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序
目次
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本書為普通高等教育電氣工程與自動化系列教材，適合總教學時數為60～72學時的課程教學選用，章節前標有“*”號的為選學內容，可根據實際教學情況取舍。
本書主要闡述電機的基本理論、基本分析方法以及電力拖動的原理和方法，內容包括電機學基礎知識，直流電機、變壓器、異步電機和同步電機的基本理論，控制電機的原理與應用，電力拖動的基本原理和方法，他勵直流電動機、異步電動機和同步電動機的電力拖動，以及電力拖動系統中電動機的選擇。
本書秉承“夯實基礎、拓寬視野”的宗旨，既強調基礎知識和基本理論，又體現電機領域的前沿技術和發展趨勢，例如補充了新型電機和矢量控制原理等新技術，激發學生的學習興趣，培養學生的學習能力和創新思維能力。精選例題與習題，剖析並鞏固每章的知識點。重點章增加自測題，幫助學生捋清思路，抓住重點。
本書可作為高等學校電氣工程及其自動化和自動化等專業的教材，也可作為有關工程技術人員的參考用書。為方便教師教學，本書提供免費的多媒體教學課件，歡迎選用本書作為教材的教師登錄www.cmpedu.com下載。
本書主要闡述電機的基本理論、基本分析方法以及電力拖動的原理和方法，內容包括電機學基礎知識，直流電機、變壓器、異步電機和同步電機的基本理論，控制電機的原理與應用，電力拖動的基本原理和方法，他勵直流電動機、異步電動機和同步電動機的電力拖動，以及電力拖動系統中電動機的選擇。
本書秉承“夯實基礎、拓寬視野”的宗旨，既強調基礎知識和基本理論，又體現電機領域的前沿技術和發展趨勢，例如補充了新型電機和矢量控制原理等新技術，激發學生的學習興趣，培養學生的學習能力和創新思維能力。精選例題與習題，剖析並鞏固每章的知識點。重點章增加自測題，幫助學生捋清思路，抓住重點。
本書可作為高等學校電氣工程及其自動化和自動化等專業的教材，也可作為有關工程技術人員的參考用書。為方便教師教學，本書提供免費的多媒體教學課件，歡迎選用本書作為教材的教師登錄www.cmpedu.com下載。
序
高性能電機及其控制技術是高檔數控機床和機器人、航空航天裝備、軍事武器裝備、海洋工程裝備及高技術船舶、先進軌道交通裝備等領域的關鍵核心技術之一，對電機的要求不是簡單地提供動力，而是要實現精密控制和智能控制。傳統的電機技術與電力電子技術、控制理論、計算機技術和材料科學等現代科學技術緊密結合，呈現出結構多樣化、高性能化、機電一體化、智能化等發展趨勢。
加快一流大學和一流學科建設，實現高等教育內涵式發展，是新時代高等教育緊迫的任務之一。而建設一流大學和一流學科，創新是根本。樹立創新意識、增強創新能力，是培養創新型人才的關鍵。“電機與拖動”作為電氣工程及其自動化學科的一門主幹課程，不僅要向大學生傳授專業知識，更為重要的是培養大學生的工程能力和創新能力。因此，課程教材必須體現電機領域的前沿技術和發展趨勢。本書秉承了前3版“夯實基礎、拓寬視野”的宗旨，在對基本概念和基本理論的闡述上不吝篇幅，將重點內容講清、講透。在深入剖析電機與拖動基礎理論的同時，介紹了開關磁阻電機及其控制、永磁同步電機系統、矢量控制變頻調速技術、雙饋發電機變速恒頻風力發電等新技術，體現電機領域的進展與發展趨勢，既為後續課程的學習打好基礎，又激發學生的學習興趣，培養學生的學習能力和創新思維能力。
在教材內容的取舍上，刪去了直流電動機和異步電動機串電阻起動等已不常用的內容；精簡直流電機的內容，充實了同步電機的內容；精簡了電機設計的相關內容，充實系統的內容；將矢量控制原理與變頻調速結合起來，將電機與系統結合起來，力求使教材內容與電氣工程學科的發展相適應。
