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第1章 电机理论中的基本电磁定律1

1.1 磁路的基本定律1

1.1.1 全电流定律1

1.1.2 电磁感应定律1

1.1.3 电磁力定律4

1.2 常用的铁磁材料及其特性5

1.2.1 铁磁材料的磁导率5

1.2.2 磁滞与磁滞损耗6

1.2.3 涡流与涡流损耗8

1.2.4 交流铁芯损耗9

1.3 磁路和电感的计算9

1.3.1 磁路的概念10

1.3.2 磁路的欧姆定律10

1.3.3 磁芯磁场和磁路12

1.3.4 电感计算21

本章要点31

习题31

第2章 同步电机的基本理论33

2.1 同步电机的基本结构和工作原理33

2.1.1 同步电机的基本结构33

2.1.2 同步电机的基本工作原理35

2.1.3 同步电机的额定值及励磁方式35

2.2 同步电机的定子绕组37

2.2.1 同步电机定子绕组的基本知识37

2.2.2 同步电机定子的三相单层叠绕组40

2.2.3 同步电机定子的三相双层叠绕组42

2.3 同步电机的磁动势43

2.3.1 同步电机定子单相绕组的脉振磁动势43

2.3.2 同步电机磁动势的空间谐波44

2.3.3 同步电机单相绕组的基波脉振磁动势44

2.3.4 同步电机三相绕组的旋转磁动势46

2.3.5 交流同步电机的主磁通、漏磁通49

2.3.6 交流同步电机削弱谐波磁动势的方法49

本章要点50

习题51

第3章 同步发电机的运行特性53

3.1 同步发电机的空载运行53

3.2 同步电机的电枢反应55

3.2.1 隐极同步电机的电枢反应特点57

3.2.2 凸极同步电机的双反应理论57

3.3 隐极同步发电机的负载运行59

3.3.1 不考虑饱和60

3.3.2 考虑饱和61

3.4 凸极同步发电机的负载运行63

3.4.1 不考虑饱和63

3.4.2 考虑饱和65

3.5 同步发电机的运行特性67

3.5.1 空载特性67

3.5.2 短路特性67

3.5.3 零功率因数负载特性68

3.5.4 外特性69

3.5.5 调整特性70

3.6 特性曲线在参数计算中的应用70

3.6.1 同步发电机的特性三角形70

3.6.2 保梯电抗71

3.6.3 利用空载特性和短路特性确定Xd的不饱和值71

3.6.4 短路比72

3.6.5 利用空载特性和零功率因数特性确定Xd的饱和值72

3.6.6 电压调整率和额定励磁磁势的求法73

3.7 同步发电机稳态参数的测定76

本章要点77

习题78

第4章 同步发电机的并网运行80

4.1 投入并联运行的条件和方法80

4.1.1 投入并联的条件80

4.1.2 投入并联的方法81

4.2 同步发电机功率和转矩平衡方程83

4.3 同步发电机的功角特性84

4.4 同步发电机有功功率调节与静态稳定86

4.4.1 有功功率调节87

4.4.2 静态稳定87

4.5 同步发电机无功功率调节和V形曲线90

本章要点91

习题92

第5章 同步发电机的不对称运行93

5.1 同步发电机相序阻抗和等效电路93

5.1.1 正序阻抗94

5.1.2 负序阻抗94

5.1.3 零序阻抗96

5.2 同步发电机不对称稳态短路96

5.2.1 单相对中点短路96

5.2.2 两相短路98

5.2.3 不同稳定短路情况短路电流的比较100

5.3 同步发电机负序和零序参数测定100

5.3.1 两相稳定短路法测定阻抗100

5.3.2 逆同步旋转法测负序阻抗100

5.3.3 串联法或并联法测零序阻抗101

5.4 同步发电机不对称运行的影响102

5.4.1 转子的附加损耗和发热102

5.4.2 附加转矩和振动102

5.5 同步电机的突然短路102

5.6 三相突然短路过程中的基本电磁关系104

5.6.1 定子各相绕组的磁链104

5.6.2 定子各相绕组的电流105

5.6.3 转子绕组的电流和磁链106

5.6.4 电机磁场分布示意图106

5.6.5 阻尼绕组对突然短路过程的影响107

5.7 同步电机的瞬态参数108

5.7.1 瞬变和超瞬变电抗的物理意义108

5.7.2 瞬变和超瞬变电抗的测定方法110

5.8 突然短路电流及其衰减时间常数111

5.8.1 各个分量的最大值111

5.8.2 突然短路电流的衰减变化规律112

5.9 突然短路对同步发电机的影响115

