本書(shū)是在河北省一流課程“電機(jī)與電力拖動(dòng)”建設(shè)期間編寫(xiě)的適合電氣工程及其自動(dòng)化、自動(dòng)化等專業(yè)的基礎(chǔ)課教材， 內(nèi)容包括電機(jī)原理、電力拖動(dòng)和控制電機(jī)等， 既滿足電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)后續(xù)專業(yè)課對(duì)同步電機(jī)和變壓器等基礎(chǔ)知識(shí)的需要， 又兼顧到自動(dòng)化專業(yè)對(duì)電力拖動(dòng)知識(shí)的需求。本書(shū)分為8章， 分別講述了直流電機(jī)及電力拖動(dòng)、異步電動(dòng)機(jī)及電力拖動(dòng)、電動(dòng)機(jī)的選擇、同步發(fā)電機(jī)的原理及特性、交流繞組的結(jié)構(gòu)和原理、典型控制電機(jī)的原理和應(yīng)用等內(nèi)容。各章節(jié)設(shè)有內(nèi)容導(dǎo)學(xué)、知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)、小結(jié)和思考與練習(xí)， 便于教師組織教學(xué)和學(xué)生自學(xué)， 也便于進(jìn)行過(guò)程化考核；例題講解視頻和課程思政元素通過(guò)二維碼鏈接給出；此外， 書(shū)末還附有兩套試卷及答案。
本書(shū)可以作為電氣類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)電機(jī)與電力拖動(dòng)的教材， 也可以為相關(guān)行業(yè)的工程技術(shù)人員提供參考。
本書(shū)由河北省一流課程“電機(jī)與電力拖動(dòng)”建設(shè)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合其他兄弟院校教師、企業(yè)專家共同編寫(xiě)，通過(guò)教材建設(shè)， 實(shí)現(xiàn)和其他高校、企業(yè)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)， 豐富教學(xué)內(nèi)容， 促進(jìn)一流課程建設(shè)， 同時(shí)帶動(dòng)師資隊(duì)伍建設(shè)和教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)， 全面提升教師的教學(xué)水平。
本書(shū)內(nèi)容涵蓋電機(jī)原理、電力拖動(dòng)和控制電機(jī)等， 介紹了交/直流電機(jī)、變壓器的基本構(gòu)造、運(yùn)行原理，分析了同步發(fā)電機(jī)的功率調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定，討論了電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速的方法， 還介紹了幾種典型的控制電機(jī)的原理和應(yīng)用。 書(shū)中配備了豐富的思考與練習(xí)、自測(cè)題和例題講解視頻等。
本書(shū)參考和借鑒了國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀電機(jī)教材， 并結(jié)合編者自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和學(xué)生需求形成了特色鮮明的“學(xué)、教、做三維立體化”的結(jié)構(gòu)模式。其特點(diǎn)如下：
· 取“百家”之長(zhǎng)本書(shū)內(nèi)容參考了國(guó)內(nèi)外眾多優(yōu)秀電機(jī)教材和手冊(cè)， 并進(jìn)行了提煉， 形成了自己的特色。編寫(xiě)團(tuán)隊(duì)成員既有一線教師， 也有企業(yè)專家， 既有教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的資深教師， 也有年富力強(qiáng)的高學(xué)歷教師，成員來(lái)自不同單位， 群策群力， 優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。
· 內(nèi)容結(jié)構(gòu)立體化本書(shū)采用“學(xué)、教、做三維立體化”的結(jié)構(gòu)模式， 內(nèi)容建立在學(xué)生已有知識(shí)基礎(chǔ)之上， 便于學(xué)生預(yù)習(xí)和自學(xué)；教材結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)細(xì)化， 方便教師組織任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)；其中的工程案例可供教師拓展為案例教學(xué)；二維碼鏈接的思政元素則可方便教師進(jìn)行課程思政教學(xué)。
本書(shū)大部分小節(jié)后配備了思考與練習(xí)， 便于學(xué)生鞏固知識(shí)；書(shū)末所附的自測(cè)題， 便于教師檢測(cè)教學(xué)效果， 學(xué)生也可以用來(lái)自檢。另外， 二維碼鏈接的例題視頻講解可方便學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。
· 采用引導(dǎo)的方式， 便于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣本書(shū)內(nèi)容由電路、物理相關(guān)內(nèi)容導(dǎo)入， 每章內(nèi)容由上一章內(nèi)容或?qū)嶋H問(wèn)題導(dǎo)入， 每一節(jié)也有相應(yīng)的內(nèi)容導(dǎo)入。這種方式可讓學(xué)生帶著問(wèn)題學(xué)習(xí)， 在已有的知識(shí)基礎(chǔ)上層層遞進(jìn)， 便于激發(fā)學(xué)習(xí)興趣， 培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)習(xí)慣。
· 便于實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)本書(shū)內(nèi)容選取依照學(xué)生的專業(yè)崗位需求， 結(jié)構(gòu)安排符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律， 立體化的結(jié)構(gòu)模式便于教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)、學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)、練習(xí)，完成整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程。
· 引入課程思政內(nèi)容本書(shū)結(jié)合課程內(nèi)容， 引入了一些思政案例， 便于教學(xué)過(guò)程中使用， 從而實(shí)現(xiàn)既教書(shū)又育人的教學(xué)目標(biāo)。
· 配備豐富資源本書(shū)配備了課件、實(shí)驗(yàn)案例、QQ交流群等學(xué)習(xí)資源，線上資源正在建設(shè)和完善中。
本書(shū)由河北水利電力學(xué)院的王志勇副教授任主編， 并編寫(xiě)了第1章、第3章及前言和自測(cè)題等內(nèi)容；滄州師范學(xué)院的史瑞雪老師編寫(xiě)了第5章； 河北水利電力學(xué)院的江洪副教授編寫(xiě)了第6章； 河北水利電力學(xué)院的馬麗老師編寫(xiě)了第2章、第8章，和紅梅老師編寫(xiě)了第4章，蘇敬芳老師編寫(xiě)了第7章。保定天威集團(tuán)有限公司的張炳旭高工和秦皇島科技師范學(xué)院的馬玉泉教授、崔麗娜老師參加了教材的組稿和實(shí)踐考察， 并提出了許多修改建議。全書(shū)由王志勇副教授統(tǒng)稿。
