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绪论1

一、电气化与自动化事业在建设社会主义和共产主义社会中的意义1

二、电机在电气化与自动化中的作用2

三、电机的发展简史2

四、我国电机发展简介2

五、本课程的性质、目的和任务3

第一篇 直流电机及电力拖动基础6

第一章 直流电机的基本原理及结构6

1-1-1直流电机在工业上的应用6

1-1-2直流电机的基本原理6

一、直流发电机的工作原理6

二、直流电动机的工作原理9

1-1-3直流电机的基本结构10

一、静止部分——定子10

二、转动部分——转子或电枢11

1-1-4直流电机的铭牌数据和国产直流电机简介12

一、直流电机的铭牌数据12

二、国产直流电机简介13

本章小节13

思考题与习题14

第二章 直流电机的电枢绕组15

1-2-1电枢绕组简介15

一、电枢绕组连接的一般规律15

二、按绕法电枢绕组的分类17

1-2-2单叠绕组17

一、计算节距17

二、画单元槽中的上、下层中的导体和换向片18

三、连接元件（即画出元件端接部分）18

四、确定电刷的位置和极性18

五、绕组的并联支路数19

1-2-3单波绕组19

一、计算各节距19

二、画出单元槽中的上、下层导体20

三、连接绕组（绘制上、下端接部分）20

四、电刷的位置、数目和极性20

五、电枢绕组的并联支路数20

六、其它形式绕组简介21

1-2-4电枢绕组的感应电势和电磁转矩21

一、电枢绕组感应电势的计算公式21

二、电枢绕组的电磁转矩计算公式23

本章小结24

思考题与习题24

第三章 直流电机的磁场27

1-3-1直流电机的空载磁场27

1-3-2直流电动机的电枢反应28

一、主极磁场的特点28

二、电枢磁势与磁密曲线29

三、合成磁场及电枢反应的影响30

1-3-3直流发电机的电枢反应32

本章小结32

思考题与习题32

第四章 直流电机的换向33

1-4-1直流电机产生火花的现象和原因33

一、产生火花的现象33

二、火花产生原因的分析33

1-4-2改善换向的方法39

1-4-3环火现象和补偿绕组39

一、形成环火的现象和原因39

二、补偿绕组的设置40

本章小结40

思考题与习题41

第五章 直流发电机42

1-5-1直流发电机的分类42

一、他励直流发电机42

二、自励直流发电机43

1-5-2直流发电机稳定运行时的平衡关系43

一、直流发电机的能量关系和能流图44

二、功率平衡关系45

三、转矩平衡关系45

四、电势平衡关系46

五、几点结论46

1-5-3直流发电机的运行特性46

一、运行特性的概念46

二、分析特性的理论依据47

三、运行特性的内容47

1-5-4他励直流发电机的运行特性47

一、空载特性47

二、负载特性48

三、外特性48

四、调节特性49

五、效率特性50

1-5-5直流并励发电机50

一、建立电压的条件和自励过程51

二、并励发电机的运行特性52

1-5-6复励发电机的外特性53

一、复励发电机的分类53

二、复励发电机的外特性曲线53

本章小结54

思考题与习题54

第六章 直流电动机56

1-6-1直流电动机的分类与用途56

1-6-2直流电动机稳定运行的平衡关系56

一、直流电机运行的可逆原理56

二、电动机运行中的电势平衡关系57

三、电动机运行中的功率平衡关系58

四、转矩平衡关系59

1-6-3直流电动机的工作特性59

一、他励（并励）电动机的工作特性59

二、串励电动机的工作特性61

三、复励电动机的工作特性62

本章小结64

思考题与习题64

第七章 直流电动机的电力拖动基础65

1-7-1电力拖动系统的运动方程式65

一、运动方程式65

二、运动方程式中转矩正、负号的规定67

三、过渡过程的时间计算67

1-7-2工作机械的转矩、力、飞轮矩和质量的折算68

一、为什么要进行折算68

二、系统中各物理量的折算68

1-7-3他励直流电动机的机械特性71

一、机械特性的定义71

二、他励电动机的机械特性方程式72

三、自然机械特性（固有机械特性）和人为机械特性72

四、固有机械特性及其绘制72

五、人为机械特性及其绘制73

1-7-4根据电动机的机械特性分析稳定运行76

一、负载的机械特性76

二、稳定运行的分析76

1-7-5他励直流电动机的反转与起动79

一、他励电动机的反转79

二、电动机起动问题的一般探讨80

三、起动电阻的计算82

四、起动过程的定性分析85

五、起动时间的计算86

1-7-6直流他励电动机的制动87

