第一章电机中的电磁学基本知识
1.1 磁路的基本知识
1.1.1 电路与磁路
对于电路系统来说，在电动势的作用下电流从的正极通过导体流向负极。构成一个完整的电路系统需要电动势、电导体，并可以形成电流。
在磁路系统中，也有一个磁动势（类似于电路中的电势），在的作用下产生一个（类似于电路中的电流），磁通从磁动势的极通过一个通路（类似于电路中的导体）到极，这个通路就是磁路。由于铁磁材料磁导率比空气大几千倍，即空气磁阻比铁磁材料大几千倍，所以构成磁路的材料均使用导磁率高的铁磁材料。然而非铁磁物质，如空气也能通过磁通，这就造成铁磁材料构成磁路的周围空气中也必然会有磁通（，由于空气磁阻比铁磁材料大几千倍，因而比小的多，常常被称为漏磁通，称为主磁通。因此磁路问题比电路问题要复杂的多。
1.1.2 电机电器中的磁路
磁路系统广泛应用在电器设备之中，如变压器、电机、继电器等。并且在电机和某些电器的磁路中，一般还需要一段空气隙，或者说空气隙也是磁路的组成部分。
图1—1是电机电器的几种常用磁路结构。图(a)是普通变压器的磁路，它全部由铁磁材料组成；图(b)是电磁继电器磁路，它除了铁磁材料外，还有一段空气隙。 图(c)表示电机的磁路，也是由铁磁材料和空气隙组成；图(b)是无分支的串联磁路，空气隙段和铁磁材料串联组成；图(a)是有分支的并联磁路。图中实（或虚）线表示磁通的路径。
(a) (b) (c)
图1—1 几种常用电器的典型磁路
(a) 普通变压器铁芯； (b) 电磁继电器常用铁芯； (c) 电机磁路
1.1.3 电气设备中磁动势的产生
为了产生较强的磁场，在一般电气设备中都使用电流产生磁场。电
流产生磁场的方法是：把绕制好的匝线圈套装在铁心上，并在线圈内通
入电流，这样在铁心和线圈周围的空间中就会形成磁场，其中大多数磁
通通过铁心，称为主磁通；小部分围绕线圈，称为漏磁通，如图1—2所示。套装在铁心上用于产生磁通的匝线圈称为励磁线圈，励磁线圈中的
电流称为励磁电流。若励磁电流为直流，磁路中的磁通是恒定的，不随
时间变化，这种磁路称为直流磁路，直流电机的磁路属于这一类；若励
磁电流为交流，磁路中的磁通是交变的，随时间变化，这种磁路称为交
流磁路，交流电机、变压器的磁路属于这一类。
图 1—2 磁动势的产生和磁路欧姆定律
值得注意的是，除了电流产生磁场外，电机电器中还使用了大量的永久磁铁。而且随着科学技术的发展，永久磁铁的磁性将越来越强。可以预见永久磁铁将在电机电器中得到广泛的应用
1.2 磁场的基本知识
为了准确描述磁场的大小、方向及其性质，便于分析、计算和设计磁路，常用如下物理量描述磁场。
1.2.1 磁感应强度（磁通密度）
描述磁场强弱及方向的物理量称为磁感应强度。为了形象地描绘磁场，往往采用磁感应线，常称为磁力线，磁力线是无头无尾的闭合曲线。图1—3中画出了直线电流及螺线管电流产生的磁力线。
(a) (b)
图1—3 电流磁场中的磁力线
(a) 直线电流； (b) 螺线管电流
磁力线的方向与产生它的电流方向满足右手螺旋关系，如图1—3(a)所示。
在国际单位制中，磁感应强度的单位为特（特斯拉），单位符号为，
即
（韦伯/米2）。
1.2.2 磁通
穿过某一截面S的磁感应强度的通量，即穿过截面S的磁力线根数称为磁感应通量，简称磁通。用表示。即
（1—1）
图1—4 均匀磁场中的磁通
在均匀磁场中，如果截面S与垂直，如图1—4所示，则上式变为
或（1—2）
式中，为磁通密度，简称磁密，为面积。
在国际单位制中，的单位名称为韦（韦伯），单位符号Wb。
1.2.3 磁场强度
计算导磁物质中的磁场时，引入辅助物理量磁场强度，它与磁密的关系为
（1—3）式中，为导磁物质的磁导率。真空的磁导率为。铁磁材料的，例如铸钢的约为的1000倍，各种硅钢片的约为的6000～7000倍。
国际单位制中，磁场强度的单位名称为安（安培）/米，单位符号。
1.3 电磁学的基本定律
1.3.1 安培环路定律——描述电流产生磁场的规律
凡导体中有电流流过时，就会产生与该载流导体相交链的磁通。在磁场中，沿任意一个闭合磁回路的磁场强度线积分等于该回路所交链的所有电流的代数和，即
（1—4）式中，就是该磁路所包围的全电流。因此，式（1—4）也称全电流定律。
如图1—5所示，电流、、产生的磁场，沿封闭曲线磁场强度满足。图1—5中，与磁力线（闭合回线）符合右手螺旋关系的取正号，反之取负号。
图1—5 安培环路定律
1.3.2 电磁感应定律——描述磁场产生电势的规律
当导体处于变化的磁场（磁通）中时，导体中会产生感应电势，这就是电磁感应现象。这个感应电势的大小和磁通随时间的变化率的负值成正比，这就是电磁感应定律。例如匝数为的线圈所交链的磁通为，当该磁通随时间发生变化时，线圈产生的感应电动势为
（1—5）
式（1—5）为电磁感应定律的数学描述。在电机学中，电磁感应现象有两个方面：
一、变压器电动势
图1—6为变压器电动势产生原理图。线圈通入随时间而变的电流，这时由所产生的磁通也随时间而变，磁通沿导磁材料闭合。这时线圈和同时交链磁通，从而在线圈和中都会感应电动势和，感应电动势的正方向如图1—6所示，其表达式如下
（1—6）
（1—7）
图1—6 变压器电动势
在此例中，由线圈中电流的变化而在自身线圈感应的电动势称为自感电动势，而由线圈中电流的变化在另一线圈内感应的电动势称为互感电动势。
感应电势还可以表示为磁链的方式，如式（1—6）和（1—7）可
表示为和，其中和为磁链，分别为、。
通常把单位电流产生的磁链定义为线圈的电感，用符号表示，单
位为，亨（亨利）。于是有。
二、旋转电动势
旋转电动势是由于线圈（或导体）和磁场之间存在的运动，使得线
圈中的磁通发生变化，而产生电动势，所以称之为旋转电动势。如果线圈（或导体）所处的磁通密度为均匀磁密时，旋转电动势值的计算公式为：
（1—8）
式中，为导体运动的线速度，单位为；为导体所处的磁通密度，单位为；为导体的有效长度，单位为；为导体中感应电动势，单位为。
旋转电动势方向由右手定则决定，即：伸开右手，使大拇指与其余四指互相垂直并在一个平面内，让磁力线穿过手心，大拇指指向导体相对于磁场的运动方向，则四指所指的方向为旋转电动势的方向。右手定则法如图1—7所示。
图1—7 确定旋转电动势方向的右手定则
1.3.3 毕—萨电磁力定律——描述电磁作用产生力的规律
载流导体在磁场中会受到力的作用，这种力是磁场与电流相互作用所产生的，故称为电磁力。若磁场与导体相互垂直，则作用在导体上的电磁力值为：
（1—9）式中，为导体所处的磁通密度，单位为；为导体中的电流，单位为；为导体在磁场中的有效长度，单位为；为作用在导体上的电磁力，单位为。
电磁力的方向可用图1—8所示的左手定则确定，即：伸开左手，大拇指与其余四指互相垂直，并保持在一个平面，让磁力线穿过手心，四指指向电流的方向，则大拇指所指的方向即为电磁力的方向。
图1—8 确定载流导体受力方向的左手定则
1.3.4 磁路欧姆定律
图1—2是一个单框铁心磁路的示意图。铁心上绕有匝线圈，通以电流产生的沿铁心闭合的主磁通，沿空气闭合的漏磁通。设铁心截面积为S，平均磁路长度为，铁磁材料的磁导率为(不是常数，随磁感应强度变化)。
假设漏磁通可以不考虑(即令，假设磁通全部通过铁心)，并且认为磁路上
