录 前言 第二节直流电忧的能量转换与可逆性.52 主要符号表 第三节直流电机的基本方程式· 导. 第西书 他发电机的运行特料 电机及其在国民经济中的作用 第五节 并肺发电机的自助条件和外特性 .60 第二节 我国电机工业发展假 第六节 复局发电机的特点 63 第三节 电机中所用的材料和铁磁村料 第七节 直流电动机的工作袋料 6 第四节 隘路计算的整本原理和方法 第八节 直流电动机的机被德性 馆五皆 电机学课程的性质与任务： .15 第九节 直电动机的起动、测速与例动 习 第十节 小若**41**4 74 习颗， 第一篇直电机 第四章 直流电机的换向 78 第一章 直流电机的工作原理和共 第一 直遭电机的换向过程 第二节 换向的电磁理论 术结钧.***.19 第三带 第一节 产生火花的原因 直流电机的工作原现： .10 直流电机的主要结构部件 算四书 改盖她向的措饰 第一节 第三节 直流电机的额定 第五节 环火及朴偿绕组 第六节 小军* .89 第四节 小结. 习暫 .90 习5. .25 第二章直流电机的磁路、电枢锐 第五章电机的发热和冷却. 组和电赵反应· 为 电机的温升及温升展值 +9】 27 第一节直流电机空我时的磁场及磁储 第二节 电机中常用的绝缘材料及其允 许泪度*4。 计算 .27 第二节 气所感动 0 电机的发热和冷却过程.94 齿部及其他铁心部分所磁动势 第四节 电机的定额 第五节 第四节 直流电机的弦化曲驾* 电机的冷却方式及机光的齿护 .30 形式. 96 第五节 宜流屯机电枢绕组的基本特点.料 第六节 单叠笼组： .36 第六节 小转： 第七节 单被绕细 第六章直流伺服电动机与测速发 第八节 直流电机的电动势和磁 42 电机 .100 黛九节 交轴电枢反应和直轴电枢反应· 44 第一节 直范同服电动机· 1.100 事十转电椒整胡轮或被由动热 ,46 第二节宜成测德发电机 第十一花机的伐转 第三行小结 02 第十二 小结 103 “49 可章直流电机的基本方程式和 第二椭变压器 运行特性. 第七章变压器的汇作原孕和本 直电机技肠磁方式的分英. 51
第一节 变压器的工作原理和分类. .105 第二节 变压器的主要结构部补.++.106 第三篇交流电机理论的共问避 纳三节 授压慧的发热上冷超 .109 第十三章 交流绕组及其电动势 179 第四节 变压器的侧定值 第五节 第一节 交流电机的基本工作掠四 第二5 交流锐组的基本要求和分类.18】 习题 第三节 第八章变压器的运行原理 第四节 三相双 叠绕卸 第一节变压器的空较运行 .113 第玉书 三相单层 186 第二节 变压器的负栽法行 第六节 在正弦分布磁场下的绕组电动势，18日 变压器的参数测定 第七节 在非正弦分布碳畅下电动势中 第四节 标么值 的高次谐波及其蹈方法 102 *28 第五节 变压器的运行华传 第八节 齿游电动势及其制需方 第入火柠小始· 第九节 小结 97 到题 36 习题 j97 第九章 三相变压器 第十四意 交流绕组的磁动势 .199 第一节 三相变压器的磁路系统 39 第 相绕组的动势 第二节 三相变压器的电路系统 第二节 三相饶组合成磁动势的基设 *205 第三节 国形和麓圆形的转磁动势 组的联站法和联结组 *.140 -208 第三节 三相变压器绕织的联结法和益 第四节 三相烧组合成磁动势的高次 路系统对电动势波形的影璃 13 .210 恋压的并联运行 第五节 时矢与空间矢激 22 第五节 小结 第六节 小结. .213 习题 习题 .213 -151 第十章三相变压器的不对称运行 。