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电机学电子教材

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第四节 交流磁路中的激磁电流和磁通、电磁感应定律 i的波形会产在交流铁心磁路中，由于铁心磁化曲线的非线性，激磁电流和主磁通m生畸变。下面以图1-4-1所示单一铁心材料的交流铁心磁路为例，分析激磁电流和磁通的性f(i)的形式。质与波形。为分析方便，铁心材料的磁化特性使用

图1-4-1 交流铁心磁路

一、铁磁材料的磁化特性为基本磁化曲线

当磁路内的磁通较小时，磁路不饱和，磁通与激磁电流之间的关系基本上是线性关系。在这种情况下，如果磁通随时间按正弦规律变化，则激磁电流随时间也按正弦规律变化。磁通到达最大值时，激磁电流也到达最大值，因此，激磁电流与磁通在时间上同相位，随时间变化的波形也相同。

当磁通较大时，磁路出现饱和，磁通与激磁电流之间呈非线性关系。这时激磁电流和磁通的特性与波形可以用图解法进行分析，下面分两种情况讨论。

1．磁通为正弦波时激磁电流的波形 tf(i)曲线，此时由当磁通随时间作正弦变化时，设时间为时的磁通瞬时值为11i，由此可以得到激磁电流曲线上的一点，可以查出产生该磁通所需的激磁电流如图1-4-21mi随时间变化所示。同理，可以求出其他瞬间的激磁电流值，并进而可画出整条激磁电流mif(t)。 的曲线m 1

1-4-2 磁通为正弦波时磁路饱和对电流波形的影响图 ）电流波形分解）电流波形；（b（a可以看出，当磁通随时间正弦变化且磁路饱和时，由于磁路的非线性，激1-4-2 分析图磁电流波形发生畸变，成为尖顶波。如果将激磁电流波形进行分解，除了基波外，还包含有i的波形尖顶越严重，谐其他奇次谐波，其中以三次谐波为最大。磁路越饱和，激磁电流mi的相位相波也越显著。但无论激磁电流波形尖顶有多严重，它的基波相位始终与磁通m 同。 ．激磁电流为正弦波时磁通的波形2i随时间随时间作正弦变化时，利用上述的作图法，同样可以求出磁通当激磁电流m)tf( 所示。，如图变化的曲线1-4-3 2

激磁电流为正弦波时磁路饱和对磁通波形的影响图1-4-3

）磁通波形分解（b（a）磁通波形；i随时间正弦变化且磁路饱和时，磁通的波形也1-4-3可以看出，当激磁电流 分析图m发生畸变，成为平顶波。如果将磁通波形进行分解，除了基波外，亦包含有其他奇次谐波，的波形平顶越严重，谐波也越显著。但无论其中也以三次谐波为最大。磁路越饱和，磁通i 的相位相同。波形平顶有多严重，它的基波相位始终与激磁电流m磁路不饱和时，激磁电流和磁通的波形是否畸变，决定于磁路是否饱和。 综上分析可知：磁化曲线基本上是线性的，两者的波形非常接近。磁路饱和后，磁化曲线呈非线性，磁通与激磁电流为正弦波时磁通畸激磁电流的波形不同。磁通为正弦波时激磁电流畸变成尖顶波；主要成分都是基波和三次谐但无论是尖顶波还是平顶波，如果将其进行分解，变成平顶波。 波。磁通基波和激磁电流基波的相位始终相同，与磁路是否饱和以及饱和程度无关。 二、铁磁材料的磁化特性为磁滞回线通过磁滞回线，铁磁材料的磁化特性为磁滞回线。当磁通为正弦波时，考虑磁滞现象时，为正弦）的曲线，如图1-4-4所示。可以看出，当磁通利用图解法求取激磁电流i＝f（tmiiiiii同波时，激磁电流为非正弦波。把其中分解成两个分量，即。分量为和Femμmmi或者说，中的尖顶波完全一致；相位的尖顶波，与忽略磁滞现象、只考虑饱和时图1-4-2另一分量与基本磁化曲线相对应，称为磁化电流。是不考虑磁路有磁滞现象时的激磁电流，ii是反映磁滞相对应）。I90°、幅值为（与H波形近似为正弦波，相位超前于磁通c cFeFeiiii称为磁滞损损耗和涡流损耗的有功电流，，是由于考虑了磁滞现象才存在的，eFehhii称为耗电流，不计磁滞现象，为零。交流磁路中除了磁滞损耗外，同时还有涡流损耗。ehii都反映了磁路中的铁耗，因此把它们合在一起，称为铁耗电流，和涡流损耗电流。由于eh 3

