电机拖动与控制（高职）

全书共分三篇11章，主要内容有直流电机，直流电动机的电力拖动，变压器，交流电机的定子绕组、磁动势及感应电动势，三相感应电动机，交流电动机的电力拖动，控制电机，电力拖动系统中电动机的选择，继电器-接触器控制系统，可编程序控制器及应用，工厂供电等。

目录

第一篇 电机与拖动

第1章 直流电机 3

1.1 直流电机的基本工作原理 3

1.1.1 直流电动机的基本工作原理 3

1.1.2 直流发电机的基本工作原理 4

1.2 直流电机的基本结构与铭牌 5

1.2.1 直流电机基本结构 5

1.2.2 直流电机的额定值及铭牌 8

1.2.3 直流电机主要系列简介 9

*1.3 直流电机的电枢绕组 9

1.3.1 直流电枢绕组的基本知识 10

1.3.2 单叠绕组 11

1.3.3 单波绕组 13

1.4 直流电机的磁场 15

1.4.1 直流电机的励磁方式 15

1.4.2 直流电机的空载磁场和磁化曲线 16

1.4.3 直流电机的负载磁场与电枢反应 18

1.5 直流电机的电枢电动势和电磁转矩 20

1.5.1 直流电机的电枢电动势 20

1.5.2 直流电机的电磁转矩 21

1.6 直流电动机 21

1.6.1 直流电动机稳态运行的基本方程 21

1.6.2 直流电动机的工作特性 23

*1.7 直流电机的换向 25

1.7.1 直流电机的换向过程 25

1.7.2 影响换向的电磁原因 26

1.7.3 改善换向的方法 28

本章小结 30

思考题与习题 31

第2章 直流电动机的电力拖动 32

2.1 电力拖动系统的动力学基础 32

2.1.1 电力拖动系统的运动方程式 32

2.1.2 工作机构转矩、飞轮矩、力和质量的折算 34

2.1.3 负载的转矩特性 39

2.2 他励直流电动机的机械特性 41

2.2.1 机械特性的表达式 41

2.2.2 固有机械特性和人为机械特性 42

2.2.3 机械特性曲线的求取与绘制 44

2.2.4 电力拖动系统稳定运行条件 46

2.3 他励直流电动机的起动 47

2.3.1 电枢回路串电阻起动 48

2.3.2 降压起动 49

2.4 他励直流电动机的制动 49

2.4.1 能耗制动 50

2.4.2 反接制动 51

2.4.3 回馈制动 53

2.4.4 直流电动机的反转 56

2.5 他励直流电动机的调速 56

2.5.1 调速指标 56

2.5.2 调速方法 58

2.5.3 调速方式与负载类型的配合 61

2.6 串励及复励直流电动机的电力拖动 64

2.6.1 串励直流电动机的机械特性 64

2.6.2 串励直流电动机的电气制动 66

2.6.3 复励直流电动机 67

本章小结 68

思考题与习题 69

第3章 变压器 70

3.1 变压器的原理与结构 70

3.1.1 变压器的用途与分类 70

3.1.2 变压器的基本结构 71

3.1.3 变压器的型号和额定值 75

3.2 变压器的空载运行 76

3.2.1 变压器空载运行的电磁关系 77

3.2.2 变压器空载时的电动势和电压平衡方程式 78

3.2.3 变压器的空载电流和空载损耗 79

3.2.4 变压器空载时的等效电路与相量图 81

3.3 变压器的负载运行 81

3.3.1 变压器负载运行时的物理状况 82

3.3.2 变压器负载运行时的基本方程 82

3.4 变压器的等效电路 84

3.4.1 绕组折算 84

3.4.2 等效电路与相量图 85

3.5 变压器的标么值 87

3.5.1 变压器标么值的定义 88

3.5.2 标么值的计算 88

3.5.3 采用标么值的优缺点 89

3.6 变压器参数的测定 89

3.6.1 变压器的空载试验 89

3.6.2 变压器的短路试验 90

3.7 变压器的运行性能 92

3.7.1 变压器的外特性 92

3.7.2 变压器的损耗和效率特性 94

3.8 三相变压器 95

3.8.1 三相变压器的磁路系统 95

3.8.2 三相变压器的电路系统——连接组别 97

3.8.3 三相变压器连接法和磁路系统对电动势波形的影响 101

3.9 变压器的并联运行 102

3.9.1 变压器并联运行的理想条件 103

3.9.2 不满足并联运行理想条件时的运行分析 103

3.10 特殊用途变压器 105

3.10.1 自耦变压器 105

3.10.2 仪用互感器 107

本章小结 109

思考题与习题 110

*第4章 交流电机的定子绕组、磁动势及感应电动势 113

4.1 交流电机的定子绕组 113

4.1.1 三相交流绕组的基本要求和分类 113

4.1.2 单层绕组 114

4.1.3 双层叠绕组 119

4.2 绕组的磁动势 121

4.2.1 单相绕组的磁动势——脉振磁动势 121

4.2.2 三相绕组基波合成磁动势——旋转磁动势 126

4.3 绕组的感应电动势 127

4.3.1 线圈的感应电动势 127

4.3.2 线圈组电动势 129

4.3.3 相电动势 130

4.3.4 短距绕组与分布绕组对电动势波形的影响 130

本章小结 132

