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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8

第1章 电磁学的基本知识与基本定律9

1.1 电路的基本定律10

1.1.1 基尔霍夫电流定律10

1.1.2 基尔霍夫电压定律10

1.2 磁场的基本知识10

1.2.1 磁感应强度10

1.2.2 磁通11

1.2.3 磁场强度11

1.3 电磁学的基本定律11

1.3.1 电生磁的基本定律——安培环路定理11

1.3.2 磁生电的基本定律——法拉第电磁感应定律12

1.3.3 毕-萨电磁力定律13

1.3.4 磁路的欧姆定律与线圈电感的表达式13

1.4 常用磁性材料及其特性16

1.4.1 磁滞回线与磁化曲线17

1.4.2 软磁材料与硬磁材料18

1.4.3 铁磁材料中的铁耗19

1.4.4 永久磁铁的去磁曲线与各种永磁材料的特点19

1.4.5 永久磁铁组成磁路的分析方法21

本章小结23

思考题23

练习题24

第2章 直流电机的建模与特性分析26

2.1 直流电机的基本运行原理与结构27

2.1.1 直流电机的基本运行原理27

2.1.2 直流电机的结构29

2.2 直流电机的额定数据30

2.3 直流电机的电枢绕组——电路构成31

2.3.1 对直流电枢绕组的要求31

2.3.2 直流电机的简单绕组31

2.3.3 直流电枢绕组的基本型式32

2.4 直流电机的各种励磁方式与磁场36

2.4.1 直流电机的各种励磁方式36

2.4.2 直流电机的空载主磁场37

2.4.3 直流电机负载后的电枢反应磁场40

2.4.4 直流电机负载后的气隙磁场43

2.5 直流电机的感应电势、电磁转矩与电磁功率44

2.5.1 正、负电刷之间感应电势的计算44

2.5.2 电磁转矩的计算45

2.5.3 直流电机的电磁功率46

2.6 直流电机的电磁关系、基本方程式和功率流程图46

2.6.1 他励直流电机的基本电磁关系47

2.6.2 直流电机的基本方程式与等效电路47

2.6.3 直流电机的功率流程图51

2.7 直流发电机的运行特性及自励建压过程53

2.7.1 直流发电机的运行特性53

2.7.2 并励和复励直流发电机空载电压的建立56

2.8 他励直流电动机的运行特性57

2.8.1 他励直流电动机的工作特性57

2.8.2 他励直流电动机的机械特性60

2.8.3 他励直流电动机的人为机械特性61

2.9 串励直流电动机的机械特性66

2.9.1 串励直流电动机的固有机械特性66

2.9.2 串励直流电动机的人为机械特性67

2.10 复励直流电动机的机械特性68

2.11 直流电机的换向69

本章小结72

思考题75

练习题76

第3章 直流电机的电力拖动79

3.1 电力拖动系统的动力学方程式80

3.1.1 单轴电力拖动系统的动力学方程式80

3.1.2 多轴电力拖动系统的等效81

3.2 各类生产机械的负载转矩特性86

3.3 电力拖动系统的稳定运行条件88

3.3.1 稳态运行点与稳定运行的概念88

3.3.2 电力拖动系统的稳定运行条件90

3.4 直流电力拖动系统动态过程的一般分析与计算91

3.4.1 直流电动机电力拖动系统的动态数学模型91

3.4.2 直流电力拖动系统动态过程的一般分析计算93

3.5 直流电动机的起动98

3.6 直流电动机的调速100

3.6.1 调速系统的性能指标100

3.6.2 他励直流电动机常用的调速方法102

3.6.3 调速方式与负载类型的配合105

3.7 他励直流电动机的制动108

3.7.1 能耗制动109

3.7.2 反接制动112

3.7.3 回馈制动116

3.8 直流电机的供电电源与各种类型的直流电力拖动系统121

3.8.1 直流发电机-直流电动机组成的电力拖动系统121

3.8.2 相控变流器-直流电机组成的电力拖动系统122

3.8.3 直流斩波器-直流电机组成的电力拖动系统124

3.9 直流电力拖动系统的四象限运行127

3.9.1 他励直流电机四象限运行时的机械特性及其工作状态127

3.9.2 各类直流电力拖动系统四象限运行时的工作状态128

3.9.3 直流电力拖动系统四象限运行时转矩与转速的能力曲线及安全运行区133

本章小结134

思考题136

练习题138

第4章 变压器的建模与特性分析140

4.1 变压器的基本工作原理与结构141

4.1.1 变压器的基本工作原理141

4.1.2 变压器的结构142

4.2 变压器的额定值144

4.3 变压器的空载运行分析145

4.3.1 变压器空载运行时的电磁关系145

4.3.2 磁路的电参数等效146

4.3.3 变压器的空载电压平衡方程式、相量图及等值电路图148

4.4 变压器的负载运行分析149

4.4.1 变压器负载运行时的磁势平衡方程式149

4.4.2 变压器负载后副边漏磁路的电参数等效150

4.4.3 变压器负载运行时的电磁关系151

