电机

译者序

前言

致谢

第1章简介

1.1功率变换器和电机

1.1.1旋转功率变换器

1.1.2静止功率变换器

1.1.3电磁能量转换的作用

1.1.4运行原理

1.1.5磁路和电路

1.1.6旋转电机

1.1.7可逆电机

1.2意义和典型应用

1.3变量和旋转运动的关系

1.4要掌握的知识和技能

1.4.1电机的基本特点

1.4.2等效电路

1.4.3机械特性

1.4.4电机中的暂态过程

1.4.5数学模型

1.5采用的方法和分析步骤

1.6变流器供电的变速电机的注意事项

1.7高效电机的评价

1.8铁和铜的利用率的评价

第2章机电能量转换

2.1洛伦兹力

2.2平行导体的相互作用

2.3运动导体的电动势

2.4发电模式

2.5制动转矩

2.6制动力

2.7电场中导体所受到的力

2.8介电常数的改变

2.9压电效应

2.10磁致伸缩

第3章电磁耦合场

3.1基于静电场的机电能量转换装置

3.1.1电荷、电容和能量

3.1.2电能、机械能和场能

3.1.3电场力表达式

3.1.4机电能量转换循环

3.1.5电场和磁场的能量密度

3.1.6耦合场和能量传递

3.2基于磁耦合场的机电转换装置

3.2.1直线运动的转换装置

3.2.2旋转运动的转换装置

3.2.3反电动势

第4章磁路

4.1磁路的分析

4.1.1磁通守恒定律

4.1.2安培环路定律

4.1.3磁场强度H和磁感应强度B的基本关系

4.2磁键矢量

4.3铁磁材料的磁化特性

4.4磁路中的磁阻

4.5磁路中的能量

4.6磁路的参考方向

4.7磁路中的损耗

4.7.1磁滞损耗

4.7.2涡流损耗

4.7.3磁路中的总损耗

4.7.4减少铁耗的方法

4.7.5叠片结构铁磁材料中的涡流

第5章旋转电机

5.1旋转电机中的磁路

5.2机械端口

5.3绕组

5.4磁路中的槽

5.5绕组轴线的位置和符号

5.6转换损耗

5.7气隙中的磁场

5.8磁场能量、尺寸和转矩

第6章电机建模

6.1建模的准备

6.1.1建模会遇到的问题

6.1.2结论

6.2忽略的现象

6.2.1分布式能量和分布式参数

6.2.2忽略寄生电容

6.2.3忽略铁耗

6.2.4忽略铁的非线性

6.3电源功率

6.4电动势

6.5电压平衡方程

6.6漏磁通

6.7耦合磁场中的能量

6.8机电能量转换中的功率

6.9转矩表达式

6.10机械子系统

6.11机械子系统中的损耗

6.12动能

6.13机电子系统的建模

6.14机电能量转化装置中的功率平衡

6.15数学模型方程

第7章单馈和双馈变换器

7.1单馈变换器的分析

7.2自感的变化

7.3功率和转矩的表达式

7.4双馈变换器的分析

7.5互感的变化

7.6转矩表达式

7.6.1平均转矩

7.6.2产生非零转矩的条件

7.7磁极

7.8直流电机和交流电机

7.9矢量乘积形式的转矩表达式

7.10旋转电机磁链矢量的位置

7.11旋转磁场

7.12电机的类型

7.12.1直流电机

7.12.2感应电机

7.12.3同步电机

第8章气隙中的磁场

8.1具有分布式导体的定子绕组

8.2正弦电流片

8.3定子磁场分量

8.3.1磁场的轴向分量

8.3.2磁场的切向分量

8.3.3磁场的径向分量

8.4定子磁场回顾

8.5用矢量表示的磁场

8.6转子磁场分量

8.6.1转子磁场的轴向分量

8.6.2转子磁场的切向分量

8.6.3转子磁场的径向分量

8.6.4转子磁场各组成分量的总结

8.7用矢量形式表示磁场的准则

第9章磁能、磁通和转矩

9.1定子磁场和转子磁场的相互作用

9.2气隙磁场中的能量

9.3电磁转矩

9.3.1电磁转矩表达式

9.4单匝线圈磁通和绕组磁通

9.4.1定子单匝线圈中的磁通

9.4.2转子单匝线圈中的磁通

9.4.3绕组磁通

9.4.4绕组磁通矢量

9.5绕组轴线和磁通矢量

9.6定子磁通矢量和转子磁通矢量的矢量积

9.7电磁转矩产生的条件

9.8电磁转矩和电机尺寸之间的关系

9.9旋转磁场

9.9.1两相正交绕组系统

9.9.2三相绕组系统

第10章电动势

10.1变压器电动势和运动电动势

10.2单匝线圈中的电动势

