電機與拖動基礎

本書的主要內容包括電機中的電磁學、電力拖動系統動力學、變壓器、直流電機原理及電力拖動、交流繞組的電動勢和磁動勢、三相異步電機的原理及各種運行方式、交流電機拖動系統的速度調節、 同步電機的運行原理、電力拖動系統電機的選擇、控制電機、特種電機等。 ^[1] 

本書可作為自動化、電氣工程及其自動化等本科專業的基礎課教材，也可作為運動控制領域的基礎教材，同時對電力拖動系統領域的工程技術人員也具有重要的參考價值。 ^[1] 

第1章 電機中的電磁學基本知識 1

1.1 磁路的基本知識 1

1.1.1 電路與磁路 1

1.1.2 電機電器中的磁路 1

1.1.3 電氣設備中磁動勢的產生 2

1.2 磁場的基本知識 2

1.2.1 磁感應強度B 2

1.2.2 磁通Φ 3

1.2.3 磁場強度H 3

1.3 電磁學的基本定律 3

1.3.1 安培環路定律——描述電流產生磁場的規律 3

1.3.2 電磁感應定律——描述磁場產生電勢的規律 4

1.3.3 畢 - 薩電磁力定律——描述電磁作用產生力的規律 5

1.3.4 磁路歐姆定律 6

1.3.5 磁路基爾霍夫第一定律 6

1.3.6 磁路基爾霍夫第二定律 7

1.4 鐵磁材料 7

1.4.1 鐵磁材料的磁化 7

1.4.2 起始磁化曲線、 磁滯回線、 基本磁化曲線 8

1.4.3 軟磁材料和硬磁材料 9

1.4.4 磁滯損耗和渦流損耗 9

1.5 簡單磁路的計算 10

1.5.1 直流磁路 10

1.5.2 交流磁路 12

1.6 永磁材料的應用與特點 13

小結 14

思考題 14

習題 15

第2章 電力拖動系統動力學 17

2.1 電力拖動系統運動方程及轉矩符號分析 17

2.1.1 電力拖動系統運動方程 17

2.1.2 運動方程式中轉矩的符號分析 18

2.2 複雜電力拖動系統的簡化 18

2.2.1 工作機構為旋轉運動的簡化 19

2.2.2 工作機構為直線運動的簡化 21 ^[1] 

2.3 電力拖動系統的負載特性 22

2.3.1 恆轉矩負載特性 23

2.3.2 恆功率負載特性 23

2.3.3 風機、 泵類負載的轉矩特性 24

*2.3.4 電力拖動交通車輛的阻力曲線 25

2.4 電力拖動系統穩定運行的條件 26

小結 27

思考題 27

習題 28

第3章 直流電機 31

3.1 直流電機的工作原理及結構 31

3.1.1 直流電機的工作原理及電路符號 31

3.1.2 直流電機的主要結構部件 33

3.1.3 直流電機的銘牌數據 37

3.2 直流電機的電樞繞組 38

3.2.1 電樞繞組的特點 38

3.2.2 單疊繞組 39

*3.2.3 單波繞組 42

3.3 直流電機電樞磁動勢對電機運行的影響 44

3.3.1 直流電機的磁路、 磁密與磁通 45

3.3.2 直流電機的空載磁場及磁化曲線 45

3.3.3 直流電機的勵磁方式 47

3.3.4 直流電機負載時電樞磁動勢對電機運行的影響 47

3.4 直流電機的電樞電動勢與電磁轉矩 50

3.4.1 電樞電動勢 50

3.4.2 電磁轉矩 51

3.5 直流電機的運行原理 52

3.5.1 直流電機的可逆原理 52

3.5.2 直流電機的基本方程 53

3.5.3 直流電機的工作特性 56

3.5.4 直流發電機的工作特性 59

*3.6 直流電機換向 61

小結 64

思考題 64

習題 66

第4章 直流電機的電力拖動 69

4.1 他勵直流電機的機械特性 69

4.1.1 機械特性的一般表達式 69

4.1.2 固有機械特性 71

4.1.3 人為機械特性 71 ^[1] 

4.2 他勵直流電機拖動時的運行狀態 75

4.2.1 他勵直流電機的啓動和反轉 75

4.2.2 他勵直流電機的調速 78

4.2.3 他勵直流電機的制動 80

*4.2.4 電力拖動系統的過渡過程 89

4.3 其他直流電機的運行機械特性 91

4.3.1 串勵直流電機的機械特性 91

4.3.2 復勵直流電機的機械特性 92

4.4 直流電機拖動系統的控制方法 93

4.4.1 電力拖動調速系統的性能指標 93

*4.4.2 調速控制 95

*4.4.3 轉矩控制 97

小結 97

思考題 98

習題 99

第5章 變壓器 103

5.1 變壓器概述 103

5.1.1 變壓器的工作原理 103

5.1.2 變壓器的基本結構 104

5.1.3 變壓器的型號與額定參數 107

5.1.4 變壓器的分類 108

5.2 變壓器的空載運行 109

5.2.1 變壓器空載運行原理 109

5.2.2 變壓器空載運行時的電勢、 電流及漏電抗 110

5.2.3 變壓器空載運行時的電壓方程、 相量圖和等效電路 114

5.3 變壓器的負載運行 116

5.3.1 負載時的磁動勢平衡方程及一、 二次側電流關係 116

5.3.2 負載時變壓器的電壓方程 117

5.4 變壓器的等效電路和相量圖 118

5.4.1 繞組折算 118

5.4.2 變壓器負載時的等效電路 120

5.4.3 變壓器負載時的相量圖 122

5.4.4 理想變壓器 124

5.5 變壓器的參數測定與應用 125

5.5.1 變比K、 鐵耗pFe、勵磁阻抗Zm的測定——空載試驗 125

5.5.2 銅耗和短路參數的測定——短路試驗 126

5.5.3 阻抗電壓 127

5.5.4 變壓器的工程應用 128

5.6 三相變壓器 129 ^[1] 

5.6.1 三相變壓器的磁路系統 130

5.6.2 三相變壓器的電路系統 131

5.6.3 連接組和磁路結構對電壓波形的影響 134

5.7 變壓器的穩態運行 136

5.7.1 變壓器的運行特性 136

5.7.2 變壓器的效率 138

*5.8 變壓器參數的標幺值與變壓器的並聯運行 142

5.8.1 標幺值 142

5.8.2 變壓器的並聯運行 143

5.9 自耦變壓器與互感器 146

5.9.1 自耦變壓器 146

5.9.2 多繞組變壓器 149

5.9.3 電壓互感器和電流互感器 149

小結 151

思考題 152

習題 153

第6章 交流繞組的電動勢及磁動勢 157

6.1 交流繞組的基本概念 157

6.1.1 交流繞組的基本知識和基本量 157

6.1.2 交流繞組的排列和連接——單層繞組 159

6.1.3 三相雙層疊繞組 162

6.2 單相交流繞組產生的磁動勢 163

6.2.1 整距線圈的磁動勢 164

6.2.2 線圈組的磁動勢 166

6.2.3 短距線圈組的磁動勢 168

6.2.4 相繞組的磁動勢及其性質 169

6.3 三相交流繞組的合成磁動勢 170

6.3.1 三相繞組的基波合成磁動勢 171

6.3.2 三相繞組的諧波磁動勢 175

6.4 三相交流繞組的電動勢 176

6.4.1 線圈的感應電動勢 176

6.4.2 線圈組的感應電動勢 179

6.4.3 相繞組的感應電動勢 180

*6.4.4 繞組的諧波電動勢 181

小結 183

思考題 184

習題 184 ^[1]