具体描述
《电机及其应用》为理论与实践一体化教材。通过对机电类专业岗位群所需知识与技能进行分析，将培养学生的操作技能的实训穿插于基本理论知识的讲述过程中，体现“做中学、学中做”的职业教育特色，意在培养学生的学习兴趣，为其毕业后顺利就业打下基础，同时培养学生主动探索知识、理论联系实际的良好习惯。
全书共分9章，包括：直流电机的结构和原理；直流电机的特性与应用；三相异步电动机的结构和原理；三相异步电动机的特性与应用；三相异步电动机的运行维护与故障检修；单相异步电动机；电力拖动系统中一些问题的讨论；三相同步电机及其他电机简介；变压器应用与维修。每章以“学习目标”概括全章内容，使读者一目了然；每节及实训后有思考与分析，以利于学生总结与深化。
《电机及其应用》可作为职业院校的机械、数控、机电技术应用、电工电子等专业的教材，也可作为维修电工考证培训用书或在岗人员的自学用书。
《电机及其应用》 内容概要 《电机及其应用》是一部深入剖析电机原理、结构、类型及其广泛应用的书籍。本书旨在为读者提供一个全面而系统的电机知识体系，从基础的电磁学理论出发，逐步深入到各类电机的详细讲解，并最终展现电机在现代工业、日常生活以及新兴技术领域中的关键作用。全书结构严谨，逻辑清晰，既适合作为电机工程专业学生的教材，也适合作为相关领域工程师、技术人员以及对电机技术感兴趣的广大读者进行学习和参考。 第一部分：电机基础理论 本部分将为读者构建坚实的电机理论基础。首先，从电磁学基本定律入手，回顾法拉第电磁感应定律、安培定律、洛伦兹力等核心概念，为理解电机的工作原理奠定理论基石。接着，详细阐述电机中最重要的组成部分——磁场和电流的相互作用，重点讲解磁路的设计、磁场分布的计算以及导磁材料的特性。 随后，本书将深入探讨电机的能量转换过程。通过能量守恒定律和电磁能量转换原理，清晰地解释电能如何转化为机械能，以及反之亦然。在此基础上，详细分析电机的基本方程，包括电压方程、电流方程、磁链方程和功率方程，并讲解如何利用这些方程进行电机性能的分析和预测。 为了更好地理解电机动态特性，本部分还将引入电机电磁转矩的产生原理。详细分析转矩与电流、磁场强度以及电机结构参数之间的关系，并介绍不同类型电机产生转矩的特有机制。此外，还会涉及电机损耗的分析，包括铜耗、铁耗、机械损耗和杂散损耗，并探讨降低损耗、提高电机效率的方法。 第二部分：直流电机 本部分将聚焦于直流电机，这是最基础也是应用最广泛的电机类型之一。本书将首先介绍直流电机的基本结构，包括定子、转子（电枢）、换向器和电刷等关键部件的构造和功能。深入剖析换向器和电刷在实现直流电机连续旋转中的作用，并解释换向过程中的电磁现象。 接着，详细讲解不同类型的直流电机，如永磁直流电机、他励直流电机、并励直流电机、串励直流电机以及复励直流电机。针对每种类型，本书将详细阐述其绕组结构、工作原理、特性曲线（如转速-转矩特性、转速-电流特性、转矩-电流特性）以及各自的优缺点。 在深入理解直流电机的工作原理后，本书将进一步探讨直流电机的调速方法。详细介绍串电阻调速、改变电枢电压调速、改变励磁电压调速以及串联电阻调速等多种传统调速方式，并分析其各自的效率和适用范围。同时，也会简要介绍现代变频技术在直流电机调速中的应用。 最后，本部分将列举直流电机在实际应用中的典型案例，例如在电动工具、汽车启动电机、玩具、牵引车辆以及部分工业自动化设备中的应用。 第三部分：交流电机——同步电机 本部分将系统介绍交流电机中的同步电机。首先，阐述同步电机的基本原理，包括旋转磁场的产生以及转子与旋转磁场同步旋转的特点。详细讲解同步发电机的原理，并将其与同步电机的工作原理进行对比。 本书将重点介绍同步电机的结构，包括定子绕组的布局（如三相绕组）和转子结构（如凸极式和隐极式）。详细分析不同转子结构对同步电机性能的影响。 在工作特性方面，本书将深入分析同步电机的空载运行、带载运行以及并列运行时的电气特性。详细讲解同步电机的功率角、同步牵入转矩以及同步失步现象，并介绍提高同步电机稳定性的方法。 同步电机的励磁控制是本部分的重要内容。详细介绍励磁系统的作用，包括调节励磁电流以控制输出电压或无功功率。本书还将探讨同步电机的启动问题，分析其自启动的困难性，并介绍常用的启动方法，如哑同步启动、辅机启动和变频启动。 最后，本书将列举同步电机在工业中的广泛应用，如大型风力发电机、水力发电机、火力发电机、电力系统中的无功功率补偿装置（同步调相机）以及一些需要恒定转速的驱动设备。 第四部分：交流电机——异步电机（感应电机） 本部分将详细介绍应用最为广泛的交流电机——异步电机，又称感应电机。本书将从感应电机的基本原理讲起，重点讲解旋转磁场的产生以及转子绕组中感应电动势和电流的产生。深入剖析转差率的概念及其对电机性能的影响。 异步电机的结构将得到详细阐述，包括定子绕组和转子绕组（鼠笼式转子和绕线式转子）的设计和制造。