的磁场强度处处相等，于是，根据全电流定律有
（1—10）因，，可得
或（1—11）式中，为磁动势，为磁阻，为磁
导。
式（1—11）即所谓磁路欧姆定律，与电路欧姆定律相似。它表明，当磁阻一定（即确定磁路情况下）磁动势越大，所激发的磁通量也越大；当而磁动势一定时，磁阻越大，则产生的磁通量越小。在磁路中，磁阻与磁导率成反比，空气的磁导率远小于铁心的磁导率，这表明漏磁路（空气隙）的远大于铁心的，故分析中可忽略漏磁通。
根据式（1—11）和，有。
1.3.5 磁路基尔霍夫第一定律
如果铁心不是一个简单的回路。而是带有并联分支的磁路，从而形成磁路的节点，则当忽略漏磁通时，在磁路任何一个节点处，磁通的代数和恒等于零，即
（1—12）式（1—12）与电路第一定律形式上相似，因此称为磁路的基尔霍夫第一定律，就是磁通连续性定律。若令流入节点的磁通定为(＋)。则流出该节点的磁通定为(－)。如图1—9封闭面处有：
磁路基尔霍夫第一定律表明，进人或穿出任一封闭面的总磁通量的代数和等于零，或穿入任一封闭面的磁通量恒等于穿出该封闭面的磁通量。
图1—9 磁路欧姆定律
1.3.6 磁路基尔霍夫第二定律
工程应用中的磁路，其几何形状往往是比较复杂的，直接利用安培环路定律的积分形式进行计算有一定的困难。为此，在计算磁路时，要进行简化。简化的办法是把磁路分段，几何形状相同的分为一段，找出它的平均磁场强度，再乘上这段磁路的平均长度，求得该段的磁位降(也可理解为一段磁路所消耗的磁动势)。然后把各段磁路的磁位降相加，结果就是总磁动势，即沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁位降的总和。称为磁路基尔霍夫第二定律：
（1—13）
式中，为磁路里第段磁路的磁场强度(A／m)；─—第段磁路的平均长度()；为作用在整个磁路上的磁动势，即全电流数(安匝)；为励磁线圈的匝数。
上式也可以理解为，消耗在任一闭合磁回路上的磁动势，等于该磁路所交链的全部电
流。
图1—10 磁路基尔霍夫第二定律
图1—10中所示磁路可分为两段，一段为铁磁材料组成的铁心，总长度为，磁场强度为；另一段为气隙，长度为，磁场强度为。铁心上有两组线圈，一组线圈的电流为，线圈的匝数为；另一组线圈的电流为，线圈的匝数为，由磁路基尔霍夫第二定律可得：
1.4 铁磁材料
铁磁材料，一般是由铁或铁与钴、钨、镍、铝及其他金属的合金构成，迄今为止是最通用的磁性材料。虽然这些材料的性能差异很大，但决定其性能的基本现象却是共同的。
1.4.1 铁磁材料的磁化
研究发现，铁磁材料由许许多多的磁畴构成，每个磁畴相当于一个小永磁体，具有较强的磁矩，如图1—11所示。在未磁化的材料样品中，所有磁畴摆列杂乱，因此材料对外不显磁性，如图1—11（a）所示。当外部磁场施加到这一材料时，磁畴就会沿施加的磁场方向转向，所有的磁畴平行，铁磁材料对外表现出磁性，如图1—11 (b)所示。因此，当外磁场加到铁磁材料时，铁磁材料产生比外部磁场单独作用所引起的磁场更强。随着外部磁场强度的增加，这一现象会继续，直到所有的磁矩沿施加的磁场排列，此时，磁畴将不再能使磁通密度增加，也就是说材料完全饱和。这也是铁磁材料的磁导率比非铁磁材料大的多的原因。
(a) (b)
图1—11 铁磁材料的磁化
(a) 未磁化； (b) 磁化
1.4.2 起始磁化曲线、磁滞回线、基本磁化曲线
将一块没有磁化的铁磁材料进行磁化，当磁场强度由零逐渐增大时，磁通密度将随之增大，用描述的曲线称为是铁磁材料的起始磁化曲线，如图1—12所示。
图1—12 起始磁化曲线
图1—12可见，当磁场强度从零增大初期，磁密随磁场强度增加较慢(图中段)，之后，磁密随的增加而增大加快（）段，过了点，的增加减慢(段)，最后为段，又呈直线。其中称为跗点，点为膝点，点为饱和点。过了饱和点，铁磁材料的磁导率趋近于。各种电机和变压器的主磁路中，为了获得较大的磁密，又不过分增大磁动势，通常把铁心内的工作点磁通密度选择在膝点附近。
若将铁磁材料进行周期性磁化，和之间的变化关系就会变成如图1—13中的所示形状。当开始从零增加到，以后逐渐减小磁场强度，值将沿曲线下降。当时，值并不为零，而等于，称为剩余磁通密度，简称剩磁。要使值从减小到零，必须加上相应的反向外磁场，此反向磁场强度称为矫顽力，用表示。铁磁材料所具有的这种磁通密度的变化滞后于磁场强度变化的现象，叫做磁滞。呈现磁滞现象的闭合回线，称为磁滞回线，见图1—13中的所示。曲线段为磁滞回线下降分支，为磁滞回线上升分支。
图1—13 铁磁材料的磁化特性
对于同一铁磁材料，选择不同的磁场强度反复磁化时，可得出不同的磁滞回线，将各条磁滞回线的顶点连接起来，所得的曲线称为基本磁化曲线，或平均磁化曲线。起始磁化曲线与平均磁化曲线相差甚小。如图1—14的虚线所示。
图1—14 基本磁化曲线
铁磁材料，如铁、镍等的磁导率比空气的磁导率大几千到几万倍。磁导率除了比大得多外，还与磁场强度以及物质磁状态的历史有关，所以铁磁材料的不是一个常数。在工程计算时，不按进行计算，而是按铁磁材料的基本磁化曲线计算。
图1—15为电机中常用的硅钢片DR320、铸铁、铸钢的基本磁化曲线。
图1—15 电机中常用的基本磁化曲线
1.4.3 软磁材料和硬磁材料
磁滞回线较窄，剩磁和矫顽力都小的铁磁材料属于软磁材料，如硅钢片、铁镍合金、铁滏氧、铸钢等。这些材料磁导率较高，磁滞回线包围面积小，磁滞损耗小，多用于做电机、变压器的铁心。
磁滞回线较宽，剩磁和矫顽力都大的铁磁材料属于硬磁材料，如钨钢、钴钢、铝镍钴、铁氧体、钕铁硼等，硬磁材料主要用做永久磁铁。
1.4.4 磁滞损耗和涡流损耗
一、 磁滞损耗
磁滞现象的产生是由于铁磁材料中的磁畴在外磁场作用下，发生移动和倒转时，彼此之间产生“摩擦”。由于这种“摩擦”的存在，当外磁场停止作用后，磁畴与外磁场方向一致的排列便被保留下，不能恢复原状，形成了磁滞现象和剩磁。
铁磁材料在交变磁场的作用下而反复磁化过程中，磁畴之间不停地互相摩擦，消耗能量，因此引起损耗。这种损耗称为磁滞损耗。磁滞回线面积越大，损耗越大。磁通密度最大值越大时，磁滞回线面积也越大。试验表明，交变磁化时，磁滞损耗与磁通的交变频率成正比，与磁通密度的幅值的次方成正比，与铁心重量成正比，即
（1—14）式中，为磁滞损耗系数，对一般的电工用硅钢片，。由于硅钢片的磁滞
回线面积较小，所以电机和变压器的铁心都采用硅钢片。
二、 涡流损耗
当通过铁心的磁通发生交变时，根据电磁感应定律，在铁心中将产生感应电动势，并引起环流。这些环流在铁心内部围绕磁通呈旋涡状流动，如图1—16所示，称为涡流。涡流在铁心中引起损耗，称为涡流损耗。
设涡流为，涡流回路的电阻为，涡流感应电动势为，涡流损耗，可见，频率越高，磁通密度越大，感应电动势就越大，涡流损耗也越大；铁心的电阻越小，涡流损耗就越小。对电工钢片，涡流损耗还与钢片厚度的平方成正比，经推导可知，涡流损耗为
（1—15）式中，为涡流损耗系数。可见，为了减小涡流损耗首先是减小钢片的厚度，所以电工钢片的厚度做成毫米；其次是增加涡流回路的电阻，所以电工钢片中常加入4％左右的硅，变成硅钢片，用以提高电阻。
在电机和变压器中，通常把磁滞损耗和涡流损耗合在一起，称为铁心损耗简称铁耗。
