Электрические машины и микромашины

Оглавление 
 

1 

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
 
В. И. Пантелеев 
 
 
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ  
МАШИНЫ  И  МИКРОМАШИНЫ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2022 

 

 

Электрические машины и микромашины 
 

2 

УДК 621.313(07) 
ББК 31.2я73 
        П166 
 
 
 
 
 
Р е ц е н з е н т ы:  
Б. В. Лукутин, профессор, доктор технических наук, профессор Инженерной 
школы энергетики Томского политехнического университета; 
Н. И. Щуров, профессор, доктор технических наук, заведующий кафедрой 
электротехнических комплексов Новосибирского государственного 
технического университета 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Пантелеев, В. И. 
П166     Электрические машины и микромашины : учеб. пособие /             
В. И. Пантелеев. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2022. – 276 с. 
ISBN 978-5-7638-4589-1 
 
С позиций теории обобщенного электромеханического преобразователя 
энергии изложено математическое описание и даны характеристики общепромышленных 
электрических машин, исполнительных электродвигателей и специальных 
электрических машин систем автоматики. Существенное внимание уделено 
вопросам их управления. 
Предназначено бакалаврам подготовки направления 13.03.02 «Электроэнергетика 
и электротехника». Может быть полезно и для обучающихся в магистратуре, 
а также инженерам, работающим в области проектирования и эксплуатации 
промышленных систем автоматики. 
 
 
Электронный вариант издания см.: 
http://catalog.sfu-kras.ru 
УДК 621.313(07)  
ББК 31.2я73 
 
ISBN 978-5-7638-4589-1                                                           © Сибирский федеральный  
                                                                                                         университет, 2022 

 

 

Оглавление 
 

3 

 
 

 
ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
СПИСОК  ИСПОЛЬЗУЕМЫХ  СОКРАЩЕНИЙ  ........................................... 8 
ПРЕДИСЛОВИЕ ............................................................................................... 10 
ВВЕДЕНИЕ  ....................................................................................................... 12 
1. ОБЩИЕ  СВЕДЕНИЯ  ОБ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  МАШИНАХ  .............. 15 
1.1. Вводные понятия. Основные части конструкции  
электрических машин  .......................................................................... 15 
1.2. Принципы действия и устройство электрических машин  ................ 16 
1.2.1. Вращающееся магнитное поле  .................................................. 16 
1.2.2. Устройство и принцип действия асинхронных машин  .......... 18 
1.2.3. Устройство и принцип действия синхронных машин ............. 20  
1.2.4. Устройство и принцип действия электрических машин  
постоянного тока  ........................................................................ 21 
1.3. Законы электромеханики  ..................................................................... 23 
2. ОСНОВЫ  ТЕОРИИ  ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО   
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ  ЭНЕРГИИ  ............................................................ 26 
2.1. Физические явления в электромеханическом 
преобразователе энергии  ..................................................................... 26 
2.2. Простейшая модель электромеханического  
преобразователя энергии  .................................................................... 31 
2.3. Уравнения электромеханического преобразования энергии  ........... 33 
2.3.1. Уравнения трехфазной машины  ............................................... 33 
2.3.2. Преобразование координат  ....................................................... 35 
2.3.3. Замена переменных  ................................................................... 38 
2.3.4. Уравнения электромеханического  
преобразователя энергии  
в форме переменных состояний  .............................................. 40 
2.4. Электромагнитный момент электромеханического  
преобразователя энергии  .................................................................... 41 
3. ОБЩИЕ  СВЕДЕНИЯ  ОБ  ОБМОТКАХ   
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  МАШИН  ................................................................... 43 
3.1. Обмотки машин переменного тока  ..................................................... 43 
3.2. Электродвижущая сила в обмотках электрических машин  
переменного тока  ................................................................................. 47 
3.3. Магнитодвижущие силы обмотки  ...................................................... 50 
3.4. Обмотки машин постоянного тока  ..................................................... 52 
3.5. Электродвижущая сила обмотки якоря  .............................................. 53 

 

