電機

本書盡量縮減了數學推導的篇幅，優先考慮培養電機的系統概念、解釋電機的電埠和機械埠的使用和外部特性。本書覆蓋了大多數與電機尺寸、轉矩和功率相關的概念，解釋了損耗和次生影響，勾勒了可以忽略次生影響的工況和條件。

儘管研究和使用電機的數學模型、等效電路和機械特性的目標貫穿於本書，機電轉換過程的物理內涵才是本書始終關注的焦點。本書還包括了諸如槽型、永磁體位置以及它們對電機參數和性能的影響等內容。

本書適用於電氣工程專業的本科生，可作為電機的入門課程。本書也推薦給準備做畢業論文的學生，他們需要考慮對電機理解、建模、電源控制和電機的具體說明。另外，本書也可作為電動機和發電機相關的工程人員的有益的參考書。

譯者序

前言

致謝

第1章簡介

1.1功率變換器和電機

1.1.1旋轉功率變換器

1.1.2靜止功率變換器

1.1.3電磁能量轉換的作用

1.1.4運行原理

1.1.5磁路和電路

1.1.6旋轉電機

1.1.7可逆電機

1.2意義和典型應用

1.3變數和旋轉運動的關係

1.4要掌握的知識和技能

1.4.1電機的基本特點

1.4.2等效電路

1.4.3機械特性

1.4.4電機中的暫態過程

1.4.5數學模型

1.5採用的方法和分析步驟

1.6變流器供電的變速電機的注意事項

1.7高效電機的評價

1.8鐵和銅的利用率的評價

第2章機電能量轉換

2.1洛倫茲力

2.2平行導體的相互作用

2.3運動導體的電動勢

2.4發電模式

2.5制動轉矩

2.6制動力

2.7電場中導體所受到的力

2.8介電常數的改變

2.9壓電效應

2.10磁致伸縮

第3章電磁耦合場

3.1基於靜電場的機電能量轉換裝置

3.1.1電荷、電容和能量

3.1.2電能、機械能和場能

3.1.3電場力表達式

3.1.4機電能量轉換循環

3.1.5電場和磁場的能量密度

3.1.6耦合場和能量傳遞

3.2基於磁耦合場的機電轉換裝置

3.2.1直線運動的轉換裝置

3.2.2旋轉運動的轉換裝置

3.2.3反電動勢

第4章磁路

4.1磁路的分析

4.1.1磁通守恆定律

4.1.2安培環路定律

4.1.3磁場強度H和磁感應強度B的基本關係

4.2磁鍵矢量

4.3鐵磁材料的磁化特性

4.4磁路中的磁阻

4.5磁路中的能量

4.6磁路的參考方向

4.7磁路中的損耗

4.7.1磁滯損耗

4.7.2渦流損耗

4.7.3磁路中的總損耗

4.7.4減少鐵耗的方法

4.7.5疊片結構鐵磁材料中的渦流

第5章旋轉電機

5.1旋轉電機中的磁路

5.2機械埠

5.3繞組

5.4磁路中的槽

5.5繞組軸線的位置和符號

5.6轉換損耗

5.7氣隙中的磁場

5.8磁場能量、尺寸和轉矩

第6章電機建模

6.1建模的準備

6.1.1建模會遇到的問題

6.1.2結論

6.2忽略的現象

6.2.1分散式能量和分散式參數

6.2.2忽略寄生電容

6.2.3忽略鐵耗

6.2.4忽略鐵的非線性

6.3電源功率

6.4電動勢

6.5電壓平衡方程

6.6漏磁通

6.7耦合磁場中的能量

6.8機電能量轉換中的功率

6.9轉矩表達式

6.10機械子系統

6.11機械子系統中的損耗

6.12動能

6.13機電子系統的建模

6.14機電能量轉化裝置中的功率平衡

6.15數學模型方程

第7章單饋和雙饋變換器

7.1單饋變換器的分析

7.2自感的變化

7.3功率和轉矩的表達式

7.4雙饋變換器的分析

7.5互感的變化

7.6轉矩表達式

7.6.1平均轉矩

7.6.2產生非零轉矩的條件

7.7磁極

7.8直流電機和交流電機

7.9矢量乘積形式的轉矩表達式

7.10旋轉電機磁鏈矢量的位置

7.11旋轉磁場

7.12電機的類型

7.12.1直流電機

7.12.2感應電機

7.12.3同步電機

第8章氣隙中的磁場

8.1具有分散式導體的定子繞組

8.2正弦電流片

8.3定子磁場分量

8.3.1磁場的軸向分量

8.3.2磁場的切向分量

8.3.3磁場的徑向分量

8.4定子磁場回顧

8.5用矢量表示的磁場

8.6轉子磁場分量

8.6.1轉子磁場的軸向分量

8.6.2轉子磁場的切向分量

8.6.3轉子磁場的徑向分量

