电机技术及应用仿真

第1章 电机基础知识 1 1.1 电机的发展和应用 1 1.1.1 电机概论 1 1.1.2 电机的发展 1 1.1.3 电机的类型与应用 3 1.1.4 电机学与其他学科的关系 5 1.2 电机的基本电磁知识 5 1.2.1 电路定律 5 1.2.2 全电流定律 6 1.2.3 磁路及磁路定律 7 1.2.4 电磁感应定律 9 1.2.5 电磁力定律 10 1.2.6 机电能量转换 11 1.3 铁磁材料及其在电机中的应用 11 1.3.1 铁磁材料 12 1.3.2 先进软磁材料在电机行业中的应用 13 1.4 磁路计算及仿真 14 本章小结 17 思考题与习题 17 第2章 变压器及仿真 19 2.1 概述 19 2.1.1 变压器的应用与发展 19 2.1.2 变压器的基本工作原理 21 2.1.3 变压器的基本结构 22 2.1.4 变压器的铭牌数据和主要系列 24 2.2 单相变压器的空载运行 26 2.2.1 变压器空载运行时的磁场 26 2.2.2 变压器各电磁量正方向 26 2.2.3 空载运行时电压、 电动势与主磁通的关系 27 2.2.4 变压器的励磁电流 28 2.2.5 变压器空载运行时的相量图与等效电路 30 2.3 单相变压器的负载运行 31 2.3.1 负载运行时的磁动势平衡方程 31 2.3.2 负载运行时的基本方程 32 2.3.3 变压器的参数计算 33 2.3.4 折算后变压器的基本方程 34 2.3.5 T型等效电路 35 2.3.6 相量图和功率关系 35 2.4 变压器参数的试验测定 36 2.4.1 变压器空载试验 36 2.4.2 变压器短路试验 37 2.5 变压器的运行分析 39 2.5.1 标幺值 39 2.5.2 电压变化率和外特性 40 2.5.3 变压器效率和效率特性 41 2.6 三相变压器 43 2.6.1 三相变压器的磁路系统 43 2.6.2 三相变压器的绕组联结组标号 44 2.7 其他用途的变压器 47 2.7.1 自耦变压器 47 2.7.2 互感器 49 2.8 变压器的并联运行 51 2.8.1 电压比不等时的变压器并联运行 52 2.8.2 联结组标号不同时的变压器并联运行 53 2.8.3 短路阻抗标幺值不等时的并联运行 53 2.9 变压器运行仿真 55 2.9.1 电机仿真平台介绍 55 2.9.2 变压器空载实验仿真 57 2.9.3 变压器短路实验仿真 58 2.9.4 变压器联结组标号仿真 59 本章小结 60 思考题与习题 60 第3章 直流电机及仿真 63 3.1 直流电机的工作原理 63 3.1.1 直流电动机的基本工作原理 64 3.1.2 直流发电机的基本工作原理 64 3.2 直流电机的结构和额定值 65 3.2.1 直流电机的结构 65 3.2.2 直流电机的电枢绕组 67 3.2.3 直流电机的励磁方式 72 3.2.4 直流电机的额定值 73 3.3 直流电机的磁场、 电动势和转矩 74 3.3.1 直流电机的磁场 74 3.3.2 电枢绕组的感应电动势 75 3.3.3 直流电机的电磁转矩 75 3.4 直流电动机的基本平衡方程式 78 3.4.1 电压平衡方程式 78 3.4.2 功率平衡方程式 78 3.4.3 转矩平衡方程式 79 3.5 直流电机的电枢反应和换向 80 3.5.1 直流电机的磁场 80 3.5.2 直流电机的电枢反应 81 3.5.3 直流电机的换向 81 3.6 直流电动机的工作特性 82 3.7 直流发电机 83 3.7.1 直流发电机稳态运行时的基本方程式 83 3.7.2 他励直流发电机的运行特性 84 3.8 应用实例 86 3.9 直流电机工作特性仿真 87 本章小结 93 思考题与习题 93 第4章 直流电动机拖动控制及仿真 95 4.1 他励直流电动机的机械特性及仿真 95 4.1.1 机械特性的一般表达式 95 4.1.2 固有机械特性及仿真 97 4.1.3 人为机械特性及仿真 97 4.2 他励直流电动机的起动控制及仿真 99 4.2.1 电枢回路串电阻起动控制及仿真 100 4.2.2 降压起动控制及仿真 101 4.3 他励直流电动机的调速控制及仿真 102 4.3.1 调速指标 102 4.3.2 他励直流电动机的调速方法及仿真 