Электрические машины и микромашины 
 

4 

4. ТРАНСФОРМАТОРЫ  ................................................................................. 56 
4.1. Основные соотношения  ....................................................................... 57 
4.2. Холостой ход трансформатора  ............................................................ 60 
4.3. Работа трансформатора на нагрузку  ................................................... 63 
4.4. Эквивалентная схема замещения трансформатора  ........................... 65 
4.5. Короткое замыкание трансформатора ................................................. 68 
4.6. Потери и коэффициент полезного действия трансформатора .......... 69 
4.7. Нагрев и охлаждение трансформаторов  ............................................. 71 
4.8. Трехфазные трансформаторы. Параллельная работа  
трансформаторов  .................................................................................. 71 
4.9. Автотрансформаторы  ........................................................................... 75 
4.10. Измерительные трансформаторы ...................................................... 77 
4.11. Пик-трансформаторы, импульсные трансформаторы  .................... 79 
4.12. Трансформаторы для выпрямительных устройств  ......................... 81 
5. АСИНХРОННЫЕ  МАШИНЫ   
ОБЩЕПРОМЫШЛЕННОГО  ПРИМЕНЕНИЯ  ....................................... 85 
5.1. Режимы работы асинхронных машин  ................................................ 85 
5.2. Асинхронный двигатель при неподвижном роторе  .......................... 87 
5.3. Математическое описание процессов преобразования энергии 
в асинхронном двигателе  .................................................................... 90 
5.4. Векторная диаграмма и схема замещения  
асинхронного двигателя  ...................................................................... 92 
5.5. Энергетическая диаграмма, потери и коэффициент  
полезного действия асинхронного двигателя  ................................... 95 
5.6. Вращающий момент двигателя  ........................................................... 96 
5.7. Механическая характеристика асинхронного двигателя  ................. 98 
5.8. Процесс пуска асинхронного двигателя  .......................................... 100 
5.9. Регулирование скорости трехфазного  
асинхронного двигателя  .................................................................... 101 
5.9.1. Параметрическое регулирование скорости  
асинхронного двигателя  ......................................................... 102 
5.9.2. Регулирование скорости асинхронного двигателя 
изменением питающего напряжения  ................................... 104 
5.9.3. Частотное регулирование скорости  
асинхронного двигателя  ......................................................... 105 
5.9.4. Частотно-токовое управление  
асинхронного двигателя  ......................................................... 109 
5.9.5. Векторное управление асинхронного двигателя  .................. 110 
5.10. Рабочие характеристики асинхронного двигателя  ....................... 112 
 
 

Оглавление 
 

5 

6. АСИНХРОННЫЕ  МИКРОМАШИНЫ   
ОБЩЕГО  ПРИМЕНЕНИЯ  ...................................................................... 114 
6.1. Однофазные асинхронные двигатели  ............................................... 114 
6.2. Конденсаторные двигатели  ............................................................... 116 
6.3. Двигатели с экранированными полюсами ........................................ 118  
7. АСИНХРОННЫЕ  ДВИГАТЕЛИ   
СПЕЦИАЛЬНОГО  ИСПОЛНЕНИЯ  ...................................................... 120 
7.1. Асинхронные гироскопические двигатели  ...................................... 120 
7.2. Линейные асинхронные двигатели .................................................... 121 
8. АСИНХРОННЫЕ  ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ  ДВИГАТЕЛИ  .................... 123 
8.1. Основные требования к исполнительным микродвигателям  ........ 123 
8.2. Конструкция и принцип действия исполнительных  
асинхронных двигателей  ................................................................... 124 
8.3. Способы управления исполнительных  
асинхронных двигателей  ................................................................... 127 
8.4. Механические и регулировочные характеристики  
исполнительных асинхронных двигателей  ..................................... 130 
8.5. Динамические свойства исполнительных  
асинхронных двигателей  ................................................................... 136 
9. СИНХРОННЫЕ  МАШИНЫ  .................................................................... 138 
9.1. Области применения и устройство синхронных генераторов 
промышленной частоты  .................................................................... 138 
9.2. Принцип действия и реакция якоря  
синхронного генератора  .................................................................... 139 
9.3. Математическое описание синхронных машин  .............................. 142 
9.4. Векторные диаграммы синхронных генераторов  ........................... 144 
9.5. Характеристики синхронного генератора  ........................................ 147 
9.6. Классификация синхронных двигателей  ......................................... 148 
9.7. Синхронные двигатели с электромагнитным возбуждением  ........ 149 
9.8. Электромагнитная мощность  
и момент синхронного двигателя  ..................................................... 152 
9.9. Синхронные реактивные двигатели  ................................................. 156 
9.10. Субсинхронные (индукторные) двигатели  .................................... 159 
9.11. Синхронные гистерезисные двигатели  .......................................... 163 
9.12. Шаговые двигатели  .......................................................................... 165 
9.12.1. Области применения, классификация и требования,  
предъявляемые к шаговым двигателям  ............................ 165 
9.12.2. Основные характеристики  
и параметры шаговых двигателей  ..................................... 166 
9.12.3. Принцип действия и особенности конструкций  
шаговых двигателей ............................................................ 169 

