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电机学1绪论

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电机学绪论

电机学绪论

• 非铁磁材料的磁化曲线是线性的. • 铁磁材料的μ很大且不是常数,呈非线性.
四﹑铁磁材料的B-H曲线 2﹑铁磁材料的B-H曲线 分析:oa段:起始段,μ小,I↑ H↑; ab段:μ迅速增 大,I↑ H↑ B↑ , B-H线性; bc段:进入饱和区, μ变小,I↑ H↑ B↑ (但缓慢),c为饱和点.
一、磁场﹑磁路
一、磁场﹑磁路
1、磁场: 电流
磁场
2﹑磁路: 磁通经过的路经
电和磁是构成电机的两大要素 电机中的磁场常简化为磁路来处理
二﹑磁感应强度(磁通密度) B﹑磁通量Ф 磁通Ф: 磁场中某一面积的磁感应线数称为通 过该面积的磁通量,简称磁通Ф。 磁感应强度(磁通密度）B:单位面积的磁感应线数
B S cos
Ф 是标量:单位wb Ｂ 是矢量,单位:wb/m2 ,或 T
三﹑磁场强度H﹑磁导率μ 1﹑磁场强度H:
B H
• H是矢量,单位:A/m（安/米） 2﹑磁导率μ:物质的导磁能力，μ单位:H/m（亨/米）
磁路的材料不同，其导磁性能也不同。 • 非铁磁材料:空气,铜,铝,绝缘材料等;
2 PFe Ph Pe (k h f Bm ke f 2 2 Bm )V n 2 V 经验近似: PFe k Fe f 1.3 Bm
(1 12)
六、全电流定律—安培环路定律
全电流定律:磁场强度矢量H沿任一闭合路径的线积分等 于穿过该闭合路径的电流的代数和。且积分回路的绕行方 向和产生该磁场的电流方向符合右手螺旋定则
0 4 10 7 H / m
• 铁磁材料:铁,镍,钴及其合金等;
r 0 且 远大于 0
r :相对磁导率
四﹑铁磁材料的B-H曲线

东北电力大学电机学ppt讲义第01章

东北电力大学电机学ppt讲义第01章

电机学的研究内容与学习方法
研究Байду номын сангаас容
电机学的研究内容包括电机的原理、设计和控制等方面。具体包括电机的磁场理论、电机的运行特性、电机的控 制技术等。
学习方法
学习电机学需要掌握数学、物理和电气工程学科的基本知识，同时需要注重实验和实践能力的培养。建议学生多 阅读教材和学术论文，参加学术交流活动，加强实践操作和实验研究，以提高学习效果和掌握电机学知识的能力。
电机学的发展历程
早期发展
电机学的发展可以追溯到19世纪初期，当时人们开始研究电磁感应现象和发电机的原理。
20世纪发展
进入20世纪，随着电力工业的迅速发展和电气化进程的加速，电机学得到了广泛的应用和研究。同时，随着计算机 技术和控制理论的不断发展，电机控制技术也取得了重要的进展。
现代发展
进入21世纪，随着可再生能源和智能电网技术的快速发展，电机学的研究和应用领域不断扩大。同时， 随着人工智能和机器学习技术的不断发展，电机学的研究方法和技术也在不断创新。
变压器结构与特性
变压器结构
变压器主要由定子（包括铁心和线圈 ）和转子（包括变压器油和散热器等 ）组成。
变压器特性
变压器通过电磁感应原理实现电压、 电流和阻抗的变换，其特性表现在电 压、电流和匝数之间的关系上，可以 通过改变匝数比来控制电压的变换。
04
电机学实验
电机实验的目的与要求
掌握电机的基本原理
通过实验，使学生能够深入理解电机的基本原理和工作特性，为后 续的学习和研究打下坚实的基础。
提高实验技能
实验是培养学生动手能力和实践技能的重要途径，通过电机实验， 学生可以锻炼自己的实验技能，提高分析和解决问题的能力。
培养创新思维

电机学课件

电机学课件

第0章 绪论
电能是现代社会的最主要能源，电能主要由发电机产生， 电能是现代社会的最主要能源，电能主要由发电机产生， 它主要实现以下四种能量的转换： 它主要实现以下四种能量的转换： 化石能转化为电能－火力发电机； 化石能转化为电能－火力发电机； 水能转化为电能－水力发电机； 水能转化为电能－水力发电机； 核能转化为电能－核力发电机； 核能转化为电能－核力发电机； 转化为电能 风能转化为电能－风力发电机。 风能转化为电能－风力发电机。
第0章 绪论
§0.3 电力拖动控制系统的组成
电力拖动控制系统是用电动机来拖动生产机械运行的系统。 电力拖动控制系统是用电动机来拖动生产机械运行的系统。 包括：电动机、电源、控制设备、传动机构和生产机械四个部分。 包括：电动机、电源、控制设备、传动机构和生产机械四个部分。 它们之间的关系如下 电源
控制设备
第0章 绪论
第0章 绪论
电动机： 电动机：
第0章 绪论
手机震动电动机
第0章 绪论
电动自行车所用的无刷直流电动机
第0章 绪论
4 电机是控制系统和智能化装置的重要元件（控制电机） 电机是控制系统和智能化装置的重要元件（控制电机）
作为控制系统中的执行元件、检测元件和解算元件。 作为控制系统中的执行元件、检测元件和解算元件。 如：伺服电机、测速发动机、自整角机和旋转变压器等。 伺服电机、测速发动机、自整角机和旋转变压器等。
第0章 绪论
§0.2 电机的分类
1 按结构形式及电磁感应方式分 变压器 电机 旋转电机 交流电机 同步电机 直流电机 异步电机
第0章 绪论
2 按功能分
(1) 发电机：把机械能转换成电能。 发电机：把机械能转换成电能。 (2) 电动机：把电能转换成机械能。 电动机：把电能转换成机械能。 (3) 变压器：改变电源电压。 变压器：改变电源电压。 (4) 控制电机：作为控制系统的控制元件或执行元件。 控制电机：作为控制系统的控制元件或执行元件。