图1—16 一片硅钢片中的涡流
对于一般的电工钢片，正常工作点的磁通密度为，铁心损耗可近似为
（1—16）式中，为铁心的损耗系数；为铁心重量。可见，铁心损耗与频率的1.3次方、磁通密度的平方、铁心重量成正比。
1.5 简单磁路及计算
1.5.1 直流磁路及计算
直流磁路计算有已知磁通求磁动势，或己知磁动势求磁通两类问题。直流电机的磁路计算属于第一类问题，所以我们主要介绍第一类问题的计算，然后简单介绍第二类问题。
已知磁通求磁动势的计算步骤：
（1）将磁路进行分段，每一段磁路应是均匀的(即材料相同，截面相同)，算出各段的截面积（单位为），磁路的平均长度（单位为）；
（2）根据已给定的磁通 (单位为) ，由计算出各段的磁通密度(单位为)；
对于分支磁路，给定的只是某一支路的，因此往往要结合磁路基尔霍夫第一、第二定律，以确定另外各支路的磁通；
（3）根据各段的磁通密度，求出对应的磁场强度(单位为)。有两种类型：①对铁磁材料，由相应的基本磁化曲线(或表格)从查出。②对空气隙或非磁性间隙，由算出，其中 (真空磁导率)；
（4）根据各段的磁场强度和磁路段平均长度，计算各段磁压降；
（5）由磁路基尔霍夫第二定律，求出(单位为A)，并计算出线圈电流。如果是磁路磁场的源，线圈称为励磁线圈，算出的电流称为励磁电流。
将闭合磁路进行分段，分别求出各段磁路的磁压降，然后应用磁路基尔霍夫定律，将回路各段磁压降相加而得磁动势的方法，称为磁路的分段计算法。
对于磁路计算的第二类问题，即已知磁动势求磁通，常可用试探法，即先假定一个磁通量，计算得。如果算出的，与给定的磁动势相等，则就是所求，如果与给定的磁动势不等，则经分析决定应增加还是减小后，再计算磁动势，直至相等为止。试探法也称逐次近似法，这种方法可用计算机求解。
[例1—1 ] 在图1—17 中，铁心用DR530叠成，它的截面积，铁心的平均长度，空气隙长度，线圈的匝数匝。试求产生磁通时所需要的励磁磁动势和励磁电流。考虑到气隙磁场的边缘效应，在计算气隙有效面积时，通常在长、宽方向各增加一个值。
图1—17 简单串联磁路
解: 铁心内磁通密度为
从图中DR530的磁化曲线查得，与铁心内磁通密度对应的，
铁心段的磁位降
空气隙的磁通密度
空气隙的磁场强度
空气隙的磁位降
励磁磁动势
励磁电流
1.5.2 交流磁路
在交流系统中，电压和磁通的波形非常接近于时间的正弦函数。采用闭合铁心磁路作为模型（即没有气隙）描述磁性材料稳态交流工作的励磁特性，如图1—18所示的磁路。磁路长度为，贯穿铁心长度的横截面积为。此外，假设铁心磁通正弦变化，因此：
（1—17）
式中，为铁心磁通的幅值；为磁密的幅值；为角频率，为电源频率。
从式1—6知，在匝绕组中感应的电势为：
（1—18）
图1—18 简单磁路
由于铁心的磁化曲线的非线性，励磁电流的波形不同于磁通的正弦
波形。励磁电流随时间变化的函数曲线，可以用作图法描绘出来，如图1—19所示。
(a) (b)
图1—19 励磁现象
(a) 电压、磁通及励磁电流； (b) 磁滞回线
在时刻，磁通为而电流为；在时刻，相应的值为和。注意到，由于磁滞回线是多值的，需要从磁滞回线的磁通上升段仔细选取上升磁通值(图1—19中)；同样，磁滞回线的磁通下降段，必须选做求取下降磁通值(图1—19中)。可见，磁滞回线由于饱和效应而变平，故励磁电流的波形为尖顶波。
励磁电流提供产生铁心磁通所需要的磁动势，部分能量作为损耗耗散，引起铁心发热，其余能量以无功功率出现。无功功率在铁心中不耗散，由励磁电源循环供给和吸收。
在直流磁路中，励磁电流是恒定的，在线圈和铁心中不会产生感应电动势，在一定的电压下，线圈中的电流决定于线圈本身的电阻，磁路中没有损耗。在交流磁路中，由于磁通在变化，将产生两种损耗。第一是涡流损耗，第二是磁滞损耗。
1.6 永磁材料的应用
剩磁的意义在于，当没有外部励磁存在时，它也能在磁路中产生磁通。对用小磁体把留言条贴在电冰箱上的人来说，这是一个很熟悉的现象。剩磁也广泛用在喇叭及永磁电机等装置中。
几种常用永磁材料的磁化特性如图1—20所示。铝镍钴5为一种广泛应用的铁、镍、铝及钴的合金。最初发现于1931年，其具有相对较大的剩余磁通密度。与铝镍钴5相比，铝镍钴8有较低的剩余磁通密度和较高的
矫顽磁力，因此，比铝镍钴5更少去磁。铝镍钴合金的缺点是其有相对较低的矫顽磁力以及它的机械脆性。
陶瓷永磁材料用氧化铁及钡或碳酸锶粉末制成，比铝镍钴合金剩余磁通密度低，但矫顽磁力明显要高。因而，此类材料更少趋于去磁。在图中示出此类材料的一种，陶瓷7，其磁化特性几乎为一条直线。陶瓷体具有良好的机械性能，制造成本也不高，因而广泛用于许多永磁应用场合。
随着稀土永磁材料的发现，永磁材料技术从20世纪60年代开始取得了重大进步，其中以钐—钴为典型代表，从图1—20中看出，钐—钴具有像铝镍钴合金那样的高剩余磁通密度，而同时又有更高的矫顽磁力及最大磁能积。最新的稀土磁性材料是钕—铁—硼材料。它表现出比钐—钴更大的剩余磁通密度、矫顽磁力及最大磁能积。
永磁材料性能的一个有用的衡量标准称其为最大磁能积。这对应于最大乘积，相应于在磁滞回线第二象限的一点。和的乘积具有能量密度的量纲(焦耳每立方米)。若永磁材料工作于该点，将使得在气隙中产生一定的磁通密度所需要的材料体积最小。因而，选取具有最大可利用的最大磁能积的材料，可使需要的磁体体积最小。
图1—20 常用永磁材料的磁化曲线
小结
本节对对电机学中遇到的电磁学的基本知识和基本定律做了一个简单的回顾。同时介绍了铁磁材料的基本知识。铁磁材料常常用来导向和集束磁场，形成磁路。因为铁磁材料的磁导率可以很大(达周围空间
磁导率的好几万倍)，大部分磁通就被限制在精心设计的路径中，这一路径由磁性材料的几何形状决定。因而，在这些磁结构中磁场的求解，可以直截了当地用磁路分析方法来获得。不同铁磁材料的性能各异，一般而言，铁磁材料的特性为非线性，而其B—H特性常常以磁滞回线族的形式表示。铁磁材料的损耗，指磁滞损耗及涡流损耗与磁通量、工作频率、材料成分和所采用的制造工艺有关。通常，材料制造商以曲线形式提供材料的重要特性供使用。
永磁材料，表现为较大的剩磁和矫顽磁力。永磁体不但在交流和直流电机中广泛应用。在许多小装置包括扬声器、麦克风及模拟电气仪表等也获得应用。
思考题
1．电机和变压器的磁路常采用什么材料制成，这种材料有那些主要特性？
2．磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与那些因素有关？
3．变压器电势、运动电势（速率电势）、自感电势和互感电势产生的原因有什么不同？其大小与那些因素有关？
4．试比较磁路和电路的相似点和不同点。
5．什么是软磁材料? 什么是硬磁材料？
6．磁路的基本定律有哪些？
7．简述铁磁材料的磁化过程？
8．磁路计算的步骤是什么？
9．说明交流磁路与直流磁路的异同点。
习 题
1．用D23硅钢片(新型号为DR510—50)做成的环形磁路如图1—21所示，其平均长度，截面积，计算：
(1) 设环中磁通，线圈匝数匝，需通入多大的电流？磁场强度为多大? 磁化曲线见表1—1所示。
(2) 当环中磁通时，电流、各为多少?
(3) 若在圆环上开一个缺口时，时，电流为多少?
