电机学

电机学 教材

电机学是一门电气工程专业基础课程，主要分为电机控制和电机本体，电机控制主要是各种控制方法的研究及控制仿真，电机本体就是研究内部机械结构及其参数。

- 《电机学》：这是一本专门针对电力类各专业的大学生和学者们的书籍，运用通俗易懂的文字给读者介绍了变压器、异步电机、同步电机和直流机等电机学的基础知识，适合电机初学者入门学习。

- 《电机学》：普通高等教育“十一五”国家级规划教材。全书分为七篇，共三十一章，主要内容包括直流电机的概述、电枢绕组、运行原理、运行特性，起动、调速和制动，及换向；变压器的概述、运行原理、特性，三相变压器和特殊变压器；交流绕组的构成、感应电动势和磁动势；感应电机的概述、运行原理、特性，起动、调速和制动，及特种感应电机；同步电机的概述、运行原理、特性、并联运行、同步电动机和同步补偿机；电机的共同问题：不对称运行和机电能量转换原理；电机动态分析的特点和同步电机、感应电机、变压器、直流电机的动态分析。附录列举了有关电磁场、电路和磁路、铁磁材料等基础知识。

电机的电磁设计10点注意事项

l．2 不要设计过于细长或扁平的电机

电机设计力求以最少的材料和成本获得最佳的性能。一般说来，扁平的电机有效材料用铁较少，用铜较多．结构材料较多。细长的电机有效材料用铁较多．用铜较少，结构材料较少，但结构的刚度较差。

所以电机的直径和长度之比有一个最佳值．铁心内圆和长度之比为1：1左右。设计电机要根据电机各种性能要求及市场上有效材料，结构材料的价格进行优化设计，此外还要考虑系列化、零部件通用化以及结构的工艺性、工模具的成本等问题。见下图

l．2 电机线圈的电流密度不宜过大或过小

电机线圈具有一定电阻，当电流通过线圈时就产生损耗，使电机效率降低，绕组温度升高。电机设计时希望减小电阻，以减少损耗，降低温升，提高效率。降低电流密度，增加导线截面积可以减小电阻，但会导致线圈材料用量增加。由于槽面积的加大，引起铁心磁密增加，使电机的励磁电流及铁损耗增加。所以电流密度的选择要全面考虑电机性能。电流密度一般选用3～7A／mm²。对于大电机及封闭式电机取小值．对于小电机及开启式电机则取大值。见下图

1．3 电机铁心的磁通密度不宜过高或过低

当铁心材料、频率及硅钢片厚度一定时．铁损耗决定于磁通密度的大小。磁通密度过高．使铁耗增加．电机效率降低．铁心发热使电机温升增高。并由于励磁安匝增加．电机功率因数降低。所以铁心的磁通密度不宜过高,尽量避免用在磁化曲线的过饱和段。小型电机一般不超过155T。磁通密度过低则使电机材料用量增加，成车提高。

1．4 电机的槽满率不宜过高或过低

所滑槽满率是指槽内导线的面积和槽有效面积之比，即N2d

见下图

式中，N为导线并绕根散l=为每槽导体数；d为导线绝缘后外径Is，为槽有效面积(为槽面积减击槽绝缘所占面积)。槽满率大,表示槽内填充紧密，槽满率小，表示槽内填充松散。就电机用料的充分利用和运行性能来说，槽辨率最为好。但过高嵌线困难，劳动量及工时增加，容易损伤绝缘。槽满率低，电机运行时导线在槽内松动，易掼坏绝缘，此外，槽内空隙多．由于空气导热差，影响线圈的散热，使电机温升增高。槽满率一般取75％～78％，不大于80％。见下图

