《电机与拖动基础(21世纪普通高等教育电气信息类规划教材)》是作者郭丙君根据电气工程及其自动化专业的性质、教学改革的要求以及多年的“电机与电力拖动”课程教学经验而编写的，力求使“电机学”与“电力拖动基础”有机地结合起来，并保持各自的系统性和相对独立性。

本书可作为高等学校的电气工程及其自动化、自动化、机械设计制造及其自动化等相关专业的“电机学”、“电机及拖动基础”、“电机及电力拖动”课程的通用教材，也可作为工程技术人员的参考用书，还可以作为相关专业的函授教材，对于从事电气工程应用的工程技术人员也是一本实用的参考书。

教授本书需要80学时左右，不同院校、不同专业可根据授课学时的差异，选择学习本教材内容。学时少的学校，对于带*的内容可以不讲授，这部分内容是为了学生拓展知识面而选用的。

本书主要内容包括变压器、直流电机、异步电机、同步电机、控制电机及电力拖动基础，重点分析、讨论电机的基本结构、运行原理、参数及运行性能，以及电力拖动系统的启动、调速、制动的原理、方法及应用。

《电机与拖动基础(21世纪普通高等教育电气信息类规划教材)》(作者郭丙君)主要内容包括变压器、直流电机、异步电机、同步电机、控制电机及电力拖动基础，重点分析、讨论电机的基本结构、运行原理、参数及运行性能，以及电力拖动系统的启动、调速、制动的原理、方法及应用等内容。并用较多的实用例题进一步说明上述内容的应用方法。对于较难理解的内容应用MATLAB软件进行了仿真，方便读者理解和应用。

《电机与拖动基础(21世纪普通高等教育电气信息类规划教材)》可作为高等院校电气工程及其自动化、自动化、机械设计制造及其自动化等相关专业的教材和教学参考用书，对于从事电气工程应用的工程技术人员也是一本实用的参考书。

