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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Ф 10

1.2.3　磁场强度H 10

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