电机学1绪论及磁路71页PPT

X m N 2m , X N 2
➢ 式中，Λm和Λ σ分别为主磁路和漏磁路的磁导，通常Λm比Λ σ 大的多，故Xm ＞ ＞ X σ

2.磁阻串联、并联和π形连接时等效电抗
磁阻串联时： Rm =Rm1 +Rm2
总磁导： 总电抗：
m =
1 Rm
=
1 Rm1 +Rm2
=
1
1 +
1
m1 m2
X = N 2
成的π形连接的磁路；与其对应的电抗分别为X1、 X2、 X3 ；磁导为Λm1、 Λ m2 、 Λ m3。Rm3
X3
Π形磁路和T形等效电路
小试牛刀
电机的铁心常采用什么材料制成？这些材 1 料有什么特点？
磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的？他们 2 各与那些因素有关？ 3 直流磁路和交流磁路有什么区别？ 4 线圈的电抗与对应磁路的磁阻有什么关系？
《电机学》 Electrical Machinery
电气工程系
第1章 磁路
1.1 磁路的基本定律 1.2 常用的铁磁材料及其特性 1.3 磁路的计算 1.4 电抗与磁导的关系
1.1 磁路的基本定律
1 磁路的概念
➢ 磁路：磁通所通过的路径。 ➢ 直流磁路，交流磁路 ➢ 励磁电流
变压器磁场
电路中导体的电阻率在一定的温度下是恒定的；而磁路中铁 心的导磁率随着饱和程度而有所变化（空气磁导率是常值, 空气磁路的磁阻是常值）。
对于线性电路，计算时可以用叠加原理；而在磁路中，B 和 H 之间的关系为非线性，因此计算时不可以用叠加原理。
1.2 常用的铁磁材料及其特性
1 铁磁材料的磁化
➢ 磁化：将铁、镍、钴等铁磁物质放入磁场后，铁磁物质呈现 很强的磁性，这种现象，称为铁磁物质的磁化。

例1．如图所示为一闭合电磁铁磁路，S 10cm2，l 60cm
铁心为硅钢，要产生磁通Ф=0.0012Wb时，需要线圈产
生多大的磁动势？
解：求铁心的磁场强度
B
S
0.0012 10 104
1.2T
问题：为何不 能用公式H=B/µ
直接求H？
查硅钢片磁化曲线
H 700A / m
求磁势
F Hl 700A / m 0.6m 420A
为什么磁性材料有高的磁导率呢？——磁化特性。 一、磁性材料的磁化：如果有外界磁场，磁性材料
就会显示很强的磁性，即被磁化了。
B1 < B2
i
ii
i
A磁场中无铁磁物质
B磁场中有铁磁物质
铁磁物质的磁化
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磁性材料被磁化的原因——磁畴理论
铁磁材料内多个原子组成的自发磁化了的小区域， 称为磁畴。在外磁场的作用下，磁畴的极性排列取 向一致，和原磁场相互叠加，共同作用，使磁场增 强，使铁磁材料显示出高磁导率。
B 1.2T
H0
B
0
1.2
4 107
1.2107
4
A/m
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（3）求总的磁动势为：
F H dl Hl H0
1.2 107
700 0.6
0.002
4
420 1910 2330(A)
由此可见，气隙的存在，虽然很小，但对磁势增加很大。大部 分的磁势降落在小小的气隙上。
有些磁路没有气隙，如变压器的磁路；有的磁路必须有磁路， 如电动机。有些磁路有气隙，但工作后就没有，如电磁铁。
铁磁材料的磁化曲线 13
剩磁：当H减小至零时，对应 的Br。
磁滞：B-H的变化关系为一闭 合曲线，B的变化总是滞后 于H的变化。

2. 本课程与电力行业的紧密联系
a 对于电力系统自动化专业的技术人员，必然要从事电力系统 稳定性的研究，则首先要了解各电气设备的特性； b 对于从事电气工程自动化专业的技术人员，要搞清楚所控 制的对象及其各类电动机的特性，才能搞好自动控制
1-1 概述
三、学习《电机学》的什么内容
• •
电机的原理、结构、特性和应用 直流电机、变压器、异步电机、 同步电机