Электрические машины и микромашины 
 

6 

9.12.4. Характер движения ротора  
и математическое описание шаговых двигателей ............ 171 
9.13. Управление скоростью синхронных двигателей ............................ 174 
10. МАШИНЫ  ПОСТОЯННОГО  ТОКА .................................................... 178 
10.1. Общие вопросы теории машин постоянного тока ....................... 178 
10.1.1. Конструктивные особенности  
и разновидности машин постоянного тока ..................... 178 
10.1.2. Реакция якоря ...................................................................... 179 
10.1.3. Коммутация ......................................................................... 181 
10.1.4. Уравнения машин постоянного тока ................................. 182 
10.1.5. Электромагнитный момент машины................................. 183 
10.1.6. Потери и коэффициент полезного действия машины  
постоянного тока ................................................................ 184 
10.2. Генераторы постоянного тока ........................................................ 185 
10.2.1. Генераторы с независимым возбуждением ...................... 186 
10.2.2. Генераторы с параллельным возбуждением .................... 188 
10.3. Двигатели постоянного тока ........................................................... 190 
10.3.1. Пусковые характеристики  ................................................. 191 
10.3.2. Двигатели с параллельным возбуждением  ...................... 192 
10.3.3. Двигатели с последовательным возбуждением  .............. 194 
10.3.4. Способы регулирования скорости  .................................... 195 
11. ВЕНТИЛЬНЫЕ  ДВИГАТЕЛИ  ............................................................... 197 
12. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ  ДВИГАТЕЛИ  ПОСТОЯННОГО  ТОКА ....... 200  
12.1. Исполнительные двигатели постоянного тока  
с якорным управлением  ................................................................ 201 
12.2. Исполнительные двигатели постоянного тока  
с полюсным управлением  ............................................................. 204 
12.3. Динамические свойства и передаточная функция  
исполнительных двигателей постоянного тока  .......................... 207 
12.4. Некоторые модификации исполнительных двигателей 
постоянного тока  ............................................................................ 209 
13. ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ  УСИЛИТЕЛИ  .............................................. 211 
13.1. Принцип действия электромашинных усилителей 
поперечного поля  ........................................................................... 211 
13.2. Характеристики электромашинных усилителей  ......................... 213 
14. ПОВОРОТНЫЕ  (ВРАЩАЮЩИЕСЯ)  ТРАНСФОРМАТОРЫ  ......... 216 
14.1. Назначение, устройство и принцип действия  .............................. 216 
14.2. Синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы  .............. 217 
14.3. Симметрирование синусно-косинусных  
вращающихся трансформаторов ................................................... 220 
14.4. Линейный вращающийся трансформатор  .................................... 221 