电机选型-总结版 电机选型需要计算工作扭矩、启动扭矩、负载转动惯量，其中工作扭矩和启动扭矩最为重要。 1工作扭矩T b计算： 首先核算负载重量W，对于一般线形导轨摩擦系数μ=0.01，计算得到工作力F b。 水平行走：F b=μW 垂直升降：F b=W 1.1齿轮齿条机构 一般齿轮齿条机构整体构造为电机+减速机+齿轮齿条，电机工作扭矩T b的计算公式为： 其中D为齿轮直径。 1.2丝杠螺母机构 一般丝杠螺母机构整体构造为电机+丝杠螺母，电机工作扭矩T b 的计算公式为： 其中BP为丝杠导程；η为丝杠机械效率（一般取0.9~0.95，参考下式计算）。
其中α为丝杠导程角；μ’为丝杠摩擦系数（一般取0.003~0.01，参考下式计算）。 其中β丝杠摩擦角（一般取0.17°~0.57°）。 2启动扭矩T计算： 启动扭矩T为惯性扭矩T a和工作扭矩T b之和。其中工作扭矩T b 通过上一部分求得，惯性扭矩T a由惯性力F a大小决定： 其中a为启动加速度（一般取0.1g~g，依设备要求而定，参考下式计算）。 其中v为负载工作速度；t为启动加速时间。 T a计算方法与T b计算方法相同。 3 负载转动惯量J计算： 系统转动惯量J总等于电机转动惯量J M、齿轮转动惯量J G、丝杠转动惯量J S和负载转动惯量J之和。其中电机转动惯量J M、齿轮转动惯量J G和丝杠转动惯量J S数值较小，可根据具体情况忽略不计，如需计算请参考HIWIN丝杠选型样本。下面详述负载转动惯量J的计算过程。 将负载重量换算到电机输出轴上转动惯量，常见传动机构与公式如下：
J：电机输出轴转动惯量（kg·m2） W：可动部分总重量（kg） BP：丝杠螺距（mm） GL：减速比（≥1，无单位） J：电机输出轴转动惯量（kg·m2） W：可动部分总重量（kg） D：小齿轮直径（mm） 链轮直径（mm） GL：减速比（≥1，无单位） J：电机输出轴转动惯量（kg·m2） J1：转盘的转动惯量（kg·m2） W：转盘上物体的重量（kg） L：物体与旋转轴的距离（mm） GL：减速比（≥1，无单位） 4 电机选型总结 电机选型中需引入安全系数，一般应用场合选取安全系数S=2。则电机额定扭矩应≥S·T b；电机最大扭矩应≥S·T。同时满足负载惯量与电机惯量之间的比值≤推荐值。 最新文件仅供参考已改成word文本。方便更改
电动机基本知识 电动机通常简称为电机，俗称马达，在电路中用字母“M”（旧标准用“D”）表示。它的作用就是将电能转换为机械能。 1、按工作电源分类 根据工作电源的不同，电动机可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机根据电源相数分为单相电动机和三相电动机。直流电动机又分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 2、按结构和工作原理分类 电动机按结构及工作原理可分为同步电动机和异步电动机两种。同步电动机又分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机 3 种。异步电动机又分为感应电动机和交流换向器电动机两种。感应电动机又分为单相异步电动机、三相异步电动机和罩极异步电动机3 种。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机 3 种。 3、按启动与运行方式分类 电动机按启动与运行方式可分为电容启动式电动机、电容启动运转式电动机和分相式电动机。
4、按用途分类 电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、复读机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀、电动自行车、电动玩具等）用电动机、其他通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。 5、按转子的结构分类 电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机（早期称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（早期称为绕线型异步电动机）。 6、按运转速度分类 电动机按运转速度可分为低速电动机、高速电动机、恒速电动机、调速电动机。低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。调速电动机除可分为有极恒速电动机、无极恒速电动机、有极变速电动机和无极变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM 变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。 7、按防护形式分类
步进电机——步进电机选型的计算方法 步进电机选型表中有部分参数需要计算来得到。但是实际计算中许多情况我们都无法得到确切的机械参数，因此，这里只给出比较简单的计算方法。 ◎驱动模式的选择 驱动模式是指如何将传送装置的运动转换为步进电机的旋转。 下图所示的驱动模式包括了电机的加/减速时间，驱动和定位时间，电机的选型基于模式图。 ●必要脉冲数的计算 必要脉冲数是指传动装置将物体从起始位置传送到目标位置所需要提供给步进电机的脉冲数。必要脉冲数按下面公式计算： 必要脉冲数＝ 物体移动的距离 距离电机旋转一周移动的距离× 360 o 步进角 ●驱动脉冲速度的计算 驱动脉冲速度是指在设定的定位时间中电机旋转过一定角度所需要的脉冲数。 驱动脉冲数可以根据必要脉冲数、定位时间和加/减速时间计算得出。 （1）自启动运行方式 自启动运行方式是指在驱动电机旋转和停止时不经过加速、减速阶段，而直接以驱动脉冲速度启动和停止的运行方式。 自启动运行方式通常在转速较低的时候使用。同时，因为在启动/停止时存在一个突然的速度变化，所以这种方式需要较大的加/减速力矩。 自启动运行方式的驱动脉冲速度计算方法如下： 驱动脉冲速度[Hz]= 必要脉冲数[脉冲]
定位时间[秒] （2）加/减速运行方式 加//减速运行方式是指电机首先以一个较低的速度启动，经过一个加速过程后达到正常的驱动脉冲速度，运行一段时间之后再经过一个减速过程后电机停止的运行方式。其定位时间包括加速时间、减速时间和以驱动脉冲速度运行的时间。 加/减速时间需要根据传送距离、速度和定位时间来计算。在加/减速运行方式中，因为速度变化较小，所以需要的力矩要比自启动方式下的力矩小。加/减速运行方式下的驱动脉冲速度计算方法如下： 必要脉冲数－启动脉冲数[Hz]×加/减速时间[秒] 驱动脉冲速度[Hz]= 定位时间[秒]－加/减速时间[秒] ◎电机力矩的简单计算示例 必要的电机力矩＝（负载力矩+加/减速力矩）×安全系数 ●负载力矩的计算（TL） 负载力矩是指传送装置上与负载接触部分所受到的摩擦力矩。步进电机驱动过程中始终需要此力矩。负载力矩根据传动装置和物体的重量的不同而不同。许多情况下我们无法得到精确的系统参数，所以下面只给出了简单的计算方法。 负载力矩可以根据下面的图表和公式来计算。 （1）滚轴丝杆驱动
电机学主要知识点复习提纲 一、直流电机 A. 主要概念 1. 换向器、电刷、电枢接触压降2 U b 2. 极数和极对数 3. 主磁极、励磁绕组 4. 电枢、电枢铁心、电枢绕组 5. 额定值 6. 元件 7. 单叠、单波绕组 8. 第1节距、第2节距、合成节距、换向器节距 9. 并联支路对数a 10. 绕组展开图 11. 励磁与励磁方式 12. 空载磁场、主磁通、漏磁通、磁化曲线、每级磁通 13. 电枢磁场 14. （交轴、直轴）电枢反应及其性质、几何中性线、物理中性线、移刷 15. 反电势常数C E、转矩常数C T 16. 电磁功率P em 电枢铜耗p Cua
励磁铜耗 p Cuf 电机铁耗 p Fe 机械损耗 p mec 附加损耗 p ad 输出机械功率 P 2 可变损耗、不变损耗、空载损耗 17. 直流电动机（DM ）的工作特性 18. 串励电动机的“飞速”或“飞车” 19. 电动机的机械特性、自然机械特性、人工机械特性、硬特性、 软特性 20. 稳定性 21. DM 的启动方法：直接启动、电枢回路串电阻启动、降压启动； 启动电流 22. DM 的调速方法：电枢串电阻、调励磁、调端电压 23. DM 的制动方法：能耗制动、反接制动、回馈制动 B. 主要公式： 发电机：P N ＝U N I N (输出电功率) 电动机：P N ＝U N I N ηN (输出机械功率) 反电势： 60E a E E C n pN C a Φ==
