电机学(孙克军 )（第二版）

全书共7章，内容包括磁路、直流电机、变压器、交流绕组及其电动势和磁动势、异步电机、同步电机和特种电机等。书中主要介绍了直流电机、变压器、异步电机和同步电机稳态运行的基本理论和基本分析方法，同时还介绍了几种特种电机的工作原理、基本结构与用途，以扩大电机学的知识面。本书在编写时适当简化电磁理论的推导，强调理论知识的应用和实际运行问题的分析。在主要章节中配有微课、习题微课，章末附有小结、思考题与习题，并附有习题的参考答案，以利复习和加强训练。

本书可作为普通高等学校电气工程及其自动化、自动化等相关专业的教材，也可作为从事电工技术工作的有关工程技术人员的参考用书。

绪论1

0.1电机在国民经济中的作用1

0.2电机的定义与分类2

0.2.1电机的定义2

0.2.2电机的分类2

0.3电机学课程的性质和学习方法3

0.3.1电机学课程的性质3

0.3.2电机学课程的学习方法3

第1章磁路

1.1磁路的基本知识5

1.1.1磁场5

1.1.2磁路常用物理量6

1.2常用的铁磁材料及其特性8

1.2.1铁磁材料的磁化曲线8

1.2.2铁磁材料的损耗10

1.2.3铁磁材料的分类10

1.3磁路的基本定律11

1.3.1全电流定律11

1.3.2磁路的欧姆定律11

1.3.3磁路的基尔霍夫定律12

1.3.4磁路的基尔霍夫第二定律12

1.3.5电磁感应定律13

1.3.6电磁力定律15

1.4磁路的计算16

1.4.1磁路计算的方法步骤16

1.4.2磁路计算实例17

思考题与习题19

第2章直流电机

2.1直流电机的工作原理和基本结构20

2.1.1直流电机的基本结构20

2.1.2直流发电机的工作原理23

2.1.3直流电动机的工作原理24

2.1.4直流电机的励磁方式25

2.1.5直流电机的特点和用途26

2.1.6直流电机的型号和额定值27

2.2直流电枢绕组28

2.2.1直流电枢绕组常用术语28

2.2.2直流电机电枢绕组的分类30

2.2.3单叠绕组的特点与实例30

2.2.4单波绕组的特点与实例31

2.3空载和负载时直流电机的磁场33

2.3.1空载时直流电机的磁场33

2.3.2负载时直流电机的磁场34

2.3.3交轴电枢反应36

2.3.4直轴电枢反应37

2.4电枢感应电动势和电磁转矩38

2.4.1电枢的感应电动势38

2.4.2直流电机的电磁转矩39

2.5直流发电机40

2.5.1直流发电机的基本方程式40

2.5.2直流发电机的效率特性42

2.5.3他励直流发电机的运行特性43

2.5.4并励直流发电机的自励45

2.5.5并励直流发电机的运行特性46

2.5.6复励直流发电机的外特性46

2.6直流电动机47

2.6.1电机的可逆原理47

2.6.2直流电动机的基本方程式48

2.6.3直流电动机的工作特性50

2.6.4并励直流电动机的机械特性52

2.6.5串励直流电动机的机械特性54

2.6.6复励直流电动机的机械特性55

2.6.7电力拖动系统运行的稳定性56

2.6.8直流电动机的启动57

2.6.9直流电动机的调速59

2.6.10直流电动机的制动61

2.7直流电机的换向64

2.7.1直流电机的换向过程64

2.7.2产生火花的原因65

2.7.3改善换向的措施65

小结68

思考题与习题69

第3章变压器

3.1变压器概述71

3.1.1变压器的用途71

3.1.2变压器的分类71

3.1.3变压器的基本结构72

3.1.4变压器的型号和额定值77

3.2变压器的空载运行79

3.2.1空载运行时的物理现象79

3.2.2变压器中各物理量正方向的规定80

3.2.3变压器空载运行时各物理量之间的关系81

3.2.4变压器空载运行时的电压平衡方程式82

3.2.5变压器的空载电流和励磁电流82

3.2.6变压器空载运行时的等效电路与相量图84

3.3变压器的负载运行84

3.3.1负载运行时的物理过程85

3.3.2磁动势平衡方程式86

3.3.3负载运行时的电压平衡方程式87

3.3.4绕组的折算87

3.3.5绕组折算后变压器的等效电路89

3.3.6绕组折算后变压器的相量图91

3.4变压器的参数测定91

3.4.1空载试验92

3.4.2短路试验93

3.4.3阻抗电压95

3.5变压器的标幺值95

3.5.1基准值的选取与标幺值的计算95