Оглавление 
 

7 

14.5. Вращающийся трансформатор-построитель  
(преобразователь координат) ........................................................ 223 
14.6. Синусно-косинусный вращающийся трансформатор 
в режиме фазовращателя  ............................................................... 226 
14.7. Многополюсные вращающиеся трансформаторы,  
редуктосины, индуктосины  .......................................................... 228 
14.8. Датчики угла на основе вращающихся трансформаторов  ......... 230 
15. СЕЛЬСИНЫ  .............................................................................................. 232 
15.1. Принцип действия систем синхронной связи  .............................. 232 
15.2. Конструкция сельсинов  ................................................................. 233 
15.3. Работа однофазных сельсинов в индикаторном режиме  ............ 234 
15.4. Работа однофазных сельсинов  
в трансформаторном режиме ......................................................... 241 
15.5. Дифференциальные сельсины  ....................................................... 243 
15.6. Магнесины  ....................................................................................... 244 
16. ТАХОГЕНЕРАТОРЫ ............................................................................... 246 
16.1. Асинхронные тахогенераторы  ....................................................... 246 
16.2. Синхронные тахогенераторы  ......................................................... 249 
16.3. Тахогенераторы постоянного тока  ................................................ 250 
17. ПРИМЕНЕНИЕ  СПЕЦИАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ   
МАШИН  В  СИСТЕМАХ  И  УСТРОЙСТВАХ  АВТОМАТИКИ  ... 254 
17.1. Интегрирующий элемент на базе исполнительного  
асинхронного двигателя  ............................................................... 254 
17.2. Автоматическое умножающее устройство  
на вращающихся трансформаторах  ............................................. 255 
17.3. Электромеханическое дифференцирование  
и интегрирование  ........................................................................... 256 
18. ВЫБОР  ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО  ДВИГАТЕЛЯ  СИСТЕМЫ   
АВТОМАТИЧЕСКОГО  УПРАВЛЕНИЯ  ............................................. 259 
18.1. Выбор мощности исполнительного двигателя систем  
автоматического управления  ........................................................ 260 
18.2. Выбор исполнительного двигателя и расчет параметров  
позиционных следящих систем малой мощности  ...................... 266 
18.2.1. Общий подход к расчету привода позиционной  
следящей системы ............................................................. 266 
18.2.2. Расчет привода при линейных механических  
характеристиках двигателя .............................................. 268 
18.2.3. Расчет привода при нелинейных  
механических характеристиках  ...................................... 270 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ  .............................................................................................. 273 
СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ .............................................................................. 274 

Электрические машины и микромашины 
 

8 

 
 

 

СПИСОК  ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ 

 
АД − асинхронный двигатель 
АИН − автономный инвертор напряжения 
AM − асинхронные машины 
АСГ − асинхронизированный генератор 
AT − автотрансформатор 
АТГ − асинхронный тахогенератор 
ВАХ – вольт-амперная характеристика 
ВД − вентильный электродвигатель 
ВТ − вращающийся трансформатор  
ГД − гистерезисный двигатель 
ГО – грубый отсчет 
ГЭС − гидроэлектростанция 
ДН − датчик значения выходного напряжения 
ДО − дополнительная обмотка 
ДПР − датчик положения ротора 
ДПТ − двигатель постоянного тока 
ДС – дифференциальный сельсин 
ДТ − датчик тока  
ДФГ – двухфазный генератор 
ДЧ − датчик частоты 
И − инвертор  
ИАД – исполнительный асинхронный двигатель 
ИД – исполнительный двигатель 
ИДПТ – исполнительный двигатель постоянного тока 
ИМ − исполнительный механизм  
ИП − источник питания  
ИТ − инвертор тока 
КЗ − короткое замыкание 
КО − компенсационная обмотка 
КПД − коэффициент полезного действия 
ЛАД − линейный асинхронный двигатель  
ЛВТ – линейный вращающийся трансформатор 
МВТ – масштабный вращающийся трансформатор 
МДС − магнитодвижущая сила 
МПТ − машина постоянного тока 
Н – нагрузка 
НПЧ − непосредственный преобразователь частот 

 

