电机的稳态模型、测试及设计

　　本书重点讨论电机稳态运行的相关内容。全书共6章，涵盖电机的共性问题、电力变压器、机电能量转换原理、直流电机、感应电机、同步电机。每一章后面都附有思考题和答案。电机学是电气工程专业的核心课程之一。本书可作为电机方向的教材，或作为电机研发、设计的参考书。本书的特点是每一章内容都尽量贴近工程实际，将理论分析和实践紧密结合在一起。本书可作为高等学校电气工程和自动化专业及其他机电类、自动化类专业的教学用书，也可供有关工程技术人员、研究生和教师参考。

　　武洁，男，1979年10月生，2008 - 2012年，捷克奥斯特拉瓦技术大学，博士，信息学 导师：Vaclav Snasel教授；2002 - 2005年，湖北工业大学，硕士，电力电子与电力传动 导师：李新华教授；1997 - 2001年，湖北工业大学，学士，电力系统及其自动化。

目录
译者序
原书前言
第1章概述1
1.1电能与电机1
1.2变压器和电机的基本类型4
1.3损耗与效率10
1.4物理极限与额定值12
1.5额定铭牌15
1.6分析方法17
1.7电机发展历程与前沿技术17
1.8总结19
1.9思考题20
参考文献21
第2章变压器24
2.1带铁心的交流绕组和变压器原理25
2.2电机中的磁性材料及其损耗29
2.2.1磁化曲线和磁滞回线29
2.2.2永磁体31
2.2.3软磁材料中的损耗32
2.3导体与趋肤效应35
2.4单相和三相变压器的组成部件39
2.4.1铁心40
2.4.2绕组42
2.5单相变压器的磁链和电感45
2.5.1层式绕组的漏感47
2.5.2交叠式绕组的漏感48
2.6考虑铁耗的单相变压器电路方程49
2.7稳态与等效电路51
2.8稳态空载运行（I2=0）/实验2.152
2.8.1空载时的磁路饱和55
2.9稳态短路模式/实验2.256
2.10单相变压器的负载稳态运行/实验2.358
2.11三相变压器的联结62
2.12三相变压器空载的特殊情形65
2.12.1空载电流不对称65
2.12.2三柱铁心一次侧联结66
2.13三相变压器的一般方程67
2.13.1电感测量/实验2.468
2.14三相变压器带不平衡负载的稳态/实验2.569
2.15三相变压器并联运行72
2.16变压器的瞬态74
2.16.1电磁（R，L）瞬态75
2.16.2浪涌电流瞬态/实验2.676
2.16.3空载突然短路（V′2=0）/实验2.777
2.16.4峰值短路电流下的受力77
2.16.5静电（C，R）超快瞬态79
2.16.6防过电压静电瞬态保护措施82
2.17仪器用互感器82
2.18自耦变压器83
2.19电力电子变压器和电感器85
2.20变压器初步设计实例87
2.20.1规格87
2.20.2设计需求87
2.20.3磁路尺寸确定87
2.20.4绕组尺寸88
2.20.5损耗和效率90
2.20.6空载电流90
2.20.7有源材料重量91
2.20.8等效电路91
2.21总结92
2.22思考题93
参考文献95
第3章能量转换原理与电机类型96
3.1电机中的能量转换96
3.2电磁转矩和齿槽转矩（零电流激励时的永磁转矩）97
3.3无源转子电机98
3.4有源转子电机101
3.4.1转子侧直流且定子侧交流101
3.4.2转子侧和定子侧均为交流102
3.4.3直流（永磁）定子和交流转子103
3.5固定磁场（电刷-换向器）电机104
3.6旋转磁场同步电机105
3.7直线电机106
3.8总结111
3.9思考题112
参考文献112
第4章直流电机：稳态分析113
4.1概述113
4.1.1定子和转子结构113
4.2直流电机电枢绕组116
4.2.1单叠绕组举例：Ns=16，2p1=4117
4.2.2单波绕组举例：Ns=9，2p1=2119
4.3电刷—换向器121
4.4定子励磁磁动势产生的气隙磁密122
4.5空载磁化曲线举例123
4.6永磁体气隙磁密和电枢反应举例127
4.7换向过程130
4.7.1交流励磁电刷—换向绕组133
4.8电动势134
4.9等效电路和励磁方式136
4.10他励（或永磁体励磁）有刷直流电动机/发电机/实验4.1136
4.11有刷直流电机稳态分析和转速控制方法/实验4.2138
4.11.1调速方法140
4.12串励有刷直流电机/实验4.3145
4.12.1起动方法和调速方法147
4.13串励有刷交直流两用电机148
4.14电刷—换向器电机测试/实验4.4150
4.14.1永磁有刷直流电机的损耗、效率和齿槽转矩151
4.15永磁有刷直流汽车电机的初步设计算例153
4.15.1定子结构尺寸设计154
4.15.2转子槽和绕组设计155
4.16总结157
4.17思考题159
参考文献161
第5章感应电机：稳态分析162
5.1引言：应用和拓扑162
5.2基本结构162
5.3交流分布式绕组164
5.3.1交流分布式绕组的旋转磁动势165
5.3.2简单的单层分布式绕组（q≥1，整数）167
5.3.3简单的双层三相分布式绕组（q为整数）168
5.3.4每极每相槽数q为整数时的磁动势空间谐波169
5.3.5实用的三相交流单层分布式绕组173
5.3.6变极交流三相分布式绕组176
5.3.7两相交流绕组177
5.3.8笼型转子绕组179
5.4感应电机的电感181
5.4.1主电感181
5.4.2漏感182
5.5转子鼠笼折算到定子185
5.6绕线式转子折算到定子185
5.7三相感应电机方程186
5.8三相感应电机的对称稳态188
5.9理想空载运行/实验5.1190
5.10静止的感应电机（s=1）/实验5.2192
5.11电动机空载运行（转轴自由无阻碍）/实验 5.3195
5.12电动机负载运行（1＞s＞0）/实验 5.4197
5.13并网发电（n＞f 1/p1, s＜0）/实验 5.5197
5.14自主发电机模式（s＜0）/实验5.6198
5.15电磁转矩与电动机特性200
5.16深槽式和双笼式转子204
5.17附加（空间谐波）转矩205
5.18起动方法208
5.18.1直接起动(笼型转子)208
5.18.2降低定子电压209
5.18.3附加转子电阻起动210
5.19调速方法211
5.19.1绕线转子感应电机转速控制212
5.20不对称电压215
5.21定子一相开路举例216
5.22转子一相开路举例219
5.23电容器裂相感应电动机220
5.24直线感应电动机224
5.24.1直线感应电机中的端部和边缘效应225
5.25感应电机的实时测试与虚拟负载测试/实验5.7229
5.26感应电机初步电磁设计实例230
5.26.1磁路231
5.26.2电路234
5.26.3参数235
5.26.4起动电流和转矩238
5.26.5临界转差率和转矩238
5.26.6激磁电抗Xm以及铁心损耗piron239
5.26.7空载和额定电流I0、In240
5.26.8效率与功率因数241
5.26.9结束语241
5.27总结242
5.28思考题244
参考文献24