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第一章 磁路和电路基础知识电路是由电气元件和设备组成的总体。
它提供了电流通过的途径，进行能量的转换、 电能的传输和分配，以及信号的处理等。
例如，发电机将机械能转换为电能：电动机将电 能转换成机械能：变压器和配电线路把电能分配给各用电设备：电子放大器或磁放大器可 把所施加的信号经过处理后输出。
一台大型工程机械的电路是由若干简单电路组成的。
因此，掌握简单电路的规律、特 点和分析方法是学懂整机电路并指导实践的必要基础。
为了满足初学电工者的要求和节省 查阅参考书的时间，本章对大型工程机械电路中必要的磁路和电路基础知识有重点地作了 介绍。
1.1 磁路和磁化电和磁是紧密相关的，电流能产生磁场，而变动的磁场或导体切割磁力线又会产生电 动势。
初学电工者往往只注意电而不重视磁。
其实在很多情况下没有磁路知识是不可能学 懂电路的，例如电机、变压器、互感器、接触器和磁放大器等的工作原理都与磁密切相关。
图1.1是一个均匀密绕的空心环形线圈，匝数为 。
当电流I 通过线圈时，在环形线圈内就产生磁场。
环内磁力线是一些以o 为圆心的同心圆，其方向可用右手螺旋定则确定。
磁力线通过的路径称为磁路，环形线圈的磁路是线圈所包围的圆环。
图1.1 环形线圈(一)磁感应强度描述某点磁场强弱和方向的物理量称为磁感应强度。
它不但有大小而且有方向，是一个矢量。
它的方向与该点的磁力线方向一致。
环形线圈内中心线上P 点的磁感应强度lIw r Iw B μπμ==2 （1.1） 式中 μ --表征磁路介质对磁场影响的 物理量，叫做导磁率： r --P 点到圆心的距离：l --磁路的平均长度。
（二）磁通为了描述磁路某一截面上的磁场情况，把该截面上的磁感应强度平均值与垂直于磁感应强度方向的面积s 的乘积称为通过这块面积的磁通，即Bs =φ （1.2）（三）磁场强度为了排除介质对磁场的影响，使计算更加方便，引入磁场强度这个物理量，其定义是μB H =（1.3）环形线圈中P 点的磁场强度为 lIw BH ==μ （1.4） （四）磁势环形线圈中的磁通是因为在w 匝的线圈中通过电流I 而产生的，所以仿照电路中电势的意义把w 与I 的乘积称为磁势[]Iw F = （1.5）(五)磁阻描述磁路对磁通阻碍作用大小的物理量称为磁阻。
电与磁知识点初中物理和电磁学知识点综述2.磁铁:(1)定义:有磁性的物体称为磁铁磁铁具有吸铁性和方向性。
(2)分类: a。
形状:条形磁铁、蹄形磁铁、针状磁铁、圆形磁铁等B.来源:天然磁铁，人造磁铁根据磁保持时间:硬磁铁，软磁铁(3)磁体的方向性:条形磁体或磁针，可在水平面内自由旋转。
休息后，是磁极导向器(称为南极，用s表示),另一个磁极指北极(称为北极，用n表示)指南针是3，根据磁铁的方向性工作。
磁极:(1)定义:磁体中磁性最强的部分称为磁极(磁铁两端最强，中间最弱)(2)类型:当在水平面上自由旋转的条形磁铁静止时，它总是在一端被引导并指向北方。
的磁极称为南极，指向北方的磁极称为北极任何磁铁都有并且只有两个磁极，一个是北极(北极)；另一个是南极(S极)，这表明任何形状的磁铁，无论大小，都有两个磁极；永磁体分成多个部分后，每个部分仍有两个磁极(3)磁极相互作用定律:同名磁极相斥，不同名磁极相吸4.磁化(1)定义:一些非磁性物体在磁铁(或电流)的作用下获得磁性的现象称为磁化(使没有磁性的物体获得磁性的过程称为磁化。
))注:磁铁吸引铁钉是因为铁钉被磁化后，铁钉与磁铁接触部分的形成不同的磁极，不同的磁极相互吸引。
(2)软磁铁和硬磁铁:铁棒磁化后，磁性很容易消失。
这种磁铁被称为软磁铁。
钢棒被磁化后，磁性可以保持很长时间，这就是所谓的硬磁体或永磁体。
(a)软磁材料:磁化后，磁性很容易消失例如，软铁(b)硬磁性材料:磁化后，磁性能得以保持例如，钢(可用作永久磁铁)(c)磁化方法:永久磁铁用钢是在磁铁(如接触、摩擦和接近)或电流作用下制造的，电磁铁铁芯用软铁是制造的5.判断物体是否有磁性的方法:(1)根据磁铁的吸铁量判断:被测物体接近铁物质(如铁屑)。
如果能吸引铁物质，这意味着物体有磁性，否则它就没有磁性(2)从磁铁的方向性判断:如果被测物体在水平面内自由旋转，静止时总是指南北方向，则表明该物体有磁性，否则就没有磁性(3)根据磁极间的相互作用规律判断:被测物体分别靠近静止的小磁针的两极。
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E 的作用下电流I 从E 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F （类似于电路中的电势），在F 的作用下产生一个Φ（类似于电路中的电流），磁通Φ从磁动势的N 极通过一个通路（类似于电路中的导体）到S 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σΦ（，由于空气磁阻比铁磁材料大几千倍，因而σΦ比Φ小的多，σΦ常常被称为漏磁通，Φ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N 匝线圈套装在铁心上，并在线圈内通入电流i ，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Φ；小部分围绕线圈，称为漏磁通σΦ，如图1—2所示。
电机学基础必学知识点1. 电磁感应原理：根据法拉第电磁感应定律，导线在磁场中运动时会产生感应电动势。
2. 磁场的产生：磁场可以由磁铁或电流产生。
3. 左手定则：用于确定电流通过导线时的磁场方向。
将拇指指向电流方向，其他手指弯曲的方向即为磁场方向。
4. 电机运动方向的确定：根据洛伦兹力定律，当电流通过导线时，会受到磁场力的作用，方向由右手定则确定。
5. 电动势和电流的关系：根据欧姆定律，电动势等于电流乘以电阻。
