電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)教程

緒論

0.1 電能與電機(jī)

0.1.1 電能的特點(diǎn)及應(yīng)用

0.1.2 電機(jī)的概念及發(fā)展

0.2 電機(jī)及電力拖動系統(tǒng)

0.3 本課程的內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法

第1章 磁路及動力學(xué)基礎(chǔ)知識

1.1 磁路和磁路基本定律

1.1.1 描述磁場的基本物理量

1.1.2 電磁感應(yīng)定律

1.1.3 全電流定律

1.1.4 磁路及磁路歐姆定律

1.1.5 磁路的基爾霍夫定律

1.2 鐵磁材料及其特性

1.2.1 鐵磁材料的高導(dǎo)磁性

1.2.2 磁滯與磁滯損耗

1.2.3 渦流與渦流損耗

1.3 電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)

1.3.1 電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式

1.3.2 多軸電力拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩及飛輪矩的折算

1.3.3 電力拖動系統(tǒng)的負(fù)載特性

1.3.4 電動機(jī)的機(jī)械特性及電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件

小結(jié)

習(xí)題

第2章 直流電機(jī)

2.1 直流電機(jī)的基本工作原理

2.1.1 直流發(fā)電機(jī)的工作原理

2.1.2 直流電動機(jī)的基本工作原理

2.1.3 直流電機(jī)的可逆性

2.2 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)

2.3 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)

2.4 直流電機(jī)的空載磁場

2.4.1 直流電機(jī)的勵磁方式

2.4.2 直流電機(jī)空載磁場的分布

2.4.3 磁路分析

2.4.4 直流電機(jī)的磁化曲線

2.4.5 氣隙磁通密度的分布

2.5 直流電機(jī)的電樞繞組

2.5.1 直流電機(jī)電樞繞組的基礎(chǔ)知識

2.5.2 單疊繞組

2.5.3 單波繞組

2.6 直流電機(jī)的負(fù)載磁場及電樞反應(yīng)

2.7 感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩的計算

2.7.1 感應(yīng)電動勢的計算

2.7.2 電磁轉(zhuǎn)矩的計算

2.8 直流發(fā)電機(jī)

2.8.1 直流發(fā)電機(jī)的基本平衡方程

2.8.2 他勵直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性

2.8.3 并勵直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性

2.9 直流電動機(jī)

2.9.1 直流電動機(jī)的基本方程式

2.9.2 直流電動機(jī)的工作特性

2.10 直流電機(jī)的換向

2.10.1 換向過程

2.10.2 換向元件中的電動勢

2.10.3 換向元件中電流變化的規(guī)律

2.10.4 改善換向的措施

2.10.5 環(huán)火及補(bǔ)償繞組

小結(jié)

習(xí)題

第3章 直流電動機(jī)的運(yùn)行與電力拖動

3.1 直流電動機(jī)的機(jī)械特性

3.1.1 機(jī)械特性的一般表達(dá)式

3.1.2 固有機(jī)械特性

3.1.3 人為機(jī)械特性

3.1.4 固有機(jī)械特性的繪制

3.2 直流電動機(jī)的起動

3.2.1 直接起動

3.2.2 降電壓起動

3.2.3 電樞回路串入電阻起動

3.3 直流電動機(jī)的調(diào)速

3.3.1 調(diào)速指標(biāo)

3.3.2 電樞回路串入電阻調(diào)速

3.3.3 改變電源電壓調(diào)速

3.3.4 改變勵磁磁通調(diào)速

3.4 直流電動機(jī)的制動

3.4.1 能耗制動

3.4.2 反接制動

3.4.3 回饋制動運(yùn)行

小結(jié)

習(xí)題

第4章 變壓器

4.1 變壓器的類別、基本結(jié)構(gòu)、額定值

4.1.1 變壓器的主要類別

4.1.2 變壓器的基本結(jié)構(gòu)

4.1.3 變壓器的額定值

4.2 變壓器的空載運(yùn)行

4.2.1 變壓器空載運(yùn)行時的工作原理

4.2.2 正方向的規(guī)定

4.2.3 變壓器空載運(yùn)行時電壓平衡方程式及相量圖

4.2.4 變壓器空載運(yùn)行時的等效電路

4.3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行

4.3.1 變壓器負(fù)載運(yùn)行時的工作原理

4.3.2 正方向的規(guī)定

4.3.3 變壓器負(fù)載運(yùn)行時的磁動勢平衡方程式

4.3.4 變壓器負(fù)載運(yùn)行時的電壓平衡方程式

4.4 變壓器的等效電路及相量圖

4.4.1 變量代換法

4.4.2 Τ形等效電路及相量圖

4.4.3 Γ形等效電路和簡化等效電路

4.5 變壓器的參數(shù)測定

4.5.1 變壓器的空載試驗

4.5.2 變壓器的短路試驗

4.6 標(biāo)幺值

4.7 變壓器的運(yùn)行特性

4.7.1 外特性和電壓變化率

4.7.2 效率和效率特性

4.8 三相變壓器

4.8.1 三相變壓器的磁路系統(tǒng)