Список используемых сокращений 
 

9 

НС − намагничивающая сила 
ОВ − обмотка возбуждения 
ООС − отрицательная обратная связь 
ОУ − объект управления  
ПКН − преобразователь координат напряжения 
ПКТ − преобразователь координат тока 
ПС − подстанция 
ПЧ − преобразователь частоты 
ПФК – преобразователь «фаза-код» 
РН − регулятор напряжения 
РО − регулирующий орган 
PC − регулятор скорости 
РТ − регулятор тока 
САР − система автоматического регулирования 
САУ − система автоматического управления 
СРД − синхронный реактивный двигатель 
СГ − синхронный генератор 
СГД − синхронный гистерезисный двигатель 
СД − синхронный двигатель 
СКВТ – синусно-косинусный вращающийся трансформатор 
СМ − синхронная машина 
СРД – синхронный реактивный двигатель 
СС – сельсин 
СД – сельсин-датчик 
СП – сельсин-приёмник 
СУВ − система управления выпрямителем 
ТГ − тахогенератор 
ТН − трансформатор напряжения 
ТО – точный отсчет 
ТП − тиристорный преобразователь 
ТР − трансформатор 
ТТ − трансформатор тока 
УВ − управляемый выпрямитель 
ФП − функциональный преобразователь  
ЧУ – частотное управление 
ЧТУ – частотно-токовое управление 
ЭДС − электродвижущая сила 
ЭМ − электрическая машина 
ЭМП − электромеханический преобразователь 
ЭМПЭ − электромеханический преобразователь энергии 
ЭМУ − электромашинный усилитель 
ЭП − электропривод 

Электрические машины и микромашины 
 

10 

 
 

 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Автор должен сразу предупредить читателя, что настоящее учебное 
пособие рассматривает в качестве альтернативного. Побудительным мотивом 
для его написания явилось то обстоятельство, что читаемый в наше 
время курс «Электрические машины» для студентов-электриков по своему 
содержанию и изложению практически не отличается от того, который 
преподавали более полувека назад. Существующие учебники построены на 
общепринятых в начальный период развития допущениях и положениях, 
которые устарели и могут быть сняты или уменьшена их категоричность. 
Освещенные в учебниках вопросы теории приемлемы для статических, 
в большинстве случаев номинальных, режимов работы. Исследование процессов 
в динамических режимах работы (например асинхронных машин) 
рассматривается во множестве статей и монографий, но они не доведены 
до необходимой точности и общепринятых применений по известным 
причинам. Более 50 % устройств работают в динамических режимах с постоянными 
переходными электромагнитными и механическими процессами.  
То есть этот курс преподают так, будто бы молодые специалисты  
будут проектировать электрические машины, а не использовать их для 
реализации тех или иных технологий в своей профессиональной области. 
Но ведь выпускники данного направления, кроме профилируемых по электромеханике, 
вряд ли будут связаны с этим профессионально. Поэтому      
автор счёл необходимым изложить курс с позиций пользователя, или     
«потребителя», электрических машин, используя в качестве основного методического 
подхода к излагаемому курсу основы теории обобщённой 
электрической машины, или, говоря несколько иначе, с позиций теории 
обобщенного электромеханического преобразователя энергии.  
Практика преподавания подобного курса, опыт работы в области 
создания и изучения  точных следящих электроприводов и общение со 
своими бывшими студентами, занимающимися проектированием и исследованием 
локальных систем автоматики, убеждают в том, что изучение 
электрических машин и электромашинных устройств с позиций теории 
обобщенного электромеханического преобразователя энергии имеет фундаментальное 
значение для будущих инженеров. 
Такой подход при методически правильном изложении не увеличивает 
сколько-нибудь значительно объем изучаемого материала, но позволяет 
ознакомить студентов с современными способами управления электродвигателями 
и дает основу для более глубокого исследования динами-

 

Предисловие 
 

11 

ческих режимов работы в электроэнергетических и электромеханических 
системах. 
Содержание пособия выстроено таким образом, что для изучающих 
общепромышленные электрические машины и микромашины рекомендуются 
разделы с 1 по 11; для тех, кто занимается системами автоматики, полезны 
разделы с 12 по 18.  
Разумеется, судить, насколько удалась попытка, предстоит читателям 
этого пособия, т. е. преподавателям, студентам, аспирантам и всем, кому 
оно окажется полезным. Поэтому буду благодарен за оценку и конструктивные 
предложения по его совершенствованию. 
Автор считает своим приятным долгом поблагодарить рецензентов, –  
профессоров Бориса Владимировича Лукутина и Николая Ивановича Щу-
рова за полезные советы, способствовавшие улучшению содержания пособия, 
а также заведующую лабораториями кафедры электроэнергетики Политехнического 
института СФУ Веронику Петровну Мисюрёву и моего 
внука Григория Пантелеева за помощь в оформлении пособия. 

