绪论
第一节 电机的概况
电机及其驱动控制系统是电气传动的基础。电气传动系统特别是电机及其驱动控制系统在国民经济的发展以及国民生活中发挥着越来越重要的作用。电能是当代*主要的、应用*广泛的能源。电机及其驱动控制系统是实现电能的生产、传输和电气传动、机械运动控制等应用的装置。
绝大部分电机的工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是应用有效的导磁和导电材料构成能互相发生电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率和电磁转矩，实现能量形式的转换。
电机的分类方法很多，按其功能分有下列几类：
(1) 发电机。由机械能转变为电能。
(2) 电动机。由电能转变为机械能。
(3) 变压器、变频机、变流机、移相器。分别用于改变电压、频率、电流类型及相位。
(4) 控制电机。用作控制系统中的元件。
应该指出，在基本原理上，发电机和电动机只是电机的两种运行方式，它们是可逆的。
电机按其容量（功率）大小也可划分为大电机、中小型电机、小功率电机、微电机等。其中，小功率电动机又称分马力电动机。根据IEC的有关文件，GB/T 2900.27-1995《电工术语小功率电动机》将小功率电动机定义为：折算到1500r/min时，*大连续额定功率不超过1.1kW的电动机。而“分马力”则来自英文fraction horsepower，分马力电动机表示输出功率不大于1马力(750W)或为真分数马力的电动机。图0-1为钢铁厂用于轧钢的电动机；图0-2为新型电梯曳引电动机及驱动系统；图0-3为电动自行车驱动用电动机及其驱动控制器；图0-4为录音设备用微电机。
按一次能源形态的不同，发电机有不同的种类。利用水力资源并与水轮机组合的为水轮发电机，利用煤、石油等热能资源并与汽轮机组合的为汽轮发电机，还有利用原子能、风力、地热等资源的各类发电机。图0-5为风力发电机。
此外，电机又分为变压器、异步电机、同步电机和直流电机四个机种。其中变压器是静止的电气设备，其余常见的均为旋转电机（也有直线电机）。异步电机和同步电机均为交流电机。本书将按此分类逐一论述。
图0-1 轧钢用电动机
图0-2 电梯曳引电动机及驱动系统
图0-3 电动自行车驱动用电动机及其驱动控制器
(a) 电动机；(b) 驱动控制器
图0-4 录音设备用微电机
图0-5 风力发电机
第二节 电路的有关概念
一、电路参数的正方向
常用的电路元件有电阻、电感和电容。由于电阻数值的大小随温度的改变而变化，本书中未作特别注明的电阻均指在温度为75℃时的电阻值。电路中主要的物理量有电压、电势、电流、功率。表征电路特性的数学表达式都与电压、电流等物理量的参考方向的规定有关。对于受电端，通常规定电压和电流的正方向一致，如图0-6和图0-7所示，即假定电压的正方向是从A指向X，则电流的正方向也是从A经过R流向X。电势的正方向在变压器中往往取为和电流正方向一致。
图0-6 电路物理量的正方向
图0-7 回路电压
二、基尔霍夫定律
基尔霍夫电流定律 电路中的任意节点在任意时刻流人与流出电流之代数和恒等于零。其数学表达式为
(0-1)
式中，各i的正方向均可取为流入方向，即i为正值时，实际电流为流向该节点；i为负值时，实际电流为流出该节点。
基尔霍夫电压定律 电路中的任一回路在任意时刻沿着回路循行方向所有支路的电位降之和恒为零。其数学表达式为
(0-2)
对于图0-6所示的电路，其回路方程为
(0-3)
该电压平衡方程式也可看作：加在AX两端的端电压U由两部分组成，一部分为电阻R上的端电压（UAB=IR），另一部分为和电势E相对应的端电压(UBX=-E)。
第三节 电磁感应的有关概念
一、磁路的基尔霍夫定律和全电流定律
在通电导线周围存在着磁场。通常，磁力线的正方向与产生该磁力线的电流的正方向按符合右螺旋关系选取。
图0-8为带有并联分支的铁心磁路。中间的铁心柱上绕有N匝励磁绕组，绕组内通过的励磁电流为i，则励磁绕组周围匝链磁通。若在铁心的分支部位作一个闭合面S，如图所示。假设穿入闭合面S的磁通有声，穿出闭合面S的磁通有*1，和*2，则
(0-4)
图0-8 磁路的基尔霍夫第一定律
式中，磁通的正方向可取穿入闭合面的方向，即穿入闭合面的磁通为正值，穿出闭合面的磁通为负值。
式(0-4)表明：穿入（或穿出）任意一个闭合面的总磁通量恒等于零（或者说，穿入任意一个闭合面的磁通量恒等于穿出该闭合面的磁通量）。这就是磁通的连续性定律，类比电路的基尔霍夫第一定律（基尔霍夫电流定律），可称该定律为磁路的基尔霍夫第一定律。
全电流定律指出，沿着磁力线闭合积分等于该闭合回路内所包围的导体的电流的代数和。按上述正方向规定时，全电流定律的数学表达式为路径磁场强度H的线积分：
(0-5)
把全电流定律用于电机和变压器的磁路时，可将该闭合的磁回路分为n段磁路，则式(0-5)简化为
(0-6)
式中，Hi——第i段磁路磁场强度(A/m)；
li——第i段磁路的平均长度(m)；
Ni——磁势(A或安匝)，通常用符号F来表示。即F-Ni；
N——流过电流i的导体数。
在式(0-6)中，Hili为第i段磁路的磁位降（或称磁压降）。式(0-6)表明：沿任何一条闭合磁路的总磁势恒等于该闭合磁路中各段磁位降的代数和。类比电路中的基尔霍夫第二定律，可称之为磁路的基尔霍夫第二定律。
磁场强度H与磁感应强度B的关系为
(0-7)
式中，μ为介质的磁导率。
真空的磁导率为一常数，记作
各种气体、非金属材料、非铁磁金属和合金，以及高镍不锈钢等，其磁导率都接近μ0，工程上认为它们与真空的磁介质特性相同。
如果n段磁路中的磁场强度H均处处相等，则公式(0-6)又简化为
(0-8)
图0-9(a)所示为一绕有N匝线圈的无分支铁心磁路，铁心的截面积为S，铁心的平均长度为l，铁心材料的磁导率为μ。在铁心磁路中磁场强度H处处相等，通过各截面上的磁通密度B为均匀且垂直于各截面，则铁心中的磁通量*等于磁通密度B乘以截面积S，即
(0-9)
依据磁场强度H与磁通密度B的关系式(0-7)，则式(0-8)可写成
(0-10)
或
(0-11)
式中，Rm——磁路的磁阻，其值取决于磁路的尺寸和构成磁路所用材料的磁导率，其单位为A/Wb；
磁路的磁导，单位为Wb/A，它是磁阻的倒数，即
图0-9 铁心磁路
(a) 铁心磁路；(b) 模拟电路
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