电机学

前言

第1章机电能量转换及转矩生成1

1.1磁场、磁路与磁能1

1.1.1单线圈励磁1

1.1.2双线圈励磁7

1.2机电能量转换原理8

1.3电磁转矩的生成14

1.3.1“场”的观点15

1.3.2“Bli”观点19

1.3.3由转换功率求取电磁转矩20

1.4空间矢量21

1.4.1磁动势矢量22

1.4.2电流矢量25

1.4.3磁链矢量26

1.4.4电压矢量28

1.5空间矢量与转矩生成28

1.5.1定、转子面电流及气隙磁场28

1.5.2气隙内磁场强度的分布30

1.5.3磁链矢量与转矩生成31

1.5.4电流矢量与转矩生成33

1.5.5能量流传与转换34

例题37

习题42

第2章直流电机44

2.1直流电机的工作原理和基本结构44

2.1.1直流电机的工作原理44

2.1.2直流电机的基本结构45

2.2直流电枢绕组47

2.2.1电枢绕组的构成47

2.2.2电枢绕组的节距48

2.2.3单叠绕组的构成49

2.2.4单波绕组的构成51

2.3直流电机的磁场53

2.4电枢的感应电动势和电磁转矩56

2.4.1电枢绕组的感应电动势56

2.4.2电枢的电磁转矩57

2.4.3直流电机的励磁方式和额定值58

2.5直流电机的基本方程59

2.5.1直流电动机的电压方程59

2.5.2直流发电机的电压方程60

2.5.3电磁功率与转换功率61

2.5.4功率方程和转矩方程62

2.5.5运动方程65

2.5.6直流电机的可逆性65

2.6直流电机的运行特性66

2.6.1直流发电机的运行特性66

2.6.2直流电动机的运行特性69

2.7直流电机的换向71

2.8直流电动机的换向器绕组73

2.9一般化电机77

2.10直流电动机运动控制82

2.10.1电动机运动控制及基本要求82

2.10.2电力传动采用的自控理论与分析方法85

2.10.3他励直流电动机的运动方程和动态结构图87

2.10.4单闭环直流调速系统89

2.10.5转速、电流双闭环直流调速系统95

2.11永磁无刷直流电动机99

2.11.1工作原理99

2.11.2基本结构102

2.11.3电压方程和机械特性106

2.11.4转矩波动分析109

例题112

习题114

第3章交流电机理论的基本问题116

3.1交流绕组的构成116

3.1.1三相双层绕组116

3.1.2三相单层绕组121

3.2交流绕组的电动势123

3.2.1整距集中绕组的感应电动势123

3.2.2短距绕组的感应电动势、基波节距因数125

3.2.3分布绕组的感应电动势、基波分布因数125

3.2.4相绕组的感应电动势与基波绕组因数126

3.2.5高次谐波电动势与谐波绕组因数127

3.3单相绕组的磁动势128

3.3.1整距集中绕组的磁动势128

3.3.2短距集中绕组的磁动势130

3.3.3整距分布绕组的磁动势131

3.3.4短距分布绕组的磁动势133

3.3.5单、双层相绕组的磁动势135

3.4三相绕组的磁动势136

3.4.1三相绕组的基波合成磁动势136

3.4.2通入对称三相电流时的三相绕组基波合成磁动势137

3.4.3三相绕组合成磁动势波及其谐波142

3.4.4非正弦电流下交流绕组的磁动势144

3.4.5非对称电流下交流绕组的磁动势145

3.5三相绕组的电流、磁链、电动势和电压矢量146

3.5.1三相绕组的电流矢量146

3.5.2三相绕组的磁链矢量148

3.5.3三相绕组的电动势矢量151

3.5.4三相绕组的电压矢量153

3.6坐标变换与矢量变换157

3.6.1静止ABC轴系与静止DQ0轴系间的变换157

3.6.2静止ABC轴系到旋转dq0轴系的变换161

3.6.3MT0变换169

3.7交流电动机的电磁转矩及其控制170

3.7.1隐极式交流电动机的电磁转矩170

3.7.2凸极式交流电动机的电磁转矩175

3.7.3三相交流电动机电磁转矩的通用表达式178

3.7.4交流电动机产生恒定转矩的条件179

3.7.5交流电动机的转矩控制179

例题180

习题183

第4章同步电机186

4.1同步电机的基本结构、励磁方式和额定值186

4.1.1基本结构186

4.1.2励磁方式189

4.1.3额定值189

4.2隐极同步电机的定子电压矢量和相量方程、相矢图和等效电路190

4.2.1隐极同步电机的主极磁动势、空载特性和电枢反应190

4.2.2不考虑磁饱和时191

4.2.3考虑磁饱和时195

4.3凸极同步电动机的定子电压矢量和相量方程、相矢图和等效电路196

4.3.1不考虑磁饱和时196

4.3.2考虑磁饱和时199

4.4同步电动机的电磁功率和功率方程、电磁转矩和转矩方程200

4.5永磁同步电动机204

4.6同步电动机的运行特性208

4.7同步发电机的电压矢量和相量方程、相矢图和等效电路212

4.7.1隐极同步发电机的电压矢量和相量方程、相矢图和等效电路212

4.7.2凸极同步发电机的电压相量方程和相量图214

4.8同步发电机的功率方程、转矩方程和功角特性216

4.9同步发电机与电网的并网运行218

4.9.1功角特性218

4.9.2有功功率和无功功率的调节219

4.9.3并网运行时的静态稳定222

4.9.4同步发电机投入并联的条件和方法223

4.10同步发电机的运行特性224

4.11同步电机参数的测定227

4.12同步发电机的三相突然短路230

4.12.1电阻与电感串联电路与正弦电动势的接通231

4.12.2三相突然短路的瞬态电磁过程232

4.12.3直轴瞬态电抗X′d和超瞬态电抗X″d233

4.12.4超瞬态时间常数T″d、瞬态时间常数T′d和电枢时间常数Ta236

4.12.5考虑阻尼绕组影响时的突然短路电流238

4.13同步发电机的动态分析239

4.13.1隐极同步发电机239

4.13.2凸极同步发电机243

例题247

习题251

第5章感应电机254

5.1感应电机的结构254

5.2感应电动机的工作

……

第10章变压器412 10.1变压器的空载运行412 10.2变压器负载运行时的基本方程417 10.3变压器的等效电路和相量图419 10.4变压器等效电路的参数测定422 10.5三相变压器423 10.5.1三相变压器的磁路系统423 10.5.2三相变压器绕组的联结和标号424 10.5.3绕组接法和磁路结构对二次电压波形的影响427 10.5.4变压器额定值429 10.6标幺值429 10.7变压器的运行特性430 10.7.1电压调整率和外特性431 10.7.2效率和效率特性432 10.8变压器的并联运行433 10.8.1理想的并联运行433 10.8.2理想并联运行需要满足的条件434 10.9三绕组变压器、自耦变压器和仪用互感器436 10.9.1三绕组变压器436 10.9.2自耦变压器438 10.9.3仪用互感器441 例题442 习题446 附录449 附录A同步发电机的不对称运行449 A.1对称分量法449 A.2同步发电机的各序阻抗和等效电路450 A.3同步发电机的单相短路452 A.4同步发电机的线间短路453 附录B三相变压器的不对称运行454 B.1三相变压器的各相序阻抗和等效电路454 B.2Yyn联结变压器的单相负载运行455 参考文献458