10.2.1计算穿过单匝线圈的磁通的一阶导数

10.2.2各个导体产生电动势的总和

10.2.3单匝线圈中的电压平衡

10.2.4电动势波形

10.2.5电动势的均方根值（rms）

10.3绕组中的电动势

10.3.1集中绕组

10.3.2分布绕组

10.3.3短距系数

10.3.4分布系数

10.3.5相带中的谐波表达式

10.4复励绕组中的电动势

10.5谐波

10.5.1分布绕组中的电动势

10.5.2各种谐波

10.5.3绕组电动势的峰值和均方根值

第11章直流电机介绍

11.1结构和工作原理

11.2定子结构

11.3他励直流电机

11.4转子导体中的电流

11.5机械换向装置

11.6转子绕组

11.7换向

11.8换向过程

11.9转子绕组的制作

11.10换向问题

11.11转子磁场

11.12电路和磁路

11.13磁路

11.14电路

11.15直轴和交轴

11.15.1矢量表示

11.15.2定子总磁通

11.15.3电机中的总磁通

11.16电动势和电磁转矩

11.16.1电枢绕组中的电动势

11.16.2转矩的合成

11.16.3转矩和电动势的表达式

11.16.4电动势Ea的计算

11.16.5转矩的计算

第12章直流电机的建模与应用

12.1励磁绕组的电压平衡方程

12.2电枢绕组的电压平衡方程

12.3转子速度的变化

12.4数学模型

12.5永磁直流电机

12.6模型的框图

12.7转矩控制

12.8稳态等效电路

12.9机械特性

12.10机械特性的性能

12.11转速控制

12.12直流发电机

12.13直流电机供电的拓扑结构

12.13.1电枢功率供应要求

12.13.2TΩ图和UI图中的四个象限

12.13.3电源的四个象限

12.13.4脉冲宽度调节

12.13.5电流脉动

12.13.6功率变换器的拓扑结构

第13章直流电机的特性

13.1额定电压

13.2机械特性

13.3自然特性

13.4额定电流

13.5热模型和间歇工作

13.6额定磁通

13.7额定转速

13.8弱磁

13.8.1高速运行

13.8.2弱磁时的转矩和功率

13.8.3磁通变化

13.8.4电动势的改变

13.8.5电流变化

13.8.6转矩变化

13.8.7功率变化

13.8.8弱磁运行需要的条件

13.9 暂态特性

13.10稳态运行区域

13.11功率损耗和功率平衡

13.11.1供电功率

13.11.2励磁绕组的功率损耗

13.11.3电枢绕组的功率损耗

13.11.4机电能量转换的功率

13.11.5铁耗（PFe）

13.11.6机械损耗（PF）

13.11.7旋转造成的损耗（PFe+PF）

13.11.8机械功率

13.12额定值和标称值

13.13铭牌值

第14章感应电机

14.1结构和运行规则

14.2磁体

14.3笼型转子与绕线式转子

14.4三相定子绕组

14.5旋转磁场

14.6转矩产生的原则

14.7转矩表达式

第15章感应电机的建模

15.1稳态和暂态现象的建模

15.2数学模型的结构

15.3三相电机和两相电机

15.4克拉克变换

15.5两相等效电路

15.6恒定式

15.6.1K=1时的克拉克变换

15.6.2K=2/3时的克拉克变换

15.6.3K=2/3时的克拉克变换

15.7两相等效绕组

15.8定子绕组的模型

15.9电压平衡方程

15.10笼型转子的建模

15.11转子绕组的电压平衡方程

15.12电感矩阵

15.13漏磁通与主磁通

15.14磁耦合

15.15L矩阵

15.16转子侧变量向定子侧转化

15.17数学模型

15.18缺点

15.19在同步坐标系中建模

15.20帕克变换

15.21变换矩阵

15.22转子变量变换

15.23向量和复数

15.24dq坐标系下的电感矩阵

15.25dq坐标系下的电压平衡方程

15.26电气子系统

第16章感应电机的稳态运行

16.1输入功率

16.2转矩表达式

16.3转差率

16.4机械功率与损耗

16.5稳态运行

16.6与变压器的类比

16.7转矩和电流的计算

16.8稳态转矩

