同步電機原理及應(yīng)用技術(shù)

第 1章　電機理論中的基本電磁定律　1

1.1　磁路的基本定律　1

1.1.1　全電流定律　1

1.1.2　電磁感應(yīng)定律　1

1.1.3　電磁力定律　4

1.2　常用的鐵磁材料及其特性　5

1.2.1　鐵磁材料的磁導(dǎo)率　5

1.2.2　磁滯與磁滯損耗　6

1.2.3　渦流與渦流損耗　8

1.2.4　交流鐵芯損耗　9

1.3　磁路和電感的計算　9

1.3.1　磁路的概念　10

1.3.2　磁路的歐姆定律　10

1.3.3　磁芯磁場和磁路　12

1.3.4　電感計算　21

本章要點　31

習(xí)題　31

第 2章　同步電機的基本理論　33

2.1　同步電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理　33

2.1.1　同步電機的基本結(jié)構(gòu)　33

2.1.2　同步電機的基本工作原理　35

2.1.3　同步電機的額定值及勵磁方式　35

2.2　同步電機的定子繞組　37

2.2.1　同步電機定子繞組的基本知識　37

2.2.2　同步電機定子的三相單層疊繞組　40

2.2.3　同步電機定子的三相雙層疊繞組　42

2.3　同步電機的磁動勢　43

2.3.1　同步電機定子單相繞組的脈振磁動勢　43

2.3.2　同步電機磁動勢的空間諧波　44

2.3.3　同步電機單相繞組的基波脈振磁動勢　44

2.3.4　同步電機三相繞組的旋轉(zhuǎn)磁動勢　46

2.3.5　交流同步電機的主磁通、漏磁通　49

2.3.6　交流同步電機削弱諧波磁動勢的方法　49

本章要點　50

習(xí)題　51

第3章　同步發(fā)電機的運行特性　53

3.1　同步發(fā)電機的空載運行　53

3.2　同步電機的電樞反應(yīng)　55

3.2.1　隱極同步電機的電樞反應(yīng)特點　57

3.2.2　凸極同步電機的雙反應(yīng)理論　57

3.3　隱極同步發(fā)電機的負(fù)載運行　59

3.3.1　不考慮飽和　60

3.3.2　考慮飽和　61

3.4　凸極同步發(fā)電機的負(fù)載運行　63

3.4.1　不考慮飽和　63

3.4.2　考慮飽和　65

3.5　同步發(fā)電機的運行特性　67

3.5.1　空載特性　67

3.5.2　短路特性　67

3.5.3　零功率因數(shù)負(fù)載特性　68

3.5.4　外特性　69

3.5.5　調(diào)整特性　70

3.6　特性曲線在參數(shù)計算中的應(yīng)用　70

3.6.1　同步發(fā)電機的特性三角形　70

3.6.2　保梯電抗　71

3.6.3　利用空載特性和短路特性確定的不飽和值　71

3.6.4　短路比　72

3.6.5　利用空載特性和零功率因數(shù)特性確定的飽和值　72

3.6.6　電壓調(diào)整率和額定勵磁磁勢的求法　73

3.7　同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測定　76

本章要點　77

習(xí)題　78

第4章　同步發(fā)電機的并網(wǎng)運行　80

4.1　投入并聯(lián)運行的條件和方法　80

4.1.1　投入并聯(lián)的條件　80

4.1.2　投入并聯(lián)的方法　81

4.2　同步發(fā)電機功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程　83

4.3　同步發(fā)電機的功角特性　84

4.4　同步發(fā)電機有功功率調(diào)節(jié)與靜態(tài)穩(wěn)定　86

4.4.1　有功功率調(diào)節(jié)　87

4.4.2　靜態(tài)穩(wěn)定　87

4.5　同步發(fā)電機無功功率調(diào)節(jié)和V形曲線　90

