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全书共分为7章和绪论及附录。讲述一般直流电机、变压器、三相异步电动机的基本理论、基本结构、工作原理、内部电磁关系和能量转换关系，以及电力拖动系统运行的基本理论和实践知识。为了满足专业和工程实践的需要，也讲述了单相异步电动机、同步电动机、无换向器电动机（即直流无刷电动机）和控制电机等常用电机的基本原理和工作特性。为了更好地服务于科研和生产发展，编写了附录A~M，包括并励直流发电机的自励过程与条件，串励与复励直流电动机的机械特性，多轴系统的转矩与飞轮矩、力与质量的折算，晶闸管变流供电对直流电动机的影响，变压器等值电路中的参数测定，交流电机的分布与短距绕组系数，三相异步电动机的参数测定与工程计算，特殊笼形转子异步电动机，电动机容量的选择，逆变器供电异步电动机的选配，异步电动机的矢量变换控制理论，直接转矩控制基本理论等内容，以引申、扩充正文和引入新技术，也为工程及实验提供必要的理论和计算知识。

目    录
绪论	1
0.1  电机拖动在自动化中的作用	1
0.2  本课程的性质、内容和特点	2
0.3  电机原理所遵循的基本电磁规律	2
0.3.1  电机工作原理中的基本知识	2
0.3.2  磁路中的基本定律	5
0.4  电机中铁磁材料的特性	6
第1章  直流电机	10
1.1  直流电机的基本工作原理与结构	10
1.1.1  直流电机的基本工作原理	10
1.1.2  直流电机的主要结构部件	13
1.1.3  直流电机的主要额定值及系列	15
1.2  电枢绕组	16
1.2.1  电枢绕组构成的原则	17
1.2.2  单叠绕组与单波绕组的特点	19
1.3  直流电机的磁场	23
1.3.1  直流电机的励磁方式	23
1.3.2  直流电机空载时磁场	24
1.3.3  直流电机负载时气隙磁场	25
*1.4  直流电机的换向	29
1.4.1  换向中的电磁现象	30
1.4.2  改善换向的方法	34
1.4.3  环火与直流电机的过载能力	35
1.5  直流电机运行时的基本关系式	36
1.5.1  电枢电势及电磁转矩	36
1.5.2  电势平衡方程式	39
1.5.3  功率平衡方程式	41
1.5.4  转矩平衡方程式	44
*1.6  直流电机的可逆原理	46
1.6.1  直流发电机转变成电动机的过程	46
1.6.2  直流电动机转变成发电机的过程	47
小结	48
思考题	49
习题	50
第2章  直流电动机拖动基础	53
2.1  他励直流电动机的机械特性	53
2.1.1  他励直流电动机的机械特性方程式	53
2.1.2  他励直流电动机的自然机械特性	55
2.1.3  他励直流电动机的人工机械特性	55
2.1.4  机械特性曲线的绘制	58
2.2  典型的负载转矩特性	62
2.2.1  恒转矩负载特性	62
2.2.2  恒功率负载特性	63
2.2.3  通风机型负载特性	64
2.3  电力拖动系统的运行分析	64
2.3.1  拖动系统的基本运动方程式	65
2.3.2  拖动系统运动过程的分析	67
2.3.3  拖动系统稳定运行条件	70
2.4  他励直流电动机的起动	72
2.4.1  起动方法	72
*2.4.2  起动过渡过程	74
2.4.3  电机常数TM的含义	81
*2.4.4  缩短电力拖动系统过渡过程时间的途径	82
2.5  他励直流电动机的制动运行状态	83
2.5.1  回馈制动	84
2.5.2  能耗制动	88
2.5.3  电压反接制动	94
2.5.4  倒拖制动	103
2.6  他励直流电动机的转速调节	111
2.6.1  电枢串电阻调速	113
2.6.2  降低电源电压调速	113
2.6.3  弱磁调速	117
2.6.4  评价调速性能的主要指标	121
小结	130
思考题	133
习题	136