电磁转矩： em a 2T a T T C I pN C a Φπ== 直流电动机（DM ）电势平衡方程：a a E a a U E I R C Φn I R =+=+ DM 的输入电功率P 1 ： 12 ()()a f a f a a a f a a a f em Cua Cuf P UI U I I UI UI E I R I UI EI I R UI P p p ==+=+=++=++=++ 12em Cua Cuf em Fe mec ad P P p p P P p p p =++=+++ DM 的转矩方程：20d d em T T T J t Ω --= DM 的效率：2111 2100%100%(1)100%P P p p P P P p η-∑∑= ?=?=-?+∑ 他励DM 的转速调整率： 0N N 100%n n n n -?=? DM 的机械特性：em 2 T j a j a a ) (T ΦC C R R ΦC U ΦC R R I U n E E E +-=+-= . 并联DM 的理想空载转速n 0： 二、变压器 A. 主要概念 1. 单相、三相；变压器组、心式变压器；电力变压器、互感器； 干式、油浸式变压器 2. 铁心柱、轭部 3. 额定容量、一次侧、二次侧 4. 高压绕组、低压绕组
步进电机选用计算方法 步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。 选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩Mjmax大的电机，负载力矩大。 选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。 选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之最高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要。 选择步进电机需要进行以下计算： （1）计算齿轮的减速比 根据所要求脉冲当量，齿轮减速比i计算如下: i=(φ.S)/(360.Δ) (1-1) 式中φ ---步进电机的步距角（o/脉冲） S ---丝杆螺距（mm) Δ---(mm/脉冲） （2）计算工作台，丝杆以及齿轮折算至电机轴上的惯量Jt。 Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2] （1-2） 式中Jt ---折算至电机轴上的惯量(Kg.cm.s2) J1、J2 ---齿轮惯量(Kg.cm.s2)
《电机学》期末复习材料 第三篇 交流电机理论的共同问题 1、同步电机的结构： 定子——三相对称绕组，通入三相对称电流，产生一个旋转磁场。 转子——直流励磁，是一个恒稳磁极。 极对数p 与转速n 之间的关系是固定的，为 60 1 pn f = 2、异步电机的结构： 定子——三相对称绕组，通入三相对称电流，产生一个旋转磁场。 转子——三相对称短路绕组，产生一个旋磁磁通。 【三相对称：空间上差120度电角度；时序上差120度电角度。】 3、电角度与机械角度： 电角度：磁场所经历的角度称为电角度。 机械角度：转子在空间所经历的几何角度称为机械角度。 电角度?=p 机械角度 4、感应电势： ①感应电势的频率：60 1 pn f = ②感应电势的最大值：m m m f lv B E φπ==（τφl B P m =） ③每根导体感应电势的有效值： m m m d f f E E φφπ 22.22 2 == = 5、极距： ①概念：一个磁极在空间所跨过的距离，用 τ来表示。（了解整距、短距、长距） ②公式：p z p D 22= = πτ 6、线圈电势与节距因数： ①节距因 数 ： 1 90sin 90)1(cos 11≤?? ??????=????????-=ττy y k y 物理意义：表示了短距线圈电势的减少程度。 ②分布因数：12 sin 2sin ≤= a q a q k q 物理意义：表示了分布绕组电势的减少程度。 ③绕组因数：q y w k k k = ④合成电势：w m k fN E φ44.4= ⑤槽距角：z p a 360 = 电角度 ⑥每极每相的槽数：pm z q 2= 【练习1】一台三相同步发电机， Hz f 50=，min /1000r n =，定子铁芯长 cm l 5.40=，定子铁芯内径cm D 270=， 定子槽数72=z ，101=y 槽，每相串联匝数144=N ，磁通密度的空间分布波的表示式为xGs B sin 7660=。试求：（1）绕组因数w k ；（2）每相感应电势的有效值。
发电机基础知识 培训讲义
发电机技术处 周华翔 南京汽轮电机(集团)有限责任公司
1. 电机发展的历史 2. 发电机原理 3. 发电机结构 4. 发电机图纸和文件 5. 发电机成套范围
1. 电机发展的历史
在人类的科技发
展史中，对于电现象 和磁现象很早就有认 识了。但对于两者之 间的联系，却直到 183 年 前 才 发 现 。 这 个发现者的名字叫法 拉第，他是一位英国 物理学家。
早在1821年，法拉第发现了载流 导体在磁场中会受到力的作用的现象， 1831年又发现了电磁感应定律，并很 快就出现了原始模型电机。从此电机的 研究和应用迅速发展起来，至今已有 180多年。
z 电机发展的初期主要是直流电机
z 1869年法国电气工程师格拉姆发明了 第一台实用的直流发电机
z 1882年美国发明家爱迪生指挥建造了 第一个用于商业中心的直流照明系
z 1883年塞尔维亚裔美国人特斯拉发明 了第一台两相感应电机
z 1888年俄国电气工程师多利沃-多勃鲁 夫斯基发明了三相感应电机。
? 1912年英国派生斯公司已能生产4极 25MW汽轮发电机。
? 上世纪20年代美国和欧洲一些其他国 家已能生产类似的汽轮发电机，其中德 国西门子公司、匈牙利冈茨厂对发电机 的通风冷却有较多的创新，为后来汽轮 发电机冷却系统的发展奠定了基础。
? 上世纪30年代许多欧美国家可以生产 50~60MW的汽轮发电机。
电机知识培训 培训时间主讲人 前言： ?电机根据能量转换的不同，分为电动机和发电机。 ?发电机是将机械能、势能、风能等转化为电能的一种机器。 ?电动机是一种将电能转化为机械能的一种机器。通俗的称电机就是指电动机。 本节内容主要分六个方面： 一、电动机的一般分类 二、直流电机的工作原理 三、三相异步电动机的工作原理 四、三相异步电动机常见故障及处理 五、电机绕组故障的判断 六、三相异步电动机运行中的检查 一、电动机的一般分类 1.按电能种类分为直流电动机和交流电动机； 2.按电动机的转速与电网电源频率之间的关系来分类可分为同步电动机 与异步电动机； 3.按电源相数来分类可分为单相电动机和三相电动机； 4.按功能可分为驱动电动机和控制电动机（伺服电机） 5.按防护形式可分为开启式、防护式、封闭式、隔爆式、防水式、潜水式；
6.按安装结构形式可分为卧式、立式、带底脚、带凸缘等。 7.按绝缘等级可分为E级、B级、F级、H级等。 二、直流电机的工作原理 当外电源接通后，靠换向器和电刷的作用，使得每一极下线圈中的电流始终为一个方向，这样电枢绕组所受电磁力方向总是不变，电枢就能沿着同一方向连续旋转，从而带动负载工作。 2.1 直流电机的分类 ?直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。 ?有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。 ?电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。 2.2 直流电动机的调速 2.2.1 改变电枢电路电阻调速： ?串入的电阻越大,机械特性越软,静差度越大,在给定转速下,工作的稳定性越差。 ?要满足生产机械某一静差度的要求，电枢串入的电阻不能太大，因而调速范围较小。 ?电枢串电阻调速，由于电枢电流大，调速电阻损耗较多的能量，很不经济，为了充分利用电机的容量并不减少能量损耗，这种方法用于恒转矩负载，适用作短期调速，在起重和运输牵引装置中得到广泛应用。 2.2.2 改变电枢电压:
电动机维修基础知识 洛阳机电技术学校 1．三相电动机的铭牌 交流异步电动机铭牌：主要标记以下数据，并解释其意义如下： （1）额定功率（P）：是电动机轴上的输出功率。 （2）额定电压：指绕组上所加的电压。 （3）额定电流：定子绕组线电流。 （4）额定转速：（r/min）：额定负载下的转速。 （5）温升：指绝缘等级所耐受超过环境温温度。 （6）工作定额：即电动机允许的工作运行方式。 （7）绕组的接法：△或Y形连接，与额定电压相对应。 例如：某台电机、铭牌介绍： （1）型号： “112” 例如：Y112M-4 中表示Y系列鼠笼式异步电动机（YR表示绕线式异步电动机）， 表示电机的中心的高为112mm，“M”表示中机座（L表示长机座，S表示短机座），“4” 表示4极电机。 （2）额定功率： 电动机在额定状态下运行时，其轴上所能输出的机械功率称为额定功率。 单位：W或KW。 （3）额定转速： 在额定状态下运行时的转速。转子没分钟的转数，单位：转/分 （4）额定电压： 额定电压是电动机在额定运行状态下，电动机定子绕组上应加的线电压值。 Y系列电动机的额定电压都是380V的。 对于Y、Y2系列 凡功率：3千瓦及以下的电机，定子绕组接法：均为星形连接（Y）， 4千瓦以上的电机接法：都是三角形连接（△）。 铭牌上标明的电压220/380伏和接法△/Y,表示绕组按△形连接,额定电压是220伏, 按Y形连接时,额定电压是380伏。 （5）额定电流： 电动机加以额定电压，在其轴上输出额定功率时，定子从电源吸取的线电流值， 称为：额定电流。 电动机的电流有三种： a：额定电流、 b：启动电流、 c、空载电流。如:----铭牌上注明的电流2.8/1.62安表示：绕组按△形连接在220伏额定电压下工作时的额定电流是2.8安；按Y形连接在380伏额定电压下工作时的额定电流是1.62安。 55千瓦以下的四极式电动机，在380伏电压下，工作时额定电流值，大约是额定功率值的2倍。电动机在启动时，因为转子尚未转动，电流很大，通常是额定电流的4-7倍。为此，功率较大的电动机使用时必须采取降压启动。启动时降压，使起动电流不致过大。待转子加速到正常转速时，再把电动机就直接接在电源上正常工作。
For personal use only in study and research; not for commercial u s e 电机选型计算公式总结功率：P=FV（线性运动） T=9550P/N(旋转运动) P——功率——W F——力——N V——速度——m/s T——转矩——N.M 速度：V=πD N/60X1000 D——直径——mm N——转速——rad/min 加速度：A=V/t A——加速度——m/s2 t——时间——s
力矩：T=FL
惯性矩：T=Ja L ——力臂——mm （圆一般为节圆半径R ） J ——惯量——kg.m2 a ——角加速度——rad/s2 1. 圆柱体转动惯量(齿轮、联轴节、丝杠、轴的转动惯量) 8 2MD J = 对于钢材：341032-??= g L rD J π ) (1078.0264s cm kgf L D ???- M-圆柱体质量(kg)； D-圆柱体直径(cm)； L-圆柱体长度或厚度(cm)； r-材料比重(gf /cm 3)。 2. 丝杠折算到马达轴上的转动惯量： 2i Js J = (kgf·cm·s 2) J s –丝杠转动惯量(kgf·cm·s 2)； i-降速比，1 2 z z i = 3. 工作台折算到丝杠上的转动惯量 g w 22? ?? ???=n v J π g w 2s 2 ? ?? ??=π (kgf·cm·s 2) 角加速度a=2πn/60t v -工作台移动速度(cm/min)； n-丝杠转速(r/min)； w-工作台重量(kgf)； g-重力加速度，g = 980cm/s 2； s-丝杠螺距(cm) 2. 丝杠传动时传动系统折算到驱轴上的总转动惯量： ()) s cm (kgf 2g w 1 22 2 2 1????? ???????? ??+++=πs J J i J J S t J 1-齿轮z 1及其轴的转动惯量； J 2-齿轮z 2的转动惯量(kgf·cm·s 2)； J s -丝杠转动惯量(kgf·cm·s 2)；
电机学知识点总结 电机学课程是高等学校电气类专业的一门重要技术基础课课程的特点是理论性强、概念抽象、专业性特征明显它涉及的基础理论和知识面较广牵涉电、磁、热、机械等综合知识。下面请看我带来的电机学知识点总结。 电机学知识点总结 直流电动机知识点 1、直流电动机主要结构是定子和转子；定子主要包括定子铁心、励磁绕组、电刷。转子主要包括转子铁心、电枢绕组、换向器。 2、直流电动机通过电刷与换向器与外电路相连接。 3、直流电动机的工作原理：通过电刷与换向器之间的切换，导体内的电流随着导体所处的磁极性的改变而同时改变其方向，从而使电磁转矩的方向始终不变。 4、通过电刷和换向器将外部通入的直流电变成线圈内的交变电流的过程叫做“逆变”。 5、励磁方式分为他励式和自励式；自励式包括并励式、串励式和复励式。（只考他励式和并励式，掌握他励式和并励式的图形） 6、直流电机的额定值：①额定功率PN 对于发电机额定功率指线端输出的电功率；对于电动机额定功率指轴上输出的机械功率。②额定电压、额定电流均指额定状态下电机的线电压线电流。 7、磁极数=电刷数=支路数（2p=电刷数=2a，p为极对数，a为支路对数） 8、空载时电极内的磁场由励磁绕组的磁动势单独作用产生，分为主磁通和
漏磁通两部分。 9、电枢反应：负载时电枢磁动势对气隙主磁场的影响。 10、电刷位置是电枢表面电流分布的分界线。 11、交轴电枢反应的影响：①使气隙磁场发生畸变；②物理中线偏离几何中线；③饱和时具有一定的去磁作用。 12、电刷偏离几何中线时，出现直轴。 13、Ea=CeΦn Te=CTΦIa CT=9.55Ce 14、发电机 Ea=U+IaRa 电动机 U=Ea+IaRa 15、他励发电机的特性（主要掌握外特性U=f(I)） 曲线向下倾斜原因①U=Ea‐IaRa；随着负载电流I增大，电枢电阻压降 IaRa 随之增大，所以U减小。②交轴电枢反应产生一定的去磁作用；随着负载的增加，气隙磁通Φ和电枢电动势Ea将减小，再加上IaRa的增大使电压的下降程度增大。 16、并励发电机自励条件：①电机的磁路中要有剩磁；②励磁绕组的接法要正确，使剩磁电动势所产生的电流和磁动势，其方向与剩磁方向相同；③励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。 17、并励发电机的外特性U=f(I)，曲线下降原因①②同上他励发电机；③励磁电流减小，引起气隙磁通量和电枢电动势的进一步下降。 18、为什么励磁绕组不能开断？ 若励磁绕组开断，If=0，主磁通将迅速下降到剩磁磁通，电枢电动势也将下降到剩磁电动势，从而使电枢电流Ia迅速增大，如果负载为轻载，则电动机转
伺服电机选型计算公式 伺服电机选择的时候，首先一个要考虑的就是功率的选择。一般应注意以下两点： 1。如果电机功率选得过小．就会出现“小马拉大车”现象，造成电机长期过载，使其绝缘因发热而损坏，甚至电机被烧毁。 2。如果电机功率选得过大．就会出现“大马拉小车”现象，其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利。而且还会造成电能浪费。 也就是说，电机功率既不能太大，也不能太小，要正确选择电机的功率，必须经过以下计算或比较： P=F*V/100 (其中P是计算功率，单位是KW，F是所需拉力，单位是N，V是工作机线速度m/s) 此外．最常用的是采用类比法来选择电机的功率。所谓类比法，就是与类似生产机械所用电机的功率进行对比。
具体做法是：了解本单位或附近其他单位的类似生产机械使用多大功率的电机，然后选用相近功率的电机进行试车。试车的目的是验证所选电机与生产机械是否匹配。 验证的方法是：使电机带动生产机械运转，用钳形电流表测量电机的工作电流，将测得的电流与该电机铭牌上标出的额定电流进行对比。 如果电功机的实际工作电流与铭脾上标出的额定电流上下相差不大，则表明所选电机的功率合适。如果电机的实际工作电流比铭牌上标出的额定电流低70％左右．则表明电机的功率选得过大，应调换功率较小的电机。 如果测得的电机工作电流比铭牌上标出的额定电流大40％以上．则表明电机的功率选得过小，应调换功率较大的电机。 实际上应该是考虑扭矩（转矩），电机功率和转矩计算公式。即T = 9550P/n 式中： P —功率，kW；n —电机的额定转速，r/min；T —转矩，Nm。
1. 空载、负载磁场、漏磁场的产生： 直流电机、变压器、异步电机、同步电机空载时的主磁场各是由什么产生的？ 直流电机、变压器、异步电机、同步电机负载时的合成磁场各是由什么产生的？ 漏磁场是如何产生的？何时有？何时无？ 2. 磁势平衡方程、电枢反应问题 变压器、异步电机中，磁势平衡方程说明了什么？ 直流电机、同步电机中，电枢反应的物理意义是是什么？ 磁势平衡和电枢反应有何联系？ 3. 数学模型问题： I. 直流电机： u = E + I ×ra （+ 2U b ）（电动） E = u + I ×ra （+ 2U b ）（发电） E = C E n C E = PN a /60/a T E = C M I a C M = PN a /2/a 其中N a 上总导体数 II. 变压器： 折算前1 1 1 1 2222120121022/m L U E I Z U E I Z I I k I E kE E I Z U I Z ?=-+?=-??+=??=??-=? ?=?&&&&&& &&&&&&&&& 折算后 1 1 11 2222012121022'''''''''m L U E I Z U E I Z I I I E E E I Z U I Z ?=-+?=-??=+??=??-=??=?&&&&&&&&&&&&&&&
