本書重點討論電機穩(wěn)態(tài)運行的相關(guān)內(nèi)容。全書共6章,涵蓋電機的共性問題、電力變壓器、機電能量轉(zhuǎn)換原理、直流電機、感應電機、同步電機。每一章后面都附有思考題和答案。電機學是電氣工程專業(yè)的核心課程之一。本書可作為電機方向的教材，或作為電機研發(fā)、設計的參考書。
本書的特點是每一章內(nèi)容都盡量貼近工程實際，將理論分析和實踐緊密結(jié)合在一起。本書可作為高等學校電氣工程和自動化專業(yè)及其他機電類、自動化類專業(yè)的教學用書，也可供有關(guān)工程技術(shù)人員、研究生和教師參考。
電機學是電氣工程專業(yè)的核心課程之一。每一章后面都附有思考題和答案。本書的特點是每一章內(nèi)容都盡量貼近工程實際，將理論分析和實踐緊密結(jié)合在一起。本書可作為高等學校電氣工程和自動化專業(yè)及其他機電類、自動化類專業(yè)的教學用書，也可供有關(guān)工程技術(shù)人員、研究生和教師參考。
電機是一種機電能量轉(zhuǎn)換裝置，其中，發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能，電動機將電能轉(zhuǎn)換為機械能。電機的工作狀態(tài)是可逆的，它們可以很容易地從發(fā)電狀態(tài)切換到電動狀態(tài)。
能源對現(xiàn)代生活至關(guān)重要，可以用于加熱/冷卻，可以用于制造各種工業(yè)和家用電器，還可以用于運輸貨物和人員。電能是清潔能源，易于遠距離傳輸，并且易于通過電力電子技術(shù)進行電能變換，因此電能非常適合用于溫度（熱量）和運動控制。
發(fā)電機（除了燃料電池、光伏板和蓄電池）是幾乎所有發(fā)電廠的電能來源。它們由原動機驅(qū)動，如水輪機、燃氣輪機和蒸汽輪機、柴油發(fā)動機，以及風力或波浪渦輪機。
另一方面，電動機驅(qū)動的運動控制系統(tǒng)在所有工業(yè)中都是必需的，可以提高生產(chǎn)效率，節(jié)約能源，減少污染。
由電力電子通過數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor,DSP）進行數(shù)字控制的電動機驅(qū)動廣泛應用于各個領(lǐng)域中，從高架起重機到人員和貨物的搬運，從內(nèi)燃機到混合動力電動汽車，從家用電器到信息產(chǎn)品。電機的功率可以從單機幾百MW到不足1W。家用電器、汽車、船舶、飛機、機器人、臺式計算機和筆記本電腦，以及手機之中，都有一個或多個電機。
本書內(nèi)容
本書旨在全面介紹傳統(tǒng)電機和新電機，涵蓋以下內(nèi)容：
1）拓撲結(jié)構(gòu)；
2）穩(wěn)態(tài)建模和性能；
3）初步設計和測試。
如何使用這本書
本書涵蓋三個學期的教學內(nèi)容（一個學期的本科課程和兩個學期的研究生課程），包括上面列出的拓撲結(jié)構(gòu)、穩(wěn)態(tài)建模和性能，以及初步設計和測試（第1章到第6章）。
這三個部分是相互獨立的，整書盡量統(tǒng)一符號。本書包括許多給出計算過程和數(shù)值答案的例子，所列出的思考題都給出了提示，以便于求解。
讀者人群
本書適用于所有對發(fā)電機和電動機的開發(fā)、設計、測試和制造感興趣的電氣工程和機械工程的學生以及工業(yè)研發(fā)工程師。
章節(jié)內(nèi)容
第1章是對這一課程的介紹，討論了電能的消耗及電機的應用；列舉了變壓器、電機的基本類型；分析了電機原理、功率等級和典型應用；介紹了zui新的電機分析方法。
第2章全面介紹了單相和三相電力變壓器。給出了幾個例子，內(nèi)容包括拓撲結(jié)構(gòu)、穩(wěn)態(tài)建模、性能和測試、瞬態(tài)分析和初步的電磁設計方法。
第3章研究了主要類型的旋轉(zhuǎn)電機和直線電機的能量轉(zhuǎn)換過程。
第4章包含直流和交流有刷電機的拓撲結(jié)構(gòu)、穩(wěn)態(tài)建模，以及在發(fā)電/電動/制動狀態(tài)的運行特性。