1.电机是一种利用电磁感应原理进行机电能量转换或信号传递的电气设备或机电元件。电机学是关于电机基础理论的专业基础课程。

2.当铁芯的磁通交变时，铁心内也会感应电势和电流。这些电流在铁芯内部围绕磁通成涡状流动，称为涡流。

3.变压器类属于静止电机，它可将一种电压，电流的交流电能转换成同频率的另一种电压，电流的交流电能。

4.变压器主要是由铁心以及绕在铁心上的原，副绕组所组成。

5.被绕组包围着的部分称为铁心柱，铁轧则作为闭合磁路之用。

6.变压器铁心内的磁通是交变的。因而会产生磁带损耗和涡流损耗，为了减少这些损耗，铁心通常用含硅量5%左右，厚度为0.35mm或0.5mm且两面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。

7.变压器油通常有两个作用：一是作为变压器的相与相，相与地之间的绝缘用，二是通过油在发热后的对流作用或强迫油循环的方法散热。

8.油枕的作用是减缓油箱内油受潮及老化的速度。

9.气体继电器与安全气道是在故障时保护变压器安全的辅助装置。

10.吸湿器是吸收水分，防止变压器氧化。

11.放油阀门是用来检修时放油做实验，检查油是否达标。

12.变压器型号解释

13.双绕组变压器的等效电路：

原边支路为漏阻抗Z1，励磁支路是励磁阻抗Zm，副边支路为Z2和负载阻抗ZL；消耗在R的功率是铜损耗，消耗在Rm中的损耗是变压器的铁损。

14.所谓变压器的电压调整率是指空载时的副边电压U20与负载时的副边电压U2之差与额定副边电压U2n之比值，用百分比来表示。

15.改变变比来调压是通过改变绕组的匝数来实现的。当副边电压降低时，可以减少高压绕组的匝数借以减少变比；当副边电压上升时，可以增加高压绕组的匝数，借以提高变比。

16.变压器的调压方式分为无励磁调压和有载调压两种。无励磁是指切换分接头时必须将变压器从电网切除，即不带电的情况下进行切换的调压方式。有载调压需要加电动装置。

17.变压器的损耗分为铁耗和铜耗。铁耗主要是磁带和涡流损耗。磁带损耗与硅钢片材料的性质，磁通密度的最大值以及频率等有关。涡流损耗主要与硅钢片厚度，磁通厚度最大值以及频率扥有关。

1 《电机学》讲授提要

第一章 导论

§1.概述

一、电机的物理概念

发电机Blve

电动机Blif

变压器dtdNe

以磁场为媒介，实现机电能量相互转换或传递电能的装置。

二、电机的分类：

变压器

交流（旋转）电机

直流电机

控制电机

三、电机工业的发展

§2.研究电机的基础理论

一、磁场

1、磁场的建立——磁势NiF

2、表证磁场的物理量：

——磁通量，总的磁场的大小

B——磁通密度

)(ABdAdB

BH——磁场强度

二、磁场的基本定律：

1、磁通连续性原理

0

2、全电流定律（安培环路定律）

NiHdl

3、磁路的欧姆定律 同步电机

异步电机 2 AlRRFMM

三、电磁感应定律：

1、dtdNe——变压器电势

设tMsin

)90sin(tEeM

E：大小

波形

频率

相位

2、Blve——运动电势

3、自感电势

4、互感电势

四、电磁力定律：

Blif——电磁力

rftem

ememtT——电磁转矩

ememTP——电磁功率

五、电路诸定律：

)00(0euueiRei或或

§3.铁磁材料的特性

1、易于磁化

2、B——H为饱和曲线

3、磁滞、剩磁现象 3 4、交变磁化时，有磁滞、涡流损耗——铁耗FeP

第二章 电力变压器

§1.变压器的基本工作原理与主要结构

一、基本工作原理

dtdNedtdNe122111

二、主要构件

1、铁心——磁路系统

闭合铁心

硅钢片迭装而成

2、绕组——电路系统

3、套管及绝缘

4、油箱

5、冷却系统

6、其它

三、额定值：

SN

U1N/U2N

I1N/I2N

fN

uk

y,d11

§2.空载运行

一、电磁状态：02I

tUumsin11 全电流定律

电磁感应定律 的具体应用 4

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