一、制动的概念与分类87

二、能耗制动88

三、反接制动90

四、回馈制动（发电制动）93

五、各种制动方式的比较95

1-7-7直流他励电动机的调速99

一、调速的概念、方法和指标99

二、改变电枢回路串入的电阻值调速102

三、改变励磁回路串入的电阻（改变磁通）调速103

四、改变供电电压调速104

五、电动机调速时的允许输出和与负载的配合105

1-7-8直流串励电动机的电力拖动109

一、串励电动机的机械特性与调速109

二、串励电动机的制动状态111

1-7-9电机的发热和冷却112

一、电机中常用的绝缘材料及其允许温升112

二、电机的发热过程和冷却过程112

三、电机的冷却方式简介115

1-7-10电机额定容量及其选择116

一、电机的额定容量与工作方式116

二、连续工作制电动机额定功率的选择117

三、短时工作制电动机额定功率的选择124

四、断续周期工作制电动机额定功率的选择126

本章小结130

思考题与习题132

第八章 直流电机实验136

1-8-1实验课的基本目的与要求136

1-8-2直流电机的认识实验137

1-8-3直流发电机实验139

1-8-4并励直流电动机实验143

1-8-5串励直流电动机实验145

1-8-6并励直流电动机的制动实验146

第二篇 变压器150

第一章 变压器的工作原理、类型和基本结构150

2-1-1变压器的原理、用途及分类150

一、变压器的原理和基本用途150

二、变压器的分类150

2-1-2变压器的基本结构152

一、变压器铁心的结构152

二、变压器绕组的结构型式154

三、油箱和其它附件155

2-1-3变压器的铭牌及额定值157

一、额定容量SN157

二、额定电压U1N及U2N157

三、额定电流I1N及I2N157

四、额定频率fN157

思考题与习题158

第二章 变压器的基本原理159

2-2-1变压器的空载运行159

一、空载运行时的物理情况159

二、空载运行时的电势和变比159

三、空载电流161

四、空载运行时的电势平衡162

五、空载运行时的相量图163

六、空载运行时的等值电路164

2-2-2单相变压器的负载运行166

一、负载运行时的磁势平衡166

二、负载运行时的电势平衡168

2-2-3变压器负载运行时的等值电路和相量图169

一、等值电路的概念169

二、原、副（一、二次）绕组间电势、电压、电流和阻抗的折算170

三、负载运行时的等值电路171

四、负载运行时的相量图173

五、等值电路和相量图的应用175

2-2-4等值电路参数的测定177

一、空载试验177

二、短路试验178

三、由试验测得的数据计算等值电路参数举例179

2-2-5变压器标幺值的应用181

一、标幺值的概念181

二、电压的标幺值181

三、电流的标幺值181

四、阻抗的标幺值181

五、使用标幺值的优点及应用举例182

2-2-6变压器的运行特性184

一、电压变化率184

二、变压器的外特性186

三、损耗与效率特性186

本章小结189

思考题与习题190

第三章 三相变压器192

2-3-1三相变压器的磁路系统192

一、三相变压器组的磁路192

二、三相心式变压器的磁路192

2-3-2三相变压器绕组的联接组193

一、变压器绕组的极性和标记193

二、三相变压器绕组的联接194

三、三相变压器的联接组别196

四、变压器的标准联接组202

五、已知联接组别，确定原、副绕组接线和同名端标记202

2-3-3三相变压器的磁路系统对电势波形的影响203

一、Y/Y接法的三相变压器组204

二、Y/Y接法的三相心式变压器205

三、△/Y和Y/接法的三相变压器205

本章小结206

思考题与习题206

第四章 变压器的并联运行210

2-4-1变压器并联运行的条件210

2-4-2变比不等时的并联运行211

2-4-3联接组不同时的并联运行212

2-4-4短路阻抗不同时的并联运行212

本章小结213

思考题与习题214

第五章 其他用途的变压器215

2-5-1自耦变压器215

一、自耦变压器的结构特点215

二、电压关系215

三、电流关系215

四、容量关系216

五、主要优缺点217

2-5-2仪用互感器217

一、电压互感器217

二、电流互感器218

2-5-3电焊变压器219

本章小结220

思考题与习题221

第六章 变压器实验222

2-6-1单相变压器的空载和短路实验222

2-6-2三相变压器的绕组极性和联接组别的测定226

第三篇 异步电动机及电力拖动基础234