taf53 第一节对称分遁法 第四箱感应电机 结二节 了，y·联结三相变压器的单相 第十五章 感应电机的主要练构 .215 负我. *gt44t4t4,155 感应电机的主要钻构都件 215 第三书小钻 .160 第二节 感应电机的额定值. -218 习题. 160 第三节 .219 第十一章 变器的静变过程 .162 219 第一 变压器空载合闸时的解变过 .162 第十六章 感应电机的运行原理 ·220 第二节 二次突短路时的变过恐.164 第一节 第应典规的三种蓝行状款 .220 第三节 小结 第二节 腐应地机的避超、主进通。测 .166 对题 .i67 飚通和稀电抗 .222 第十二章 三绕组变压器及其他用途 第三节 转子静止时感应电动机的运行224 第四节 转子旋转时那应电动机的运行+20 变压器 168 第五节 移应电动机转子邻各物理量的 第一书 三绕组变压器 *168 23 第二节 自鹅变压器+ -172 第六节 悠应电机的等效电 第三节电流互感器科电乐互感器 175 第七节 感应电机的参数测定 *.24 第四节小结 177 第几节 笼型转子的相数、极数和参数 习题. 计算 .74
第九节小结.26 习随戏.t 29 习题 t0:ew8,84+4,40,27 第二十二章同步电机的运行原理.296 第十七章 感应电动机的功率、转矩 时步发电机的空载运行 .296 和工作特性*. .249 第二节 电压被形正弦性暗变率剂电话 第一节移应电机的功率和转短平衡方 诺被因效 .297 得 ,249 第三节对称负载的电权反应.298 第二节 B应电机的电磁转矩 第四 隐极同步发电机的负载运行.30心 第三节 感应电动机的工作特性 第五 凸极同步发电机的双反应理论 ,0 28 第四节小结+ 20 第六节 凸损同步发电机的负载诺行 习 260 第七节小结. 310 第十八章 三相惑应电动机的起动 习题 .310 和语速 .22 第二十三章 同步发电机的运行特性 312 第一背电机：的起动姓能 第一节饲步发电机的空数特桂和短路 第节 三相悠应电动机的起动方陆. .253 等生 .312 第三节 深瘦式和双笼感应电动机. 257 第一指同步发由机的等功翠因新值搜 第四节 移应电动机的附加转矩及其对 特性 313 起动的影响， .259 第三节 阿步发电机的外特性和调整特 筹五节 该应由动机的海速方法 性4.36 第水节 小 274 第四节同步发电机的短路比和直轴同 习题 274 电机 4j17 第十九章三相感应电动机在不对 第五节 电 玉调整率和颜定磁电沉的 称电压下运行及单相感 求法444+.8 第六节 稳态参数的遍定 +321 应电动机 第一节三相感应电动机在不对称电压 第七节小结. .22 习题 322 下的运行 15 第二节 单相感应电动机 .78 第二十四章同步发电机的并联运行.325 第三节 三相感应电动机在非正弦电压 投入并联的条件和方 .325 下的运行 283 第二节 同步发电机的功率和转矩平 第四节小站. 方程式*+327 习 第三节间步发电机的功角特性，28 第二十章 特种惑应电机 ,8 第四节同步发电机与大电网并联行 第一节交流何服电动机 时有功功率的调节和静态稳烂 .330 航一皆 交流测速发电凯 18 第五节 无功功率的调节和V形曲线*.33了 第三节 应湖压器 e 第六节小结“ .1j5 小结 习题 .3j5 389 第二十五意同步电动利机和同步调 第五篇同步电机 相机37 第一节同步电动机的基本方程式、失 第二十一章同步电机的基本结构.291 量图和功角特性 .337 第一节同步电机的基本钻构形式 8040ae29了 第二节无功功率的调节 .g 第二节额定 294 第三节 同步电劲机的起动方法 .3 第三节 .29 第四节 同步调相机