16.9标幺值

16.10动态转矩的相对值

16.11稳态电路的参数

16.12机械特性分析

16.13小转差率下的电机运行

16.14大转差率下的电机运行

16.15并网的感应电机的起动

16.16极限转矩和极限转差

16.17克劳斯方程

16.18静态平衡和非静态平衡

16.19连续工作的稳定区间

16.20损耗和功率平衡

16.21铜耗、铁耗和机械损耗

16.22机械内功率

16.23电压和磁通的关系

16.24功率平衡

第17章异步电机变频调速

17.1电网供电电机的转速变化

17.2电压改变

17.3绕线转子电机

17.4变极对数

17.5多极电机的特性

17.5.1电网供电的多极电机

17.5.2由静态功率变换器供电的多极电机

17.5.3多极电机的缺点

17.6双速定子绕组

17.7相关符号

17.8变频电源供电

17.9变频电源

17.10电源转换器的拓扑结构

17.11脉冲宽度调制

17.12输出电压的平均值

17.13正弦输出电压

17.14PWM波形的频谱

17.15电流纹波

17.16频率控制

17.17弱磁

17.18稳态和瞬态运行区

17.19稳态运行的限制

17.19.1RI补偿

17.19.2临界转速

17.20感应电机的结构

17.20.1电网供电的电机

17.20.2变频感应电机

第18章同步电机

18.1运行原理

18.2定子绕组

18.3旋转磁场

18.4转矩的产生

18.5同步电机的结构

18.6定子磁路

18.7转子的结构

18.8励磁绕组的供电

18.9旋转变压器励磁

18.10永磁体励磁

18.11永磁体材料特性

18.12永磁体的磁路

18.13表贴式和内埋式磁体

18.14永磁电机的特性

第19章同步电机的数学模型

19.1同步电机的建模

19.2磁动势

19.3两相等效

19.4克拉克三相/两相变换

19.5电感矩阵和电压平衡方程

19.6帕克变换

19.7dq系中的电感矩阵

19.8用复数表示矢量

19.9电压平衡方程

19.10隐极电机（各向同性电机）的电气子系统

19.11隐极电机中的转矩

19.12凸极电机（各向异性电机）

19.13磁阻转矩

19.14磁阻电动机

第20章稳态运行

20.1稳态时的电压平衡方程

20.2等效电路

20.3电流、电压的峰值和有效值

20.4隐极电机的矢量图

20.5凸极电机的矢量图

20.6凸极电机的转矩

20.7随功角变化的转矩

20.8机械特性

20.9由刚性电网供电的同步电机

20.10同步发电机的运行

20.10.1涡轮机功率的增加

20.10.2频率的增加

20.10.3无功功率和电压变化

20.10.4功角变化

第21章同步电机瞬态运行

21.1机电时间常数

21.2同步电机的位置

21.3LC阻尼电路

21.4同步电机的阻尼

21.5阻尼绕组

21.6同步电机的短路

21.6.1直流分量

21.6.2ISC1的计算

21.6.3ISC2的计算

21.6.4ISC3的计算

21.7瞬态和次瞬态现象

21.7.1时间间隔1

21.7.2时间间隔2

21.7.3时间间隔3

第22章同步电机变频技术

22.1逆变器供电的同步电机

22.2转矩控制原理

22.3电流控制原理

22.4弱磁控制

22.5暂态和稳态运行区域

参考文献

《电机》基本覆盖了电机在它们的典型应用领域的功能，采用坐标变换是为了努力得到一个更直观、简洁和易于使用的模型。
　　《电机》尽量缩减了数学推导的篇幅，优先考虑培养电机的系统概念、解释电机的电端口和机械端口的使用和外部特性。《电机》覆盖了大多数与电机尺寸、转矩和功率相关的概念，解释了损耗和次生影响，勾勒了可以忽略次生影响的工况和条件。
　　尽管研究和使用电机的数学模型、等效电路和机械特性的目标贯穿于本书，机电转换过程的物理内涵才是本书始终关注的焦点。《电机》还包括了诸如槽型、永磁体位置以及它们对电机参数和性能的影响等内容。
　　《电机》适用于电气工程专业的本科生，可作为电机的入门课程。《电机》也推荐给准备做毕业论文的学生，他们需要考虑对电机理解、建模、电源控制和电机的具体说明。另外，《电机》也可作为电动机和发电机相关的工程人员的有益的参考书。