i表示。在各种变压器和电机中，由于铁心选用的都是较好的软磁性材料，同时又采用用Fei小得多。 叠片方式，因此铁耗很小。激磁电流中铁耗电流要比磁化电流μ

图1-4-4 磁滞现象对激磁电流波形的影响

（a）电流波形；（b）电流波形分解

综合上述分析可知： i波形同相位。由于磁路的，1）激励产生磁通它的基波与磁通的电流是磁化电流（μiii为的波形不一样。当为尖顶波；当为正弦波时，非线性，为正弦波时，与磁通μμμ平顶波。

（2）铁心中具有磁滞和涡流损耗。激磁电流中除了磁化电流外，同时还存在铁心损耗电流，铁心损耗电流接近于正弦波，其相位超前于磁通90°。

iii。由于变压器和电机3）激磁电流是磁化电流和铁心损耗电流的合成，即（mFeiiii决定。主要由10％左右，因此激磁电流的铁心损耗很小，所以很小，通常仅为 的μFemm

三、电磁感应定律

电磁感应定律描述的是磁变生电的电磁感应现象，于1831年由法拉第提出，又称法拉第电磁感应定律。它指出，交变的磁场会产生电场，并在导体中感应电动势。如图1-4-5所示，当规定感应电动势正方向与磁通的正方向符合右手螺旋关系时，则感应电动势与磁通对 时间的变化率的负值成正比，即ΨddeN 1-4-1）（ dtdteN为交链式中：为回路中的感应电动势；为绕组匝数；为通过该回路面积的磁通； 4 NN。回路的磁链，它表示 匝线圈所匝链的总磁链，

电磁感应图1-4-5

根据法拉第定律可以导出，当磁场恒定，而导体在磁场中运动时，如图1-4-6（a）所示，导体中的感应电动势可表示为 ld)(vBe 1-4-2） （

vlB 为磁感应强度；为导体的运动速度。为导体的长度；式中： b）所示的右手定则确定。感应电动势的方向可用图1-4-6（

图1-4-6 感应电动势与右手定则

（a）感应电动势；（b）右手定则 若磁场方向、导体长度方向和导体运动方向三者相互垂直时，式（1-4-2）简化为

eBlv （1-4-3）式（1-4--3）适用于计算恒定、均匀磁场中运动导体的切割电动势，是法拉第电磁感应定律的另一种有约束条件的表示形式, 在电机学中经常使用。

四、毕奥-萨伐尔电磁力定律

磁场最基本的特性是对场域中的载流导体有力的作用，电磁力定律是描述电与磁之间相l的导体，导体中流过的电）所示，取有效长度为（a互作用产生力的基本定律。如图1-4-7ifB可表示为 流为，则导体所受的作用力，导体所处的磁场为Bdlfi 1-4-4） （

ld 上的长度微元。为导体式中：ab ）可简化为若磁场均匀且与导体相互垂直，则式（1-4-4Bilf ）（1-4-5

）所示。（电磁力的方向可用左手定则判定，如图1-4-7b

图1-4-7 电磁力和左手定则

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（a）电磁力；（b）左手定则

五、能量守恒原理

能量守恒原理是物理学中的基本原理。该原理可表述为：在质量不变的物理系统内，能量是守恒的，即能量不会凭空产生，亦不会凭空消灭，仅能变换其存在形式。

在电机中，能量转换包括四种能量形式，即电能、机械能、磁场储能和热能。根据能量守恒原理，对于电动机，其能量关系为

电源输入的电能＝磁场储能的增量＋转换为热能的能量损耗＋机械能输出

对于发电机，其能量关系为

机械能输入＝磁场储能的增量＋转换为热能的能量损耗＋电能输出

转换为热能的能量主要包括三部分：导体中的电流在电阻中引起的电气损耗（亦称铜耗）；消耗于轴承摩擦及通风中的机械损耗；电机内的磁场在铁心中产生的磁滞损耗和涡流损耗。这些能量均转换为热能，并且是一种不可逆的过程，也就是说这部分能量很难或根本不可能再转换为电能或机械能。