本章要點　91

習(xí)題　92

第5章　同步發(fā)電機的不對稱運行　93

5.1　同步發(fā)電機相序阻抗和等效電路　93

5.1.1　正序阻抗　94

5.1.2　負(fù)序阻抗　94

5.1.3　零序阻抗　96

5.2　同步發(fā)電機不對稱穩(wěn)態(tài)短路　96

5.2.1　單相對中點短路　96

5.2.2　兩相短路　98

5.2.3　不同穩(wěn)定短路情況短路電流的比較　100

5.3　同步發(fā)電機負(fù)序和零序參數(shù)測定　100

5.3.1　兩相穩(wěn)定短路法測定阻抗　100

5.3.2　逆同步旋轉(zhuǎn)法測負(fù)序阻抗　100

5.3.3　串聯(lián)法或并聯(lián)法測零序阻抗　101

5.4　同步發(fā)電機不對稱運行的影響　102

5.4.1　轉(zhuǎn)子的附加損耗和發(fā)熱　102

5.4.2　附加轉(zhuǎn)矩和振動　102

5.5　同步電機的突然短路　102

5.6　三相突然短路過程中的基本電磁關(guān)系　104

5.6.1　定子各相繞組的磁鏈　104

5.6.2　定子各相繞組的電流　105

5.6.3　轉(zhuǎn)子繞組的電流和磁鏈　106

5.6.4　電機磁場分布示意圖　106

5.6.5　阻尼繞組對突然短路過程的影響　107

5.7　同步電機的瞬態(tài)參數(shù)　108

5.7.1　瞬變和超瞬變電抗的物理意義　108

5.7.2　瞬變和超瞬變電抗的測定方法　110

5.8　突然短路電流及其衰減時間常數(shù)　111

5.8.1　各個分量的最大值　111

5.8.2　突然短路電流的衰減變化規(guī)律　112

5.9　突然短路對同步發(fā)電機的影響　115

5.9.1　沖擊電流的電磁力　115

5.9.2　短路過程中的電磁轉(zhuǎn)矩　115

5.9.3　短路引起的繞組發(fā)熱　116

本章要點　116

習(xí)題　116

第6章　同步電動機和調(diào)相機　119

6.1　同步電動機的基本電磁關(guān)系　119

6.1.1　從發(fā)電機狀態(tài)過渡到電動機狀態(tài)　119

6.1.2　電動勢平衡方程與相量圖　119

6.2　同步電動機功角特性和功率平衡方程　121

6.2.1　同步電動機無功功率調(diào)節(jié)　121

6.2.2　同步電動機的V形曲線　122

6.3　同步電動機的起動與調(diào)速　123

6.3.1　起動方法　123

6.3.2　異步起動過程　123

6.3.3　同步電動機的調(diào)速　125

6.4　同步調(diào)相機　125

6.4.1　調(diào)相機的原理和用途　125

6.4.2　調(diào)相機的特點　125

本章要點　126

習(xí)題　126

第7章　交流同步電動機的調(diào)速　128

7.1　交流同步電機磁場定向控制原理　128

7.1.1　直流電機的轉(zhuǎn)矩控制　128

7.1.2　交流異步電機磁場定向控制　129

7.1.3　交流同步電機磁場定向控制原理　134

7.1.4　同步電機標(biāo)量控制原理　137

7.1.5　經(jīng)典的同步電機磁場定向控制原理　137

7.1.6　同步電機磁場定向控制的動態(tài)過程　138

7.1.7　帶補償繞組的同步電機　139

7.1.8　帶阻尼繞組的同步電機　139

7.1.9　同步電機磁場定向控制的改進(jìn)　140

7.2　交流同步電機的直接轉(zhuǎn)矩控制　142

7.2.1　直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理　142

7.2.2　交流同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制的數(shù)學(xué)模型　144