Электрические машины и микромашины 
 

12 

 
 

 
ВВЕДЕНИЕ 
 
Почти 100 % всей электрической энергии вырабатывается электромеханическими 
преобразователями (генераторами) и около 75 % ее преобразуется 
в механическую с помощью электромеханических аппаратов 
и двигателей. 
Если рассматривать путь электроэнергии от её производства до      
использования, то мы увидим генерацию посредством тех или иных электрических 
машин, дальнейшее многократное преобразование трансформаторами 
и преобразование в механическую энергию посредством электродвигателей, 
отличающихся по принципу действия, конструкции и характеристикам (
рис. В1).  
 

 
Рис. В1. Упрощённая схема электроэнергетической системы 
 
Подавляющее большинство электрических машин строится на основе 
явлений, возникающих при взаимодействии электрических зарядов, движущихся 
в проводнике с магнитным полем, которые описываются законом 
электромагнитной индукции.  
Обычно в понятие «электрические машины» включаются индукционные 
электромеханические преобразователи (генераторы и двигатели), 
а также статические преобразователи электрической энергии – трансформаторы. 
Это связано с тем, что физические процессы в трансформаторах 
имеют много общего с процессами в электромеханических преобразователях, 
и при анализе трансформаторы можно использовать в качестве удобной 
модели. 
Электрические машины используются практически во всех областях 
техники. Их мощности находятся в пределах от долей ватта до десятков 
и сотен мегаватт. Знание принципов работы, конструкций и характеристик 
электрических машин является необходимым условием их оптимального 
выбора и эффективного применения в решении широкого круга технических 
задач. 
Современные механизмы, приводимые в движение электродвигателями, 
требуют регулирования механических координат: положения, скоро-

 

Введение 
 

13 

сти вращения, ускорения, вращающего момента. Быстрое развитие силовой 
электроники и микропроцессорной техники в последние десятилетия 
позволило на основе глубоких знаний процессов в электрических машинах 
разработать и реализовать новые принципы управления двигателями с помощью 
импульсных полупроводниковых преобразователей. В некоторых 
случаях эти принципы управления полностью изменили представление 
о свойствах, характеристиках и областях применения тех или иных машин. 
В первую очередь это относится к наиболее распространённым асинхронным 
двигателям с короткозамкнутым ротором. 
Высокоэффективное преобразование энергии электрическими машинами, 
а также простота и точность обработки информации, представленной 
в форме электрических токов или потенциалов, позволяют использовать их 
не только в энергетике, но также в измерительных и вычислительных системах (
датчики механических величин, измерительные приборы, вычислительные 
устройства и др.). Общее представление об этих типах электрических 
машин дано в соответствующих разделах настоящего учебного пособия. 
Если рассматривать типовую функциональную схему системы автоматического 
регулирования (САР), рис. В2, то легко можно убедиться, что 
все ее элементы могут быть реализованы электромашинными устройствами. 
 

Рис. В2. Типовая функциональная схема САР 
 
Не вызывает сомнения преимущественное использование электрических 
машин в качестве преобразователей механических величин в электрические. 
Угловая скорость оценивается с помощью тахогенераторов постоянного 
или переменного тока, углы поворота (или их разности) задаются 
и измеряются с помощью вращающихся (поворотных) трансформаторов 
или сельсинов. В качестве усилительно-преобразовательных элементов до 
недавнего времени широко использовались генераторы и электромашинные 
усилители, а применение электродвигателей как исполнительных элементов 
общеизвестно. Кроме того, электродвигатели (генераторы) часто 
выступают в САР в качестве объектов регулирования (управления) непосредственно 
или в сочетании с какими-то рабочими машинами и механизмами. 
При этом электродвигатели выполняют функции не только преобразователя 
электрической энергии в механическую, но и регулятора тех или 