思考题与习题 132

第5章 三相感应电动机 133

5.1 三相感应电动机的基本工作原理与结构 133

5.1.1 三相感应电动机的基本结构 133

5.1.2 三相感应电动机的基本工作原理 136

5.2 三相感应电动机的空载运行 140

5.2.1 空载运行时的电磁关系 140

5.2.2 空载时的定子电压平衡关系 142

5.3 三相感应电动机的负载运行 143

5.3.1 负载运行时的物理情况 143

5.3.2 负载运行时的电磁关系 145

5.4 三相感应电动机的等效电路与相量图 145

5.4.1 折算 145

5.4.2 感应电动机的等效电路与相量图 147

5.5 三相感应电动机的功率和电磁转矩 149

5.6 三相感应电动机的工作特性 151

5.6.1 转速特性 151

5.6.2 定子电流特性 151

5.6.3 定子功率因数特性 151

5.6.4 输出转矩特性 152

5.6.5 效率特性 152

5.7 三相感应电动机的参数测定 152

5.7.1 空载试验 153

5.7.2 堵转试验 154

本章小结 155

思考题与习题 156

第6章 交流电动机的电力拖动 157

6.1 三相感应电动机的机械特性 157

6.1.1 固有机械特性的分析 157

6.1.2 人为机械特性的分析 159

6.1.3 机械特性的实用表达式 160

6.2 三相感应电动机的起动 161

6.2.1 三相笼形转子感应电动机的起动 161

6.2.2 深槽式及双笼形感应电动机 164

6.2.3 绕线转子感应电动机的起动 166

6.3 三相感应电动机的制动 169

6.3.1 能耗制动 169

6.3.2 反接制动 171

6.3.3 回馈制动 174

6.4 三相感应电动机的调速 176

6.4.1 降电压调速 176

6.4.2 绕线感应电动机转子回路串电阻调速 177

6.4.3 笼形三相感应电动机变极调速 178

6.4.4 变频调速 181

6.4.5 绕线转子电动机的串级调速 183

6.5 电磁调速感应电动机与直线电动机 185

6.5.1 电磁调速感应电动机 185

6.5.2 直线感应电动机 187

6.6 单相感应电动机 188

6.6.1 单相感应电动机的基本结构 188

6.6.2 单相感应电动机的工作原理 189

6.6.3 单相感应电动机的主要类型及起动方法 190

*6.7 同步电动机 192

6.7.1 同步电动机的基本结构及工作原理 192

6.7.2 同步电动机的电动势方程和相量图 193

6.7.3 同步电动机的功率平衡和转矩功角特性 194

6.7.4 同步电动机功率因数的调节和V形曲线 197

6.7.5 同步电动机的起动 198

本章小结 199

思考题与习题 200

第7章 控制电机 202

7.1 概述 202

7.1.1 控制电机的基本用途和分类 202

7.1.2 对控制电机的基本要求 203

7.2 伺服电动机 204

7.2.1 直流伺服电动机 204

7.2.2 交流伺服电动机 206

7.3 测速发电机 209

7.3.1 直流测速发电机 209

7.3.2 交流测速发电机 211

7.4 步进电动机 212

7.4.1 概述 212

7.4.2 反应式步进电动机的结构和工作原理 213

7.4.3 步进电动机的运行特性 216

7.4.4 步进电动机的驱动电源 221

7.4.5 步进电动机主要技术数据和性能指标 221

*7.5 自整角机 222

7.5.1 力矩式自整角机 223

7.5.2 控制式自整角机 225

7.5.3 自整角机的误差与选用时应注意的事项 226

本章小结 227

思考题与习题 227

第8章 电力拖动系统中电动机的选择 229

8.1 电动机的工作制分类 229

8.1.1 连续工作制(S1) 229

8.1.2 短时工作制(S2) 229

8.1.3 断续周期工作制 230

8.2 电动机容量的选择方法 231

8.2.1 连续工作制电动机容量的选择 231

8.2.2 短时工作制电动机容量的选择 232

8.2.3 断续周期工作制电动机容量的选择 232

8.2.4 统计法和类比法 233

8.3 电动机种类、形式、电压、转速的选择 234

8.3.1 电动机种类的选择 234

8.3.2 电动机形式的选择 234

8.3.3 电动机额定电压的选择 235

8.3.4 电动机额定转速的选择 235

本章小结 236

思考题与习题 236

第二篇 电气控制与PLC

第9章 继电器-接触器控制系统 239

9.1 常用低压电器 239

9.1.1 接触器 240

9.1.2 继电器 241

9.1.3 熔断器 246

9.1.4 低压隔离器 247

9.1.5 主令电器 250

9.2 电气图及电气控制线路的分析 251

9.2.1 电气图的基本知识 251

9.2.2 电气控制线路分析基础 256

9.3 基本控制环节和典型控制电路 257

9.3.1 起动、停止控制线路 257

9.3.2 可逆运行(正、反转)控制线路 260