本書吸收了作者30多年從事電機及其控制的教學與科研經驗，以及主持並參與電氣工程專業教學改革的成果，將啟發式教學和探究型教學等先進的教學思想融入教材中，教材體系符合學生的認知規律，富有啟發性。突出重點，分解難點，將難以理解的知識點採用學生易於接受的方式表述，如將異步電機在不同運行情況下的參數變化問題通過算例進行講解；把交流電機的繞組、磁動勢和電動勢等內容進行分解，結合三相異步電機和單相異步電動機的理論進行講解。精選例題與習題，剖析並鞏固每章的知識點。重點章增加自測題，幫助學生捋清思路，抓住重點。例題和習題大多來源於工程實例，理論聯繫實際，培養學生的工程意識。同時，將電機相關領域內的新技術設計成例題和習題，促使學生用所學知識分析問題和解決問題，培養學生解決工程問題的能力和創新思維的能力。
本書由大連理工大學孫建忠和劉鳳春主編，大連理工大學陳希有主審。具體編寫分工為：第1章、第4章、第7章和第9章由孫建忠編寫，第3章、第5章和第10章由劉鳳春編寫，第2章、第6章、第8章由曲兵妮、陳燕、秦昌明、許春雨共同編寫，第11章由牟憲民編寫。
本書自第1版出版以來，被國內多所高校採用，不少師生通過郵件和電話與作者進行討論，並對教材內容提出了許多建設性的建議和意見，在此深表謝意。本書承蒙陳希有教授主審，對陳教授的貢獻表示衷心感謝。研究生王斌、王冬、王思浩、鐘啟濠、王晨等同學參加了部分資料的整理工作，在此表示感謝。本書在編寫過程中參考了國內外有關文獻，在此對這些文獻的作者一並表示感謝。
由於編者學識有限，難免存在失誤或不當之處，希望廣大讀者不吝批評指教。
編者
加快一流大學和一流學科建設，實現高等教育內涵式發展，是新時代高等教育緊迫的任務之一。而建設一流大學和一流學科，創新是根本。樹立創新意識、增強創新能力，是培養創新型人才的關鍵。“電機與拖動”作為電氣工程及其自動化學科的一門主幹課程，不僅要向大學生傳授專業知識，更為重要的是培養大學生的工程能力和創新能力。因此，課程教材必須體現電機領域的前沿技術和發展趨勢。本書秉承了前3版“夯實基礎、拓寬視野”的宗旨，在對基本概念和基本理論的闡述上不吝篇幅，將重點內容講清、講透。在深入剖析電機與拖動基礎理論的同時，介紹了開關磁阻電機及其控制、永磁同步電機系統、矢量控制變頻調速技術、雙饋發電機變速恒頻風力發電等新技術，體現電機領域的進展與發展趨勢，既為後續課程的學習打好基礎，又激發學生的學習興趣，培養學生的學習能力和創新思維能力。
在教材內容的取舍上，刪去了直流電動機和異步電動機串電阻起動等已不常用的內容；精簡直流電機的內容，充實了同步電機的內容；精簡了電機設計的相關內容，充實系統的內容；將矢量控制原理與變頻調速結合起來，將電機與系統結合起來，力求使教材內容與電氣工程學科的發展相適應。
本書吸收了作者30多年從事電機及其控制的教學與科研經驗，以及主持並參與電氣工程專業教學改革的成果，將啟發式教學和探究型教學等先進的教學思想融入教材中，教材體系符合學生的認知規律，富有啟發性。突出重點，分解難點，將難以理解的知識點採用學生易於接受的方式表述，如將異步電機在不同運行情況下的參數變化問題通過算例進行講解；把交流電機的繞組、磁動勢和電動勢等內容進行分解，結合三相異步電機和單相異步電動機的理論進行講解。精選例題與習題，剖析並鞏固每章的知識點。重點章增加自測題，幫助學生捋清思路，抓住重點。例題和習題大多來源於工程實例，理論聯繫實際，培養學生的工程意識。同時，將電機相關領域內的新技術設計成例題和習題，促使學生用所學知識分析問題和解決問題，培養學生解決工程問題的能力和創新思維的能力。
本書由大連理工大學孫建忠和劉鳳春主編，大連理工大學陳希有主審。具體編寫分工為：第1章、第4章、第7章和第9章由孫建忠編寫，第3章、第5章和第10章由劉鳳春編寫，第2章、第6章、第8章由曲兵妮、陳燕、秦昌明、許春雨共同編寫，第11章由牟憲民編寫。
本書自第1版出版以來，被國內多所高校採用，不少師生通過郵件和電話與作者進行討論，並對教材內容提出了許多建設性的建議和意見，在此深表謝意。本書承蒙陳希有教授主審，對陳教授的貢獻表示衷心感謝。研究生王斌、王冬、王思浩、鐘啟濠、王晨等同學參加了部分資料的整理工作，在此表示感謝。本書在編寫過程中參考了國內外有關文獻，在此對這些文獻的作者一並表示感謝。