令 第五节小结 34 压方程式和酸方程式 36g 第二节 父流电机在d、0坐标系统 第二十六卒同步发电机的不对称 中的电压方程式和赋链方程式··374 运行 第立指标么值。 0.378 第一节同步发电机不对称运行时的各 算四书筒步电机的等效电路租远算 血拉 相岸阻抗和等效电路 ,345 第二节三相同步发电机的不对称稳定 第五节 功率和电磁矩 】90 第大 较矩方程式 短路 348 92 第七节 交流电机的动签方程式.93 第三节负彤和零序参数的测定 .350 第四节不对称运行对电机的彩响· 第八背小结n +395 4+.352 习 4+396 德1竹小转. .353 353 第二十九章 交流电机的群态分 .397 第一节凸极同步电机对称稳态运行. *了97 第二十七京同步电机的突然短路 脑二粉 同步电机三相对称突然短路. 401 韬导体闭合酉路醛守但原理 第三节 感应电动机的起动分析 .404 第二节 对称突然短路的物过程 "554 第四节 小结 第三节服老电教和招國李申批及封 总结旋转电机进行机电能量转换的 定方法 359 第四节 夹然短电流及其表诚时何常 共同转点 408 数的计算 .36 第一节电机中的磁场储能 408 第五节突然粗路对电机的影荆.366 第二节 电磁转矩与避扬储能的关琴 0 第六节小结. *+了67 第三节 机电转换的物过程 月题 .368 第四节 场的余能. 47名 第五节 电融转矩. 415 第六节 第六篇旋转电机酮卷分析 从磁场观点求电磁铃炮 +45 等七节 从辆合电骆魂点求电磁转矩，机 第二十八章旋转电机瞬态分析的 电能量转换条件 基本方法 ”*369 参考文献 第一节变流电机在相坐标系统中的电
导 言 第一节电机及其在国民经济中的作用 电机工业是机械工业的一部分。电枫是一种其工作原理基于电磁感应定律和电磁力定律 之上，实现机电能量转换或电能特性变换的机械，具有电能生产、传输和使用或作为电量之 问、电量与机械量之间的变换器的功能，是工业、农业、交通运输业和家用电器的重要组成 部分，对我国社会主义建设有置要的作用。 电机的分类方法很多，按其功能来滑，可分为： 1,发电机把机械能转换成电能： 2.电动机把电能转换成机被能， 3.变压器、变频机、变流机、移相器分别用于改变电压、颜率、电流及相位， 4,控制电机在自动控系统中作为执行、检测和解算元件。 应该指出，从基本原理上看，发电机和电动机只不过是电机的两种运行方式，它们本身 是可逆的。 电机在现代社会的所有行业和部门中，都需要并且愈来愈广泛地使用。在电力工业中， 电机是发电厂的主要设备，在机械、冶金、石油、煤炭和化学工业中，广泛应用电动机驱动 各种生产机械，一个现代化工厂落要几百台至几万台各种不同的电动机，在交通运输业中， 需要各种专用电机，电车、电气机车需要具有优良起动和阔速性能的牵引电动机，特别是近代 关于电动汽车和以直线电动机为动力的磁悬浮高速列车的开拓，推动了新型电动机的发展， 在航运和航空、航天工业中，篇婴很多袋殊要求的船用电机和航空电机，随着农业机械化的 发展，电力排范、谷物和农产品加工，都需用地动机抱动：在各种白动控制系统中，要名 种各样的控制电作为茶绕元件，一个工业化家的家庭，家用电器的电机达三四十台以 随着社会的进步、科学技术和电机理论的新发展，例如最近超导体技术、电子与计算机 技术的新突破，催促誉新一代电机的研究与开拓，为电机技术展现了激动人心的广搁前景。 第二节我国电机工业发展概况 解放前，我国电机厂主要分布于沿海儿个大城市，它们的规模小、设备陈旧、技术落后， 主要从事电机的修理与装配，且产品类型混乱，标准不一，质發很低。当时生产的最大单机 容量：发电机不超过200kW,电动机不超过180上W,变压器不超过2MV·A,成接发电设备 全由外国进口。 解放后，我国电机工业同国民经济各部门一样，得到了迅速发展。]953年进行了中小型 电机产品的全国统一设计，到1957年底，我国电机产品的自给率达75%，电动机的产量达