3.5.2采用标幺值的优点96

3.6变压器的运行特性98

3.6.1变压器的外特性98

3.6.2变压器的电压变化率98

3.6.3变压器的效率特性100

3.7三相变压器102

3.7.1三相变压器的磁路系统102

3.7.2三相变压器的电路系统103

3.7.3三相变压器的联结方法和磁路系统对电动势波形的影响109

3.8变压器的并联运行111

3.8.1变压器并联运行的优点111

3.8.2变压器并联运行的条件112

3.8.3变比不等时变压器的并联运行112

3.8.4联结组别不同时变压器的并联运行113

3.8.5短路阻抗不等时变压器的并联运行113

3.9特殊变压器115

3.9.1三绕组变压器115

3.9.2自耦变压器118

3.9.3仪用互感器120

小结122

思考题与习题123

第4章交流绕组及其电动势和磁动势

4.1交流电机的基本工作原理126

4.1.1同步电机的基本工作原理126

4.1.2异步电机的基本工作原理127

4.2交流绕组的基本要求和分类127

4.3三相双层绕组128

4.3.1槽电动势星形图128

4.3.2三相双层叠绕组129

4.3.3三相双层波绕组132

4.4三相单层绕组134

4.4.1三相单层同心式绕组134

4.4.2三相单层链式绕组135

4.4.3三相单层交叉式绕组136

4.5正弦磁场下交流绕组的感应电动势137

4.5.1导体的感应电动势137

4.5.2整距线圈的感应电动势138

4.5.3短距线圈的感应电动势和短矩系数139

4.5.4分布绕组的感应电动势、分布系数和绕组系数139

4.5.5相电动势和线电动势141

4.6感应电动势中的高次谐波142

4.6.1高次谐波电动势142

4.6.2削弱谐波电动势的方法143

4.7通有正弦电流时单相绕组的磁动势145

4.7.1整距线圈的磁动势145

4.7.2整距分布绕组的磁动势146

4.7.3短距分布绕组的磁动势147

4.7.4单相绕组的基波磁动势和脉振磁动势148

4.7.5单相绕组的谐波磁动势148

4.8通有对称三相电流时三相绕组的磁动势149

4.8.1三相绕组的基波合成磁动势149

4.8.2三相合成磁动势中的高次谐波152

小结152

思考题与习题153

第5章异步电机

5.1异步电机的结构和运行状态155

5.1.1异步电机的基本结构155

5.1.2三相异步电机的工作原理158

5.1.3异步电机的运行状态159

5.1.4异步电动机的型号和额定值161

5.2三相异步电动机的基本方程、等效电路和相量图163

5.2.1转子绕组开路时的异步电动机163

5.2.2转子堵转时的异步电动机166

5.2.3转子旋转时的异步电动机170

5.3笼型转子的极数和相数176

5.3.1笼型转子的极数176

5.3.2笼型转子的相数和绕组因数177

5.4异步电动机的功率方程和转矩方程178

5.4.1异步电动机的功率方程178

5.4.2异步电动机的转矩方程180

5.4.3异步电动机的电磁转矩180

5.4.4电磁转矩的物理表达式180

5.5感应电动机参数的测定181

5.5.1空载试验181

5.5.2短路试验182

5.6异步电动机的转矩-转差率曲线183

5.6.1异步电动机电磁转矩的参数表达式183

5.6.2异步电动机的转矩-转差率曲线184

5.6.3异步电动机的机械特性186

5.7异步电动机的工作特性188

5.7.1工作特性的分析189

5.7.2工作特性的求取190

5.8三相异步电动机的启动191

5.8.1笼型三相异步电动机的直接启动191

5.8.2笼型三相异步电动机的降压启动192

5.8.3绕线转子三相异步电动机的启动195

5.8.4改善启动性能的笼型三相异步电动机196

5.9三相异步电动机的调速198

5.9.1异步电动机的变极调速199

5.9.2异步电动机的变频调速200

5.9.3异步电动机的调压调速202

5.9.4绕线转子异步电动机的调速203

5.10三相异步电动机的制动205

5.10.1异步电动机的能耗制动205

5.10.2异步电动机的反接制动206

5.10.3异步电动机的回馈制动208

5.11单相异步电动机209

5.11.1单相异步电动机的基本结构209

5.11.2单相异步电动机的工作原理210