电机学绪论

电机学绪论

两种方法归纳如下： 变压器 直流发电机 直流电机
直流电动机
电机 同步电机
同步发电机
同步电动机
交流电机
异步电机 控制电机
异步电动机
异步发电机
3.电机在国民经济中的作用 电能是现代常用的一种能源，具有大量生产、集中管理、 远程传输、自动控制等优点。
发电
输电 升压 变压器
降压 变压器
用电
发电机
配电 变压器
用户
电机在电力系统、工农业生产、日常生活、控制领域、 航空航天等领域起重要作用。例:
（1）电力工业中生产电能的发电机；电网输送电、分配电变压器。 （2）工农矿企业中机床、起重机、轧钢机，水泵、风机、排灌、辗米、抽 水等驱动电动机。 （3）交通运输电力机车、汽车驱动电机，船用电机等。 （4）日常生活民用驱动电机、电动工具等， （5）国防文教医疗中各种控制、驱动、伺服电机等。
N 1匝
磁路长度l
N 2匝
铁芯磁路
3)磁通Ф: 磁场中某一面积的磁感应线(B线)数称为通过该面 积的磁通量,简称磁通Ф。
4)磁感应强度B:
B是矢量,单位:wb/m2 ,或T dΦ B ds Ф是标量:单位wb
5)磁场强度H:表征磁场性质的另一个基本物理量。 H是矢量,单位:A/m B与H关系: B H
为速度电动势
e Blv
。
B 、 l、 v
三个物理互相垂直，其方向
关系可用右手定则确定. b)变压器电动势:线圈不动，穿过线圈的磁通随时间交变， 在线圈绕组中感应电势。
如下图所示，当线圈中的磁链发生变化时，线圈
中将有感应电动势产生。
d d e N 感应电势的表达式： dt dt 线圈中的感应电动势将倾向于阻止线圈中磁链的变化。 电动势﹑电流与磁通的正方向符合右手螺旋定则。

电机学绪论

电机学绪论
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
《电机学》电子教案 电机学》
吕宗枢 主编
高 等 教 育 出 版 社 高等教育电子音像出版社
1
《电机学》目录
绪 论 第一篇 变压器 第1章 变压器的基本工作原理和结构 第2章 变压器的基本理论 第3章 三相变压器 第4章 变压器的运行 第5章 三相变压器的不对称运行 第6章 特殊变压器
直流电动机* 直流电动机* 直流发电机 工作原理 基本结构 运行特性 试验方法
6
绪 论
0.2 电机中所用的材料和铁磁材料的磁特性
一、电机中所用的材料 1.导电材料: 1.导电材料: 导电材料 紫铜线、铝线，用于制成电机绕组。 紫铜线、铝线，用于制成电机绕组。
2.导磁材料: 0.35或0.5mm厚的硅钢片叠成,构成电机磁路。 2.导磁材料: 0.35或0.5mm厚的硅钢片叠成,构成电机磁路。 导磁材料 厚的硅钢片叠成 3.绝缘材料：把导电体之间、导电体与铁磁体之间绝缘开来。 3.绝缘材料：把导电体之间、导电体与铁磁体之间绝缘开来。 绝缘材料 绝缘等级 允许温度 OC
9
绪 论
0.3 电机理论中常用的基本电磁定律
一、电磁感应定律 （两种形式） 两种形式） 1.切割电动势 1.切割电动势
e = B l v （方向：右手定则） 方向：右手定则）
2.变压器电动势 2.变压器电动势
e = −N dφ 方向：右手螺旋定则） （方向：右手螺旋定则） dt
二、电磁力定律 方向：左手定则） f = B l I （方向：左手定则）
U=RI
G m = 1 / Rm
磁压降 F=Hl 磁路基尔霍夫 第一定律 磁路基尔霍夫 第二定律
F = Φ Rm
ΣΦ i = ΣΦ o

电机学课件PPT重点整理

电机学课件PPT重点整理

1.绪论’磁场B:T ，磁场强度，磁通密度H:A/m ，磁导率μ:H/m ；μ0=4π×10-7 H/m ；磁化曲线：又称B-H 曲线，，与B 轴交点为剩磁，与H 轴交点为矫顽磁力；铁耗：磁滞损耗和涡流损耗；磁场能量密度1/2w BH =⨯，主要存储在气隙中；2/L I N ψ==Λ；感应电流阻止磁通变化；变压器电势：交流电产生，运动电势：动生，线圈相对磁场运动。