重点分析鼠笼式转子和绕线式转子的结构特点、优势以及各自的应用场景。 本书将深入分析异步电机的运行特性，包括启动特性、制动特性和稳态运行特性。详细讲解不同类型的异步电机（如三相笼型感应电机、三相绕线感应电机）的转速-转矩特性曲线，并分析这些曲线的形状特点。 异步电机的调速是本部分的重点和难点。详细介绍传统的三相笼型异步电机调速方法，如改变定子电压调速、改变定子频率调速（变频调速）和改变转子电阻调速（仅适用于绕线式异步电机）。本书将重点讲解现代变频调速技术（V/f控制、矢量控制等）的工作原理、优势以及在实现平滑、高效调速中的作用。 此外，本部分还将介绍异步电机的制动原理，包括能耗制动、再生制动和反接制动，并分析不同制动方式的特点和应用。 最后，本书将列举异步电机在各个领域的广泛应用，如工业生产线中的各种驱动设备、风扇、水泵、压缩机、起重设备、输送带以及家用电器等。 第五部分：特种电机 本部分将介绍一些结构特殊、性能独特，但应用同样重要的特种电机。 步进电机： 详细介绍步进电机的基本原理、分类（如永磁式、反应式、混合式），以及其在精密位置控制和开环系统中的应用，如3D打印机、数控机床、机器人等。 伺服电机： 介绍伺服电机作为闭环控制系统中关键执行元件的作用，包括直流伺服电机和交流伺服电机的结构和工作原理，以及其在自动化、机器人、航空航天等领域的应用。 无刷直流电机（BLDC）： 讲解无刷直流电机的结构特点（无电刷和换向器）、工作原理（电子换向）以及其在高效率、长寿命、低维护等方面的优势，并介绍其在电动汽车、无人机、家用电器等领域的应用。 永磁同步电机（PMSM）： 介绍永磁同步电机作为高性能交流电机，在转矩密度、效率和功率因数方面的优势，以及其在电动汽车、工业驱动和高端应用中的重要性。 开关磁阻电机（SRM）： 讲解开关磁阻电机的简单结构、工作原理以及其在极端环境下的耐用性，并介绍其在汽车、航空航天和工业驱动中的应用。 直线电机： 介绍直线电机将电磁能量直接转换为直线运动的原理，并列举其在高速列车、自动化生产线、精密定位系统等领域的应用。 第六部分：电机控制与驱动 本部分将深入探讨电机的控制和驱动技术，这是实现电机高效、精确运行的关键。 电机控制理论： 介绍电机控制的基本思想，包括开环控制和闭环控制。详细讲解PID控制算法在电机速度和位置控制中的应用。 电力电子驱动技术： 阐述电力电子在电机驱动中的核心作用，重点介绍各种功率器件（如MOSFET、IGBT）及其在电机驱动电路中的应用。详细讲解整流器、逆变器、斩波器等功率变换器的基本原理。 现代电机驱动系统： 介绍变频器（VFD）在交流异步电机控制中的重要性，包括其工作原理、控制模式（V/f控制、矢量控制）及其在节能和性能提升方面的作用。同时，也会介绍伺服驱动器在伺服电机控制中的应用。 电机保护与安全： 讨论电机过载、过压、欠压、缺相、过热等故障的保护措施，以及安全接地、绝缘等安全规范。 第七部分：电机设计与制造 本部分将触及电机设计的关键环节和制造工艺。 电机设计要素： 介绍电机设计的关键参数，包括额定功率、额定电压、额定转速、效率、功率因数等。讲解如何根据应用需求进行电机选型和参数设计。 电磁设计： 简要介绍电磁场有限元分析等先进设计工具在电机电磁性能优化中的应用。 结构设计： 讨论电机结构设计中的关键考虑因素，如机械强度、散热、绝缘、噪声和振动控制。 制造工艺： 概述电机制造过程中的主要工艺，如绕线、浸漆、装配、测试等，并介绍质量控制的重要性和方法。 第八部分：电机在各领域的应用 本部分将以更宏观的视角，全面展示电机在现代社会各个领域不可或缺的作用。 工业自动化： 详细阐述电机在工厂自动化生产线、机器人、数控机床、物料搬运系统中的核心驱动作用。 交通运输： 重点介绍电机在电动汽车、混合动力汽车、高速列车、航空航天器中的应用，以及其对节能减排和可持续交通的贡献。 新能源领域： 探讨电机在风力发电机、太阳能跟踪系统、储能系统中的应用，以及其在推动能源转型中的关键角色。 家用电器： 列举电机在洗衣机、冰箱、空调、吸尘器、微波炉等日常家用电器中的广泛应用，以及其如何提高生活品质。 医疗设备： 介绍电机在医疗诊断设备（如CT、MRI）、手术机器人、康复设备等高精度、高可靠性应用中的重要性。 信息技术与通信： 简要提及电机在硬盘驱动器、打印机、风扇散热系统等信息技术设备中的作用。 总结 《电机及其应用》是一部集理论深度、技术广度与应用实践于一体的著作。通过对电机基础理论的深入解读，各类电机的详细分析，以及电机控制、设计和应用等方面的全面介绍，本书旨在帮助读者建立起对电机技术全面而深刻的认识。无论是初学者还是经验丰富的工程师，都能从中获得宝贵的知识和启示，更好地理解和运用电机这一驱动现代文明的关键技术。
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