3、电磁力定律
载流导体在磁场中要受到力的作用—电磁力
F Bli
左手定则
1-3 基本电磁定律
电机可逆性原理
如在电机轴上外施机械功率，通过电机导体在磁场中 作用产生感应电势可输出电功率；如在电机电路中从电 源输入电功率，则载流导体在磁场作用下可使电机旋转 而输出机械功率。
任何电机既可以作为发电机运行，又可以作 为电动机运行。 不论用作发电机或电动机，感应电势和电磁 力都同时作用于导体。
1-2 磁路及磁路定律
•
2、磁路的欧姆定律
H dl Hl Ni
B /A Ni F m F L /( A ) R m
H B/
1-2 磁路及磁路定律
3、磁路的基尔霍夫第一定律 定律内容: 穿出(或进入)任一闭和面的总磁通量恒 等于零(或者说，进入任一闭合面的磁通量恒等 于穿出该闭合面的磁通量)，这就是磁通连续性 定律。
1-4 铁磁材料及特性
2、铁磁材料
•
软磁材料--磁滞回线窄，HC及Br小
•
•
硬磁材料--磁滞回线宽，HC及Br大
HC及Br大，难退磁---永磁材料
1-4 铁磁材料及特性
1-4 铁磁材料及特性
1-4 铁磁材料及特性

3
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3、电机的发展
◇电机的发展:三个时期(1)直流电机形成(2)交流电机的
形成(3)电机理论、设计和制造工艺完善
▪ 电机的发展初期主要是直流电机的发展
▪ 电磁感应定律的发现——1831年法拉第电磁感应 定律
▪ 1833年后制成一台旋转磁机式直流发电机 ▪单相交流电的应用——远距离传输 ▪ 三相交流电的应用——解决电机启动问题
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感谢您的阅读收藏，谢谢！
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– 绝缘材料
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电路与磁路的类比
+ U
-
I R
+ F
-
Φ Rm
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概念思考
为什么说发电机和电动机的作用可以同时存在 于一台电机中，但又不能同时既是发电机又是 电动机
从能量传递，力的性质等方面考虑
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作业
1-1,1-4,1-8 (1-5，1-6)
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◇．电机的近代发展及趋势
▪ 单机容量不断增加——机组容量大时，单位容量的用料 （省）、损耗（小）、造价（低）
如汽轮发电机：
1900
5MVA
1956水内冷 208MVA
1920
25MVA 1960
320MVA
1937空气冷却 100MVA 目前
>1000MVA
氢气冷却 150MVA
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磁通连续性原理
由于磁感应线是闭合的，因此对任意封闭曲面 来说，进入该闭合曲面的磁感应线，一定等于 穿出该闭合曲面的磁感应线。如规定磁感应线 从曲面穿出为正，穿入为负，则通过任意封闭 曲面的磁通量总和必等于零

分析:起始磁化曲线基本上可分为四段 ,如下
起始磁化曲线
oa段 ab段 bc段 cd段 膝点 饱和
铁磁材料 图1-7.
磁化曲线见示意
应用: 设计电机和变压器时，为使主磁路内得
到较大的磁通量而又不过分增大励磁磁动势， 通常把铁心内的工作磁通密度选择在膝点附近。
2．磁滞回线 示意图: 图1-8。 剩磁:去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的
B
=
Φ A
Wb/m2
3. 磁场强度 H
单位：A/m
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1.1 磁场的基本物理量
H 与 B 的区别
① H ∝I，与介质的性质无关。 ② B 与电流的大小和介质的性质均有关。
4. 磁导率
=
B H
单位：H / m 真空中的磁导率:
μ0 = 4π×10－7 H / m
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第1章 磁 路
1.2 物质的磁性能
按磁导率分类：非磁性物质、磁性物质。 一、非磁性物质
≈ 0 1. 顺磁物质（如空气）： 略大于 0 。 2. 反磁物质（如铜）： 略小于 0 。
二、 磁性物质
1. 高导磁性 0
※ 铸钢： ≈1 000 0 硅钢片： ≈ ( 6 000 ~ 7 000) 0 坡莫合金： 比 0 大几万倍。
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1.2 物质的磁性能
磁性物质内部存在着很多很小的“磁畴”。
磁畴（磁化前）
磁畴（磁化后）
磁性物质的高导磁性被广泛应用于变压器 和电机中。
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1.2 物质的磁性能
2. 磁饱和性
≠常数
磁化曲线（B－H曲线）
Bcd
B = f (H)
b a
O H