III. 异步电机：f 折算后()1111 2222σ012121m m //i e U E I Z E I R s jX I I I k E k E E I Z ?=-+?=+??=+??=??=-? &&&&& &&&&&&& w 折算后()1 1 11 2 222σ102 12 10m /j U E I Z E I R s X I I I E E E I Z ?=-+?''''=+??'=-??'=??=-?&&&&& &&& && && 未折算时 ()1 1 11 22222201212221m m , , s s s s s e s U E I Z E I R jX X sX F F F E k E E sE E I Z σσσ ?=-+?=+=??=+??==??=-? &&&&& r r r && && IV. 同步电机：0()a d ad q aq a d d q q E U I R jX jI X jI X U IR jI X jI X σ=++++=+++&&&&&&&&&（凸极机、双反应理论） 0()a a a t E U I R jX jIX U IR jIX σ=+++=++&&&&&&&（隐极机） 4. 等效电路： I. 直流电动机： II. 变压器： III.异步动机： IV. 同步发电机： 隐极机 5. 相量图及其绘制 I ． 直流电机： （无） II ． 变压器：
电机学知识点讲义汇总 第一章 基本电磁定律和磁路 电机的基本工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律、磁路定律和电磁力定律等定律的基础上的，掌握这些基本定律，是研究电机基本理论的基础。 ▲ 全电流定律 全电流定律 ∑? = I Hdl l 式中，当电流方向与积分路径方向符合右手螺旋关系时，电流取正号。 在电机和变压器的磁路计算中，上式可简化为 ∑∑=Ni Hl ▲电磁感应定律 ①电磁感应定律 e=- dt d N dt d Φ -=ψ 式中，感应电动势方向与磁通方向应符合右手螺旋关系。 ②变压器电动势 磁场与导体间无相对运动，由于磁通的变化而感应的电势称为变压器电动势。电机中的磁通Φ通常是随时间按正弦规律变化的，线圈中感应电动势的有效值为 m fN E φ44.4= ③运动电动势 e=Blv ④自感电动势 dt di L e L -= ⑤互感电动势 e M1=-dt di 2 e M2 =-dt di 1 ▲电磁力定律 f=Bli ▲磁路基本定律 ① 磁路欧姆定律 Φ= A l Ni μ=m R F =Λm F 式中，F=Ni ——磁动势，单位为A ； R m = A l μ——磁阻，单位为H -1； Λm = l A R m μ=1——磁导，单位为H 。
② 磁路的基尔霍夫第一定律 0=?s Bds 上式表明，穿入（或穿出）任一封闭面的磁通等于零。 ③ 磁路的基尔霍夫第二定律 ∑∑∑==m R Hl F φ 上式表明，在磁路中，沿任何闭合磁路，磁动势的代数和等于次压降的代数和。 磁路和电路的比较 第二章 直流电动机 一、直流电机的磁路、电枢绕组和电枢反应 ▲磁场是电机中机电能量转换的媒介。穿过气隙而同时与定、转子绕组交链的磁通为主磁通；仅交链一侧绕组的磁通为漏磁通。直流电机空载时的气隙磁场是由励磁磁动势建立的。空载时，主磁通Φ0与励磁磁动势F 0的关系曲线Φ0=f （F 0）为电机的磁化曲线。从磁化曲线可以看出电机的饱和程度，饱和程度对电机的性能有很大的影响。 ▲ 电机的磁化曲线仅和电机的几何尺寸及所用的材料有关，而与电机的励磁方式无关。电 机的运行特性与磁化曲线密切相关。设计电机时，一般使额定工作点位于磁化曲线开始弯曲的部分，这样既可保证一定的可调节度，又不至于浪费材料。 ▲ 直流电机电枢绕组各元件间通过换向器连接，构成一个闭合回路，回路内各元件的电动 势互相抵消，从而不产生环流。元件内的电动势和电流均为交变量，通过换向器和电刷间的相对运动实现交直流转换。电刷的放置原则是：空载时正、负电刷之间获得最大的电动势，这时被电刷短路的元件的电动势为零。因此，电刷应放在换向器的几何中性线上。对端接对称的元件，换向器的几何中性线应与主极轴线重合。 ▲ 不同型式的电枢绕组均有①S=K=Z ；②y 1=Z i /2p ε=整数；③y=y 1+y 2。其中，S 为元 件数，K 为换向片数，Z i 为虚槽数，p 为极对数，y 1为第一节距，y 2为第二节距，y 为合成节距，ε为小于1的分数，用来把y 1凑成整数。对单叠绕组，y=±1，y 2小于0，并联支路对数a=p ，即每极下元件串联构成一条支路。对单波绕组，y 2大于零，a=1，即所有同极性下元件串联构成一条支路。
电机学知识点总结 直流电动机知识点 1、直流电动机主要结构是定子和转子；定子主要包括定子铁心、励磁绕组、电刷。转子主要包括转子铁心、电枢绕组、换向器。 2、直流电动机通过电刷与换向器与外电路相连接。 3、直流电动机的工作原理：通过电刷与换向器之间的切换，导体内的电流随着导体所处的磁极性的改变而同时改变其方向，从而使电磁转矩的方向始终不变。 4、通过电刷和换向器将外部通入的直流电变成线圈内的交变电流的过程叫做“逆变”。 5、励磁方式分为他励式和自励式；自励式包括并励式、串励式和复励式。（只考他励式和并励式，掌握他励式和并励式的图形） 6、直流电机的额定值：①额定功率PN 对于发电机额定功率指线端输出的电功率；对于电动机额定功率指轴上输出的机械功率。②额定电压、额定电流均指额定状态下电机的线电压线电流。 7、磁极数=电刷数=支路数（2p=电刷数=2a，p为极对数，a为支路对数） 8、空载时电极内的磁场由励磁绕组的磁动势单独作用产生，分为主磁通和漏磁通两部分。 9、电枢反应：负载时电枢磁动势对气隙主磁场的影响。 10、电刷位置是电枢表面电流分布的分界线。 11、交轴电枢反应的影响：①使气隙磁场发生畸变；②物理中线偏离几何中线；③饱和时具有一定的去磁作用。 12、电刷偏离几何中线时，出现直轴。 13、Ea=CeΦn Te=CTΦIa CT=9.55Ce 14、发电机 Ea=U+IaRa 电动机 U=Ea+IaRa 15、他励发电机的特性（主要掌握外特性U=f(I)） 曲线向下倾斜原因①U=Ea‐IaRa；随着负载电流I增大，电枢电阻压降 IaRa 随之增大，所以U减小。②交轴电枢反应产生一定的去磁作用；随着负载的增加，气隙磁通Φ和电枢电动势Ea将减小，再加上IaRa的增大使电压的下降程度增大。
电机学主要知识点复 习提纲
电机学主要知识点复习提纲 一、直流电机 A. 主要概念 1. 换向器、电刷、电枢接触压降2 U b 2. 极数和极对数 3. 主磁极、励磁绕组 4. 电枢、电枢铁心、电枢绕组 5. 额定值 6. 元件 7. 单叠、单波绕组 8. 第1节距、第2节距、合成节距、换向器节距 9. 并联支路对数a 10. 绕组展开图 11. 励磁与励磁方式 12. 空载磁场、主磁通、漏磁通、磁化曲线、每级磁通 13. 电枢磁场 14. （交轴、直轴）电枢反应及其性质、几何中性线、物理中性线、移刷 15. 反电势常数C E、转矩常数C T 16. 电磁功率P em 电枢铜耗p Cua
励磁铜耗 p Cuf 电机铁耗 p Fe 机械损耗 p mec 附加损耗 p ad 输出机械功率 P 2 可变损耗、不变损耗、空载损耗 17. 直流电动机（DM ）的工作特性 18. 串励电动机的“飞速”或“飞车” 19. 电动机的机械特性、自然机械特性、人工机械特性、硬 特性、软特性 20. 稳定性 21. DM 的启动方法：直接启动、电枢回路串电阻启动、降 压启动；启动电流 22. DM 的调速方法：电枢串电阻、调励磁、调端电压 23. DM 的制动方法：能耗制动、反接制动、回馈制动 B. 主要公式： 发电机：P N ＝U N I N (输出电功率) 电动机：P N ＝U N I N ηN (输出机械功率) 反电势： 60E a E E C n pN C a Φ==
电磁转矩： em a 2T a T T C I pN C a Φπ== 直流电动机（DM ）电势平衡方程：a a E a a U E I R C Φn I R =+=+ DM 的输入电功率P 1 ： 12 ()()a f a f a a a f a a a f em Cua Cuf P UI U I I UI UI E I R I UI EI I R UI P p p ==+=+=++=++=++ 12em Cua Cuf em Fe mec ad P P p p P P p p p =++=+++ DM 的转矩方程：20d d em T T T J t Ω --= DM 的效率：2111 2100%100%(1)100%P P p p P P P p η-∑∑= ?=?=-?+∑ 他励DM 的转速调整率： 0N N 100%n n n n -?=? DM 的机械特性：em 2 T j a j a a ) (T ΦC C R R ΦC U ΦC R R I U n E E E +-=+-= . 并联DM 的理想空载转速n 0： 二、变压器 A. 主要概念 1. 单相、三相；变压器组、心式变压器；电力变压器、互 感器；干式、油浸式变压器 2. 铁心柱、轭部 3. 额定容量、一次侧、二次侧 4. 高压绕组、低压绕组
