《电机学》学习指南

第一章基础理论一、学习目标：掌握磁场分析基本量，磁路的基本定律；掌握常用铁磁材料及其磁化特性；掌握简单串联、并联磁路计算；了解交流磁路中的激磁电流和磁通；掌握能量转换基本定律。

二、模块导学：1、绪论讲述了电机的概念、电机的主要作用、电机的分类、电机的主要发展和本课程的主要任务。

2、磁路和磁性材料讲述了磁场中基本物理量和磁路的基本概念，磁路的基本定律，磁性材料的分类及其特性，简单磁路的计算以及交流铁心磁路中的激磁电流、磁通和感应电动势的波形关系。

2、能量转换基本定律讲述了法拉第电磁感应定律、毕—萨电磁力定律和能量守恒原理。

三、重点难点指导：重点：磁路的基本概念和基本定律，铁磁材料及其磁化特性，能量转换基本定律难点：磁场与磁路的等效，磁路与电路的类比，交流磁路中的激磁电流和磁通。

讲清磁场作为能量转换的媒介的作用，说明集中参数与分布参数的特点，并在此基础上引出磁路的概念，使学生建立起磁路与电路的类比关系，画图说明交流磁路中的激磁电流和磁通的波形关系。

四、参考资料目录：[1] 汤蕴璆，罗应立，梁艳萍. 电机学[M]. 第三版. 北京：机械工业出版社，2008[2] 李哲生，刘迪吉，戈宝军. 电机学[M]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997[3] 潘再平，章玮、陈敏祥. 电机学[M]. 杭州：浙江大学出版社，2008[4] 李发海. 电机学[M]. 北京：科学出版社，2001[5] 胡虔生，胡敏强. 电机学[M]. 北京：中国电力出版社，2005[6] 汪国梁. 电机学[M]. 北京：机械工业出版社，2007[7] 朱东起，王岩，李发海. 电机学[M]. 北京：中央广播电视大学出版社，1987[8] 冯欣南. 电机学[M]. 北京：机械工业出版社，1985[9] 辜承林，陈乔夫，熊永前. 电机学[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2005[10] 刘锦波，张承惠. 电机与拖动[M]. 北京：清华大学出版社，2006[11] 马宏忠，方瑞明，王建辉. 电机学[M]. 北京：高等教育出版社，2009[12] 唐任远. 现代永磁电机理论与设计[M]. 北京：机械工业出版社，1997[13] 王秀和. 永磁电机[M]. 北京：中国电力出版社，2007[14] A. E. Fitzgerald, Charles Kingsley. Electric Machinery (Sixth Edition). McGRAW-HILLCompanies, 2003[15] 范瑜. 电气工程概论[M]. 北京：高等教育出版社，2006第二章变压器一、学习目标：了解变压器的用途、结构、分类，掌握变压器的额定值；掌握变压器空载运行与变压原理；掌握变压器负载运行与能量传递原理；掌握变压器电压方程，绕组归算，等效电路，向量图；掌握变压器等效电路参数测定；掌握三相变压器磁路系统，绕组联结方法与组号判断；掌握标幺值的定义并能熟练运用；掌握变压器的运行特性与性能指标并能熟练运用；掌握变压器并联运行原理并能熟练运用；了解自耦变压器，三绕组变压器，互感器的结构特点运行原理及使用注意事项。

二、模块导学：1、变压器概述讲述了变压器的概念、分类、用途、基本结构、型号和额定值。

2、变压器的基本理论讲述了变压器空载、负载运行时的物理情况、电压方程、相量图、等效电路以及变压器参数的测定方法；给出了主磁通、漏磁通的概念及其作用，导出了激磁参数、短路参数的表达式。

3、三相变压器讲述了三相变压器的磁路结构、电路结构（联接组号）、其激磁电流、主磁通和感应电动势的波形关系，给出了常用的三相变压器联接组号。

最后讲述了标幺值的概念和计算方法。

4、其他常用变压器介绍了自耦变压器、三绕组变压器和互感器的概念、结构和工作原理。

三、重点难点指导重点：变压器的基本概念、基本方程、等效电路、变压器的运行特性，三相变压器的联结组别及变压器参数的测定。

难点：变压器的磁势平衡与能量传递、变压器的绕组归算、三相变压器的联结组别。

讲授提示与方法：从电磁感应定律出发，阐述变压器变压的原理，结合磁路定理讲清磁势平衡方程式和能量传递的原理；绕组归算和标幺值的概念学生首次接触，讲清其目的和意义；从单相变压器的联结组号入手，首先讲述单相变压器的电压相量关系，然后过渡到三相变器联结组号的判断。

变压器等效电路、电压方程和相量图是分析变压器运行性能的三种手段，结合等效电路参数测定，通过例题和课后习题使学生熟练掌握。

四、参考资料目录[1] 汤蕴璆，罗应立，梁艳萍. 电机学[M]. 第三版. 北京：机械工业出版社，2008[2] 李哲生，刘迪吉，戈宝军. 电机学[M]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997[3] 潘再平，章玮、陈敏祥. 电机学[M]. 杭州：浙江大学出版社，2008[4] 李发海. 电机学[M]. 北京：科学出版社，2001[5] 胡虔生，胡敏强. 电机学[M]. 北京：中国电力出版社，2005[6] 汪国梁. 电机学[M]. 北京：机械工业出版社，2007[7] 朱东起，王岩，李发海. 电机学[M]. 北京：中央广播电视大学出版社，1987[8] 冯欣南. 电机学[M]. 北京：机械工业出版社，1985[9] 辜承林，陈乔夫，熊永前. 电机学[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2005[10] 刘锦波，张承惠. 电机与拖动[M]. 北京：清华大学出版社，2006[11] 马宏忠，方瑞明，王建辉. 电机学[M]. 北京：高等教育出版社，2009[12] 唐任远. 现代永磁电机理论与设计[M]. 北京：机械工业出版社，1997[13] 王秀和. 永磁电机[M]. 北京：中国电力出版社，2007[14] A. E. Fitzgerald, Charles Kingsley. Electric Machinery (Sixth Edition). McGRAW-HILLCompanies, 2003[15] 范瑜. 电气工程概论[M]. 北京：高等教育出版社，2006第三章交流电机理论的共同问题一、学习目标明确交流绕组的构成原则；掌握交流绕组的绕组因数；熟悉正弦磁场以及非正弦磁场下绕组的电动势和磁动势；明确消弱谐波磁场的方法；掌握单相绕组的脉振磁动势特性及其影响参数；通过单相脉振磁动势的分解明确三相绕组的合成磁动势特性；理解电机的温度、温升以及温升极限的概念；并掌握温升极限级别；了解电机工作制的基本概念；明确电机的冷却方式。

