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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K83

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ka135

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