7.2.3　直接轉(zhuǎn)矩的電壓空間矢量　146

7.2.4　定子磁鏈軌跡　149

7.2.5　電磁轉(zhuǎn)矩控制　151

7.2.6　電壓矢量的選擇　152

7.2.7　轉(zhuǎn)矩觀測器模型　153

7.2.8　定子磁鏈觀測器模型　153

7.2.9　交流同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)　155

7.3　交流變頻調(diào)速同步電機　156

7.3.1　同步電機極對數(shù)與頻率的選擇　156

7.3.2　同步電機電壓　159

7.3.3　同步電機的設(shè)計性能比較　161

7.3.4　同步電機的參數(shù)　163

7.3.5　變頻調(diào)速同步電機阻尼繞組的研究　164

本章要點　177

習(xí)題　178

第8章　交流同步電機的數(shù)學(xué)模型　179

8.1　交流同步電機的空間矢量　180

8.2　交流同步電機的基本數(shù)學(xué)模型　181

8.2.1　磁鏈方程　181

8.2.2　電壓方程　184

8.2.3　轉(zhuǎn)矩方程　185

8.2.4　運動方程　185

8.3　同步電機的坐標(biāo)變換　185

8.3.1　靜止坐標(biāo)軸系　186

8.3.2　旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系　187

8.3.3　磁場旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)MT軸系　188

8.3.4　坐標(biāo)變換的功率不變約束　188

8.4　同步電機dq0軸系的數(shù)學(xué)模型　189

8.4.1　磁鏈方程　191

8.4.2　電壓方程　192

8.4.3　電磁轉(zhuǎn)矩方程　192

8.4.4　以磁鏈為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程　192

8.5　多相同步電機的數(shù)學(xué)模型　194

8.5.1　多相同步電機數(shù)學(xué)模型的一般形式　194

8.5.2　雙電樞繞組同步電機的數(shù)學(xué)模型　196

8.6　同步電機的矢量圖　200

8.6.1　隱極同步電機矢量圖　200

8.6.2　凸極同步電機矢量圖　201

8.7　同步電機的動態(tài)參數(shù)　202

8.7.1　同步電機的電抗函數(shù)　202

8.7.2　瞬變電抗與超瞬變電抗　204

8.7.3　瞬變電抗與超瞬變電抗的物理意義　205

8.7.4　同步電機的時間常數(shù)　206

8.8　同步電機αβ0軸系的數(shù)學(xué)模型　208

8.9　同步電機MT軸系的數(shù)學(xué)模型　210

8.9.1　同步電機定子采用MT軸系，轉(zhuǎn)子采用dq0軸系的數(shù)學(xué)模型　210

8.9.2　同步電機定子、轉(zhuǎn)子均為MT軸系的數(shù)學(xué)模型　212

8.9.3　實用的同步電機MT軸系數(shù)學(xué)模型　214

本章要點　215

習(xí)題　216

第9章　同步電機的MATLAB仿真　220

9.1　同步發(fā)電機的功角特性仿真　220

9.2　同步發(fā)電機突然短路仿真　222

9.3　同步電動機起動和制動仿真　228

9.3.1　同步發(fā)電機直接起動和能耗制動仿真　228

9.3.2　同步電動機減壓限流起動仿真　230

9.4　同步電動機調(diào)速仿真　234

本章要點　236

習(xí)題　236

第 10章　同步電動機的實踐分析　237

實驗一　三相同步發(fā)電機的運行特性　237

實驗二　三相同步發(fā)電機的并聯(lián)運行　243

實驗三　三相同步電動機的運行　248

實驗四　三相同步電機參數(shù)的測定　2522100433B

本書是根據(jù)我國高等教育的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，針對工程應(yīng)用型教學(xué)改革和就業(yè)的需要，對現(xiàn)有的課程進(jìn)行有機整合后編寫而成的。主要內(nèi)容有同步電機的基本理論，同步發(fā)電機的運行特性，同步發(fā)電機的并網(wǎng)運行，同步發(fā)電機的異常運行，同步電動機的運行特性，同步電動機的調(diào)速，同步電動機的數(shù)學(xué)模型，同步電機的MATLAB仿真分析，同步電動機的實踐分析等。本書的特點是內(nèi)容適度、講述透徹，深入淺出，通俗易懂，便于教學(xué)。

本書可以作為高等院校自動化、工業(yè)電氣工程及自動化、測控技術(shù)與儀器、機電一體化等專業(yè)相關(guān)課程的教材，也可作為碩士研究生、電工技師和職工崗位培訓(xùn)教材，還可供有關(guān)工程技術(shù)人員參考使用。

《永磁同步電機實用設(shè)計及應(yīng)用技術(shù)》是一本實用的電機設(shè)計工程書，從工程技術(shù)設(shè)計角度出發(fā)，研究和討論了永磁同步電機設(shè)計時必須涉及的實際問題及其解決問題的實用設(shè)計方法和技巧。

本書著重介紹了永磁同步電機的設(shè)計要素和設(shè)計準(zhǔn)則、電機設(shè)計軟件的操作方法、對電機設(shè)計時的各種參數(shù)進(jìn)行深入的分析和講解，還特別介紹了電機設(shè)計軟件的快速設(shè)計方法和各種設(shè)計技巧。應(yīng)用這些設(shè)計方法，就可以在很短時間內(nèi)，快速、準(zhǔn)確地把永磁同步電機的方案設(shè)計出來。本書用多個的永磁同步電機快速設(shè)計實例，講述如何對各種不同的永磁同步電機用不同的方法、從不同的設(shè)計角度進(jìn)行分析、判斷，從而用*簡捷、實用的方法對永磁同步電機進(jìn)行設(shè)計，加深并鞏固讀者對永磁同步電機的快速設(shè)計方法和技巧的認(rèn)識。

邱國平，是全國科學(xué)重大科研項目主要負(fù)責(zé)人，曾獲“江蘇省科技先進(jìn)工作者”稱號、全國科學(xué)大會獎。

長期從事光機電儀器及電動機設(shè)計、制造和理論研究工作，設(shè)計過各類直流電動機、交流電動機、齒輪電動機、步進(jìn)電動機、無刷電動機、永磁同步電機等各種類型電動機。對電動機設(shè)計理論有獨特見解，并提出了電動機的目標(biāo)設(shè)計方法。作者在國際和國內(nèi)發(fā)表過多篇電動機學(xué)術(shù)論文，著有《永磁直流電機實用設(shè)計及應(yīng)用技術(shù)》《永磁直流無刷電機實用設(shè)計及應(yīng)用技術(shù)》本專著。