由於編者學識有限，難免存在失誤或不當之處，希望廣大讀者不吝批評指教。
編者
目次
前言
常用符號表
第1章電機學基礎知識1
1.1電機的基本功能與主要類型1
1.2電機的基本原理2
1.2.1磁場的基本概念2
1.2.2磁路及其基本定律4
1.2.3電磁感應定律7
1.2.4線圈的電路方程8
1.2.5電磁力定律與電磁轉矩8
1.2.6電機的可逆性原理9
1.3電機的製造材料10
1.3.1概述10
1.3.2鐵磁材料的重要特性11
1.3.3永磁材料的特性16
思考題與習題20
自測題21
第2章直流電機22
2.1直流電機的工作原理22
2.1.1直流電動機的工作原理22
2.1.2直流發電機的工作原理23
2.2直流電機的基本結構和額定值24
2.2.1直流電機的基本結構24
2.2.2直流電機的電樞繞組25
2.2.3直流電機的額定值27
2.2.4直流電機按勵磁方式分類28
2.3直流電機的磁場和電樞反應29
2.3.1直流電機的空載磁場29
2.3.2電樞磁動勢30
2.3.3電樞反應31
*2.3.4電樞反應對換向的影響及改善
換向的措施32
2.4直流電機的感應電動勢和電磁轉矩34
2.4.1直流電機的感應電動勢34
2.4.2直流電機的電磁轉矩35
2.5直流電動機的運行分析35
2.5.1直流電動機的基本方程35
2.5.2他勵/並勵直流電動機的工作
特性37
2.6直流發電機的運行分析39
2.6.1直流發電機的基本方程39
2.6.2他勵直流發電機的工作特性41
2.6.3並勵直流發電機的自勵過程與外
特性42
思考題與習題44
自測題45
第3章變壓器47
3.1變壓器的基本結構、分類與額定值47
3.1.1變壓器的基本結構47
3.1.2變壓器的分類52
3.1.3變壓器的額定值53
3.2變壓器的工作原理55
3.2.1變壓器各電磁量的參考方向55
3.2.2變壓器的空載運行56
3.2.3變壓器的負載運行61
3.3變壓器的等效電路和相量圖63
3.3.1繞組折算64
3.3.2T形等效電路65
3.3.3近似和簡化等效電路66
3.3.4變壓器負載運行時的相量圖67
3.4標幺值68
3.4.1標幺值的定義68
3.4.2採用標幺值的優點69
3.5變壓器的參數測定71
3.5.1變壓器的空載試驗71
3.5.2變壓器的短路試驗73
3.6變壓器的運行特性77
3.6.1變壓器的外特性與電壓調整率77
3.6.2變壓器的損耗與效率特性78
3.7三相變壓器及其聯結組82
3.7.1三相變壓器的類型82
3.7.2三相變壓器的聯結組83
3.8三相變壓器的並聯運行87
3.8.1並聯運行的理想狀態及條件88
3.8.2聯結組對並聯運行的影響88
3.8.3電壓比對並聯運行的影響88
3.8.4短路阻抗對並聯運行的影響89
3.9特殊變壓器91
3.9.1自耦變壓器92
3.9.2三繞組變壓器95
3.9.3儀用互感器96
附變壓器性能參數比較98
思考題與習題99
自測題102
目錄電機與拖動第4版第4章異步電機103
4.1三相異步電動機的基本結構與工作
原理103
4.1.1三相異步電動機的基本結構103
4.1.2異步電動機的基本工作原理106
4.1.3三相異步電動機的額定值和主要
系列109
4.2三相交流電機的繞組111
4.2.1交流繞組的基本概念111
4.2.2三相雙層繞組113
4.2.3三相單層繞組114
4.3三相交流繞組的磁動勢115
4.3.1單相繞組的磁動勢——脈振
磁動勢115
4.3.2三相繞組的合成磁動勢——旋轉
磁動勢120
4.3.3三相定子繞組建立的磁場124
4.4三相交流繞組的感應電動勢125
4.4.1集中整距線圈的感應電動勢125
4.4.2分布繞組的感應電動勢125
4.4.3短距線圈的感應電動勢126
4.4.4相電動勢127
4.5三相異步電動機的等效電路128
4.5.1轉子磁動勢和電動勢128
4.5.2定子、轉子繞組的電壓方程——
頻率歸算128
4.5.3繞組歸算130