• 难点：电磁关系，磁动势，旋转磁场。
• 使用教材：胡虔生、胡敏强、杜炎生合编《电 机学》，中国电力出版社
• 参考书：汪国梁主编《电机学》
05.12.2020
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12
《电机学》（二）课程简介
• 课程名称： 中文名称：电机学（二） • 英文名称：Electrical Machinery （Part 2） • 教学对象：电气工程类专业、本科 • 课程定位：《电机学》是本专业的一门主要技
• 使用教材：胡虔生、胡敏强、杜炎生合编《电 机学》，中国电力出版社
•
Stephen J.Chapman, Electric Machinery
Fundamentals, McGRAW-HILL International
Editions
• 参考书：汪国梁主编《电机学》 返回
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变压器图片、图形、动画
变压器的空载运行 变压器运行特性 三绕组变压器 三绕组变压器向量图 变压器外特性 TR三次谐波磁通路径 YYN变压器组中性点浮动 三相变压器组铁芯磁通波形 相量图
变压器参数测定 变压器暂态运行 自耦变压器 互感器 对称分量合成 变压器并联运行 T形电路 三相变压器
05.12.2020
术基础课，定位为：
* 电气工程的基础 * 电力系统的核心
• 课程特点：课程特点是概念多、理论性强，与 工程联系密切。
05.12.2020
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《电机学》（二）课程简介
主要内容：本课程主要讲述：同步电机的结构， 工作原理、运行等到方面的内容。具体为：
❖同步电机的基本理论与运行特性 ❖同步发电机在大电网上运行 ❖同步发电机不对称运行 ❖同步发电机的突然短路。

I1NIL
SN 82 .48 A 3*35
IphN IL8.248 A
I2N
SN 3U 2N
5002 07 .94 A 3 3*1.5 0
二次侧三角形连接中：
Ip2 hNIL 327 3 .943 15 .78A 3
.
3-2变压器一二次侧的电压电动势磁通方向如图（a）所示，一次
侧电压的波形如图（b）所示，试画出 e1,e2, ,u2 ，的 • •• • • 波形，并用相量图表示E1,E2,m,U1,U2 的关系（忽略喽阻抗 压降）
.
习题3-6：设 k 式的准确性：
N1 kN 2E1
为变压器的变比，试比较下列各
,kU1 ,kI2
E2
U2
I1
若某些是近似的，试说明其所忽略的因素和在什么条件 下方可使用？
解:第一个公式为准确的，第二、三个公 式为在不考虑漏磁抗压降（忽略励磁电 流）和绕组电阻的情况下成立。
.
3-9变压器的额定电压为220/110V,若不慎将低压侧接到220V的交流电源 上，试分析将产生什么样的后果？
.
解：
在忽略漏磁通抗压降的条件下，U• 1
•
E
1
•
并设U1Umsint()，则一次侧电动势
的波形与一次侧电压的波形相差一个负号（即上下颠倒）根据法拉第电磁感
应定律可知：
•
E1
N1
d dt
•
E 1 dt N1
1•
E 1 dt
N1
m sin(
t
) 2
即
•
1
比• E2
滞后90°，幅值为m
即F e木 所以铁心的自感系数较大。
木质材料的线圈自感系数不变，绕在闭合铁心上的 线圈自感系数是个变数，随铁磁材料的饱和而逐步 下降（此处默认线圈匝数，长短和横截面积不变）

电机学的基本概念
1 磁场原理
探索磁场与电机运行之间 的基本原理和相互作用。
2 电磁感应
讲解电磁感应的理论，以 及在电机中的应用和重要 性。
3 电机构造
介绍电机的基本构造和要 素，以及它们对电机性能 的影响。
电机学的主要原理
1
法拉第定律
解释法拉第定律对电机运行和电流感应的重要作用。
2
楞次定律
阐述楞次定律对电机的运行和电流方向的影响。
3
电机磁场理论
讲解电机磁场的形成原理和对电机转动的作用。
电机类型及分类
交流电机
介绍交流电机的原理、方法和应用场景。
步进电机
解析步进电机的特点、驱动方式和应用范围。
异步电机
讲述异步电机的原理、构造和广泛应用领域。
电机的工作原理
电动机 发电机 变压器
将电能转化为机械能的装置。 将机械能转化为电能的装置。 通过电磁感应原理转换电压大小的装置。
电机的应用领域
工业自动化
电机在生产线上的运用，提高 生产效率和质量。
交通运输
电机在交通工具中的应用，驱 动车辆和运输设备。
可再生能源
电机在风力发电、太阳能发电 等领域的应用。
总结与展望
回顾电机学的主要内容，并展望电机学在未来的发展和应用前景。
《电机学完整》PPT课件
电机学完整的PPT课件，旨在分享电机学的基本概念、主要原理、类型及分类、 工作原理、应用领域、总结与展望等内容。
课程介绍
深入浅出
以易于理解的方式介绍电机 学的基本概念和原理。
实例演示
通过具体案例和实验演示， 展示电机在实际应用中的重 要性。
互动学习
通过互动问答和小组讨论， 增强学生对电机学的理解和 应用能力。