1455MW,是1949年刚解成时的23.9倍，发电机的单机容量达到汽轮发电机12MW,水轮发 电机10MW。我国社会主义经济建设的第-.个元华，(1953一1957年)斯，电机工业取 得了巨大的戚就，并类定了进一步发展的基。 在电动机方面，1961年J2、J0新系列正式投产，质量有了显著提高。1982年，新的按 国际电工委员会(IEC)标谁自行设计的中小型感应电动机Y系列，又取代了J0:系列。Y 系列是基本系列，可从中派生其他系列。目前，我国高等院校和有关科研机关正在研制Y系 列感应电机派生的了X系列节能电机。单台电动机方商能反映我国生产水平的还有：2极， 6.3MW笼型感应电动机，与锅炉给水装置配套；6极，16Mw网步电动机，与空气压缩机 配套等。 在发电机方面，1958年试剖成功世界首创的12W双水内冷汽轮发电机，1972年研制成 功300MW双水内冷水轮发电机和汽轮发电机。当前，我国已能生产50、100、200、300、 600MW氢外冷和氢内冷系列汽轮发电机，双水内冷汽轮发电机形戒了从12、25、0、(75)， 100、125、(200)、300Mw的完轻系列。我国还能生产适应不同水头，转速和功率，与各种 类型水轮机配套的水轮发电机，最大功率为320MW;从外形尺寸讲，葛洲與电站的170MW 水轮发电机，定子外径为20m,推力负荷38MN,都居世界前列。此外， 我国还生产了·台 为拉流负荷提供炬时脉神电源的4极、8OMW,定子绕组采用双Y移30°接法的六相同步发 电机，为我把六相绕组用于大型汽轮发电机创造了良好条件。 在直流电机方面，除了系列生产一般用途的中小型电机以及晶闸管整流供电直流电动机 外，还生产各种特殊用途的产品，如轧钢、舰艇和牵引用大型直流电机。在单台电机方面， 目前我国生产的大型直流电机，电据外径3.8m,功率7000kW,100V,375/506/mia, 电枢周速达75,5m/s,换向难度及整体水平已接近国外先进国家水平。 在电力变器方面，1959年制成了220kV,120MV·A的高压电力变压器。目的，我国 已能生产500kV级高压电力变压器，满足电力系统伯各种要求。主要电力变压器有220kV 级，包析双绕饥、无磁测乐系列：双绕组、有载压系列。 现在，我国自己的电机工业你系已经基本建立。有了绕一的闲家标准、统一的电机、变 压器系列，的制造成的大、中型火力和水力发电设备，基木上能生产国民绕济各部们所酷 要的各种类型电机。 仙是，工业发达的国家相比，在某些技术方商还比较落后。目前，类国已生产出单机 容是为11521W的2极汽轮发电机，700MW的水轮发电机俄罗斯已生产出1200Mw的2 极汽轮发电机，60MW的水轮发电机，它们正在试制和生产1000~1500MW的4极汽轮发电 机。我国电机工亚面临提高产品质量和发展新产品，特别是大型和特殊电机的科研任务。我 们应当深入研究电机发展中的问恩，吸取新的科技成果，学习国外先进经验，为加津我国电 机工业的发展，赶上和超过世界光进水平，作出新的贡献。 第三节电机中所用的材料和铁磁材料 电机是利用电磁感应作用实现能狂转换的。这样它主婴有电路部分，包含导地材料与绝 缘材料，磁路部分，主要是独桃材料，以及结钩部分的材料。 导电材料，电机绕组常采用紫铜线安铝线，它的导电性能良好，电阻损耗R小