4.5.4異步電動機的等效電路和
相量圖131
4.5.5異步電動機的簡化等效電路132
4.5.6籠型繞組的磁極數和相數133
4.6三相異步電動機的功率和轉矩134
4.6.1三相異步電動機的功率關係134
4.6.2三相異步電動機的轉矩關係135
4.6.3三相異步電動機電磁轉矩的物理
表達式136
4.6.4三相異步電動機的轉矩轉差率
特性136
4.7三相異步電動機的工作特性和參數
測定140
4.7.1三相異步電動機的工作特性140
4.7.2三相異步電動機的主要性能
指標142
4.7.3三相異步電動機的參數測定142
4.8單相異步電動機145
4.8.1單相異步電動機的工作原理145
4.8.2兩相繞組的磁動勢146
4.8.3單相異步電動機的主要類型和
起動方法148
*4.9三相異步發電機150
4.9.1三相異步發電機的單機運行150
4.9.2籠型三相異步發電機的並網
運行151
4.9.3雙饋異步發電機變速恒頻風力
發電系統152
思考題與習題153
自測題155
第5章同步電機156
5.1同步電機的基本結構和額定值156
5.1.1同步電機的基本結構156
5.1.2同步電機的勵磁系統159
5.1.3同步電機的冷卻方式161
5.1.4同步電機的基本類型161
5.1.5同步電機的額定值162
5.2三相同步電機的工作原理163
5.2.1三相同步電機的基本原理163
5.2.2同步電機的空載運行163
5.2.3同步電機的負載運行和電樞
反應164
5.2.4三相同步電機的運行狀態167
5.3三相同步發電機的穩態分析168
5.3.1隱極同步發電機的穩態分析168
5.3.2凸極同步發電機的穩態分析171
5.4三相同步發電機的功率和轉矩176
5.4.1功率平衡方程176
5.4.2電磁功率與功角特性176
5.4.3電磁轉矩與矩角特性178
5.5三相同步發電機的運行特性179
5.5.1外特性179
5.5.2調整特性180
常用符號表
第1章電機學基礎知識1
1.1電機的基本功能與主要類型1
1.2電機的基本原理2
1.2.1磁場的基本概念2
1.2.2磁路及其基本定律4
1.2.3電磁感應定律7
1.2.4線圈的電路方程8
1.2.5電磁力定律與電磁轉矩8
1.2.6電機的可逆性原理9
1.3電機的製造材料10
1.3.1概述10
1.3.2鐵磁材料的重要特性11
1.3.3永磁材料的特性16
思考題與習題20
自測題21
第2章直流電機22
2.1直流電機的工作原理22
2.1.1直流電動機的工作原理22
2.1.2直流發電機的工作原理23
2.2直流電機的基本結構和額定值24
2.2.1直流電機的基本結構24
2.2.2直流電機的電樞繞組25
2.2.3直流電機的額定值27
2.2.4直流電機按勵磁方式分類28
2.3直流電機的磁場和電樞反應29
2.3.1直流電機的空載磁場29
2.3.2電樞磁動勢30
2.3.3電樞反應31
*2.3.4電樞反應對換向的影響及改善
換向的措施32
2.4直流電機的感應電動勢和電磁轉矩34
2.4.1直流電機的感應電動勢34
2.4.2直流電機的電磁轉矩35
2.5直流電動機的運行分析35
2.5.1直流電動機的基本方程35
2.5.2他勵/並勵直流電動機的工作
特性37
2.6直流發電機的運行分析39
2.6.1直流發電機的基本方程39
2.6.2他勵直流發電機的工作特性41
2.6.3並勵直流發電機的自勵過程與外
特性42
思考題與習題44
自測題45
第3章變壓器47
3.1變壓器的基本結構、分類與額定值47
3.1.1變壓器的基本結構47
3.1.2變壓器的分類52
3.1.3變壓器的額定值53
3.2變壓器的工作原理55
3.2.1變壓器各電磁量的參考方向55
3.2.2變壓器的空載運行56
3.2.3變壓器的負載運行61
3.3變壓器的等效電路和相量圖63
3.3.1繞組折算64
3.3.2T形等效電路65
3.3.3近似和簡化等效電路66