4.5 变压器的基本方程式、等值电路与相量图151

4.5.1 变压器负载运行时的基本方程式151

4.5.2 变压器负载运行时的等值电路152

4.5.3 变压器负载运行时的相量图154

4.6 变压器等值电路参数的试验测定155

4.6.1 空载试验155

4.6.2 短路试验156

4.7 变压器稳态运行特性的计算158

4.7.1 变压器的外特性与电压变化率158

4.7.2 变压器的效率特性160

4.8 三相变压器的特殊问题165

4.8.1 三相变压器的绕组连接方式与连接组165

4.8.2 三相变压器的磁路结构171

4.8.3 三相变压器的绕组连接与磁路结构的正确配合问题172

4.9 电力拖动系统中的特殊变压器176

4.9.1 自耦变压器176

4.9.2 互感器177

本章小结179

思考题181

练习题182

第5章 三相异步电机的建模与特性分析184

5.1 三相异步电机的基本运行原理185

5.1.1 旋转磁场的基本概念186

5.1.2 三相异步电机的基本运行原理188

5.1.3 三相异步电机的转差率与三种运行状态189

5.2 三相异步电机的结构与额定数据191

5.2.1 三相异步电机的结构191

5.2.2 三相异步电动机的额定数据193

5.3 三相交流电机的定子绕组194

5.3.1 对三相交流电机绕组的基本要求194

5.3.2 交流绕组的几个术语194

5.3.3 三相单层分布绕组196

5.3.4 三相双层分布绕组198

5.4 三相交流电机定子绕组感应电势的计算200

5.4.1 交流电机的磁场200

5.4.2 导体的感应电势201

5.4.3 整距线圈的感应电势202

5.4.4 短距线圈的感应电势203

5.4.5 线圈组的感应电势204

5.4.6 相绕组的感应电势206

5.4.7 三相绕组的连接与线电势206

5.5 三相交流电机的定子磁势与磁场207

5.5.1 单个线圈所产生的磁势207

5.5.2 单个线圈组所产生的磁势210

5.5.3 单相绕组所产生的磁势211

5.5.4 三相绕组所产生的基波合成磁势213

5.5.5 三相绕组所产生的高次谐波合成磁势217

5.6 三相交流电机的综合矢量与坐标变换218

5.6.1 两相对称绕组所产生的基波合成磁势218

5.6.2 三相交流电机的综合矢量与坐标变换219

5.7 三相异步电动机的电磁关系225

5.7.1 三相异步电动机空载时的电磁关系225

5.7.2 三相异步电动机转子堵转时的电磁关系227

5.7.3 三相异步电动机负载时的电磁关系228

5.8 三相异步电动机的基本方程式、等效电路与相量图230

5.8.1 三相异步电动机的基本方程式230

5.8.2 转子侧各物理量的折算231

5.8.3 三相异步电机的等效电路和相量图233

5.9 三相异步电动机的功率流程图与转矩平衡方程式235

5.9.1 功率流程图235

5.9.2 转矩平衡方程式236

5.10 三相异步电动机等效电路参数的试验测定238

5.10.1 空载试验238

5.10.2 堵转（或短路）试验239

5.11 三相异步电动机的运行特性240

5.11.1 三相异步电动机的工作特性240

5.11.2 三相异步电动机的机械特性242

5.11.3 三相异步电动机的人为机械特性246

本章小结249

思考题253

练习题255

第6章 三相异步电动机的电力拖动257

6.1 三相异步电动机的起动258

6.1.1 三相鼠笼式异步电动机的直接起动259

6.1.2 三相鼠笼式异步电动机的降压起动259

6.1.3 三相鼠笼式异步电动机的软起动262

6.1.4 高起动性能的特殊鼠笼式异步电动机264

6.1.5 三相绕线式异步电动机的起动265

6.2 三相异步电动机的调速267

6.2.1 变极调速267

6.2.2 变频调速271

6.2.3 改变转差率的调速292

6.2.4 基于综合矢量控制的高性能交流调速系统方案301

6.3 三相异步电动机的制动314

6.3.1 能耗制动314

6.3.2 反接制动317

6.3.3 回馈制动319

6.4 交流电力拖动系统的四象限运行323

6.4.1 三相异步电机四象限运行时的机械特性及其工作状态323

6.4.2 变流器供电下三相异步电机的制动与可四象限运行的变流器324

本章小结326

思考题329

练习题330

第7章 三相同步电机的建模与特性分析333

7.1 三相同步电机的基本运行原理、结构与定额334

7.1.1 三相同步电机的基本运行原理334

7.1.2 同步电机的结构336

7.1.3 同步电机的三种运行状态336

7.1.4 同步电机的额定数据338

7.2 三相同步电机的电磁关系338

7.2.1 三相同步电机空载时的电磁关系338

7.2.2 三相同步电机负载后的电枢反应339

7.2.3 三相同步电机负载后的电磁关系343

7.3 三相同步电机的基本方程式、等值电路与相量图345

7.3.1 隐极式同步电机的基本方程式、等值电路与相量图345