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电机学教材

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第三章 变压器...........................................................................................................................108

3.1 变压器的分类、基本结构、额定值..........................................................................108

3.1.1 变压器的分类...................................................................................................108

3.1.2 变压器的基本结构...........................................................................................108

3.1.3 变压器的额定值...............................................................................................110

3.2 变压器的空载运行......................................................................................................110

3.2.1 空载运行时的磁通、感应电动势...................................................................111

3.2.2 电压平衡方程式、变比...................................................................................112

电机学第四版华中科技大学出版社课后答案

电机学第四版华中科技大学出版社课后答案

电机学第四版华中科技大学出版社课后答案

第一章

1.1 电机和变压器的磁路主要采用硅钢片制成。硅钢片具有良好的导磁性能，其磁导率极高（可达到真空磁导率的数百乃至数千倍），能减小电机和变压器的体积。同时由于硅钢片加入了半导体硅，增加了材料的电阻率，从而能有效降低材料在交变磁场作用下产生的磁滞损耗和涡流损耗。

1.2 铁磁材料在交变磁场的作用下，磁畴之间相互摩擦产生的能量损耗称为磁滞损耗。当交变磁通穿过铁磁材料时，将在其中感应电动势和产生涡流,涡流产生的焦耳损耗称为涡流损耗。磁滞损耗和涡流损耗合在一起称为铁耗。在铁磁材料重量一定的情况下,铁耗PFe的大小与磁场交变的频率f和最大磁通密度Bm之间的关系为PFeC ∝fβB2m

式中, β为频率指数，与材料性质有关,其值在1.2~1.6之间。因此，铁耗与最大磁通密度的平方、磁通交变频率f的β次方成正比。

1.3 变压器电动势是线圈与磁场相对静止，单由磁通随时间变化而在线圈中产生的感应电动势，与变压器工作时的情况一样， 并由此而得名。运动电动势是磁场恒定时，单由线圈(或导体)与磁场之间的相对运动所产生。变压器电动势的大小与线圈匝数及与线圈交链的做通随时间的变化率成正比;运动电动势的大小与导体长度、导体与磁场间相对运动的速度以及磁通密度成正比。

1.4 当铁磁材料中的磁通密度B达到定的程度后.B的增加随着外加场H的增加而逐渐变慢，磁导率减小，这种现象称为磁饱和现象。 1.5 磁通、磁动势、磁阻分别和电路中的电流、电动势和电阻对应,磁路的基本定律分别和电路中的基本定律对应。磁路的基本定律有磁路欧姆定律中Φ=F/Rm=ΛmF,磁路基尔霍夫第一定律中ΣΦ=0,磁路基尔霍夫第二定律ΣF= ΣHl= ΣΦRm。

当铁芯磁路上有几个磁动势同时作用时，磁路计算一般不能用叠加原理。因为铁芯磁路存在饱和现象。饱和时，磁阻不是一个常数,因此不能用叠加原理。若铁芯中的磁通密度很小，没有饱和，则可以用叠加原理。

电子教材

电子教材

一、电子教材的概念

从术语上看，电子教材是一种电子化的教材，早期电子教材仅仅是对纸质教材的电子化，即采用磁带、光盘和网络作为教材的载体，用多媒体技术来丰富教材内容及表现形式。（以CAI课件或教学应用软件为主要形态的“电子教材”）

