正版 电机的稳态模型、测试及设计

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246 第6章同步电机:稳态分析248 6.1引言：拓扑结构与应用248 6.2同步电机的定子（电枢）绕组253 6.2.1同步电机非叠绕组电枢（集中线圈）254 6.3同步电机转子气隙磁密分布与电动势257 6.3.1永磁转子气隙磁密261 6.4发电机模式下的双反应原理261 6.5电枢反应和磁化电抗，Xdm 和Xqm263 6.6对称稳态方程与相量图265 6.7自动同步发电机（ASG）267 6.7.1空载饱和特性/实验6.1267 6.7.2短路特性：Isc(IF)/实验6.2268 6.7.3负载特性曲线：Vs( Is)/实验6.3268 6.8并网的同步发电机/实验6.4272 6.8.1功角特性曲线：Pe（δV）273 6.8.2V形曲线274 6.8.3无功率曲线275 6.9基本静态和动态稳定概念276 6.10同步发电机的不平衡负载稳态/实验6.5279 6.10.1测量Xd、Xq、Z- 和X0/实验280 6.11大型同步电动机283 6.11.1功率平衡284 6.12永磁同步电动机：稳态285 6.13同步电动机/发电机负载转矩脉动288 6.14同步电机异步起动及其并网自同步290 6.15单相和裂相电容永磁同步电动机292 6.15.1单相无笼型转子的永磁同步电机的稳态292 6.16三相永磁同步电动机的初步设计方法295 6.17总结300 6.18思考题303 参考文献306

扬·博尔代亚（Ion Boldea）,IEEE终身院士。罗马尼亚蒂米什瓦拉理工大学荣誉教授。研究方向包括直线电机、旋转电机、电机驱动、磁悬浮等领域。他的个人主要履历如下：1973年获电气工程博士学位，研究课题为直线异步电动机自1973年起，先后20余次在美国、英国、丹麦任富布莱特访问学者IEEE会员（1977），IEEE终身院士（1996）自1992年起任IEEE-IAS，IEEE-EMC，IEEE-IDC等学会会员。在IEEE期刊及会议上发表论文180余篇4篇论文荣获很好论文奖，其中2篇期刊论文，2篇IEEE-IAS会议论文，论文引用超3000次自1976年以来在美国、英国出版著作20余部，引用超6000次。自1981年起担任ISI.EPCS Journal(Taylor and Francis）副主编，现任咨询顾问编辑。自2000年起担任Journal of Electrical Engineering创刊主编（网络版）。历任8届IEEE OPTIM大会常务主席，现任常务副主席。2008-2009年度IEEE-IAS杰出讲师。自1987年以来，平均每年承担2个国际技术咨询项目。罗马尼亚科学院院士，罗马尼亚工程科学院院士欧洲艺术与科学院院士（奥地利，萨尔茨堡）。IEEE 2015尼古拉·特斯拉奖，用来表彰在工业应用领域中直线和旋转电机及驱动方面做出的贡献。

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。

电机学是电气工程专业的核心课程之一。每一章后面都附有思考题和答案。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。