6. 磁化曲线和磁滞回线：用于描述磁场强度与磁化力的关系。
7. 磁感应强度和磁场强度：磁感应强度是磁场中的磁感线的密度，而磁场强度表示一个点的磁场强度大小。
8. 电磁铁：由线圈和铁芯构成，通电时能够产生强磁场。
9. 电感和感应电动势：当电流变化时，会产生感应电动势，这种现象称为自感。
10. 洛伦兹力：电流通过导线时，在磁场中会受到力的作用，该力称为洛伦兹力。
11. 感应电动势的大小：根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小等于磁通量的变化率。
12. 动能定理：将电能转换成机械能的定律，表征电机的工作原理。
13. 电机的功率和效率：电机的功率等于输入功率减去损耗功率，效率等于输出功率除以输入功率。
14. 直流电机：根据电流方向和磁场方向的关系，直流电机分为永磁直流电机和励磁直流电机。
15. 交流电机：根据电流的形式，交流电机分为异步交流电机和同步交流电机。
16. 电机的控制方法：电机的控制方法包括电压控制、电流控制和频率控制等。
17. 电机故障检测和维护：电机故障检测和维护包括温度检测、振动检测、绝缘检测等。
18. 电机的选型和应用：根据具体的应用需求选择合适的电机类型和规格进行设计和应用。
1、同步发电机（同步电机的“同步”是指什么? 答:“同步”是指定子磁场和转子磁场以相同的方向、相同的速度旋转。
）按照结构形式，同步电机可以分为旋转电枢式和旋转磁极式两类。
（特有，与直流电机、感应电机不同）前者的电枢装设在转子上，主磁极装设在定子上，这种结构在小型同步电机中得到一定的应用。
对于高压、大型的同步电机，通常采用旋转磁极式结构。
由于励磁部分的容量和电压常比电枢小得多，把主磁极装设在转子上，电刷和集电环的负载可大为减轻，工作条件得以改善，运行稳定、可靠。
目前，旋转磁极式结构已成为中、大型同步电机的基本结构形式。
1）同步电机的基本结构（旋转磁极式、隐极）转子是汽轮发电机很关键的部分，从机械应力和发热看是汽轮发电机最吃紧的部件。
它既是电机磁路的主要组成部分，又高速旋转而承受很大的机械应力，所以材料既要求有好的导磁性能，又需要有很高的机械强度。
所以转子一般用整块的具有良好导磁性的高强度合金钢锻成，转子表面约2/3部分铣有凹槽。
用以嵌放励磁绕组，不开槽部分形成一个大齿，嵌线部分和大齿一起构成主磁极。
槽内插有非磁性金属槽楔，端口套有高强度非磁性钢锻成的护环。
护环的作用是保证绕组端口不会因离心力甩动而损坏。
2）同步电机的运行状态若转子磁场超前于定子合成磁场δ>0，则此时转子将受到一个与其旋转方向相反的制动性质的电磁转矩。
为使转子能以同步速旋转，必须从轴上输入机械功率，电机作为发电机运行。
当δ=0时，此时电机内没有有功功率的转换电机处于补偿机状态，或空载状态。
当转子磁场滞后定子磁场，δ<0，则此时转子上受到一个与转向相同的拖动性质的转矩。
此时定子从电网吸收电功率，转子可拖动负载而输出机械功率，电机作为电动机运行。
3）同步电机的励磁供给同步电机励磁的装置，称为励磁系统。
获得励磁电流的方式称为励磁方式。
为保证同步电机的正常运行，励磁系统应满足以下要求：（1）能稳定地提供同步电机从空载到满载到过载所需的励磁电流；（2）当电力系统发生故障使电网电压降低时，励磁系统能快速强行励磁以提高系统稳定性；（3）当同步机内发生短路故障时，应能快速灭磁。
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。
一、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。
交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。
为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100——200HZ的中频发电机，而交流副励磁机则采用400——500HZ的中频发电机。
这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠，结构简单，制造工艺方便等优点。
缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。
3、无励磁机的励磁方式：
在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。
自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。
自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种励磁方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少等优点。
自复励磁方式除没有整流变压外，还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器。
这种互感器的作用是在发生短路时，给发电机提供较大的励磁电流，以弥补整流变压器输出的不足。
这种励磁方式具有两种励磁电源，通过整流变压器获得的电压电源和通过串联变压器获得的电流源。
二、发电机与励磁电流的有关特性
1、电压的调节
自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。
无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。
但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。
2、无功功率的调节：
发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。