在本書(shū)的編寫(xiě)過(guò)程中， 我們查閱了許多文獻(xiàn)資料， 得到了很多啟發(fā)， 在此向相關(guān)作者表示誠(chéng)摯的謝意，同時(shí)對(duì)校系領(lǐng)導(dǎo)的支持、 企業(yè)專家的指導(dǎo)表示衷心的感謝。
由于編寫(xiě)水平所限， 書(shū)中難免有不足之處， 懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
編 者
2021.10
第1章 電機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 1
1.1 電機(jī)的發(fā)展歷史及其應(yīng)用 1
1.2 學(xué)習(xí)電機(jī)課程應(yīng)具備的理論知識(shí) 2
1.3 課程特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法 6
小結(jié) 7
思考與練習(xí) 7
第2章 直流電機(jī)及電力拖動(dòng) 9
2.1 直流電機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 9
2.1.1 直流電機(jī)基本工作原理 10
2.1.2 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與額定值 12
2.1.3 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式 15
2.1.4 直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩 17
小結(jié) 18
思考與練習(xí) 18
2.2 電力拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 19
2.2.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式 19
2.2.2 多軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化 21
2.2.3 負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性與電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件 23
小結(jié) 26
思考與練習(xí) 26
2.3 直流電動(dòng)機(jī) 27
2.3.1 直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式 28
2.3.2 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 30
2.3.3 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和改變轉(zhuǎn)向的方法 33
2.3.4 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng) 35
小結(jié) 44
思考與練習(xí) 45
第3章 變壓器 47
3.1 變壓器的基礎(chǔ)知識(shí) 47
3.1.1 變壓器的基本工作原理 48
3.1.2 變壓器的類型及其基本結(jié)構(gòu) 49
3.1.3 變壓器的銘牌 53
小結(jié) 55
思考與練習(xí) 55
3.2 單相變壓器的運(yùn)行 56
3.2.1 單相變壓器的空載運(yùn)行 57
3.2.2 單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行 61
小結(jié) 65
思考與練習(xí) 65
3.3 變壓器參數(shù)的測(cè)定及標(biāo)幺值 67
3.3.1 變壓器參數(shù)的測(cè)定 67
3.3.2 標(biāo)幺值 70
小結(jié) 72
思考與練習(xí) 72
3.4 變壓器的運(yùn)行特性 73
3.4.1 變壓器的外特性 74
3.4.2 變壓器的效率特性 75
小結(jié) 77
思考與練習(xí) 78
3.5 三相變壓器 78
3.5.1 三相變壓器的磁路系統(tǒng) 79
3.5.2 三相變壓器的連接組別 80
小結(jié) 85
思考與練習(xí) 85
3.6 三相變壓器的并聯(lián)運(yùn)行 86
3.6.1 三相變壓器并聯(lián)運(yùn)行的理想條件 87
3.6.2 理想條件的必要性分析 88
小結(jié) 91
思考與練習(xí) 91
3.7 其他變壓器 92
3.7.1 三繞組變壓器 92
3.7.2 自耦變壓器 93
3.7.3 儀用互感器 95
小結(jié) 98
思考與練習(xí) 98
第4章 交流繞組及其電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì) 100
4.1 交流繞組的結(jié)構(gòu) 100
4.1.1 交流繞組基礎(chǔ)知識(shí) 101
4.1.2 三相單層繞組 103
4.1.3 三相雙層繞組 106
小結(jié) 107
思考與練習(xí) 107
4.2 交流繞組的電動(dòng)勢(shì) 108
4.2.1 正弦分布磁場(chǎng)下的繞組電動(dòng)勢(shì) 108
4.2.2 改善電動(dòng)勢(shì)波形的方法 112
小結(jié) 114
思考與練習(xí) 115
4.3 交流繞組的磁動(dòng)勢(shì) 116
4.3.1 單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)及分解 116
4.3.2 三相繞組的磁動(dòng)勢(shì) 121
小結(jié) 123
思考與練習(xí) 123
第5章 同步電機(jī) 126
5.1 同步發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 126
5.1.1 同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理 127
5.1.2 同步發(fā)電機(jī)的類型和基本結(jié)構(gòu) 128
5.1.3 三相同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式 130
5.1.4 同步發(fā)電機(jī)的銘牌 132
小結(jié) 134
思考與練習(xí) 134
5.2 同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行 135
5.2.1 同步發(fā)電機(jī)的空載氣隙磁場(chǎng) 136
5.2.2 同步發(fā)電機(jī)的空載特性及實(shí)際應(yīng)用 137
小結(jié) 138
思考與練習(xí) 138
5.3 同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行 139
5.3.1 同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng) 140
5.3.2 不同內(nèi)功率因數(shù)角的電樞反應(yīng)性質(zhì) 141
小結(jié) 144
思考與練習(xí) 144
5.4 同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程和相量圖 145
5.4.1 隱極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式和相量圖 146
5.4.2 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式和相量圖 149
小結(jié) 151
思考與練習(xí) 152