第3章  变压器	141
3.1  变压器的基本工作原理与结构	141
3.1.1  变压器的基本工作原理	141
3.1.2  变压器的额定值	143
3.1.3  变压器的主要结构部件	144
3.2  变压器空载运行	146
3.2.1  变压器空载时的物理情况	146
3.2.2  变压器中各电磁量正方向的规定	147
3.2.3  主磁通 与 、 、 之间的大小与相位关系	148
3.2.4  变压器的空载电流	150
3.2.5  变压器空载时的电势方程、等值电路与相量图	152
3.3  变压器负载运行	155
3.3.1  变压器负载运行的物理情况	156
3.3.2  变压器负载时的基本方程式	157
3.3.3  绕组的折算与等值电路	158
3.3.4  变压器负载运行时的相量图	164
3.4  变压器的运行特性	166
3.4.1  变压器的外特性	166
3.4.2  变压器的效率特性	168
3.5  三相变压器	171
3.5.1  三相变压器的磁路系统	171
3.5.2  三相变压器绕组的连接形式	172
3.5.3  三相变压器的联接组	173
3.5.4  三相绕组的连接形式和磁路系统对电势波形的影响	180
3.6  特殊用途的变压器	182
3.6.1  自耦变压器	182
3.6.2  交流互感器	185
小结	188
思考题	190
习题	192
第4章  三相异步电动机	196
4.1  三相异步电动机的工作原理与结构	196
4.1.1  三相异步电动机的基本工作原理	196
4.1.2  旋转磁场的建立	197
4.1.3  三相异步电动机转子的转向与转速	201
4.1.4  三相异步电动机的主要结构部件	201
4.1.5  三相异步电动机的铭牌数据	204
*4.2  三相异步电动机的磁势与绕组	205
4.2.1  单相定子绕组的磁势	206
4.2.2  三相定子绕组的磁势	211
4.2.3  几种常用的单层分布绕组	214
4.2.4  转子绕组与磁势	217
4.3  三相异步电动机运行时的电磁关系	219
4.3.1  转子不转时的电磁关系	219
4.3.2  转子旋转时的电磁关系	222
4.3.3  异步电动机运行时的基本方程式	224
4.4  三相异步电动机的等值电路与相量图	225
4.4.1  等值电路	225
4.4.2  相量图	228
4.5  三相异步电动机的功率与转矩	229
4.5.1  异步电动机的功率平衡关系	229
4.5.2  异步电动机的转矩平衡关系	231
*4.6  三相异步电动机的工作特性	233
4.6.1  转速特性n = f (P2)	233
4.6.2  定子电流特性I1 = f (P2)	233
4.6.3  电磁转矩特性Te = f (P2)	234
4.6.4  功率因数特性cos?1 = f (P2)	234
4.6.5  效率特性? = f (P2)	234
小结	235
思考题	236
习题	237
第5章  三相异步电动机拖动基础	240
5.1  三相异步电动机的电磁转矩表达式与机械特性	240
5.1.1  电磁转矩的三种表达式及其描述的机械特性	240
5.1.2  异步电动机的自然机械特性	248
5.1.3  异步电动机的人工机械特性	249
5.2  三相异步电动机的起动	251
5.2.1  异步电动机的固有起动性能	252
5.2.2  直接起动	254
5.2.3  降压起动	254
5.2.4  绕线转子异步电动机转子串变阻器起动	264
*5.2.5  异步电动机起动时间的计算	269
5.3  三相异步电动机制动运行状态	272
5.3.1  回馈制动	272
5.3.2  能耗制动	275
5.3.3  倒拖控制	280
5.3.4  定子两相反接制动	281
5.3.5  异步电动机负载运行实例及起、制动与调速电阻的计算	283
5.4  三相异步电动机的转速调节	291
5.4.1  改变极对数调速	291
5.4.2  改变电源频率调速	296
5.4.3  绕线转子串电阻调速	298
5.4.4  串级调速	300
5.4.5  降定子电压调速	307
5.4.6  电磁转差离合器调速	312
小结	317
思考题	319
习题	321
第6章  几种其他典型电机	324
6.1  单相异步电动机	324
6.1.1  单相绕组电机的工作特点	324
6.1.2  两相绕组电机的磁势	326
6.1.3  单相异步电动机的起动方法	328
6.2  同步电动机	331
6.2.1  同步电动机的基本结构及工作原理	331
6.2.2  同步电动机的电势方程及相量图	332
6.2.3  同步电动机运行特性	334
6.2.4　同步电动机的起动	340
*6.3  无换向器电动机	344
6.3.1　基本结构与工作原理	344
6.3.2　无换向器电动机的调速性能	346
小结	349
思考题	350
第7章  控制电机	352
7.1  伺服电动机	352
7.1.1　直流伺服电动机	352
7.1.2　交流伺服电动机	354
7.2  测速发电机	359
7.2.1　直流测速发电机	359
7.2.2　交流测速发电机	360
7.2.3　感应子测速发电机	363
7.3  自整角机	364
7.3.1　自整角机的基本结构	365
7.3.2　力矩式自整角机的工作原理	365
7.3.3　控制式自整角机的工作原理	368
7.4  步进电动机	369
7.4.1　基本结构与工作原理	370
7.4.2　通电方式与转速	370
7.4.3　步进电动机的运行性能	373
小结	376
思考题	377
附录	379
附录A　并励直流发电机的自励过程与条件	379
附录B　串励与复励直流电动机的机械特性	382
附录C　多轴系统的转矩与飞轮矩、力与质量的折算	384
附录D　晶闸管变流供电对直流电动机的影响	388
附录E　变压器等值电路中的参数测定	391
附录F　交流电机的分布与短距绕组系数	393
附录G　三相异步电动机的参数测定与工程计算	397
附录H　改善起动性能的特殊笼形转子异步电动机	404
附录I　电动机容量的选择	407
附录J　逆变器供电异步电动机的选配	417
附录K　异步电动机的矢量变换控制理论	421
附录L　直接转矩控制基本理论	434
附录M　部分习题答案	439
参考文献	443