第5章和第6章包含三相（和單相）感應電機和同步電機（采用永磁或直流勵磁轉(zhuǎn)子）的拓撲結(jié)構(gòu)、穩(wěn)態(tài)建模、各種運行狀態(tài)（電動機/發(fā)電機）下的性能，以及電機的初步設計方法。
本書提供了對電機的“全面”覆蓋，這一點從詳盡的計算機仿真程序可見一斑。 本書的許多內(nèi)容已經(jīng)在課堂上使用了好幾年，而且在持續(xù)改進。
本書已經(jīng)盡量介紹了現(xiàn)有的電機參數(shù)、建模和特性的實用表達式，力求使本書能直接應用于研發(fā)現(xiàn)代（分布式）電力系統(tǒng)和基于電力電子運動控制的電機工業(yè)。
目錄
譯者序
原書前言
第1章概述1
1.1電能與電機1
1.2變壓器和電機的基本類型4
1.3損耗與效率10
1.4物理極限與額定值12
1.5額定銘牌15
1.6分析方法17
1.7電機發(fā)展歷程與前沿技術(shù)17
1.8總結(jié)19
1.9思考題20
參考文獻21
第2章變壓器24
2.1帶鐵心的交流繞組和變壓器原理25
2.2電機中的磁性材料及其損耗29
2.2.1磁化曲線和磁滯回線29
2.2.2永磁體31
2.2.3軟磁材料中的損耗32
2.3導體與趨膚效應35
2.4單相和三相變壓器的組成部件39
2.4.1鐵心40
2.4.2繞組42
2.5單相變壓器的磁鏈和電感45
2.5.1層式繞組的漏感47
2.5.2交疊式繞組的漏感48
2.6考慮鐵耗的單相變壓器電路方程49
2.7穩(wěn)態(tài)與等效電路51
2.8穩(wěn)態(tài)空載運行（I2=0）/實驗2.152
2.8.1空載時的磁路飽和55
2.9穩(wěn)態(tài)短路模式/實驗2.256
2.10單相變壓器的負載穩(wěn)態(tài)運行/實驗2.358
2.11三相變壓器的聯(lián)結(jié)62
2.12三相變壓器空載的特殊情形65
2.12.1空載電流不對稱65
2.12.2三柱鐵心一次側(cè)聯(lián)結(jié)66
2.13三相變壓器的一般方程67
2.13.1電感測量/實驗2.468
2.14三相變壓器帶不平衡負載的穩(wěn)態(tài)/實驗2.569
2.15三相變壓器并聯(lián)運行72
2.16變壓器的瞬態(tài)74
2.16.1電磁（R，L）瞬態(tài)75
2.16.2浪涌電流瞬態(tài)/實驗2.676
2.16.3空載突然短路（V′2=0）/實驗2.777
2.16.4峰值短路電流下的受力77
2.16.5靜電（C，R）超快瞬態(tài)79
2.16.6防過電壓靜電瞬態(tài)保護措施82
2.17儀器用互感器82
2.18自耦變壓器83
2.19電力電子變壓器和電感器85
2.20變壓器初步設計實例87
2.20.1規(guī)格87
2.20.2設計需求87
2.20.3磁路尺寸確定87
2.20.4繞組尺寸88
2.20.5損耗和效率90
2.20.6空載電流90
2.20.7有源材料重量91
2.20.8等效電路91
2.21總結(jié)92
2.22思考題93
參考文獻95
第3章能量轉(zhuǎn)換原理與電機類型96
3.1電機中的能量轉(zhuǎn)換96
3.2電磁轉(zhuǎn)矩和齒槽轉(zhuǎn)矩（零電流激勵時的永磁轉(zhuǎn)矩）97
3.3無源轉(zhuǎn)子電機98
3.4有源轉(zhuǎn)子電機101
3.4.1轉(zhuǎn)子側(cè)直流且定子側(cè)交流101
3.4.2轉(zhuǎn)子側(cè)和定子側(cè)均為交流102
3.4.3直流（永磁）定子和交流轉(zhuǎn)子103
3.5固定磁場（電刷-換向器）電機104
3.6旋轉(zhuǎn)磁場同步電機105
3.7直線電機106
3.8總結(jié)111
3.9思考題112
參考文獻112
第4章直流電機：穩(wěn)態(tài)分析113
4.1概述113
4.1.1定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)113
4.2直流電機電樞繞組116
4.2.1單疊繞組舉例：Ns=16，2p1=4117
4.2.2單波繞組舉例：Ns=9，2p1=2119