5.9.1 冲击电流的电磁力115

5.9.2 短路过程中的电磁转矩115

5.9.3 短路引起的绕组发热116

本章要点116

习题116

第6章 同步电动机和调相机119

6.1 同步电动机的基本电磁关系119

6.1.1 从发电机状态过渡到电动机状态119

6.1.2 电动势平衡方程与相量图119

6.2 同步电动机功角特性和功率平衡方程121

6.2.1 同步电动机无功功率调节121

6.2.2 同步电动机的V形曲线122

6.3 同步电动机的起动与调速123

6.3.1 起动方法123

6.3.2 异步起动过程123

6.3.3 同步电动机的调速125

6.4 同步调相机125

6.4.1 调相机的原理和用途125

6.4.2 调相机的特点125

本章要点126

习题126

第7章 交流同步电动机的调速128

7.1 交流同步电机磁场定向控制原理128

7.1.1 直流电机的转矩控制128

7.1.2 交流异步电机磁场定向控制129

7.1.3 交流同步电机磁场定向控制原理134

7.1.4 同步电机标量控制原理137

7.1.5 经典的同步电机磁场定向控制原理137

7.1.6 同步电机磁场定向控制的动态过程138

7.1.7 带补偿绕组的同步电机139

7.1.8 带阻尼绕组的同步电机139

7.1.9 同步电机磁场定向控制的改进140

7.2 交流同步电机的直接转矩控制142

7.2.1 直接转矩控制的基本原理142

7.2.2 交流同步电机直接转矩控制的数学模型144

7.2.3 直接转矩的电压空间矢量146

7.2.4 定子磁链轨迹149

7.2.5 电磁转矩控制151

7.2.6 电压矢量的选择152

7.2.7 转矩观测器模型153

7.2.8 定子磁链观测器模型153

7.2.9 交流同步电机直接转矩控制系统155

7.3 交流变频调速同步电机156

7.3.1 同步电机极对数与频率的选择156

7.3.2 同步电机电压159

7.3.3 同步电机的设计性能比较161

7.3.4 同步电机的参数163

7.3.5 变频调速同步电机阻尼绕组的研究164

本章要点177

习题178

第8章 交流同步电机的数学模型179

8.1 交流同步电机的空间矢量180

8.2 交流同步电机的基本数学模型181

8.2.1 磁链方程181

8.2.2 电压方程184

8.2.3 转矩方程185

8.2.4 运动方程185

8.3 同步电机的坐标变换185

8.3.1 静止坐标αβ0轴系186

8.3.2 旋转坐标dq0轴系187

8.3.3 磁场旋转坐标MT轴系188

8.3.4 坐标变换的功率不变约束188

8.4 同步电机dq0轴系的数学模型189

8.4.1 磁链方程191

8.4.2 电压方程192

8.4.3 电磁转矩方程192

8.4.4 以磁链为状态变量的状态方程192

8.5 多相同步电机的数学模型194

8.5.1 多相同步电机数学模型的一般形式194

8.5.2 双电枢绕组同步电机的数学模型196

8.6 同步电机的矢量图200

8.6.1 隐极同步电机矢量图200

8.6.2 凸极同步电机矢量图201

8.7 同步电机的动态参数202

8.7.1 同步电机的电抗函数202

8.7.2 瞬变电抗与超瞬变电抗204

8.7.3 瞬变电抗x′d与超瞬变电抗x″d的物理意义205

8.7.4 同步电机的时间常数206

8.8 同步电机αβ0轴系的数学模型208

8.9 同步电机MT轴系的数学模型210

8.9.1 同步电机定子采用MT轴系，转子采用dq0轴系的数学模型210

8.9.2 同步电机定子、转子均为MT轴系的数学模型212

8.9.3 实用的同步电机MT轴系数学模型214

本章要点215

习题216

第9章 同步电机的MATLAB仿真220

9.1 同步发电机的功角特性仿真220

9.2 同步发电机突然短路仿真222

9.3 同步电动机起动和制动仿真228

9.3.1 同步发电机直接起动和能耗制动仿真228

9.3.2 同步电动机减压限流起动仿真230

9.4 同步电动机调速仿真234

本章要点236

习题236

第10章 同步电动机的实践分析237

实验一 三相同步发电机的运行特性237

实验二 三相同步发电机的并联运行243

实验三 三相同步电动机的运行248

实验四 三相同步电机参数的测定252