当发电机与无限大容量系统并联运行时，为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。
此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了送入系统的无功功率。
3、无功负荷的分配：
并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分配。
大容量发电机应负担较多无功负荷，而容量较小的则负提供较少的无功负荷。
为了实现无功负荷能自动分配，可以通过自动高压调节的励磁装置，改变发电机励磁电流维持其端电压不变，还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整，以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。
三、自动调节励磁电流的方法
在改变发电机的励磁电流中，一般不直接在其转子回路中进行，因为该回路中电流很大，
不便于进行直接调节，通常采用的方法是改变励磁机的励磁电流，以达到调节发电机转子电流的目的。
常用的方法有改变励磁机励磁回路的电阻，改变励磁机的附加励磁电流，改变可控硅的导通角等。
这里主要讲改变可控硅导通角的方法，它是根据发电机电压、电流或功率因数的变化，相应地改变可控硅整流器的导通角，于是发电机的励磁电流便跟着改变。
这套装置一般由晶体管，可控硅电子元件构成，具有灵敏、快速、无失灵区、输出功率大、体积小和重量轻等优点。
在事故情况下能有效地抑制发电机的过电压和实现快速灭磁。
自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。
被测量信号（如电压、电流等），经测量单元变换后与给定值相比较，然后将比较结果（偏差）经前置放大单元和功率放大单元放大，并用于控制可控硅的导通角，以达到调节发电机励磁电流的目的。
同步单元的作用是使移相部分输出的触发脉冲与可控硅整流器的交流励磁电源同步，以保证控硅的正确触发。
调差单元的作用是为了使并联运行的发电机能稳定和合理地分配无功负荷。
稳定单元是为了改善电力系统的稳定而引进的单元。
励磁系统稳定单元用于改善励磁系统的稳定性。
限制单元是为了使发电机不致在过励磁或欠励磁的条件下运行而设置的。
必须指出并不是每一种自动调节励磁装置都具有上述各种单元，一种调节器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关。
四、自动调节励磁的组成部件及辅助设备
自动调节励磁的组成部件有机端电压互感器、机端电流互感器、励磁变压器；励磁装置需要提供以下电流，厂用AC380v、厂用DC220v控制电源.厂用DC220v合闸电源；需要提供以下空接点，自动开机.自动停机.并网（一常开，一常闭）增，减；需要提供以下模拟信号，发电机机端电压100V，发电机机端电流5A，母线电压100V，励磁装置输出以下继电器接点信号；励磁变过流，失磁，励磁装置异常等。
励磁控制、保护及信号回路由灭磁开关，助磁电路、风机、灭磁开关偷跳、励磁变过流、调节器故障、发电机工况异常、电量变送器等组成。
在同步发电机发生内部故障时除了必须解列外，还必须灭磁，把转子磁场尽快地减弱到最小程度，保证转子不过的情况下，使灭磁时间尽可能缩短，是灭磁装置的主要功能。
根据额定励磁电压的大小可分为线性电阻灭磁和非线性电阻灭磁。
近十多年来，由于新技术，新工艺和新器件的涌现和使用，使得发电机的励磁方式得到了不断的发展和完善。
在自动调节励磁装置方面，也不断研制和推广使用了许多新型的调节装置。
由于采用微机计算机用软件实现的自动调节励磁装置有显著优点，目前很多国家都在研制和试验用微型机计算机配以相应的外部设备构成的数字自动调节励磁装置，这种调节装置将能实现自适应最佳调节。
获得励磁电流的方法称为励磁方式。
目前采用的励磁方式分为两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；另一类是用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统。
现说明如下：
1 直流励磁机励磁直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或者他励接法。
采用他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供给。
如图15.5所示。
2 静止整流器励磁同一轴上有三台交流发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机。
副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来后再转为自励(有时采用永磁发电机)。
副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励磁机，而主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发电机的励磁绕组。
(见图15.6）
3 旋转整流器励磁静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才能输送到旋转的励磁绕组，对于大容量的同步发电机，其励磁电流达到数千安培，使得集电环严重过热。
因此，
在大容量的同步发电机中，常采用不需要电刷和集电环的旋转整流器励磁系统，如图15.7所示。
主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。
交流主励磁机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流后供给。
由于这种励磁系统取消了集电环和电刷装置，故又称为无刷励磁系统。
