子绕组的量折算到定子绕组——绕组折算 205

13.6 三相异步电动机的功率平衡及转矩平衡方程 208

13.5.3 异步电动机相量图 208

13.5.4 等效电路的简化——即异步电动机的近似等效电路 208

13.6.1 功率平衡方程及效率 209

13.6.2 转矩平衡方程 211

13.7 异步电动机的电磁转矩和机械特性 214

13.7.1 电磁转矩 214

13.7.2 机械特性 215

13.7.3 异步电动机的最大转矩及过载能力 216

13.7.4 异步电动机的启动性能 217

13.7.5 转矩的实用公式 219

13.8 异步电动机的工作特性 221

13.9.1 空载试验 223

13.9 三相异步电动机的参数测定 223

13.9.2 堵转试验 224

本章小结 225

习题与思考题 226

第14章 三相异步电动机的启动及速度调节 230

14.1 异步电动机的启动性能 230

14.2 鼠笼式异步电动机的启动方法 231

14.2.1 直接启动 231

14.2.2 降压启动 231

14.3 绕线式异步电动机的启动 234

14.2.3 软启动 234

14.3.1 转子回路串电阻启动 235

14.3.2 转子回路串频敏变阻器启动 236

14.4 改善启动性能的三相鼠笼式异步电动机 237

14.5 异步电动机的调整方法综述 240

14.6 三相异步电动机的变极调速 240

14.6.1 单绕组变极三相异步电动机的变速原理 241

14.6.2 单绕组变极三相异步电动机的转动方向分析 242

14.6.3 变极三相电动机接法及其功率与转矩的关系 242

14.7 异步电动机变频调速 244

14.7.1 从基频向下变频调速 245

14.7.2 从基频向上变频调速 247

14.8 改变定子电压调速 248

14.9 绕线式转子异步电动机调速 249

14.9.1 在转子回路中串电阻调速 249

14.9.2 在转子回路接入附加电势调速——串级调速 251

本章小结 253

习题与思考题 254

15.2.1 一相定子绕组通电时的磁场和机械特性 256

15.2 单相异步电动机的磁场和机械特性 256

15.1 单相异步电动机结构及分类 256

第15章 单相异步电动机 256

15.2.2 两相定子绕组通电时的磁场和机械特性 258

15.3 各种类型的单相异步电动机 258

本章小结 263

习题与思考题 263

第五篇　同步电机 266

第16章 同步电机原理和结构 266

16.1 同步发电机原理简述 266

16.1.1 结构模型 266

16.1.2 工作原理 266

16.1.3 同步电机的运行方式 267

16.2 同步发电机的型式和结构 268

16.2.1 两种基本型式 268

16.2.2 同步电机的结构特点 269

16.2.3 同步发电机励磁方式简介 270

16.3 同步电机额定值和型号 271

16.3.1 额定值 271

16.3.2 国产同步电机型号 272

本章小结 272

习题与思考题 273

17.1.1 空载气隙磁场 274

第17章 同步发电机对称运行分析 274

17.1 空载运行分析 274

17.1.2 空载特性 275

17.2 负载运行和电枢反应分析 276

17.2.1 负载后的磁势分析 276

17.2.2 电枢反应 277

17.2.3 电枢反应电抗和同步电抗 280

17.3 同步发电机的电势方程及相量图 281

17.4 同步发电机的基本特性及电抗测定 283

17.4.1 短路特性 283

17.4.2 利用短路特性和空载特性求同步电抗 284

17.4.3 零功率因数负载特性 285

17.4.4 利用零功率因数特性和空载特性求取同步电抗和漏抗 286

17.4.5 外特性和电压调整率 287

本章小结 289

习题与思考题 289

第18章 同步发电机的并网运行 292

18.1 并联条件及并联方法 292

18.2 功率平衡方程和功角特性 295

18.2.1 功率平衡方程 295

18.2.2 功角及功角特性 296

18.3 并网后有功功率及无功功率的调节、V形曲线 298

18.3.1 有功功率的调节 298

18.3.2 无功功率的调节 299

本章小结 302

习题与思考题 302

第19章 同步电动机 304

19.1 同步电动机工作原理 304

19.2 同步电动机电势平衡和相量图 305

19.3 同步电动机的优缺点 306

19.4 同步电动机的功角特性 307

19.5 同步电动机的异步启动 308

19.6 磁阻同步电动机 309

19.7 开关磁阻电动机简介 310

本章小结 311

习题与思考题 311

第20章 同步发电机不对称运行和暂态过程 313

20.1 不对称运行的分析方法 313

20.2 稳态不对称短路分析 316

20.2.1 单相线对中点短路 316

20.3 三相突然短路分析 317

20.2.2 两相线对线短路 317

20.3.1 分析的基本方法——超导闭合回路磁链不变原则 318

20.3.2 三相突然短路的物理过程 318

20.3.3 瞬态短路时的电抗 320

20.4 突然短路电流 321

20.5 同步电机的振荡 322

20.6 不对称运行和突然短路的影响 323

20.6.1 不对称运行影响 323

20.6.2 突然短路的影响 324

本章小结 324

习题与思考题 325

第21章 电机的发热和冷却过程 326

21.1 电机的发热和冷却过程 326

21.1.1 电机内部散热 326

21.1.2 电机的发热过程 327

21.1.3 电机的冷却过程 329

21.2 电机用绝缘材料和电机的定额 329

21.2.1 电机中常用绝缘材料及其容许的温度限值 329

21.2.2 电机的定额 330

21.3 电机的冷却方式简述 331

本章小结 333

参考文献 335