本书主要针对电机学课程难点多、理解不直观等问题,以磁路、变压器、直流电机、交流绕组、感应电机、同步电机和特种电机内容为主,以MATLAB为主要工具,采用“化繁为简”原则,对33个难点重点案例,15个典型习题和43个仿真专题进行了分析。本书主要作为电机学课程的辅助教材,应用对象是电机学授课教师、电气工程领域的研究生、本科生、专科生和其他工程技术人员。
“电机学”是高等学校电气类专业非常重要的一门专业主干课,是电路、模拟电子技术、数字电子技术等专业基础课和电机设计、电机测试、电力系统分析等专业课之间的桥梁,“电机学”课程的重要性是不言而喻的。但是,由于课程中涉及的知识领域多,内容上难点多,“电机学”课程一直是电气类学生学习的一大拦路虎,想学好、学透非常困难。
“电机学”之所以难学,主要原因有两点。一是有很多重点难点问题不容易理解透,需要给学生们指出症结阐明方法,比如变压器中的恒磁通问题;二是有很多内容枯燥难懂,有些知识看不见摸不着,只能通过一些形象思维在脑海中形成图像或者动画才能理解,比如旋转磁场;有些知识限于分析手段和知识体系,只能定性分析而没有定量的计算结果,比如感应电机空载起动等。而这些问题,采用信息化技术及计算机仿真等手段是可以解决的。对现在的学习者,掌握一些计算机仿真手段,对学习其他知识,提高分析问题解决问题能力,更好地适应信息化社会发展是大有裨益的。
本书就是针对上述两个问题编写而成的,强调实用性,以最直接的方式解决同学们电机学课程学习中的问题。全书共分5章,第1章是绪论,主要介绍计算机辅助分析与仿真的作用以及应用方式。第2章是计算机辅助分析与仿真的工具和方法,主要介绍MATLAB的仿真功能与应用速成,以及电机学仿真分析中常用的数值计算方法,如数值插值、曲线拟合、傅里叶分解、常微分方程求解和数值积分等。第3章是电机学重点难点案例分析,从最常见的变压器、直流电机、交流绕组、感应电机和同步电机五大部分内容中,总结提炼了33个重点难点案例进行分析阐述,并讲解了15个典型习题的求解思路。第4章是电机学常见重点难点的仿真分析,主要介绍电机学中常见的重点难点问题及其仿真分析方法,选取了包括磁路内容在内的37个问题,每个问题都包括仿真目的、基本知识、仿真要点、仿真实例和仿真结果五个方面。第5章是特种电机的仿真分析,主要介绍无刷直流电机和开关磁阻电机共6个问题的仿真分析。附录中给出了所有仿真问题的源程序,便于学习者在学习中参照使用。
本书由中国大学MOOC国家精品在线开放课程“电机学”负责人李勇教授和授课团队成员赵猛副教授、王骞副教授等编著。李勇教授完成了第1章、第2章、第3章、第4章主体内容的编写,研究生禹国栋、赵程分别参与了第4章部分内容的MATLAB编程。赵博研究员参与了第2章部分内容的编写,赵猛副教授完成了第5章主体内容的编写,指导研究生孙全浩完成了所有源程序和仿真模型的调试,并全面负责本科生的仿真上机指导工作,王骞副教授负责编辑了书中所有的视频材料和辅助材料,并负责MOOC课程的运行管理。
本书的最大特色是电机学中33个重点难点案例,15个典型习题求解和43个仿真分析实例,力求“化繁为简”,把高难问题简单化,用形象化手段说清楚讲明白。另外,重点难点部分案例的分析中还链接了辅助教学资料,便于学习者融会贯通。
李勇,哈尔滨工业大学电气学院副院长,教授、博士生导师,微特电机与控制研究所所长,黑龙江省MOOC联盟电气工程类主任委员。主要研究方向为交流永磁电机直接驱动系统、新型电磁机构的原理与应用技术等。国家973课题、国家自然科学基金、国家863项目负责人。获国防技术发明特等奖1次,国防科学技术一二等奖共3次,获国家发明专利15项,发表学术论文130余篇,教学研究论文21篇。
中国大学MOOC国家精品在线开放课程“电机学”负责人。
第1章 绪论
1.1 计算机技术的发展
1.2 计算机辅助分析与仿真的作用
1.3 计算机辅助分析与仿真的应用方式
1.3.1 大计算器方式
1.3.2 编程分析方式
1.3.3 建模仿真方式
1.3.4 数值计算方式
1.4 学习建议
第2章 计算机辅助分析与仿真的工具和方法
2.1 MATLAB简介与应用
2.1.1 MATLAB的主要功能与应用特点
2.1.2 MATLAB的编程方法
2.1.3 Simulink的建模方法
2.1.4 MATLAB的屏幕图形技术
2.2 常用的数值计算方法
2.2.1 傅里叶变换
2.2.2 数值捅值
2.2.3 曲线拟合
2.2.4 代数方程求解
2.2.5 常微分方程求解
2.2.6 数值积分
第3章 电机学重点难点案例分析
3.1 变压器部分
3.1.1 变压器一次侧、二次侧之间没有直接连接,还能够变压的原因
3.1.2 透彻理解理想变压器
3.1.3 依照正方向原则,一次侧电动势和二次侧电流看着别扭的原因
3.1.4 空载负载电流变化大,但依然是恒磁通的原因
3.1.5 额定50Hz的变压器通60Hz的交流电,铁心饱和后的变化
3.1.6 绕组匝数、铁心间隙对变压器空载电流的影响
3.1.7 变压器参数归算的过程和结果
3.1.8 理解相量图中的阻抗三角形
3.1.9 采用标幺值后,变压器阻抗参数的特点
3.1.10 电压变化率数值上的特点,以及与输出电压的关系
3.1.11 变压器典型习题分析
3.2 交流绕组部分
3.2.1 交流绕组和直流绕组的区别,以及对极相组的理解
3.2.2 电动势公式中的绕组系数,以及磁通与变压器中的异同
3.2.3 脉振磁动势和旋转磁动势的本质,以及从表达式上的区分
3.2.4 简明易懂地理解旋转磁动势的形成条件
3.2.5 如何理解交流绕组在交流电机中的核心作用
3.2.6 交流绕组典型习题分析
3.3 感应电机部分
3.3.1 感应电机工作原理的独特之处
3.3.2 感应电机转速的特点
3.3.3 感应电机的机壳与直流电机的不同之处
3.3.4 感应电机与变压器的联系与区别
3.3.5 透襁理解感应电机的转矩转差率曲线
3.3.6 感应电机电磁转矩三个公式的对比与应用
3.3.7 感应电机典型习题分析
3.4 同步电机部分
3.4.1 功角和同步电机运行状态的关系
3.4.2 凸极同步发电机与隐极同步发电机的区别
3.4.3 同步电动机自己不能起动的原因
3.4.4 同步电机典型习题分析
……
第4章 电机学常见重点难点的仿真分析
第5章 常见特种电机的Simulink仿真
附录 仿真源程序
参考文献