104 4.3.3 调速方式与负载类型的配合 107 4.4 他励直流电动机的制动及仿真 110 4.4.1 能耗制动及仿真 110 4.4.2 反接制动及仿真 113 4.4.3 回馈制动及仿真 116 4.5 直流电动机控制应用实例——电梯控制系统仿真 118 本章小结 119 思考题与习题 120 第5章 三相交流电动机及仿真 122 5.1 三相交流电动机的基本工作原理和定子结构 122 5.1.1 三相交流电动机的基本工作原理 122 5.1.2 三相交流电动机的定子结构 124 5.2 旋转磁动势 124 5.2.1 单相脉振磁动势 125 5.2.2 三相旋转磁动势 126 5.3 交流绕组感应电动势 128 5.3.1 主磁通和漏磁通 128 5.3.2 线圈感应电动势 129 5.3.3 一相绕组感应电动势 130 5.4 三相异步电动机 130 5.4.1 三相异步电动机的基本结构和铭牌数据 131 5.4.2 三相异步电动机的空载运行 135 5.4.3 三相异步电动机的负载运行 136 5.4.4 三相异步电动机的基本方程式和等效电路 144 5.4.5 三相异步电动机的功率与转矩方程 147 5.4.6 鼠笼转子的极数和相数 150 5.4.7 三相异步电动机的工作特性及参数测定 150 5.5 三相同步电动机 155 5.5.1 同步电机的基本结构和铭牌数据 155 5.5.2 同步电动机的基本方程和相量图 157 5.5.3 同步电动机的功率和转矩方程 163 5.5.4 同步电动机的功角特性和矩角特性 164 5.5.5 同步电动机的励磁调节和V形曲线 167 5.6 三相交流电动机仿真 169 5.6.1 三相交流电机绕组及磁动势仿真 169 5.6.2 三相交流异步电动机T-s特性仿真 174 5.6.3 三相交流同步电动机运行特性仿真 175 本章小结 179 思考题与习题 179 第6章 三相交流电动机的电力拖动及仿真 181 6.1 电力拖动系统基础 181 6.1.1 运动方程式 183 6.1.2 生产机械的负载转矩特性 184 6.1.3 电力拖动系统稳定运行的条件 185 6.2 三相异步电动机的电力拖动 186 6.2.1 异步电动机的机械特性 186 6.2.2 异步电动机的人为机械特性 188 6.2.3 三相异步电动机的起动 190 6.2.4 三相异步电动机的制动 196 6.2.5 三相异步电动机的调速 202 6.2.6 现代交流调速系统的组成 211 6.2.7 三相异步电动机的各种运行状态 212 6.3 三相同步电动机的拖动 212 6.3.1 同步电动机的起动 212 6.3.2 同步电动机的调速 213 6.4 三相交流电动机电力拖动的仿真 215 6.4.1 三相交流异步电动机星形—三角形(Y-△)起动仿真 215 6.4.2 绕线式异步电动机串转子电阻起动仿真 216 6.4.3 同步发电机并联运行仿真 218 6.5 三相交流电机拖动控制工程实例——矿井提升控制系统仿真 223 本章小结 231 思考题与习题 231 第7章 控制电机及仿真 233 7.1 永磁电机 234 7.1.1 永磁电机的基本原理和分类 234 7.1.2 自起动永磁同步电机的基本原理 235 7.1.3 调速永磁同步电机的基本原理 237 7.2 无刷直流电机 237 7.2.1 基本结构 238 7.2.2 工作原理 238 7.2.3 无刷直流电动机与永磁同步电动机的比较 241 7.3 步进电动机 241 7.3.1 步进电动机的基本结构 242 7.3.2 步进电动机的工作原理 243 7.3.3 步进电动机的驱动 244 7.4 伺服电机 246 7.4.1 直流伺服电动机的工作特性 247 7.4.2 交流伺服电动机 248 7.4.3 伺服电机的控制方法 249 7.4.4 步进电机和交流伺服电机性能比较 251 7.5 直线电动机 252 7.5.1 直线电动机的基本结构 253 7.5.2 直线电动机的工作原理 254 7.6 应用实例 255 7.7 控制电机仿真 257 7.7.1 自起动永磁同步电动机仿真 257 7.7.2 无刷直流电机控制系统仿真 260 本章小结 263 思考题与习题 263 参考文献 264