8.6.4轉子磁場各組成分量的總結

8.7用矢量形式表示磁場的準則

第9章磁能、磁通和轉矩

9.1定子磁場和轉子磁場的相互作用

9.2氣隙磁場中的能量

9.3電磁轉矩

9.3.1電磁轉矩表達式

9.4單匝線圈磁通和繞組磁通

9.4.1定子單匝線圈中的磁通

9.4.2轉子單匝線圈中的磁通

9.4.3繞組磁通

9.4.4繞組磁通矢量

9.5繞組軸線和磁通矢量

9.6定子磁通矢量和轉子磁通矢量的矢量積

9.7電磁轉矩產生的條件

9.8電磁轉矩和電機尺寸之間的關係

9.9旋轉磁場

9.9.1兩相正交繞組系統

9.9.2三相繞組系統

第10章電動勢

10.1變壓器電動勢和運動電動勢

10.2單匝線圈中的電動勢

10.2.1計算穿過單匝線圈的磁通的一階導數

10.2.2各個導體產生電動勢的總和

10.2.3單匝線圈中的電壓平衡

徠10.2.4電動勢波形

10.2.5電動勢的均方根值（rms）

10.3繞組中的電動勢

10.3.1集中繞組

10.3.2分佈繞組

10.3.3短距係數

10.3.4分佈係數

10.3.5相帶中的諧波表達式

10.4復勵繞組中的電動勢

10.5諧波

10.5.1分佈繞組中的電動勢

10.5.2各種諧波

10.5.3繞組電動勢的峰值和均方根值

第11章直流電機介紹

11.1結構和工作原理

11.2定子結構

11.3他勵直流電機

11.4轉子導體中的電流

11.5機械換向裝置

11.6轉子繞組

11.7換向

11.8換向過程

11.9轉子繞組的製作

11.10換向問題

11.11轉子磁場

11.12電路和磁路

11.13磁路

11.14電路

11.15直軸和交軸

11.15.1矢量表示

11.15.2定子總磁通

11.15.3電機中的總磁通

11.16電動勢和電磁轉矩

11.16.1電樞繞組中的電動勢

11.16.2轉矩的合成

11.16.3轉矩和電動勢的表達式

11.16.4電動勢Ea的計算

11.16.5轉矩的計算

第12章直流電機的建模與應用

12.1勵磁繞組的電壓平衡方程

12.2電樞繞組的電壓平衡方程

12.3轉子速度的變化

12.4數學模型

12.5永磁直流電機

12.6模型的框圖

12.7轉矩控制

12.8穩態等效電路

12.9機械特性

12.10機械特性的性能

12.11轉速控制

12.12直流發電機

12.13直流電機供電的拓撲結構

12.13.1電樞功率供應要求

12.13.2TΩ圖和UI圖中的四個象限

12.13.3電源的四個象限

12.13.4脈衝寬度調節

12.13.5電流脈動

12.13.6功率變換器的拓撲結構

第13章直流電機的特性

13.1額定電壓

13.2機械特性

13.3自然特性

13.4額定電流

13.5熱模型和間歇工作

13.6額定磁通

13.7額定轉速

13.8弱磁

13.8.1高速運行

13.8.2弱磁時的轉矩和功率

13.8.3磁通變化

13.8.4電動勢的改變

13.8.5電流變化

13.8.6轉矩變化

13.8.7功率變化

13.8.8弱磁運行需要的條件

13.9 暫態特性

13.10穩態運行區域

13.11功率損耗和功率平衡

13.11.1供電功率

13.11.2勵磁繞組的功率損耗

13.11.3電樞繞組的功率損耗

13.11.4機電能量轉換的功率

13.11.5鐵耗（PFe）

13.11.6機械損耗（PF）

13.11.7旋轉造成的損耗（PFe+PF）

13.11.8機械功率

13.12額定值和標稱值

13.13銘牌值

第14章感應電機

14.1結構和運行規則

14.2磁體

14.3籠型轉子與繞線式轉子

14.4三相定子繞組

14.5旋轉磁場

14.6轉矩產生的原則

14.7轉矩表達式

第15章感應電機的建模

15.1穩態和暫態現象的建模

15.2數學模型的結構

15.3三相電機和兩相電機

15.4克拉克變換

15.5兩相等效電路

15.6恆定式

15.6.1K=1時的克拉克變換

15.6.2K=2/3時的克拉克變換

15.6.3K=2/3時的克拉克變換

15.7兩相等效繞組

15.8定子繞組的模型