2.变压器’油浸式：铁芯和绕组泡在油中，干式；导磁材料：0.35mm 硅钢片，减少涡流，提高磁导系数；铁芯式，铁壳式（低压大电流）；电压↑→，套管级数上；S N 为三相和，U N 为线电压；空载电流产生主磁通Φ 和漏磁通Φ1σ；E 1,2=4.44fN 1,2Φm ，Φm 为 每极磁通最大值，E1,2为原副边电动势有效值；励磁电流的大小和波形受磁路饱和、磁滞及涡流的影响；磁路饱和→i m 为尖顶波；铁耗→i m 为不对称尖顶波；等效正弦波与之有相同的有效值，与尖顶波的基波分量有相同频率且同相位；I m =Iμ+I Fe = I μ+I h (磁滞)+I e (涡流)；，；漏感为常数；传递功率靠互感；无论有无负载，主磁路上全部磁势之和产生主磁通；归算变比K=N1/N2；电流归算：磁动势不变、电压-电磁功率、电阻-二次铜耗、漏抗-二次无功损耗；空载特性U 0=f (I 0)，短路特性U k =f (I k )，U kN =Z k*Z k*小的变压器先满载；电压变化率定义在二次侧带负载电压变化与空载电压比值，ΔU%= (1-U 2*)*100%；；负载系数β=I 2/I 2N ；容性中间是减号；；可变损耗等于不变损耗时，效率最大；通过电势平衡和磁势平衡实现能量传递；铁耗角tg -1r m /x m ；磁路饱和增加→励磁电抗减小；3.磁化电流原是尖顶波，由于Y 形连接的三相变压器组不能通过三次谐波→主磁通平顶波→感应出三次谐波电流→走主磁路产生三次谐波电势（很大）→过电压危害绝缘；三相铁芯式变压器由于三次谐波电流同相只能走漏磁路，所以三次谐波电流很小（会发热，容量限制1800kVA ）；并联条件：①次级电压相等同相②电流与容量成比例，为同时满载③每台变压器所分担的负载电流均为最小；不同连接组不能并联，变比类似，防止形成环流；短路电压小的先满载；负载电流同相位：短路电阻与短路电抗的比值相等，有功无功相等；S 1:S 1=S N1/U K1:S N2/U K24.YNd 零序阻抗很小，易发热；YNy 无零序电流，但感应零序相电势，零序阻抗较大，造成电压不对称；三相独立：零序磁导大，零序励磁阻抗大；三相关联：漏磁路，抗小；YNy 测量零序励磁阻抗：次级线圈三相首尾连接，加单相电源，初级线圈开路；5.特种变压器’自耦变压器变比K=(E 1+E 2)/E 2；电磁二重耦合；电磁感应和直接传导功率；绕组额定容量是铭牌标称额定容量的(1-1/Ka)倍，直接传导容量为1/Ka 额定容量；通过电磁传导的功率越小，尺寸和损耗越小，短路电流越大；较小的电压变化率和较大的短路电流（需要保护）；应用于电压等级相差不大的输电线路的连接；第三绕组消除谐波；电压互感器，次级100V ，电流互感器次级5A 或1A ；电压互感器二次侧仪表并联，严禁短路，互感器铁芯和次级线圈一端应该接地；电流互感器：N 1<N 2；若开路：励磁电流过大，铁芯过饱和，发热严重，且二次侧感应高电压；6.绕组与电动势’槽距角α=360p /Z ；极距τ=Z/2p ；单层绕组：10kW 以下小型异步电机，p=1234；单层绕组中属于同一相共有p 个线圈组，每个线圈由q 个线圈组成；常用等元件绕组、链式绕组、交叉绕组和同心式绕组；双层绕组中属于同一相共有2p 个线圈组；短距时产生大大电势差，上下应加强绝缘；每极磁通φm =(2/π)B m l τ；60f=pn ；线圈感应电动势，节距因数Kp=cos (β/2)，因一个线圈两边而产生；分布因数Kd=(Sin q α)/( q Sin α)，由线圈间叠加时的电动势差引起，每个线圈电动势*q 再*Kd ；最后根据是单层还是双层绕组决定乘以q 还是2q ，再除以a ；每相串联匝数定义为N=2pqNc/s ，这样每相电动势有效值可以用E=4.44fNK φm ，N 为每相物理串联匝数，Kn 为绕组因数；v 次电势谐波：极对数p v =vp ，极距τv =τ/v ，f v =vf 1；v 次电势谐波的绕组绕组因数只要把α、β换成v α、v β；谐波主要影响电动势波形、增加损耗（热量）、高频干扰、自身电感电容自激产生过电压、异步机产生有害的附加转矩和附加损耗；削弱方法：①磁场：使气隙磁势接近正弦，采用极靴等②短距、分布③星形连接消除3x 次谐波；短距削弱谐波公式：y=(1-1/v)*τ；交流绕组的组成原则：获得较大的基波电势，尽量减少谐波电势，且保持三相电势对称，节约铜线。