生产培训教案 培训题目：发电机知识讲解 培训目的：了解发电机及励磁系统基本知识，发电机保护，运行定期检修试验项目。 内容摘要： 1、发电机工作原理。 2、发电机获得励磁电流的几种方式。 3、发电机保护 4、发电机试验： 培训内容： 发电机基本原理： 三相同步发电机由原动机拖动直流励磁的同步发电机转子，以转速n(rpm)旋转，根据电磁应原理，三相定子绕阻便感应交流电势。定子绕阻若接入用电负载，电机就有交流电能输出。发电机是利用电磁感应现象的原理制成的，它是把机械能转化为电能的装置。交流发电机主要由转子和定子两部分组成，另外还有滑环、电刷等。 感应电势E＝4.44fNΦ（N：匝数） 频率f＝Pn/60 交流发电机的特点：把机械能转化为电能的一种机器。因为它提供的是方向做周期性变化的交流电，故称为交流发电机。 发电机的主要构造是转子（转动部分）和定子（固定部分），滑环
两个，电刷两个。小型发电机的转子是线圈，定子产生磁场，就像教学演示用的模型一样。大型发电机恰好相反。它的线圈是定子，产生磁场是转子。 同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。 发电机获得励磁电流的几种方式： 1、直流发电机供电的励磁方式： 这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10mw以上的机组中很少采用。 2、交流励磁机供电的励磁方式 现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。交流
电机基础知识简介 一、电机的种类 电机：也称电动机，俗称马达，是将电能转换成机械能的装置，广泛应用于现代各种机械中作为驱动。 1、按照电源性质的分类 2、按照应用场合的分类： 防爆电机、高原电机等 3、按照工作频率的分类： 普通电机、变频电机 4、按照机座号的分类： 中小型交流电机，即中心高为630mm及以下，或定子铁芯外径为990mm以下的电机； 大型交流电机，即中心高为630mm以上，或定子铁芯外径为990mm以上的电机。 5、按转子结构分类 异步电机又分为绕线型异步电动机和鼠笼型异步电动机。 二、交流电机 交流电机基本原理
交流电机是一种用来实现电能和机械能相互转换的旋转电磁机械。交流电机进行能量转换时，必须具备能做相对运动的两大部件： 定子：静止不动的部分，用来建立磁场； 转子：旋转运动的部分，用来产生感应电动势，并流过工作电流的被感应部件 定、转子之间有空气隙，以便转子旋转。 1、直流电机的优点 1.直流电机具有良好的启动特性和调速特性 2直流电机的转矩比较大 3维修比较便宜 4直流电机的直流相对于交流比较节能环保 2、直流电机的缺点 1直流电机制造比较贵 2有碳刷 1、交流电机的优点 1交流电机制造比较便宜 2矢量变频技术的发展,已经可以用变频电机模拟成直流电 3相对于直流电机在结构简单、维护容易、对环境要求低以及节能和提高生产力等方面具有足够的优势,使交通运输、国防以及日常生活之中 2、交流电机的缺点 交流电机的启动性和调速性较差 1）、同步电机 同步电机的主要运行方式有三种,即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运
行是同步电机最主要的运行方式,作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节,在不要求调速的场合,应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来,小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载,靠啁节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率,以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的 2）、异步电机 异步电机是一种交流电机,其负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关系。还随着负载的大小化。负载转矩越大,转子的转速越低。异步电机包括感应电机、双馈异步电机和交流换向器电机。感应电不最广,在不致引起误解或混淆的情况下,一般可称感应电机为异步电机。 优点:结构简单,制造方便,价格便宜,运行方便。 缺点:功率因数滞后,轻载功率因数低,调速性能稍差。 交流电机常用名词解释 额定功率：电机转轴上有效的输出机械功率，用W表示。 额定电压：指电动机额定输出时电机端子间的电压，用V表示。目前中国常用的电压等级：220V、380V、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV，1000kV 额定电流：指电动机在额定电压下工作的电流，也就是定子绕组的线电流。 电机极数：在三相异步电动机中指定子绕组的磁场极数。 额定转速：额定负载下的电机转速。 绝缘等级：电机定子绕组绝缘等级(定子绕组所能承受的极限温度) ，分别为A级(105℃) 、E级(120 ℃) 、B级(130 ℃) 、F级(155 ℃) 、H级(180 ℃) 。 温升：电机在额定负载下运行，并达到热稳定时，电机各部件达到的温升容许极限
电机学主要知识点复习提纲 一、直流电机 A. 主要概念 1. 换向器、电刷、电枢接触压降2?U b 2. 极数和极对数 3. 主磁极、励磁绕组 4. 电枢、电枢铁心、电枢绕组 5. 额定值 6. 元件 7. 单叠、单波绕组 8. 第1节距、第2节距、合成节距、换向器节距 9. 并联支路对数a 10. 绕组展开图 11. 励磁与励磁方式 12. 空载磁场、主磁通、漏磁通、磁化曲线、每级磁通 13. 电枢磁场 14. （交轴、直轴）电枢反应及其性质、几何中性线、物理中性线、移刷 15. 反电势常数C E 、转矩常数C T 16. 电磁功率 P em 电枢铜耗 p Cua 励磁铜耗 p Cuf 电机铁耗 p Fe 机械损耗 p mec 附加损耗 p ad 输出机械功率 P 2 可变损耗、不变损耗、空载损耗 17. 直流电动机（DM ）的工作特性 18. 串励电动机的“飞速”或“飞车” 19. 电动机的机械特性、自然机械特性、人工机械特性、硬特性、软特性 20. 稳定性 21. DM 的启动方法：直接启动、电枢回路串电阻启动、降压启动；启动电流 22. DM 的调速方法：电枢串电阻、调励磁、调端电压 23. DM 的制动方法：能耗制动、反接制动、回馈制动 B. 主要公式： 发电机：P N ＝U N I N (输出电功率) 电动机：P N ＝U N I N ηN (输出机械功率) 反电势： 60E a E E C n pN C a Φ==
电磁转矩： em a 2T a T T C I pN C a Φπ== 直流电动机（DM ）电势平衡方程：a a E a a U E I R C Φn I R =+=+ DM 的输入电功率P 1 ： 12 ()()a f a f a a a f a a a f em Cua Cuf P UI U I I UI UI E I R I UI EI I R UI P p p ==+=+=++=++=++ 12em Cua Cuf em Fe mec ad P P p p P P p p p =++=+++ DM 的转矩方程：20d d em T T T J t Ω --= DM 的效率：21 112 100%100%(1)100%P P p p P P P p η-∑∑=?=?=-?+∑ 他励DM 的转速调整率： 0N N 100%n n n n -?=? DM 的机械特性：em 2T j a j a a )(T Φ C C R R ΦC U ΦC R R I U n E E E +-=+-= . 并联DM 的理想空载转速n 0： 二、变压器 A. 主要概念 1. 单相、三相；变压器组、心式变压器；电力变压器、互感器；干式、油浸式变压器 2. 铁心柱、轭部 3. 额定容量、一次侧、二次侧 4. 高压绕组、低压绕组 5. 空载运行，主磁通Φ、漏磁通Φ1σ及其区别，主磁路、漏磁路 空载电流、主磁通、反电动势间的相位关系，铁耗角 6. Φ、i 、e 正方向的规定。 7. 变比、二次侧空载电压、二次侧额定电压 8. 励磁电抗X m 、励磁电阻R m 、一次侧漏电抗X 1σ、二次侧漏电抗X 2σ 9. 负载运行时变压器的原理示意图 10. 变压器的磁势平衡 11. 绕组折算原则、折算方法、作用 12. 功率因数滞后时的变压器相量图画法 13. T 型等效电路、Γ型等效电路、简化等效电路 14. 空载试验、短路试验的用途、注意事项 15. 标幺值、基准的选择 16. （不同负载时的）电压变化率，短路阻抗、短路电阻、负载系数 17. 效率最大值发生的条件 18. 三相变压器的磁路：组式、心式