4.8.2 三相變壓器的電路系統(tǒng)

4.9 特種變壓器

4.9.1 自耦變壓器

4.9.2 電壓互感器和電流互感器

小結(jié)

習(xí)題

第5章 三相異步電動機(jī)

5.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)、類別、銘牌

5.1.1 三相異步電動機(jī)基本結(jié)構(gòu)

5.1.2 三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)

5.2 三相異步電動機(jī)的工作原理

5.2.1 旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生原理

5.2.2 三相異步電動機(jī)的基本工作原理

5.2.3 三相異步電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)

5.3 三相異步電動機(jī)的繞組

5.3.1 交流繞組的構(gòu)成原則

5.3.2 三相單層繞組

5.3.3 三相雙層繞組

5.4 三相異步電動機(jī)的磁動勢

5.4.1 整距線圈的磁動勢

5.4.2 整距線圈的線圈組磁動勢

5.4.3 短距線圈的線圈組磁動勢

5.4.4 單相繞組的磁動勢

5.4.5 三相繞組的磁動勢

5.5 三相異步電動機(jī)的電動勢

5.5.1 導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢

5.5.2 線圈的電動勢

5.5.3 線圈組的電動勢

5.5.4 相電動勢和線電動勢

5.5.5 電動勢中的諧波分量

5.6 三相異步電動機(jī)的電磁分析

5.6.1 三相異步電動機(jī)空載時的電磁關(guān)系

5.6.2 三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子磁動勢

5.6.3 三相異步電動機(jī)負(fù)載時的電磁關(guān)系

5.6.4 三相異步電動機(jī)負(fù)載時的方程式

5.7 三相異步電動機(jī)的等效電路及相量圖

5.7.1 定子、 轉(zhuǎn)子交流耦合電路之間的頻率折算

5.7.2 定子、 轉(zhuǎn)子交流耦合電路之間的繞組折算

5.7.3 三相異步電動機(jī)的等效電路和相量圖

5.8 三相異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩

5.9 三相異步電動機(jī)的參數(shù)測定

5.10 三相異步電動機(jī)的工作特性

小結(jié)

習(xí)題

第6章 三相異步電動機(jī)的電力拖動

6.1 三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性

6.1.1 機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式

6.1.2 機(jī)械特性的實(shí)用表達(dá)式

6.1.3 三相異步電動機(jī)的固有機(jī)械特性

6.1.4 三相異步電動機(jī)的人為機(jī)械特性

6.2 三相籠型異步電動機(jī)的起動

6.2.1 直接起動

6.2.2 降壓起動

6.2.3 三相籠型異步電動機(jī)起動性能的改善

6.3 繞線型三相異步電動機(jī)的起動

6.3.1 轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動

6.3.2 轉(zhuǎn)子回路串電阻分級起動

6.4 三相異步電動機(jī)的軟起動

6.4.1 軟起動的主電路

6.4.2 軟起動方式

6.5 三相異步電動機(jī)的調(diào)速

6.5.1 改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

6.5.2 變極調(diào)速

6.5.3 變頻調(diào)速

6.6 三相異步電動機(jī)的制動

6.6.1 能耗制動

6.6.2 反接制動

6.6.3 回饋制動

6.6.4 軟停車與軟制動

小結(jié)

習(xí)題

第7章 同步電機(jī)

7.1 同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與運(yùn)行狀態(tài)

7.1.1 同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

7.1.2 同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)

7.1.3 銘牌數(shù)據(jù)

7.2 同步電機(jī)的工作原理

7.2.1 同步發(fā)電機(jī)的工作原理

7.2.2 電樞反應(yīng)

7.2.3 同步電動機(jī)的工作原理

7.3 同步電動機(jī)的電壓方程式與相量圖

7.3.1 同步電動機(jī)的電壓方程式

7.3.2 同步電動機(jī)的電動勢相量圖

7.4 同步電動機(jī)的功率、 轉(zhuǎn)矩及功角特性

7.4.1 功率與轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系

7.4.2 電磁功率和轉(zhuǎn)矩表達(dá)式及功角特性

7.4.3 穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)和負(fù)載能力

7.5 同步電動機(jī)的工作特性和V形曲線

7.5.1 工作特性

7.5.2 V形曲線

7.6 同步電動機(jī)的起動

7.6.1 輔助電動機(jī)起動法

7.6.2 異步起動法

7.6.3 變頻起動法

小結(jié)

習(xí)題

第8章 特種電機(jī)

8.1 單相異步電動機(jī)

8.1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

8.1.2 單相異步電動機(jī)的工作原理

8.1.3 單相異步電動機(jī)的起動方法

8.2 伺服電動機(jī)

8.3 測速發(fā)電機(jī)

8.4 步進(jìn)電動機(jī)

8.4.1 步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和分類

8.4.2 反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的工作原理

8.5 旋轉(zhuǎn)變壓器

8.5.1 基本結(jié)構(gòu)

8.5.2 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理

8.5.3 線性旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理

8.6 自整角機(jī)