电机学绪论ppt

电机学绪论ppt

课程特点和学习方法建议
(7)科学实验是研究电机的一种重要方法，所以要 重视实验。实验要2~3人一组，自己动手去做，并在理
(8)要经过听课、课后复习、做习题、再复习，做 实验、写实验报告、再复习，从理论到实践、从实践 到理论的多次反复，才能逐步掌握课程内容，使学到 的知识逐步巩固起来。
首先是弄清电机的基本结构和主要部件的功能， 再根据电机的磁路和电路，分析空载和负载时电机内 部的磁场，初步弄清这种电机的工作原理，这是第一
(2)导出电机的运动方程 运动方程是磁动势方程(磁链方程)、电压方程和 转矩方程的总称。导出运动方程就是把电机内所发生 的电磁过程、机电过程和动力学过程，利用电磁学和 动力学的基本定律，用数学方程的形式将其表达出来， 这是第二步。这一步也称为“建立数学模型”。
绪论
电机在国民经济中的作用 电机发展简史 我国电机工业发展概况 电机的分析方法 本课程的任务 课程特点和学习方法建议
电机在国民经济中的作用
电机是一种机电能量转换或信号转换的电磁机 械装置。就能量转换的功能来看，电机可分为发电机 和电动机两大类。
发电机用以把机械能转换为电能。在发电站中， 通过原动机先把各类一次能源蕴藏的能量转换为机械 能，然后通过发电机把机械能转换为电能，再经输、 配电网络送往各种场合供公众使用。
我国电机工业发展概况
从仿制阶段到自行设计阶段一直到研究、创新阶段， 经过50年的努力，我国已经建立起自己的电机工业体系， 有了统一的国家标准和统一的产品系列，建立了全国性 的研究实验基地和研究、工程技术人员队伍。
在大型交、直流电机方面，研制成功2×5000kW 的直流电动机，4700kW的直流发电机和42MW的同步 电动机。
课程特点和学习方法建议
(3)注意推导基本公式(电动势公式，电磁转矩公式， 磁动势公式)和基本方程时有哪些假定，使推导得以合 理简化；推导时应用了哪些基本电磁定律和力学定律， 哪些原理、理论和方法。重要的公式和方程要自己独立 地推导一遍，找出其中的关键点。总之，在基本理论、 基本方法和基本概念上，要花大气力去钻研。

电机学-第0节-绪论1

电机学-第0节-绪论1

4．国家电力信息网 5．发电机组网

6．中小型电机

7．微电机

8．中国专利局

9．美国专利局

教材
汤蕴璆、史乃主编，电机学(第二版)，机械工业出版社.
电冰箱：>1000万台/年，电量少15% 洗衣机：>1100万台，噪音降低10分贝，节
省电能50%，节水20%
永磁直流无刷直流电动机外形图
☆ 特殊新用途（电磁发射，纳米电机）
电磁发射技术的发展及其军事应用，王静端， Vol.26,No.1March,2001，火力与指挥控制
超微电机与微型机器人技术 人工心脏技术
(2)电机领域我国正在研究的项目举例 在国家自然科学基金网站
选择 “信息检索”， 进入 https:///project我国正在研究的项目。
下面是几个实例：
☆ 航天超声波电机 ☆ 高速发电的发电机 ☆ 人工肌肉直线电机 ☆ 超导电机 ☆ 电动机故障诊断
与电网相连 的高压出线端
3.用电环节——电动机
拖动生产机械如金属切削、矿山机械、交通运输机 械、起重机械、化工机械、农用机械、电动工具、 家用电器等
1）各行业广泛使用电动机
2）在高新技术领域的新应用
控制系统和智能化装置的重要元件
☆ 信息技术（雷达驱动） ☆ 航天航空航海 ☆ 生物医学工程（多种医疗设备）
的用户，需要将发电机输出的 20 kV 左右的电 压升高。在我国，一般升高到220kV或500kV。 为了输送一定大小的功率、采用高电压。
20kV/500kV(220kV)
500kV(220kV)/110kV
110kV/35kV
35kV/10kV
10kV/380V

绪论1

绪论1

lg lc Fm Φ Φ ΦRmc Rmg μSc μ0 Sc
（1-10）
上式说明，磁路的磁动势Fm等于磁通与铁心磁阻Rmc和气隙 磁阻Rmg串联值的乘积，这与串联电路的分析相似。由于铁心的导 磁率远远大于气隙的导磁率，即0，RmcRmg，因此，由磁动 势Fm产生的磁通 或磁通强度B主要就取决于气隙的性质，即
统，以进一步提高生产效率。
12
三、本课程的性质、任务和要求 本课程是自动化专业、电气工程及其自动化等相关专业的一
门专业基础课，其任务是使学生掌握电机的基本结构、工作原理
和性能参数，电力拖动系统的各种运行方式、动静态性能分析以 及电机的选择和实验方法，为进一步学习“电力电子技术”、 “电力拖动控制系统”、“PLC控制系统”等课程准备必要的基 础知识。学习本课程必须具备“电路原理”或“电工基础”课程
状复杂的磁路分段处理，简化成若干个几何形状规则的简单磁 路的组合。
25
三、电磁感应定律 1. 电磁感应定律 1831年，法拉第通过实验发现了电磁学中最重要的 规律——电磁感应定律，揭示了磁通与电压之间存在如 下关系： 1）如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将 在线圈中感应出电动势； 2）感应电动势的大小与磁通的变化率成正比，即
图1-1 载电导体产生的磁场
如果载流导体是匝数为 N的线圈（如图 1-2 ），则上式可表 示为
Ni H l
（1-2）
16
2. 磁通密度 通常把穿过某一截面S 的磁力线根数被称为磁感应强度， 用磁通 来表示。在均匀磁场中，把单位面积内的磁通量称为 磁通密度B，且有
Φ B S
（1-3）
3. B-H 曲线 磁场强度H与磁通密度B存在一定的关系，在真空中它们成 正比关系，即