绝缘村料，作为带电导体之问或它与铁心之问的绝缘。要求介电强度高，附热性能好 常用的绝缘材料有A、E、B、F、H等几种等级，它们的性能不问，热能力也不同。例 如B级墮缘材料，在130C下能长期使用.辑130C则老化很快：H毁180C下长期 使用。 站构材料，是组成电机整体所必陆的，主要要求机城强度好，加工方便，常丹的有铸铁、 铸钢和钢板：小型电机也有深用架合金的 导磁材料也称铁磁材斜，电机磁路的铁磁材料主要是硅钢片。它是吃讯中一称比较特醉 的材料，它的磁导率对磁场具有非线性，又有磁化过程的不可边性和磁滞现象，在交变磁场 作用下有磁滞损耗和涡流损耗。因此，我们简要讨论如下： 一、铁磁材制的磁导宝 磁介质的磁导率 (0-1) 式中磁感应强度B(即磁通密度)是描述磁介质中实际的磁场强弱及方向的物理量，为了 形象地描会磁场的空间分布，采用磁感应线，亦称磁力绿来描绘磁场的空向分布。磁力线是 无头无尾的闭合曲线，磁力线的方向与产生它的电流方向符合右手螺旋定则。B的单位为T (1T=1wb/m2). 磁场度H,是指任何磁介质中，磁场某点的磁感应强度B与同-一点上的磁导率μ的 比值，H=B/“。由此看米，H不是磁介质中该点磁场强弱与方向的实际值，它只是一个 辅助性的物理量，反映了磁场的源，比如产生磁的电流，在该点的作用。也可看作磁介质 内外界磁场的作用。如果磁介质是均匀面且各向同性的，侧B和H是同方向的。有的单位为 A/0。 碰导亭“是反映磁介质磁性能的系数，它的单位为H/m。 非铁磁材斜的磁感应强度B与磁场强度H成正比，其比例系数即磁导率为带数，并且都 接近于其空的磁导r,=4x×10H/。非铁磁材料的B与H成线性关系。 但铁磁材料却是非线性的。铁磁材料内部存在者很多很小的强烈地沿同一方向自发磁化 ·了的区城，称为“磁”。磁化前，磁時杂乱地排列，磁场互相抵消，对外界不显示磁性， 在外界磁场H的作用下，快磁材料中的磁出现 了两种过程，与外磁场同利的磁疏边界扩扩大的增 大过程其他方向的磁时液外磁场方向转动的过 程。图0-1表示铁磁材料的磁速成强度B脂从酸 场强度H的变化曲线，称为铁磁材料的磁化成 线。磁化曲线的0段，外磁场H较弱，H的培 =f( 加，要是与外磁场同句的磁路沙界增大的过 程，B增加级慢。在ab段，外磁场H较强，主要 是磁畴沿外磁场方向转动过程，B迅速增大。在 段，外磁场增大时，能够沿外磁场方转动 的磁越来越少了，H增加，B的增加渐新变 0-1铁磁材料的磁化自线 慢，出现了磁饱和现象。H增大到点以石，铁磁材料内所有的磁动都转到磁场一致的方
4 向了，B与H的关系类似于真空中的情况。铁磁材料的磁化曲线B=f(H)表明，铁磁材料 的磁导率严，=B/H也随疗的变化而变化，是非线性的，在图0-1上作出了严=(H)曲 线。 二、磁湾与碰滞损韩 由于磁砖在外磁场作州下边界增大与转动时 被此之问产生的界面“摩擦”，和应于外磁场增 加的上开磁化曲线与相应于外磁场减小的下降磁 化曲线不蛋合，如图0-2所示，这种现象称为磁 滞，即铁磁材料的磁化过程是不可逆的。用刺量 方法求顶磁化曲线时， 实际上得到的是磁滞同 线。在磁滞回线上，当H下降到时，B不是罗 而是B,称为剥余磁感应强度；而对应于D等于 零时的H,称为娇顽力。 对于磁滞回线很宽的铁磁材料，其B,很大， 表示有外磁扬H扇时，铁磁材料仍有很强的 图0-2铁税材科的磁滞回线 磁感应强度；H,很大，表示此类铁磁材料一经磁化就很难退磁，能长期保持磁性，这类铁 磁材斜称为硬微材料，也称永磁材料。它们的碳性能常用B、H,和最大磁能积(BH).三项指 标征。水磁电机常用的永磁材料有铁氧体、铝镍能、稀土钻、钕铁等，尤其是后两种具 有优良性能，而我国稀土资源丰富，是值得大力发展的。 大多数铁磁材料的磁滞回线很窄，B,、H,都很小，在工程磁路计算上，取B=f(H)为 单值函数时，误差仍在允许范围之内。为此，将不同B.值的许多不同磁滞回线在第一象限 内的顶点连接起来而得到的磁化曲线，称为快磁材料的基本磁化曲线或平均磁化曲线，如图 0一3所示。磁滞同线很窄的铁磁材料称软磁村料，如电机铁心常用的硅钢片、铸纲、铸铁 等。各种软磁材料的誉化曲线或相应的数据表，可在手册中查到。表0-1是硅铜片D23(新 型号为DR510一50)的磁化曲线数据表。 在交变磁场中，铁磁材料反复磁化时，磁啧之间互相摩擦，消耗能量，其对应的损耗功 率称为磁滞损耗。图0-4为裁面积为A,中心线长为的快磁材料圆环，其上均匀而紧密 本甜化曲创 03基本磁化两钱 图0-4铁心脑环