7.3.2 凸极同步电机的基本方程式、等值电路和相量图347

7.4 三相同步电动机的矩角特性与V形曲线349

7.4.1 同步电动机的矩角特性349

7.4.2 三相同步电动机的V形曲线与功率因数的调节356

7.5 三相磁阻式同步电动机361

7.6 三相同步电动机的转速特性363

本章小结363

思考题366

练习题367

第8章 三相同步电机的电力拖动370

8.1 三相同步电动机的起动371

8.1.1 自耦调压器的降压起动371

8.1.2 辅助电动机的起动372

8.1.3 变频起动373

8.2 三相同步电动机的调速373

8.2.1 三相同步电动机变频调速时的矩角特性373

8.2.2 三相同步电动机变频调速时的机械特性376

8.3 三相同步电动机的制动379

8.4 三相同步电动机的控制方式380

8.4.1 他控式同步电动机380

8.4.2 自控式同步电动机382

本章小结384

思考题386

练习题387

第9章 三相永磁同步电机的建模与分析388

9.1 正弦波永磁同步电机的建模与分析389

9.1.1 正弦波PMSM的基本运行原理389

9.1.2 正弦波PMSM的定子绕组型式390

9.1.3 正弦波PMSM的转子结构特点与矩角特性393

9.1.4 正弦波PMSM的控制396

9.1.5 正弦波PMSM控制系统的组成402

9.2 永磁无刷直流电机的建模与分析403

9.2.1 BLDCM的组成与基本运行原理404

9.2.2 BLDCM的定子绕组型式405

9.2.3 BLDCM的电磁关系409

9.2.4 BLDCM转子位置的检测与正反转四象限运行413

9.2.5 BLDCM的数学模型与机械特性420

9.2.6 BLDCM的调速方式与负载能力曲线422

9.2.7 BLDCM调速系统的组成425

9.3 BLDCM与PMSM的比较425

本章小结427

思考题428

练习题429

第10章 变磁阻（双凸极）电机的建模与分析431

10.1 预备知识432

10.1.1 机电系统的能量守恒定律432

10.1.2 利用磁场储能和磁共能对电磁转矩的计算433

10.2 开关磁阻电机的建模与分析436

10.2.1 SRM的结构与基本运行原理437

10.2.2 SRM的供电变流器及其类型443

10.2.3 SRM的控制方式444

10.2.4 SRM的数学模型449

10.2.5 SRM的定子磁链与电磁转矩451

10.2.6 SRM的能量转换与定子磁链-电流图452

10.2.7 SRM的机械特性与各种运行区458

10.2.8 SRM组成的传动系统459

10.3 步进电动机的建模与分析466

10.3.1 步进电动机的基本运行原理467

10.3.2 步进电动机的类型与结构469

10.3.3 步进电动机的运行特性与主要参数471

10.3.4 步进电机的驱动475

本章小结483

思考题485

练习题486

第11章 驱动与控制用微特电机487

11.1 单相异步电动机487

11.1.1 单相绕组通电时异步电动机的磁场与机械特性488

11.1.2 两相绕组通电时异步电动机的磁场与机械特性491

11.1.3 单相异步电动机的类型493

11.2 伺服电动机496

11.2.1 直流伺服电动机497

11.2.2 交流伺服电动机498

11.2.3 力矩电动机503

11.3 测速发电机504

11.3.1 直流测速发电机504

11.3.2 交流测速发电机505

11.4 自整角机507

11.4.1 力矩式自整角机507

11.4.2 控制式自整角机511

11.5 旋转变压器514

11.5.1 工作原理515

11.5.2 旋转变压器的应用518

11.6 直线电动机520

11.6.1 直线直流电动机520

11.6.2 直线异步电动机521

11.6.3 直线步进电动机523

本章小结524

思考题527

练习题528

第12章 电力拖动系统的方案与电动机选择529

12.1 电力拖动系统的方案选择530

12.1.1 电力拖动系统的供电电源530

12.1.2 电力拖动系统稳定性的考虑530

12.1.3 调速方案的选择531

12.1.4 起、制动和正、反转与相应方案的选择532

12.1.5 电力拖动系统经济性指标的考虑534

12.2 电动机的一般选择535

12.2.1 额定电压的选择535

12.2.2 额定转速的选择536

12.2.3 结构形式的选择536

12.3 电机的发热与冷却537

12.3.1 电机的发热过程537

12.3.2 电机的冷却过程538

12.3.3 电动机的额定功率与允许温升之间的关系538

12.4 电动机的工作制539

12.4.1 连续工作制539

12.4.2 短时工作制539

12.4.3 断续周期性工作制540

12.5 电动机额定功率的选择540

12.5.1 几种常用生产机械负载功率的计算541

12.5.2 电动机发热的校验542

本章小结554

思考题555

练习题555

参考文献557