电机学绪论

电机学绪论

风电厂
柴油发电机组，用于备用电源、 应急电源、独立电源系统。
输配电
变压器
变压器用来改变交流电压，实现交流电能 的经济传输和合理分配； 变压器用于各级变电站；
各种生产
电动机
电动机做为原动机拖动各种生产机械；
据统计，我国电动机的耗电量占发电量的 60%以上； 电动机广泛应用于工业、农业、交通运输、 国防、日常生活等领域；
1、历史
1831，Faraday 1832，Pixii 电磁感应定律 直流发电机
1882，Depratz
1885，Ferraris
输电线
两相交流电机
1889，Doliv_Dobrovsky 三相交流电机
下图是至今保留在美国麻省理工学院的由爱迪 逊发明的一种直流电动机。
2、现状
汽轮发电机 1300MW 水轮发电机 700MW 核电机组 1500MW 瑞士BBC为美国制作； 美国大古力水电三厂； 前苏联石磨沸水机组；
电机学
Electric Machinery
绪论
一、电机在国民经济中的作用 二、电机的定义 三、电机的分类 四、电机的发展简史 五、本课程的性质 六、本课程的特点 七、本课程学习方法建议
一、电机在国民经济中的作用
电能是现代社会最主要的能源，电机 是电能生产、传输与利用最重要的能量转 换机械，不仅应用于各行各业的生产，而 且还广泛应用于人们的日常生活中。
冷连扎机组
电力排灌工程
磁悬浮列车
全电飞机
二、电机的定义
根据电磁感应原理而运行的电磁机械，用 于机械能与电能之间的转换或者不同形式的 电能之间的变换； 电机本身不是能源，只是转换或传递能量 的机械装置；
三、电机的分类
变压器

电机学 chap1 绪论

电机学 chap1 绪论

磁场储能
磁场是一种特殊形式的物质，磁场中能够储存能量， 在磁场建立过程中，能量由外部能源转换而来。
电机——通过磁场储能来实现机、电能量转换
体积能量密度
Wm
1 2
BH
1 2
BHdv
V
磁场能量12 主B要2 存储在气隙中
电感
磁链Ψ 磁通Φ 磁导 电感 L
– 自感 – 互感 – 漏电感 – 电抗
电机学
绪论 变压器 交流电机共同理论 异步电机
绪论
电机的发展 主要类别 基本作用原理——多个（电磁）定律 电机可逆性原理 电机的材料 作业
电机的发展
1．电机的发展初期
▪ 电磁感应定律的发现——1831年法拉第 ▪ 直流电机的发展 ▪ 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
线圈中的感应电势将倾向于阻止线圈中磁链的变化
e d
dt
e Blv
两种感应电势
线圈中磁链的变化 (1)磁通本身就是由交流电流所产生，也就是说
磁通本身随时间在变化着，这样产生的电势称 为变压器电势。（线圈与磁场相对静止） (2)磁通本身不随时间变化，但由于线圈与磁场 间有相对运动而引起线圈中磁链的变化，这样 产生的电势称为运动电势或速度电势
电机的主要类别
电机的作用——转换能量，输入及输出 机械运动——传递机械功率
定子、转子、气隙
据能量转换分
▪ 发电机——将机械功率转换为电功率 ▪ 电动机——将电功率转换为机械功率 ▪ 变压（流、频、相位）器——将电功率转换为另一种形式的
电功率 ▪ 控制电机——电气机械系统中调节、放大和控制作用
磁路的基尔霍夫第二定律
– 沿着任一闭合回路，其总磁压等于总磁势

电机学 第一章 绪论

电机学 第一章 绪论
即 • 7. 磁路与电路的异同 • （1）同：绝大多数概念等价 • （2）异：a 电流是电荷的移动
磁通是假想的用于描述磁场的量 b 直流电流通过电阻消耗能量
恒定磁通通过磁阻不消耗能量
16
六、B－H曲线
• 1．磁化曲线 • 起始段：μ较小； • 线性区：μ（较大）近似为直线 • 饱和区：μ很小，H增大，B基本不变
Bg
Ag
1.25
Hg
Bg
0
0.994106
Fg H g Lg 5964
• 3．总体
所需的总磁势为
F＝FI + Fg = 6162(A) 线圈所需的励磁电流为
* 机：机械能，电机中与之相关的有转矩、 转速等。
9
一、磁场、磁感应强度
• 磁场：运动电荷（电流）周围存在的一种特殊物质 • 洛伦兹力：磁场中载流导体所受到的力 • 磁感应强度：描述磁场强弱的物理量 B
二、磁力线、磁通量（Φ）
1.磁力线
（ 1）定义：用假想存在的曲线来表示磁场的分布，
（ 2）性质： – “符合右手螺旋定则”； – “永不相交，确定点的B方向确定、唯一”； – “闭合、无起点、终点”。
• 2.磁路欧姆定律
* （1）部分磁路
• 电路：R＝U／I
• 磁路：
R.磁阻
Rm
l
S
F Rm rm
– 比较电阻：
R l
S
15
• 4．磁导
1 S
Rm
l
• 5．磁路第一定律（节点定律）
根据磁通的连续性原理，流入磁路节点的磁通的代数和等于0.
0
• 6．磁路第二定律（回路定律） Um Ik F
10
2.磁通（磁通量）：通过磁场某一面积的磁感应

电机学-绪论ppt课件

电机学-绪论ppt课件

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）

1电机学- 绪论

1电机学- 绪论

电机学－绪论
0.2电机在国民经济中的作用

驱动生产机械和装备，构成电力拖动系统 拖动生产机械如金属切削、矿山机械、交通 运输机械、起重机械、化工机械、农用机械、 电动工具、家用电器等； 构成控制系统和智能化装置的重要元件
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
0.2电机在国民经济中的作用