9.3.3 自动往复循环控制 261

9.3.4 三相感应电动机的起动 262

9.3.5 三相感应电动机的制动 265

9.3.6 三相感应电动机的调速 269

本章小结 270

思考题与习题 270

第10章 可编程序控制器及应用 272

10.1 PLC的发展概况和主要特点 272

10.1.1 可编程序控制器的产生和现状 272

10.1.2 可编程序控制器的特点和应用 273

10.1.3 可编程序控制器的分类及发展趋势 274

10.2 PLC的基本结构与工作原理 275

10.2.1 可编程序控制器的组成和等效电路 275

10.2.2 可编程序控制器的工作方式 281

10.2.3 C系列P型可编程序控制器的内部资源分配 283

10.3 PLC的指令与编程 286

10.3.1 可编程序控制器程序设计语言 286

10.3.2 基本指令 288

10.3.3 功能指令 292

10.4 编程技巧 297

10.4.1 编程原则 297

10.4.2 电路分块 298

10.4.3 电路简化 301

*10.5 OMRON PLC的计算机辅助编程 303

10.5.1 SYSMAC-CPT的使用环境 303

10.5.2 SYSMAC-CPT的软件安装 303

10.5.3 SYSMAC-CPT的主要功能 303

10.5.4 SYSMAC-CPT软件的使用 304

10.5.5 OMRON PLC的计算机辅助编程举例 307

本章小结 311

思考题与习题 312

第三篇供用电技术

第11章 工厂供电 315

11.1 工厂供电系统概述及电压选择 315

11.1.1 工厂供电系统概述 315

11.1.2 电力系统的组成 316

11.1.3 电力系统的电压 317

11.1.4 工厂供电系统配电电压的选择 318

11.1.5 工厂供电系统的质量指标 318

11.2 工厂电力负荷的计算 320

11.2.1 计算负荷及设备容量 320

11.2.2 按需要系数法确定计算负荷 321

11.2.3 工厂的功率因数、无功补偿及补偿后的工厂计算负荷 324

11.3 变电所位置及变压器台数和容量选择 325

11.3.1 变配电所的所址选择 325

11.3.2 变电所主变压器台数和容量的选择 326

11.4 变配电所高低压一次设备 327

11.4.1 高压一次设备 327

11.4.2 低压一次设备 330

11.5 工厂变配电所的主电路图 333

11.5.1 概述 333

11.5.2 电气主电路图的基本形式 333

11.5.3 车间（或小型工厂）变电所的主电路图 336

11.5.4 总降压变电所主电路图 338

11.6 低压供配电线路的接线方式 339

11.6.1 放射式接线 339

11.6.2 树干式接线 339

11.6.3 环形接线 340

11.7 工厂供电系统的防雷与接地 341

11.7.1 工厂的防雷保护 341

11.7.2 接地保护 342

本章小结 346

思考题与习题 346

附录A 电磁物理量与电磁基本定律 348

A.1 磁场的基本物理量 348

A.2 电机中常用的基本电磁定律 350

A.3 铁磁材料及铁心线圈 352

附录B 电动机常见故障分析与处埋 354

B.1 感应电动机的常见故障分析与处理 354

B.2 直流电动机的常见故障分析与处理 356

附录C 电气控制常用图形文字符号 359

参考文献 365

《电机拖动与控制（高职）》是西安电子科技大学出版社出版的一本图书。

内容介绍

《矿山电机拖动与控制》根据教育部批准执行的《中等职业学校矿山机电专业技能型紧缺人才培养指导方案》的要求编写，内容包括：直流电动机、变压器、交流异步电动机、常用低压电器、电气控制系统的基本控制电路、矿山固定机械设备的电气控制，以及矿山运输设备的电气控制等。

《矿山电机拖动与控制》是中等职业教育规划教材，可作为中等职业学校矿山机电专业的教材或参考资料，也可作为工矿企业从事矿山电气控制的工程技术人员、技术工人的培训教材和参考书。

本书为适应高职高专机电类专业教学改革实际需要而编写，教材中共包含电机原理、电力拖动两部分，主要内容有：直流电机、变压器、异步电机、微特电机的基本结构及理论，直流电动机、三相异步电动机的电力拖动，各类电机的常见故障分析，常用低压电器及基本控制, 直流电动机、异步电动机的电力拖动实验。

本书根据高职高专的教学要求、特点和本课程新技术的发展，注重结合工业应用选材和新技术介绍，尽量简化理论推导。书中配有相关的技能训练，将实践内容与理论教学内容紧密结合，做到学以致用。

本书主要讲解了变压器、直流电机及电机拖动、交流电机及拖动、控制电机、常用低压电器、三相异步电动机的电气控制线路、常用机床电气控制线路及常见故障的排查等内容。本书根据维修电工中级工的达标要求，强化了技能训练，突出了职业教育的特点，将理论教学、实训、考工取证有机地结合起来。书中加入了电动机实训、线路制作、设备运行维护、故障排除等技能训练内容。

本书可作为高职高专院校自动化、机电一体化等相关专业的教学用书，也可作为相关专业技术人员的培训和自学用书。