绪论1

0．1 概述1

0．2 电力拖动的历史、现状与发展趋势2

0．3 本课程的性质、任务和要求3

1 电力拖动系统动力学4

1．1 电力拖动系统的运动规律4

1．1．1 电力拖动系统的组成4

1．1．2 电力拖动系统的运动方程式4

1．2 多轴电力拖动系统的简化5

1．2．1 旋转运动6

1．2．2 平移运动*7

1．2．3 升降运动*8

1．3 生产机械的典型负载转矩特性12

1．3．1 恒转矩负载的转矩特性12

1．3．2 恒功率负载特性13

1．3．3 通风机型负载特性13

1．4 电力拖动系统稳定运行的条件14

思考题与习题16

2 直流电机原理17

2．1 直流电机的用途及基本工作原理17

2．1．1 直流电机的用途17

2．1．2 基本工作原理17

2．2 直流电机的主要结构与参数18

2．2．1 主要结构18

2．2．2 电机的铭牌数据19

2．3 电枢绕组21

2．3．1 电枢绕组的基本知识21

2．3．2 单叠绕组22

2．3．3 单波绕组24

2．4 直流电机磁场25

2．4．1 直流电机的励磁方式25

2．4．2 直流电机的空载磁场26

2．4．3 电枢磁场26

2．4．4 电枢反应28

2．5 电枢电动势与电磁转矩29

2．5．1 电枢电动势29

2．5．2 电磁转矩30

2．6 直流发电机*31

2．6．1 直流发电机稳态运行时的基本方程式31

2．6．2 功率关系32

2．6．3 他励直流发电机的运行特性34

2．6．4 并励直流发电机34

2．7 直流电动机运行原理35

2．7．1 直流电机的可逆原理35

2．7．2 他励直流电动机稳态运行的基本方程式36

2．7．3 他励直流电动机的功率关系36

2．7．4 直流电动机的工作特性38

2．8 串励直流电动机38

2．9 直流电机的换向39

2．9．1 换向物理过程40

2．9．2 换向元件中的电动势40

2．9．3 改善换向的方法41

思考题与习题42

3 直流电动机的拖动43

3．1 直流电动机的机械特性43

3．1．1 固有机械特性43

3．1．2 人为机械特性44

3．1．3 根据电动机的铭牌数据估算机械特性46

3．2 他励直流电动机的启动47

3．2．1 对启动的要求和启动过程分析47

3．2．2 降电压启动48

3．2．3 电枢回路串电阻启动48

3．2．4 他励直流电动机启动仿真*51

3．3 他励直流电动机的调速54

3．3．1 他励直流电动机的调速方法54

3．3．2 调速指标56

3．3．3 调速方式与负载类型的配合57

3．3．4 他励直流电动机的调速仿真*59

3．4 他励直流电动机的电动与制动运行63

3．4．1 概述63

3．4．2 电动状态63

3．4．3 能耗制动64

3．4．4 电压反向的反接制动过程67

3．4．5 转速反向的反接制动运行68

3．4．6 回馈制动运行69

3．4．7 他励直流电动机制动仿真*71

思考题与习题75

4 变压器78

4．1 变压器的工作原理和结构78

4．1．1 变压器的工作原理78

4．1．2 变压器的分类79

4．1．3 变压器的基本结构79

4．1．4 变压器的型号、额定数据80

4．2 变压器的空载运行81

4．2．1 空载运行时的电磁关系81

4．2．2 空载电流84

4．2．3 空载时的等效电路和相量图85

4．3 变压器的负载运行86

4．3．1 负载运行时的电磁过程86

4．3．2 电动势平衡方程87

4．3．3 磁动势平衡方程87

4．3．4 变压器绕组的折算88

4．3．5 等效电路和相量图89

4．3．6 简化等效电路和简化相量图90

4．4 标么值及应用93

4．5 变压器的参数测定95

4．5．1 变压器的空载试验95

4．5．2 变压器的短路试验96

4．6 变压器的运行特性97

4．6．1 变压器负载时副边端电压的变化97

4．6．2 变压器的效率99

4．7 变压器的连接组别100

4．7．1 单相变压器绕组的标志方式101

4．7．2 三相变压器绕组的连接102

4．7．3 三相变压器的连接组别103

4．7．4 标准连接组106

4．8 变压器的并联运行106

4．8．1 变压器并联运行的理想条件106

4．8．2 并联条件不满足时对变压器运行的影响106

4．9 电力拖动系统中的特殊变压器109

4．9．1 自耦变压器109

4．9．2 仪用互感器111

思考题与习题113

5 三相异步电动机原理115

5．1 三相异步电动机的基本结构和基本工作原理115

5．1．1 异步电机主要用途与分类115

5．1．2 基本结构115

5．1．3 三相异步电动机的基本工作原理117

5．1．4 三相异步电动机的型号和额定值118

5．2 交流电机电枢绕组及其感应电动势和磁通问题119

5．2．1 交流电机电枢绕组119