二、模块导学1、交流绕组1）对于60°相带绕组，如果定子绕组各相带按AZBXCY排序，当转子磁极以同步速旋转时，定子绕组产生对称的三相感应电动势；反过来，当绕组通入对称的三相电流，各相带按AZBXCY排序，便可形成二极磁场。

当电机的极对数增加时，AZBXCY组数增加，AZBXCY组数等于极对数。

将原来集中在一个槽中的导体分散放在q个槽中即可得到单层绕组。

各种单层绕组的差别仅仅是导体连接次序有所不同。

若将原来集中在一个槽中的导体分在两层当中，而每一层导体也分散在q个槽中时就得到双层绕组。

各种双层绕组的差别也仅仅是线圈连接次序的不同。

多极电机也是从两极电机演变而来，即将多个两极电机拼接为一个整圆就成为多极电机。

2）理解了上述绕组构成原理后，就很容易总结出绕组接线规律。

这就是将集中线圈分散放置后，应保持原来的联接方向，这样才能保证得到最大的感应电动势和最强的基波磁场。

3）采用分布、短距的目的是改善电机的性能。

端接部分的联接应保证三相对称、接线最短、线圈容易制造。

4）实际上，为了满足电机的特殊要求还可构成许多特殊绕组。

例如，为了减少磁场的谐波，可以构成所谓“正弦绕组”。

正弦绕组也是将集中在一个槽中的导体分散在q 个槽中后构成的。

但在分散在q 个槽中时，各槽导体数不相等，以便使磁场更加接近正弦分布，减小谐波磁场的不良影响。

2、交流绕组的感应电动势1） 电动势星形图表示出导体和线圈感应电动势的相位关系，本章从最简单的单根导体电动势出发，依据电动势星形图导出线圈电动势，线圈组电动势和相电动势的计算公式，并引入绕组节距因数、分布因数的概念分析分布和节距对感应电动势大小的影响。

2）也可以依据绕组电动势星形图确定绕组的相带划分和绕组的连接问题。

特别是一些复杂的绕组，例如，分数槽绕组，更需要借助电动势星形图才能解决绕组的连接和感应电动势的计算问题。

绕组电动势星形图是一个重要概念。

应画出各种绕组的电动势星形图，看看如何利用电动势星形图确定绕组的连接规律。

3）电动势的谐波是有害的，因此电动势波形畸变的程度是同步发电机电压质量指标之一。

采用分布和短距是削弱谐波电动势的有效手段。

但对于次数为12z ±=mqk v 的齿谐波，其绕组因数恒等于基波绕组因数，无法用分布、短距方法消除，可以证明，这一结论适用于任何绕组。

斜槽或斜极可以削弱齿谐波电动势。

4）本章也介绍了其他减小电动势波形畸变及改善电动势波形的方法。

3、交流绕的磁动势1）研究交流绕组的磁动势和电动势情况类似，磁动势也可以用磁动势星形图表示。

二者具有完全不同的物理意义，电动势星形图表示感应电动势的时间相位关系，而磁动势星形图表示磁动势空间位置关系（按电角度计算）。

按着磁动势星形图指示的空间关系也可以计算一相绕组的磁动势，确定绕组相带的划分和绕组的连接规律。

2）电动势星形图和磁动势星形图物理意义虽不同，但形状完全相同，因此电动势绕组因数和磁动势绕组因数也完全相同。

3）和电动势齿谐波一样，也存在磁动势齿谐波，而且可以证明：对于任意绕组，无论各线圈匝数是否相同，也无论极相组如何构成，绕组是否规则对称，齿谐波磁动势的绕组因数恒等于基波的绕组因数。

不要试图用调整匝数，改变接线等方法削弱齿谐波，这是徒劳的。

4）绕组的分布和短距既可以削弱感应电动势的高次谐波也可以削弱磁动势的高次谐波，使磁动势波形更加接近正弦形分布，有利于改善电机的运行性能。

5）三相绕组中通以三相交流电流后产生旋转磁动势是一个重要概念，是今后学习交流电机原理的基础。

6）三相交流绕组产生的谐波磁动势也为旋转磁动势，但转向，转速和大小和基波磁动势不同。

4、电机的发热和温升限值1）电机损耗的能量全部转变为热能，是电机发热，各部分温度升高。

本章以均质等温发热体模型，对电机温升作定性分析，得出指数曲线的温度变化规律。

2）电机的工作制分连续工作制、短时工作制和断续周期工作制三种，短时工作制和断续周期工作制的温升情况与连续工作制情况不同。

3）电机的温升限值主要与绝缘材料的限值工作温度有关，绝缘材料按耐温等级分A、E、B、F、H、C六级。

电机的温升限≤绝缘材料的限值工作温度40°。

4）电机的冷却方式可分为表面冷却和内部冷却两种。