8.6.1 基本結(jié)構(gòu)和分類

8.6.2 控制式自整角機(jī)的工作原理

8.6.3 力矩式自整角機(jī)的工作原理

8.7 開關(guān)磁阻電動機(jī)

8.7.1 開關(guān)磁阻電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的組成

8.7.2 開關(guān)磁阻電動機(jī)的工作原理

小結(jié)

習(xí)題

第9章 交流拖動系統(tǒng)電動機(jī)的質(zhì)量與選擇

9.1 電動機(jī)的選擇內(nèi)容

9.2 電動機(jī)額定容量選擇

9.2.1 電動機(jī)的發(fā)熱過程

9.2.2 電動機(jī)的冷卻過程

9.2.3 電動機(jī)的工作制

9.2.4 電動機(jī)的容量選擇與過載能力

9.2.5 電動機(jī)額定容量的選擇方法

9.3 三相異步電動機(jī)質(zhì)量的試驗分析

9.3.1 電動機(jī)的試驗項目

9.3.2 電動機(jī)的質(zhì)量性能試驗測定方法

9.3.3 電動機(jī)質(zhì)量的工程判別方法

小結(jié)

習(xí)題

參考文獻(xiàn)

《21世紀(jì)高等學(xué)校本科電子電氣專業(yè)系列實(shí)用：電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)教程》按照高等工業(yè)學(xué)校工業(yè)電氣自動化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會《電機(jī)原理及拖動》教學(xué)大綱編寫，全書共9章，主要闡述電機(jī)與電力拖動的基本原理和基礎(chǔ)知識。 主要內(nèi)容包括電能與電機(jī)、磁路及動力學(xué)基礎(chǔ)知識、直流電機(jī)、直流電動機(jī)的運(yùn)行與電力拖動、變壓器、 三相異步電動機(jī)、 三相異步電動機(jī)的電力拖動、 同步電機(jī)、 特種電機(jī)、交流拖動系統(tǒng)電動機(jī)的質(zhì)量與選擇。

《21世紀(jì)高等學(xué)校本科電子電氣專業(yè)系列實(shí)用：電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)教程》適合于普通高等學(xué)校的自動化、電氣工程及自動化、電力系統(tǒng)及自動化、機(jī)電一體化等專業(yè)作為教材使用，可作為成人高等教育有關(guān)專業(yè)的教材，也可以供有關(guān)工程科技人員參考。

《電機(jī)與電力拖動項目教程》結(jié)合中等職業(yè)教育改革的實(shí)際，以項目為單元，以實(shí)用為目的，注重學(xué)生實(shí)際動手能力的培養(yǎng)?！峨姍C(jī)與電力拖動項目教程》可作為中等職業(yè)學(xué)校電工類、機(jī)電類學(xué)生的教材，也可作為職工培訓(xùn)教材或自學(xué)用書。

《電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)》中作者根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗和體會，將電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)基本內(nèi)容共分]2章闡述，主要介紹直流電機(jī)的原理結(jié)構(gòu)與拖動基礎(chǔ)、變壓器的原理與運(yùn)行、交流電機(jī)原理與拖動、控制電機(jī)與電機(jī)選擇等內(nèi)容。另外，并以先進(jìn)的影視制作手段和多媒體技術(shù)，制成多媒體課件、交流異步電機(jī)制造工藝過程教學(xué)片，便于學(xué)生更好地了解電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，內(nèi)容編寫由淺人深，每章有例題、思考題與習(xí)題，便于學(xué)生自己預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，符合當(dāng)前教育教學(xué)的指導(dǎo)思想?！峨姍C(jī)與電力拖動基礎(chǔ)》適合電氣工程及其自動化、自動化、機(jī)電一體化等非電機(jī)專業(yè)的“電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)”課程教學(xué)及從事電氣工程、電力系統(tǒng)、電機(jī)及控制、水電工程、工業(yè)自動化等領(lǐng)域工作的工程技術(shù)人員參考。

本書為《電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)》一書的配套教材，主要論述電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)方法。書中各章分別以內(nèi)容提要、疑難剖析、拾遺補(bǔ)缺、習(xí)題解答和習(xí)題補(bǔ)充等板塊形式進(jìn)行講述，相信能對學(xué)生的學(xué)習(xí)有一定的指導(dǎo)作用。

本書由南昌大學(xué)戴文進(jìn)、陳瑛和楊莉共同編著。戴文進(jìn)撰寫了各章的內(nèi)容提要、疑難剖析和拾遺補(bǔ)缺各板塊，陳瑛撰寫了第1～6章的習(xí)題解答，楊莉撰寫了第7、8兩章的習(xí)題解答和所有章的習(xí)題補(bǔ)充。

此外，戴文進(jìn)的研究生王凱、陳向杰、劉海靜、鄧志輝、趙杰、林卿生、楊華、王寶福、謝友慧等同學(xué)在本書的資料搜集、文字錄入、圖表和曲線的繪制及掃描等方面做了大量工作，在此一并致謝。

本書作者雖都長期從事電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)的教學(xué)，但畢竟水平有限，故書中謬誤之處在所難免，敬請讀者不吝指正。

編著者2011年10月于南昌大學(xué)