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感应电动机的工作原理255
5.2.1空载运行时电动机内的气隙磁场、定子电压方程和等效电路255
5.2.2负载运行时的转子磁动势与转子作用257
5.3三相感应电动机的电压方程和等效电路262
5.3.1转子电压方程、转子频率归算和绕组归算262
5.3.2感应电动机相量方程、T形等效电路和相量图266
5.3.3近似等效电路268
5.4三相感应电动机的功率方程和转矩方程268
5.4.1功率方程268
5.4.2转矩方程和电磁转矩269
5.5笼型转子的极数、相数和参数的归算270
5.6三相感应电动机的参数测定273
5.6.1空载试验和励磁参数测定273
5.6.2堵转试验和短路参数测定274
5.7三相感应电动机的转矩-转差率特性275
5.7.1三相感应电动机的转矩-转差率曲线275
5.7.2趋肤效应、深槽和双笼型感应电动机278
5.7.3电磁转矩的实用表达式279
5.7.4机械特性280
5.7.5三相感应电动机的起动280
5.8三相感应电动机的工作特性281
5.9单相感应电动机283
5.9.1单相感应电动机的结构、工作原理与等效电路283
5.9.2起动方法285
5.10三相感应电动机的运动方程287
5.10.1定子ABC轴系中的运动方程288
5.10.2定子DQ轴系中的运动方程291
5.10.3任意旋转MT轴系中的运动方程293
5.10.4转子磁场定向MT轴系中的运动方程295
5.10.5气隙磁场定向MT轴系中的运动方程309
5.10.6定子磁场定向MT轴系中的运动方程313
例题315
习题318
第6章感应发电机和双馈电机321
6.1三相感应发电机321
6.1.1转子电动势和转子电流矢量321
6.1.2磁动势和电流矢量方程322
6.1.3电磁转矩323
6.1.4定、转子电压矢量和相量方程、等效电路和相矢图323
6.1.5功率方程325
6.1.6感应发电机单独运行326
6.1.7笼型感应发电机并网运行327
6.2三相感应电动机的制动328
6.3双馈电机的工作原理328
6.3.1双馈电机的电压方程和等效电路329
6.3.2双馈电机的四象限运行330
6.3.3双馈电机运行的特点333
6.4基于定子磁场定向的双馈电机334
6.4.1定、转子磁链和电流矢量方程335
6.4.2定、转子电压矢量方程336
6.4.3稳态运行时的定、转子电压方程与矢量图337
6.4.4电磁转矩与功率方程337
6.4.5忽略定子电阻的定子磁场定向339
习题340
第7章交流电机的运动控制341
7.1三相永磁同步电动机的运动控制341
7.1.1传统的交流调速技术341
7.1.2基于转子磁场的矢量控制342
7.1.3矢量控制系统343
7.2三相感应电动机的运动控制346
7.2.1传统的变频调速方法346
7.2.2基于气隙磁场的矢量控制347
7.2.3基于转子磁场的矢量控制349
7.3双馈电机的运动控制354
7.3.1传统的串级调速354
7.3.2由电压型交-直-交变换器馈电的矢量控制系统355
7.4三相感应发电机的运动控制357
7.4.1风力发电机的运动控制357
7.4.2并网逆变器控制359
7.5交流电动机的直接转矩控制362
7.5.1控制原理362
7.5.2定子电压矢量的作用与定子磁链轨迹变化364
7.5.3控制系统366
7.5.4直接转矩控制的特点369
7.5.5直接转矩控制与矢量控制的内在联系370
习题372
第8章交流电机的谐波问题374
8.1隐极式同步电机的齿槽转矩及削弱方法374
8.2交流电机的谐波电动势及削弱方法377
8.3分数槽绕组381
8.3.1分数槽绕组的构成381
8.3.2分数槽绕组的一般性规律385
8.3.3分数槽绕组的对称条件和并联支路数386
8.3.4线圈节距y=1的分数槽绕组387
8.4定、转子谐波磁动势与谐波转矩391
8.4.1同步电动机定子谐波磁动势与谐波转矩391
8.4.2感应电动机定、转子谐波磁动势与谐波转矩396
习题401
第9章电机的发热与冷却403
9.1电机内的热传导和电机表面的散热403
9.2电机的发热和冷却过程406
9.3电机的温升限度407
9.4电机的冷却方式409
9.4.1表面冷却方式409
9.4.2内部冷却方式410
习题410
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