电能的生产、传输和分配：

发电机：一次能源有水资源、煤石油等热能、风能、原子能、地热等 水利资源 水轮机 水轮发电机 煤、石油等热能 锅炉、汽轮机 汽轮发电机

变压器（电力系统中的变电所）
枢纽变电所、 中间变电所、地区变电所、终端变电所
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
n
Y C
变压器结构原理 图
X
n
A Z Y
A
C
Z B
B X
凸极同步发电机结 构原理图
笼形感应电动机结 构原理图
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
电机的定义
电机：依靠电磁感应作用而运行的电气设 备。用于机械能和电能、不同形式的电能 或者信号的传递与转换。
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
注意：

电机本身不是能源，而只是能量转换和传递的转换器 ；要从电机输出能量，必须先给电机输入能量，能量 转换或输送过程遵从能量守恒定律。 任何一种电机的输入、输出能量中至少有一方必须为 电能，或者双方都是电能。 电机是以电磁感应为基本作用原理来运行的，利用其 他原理（光电效应、热电效应、化学效应等）产生电 能的装置不包括在电机的范围内。

电机学1 绪论

电机学1 绪论
式中各电流的符号由右手螺 旋定则确定。 旋定则确定。
对右图所示情况， 对右图所示情况，可得
∫ C H ⋅ dl = ∫ C ′ H ⋅ dl = ∑ i = i1 − i2 + i3
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0.4.2 基本电磁定律
i e
3.法拉第电磁感应定律 3.法拉第电磁感应定律
当电动势与磁链的参考方向满足右手 螺旋定则时， 螺旋定则时，电动势可表达为
用于独立系统中的发电机。 用于独立系统中的发电机。
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火力发电厂原理图
火力发电厂原理图
火力发电厂原理图
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变压器的用途
主要用于各级变电站中。 主要用于各级变电站中。 改变交流电能的电压， 改变交流电能的电压 ， 实现交流电 能的经济输送和合理分配。 能的经济输送和合理分配。
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电机的新发展
与微电子技术、 计算机技术、 自动控制技术、 与微电子技术 、 计算机技术 、 自动控制技术 、 电 力电子技术和超导技术等的发展相结合。 力电子技术和超导技术等的发展相结合。 原材料性能和制造工艺水平的提高。 原材料性能和制造工艺水平的提高。
电力电子技术 永磁材料 蒸发冷却技术
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电动机的用途
有特殊要求的航空电机、船用电机和推进电机等。 有特殊要求的航空电机、船用电机和推进电机等。
航空和航海业 日常生活
电风扇、洗衣机、吸尘器、空调、电冰箱、微波 电风扇、洗衣机、吸尘器、空调、电冰箱、 播放机、 炉、DVD播放机、电动按摩器、电动工具等。 播放机 电动按摩器、电动工具等。
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0.2 电机的分类
性 质
任何一种电机的输入、 输出能量中， 任何一种电机的输入 、 输出能量中 ， 至少有一方 必须为电能，或者双方都是电能。 必须为电能，或者双方都是电能。 电机本身不是能源， 而只是转换或传递能量的机 电机本身不是能源 ， 械装置。 械装置。 要从电机输出能量， 必须先给电机输入能量， 要从电机输出能量 ， 必须先给电机输入能量 ， 其 能量转换或传递过程遵从能量守恒定律。 能量转换或传递过程遵从能量守恒定律。

上海电力学院 电机学精品课件 第1章 绪论

上海电力学院 电机学精品课件 第1章 绪论

第一章 绪论
§1.1 概述
直流电动机
2007年5月18日星期五 8
第一章 绪论
§1.1 概述
1.1.3 电机的材料
电⇒电路⇒导电材料：铜、铝——线圈 材料 磁⇒磁路⇒导磁材料：硅钢、矽钢、钢、 铁——铁心材料
1.1.4 电机的地位和作用
电机在国民经济建设中起着重要的作 用,随着生产的发展和科学技术水平的提 高,它本身的内容也在不断的深化和更新。
真空μ=μ0=4π×10-7亨/米，为常数 铁磁材料： μ不为常数，与B有关，为μ0 的几百—几千倍
2007年5月18日星期五 12
§1.2电机中的基本电磁定律
第一章 绪论
磁化曲线
铁磁材料的特性： ①具有高的导磁性能； ②磁化曲线呈非线性 （饱和特性）.
B H
磁滞现象
HC—矫顽力 Br—剩余磁感应强度
1.1.2 电机的主要类型
电机
{
静止电机： 变压器等 直流电机 旋转电机： 同步电机 交流电机 异步电机
{
{
2007年5月18日星期五
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第一章 绪论
§1.1 概述
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第一章 绪论
§1.1 概述
2007年5月18日星期五
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第一章 绪论
§1.1 概述
永磁同步电动机
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2007年5月18日星期五
HC Br
Bm
13
§1.2电机中的基本电磁定律
第一章 绪论
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 φ（磁通） 韦伯 φ＝B*S Rm(磁阻) F(磁动势)