3.3.4變壓器負載運行時的相量圖67
3.4標幺值68
3.4.1標幺值的定義68
3.4.2採用標幺值的優點69
3.5變壓器的參數測定71
3.5.1變壓器的空載試驗71
3.5.2變壓器的短路試驗73
3.6變壓器的運行特性77
3.6.1變壓器的外特性與電壓調整率77
3.6.2變壓器的損耗與效率特性78
3.7三相變壓器及其聯結組82
3.7.1三相變壓器的類型82
3.7.2三相變壓器的聯結組83
3.8三相變壓器的並聯運行87
3.8.1並聯運行的理想狀態及條件88
3.8.2聯結組對並聯運行的影響88
3.8.3電壓比對並聯運行的影響88
3.8.4短路阻抗對並聯運行的影響89
3.9特殊變壓器91
3.9.1自耦變壓器92
3.9.2三繞組變壓器95
3.9.3儀用互感器96
附變壓器性能參數比較98
思考題與習題99
自測題102
目錄電機與拖動第4版第4章異步電機103
4.1三相異步電動機的基本結構與工作
原理103
4.1.1三相異步電動機的基本結構103
4.1.2異步電動機的基本工作原理106
4.1.3三相異步電動機的額定值和主要
系列109
4.2三相交流電機的繞組111
4.2.1交流繞組的基本概念111
4.2.2三相雙層繞組113
4.2.3三相單層繞組114
4.3三相交流繞組的磁動勢115
4.3.1單相繞組的磁動勢——脈振
磁動勢115
4.3.2三相繞組的合成磁動勢——旋轉
磁動勢120
4.3.3三相定子繞組建立的磁場124
4.4三相交流繞組的感應電動勢125
4.4.1集中整距線圈的感應電動勢125
4.4.2分布繞組的感應電動勢125
4.4.3短距線圈的感應電動勢126
4.4.4相電動勢127
4.5三相異步電動機的等效電路128
4.5.1轉子磁動勢和電動勢128
4.5.2定子、轉子繞組的電壓方程——
頻率歸算128
4.5.3繞組歸算130
4.5.4異步電動機的等效電路和
相量圖131
4.5.5異步電動機的簡化等效電路132
4.5.6籠型繞組的磁極數和相數133
4.6三相異步電動機的功率和轉矩134
4.6.1三相異步電動機的功率關係134
4.6.2三相異步電動機的轉矩關係135
4.6.3三相異步電動機電磁轉矩的物理
表達式136
4.6.4三相異步電動機的轉矩轉差率
特性136
4.7三相異步電動機的工作特性和參數
測定140
4.7.1三相異步電動機的工作特性140
4.7.2三相異步電動機的主要性能
指標142
4.7.3三相異步電動機的參數測定142
4.8單相異步電動機145
4.8.1單相異步電動機的工作原理145
4.8.2兩相繞組的磁動勢146
4.8.3單相異步電動機的主要類型和
起動方法148
*4.9三相異步發電機150
4.9.1三相異步發電機的單機運行150
4.9.2籠型三相異步發電機的並網
運行151
4.9.3雙饋異步發電機變速恒頻風力
發電系統152
思考題與習題153
自測題155
第5章同步電機156
5.1同步電機的基本結構和額定值156
5.1.1同步電機的基本結構156
5.1.2同步電機的勵磁系統159
5.1.3同步電機的冷卻方式161
5.1.4同步電機的基本類型161
5.1.5同步電機的額定值162
5.2三相同步電機的工作原理163
5.2.1三相同步電機的基本原理163
5.2.2同步電機的空載運行163
5.2.3同步電機的負載運行和電樞
反應164
5.2.4三相同步電機的運行狀態167
5.3三相同步發電機的穩態分析168
5.3.1隱極同步發電機的穩態分析168
5.3.2凸極同步發電機的穩態分析171
5.4三相同步發電機的功率和轉矩176
5.4.1功率平衡方程176
5.4.2電磁功率與功角特性176
5.4.3電磁轉矩與矩角特性178
5.5三相同步發電機的運行特性179
5.5.1外特性179
5.5.2調整特性180
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