关于电子教材的概念，目前并没有统一界定，有研究者强调电子教材的数字化资源属性，如台湾学者吕正华（2009）认为电子教材是纸质教材的另一种版本；Jun（2009）指出电子教材是将纸质课本的内容数字化后存储在电子媒介中，用户通过互联网阅读、收看、收听。有研究者关注电子教材的富媒体特征，如徐行等人（2003）认为电子教材将各种声音、文字、图片和影音文件集于一体，使传统纸质教材和教学手段中难以实现的实验和动态演示过程得以轻松实现，有助于帮助学生理解重点、难点；项国雄（2005）认为电子教材以网页形式存在，不受时空局限，可供教师、学生和家长反复使用，数据更新速度快且及时，具备共享性、开放性、动态可生成性等特征。还有研究者从电子书和教学系统角度考察电子教材的应用，Porter（2010）认为电子教材集电子阅读软件和电子书内容于一体；祝智庭等（2011）把电子教材理解为一类特殊的电子书，从阅读性和教学性角度对教材的功能属性进行了规定；李林等人（2011）认为电子教材是以信息技术、多媒体技术为基础开发的教学系统。

早期的国家标准《电子出版物术语》将电子出版物定义为：“将信息以数字化的方式存储在磁、光、电等介质上，可复制发行，并通过计算机或者具备类似功能的设备进行阅读使用、以表达思想、普及知识和传播文化的交互性的大众传播媒体”。新闻出版总署认为电子书是指因预装或下载文字、图片、声音、影像等数字化信息内容出版物而具有大众传播媒体性质的手持阅读器，其把电子书理解为一种新型出版物形态，包含内容、阅读软件和阅读设备三要素，三者皆可冠以“电子书”的名称。教材有广义和狭义之分，狭义的教材主要指教科书，是指根据各科教学大概（或课程标准）编写的教学用书（顾明远，1990）；钟启泉（2001）则认为教科书是在学科课程的范畴之中系统编制的教学用书，反映了教育理念。

电机的相关学习资料

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电机检修内容

一、分解电机

1）分解引线

2）测绝缘并作好记录

高压电机用2 500 V兆欧表测量，一般按电压每千伏绝缘电阻应不低于1 MΩ，低压电机用500 V兆欧表测量，绝缘电阻值应不低于0.5 MΩ，否则要找出原因，进行处理，受潮时要按本规程“电动机干燥”部分进行烘干

3）分解连接对轮及其护罩

4）拆底脚螺丝。

5）电机移位

把电机移放在适当的位置，要放置稳固以免滚动，放置地点应清洁，干燥，防止油、水、汽喷到电机。移位时要注意地脚垫片对原位保存好，或交给所属机械部门收存。电机移位放置的方向，必须和抽转子时的吊车或猫头吊走向一致。

6）拆对轮

按对轮大小，选装适当拉马，调整拉马顶丝杠与轴中心对正并加一定紧力，对轮紧力不大的可不加温即能拉下，紧力大的对轮要用火焊加温，边转动边烤，使其受热均匀，加温不可时间过长，温度不得超过200 ℃，当温度达到合适时迅速将对轮拉下，在对轮拉至将与轴脱开时，要将对轮吊好或抬好以防碰伤，对轮拉下后作好键的位置标记，取下存放好。

7）拆下风罩

8）拆下外风扇

方法同拉对轮，若是靠紧固螺丝上紧的风扇，松开紧固螺丝，即可撬下，作好键的位置标记，取下存放好。

9）拆端盖

首先做好外轴承盖对端盖，端盖对机座的相对位置标记，先拆下外轴承盖，再拆下端盖螺丝，用此螺丝装在顶丝孔内，均匀的、对角将端盖顶开，在端盖上装好吊环并吊好，用撬杠在两侧对称点慢慢将端盖撬下，用撬杠时不要碰伤线圈，要防止端盖歪扭和下落，碰伤绝缘和轴，放好端盖，避免止口受伤。在拆第二个端盖时，要注意不要使转子铁芯擦伤静子铁芯和静子线圈，必要时可在静子气隙间垫以厚纸板。

10）抽转子

二、异常现象及处理方法

* 电机发出尖锐不正常声响时

1、检修转子

1）检查铁芯

2）检查鼠笼导条

3）检查转子绕组和滑环（或整流子），对转子绕组要求同静子绕组，尤其要注意绑线和固定环完好。用干燥洁净的压缩空气吹净滑环表面及两侧用清洗剂除净油污。检查滑环和连线，应接触良好，牢固。滑环表面应光滑，无烧伤，不平度不大于0.5 mm，偏心度不大于0.1 mm。