• 包括：电动机、传动机构、生产机械、控制设备 和电源五个部分，如下图示。
电源
控制设备
电动机
传动机构
生产机械
• ③电力拖动系统的发展（自学） • A.成组拖动 • 最初，电动机通过天轴实现拖动生产机械； • B.单电动机拖动系统 • 在20世纪30年代，采用一个生产机械用单
独的电动机拖动；
• C.多电动机拖动系统
①磁路的基尔霍夫电流定律
1230 或
0
②磁路的基尔霍夫电压定律
3
Ni Hklk k1 H1l1 H2l2 H 1Rm1 2Rm2 Rm
磁路和电路的类比
磁路
磁动势 F=ΦRm 物 磁通量Φ 理 磁阻Rm=l/(μ A) 量 磁导Λ =1/ Rm
磁导率μ 欧姆定律Φ=F/Rm 基本 基尔霍夫第一定律ΣΦ=0 定律 基尔霍夫第二定律
• 三、磁路的基本定律（自学）
• 1、安培环路定律
①定义：沿任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积 分等于该闭合回线所包围的电流的代数和
②公式表达：LHdl i
注：如果在均匀磁场中，沿 着回线 L 磁场强度H 处处相 等，则 HL=Ni
磁动势
• 2、磁路的欧姆定律
• ①定义：作用在磁路上的磁动势 F 等于磁路内的 磁通量Φ乘以磁阻Rm
• 1）将磁路按材料性质和不同截面尺寸分段；
• 2）计算各段磁路的有效截面积Ak和平均长度lk； • 3）计算各段磁路的平均磁通密度Ak ，Bk=Φk/Ak； • 4）根据Bk求出对应的Hk； • 5）计算各段磁位降Hklk，最后求出 F=∑Hklk。 • 2、磁路计算逆问题——给定励磁磁势，计算磁路
• 采用一个工作机构用一台电动机拖动，一 个生产机械具有多个工作机构，故成为多 电动机拖动一个生产机械。

B
H
基本磁化曲线 2. 磁滞回线 磁滞现象：B的变化总是滞后H的变化； H = 0 时，B的值 称为剩磁 。
三. 铁磁材料
B 软磁材料： 软磁材料：高， r 小，磁滞回线窄而长，如：铸钢、硅 钢、坡莫合金，制作电机铁心；
硬磁材料： 硬磁材料：不高， r大，磁滞回线宽而胖，制造永久磁铁； B 四. 磁滞损耗和涡流损耗 磁滞损耗： 1. 磁滞损耗：磁畴之间产生摩擦而产生的损耗。 2 ph = Kh fBmV 涡流损耗： 2. 涡流损耗：涡流与铁心电阻相作用产生的损耗。
2 pw = (π 2 f 2d 2 Bm )V /(6ρ)
式中
V = lhd 为钢片的体积。
2 pFe = f 2 Bmd 2 / Re
铁损： 3. 铁损：磁滞损耗+涡流损耗。
1.3
计算类型
磁路计算
给定磁通量φ，计算所需磁动势F 给定磁通量F，计算所需磁动势φ 计算步骤 分段（材料相同，截面积相等） 计算各段有效截面积和平均长度 求各段磁通密度 求各段磁场强度 求总磁动势 求所需电流或线圈匝数 查磁化曲线
第一章 磁
1.1 磁路的基本定律 1.2
路
常用铁磁性材料及其特性 磁路计算
1.3
1.1
磁路的基本定律
漏 磁 通
一. 磁路的概念 磁路： 磁路：磁通所通过的路径。见下图。 主磁通
变压器的磁路
主磁通：由于铁心的导磁性能比空气要好得多，所以绝大部分磁 主磁通： 通将在铁心内通过,这部分磁通称为主磁通。 漏磁通： 漏磁通：围绕载流线圈、部分铁心和铁心周围的空间，还存在少 量分散的磁通，这部分磁通称为漏磁通。 主磁路：主磁通所通过的路径。 主磁路 漏磁路：漏磁通所通过的路径。 漏磁路 励磁线圈：用以激励磁路中磁通的载流线圈。 励磁线圈 励磁电流：励磁线圈中的电流 励磁电流 直流:直流磁路 例如:直流电机 交流:交流磁路 例如:变压器