15.9電壓平衡方程

15.10籠型轉子的建模

15.11轉子繞組的電壓平衡方程

15.12電感矩陣

15.13漏磁通與主磁通

15.14磁耦合

15.15L矩陣

15.16轉子側變數向定子側轉化

15.17數學模型

15.18缺點

15.19在同步坐標系中建模

15.20帕克變換

15.21變換矩陣

15.22轉子變數變換

15.23向量和複數

15.24dq坐標系下的電感矩陣

15.25dq坐標系下的電壓平衡方程

15.26電氣子系統

第16章感應電機的穩態運行

16.1輸入功率

16.2轉矩表達式

16.3轉差率

16.4機械功率與損耗

16.5穩態運行

16.6與變壓器的類比

16.7轉矩和電流的計算

16.8穩態轉矩

16.9標幺值

16.10動態轉矩的相對值

16.11穩態電路的參數

16.12機械特性分析

16.13小轉差率下的電機運行

16.14大轉差率下的電機運行

16.15併網的感應電機的起動

16.16極限轉矩和極限轉差

16.17克勞斯方程

16.18靜態平衡和非靜態平衡

16.19連續工作的穩定區間

16.20損耗和功率平衡

16.21銅耗、鐵耗和機械損耗

16.22機械內功率

16.23電壓和磁通的關係

16.24功率平衡

第17章非同步電機變頻調速

17.1電網供電電機的轉速變化

17.2電壓改變

17.3繞線轉子電機

17.4變極對數

17.5多極電機的特性

17.5.1電網供電的多極電機

17.5.2由靜態功率變換器供電的多極電機

17.5.3多極電機的缺點

17.6雙速定子繞組

17.7相關符號

17.8變頻電源供電

17.9變頻電源

17.10電源轉換器的拓撲結構

17.11脈衝寬度調製

17.12輸出電壓的平均值

17.13正弦輸出電壓

17.14PWM波形的頻譜

17.15電流紋波

17.16頻率控制

17.17弱磁

17.18穩態和瞬態運行區

17.19穩態運行的限制

17.19.1RI補償

17.19.2臨界轉速

17.20感應電機的結構

17.20.1電網供電的電機

17.20.2變頻感應電機

第18章同步電機

18.1運行原理

18.2定子繞組

18.3旋轉磁場

18.4轉矩的產生

18.5同步電機的結構

18.6定子磁路

18.7轉子的結構

18.8勵磁繞組的供電

18.9旋轉變壓器勵磁

18.10永磁體勵磁

18.11永磁體材料特性

18.12永磁體的磁路

18.13表貼式和內埋式磁體

18.14永磁電機的特性

第19章同步電機的數學模型

19.1同步電機的建模

19.2磁動勢

19.3兩相等效

19.4克拉克三相/兩相變換

19.5電感矩陣和電壓平衡方程

19.6帕克變換

19.7dq系中的電感矩陣

19.8用複數表示矢量

19.9電壓平衡方程

19.10隱極電機（各向同性電機）的電氣子系統

19.11隱極電機中的轉矩

19.12凸極電機（各向異性電機）

19.13磁阻轉矩

19.14磁阻電動機

第20章穩態運行

20.1穩態時的電壓平衡方程

20.2等效電路

20.3電流、電壓的峰值和有效值

20.4隱極電機的矢量圖

20.5凸極電機的矢量圖

20.6凸極電機的轉矩

20.7隨功角變化的轉矩

20.8機械特性

20.9由剛性電網供電的同步電機

20.10同步發電機的運行

20.10.1渦輪機功率的增加

20.10.2頻率的增加

20.10.3無功功率和電壓變化

20.10.4功角變化

第21章同步電機瞬態運行

21.1機電時間常數

21.2同步電機的位置

21.3LC阻尼電路

21.4同步電機的阻尼

21.5阻尼繞組

21.6同步電機的短路

21.6.1直流分量

21.6.2ISC1的計算

21.6.3ISC2的計算

21.6.4ISC3的計算

21.7瞬態和次瞬態現象

21.7.1時間間隔1

21.7.2時間間隔2

21.7.3時間間隔3

第22章同步電機變頻技術

22.1逆變器供電的同步電機

22.2轉矩控制原理

22.3電流控制原理

22.4弱磁控制

22.5暫態和穩態運行區域

參考文獻