Электрические машины и микромашины 
 

14 

иных параметров технологического процесса. Даже краткий обзор истории 
развития электрических машин и электромашинных устройств автоматики 
убедительно свидетельствует о большом вкладе отечественных ученых 
в их теорию и практику. Для автоматического регулирования электрическую 
машину впервые применил в 1871 году русский ученый В. Н. Чико-
лаев. Следящие системы синхронной связи впервые использовали в конце 
прошлого века для автоматизации корабельной артиллерийской стрельбы. 
Первые установки были разработаны российскими инженерами А. П. Давыдовым, 
К. И. Константиновым, В. Ф. Петрушевским. 
Практически все элементы трехфазной системы передачи и преобразования 
электрической энергии разработаны М. О. Доливо-Добровольским. 
В 1889 году им построен трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым 
ротором, сегодня наиболее распространенный. 
Теория и проектирование электромашинных устройств автоматики 
развивались и развиваются на основе работ А. Е. Алексеева, Д. А. Завалишина, 
М. П. Костенко, Г. Н. Петрова, И. Я. Лехтмана, Ю. С. Чечета, Н. П. Ермолина, 
И. П. Копылова, Е. В. Кононенко, Е. М. Лопухиной, Г. А. Сипайлова, 
В. В. Хрущева, Ф. М. Юферова и др. Исследование электрических машин 
в качестве элементов САР и их использование стало возможным во многом 
благодаря усилиям таких ученых, как В. С. Кулебакин, А. Т. Голован,           
Ю. А. Сабинин, М. Г. Чиликин, А. А. Булгаков, А. А. Сиротин, О. В. Сле-
жановский, А. С. Сандлер и др. 
Сегодня существует огромное количество электромеханических   
систем автоматики, отличающихся как назначением, так и принципами построения 
и своими характеристиками, их развитие обусловлено научно-
техническим прогрессом, поэтому изучение этих систем является одним  
из важнейших звеньев при подготовке специалистов по автоматике.  

1. Общие сведения об электрических машинах 
 

15 

   
 

 
1. ОБЩИЕ  СВЕДЕНИЯ  
ОБ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  МАШИНАХ 
 
Несмотря на большое разнообразие конструкций и назначений электрических 
машин, все они имеют много общего по используемым физическим 
явлениям, что позволяет без детального изучения рассмотреть принципы, 
на которых основана их работа. 
 
 
1.1. Вводные понятия. Основные части конструкции 
электрических машин 
 
Электрические машины (ЭМ) представляют собой электромеханические 
преобразователи энергии (ЭМП), и принципы их построения основаны 
на положениях теории электромеханического преобразования энергии, 
элементы которой изложены в следующей главе. Процессы в статических 
электромагнитных устройствах – трансформаторах – аналогичны процессам 
в некоторых частных режимах ЭМП, поэтому их традиционно считают 
электрическими машинами. 
Изучаемые в рамках этого учебного пособия ЭМ относятся к классу 
индуктивных и по терминологии [7] могут разделяться на две группы: индукционные 
и кондукционные. Поскольку такие термины не получили широкого 
распространения, то здесь ограничимся лишь пояснением, что под 
индукционными понимают ЭМ, в которых основное (первичное) магнитное 
поле создается переменным током, а в кондукционных– постоянным 
током или постоянными магнитами. Более традиционным, видимо, следует 
признать деление ЭМ на машины электромагнитные, в которых первичный 
поток возбуждается током, протекающим по обмоткам, и магнитоэлектрические, 
в которых первичен магнитный поток постоянных магнитов. 
По характеру перемещения подвижной части относительно неподвижной 
ЭМ делятся на вращающиеся и линейные (в том числе и возвратно-
поступательного движения). Вращающиеся ЭМ более эффективны в энергетическом 
отношении, но в некоторых случаях применение линейных ЭМ 
более целесообразно из соображений конструктивного решения той или 
иной установки. 
Вращающиеся ЭМ состоят из двух основных частей: неподвижной 
части (статора) и вращающейся (ротора), которые разделены немагнитным