电机学-绪论

电机学-绪论
“发电机之父” 。
齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院
绪论
与此同时,西门子接着制造更好的发电机,并着手研 究由电动机驱动的车辆,于是西门子公司制成了世界
电车。
1879年,在柏林工业展览会上,西门子公司不冒烟的 电车赢得观众的一片喝彩。西门子电机车当时只有3 马力。 后来美国发明大王爱迪生试验的电机车已达12-15
齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院
绪论
1870年格拉姆(1826～1901)将T形电枢绕组改为环 形电枢绕组,发明了直流发电机,在设计上,直流发电 机和电动机很相似。 后来,格拉姆证明向直流发动机输入电流,其转子会 象电动机一样旋转。于是,这种格拉姆型电动机大量
制造出来。效率也不断提高。因此，格拉姆被誉为
整流子，将交流电变为直流
电。
图5 皮克西发明的永久磁 铁型旋转式交流发电机
齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院
绪论
1832年，俄籍德国人H.F.E. 楞次提出“电动机－发电机” 原理--楞次定律 证明 发电机 和电动机是 可 逆的 但 1870 年 以 前 ， 直 流 发 电
机与电动机一直独立发展着
齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院
齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院
绪论
1845年,英国惠斯通用电磁铁代替永久磁铁,并取 得专利权。这是增强发电机输出功率的一个重要措 施。 1857年,惠斯通发明自激电磁铁型发电机。
1866年,西门子的创始人维尔纳.冯.西门子制成直
流自激、并激式直流发电机。1867年在巴黎世界博 览会上展出第一批样机。西门子首次完成把机械能 转 换 成 为 电 能 的 发 明 ， 从 而 开 始 了 19 世 纪 晚 期 “ 强电 ”技术时代。
绪论
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二、课程前后的连贯性强
各种电机都存在共性 例如，各种电机的原理都是以电磁感应定 律和载流导体在磁场中受力作为基础。 则要求： 学生不但要掌握前面所学的基本理论，而 且在学后续内容时要善于比较找出不同电 机的共同处和不同点，以便更好地掌握各 类电机的特点。
三、课程以定性分析为主 概念多，理论性强。要求：








2、直流电机的发展： 电能的最早应用是供给照明和电化学工业的 需要，所以最初发展的电机是直流电机。 1845年，用电磁铁代替了永久磁铁。 1867年，制成了自励发电机。 1882年，建成了第一条直流输电线路。 远距离输电需提高单机容量及运行电压，使 其发展受到了限制。 3、单相交流电的应用： 1876年交流电应用于照明装置，不久有了原 始型式的同步发电机和变压器。
作业、实验： 一定数量的作业和4个设计型实验：
变压器综合实验 同步发电机的综合实验 三相异步电动机综合实验 直流电机综合实验
磁路基本知识

一、常用物理量 二、铁磁材料的性质 三、常用基本电磁定律 四、电磁感应定律
一、常用物理量：
1、磁感应强度 (magnetic flux density)
s
电机的每极磁通，即穿过每个磁极横截面的全部磁通， 是设计、计算电机的重要基础数据。
特别：在均匀磁场中，若 B 与 S 垂直，则Φ ＝BS。
1T 1Wb / m
2
3、磁场强度(magnetic field intensity) H （向量）
单位：安匝/米，At/ｍ． 是描述磁场强弱和方向的辅助物理量。 在电机和变压器中常常使用该物理量。 它与磁感应强度的关系： B ＝μ H， μ为磁导率(permeability)，单位为H/ｍ，

交流三相制发电厂的迅速发展，使高 速运转的汽轮发电机代替了蒸汽机为原 动机的发电机，把社会生产力推进到电 力时代，第二次技术革命。
近代发展及今后发展的主要趋势




从本世纪初直到现在及将来。 1、单机容量不断提高； 单机容量大，单位容量的用料省、损耗小、 造加低；同时电站机组少，工作人员少， 厂房面积小，可节约基建投资及维护费用。 2、重量的不断减轻和外形尺寸的不断缩小； 3、应用范围不断扩大； 特定用途电机：潜水电机、防爆电机、 船舶电机、纺织电机、矿用电机等。
20％
10％ 20％ 20%
实验说明
变压器综合实验 （单相变压器参数测定 三相变压器极性与组别） 感应电动机综合实验 同步发电机的综合实验 直流电机综合实验。
先写预习实验报告，合格后，再做实验。 实验必须完成和参加，否则不能参加考试。
教材及参考书

1．汤蕴璆等合编《电机学》普通高等教育“九五”国家重 点教材 机械工业出版社 2000
《电机学(Electrical Machinery) 》 课程简介

电机学课程的内容
电机学课程的特点
电机学课程的学习方法
电机学课程的考核方法
参考书
任课教师
电机学(Electrical Machinery) 电机学I和电机学II
变压器 (Transformers)
交流绕组（AC Winding） 感应电机（Induction Machines）
掌握电机的分析方法
理解、掌握各种电机的
基本概念、基本原理、 重点和难点 总结出各种电机间的
（听课、自学、 作业和实验）
共性和个性
基本工作原理(Fundamental Principles)
结构(Construction) ----（电路、磁路的特点） (The Feature of Electric and Magnetic circuit)

Biblioteka 4、三相交流电的应用： 在单相交流电源供电的情况下，单相交流电 动机无法自行起动。 不久，两相电流能产生旋转磁场的原理被发 现，1885年制成了两相交流异步电机的模型。 1889年，多里沃─多勃罗沃尔斯基提出了 三相制的建议并设计和制造了第一台三相变压 器和三相异步电动机。至1897年，建成了第一 个三相交流输电系统。