4.3電刷—換向器121
4.4定子勵磁磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁密122
4.5空載磁化曲線舉例123
4.6永磁體氣隙磁密和電樞反應舉例127
4.7換向過程130
4.7.1交流勵磁電刷—換向繞組133
4.8電動勢134
4.9等效電路和勵磁方式136
4.10他勵（或永磁體勵磁）有刷直流電動機/發(fā)電機/實驗4.1136
4.11有刷直流電機穩(wěn)態(tài)分析和轉(zhuǎn)速控制方法/實驗4.2138
4.11.1調(diào)速方法140
4.12串勵有刷直流電機/實驗4.3145
4.12.1起動方法和調(diào)速方法147
4.13串勵有刷交直流兩用電機148
4.14電刷—換向器電機測試/實驗4.4150
4.14.1永磁有刷直流電機的損耗、效率和齒槽轉(zhuǎn)矩151
4.15永磁有刷直流汽車電機的初步設計算例153
4.15.1定子結(jié)構(gòu)尺寸設計154
4.15.2轉(zhuǎn)子槽和繞組設計155
4.16總結(jié)157
4.17思考題159
參考文獻161
第5章感應電機：穩(wěn)態(tài)分析162
5.1引言：應用和拓撲162
5.2基本結(jié)構(gòu)162
5.3交流分布式繞組164
5.3.1交流分布式繞組的旋轉(zhuǎn)磁動勢165
5.3.2簡單的單層分布式繞組（q≥1，整數(shù)）167
5.3.3簡單的雙層三相分布式繞組（q為整數(shù)）168
5.3.4每極每相槽數(shù)q為整數(shù)時的磁動勢空間諧波169
5.3.5實用的三相交流單層分布式繞組173
5.3.6變極交流三相分布式繞組176
5.3.7兩相交流繞組177
5.3.8籠型轉(zhuǎn)子繞組179
5.4感應電機的電感181
5.4.1主電感181
5.4.2漏感182
5.5轉(zhuǎn)子鼠籠折算到定子185
5.6繞線式轉(zhuǎn)子折算到定子185
5.7三相感應電機方程186
5.8三相感應電機的對稱穩(wěn)態(tài)188
5.9理想空載運行/實驗5.1190
5.10靜止的感應電機（s=1）/實驗5.2192
5.11電動機空載運行（轉(zhuǎn)軸自由無阻礙）/實驗 5.3195
5.12電動機負載運行（1＞s＞0）/實驗 5.4197
5.13并網(wǎng)發(fā)電（n＞f 1/p1, s＜0）/實驗 5.5197
5.14自主發(fā)電機模式（s＜0）/實驗5.6198
5.15電磁轉(zhuǎn)矩與電動機特性200
5.16深槽式和雙籠式轉(zhuǎn)子204
5.17附加（空間諧波）轉(zhuǎn)矩205
5.18起動方法208
5.18.1直接起動(籠型轉(zhuǎn)子)208
5.18.2降低定子電壓209
5.18.3附加轉(zhuǎn)子電阻起動210
5.19調(diào)速方法211
5.19.1繞線轉(zhuǎn)子感應電機轉(zhuǎn)速控制212
5.20不對稱電壓215
5.21定子一相開路舉例216
5.22轉(zhuǎn)子一相開路舉例219
5.23電容器裂相感應電動機220
5.24直線感應電動機224
5.24.1直線感應電機中的端部和邊緣效應225
5.25感應電機的實時測試與虛擬負載測試/實驗5.7229
5.26感應電機初步電磁設計實例230
5.26.1磁路231
5.26.2電路234
5.26.3參數(shù)235
5.26.4起動電流和轉(zhuǎn)矩238
5.26.5臨界轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)矩238
5.26.6激磁電抗Xm以及鐵心損耗piron239
5.26.7空載和額定電流I0、In240
5.26.8效率與功率因數(shù)241
5.26.9結(jié)束語241
5.27總結(jié)242
5.28思考題244
參考文獻24
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