第一章 异步电动机的基本结构和工作原理234

3-1-1中小型三相异步电动机的分类和结构234

一、分类234

二、异步电动机的基本结构235

3-1-2三相异步电动机的工作原理238

一、三相交流电产生的旋转磁场238

二、异步电动机的工作原理242

3-1-3国产中小型异步电动机简介243

一、异步电动机的型号243

二、异步电动机的铭牌数据245

本章小结245

思考题与习题246

第二章 交流电机的绕组和电势247

3-2-1交流电机绕组概述247

一、对交流绕组的一般要求247

二、交流绕组的分类247

三、交流绕组的一些基本知识247

3-2-2三相单层绕组249

一、三相绕组的构成原则和数据计算249

二、三相单层绕组的型式及联接方法251

3-2-3三相双层绕组255

一、叠绕组联接256

二、波形绕组联接259

3-2-4绕组的感应电势260

一、一个整距线圈的感应电势260

二、一相绕组的感应电势261

本章小结265

思考题与习题266

第三章 三相异步电动机的运行分析267

3-3-1三相异步电动机的空载运行267

一、转子绕组开路时的空载运行267

二、转子转动时的空载运行269

3-3-2三相异步电动机的负载运行270

一、转差率s270

二、转子各量和转差率的关系271

三、电势平衡方程式272

四、磁势平衡方程式272

五、鼠笼转子的极数和相数273

3-3-3三相异步电动机的等值电路和相量图274

一、将旋转的转子折算为等效静止的转子274

二、异步电动机转子电流、电势和阻抗的折算276

三、异步电动机的等值电路277

四、异步电动机的相量图278

3-3-4异步电动机参数的测定281

一、空载实验与励磁参数的确定281

二、短路实验及短路参数的确定283

本章小结285

思考题与习题285

第四章 三相异步电动机的电磁转矩和工作特性287

3-4-1异步电动机的功率平衡方程式287

一、功率变换过程287

二、功率方程式287

3-4-2转矩平衡方程式288

3-4-3电磁转矩和机械特性290

一、电磁转矩的物理表达式291

二、电磁转矩的参数表达式291

三、机械特性292

四、转矩的实用表达式296

五、机械特性的直线方程式298

3-4-4异步电动机的工作特性299

一、转速特性n=f（P2）300

二、效率特性η=f（P2）300

三、功率因数特性cosψ1=f（P2）301

四、转矩特性T=f（P2）301

五、定子电流特性I1=f（P2）301

本章小结302

思考题与习题302

第五章 三相异步电动机的电力拖动基础304

3-5-1异步电动机的起动性能304

3-5-2鼠笼式异步电动机的起动305

一、直接起动（全压起动）305

二、降压起动306

三、改善起动性能的鼠笼式异步电动机311

3-5-3绕线式异步电动机的起动313

一、在转子电路串入电阻起动314

二、在转子电路中串入频敏电阻器起动319

3-5-4三相异步电动机的调速323

一、鼠笼式异步电动机改变磁极对数p进行调速324

二、变频调速326

三、转子电路串电阻调速329

四、在转子电路中引入附加电势调速331

五、用电磁离合器调速332

3-5-5三相异步电动机的制动335

一、回馈制动335

二、反接制动338

三、能耗制动341

本章小结344

思考题与习题345

第六章 单相异步电动机346

3-6-1概述346

3-6-2单相异步电动机的工作原理346

一、一个单相脉动磁场可分解为两个旋转磁场347

二、单相异步电动机的工作原理348

3-6-3单相异步电动机的类型和起动349

一、分相式电动机350

二、罩极式电动机352

3-6-4单相异步电动机的调速353

3-6-5单相换向器电动机356

一、单相串励电动机的构造和原理356

二、单相串励电动机的相量图和特性357

三、电枢反应及补偿方法358

3-6-6单相异步电动机的绕组359

一、单相单层同心式绕组359

二、单相双层绕组360

三、单相正弦绕组361

本章小结365

思考题与习题365

第七章 异步电动机实验366

3-7-1三相异步电动机的参数测定366

3-7-2三相异步电动机的工作特性369

3-7-3三相异步电动机的起动与调速372

第四篇 同步电机378

第一章 同步电机的类型和结构378

4-1-1同步电机的基本类型378

一、同步电机的特点378

二、同步电机的基本类型378

4-1-2同步电机的基本结构379

一、显极式水轮发电机的基本结构379

