本书以电机与电力拖动为核心主线,系统阐述典型电机的电磁理论、运行原理及特性,涵盖电机选型、调速控制、拖动系统设计等内容,着重介绍变压器、三相异步电机、三相同步电机、直流电机的工作机理和工程运用,分析电力拖动系统的组成、启动调速特性、性能指标及控制与驱动技术。并以此为基础,讲解直线电机、伺服电机等微控电机技术和智能控制算法等前沿内容,构建“理论技术场景”三维融合知识体系,涵盖基础理论、新型技术和工程应用背景,覆盖传统电机到智能驱动的全链条。
本书采用模块化结构编排,各模块内容既相互独立,又在内在逻辑上相互呼应、紧密联系、逐步深入,不仅包括四种典型电机的静态和动态数学模型、控制技术,而且有机融入非晶合金变压器、立体卷铁心变压器、超导变压器、单相异步电动机、伺服电动机、直线电动机等新型变压器和微控电机的原理、特性及典型应用案例。通过理论推演与工程实践相融合,动态引领读者由浅入深、循序渐进地探索机电能量转换的过程,以及电磁感应定律在工业制造、交通运输、家用电器、绿色能源与医疗设备等领域的重要应用。
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火箭军工程大学副教授公开出版教材4部,训练教材13部,发表论文20余篇,授权发明及实用新型专利10项,软件著作权5项;“电力工程专业”省级教学团队骨干成员,《电机与拖动》校级金课及重点课程建设负责人,获大学教学比赛各类奖项10余项。
目录
绪论001
0.1电机及电力拖动系统概述001
0.1.1电机基本概念及作用001
0.1.2电机与电力拖动系统发展简史002
0.2课程研究内容及学习方法005
0.2.1课程研究内容005
0.2.2学习方法建议005
第1章电机及拖动基础理论007
1.1电磁基本概念007
1.1.1磁场的常用物理量007
1.1.2磁路的概念009
1.2铁磁材料性质009
1.2.1高磁导性010
1.2.2磁饱和性010
1.2.3磁滞性011
1.2.4铁心损耗011
1.3基本定律013
1.3.1电磁感应定律013
1.3.2基尔霍夫磁路第一定律014
1.3.3安培环路定律014
1.3.4磁路欧姆定律015
1.3.5电、磁和力的关系019
1.4本章小结020
习题020
第2章变压器022
2.1概述022
2.1.1基本结构022
2.1.2铭牌025
2.2变压器空载运行028
2.2.1电磁关系028
2.2.2数学模型029
2.3变压器的负载运行036
2.3.1电磁关系036
2.3.2数学模型038
2.4变压器参数测定044
2.4.1空载测试044
2.4.2短路测试046
2.4.3标幺值048
2.5变压器运行特性053
2.5.1电压变化率053
2.5.2效率056
2.6三相变压器059
2.6.1三相变压器的磁路系统059
2.6.2三相变压器的电路系统060
2.6.3三相变压器并联运行066
2.7自耦变压器和仪用互感器071
2.7.1自耦变压器071
2.7.2电压互感器073
2.7.3电流互感器074
2.8新型变压器075
2.8.1非晶合金变压器075
2.8.2立体卷铁心变压器077
2.8.3超导变压器078
2.9本章小结079
习题080
第3章交流电机电枢绕组的感应电动势和磁动势082
3.1交流电机电枢绕组082
3.1.1交流电机电枢绕组基本概念082
3.1.2三相单层绕组086
3.1.3三相双层绕组089
3.2交流电机电枢绕组的感应电动势091
3.2.1正弦磁场下绕组的感应电动势091
3.2.2非正弦磁场下绕组的感应电动势096
3.3交流电机电枢绕组的磁动势099
3.3.1单相绕组的磁动势099
3.3.2脉振磁势分解为两个圆形旋转磁势105
3.3.3三相绕组的合成磁动势108
3.4本章小结114
习题114
第4章三相异步电动机117
4.1三相异步电动机基本结构与工作原理117
4.1.1三相异步电动机的基本结构117
4.1.2三相异步电动机的基本工作原理119
4.1.3三相异步电动机的铭牌122
4.2三相异步电动机转子堵转时的电磁关系124
4.2.1磁势平衡式和电压平衡式124
4.2.2数学模型126
4.3三相异步电动机转子旋转时的电磁关系128
4.3.1转子转动后对转子侧物理量的影响128
4.3.2数学模型129
4.4三相异步电动机的功率与转矩133
4.4.1功率关系和转矩关系133
4.4.2电磁转矩物理表达式135
4.5三相异步电动机的机械特性136
4.5.1电磁转矩参数表达式136
4.5.2机械特性137
4.6本章小结141
习题142
第5章三相异步电动机的电力拖动145
5.1电力拖动系统动力学145
5.1.1电力拖动系统的运动方程式145
5.1.2电力拖动系统稳定运行的条件148
5.2三相异步电动机的启动149
5.2.1三相异步电动机直接启动150
5.2.2三相鼠笼式异步电动机降压启动151
5.2.3三相绕线式异步电动机的启动153
5.3三相异步电动机的调速155
5.3.1三相异步电动机调速方法概述155
5.3.2变极调速155
5.3.3变频调速156
5.3.4变转差率调速159
5.4三相异步电动机的制动161
5.4.1反接制动162
5.4.2回馈制动162
5.4.3能耗制动163
5.5本章小结164
习题164
第6章三相同步电机168
6.1三相同步电机基本结构与分类168
6.1.1三相同步电机基本结构168
6.1.2三相同步电机的分类171
6.1.3三相同步电机的励磁系统172
6.2三相同步发电机工作原理和电枢反应173
6.2.1三相同步电机基本工作原理173
6.2.2三相同步发电机的空载运行174
6.2.3三相同步发电机的电枢反应175
6.3三相同步发电机的稳定运行178
6.3.1隐极式同步发电机稳态运行分析178
6.3.2凸极式同步发电机稳态运行分析181
6.4三相同步发电机的功率和转矩186
6.4.1功率平衡方程186
6.4.2电磁功率与功角特性187
6.4.3电磁转矩与矩角特性189
6.5三相同步发电机与电网的并联运行190
6.5.1并联运行的条件191
6.5.2并联运行的方法192
6.5.3有功功率的调节与稳定问题193
6.5.4无功功率的调节与V形曲线196
6.6本章小结198
习题199
第7章直流电机203
7.1直流电机工作原理203
7.1.1直流电动机工作原理203
7.1.2直流发电机工作原理204
7.2直流电机的基本结构205
7.2.1直流电机的基本结构205
7.2.2直流电机的电枢绕组207
7.2.3直流电机的励磁方式210
7.3直流电机的磁场和电枢反应212
7.3.1直流电机的空载磁场212
7.3.2直流电机的电枢反应212
7.4直流电机的感应电动势和转矩214
7.4.1直流电机的感应电动势214
7.4.2直流电机的转矩215
7.5直流电动机运行分析216
7.5.1直流电动机的基本方程216
7.5.2直流电动机工作特性218
7.6本章小结220
习题220
第8章微控电机223
8.1单相异步电动机223
8.1.1单相异步电动机的工作原理223
8.1.2单相异步电动机的分类和启动方法225
8.1.3单相异步电动机的应用228
8.2伺服电动机228
8.2.1交流伺服电动机的工作原理228
8.2.2直流伺服电动机的工作原理230
8.2.3伺服电动机的应用231
8.3直线电动机232
8.3.1直线电动机的工作原理232
8.3.2直线电动机的分类和结构233
8.3.3直线电动机的应用235
8.4本章小结236
习题237
主要参考文献239