5.5 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性 153
5.5.1 同步發(fā)電機(jī)短路特性 153
5.5.2 同步發(fā)電機(jī)外特性 155
5.5.3 同步發(fā)電機(jī)調(diào)整特性 156
5.5.4 同步發(fā)電機(jī)的損耗和效率 156
小結(jié) 157
思考與練習(xí) 157
5.6 同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的方法和條件 158
5.6.1 同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的條件 159
5.6.2 同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)運(yùn)行的方法 160
小結(jié) 162
思考與練習(xí) 163
5.7 并聯(lián)運(yùn)行時(shí)有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定 163
5.7.1 同步發(fā)電機(jī)功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程 163
5.7.2 同步發(fā)電機(jī)功角特性 165
5.7.3 有功功率調(diào)節(jié) 167
5.7.4 靜態(tài)穩(wěn)定 168
小結(jié) 169
思考與練習(xí) 170
5.8 并聯(lián)運(yùn)行時(shí)無(wú)功功率的調(diào)節(jié)和V形曲線 171
5.8.1 無(wú)功功率的調(diào)節(jié) 172
5.8.2 同步發(fā)電機(jī)的V形曲線 173
小結(jié) 174
思考與練習(xí) 174
5.9 同步電動(dòng)機(jī)與同步調(diào)相機(jī) 175
5.9.1 同步電動(dòng)機(jī) 176
5.9.2 同步調(diào)相機(jī) 179
小結(jié) 180
思考與練習(xí) 180
第6章 異步電動(dòng)機(jī)及電力拖動(dòng) 182
6.1 三相異步電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 182
6.1.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理 183
6.1.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 186
6.1.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的額定值 189
小結(jié) 190
思考與練習(xí) 191
6.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析 192
6.2.1 三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的運(yùn)行 193
6.2.2 三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)行 200
6.2.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和電磁轉(zhuǎn)矩 207
6.2.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 210
6.2.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性分析及參數(shù)測(cè)定 216
小結(jié) 220
思考與練習(xí) 220
6.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng) 223
6.3.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法 223
6.3.2 深槽式和雙鼠籠式異步電動(dòng)機(jī) 230
6.3.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法 232
6.3.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法 242
小結(jié) 249
思考與練習(xí) 249
6.4 單相異步電動(dòng)機(jī) 252
6.4.1 單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理 253
6.4.2 單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與反轉(zhuǎn) 254
小結(jié) 257
思考與練習(xí) 257
第7章 電力拖動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的選擇 259
7.1 電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱、冷卻及電動(dòng)機(jī)的工作制分類 259
7.1.1 電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱過(guò)程 259
7.1.2 電動(dòng)機(jī)的冷卻過(guò)程 261
7.1.3 電動(dòng)機(jī)的工作制分類 262
7.2 電動(dòng)機(jī)功率的選擇 264
7.2.1 連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇 264
7.2.2 短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇 266
7.2.3 斷續(xù)周期工作制電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇 268
7.3 電動(dòng)機(jī)的類型、額定電壓和額定轉(zhuǎn)速的選擇 268
7.3.1 電動(dòng)機(jī)類型的選擇 269
7.3.2 電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇 269
7.3.3 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇 270
小結(jié) 270
思考與練習(xí) 271
第8章 控制電機(jī) 272
8.1 伺服電動(dòng)機(jī) 272
8.1.1 直流伺服電動(dòng)機(jī) 273
8.1.2 交流伺服電動(dòng)機(jī) 275
8.2 測(cè)速發(fā)電機(jī) 278
8.2.1 直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 278
8.2.2 交流測(cè)速發(fā)電機(jī) 281
8.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 283
8.3.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類與結(jié)構(gòu) 283
8.3.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理 285
8.3.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性 286
小結(jié) 289
思考與練習(xí) 289
自測(cè)題 291
試卷一 291
試卷二 293
參考文獻(xiàn) 296
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