5．2．2 旋转磁动势122

5．2．3 交流绕组的感应电动势130

5．3 三相异步电动机的空载运行135

5．3．1 空载运行时的电磁关系135

5．3．2 空载运行时的电动势方程、等效电路及相量图136

5．4 三相异步电动机的负载运行137

5．4．1 负载运行时的磁动势平衡方程137

5．4．2 负载运行时的电磁关系139

5．4．3 负载运行时的电动势平衡方程139

5．4．4 三相异步电动机的等效电路140

5．5 三相异步电动机的功率平衡和转矩特性143

5．5．1 功率关系143

5．5．2 转矩关系145

5．6 三相异步电动机的工作特性146

思考题与习题147

6 三相异步电动机的拖动149

6．1 三相异步电动机的机械特性149

6．1．1 机械特性表达式149

6．1．2 固有机械特性153

6．1．3 人为机械特性154

6．1．4 异步电动机机械特性的MATLAB绘制*155

6．2 三相异步电动机的启动157

6．2．1 概述157

6．2．2 三相异步电动机的直接启动159

6．2．3 三相笼型异步电动机的降压启动159

6．2．4 三相异步电动机的软启动165

6．2．5 特种笼型转子异步电动机的启动166

6．2．6 三相笼型异步电动机启动仿真*167

6．3 绕线式三相异步电动机的启动171

6．3．1 转子串频敏变阻器启动172

6．3．2 转子串电阻分级启动173

6．3．3 异步电动机启动时间和启动时能耗的计算176

6．3．4 绕线式三相异步电动机转子绕组串电阻启动仿真*179

6．4 三相异步电动机的调速180

6．4．1 改变定子电压调速181

6．4．2 绕线转子异步电动机转子串电阻调速183

6．4．3 改变定子极数调速187

6．4．4 三相异步电动机变频调速190

6．4．5 绕线转子异步电动机的串级调速195

6．4．6 电磁转差离合器调速200

6．5 三相异步电动机的制动204

6．5．1 电动运行204

6．5．2 能耗制动204

6．5．3 反接制动206

6．5．4 回馈制动运行207

6．5．5 三相异步电动机的制动仿真*211

思考题与习题215

7 三相同步电动机原理218

7．1 同步电动机的结构和工作原理218

7．1．1 同步电动机的基本工作原理218

7．1．2 同步电动机的结构218

7．2 同步电动机的电磁关系219

7．2．1 同步电动机的磁通势219

7．2．2 凸极式同步电动机的双反应原理220

7．2．3 凸极式同步电动机的电压平衡方程式222

7．2．4 凸极式同步电动机的电动势相量图222

7．2．5 隐极式同步电动机223

7．3 同步电动机的功率关系与矩角特性224

7．3．1 功率关系224

7．3．2 电磁功率225

7．3．3 功角特性225

7．3．4 矩角特性226

7．3．5 稳定运行226

7．4 同步电动机功率因数的调节228

7．4．1 同步电动机的功率因数调节228

7．4．2 U形曲线230

思考题与习题231

8 三相同步电动机的拖动233

8．1 三相同步电动机的机械特性233

8．2 同步电动机的启动234

8．2．1 辅助电动机启动234

8．2．2 异步启动235

8．2．3 变频启动235

8．2．4 三相同步电动机异步启动仿真*235

8．3 三相同步电动机的调速237

8．3．1 三相同步电动机变频调速时的矩角特性237

8．3．2 三相同步电动机变频调速时的机械特性239

8．3．3 调速用同步电动机的几种类型240

8．3．4 三相同步电动机调速系统的几种典型结构及应用领域241

8．3．5 三相同步电动机调速系统的分类及特点241

8．3．6 三相同步电动机、异步电动机、直流电动机调速系统的比较243

8．4 三相同步电动机的制动245

8．4．1 电网供电同步电动机的制动245

8．4．2 三相同步电动机制动仿真*245

思考题与习题247

9 微控电机248

9．1 单相异步电动机248

9．1．1 一相定子绕组通电时的机械特性248

9．1．2 两相绕组通电时的机械特性249

9．1．3 各种类型的单相异步电动机250

9．2 测速发电机253

9．2．1 直流测速发电机253

9．2．2 交流异步测速发电机255

9．2．3 测速发电机的比较257

9．3 伺服电动机257

9．3．1 直流伺服电动机258

9．3．2 交流伺服电动机259

9．3．3 交流伺服电动机的控制方法261

9．4 步进电动机263

9．4．1 矩角特性及稳定平衡点263

9．4．2 步进运行状态264

9．4．3 连续运行状态266

9．4．4 通电方式和电动机转速266

9．4．5 运行矩频特性267

9．4．6 步进电动机的驱动电路269

思考题与习题269

参考文献270