二、隐极式汽轮发电机的基本结构379

4-1-3同步电机的铭牌和额定值379

第二章 同步发电机的运行原理381

4-2-1同步发电机的空载运行381

一、空载运行的概念和空载电势381

二、空载特性381

4-2-2同步电机的电枢反应382

一、同步电机电枢反应的概念382

二、ψ0=0°，即I与E0同相时的电枢反应382

三、ψ0=90°，即I滞后E090°的情况383

四、ψ0=-90°，即I超前E090°的情况384

五、0°＜ψ0＜90°的情况384

六、同步电动机的电枢反应386

4-2-3同步发电机的电势方程和相量图386

一、0°＜ψ0＜90°时的基本电势相量图和电势方程386

二、磁势—电势相量图388

4-2-4同步发电机的功率和转矩方程389

一、功率方程389

二、转矩方程389

本章小结389

思考题与习题390

第三章 同步发电机的运行特性391

4-3-1空载运行特性391

4-3-2短路运行特性392

一、短路运行特性的求取392

二、xd未饱和值的确定392

三、xd饱和值的确定393

四、短路比的确定393

4-3-3同步发电机的负载运行特性394

一、外特性394

二、调整特性395

4-3-4稳态的功角特性395

4-3-5同步发电机的损耗与效率397

本章小结397

思考题与习题398

第四章 同步发电机的并网运行399

4-4-1同步发电机的并网399

一、投入并网的条件399

二、并网投入方法400

4-4-2并网运行的有功功率调节402

一、有功功率的调节402

二、静态稳定问题403

4-4-3并网运行的无功功率调节404

一、空载运行时的无功功率调节404

二、负载运行时的无功功率调节405

三、V形曲线406

本章小结406

思考题与习题407

第五章 同步电动机和补偿机408

4-5-1同步电机的可逆原理408

4-5-2同步电动机的基本方程和相量图409

一、电势方程和相量图409

二、功率和转矩方程410

4-5-3同步电动机的运行特性411

一、工作特性411

二、V形特性曲线412

4-5-4同步电动机的起动413

一、同步电动机不能直接起动413

二、同步电动机的异步起动413

4-5-5同步补偿机414

本章小结415

思考题与习题415

第六章 同步电机实验417

4-6-1同步发电机实验417

4-6-2三相同步电动机实验420

第五篇 控制用微型电机424

第一章 伺服电动机424

5-1-1概述424

5-1-2直流伺服电动机的结构和工作原理424

5-1-3电枢控制直流伺服电动机425

5-1-4磁极控制直流伺服电动机427

5-1-5直流伺服电动机的选用428

一、主要技术数据（额定值）428

二、使用注意事项429

5-1-6交流伺服电动机的工作原理429

一、结构特点429

二、工作原理430

三、控制方式431

5-1-7交流伺服电动机的工作特点432

5-1-8交流伺服电动机的工作特性433

一、幅值控制时的特性433

二、相位控制时的特性434

三、幅—相控制时的特性435

5-1-9交流伺服电动机的选用436

思考题与习题437

第二章 测速发电机438

5-2-1概述438

5-2-2直流测速发电机438

5-2-3异步测速发电机的工作原理441

5-2-4负载对输出特性的影响442

一、纯电阻负载442

二、纯电感负载442

三、纯电容负载443

5-2-5异步测速发电机的技术指标444

一、线性误差444

二、相位误差445

三、剩余电压445

四、输出斜率446

5-2-6测速发电机的选用446

一、主要技术数据446

二、使用注意事项446

思考题与习题447

第三章 步进电动机448

5-3-1概述448

5-3-2反应式步进电动机的工作原理448

5-3-3单段式三相反应式步进电动机450

5-3-4多段式步进电动机451

5-3-5反应式步进电动机的特性452

一、静态运行特性452

二、步进运行特性453

三、连续运行特性454

5-3-6步进电动机的选用455

一、主要技术数据455

二、使用注意事项455

思考题与习题456

附录457

附录一 关于本书使用的单位、量、方程式和数值方程式的说明457

附录二 本书中所用文字符号和物理量下角标460

附录三 异步电动机的修理与使用463

附录四 小型变压器的计算477

附录五 三相换向器式电动机483

附录六 常用中小型直流电机和异步电动机简介及技术数据488

参考书目502

参考文献503