前    言

“电机与拖动”课程是自动化、电气工程及其自动化等相关电类专业的专业基础必修课程，电机及拖动技术在相应的工程技术领域也有着广泛应用。一本质量尚佳的教材对电机及拖动技术的学习和应用起着良好的推动作用。
本书作为基础教材面向自动化、电气工程及其自动化本科生，成教学生；考虑工程实践性面向工程一线的工作人员；挖掘可读性面向有志于此的自学人士。在教材编写过程中，博采众长，始终以培养读者分析问题和解决问题的能力为指导思想，强调说理性，力图将理论与实践、普及与提高、讲授与自学的内容有机结合起来，精选内容，突出重点，做到通俗易懂、由浅入深，并融入当前新技术、新方法，在维持相对完整、系统的基础上，教学内容可精简，并进行重新组合（书中标注“*”的部分适宜作为参考内容或自学）。注意与前继及后续相关课程的衔接处理，为其他课程的学习做良好的铺垫，也适应各层次教学、自学和参考的需要。
本书已有几十年的使用、修正、更新历史。前期版本曾于1993年经原吉林工业大学专家组评议后，获得了当时学校教材建设基金的资助，作为校内教材发行使用。多年来，在本科、专科及各种成人教育教学中进行了广泛的使用。并根据教学反馈和相关知识的更新情况一直处于动态的修改当中。在多年的教学实践基础上，为了拓宽专业知识面，与目前世界电机新技术应用的现状接轨，适应当前学分制，便于自学和工程性应用等，在内容编排、阐述、取舍和更新等方面做了修改和补充。为了适应新的教学形式需要，添加了电子课件部分。随着科学技术的进一步发展，电机的应用领域较以往拓宽了很多，特别体现在高铁、电动车等被控对象的应用方面，也对电机应用提出了新要求，需要更新对电机的认知。推陈出新也是电机及其拖动技术发展的需要，电机的矢量控制技术是当前乃至今后相当长一段时期内行业关注和应用的重点。编者承担过工信部关于交流电机矢量控制相关的课题，相关基础较为扎实。本书在追踪前沿技术方面有所考虑。例如，本书将电机模型的矢量分解和交流电机的直接转矩控制基本理论纳入进来，以接轨于前沿技术。
在内容编排方面，除章后有小结、思考题及习题外，章前有导引，指出重点内容和学习方法。书中以电机应用为主线设立章节，重点内容后都有示例，便于消化理解，并使之与工程或实验结合起来。此外，本书章节、内容具有较强的伸缩性和适应性，考虑了在各层次教学中根据需要可以增减的部分，以便于重组教学内容，尽量避免影响重组后内容的完整性、连续性和系统性。为因材施教，本书写入了典型电机或新型电机，并在书后编写了附录A～M，以引申、扩充正文和引入新技术，也为工程及实验提供必要的理论和计算知识。
在内容阐述方面，以电机拖动为主导统编全书，将电机与拖动内容有机结合起来，精简那些重复或只与设计制造有关的内容。注意采用先提出问题、后由浅入深地解决问题的方式，启发读者思考。并充分利用举例和图表说明问题，突出实用性和形象化。
本书配备相应的多媒体课件，拟采用必要的动画形式，以增加趣味性和可读性。
多年来，本书作为校内教材使用多版，虽有良好的使用基础，但由于种种原因，从未正式出版发行。偶有读者出于本书基础性、系统性、可读性和工程性的考虑索要高质量版本，未给出相应满意回应，实为编者心中憾事。希望借此时机正式公开出版，发挥本书应有的作用。
全书由赵连友和王德军编著。刘振泽、郭洪艳、刘奇芳参加了部分章节的编写和整理工作；葛平鑫、鲍亚新、张贤达、高昂、樊志枭、曲卓、魏薇郦、吕志超、梁晓娜和丁健楠等研究生为本书的绘图、录入、整理及校对工作付出了辛苦劳动，做出了贡献，在此一并感谢。此外，还要感谢在背后默默付出、提供强大支持和动力的家人。


编著者

①电机—高等学校—教材②电力传动—高等学校—教材

赵连友：吉林大学南岭校区通信学院控制系副教授，1961年7月至1995年7月，一直在 吉林工业大学自动化专业任教，主讲自动化相关专业课程。主编教材多种。

与同类图书相比，在内容编排方面，除章后有小结、思考题及习题外，章前有导引，指出重点内容和学习方法；在内容阐述方面，以电机拖动为主导统编全书，将电机与拖动内容有机结合起来，精简那些重复或只与设计制造有关的内容；配备相应多媒体课件，拟采用必要的动画形式，以增加趣味性和解读性。

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