表0-160Hz、0.5mm、D23域化曲战 B(T) 0.02 0.03 a.07 0.98 B(T) 1.45 9 2.06 0.6 0.7 .1 2.20 2.24 2.32 2.86 2.40 2.45 0.7 0.8 ,5 2.70 .7 2.8 2.93 03 9 5.8 416 1.2 6.72 6.d 7.38 7.6 7.86 8.10 862 1 1.3 8.9 .20 0.50 0.50 10.1 10.5 10,9 11.3 111 1 2,6 I3 13, 14-8 13.5 16.3 29.1 .1. 1.7 72.0 60.3 5.0 1.8 122 128 134 140 146 151 158 165 12 1R0 1.8 齿，1，查出的 度H单位为A/c,IA/em=100A/。 地绕有N匝线圈，并通以电流i,它在铁心内产生的磁场强度为H,由全电流定律可得 ∮Hdl=gi HI-Ni 1=N HI 侠心内的磁感应强度为B,磁通量=BA。 电源供给圆环的景时功率： =ui 当忽略线图电阻，线图的感应电动势€和电流：的正方向取得相同时，有 -&=N0 =ai=N0:=vh股 式中V=!一圆环铁心的体积。 在如上条件下，电源供给线图的平均功率，都用来补偿建立铁心交变磁通所丽的功率，即快 心的磁滞损耗： Aa-gpa-p∮naa (0-2) 式中 T -电湾：变化的周期 交交电流的频率，寸=1/T, 由此可见，磁滞损耗与磁滞回线的而积（中HB、电流颜率、快心体积V成正比。 对于同一铁心，不同铁磁材料的磁滑回线的面积大小不同，放磁滞损耗的大小不同，即 使同一材料，磁惑应强度最大值B。愈大，则磁滞回线的面积愈大，磁滞损耗也愈大。考惑
6 到材料和B.的影响，磁港损耗的计算公式一般写成 P=KifBir (0-3) 式中K。—一取决于不同材料的系数， 0一 由实验疏定的指数，对于常肘的硅钢片，当B=0,1~1.0T时，a=1.6:当 B.51.0~1.T时，a≈2， 由子锅片磁滞回线的面积很小，故巾机、变压和电器的铁心常用钢片城。 三、祸流与涡流损耗 当交变磁通穿过侠心时，根据电磁感应定律，铁心内将感应绕磁通的涡旋状的电动势 和电流，称为洲电动势和涡电流，领称溺流。见图0-5。涡电流：在铁心等效电阻R上的功 率损耗1R,称为祸流损耗。设蹈0-6的薄硅钢片中，测流可近似地认为沿长方形回路（虚 线)流动，若钢片的宽度♂比其厚滋d大得多，可取涡流回路的一边$于钢片的宽度，面另 一边等于2×。山于祸流回路的感应电动势Ew与磁通交变激举和磁通解值成正比，而后 者义等于磁通密度值B。与积2x的乘积，设比例常数为，则得： 图05-一片硅钢片中的涡流 图0-6硅钢片中祸流损耗的计算 Eir=Kfb2xB 忽略两短边影响时，涡流回路电阻为 式中P一一硅钢片的电阻率， 【一硅钢片长度。 给定的渴流回路上功率损耗为 品-2 若设磁场在裁面上均匀分布，则在钢片的整个体积上的祸流损耗为 Pr=位2KP6B:】 (0-4) P 12p 式中Ψ=bd-一一钢片的体积。 上式表明，涡流损耗与频率∫的平疗、钢片厚度d的平方及最大滋感应强咬B的平方 成正比，而与钢片的电阻学P成反比。血此可见，为了碳少祸流损耗，首先应减小钢片的厚