电机的发展
功率电子学等学科的渗透 使电机学得到了新的发展
高可靠性、高精度、 快速相应的控制电机
性能好、运行可靠、体积小 单机容量的重量轻 电机初步定型 电机理论形成 电机设计计算发展
电动机代替蒸汽机
电机的发展简史和发展趋势
电机的发展简史可分为两个时期 初级发展时期

从发现电磁感应现象开始到十九世纪末和本世纪初各 种电机的基本型式已经具备为止。可分为四个阶段：
《电机学》 (Electrical Machinery) 课程的特点
研究的对象是实物，是一个电的、磁的、机械的 综合体，与工程实践联系非常紧密。 课程前后的连贯性强 课程以定性分析为主，概念多，理论性强。 时空观强
《电机学》 (Electrical Machinery) 课程的学习方法


电机是一种机电能量转换的装置
变压器是一种电能传递装置
一般分类： 静止电机—— 变压器 电机 { 直流电机 旋转电机{ 同步电机 交流电机{ 异步电机 （感应电机）
电机是一种机电能量转换的装置
变压器是一种电能传递装置
按功能分



将机械能转换为电能－－发电机(Generators) 将电能转换为机械能－－电动机(Motors) 不以功率传递为主要职能，而在电气机械系统 中起调节、放大和控制作用 ──微型控制 电机 将一种形式的电能转化为另一种形式的电能 ──变压器、变流机、变频机、移相器 其共同的特点是： 根据电磁感应定律和电磁力定律进行能量转换。
一、电机的分类及发展概况：
二、电机的应用：
三、电力拖动系统的发展概况：
四、本课程的性质和任务：

五、磁路的基本知识
电机的分类及发展概况：
电机(Electrical Machinery)是以适当的有效 材料（导电和导磁）构成的能互相进行 电磁感应的磁路和电路(Electric and Magnetic circuit)，以产生电磁转矩和 电磁功率(Electrical and magnetic Torque and Power) ，达到转换能量 (Energy )形式的目的。
Rm ＝L／μｓ
Ｌ为磁路长度，ｓ为磁路横截面积。
6、磁导
m
＝1/ Rm
单位为：亨。
7、磁链 (flux linkage)ψ：
ψ＝N φ ，线圈所交链的磁通。
二、铁磁材材料的性质 (磁化、磁滞和损耗）
1、起始磁化曲线： 非铁磁材料的 B与H成正比， 是线性关系。 在铁磁材料中 B与H的关系 为非线性的
0 ＝4π×10－7亨/米 （真空）
非磁性物质的μ为常数；铁磁材料的 μ比真空的 大数十至数千倍。 如铸钢的 μ 约为 0的1000倍； 各种硅钢片的μ 约为 0 的6000～7000倍。
0
4、磁势(magnetomotive force MMF)F： （磁压降，磁动势） 单位：安匝 , At 。 F＝NI 线圈匝数与励磁电流之积。 5、磁阻(reluctance of the magnetic circuit)： 单位为：1/亨 或 At/Wb

2 ．顾绳谷主编，《电机及拖动基础》（上、下册），机
械工业出版社，1998，第2版 3．许实章主编，《电机学》（上、下册），机械工业出版 社，1994，修订版 4． 张松林主编，《电机及拖动基础习题集与实验指导


书》，机械工业出版社， 1997

5．<ELECTRIC MACHINERY FUNDAMENTALS> Stephen J.Capman Company McGraw-Hill Book
电磁物理过程分析 （导体与磁场相互作用产生 电磁转矩和感应电势）
基本方程式和等效电路
内部功率流程及损耗
运行分析
《电机学》 (Electrical Machinery) 考核方法

1、平时作业及考勤 2、实验及操作
10％ 20％（操作10％）


3、变压器
4、交流绕组 5、 感应电动机 6、同步电机
单位：特斯拉，T，或高斯。 描述磁场强弱和磁场方向的物理量。 磁力线是闭合曲线，其方向与产生磁场的 电流的方向满足右手螺旋关系。
（向量） B
2、磁通(magnetic flux)φ： 单位：韦伯，Wｂ
表征磁介质或真空中磁场分布的物理量。 穿过某一截面的磁感应强度B的通量。
Bds （面积分）
同步电机（Synchronous Machines）
直流电机（DC Electric Machines）
《电机学》 (Electrical Machinery)
课程的特点
一、研究的对象是实物，是一个电的、 磁的、机械的综合体。则要求：
1.要清楚机械实物的具体结构(Construction)； 2.要弄清电机内主要电物理量和磁物理量的特性 及相互关系，并能用方程式(Equation)、等 效电路(Equivalent Circuit)和相量图 (Phasor Diagram)这三种主要方式表示之； 3.要能运用这些特性和关系结合具体条件对电机 的运行进行初步的分析（Analysis)。 ──这就是本课程的主要任务或总的要求
1、电磁感应定律的发现： 十八世纪中叶开始了第一次世界工业革命。主要是以机器大生 产代替工场手工业。主要标志是蒸汽机的广泛使用。但由于蒸汽 动力在输送和管理上的不便，不能满足生产力发展的需要，迫使 人们寻找新的能源和动力。在此时代背景下，电磁学得到了兴起 和发展。 1821年，法拉第表演了电流位于磁场中产生机械力的实验， 发现了电动机的作用原理，不久制造了原始型式的电动机。 1824年，阿果拉发现了旋转磁场，1831年，法拉第提出了电 磁感应定律，1832年，出现了原始型式的发电机。