5.11.3单相异步电动机的分类与特点211

5.11.4单相异步电动机的型号211

5.11.5单相异步电动机的机械特性214

5.11.6罩极式单相异步电动机的启动215

5.11.7单相异步电动机的调速216

5.12异步发电机217

5.12.1与电网并联运行的三相异步发电机217

5.12.2单独运行的异步发电机218

小结219

思考题与习题221

第6章同步电机

6.1同步电机的基本结构和运行状态224

6.1.1概述224

6.1.2同步电机的分类225

6.1.3同步电机的工作原理225

6.1.4隐极同步电机的基本结构226

6.1.5凸极同步电机的基本结构228

6.1.6同步电机的运行状态230

6.1.7同步电机的励磁方式231

6.1.8同步电机的额定值232

6.2空载和负载时同步发电机的磁场233

6.2.1空载时同步发电机的磁场233

6.2.2同步发电机的电枢反应234

6.3隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路237

6.3.1不考虑饱和时的电压方程、相量图和等效电路237

6.3.2考虑饱和时的电压方程和相量图240

6.4凸极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路241

6.4.1双反应理论241

6.4.2不考虑饱和时的电压方程、相量图和等效电路242

6.4.3考虑饱和时的电压方程和相量图245

6.5同步发电机的功率方程和转矩方程246

6.5.1同步发电机的功率方程246

6.5.2同步发电机的电磁功率247

6.5.3同步发电机的转矩方程247

6.6同步发电机的运行特性及参数的测定247

6.6.1用空载特性、短路特性求取同步电抗的不饱和值和短路比248

6.6.2用转差法测定同步电抗250

6.6.3零功率因数负载特性及漏电抗的求取251

6.6.4同步发电机的外特性253

6.6.5同步电机的调整特性和效率特性254

6.6.6用电动势-磁动势图求取额定励磁电流和电压调整率255

6.7同步发电机与电网的并联运行256

6.7.1并联运行的条件和方法257

6.7.2与电网并联时同步发电机的功角特性259

6.7.3有功功率的调节和静态稳定262

6.7.4无功功率的调节与V形曲线266

6.8同步电动机与同步补偿机268

6.8.1同步电动机的电压方程和相量图268

6.8.2同步电动机的功角特性269

6.8.3同步电动机的功率方程和转矩方程270

6.8.4同步电动机的工作特性270

6.8.5同步电动机无功功率的调节和V形曲线271

6.8.6同步电动机的启动273

6.8.7同步补偿机275

6.9同步发电机的不对称运行276

6.9.1对称分量法277

6.9.2同步发电机的各相序电动势、相序阻抗和等效电路277

6.9.3各序等效电路279

6.9.4 负序和零序阻抗的测定280

6.9.5不对称运行造成的影响281

小结281

思考题与习题283

第7章特种电机

7.1单相串励电动机285

7.1.1单相串励电动机的用途与特点285

7.1.2单相串励电动机的基本结构285

7.1.3单相串励电动机的工作原理286

7.1.4单相串励电动机的调速287

7.2无刷直流电动机288

7.2.1概述288

7.2.2无刷直流电动机的分类289

7.2.3无刷直流电动机的特点289

7.2.4无刷直流电动机的基本结构290

7.2.5无刷直流电动机的工作原理291

7.3永磁电机292

7.3.1概述292

7.3.2永磁直流电动机293

7.3.3永磁同步电动机294

7.3.4永磁同步发电机297

7.4交流力矩电动机298

7.4.1概述298

7.4.2交流力矩电动机的分类298

7.4.3交流力矩电动机的结构特点298

7.4.4交流力矩电动机的机械特性299

7.4.5力矩电动机的主要应用299

7.5开关磁阻电动机301

7.5.1开关磁阻电动机传动系统的组成301

7.5.2开关磁阻电动机的基本结构与工作原理302

7.5.3开关磁阻电动机的相数与极数的关系303

7.5.4开关磁阻电动机的基本控制方式305

7.5.5开关磁阻电动机的控制系统307

思考题与习题308

参考文献