电机及变压器(绪论

感应电动势的大小，和该线圈所交链的磁链变化率成正比。 感应电动势的方向，是该电动势企图在线圈内产生电流所 建立的磁通用来阻止线圈中磁通的变化。 如果感应电动势的正方向与磁通的正方向符合右手螺旋关系， 则电磁感应定律可压器电动势。
当导体在恒定磁场中运动时，若导体、磁力线和运动方向 三者互相垂直，则导体内的感应电动势为：

S
B H
下一个
三、几个基本的电磁定律
全 电 流 定 律
基 尔 霍 夫 第 一 定 律 基 尔 霍 夫 第 二 定 律
沿任意闭合 磁路的总的 磁动势恒等 于各段磁路 磁压降的代 数和
欧 姆 定 律
电 磁 感 应 定 律
律电 磁 力 定
l Hd l i 磁路中的任意闭 合面，在任意瞬 间，穿过该闭合 详解 面的各支路的磁 通的代数和恒等 于零。 0
• 由于电机铁芯采用软磁材料制成，其磁滞回线瘦窄，在进行磁路 计算时，为了简化计算，不考虑磁滞现象，而用基本磁化曲线来 表示 B 与 H 之间的关系，故通常所讲的铁磁材料的磁化曲线是 指基本磁化曲线。
3、磁滞损耗和涡流损耗
• 1）磁滞损耗 • 铁磁材料在交变磁场的作用下反复磁化时，内部的磁畴不停地往 返倒转，磁畴之间不停地互相摩擦而消耗能量，引起损耗。这种 损耗称为磁滞损耗。它与磁通的频率及磁密的幅值关系为
铁磁材料内部存在着很多很小的强烈磁化了的自发磁化单元， 称为 磁畴，它有一种特殊的引力。 无外磁场时，磁畴排列混乱，磁场互相抵消，对外不显磁性。
在外磁场的作用下，磁畴就顺外磁场方向转动，从而显出磁性。
随着外磁场的增强，磁畴就逐渐转到与外磁场相同的方向上。
.
磁化曲线
将铁磁材料在外界磁场作用下做磁化试验： 改变励磁磁动势的大小，测出磁通密度B与磁场强度H， 得到B与H的关系曲线B=f (H)，称之为铁磁材料的磁化 曲线。
H dl i
l
电流的正负号要看它的方向与所选封闭曲线的方向是否 符合右手螺旋法则而定。
. 符合者取正，反之取负。
2、磁路基尔霍夫第一定律
1
N1 l1
i1
3
2 i2
l2
l3
在磁路的任何一个结点上，各个分支磁路中磁通的代数和 恒等于零。即
0
.
3. 磁路基尔霍夫第二定律
一、电机及电力拖动的概念
1、电机的定义
电机是指以电磁感应为理论基础进行机电能量转换 或信号传递的一种电磁机械装置。
2、电机及拖动课程的内容和类型
1） 内 容：电机的原理、结构、特性、电机的拖动和应用 直流电机、变压器、异步电机、同步电机、控制电机
近代出现了众多主要用来实现信号变换或者传递的电机，主要用于自动 控制系统中，称为控制电机（包括伺服电动机、测速发电机、自整角机、 旋转变压器和步进电动机。
当H减到零时，而B未减到零的现象，即B的变化滞后于磁场强度H 变化的现象之称为磁滞现象。 此时B所具有的数值Br ，称为剩磁感应强度，简称剩磁。 要使剩磁消失，必须反向磁化，即反向施加一个磁场强度， 其值称为矫顽磁场强度Hc，简称矫顽力。
.
• 不同的铁磁物质其磁滞回线宽窄是不同的，当铁磁材料的磁滞回 线较窄时，可用它的平均磁化曲线，即基本磁化曲线进行计算。 • 根据磁滞回线形状的不同，铁磁材料可分为硬磁材料和软磁材 料。硬磁材料的磁滞回线胖宽，剩磁、矫顽力大，如 钨 钢、 钴钢等；软磁材料的磁滞回线瘦窄，剩磁、矫顽力小，如硅 钢片、铸钢等。
F iN Rm Rm
导体切割磁力线： 线圈中磁通变化所 产生的电动势：
e N d dt
e Blv
f Bil
Rm
l S

HL Ni
详解
详解
详解
详解
详解
常用的基本电磁定律
1、全电流定律
全电流定律揭示电产生磁的本质，阐明电流与其磁场的 大小及方向的关系。
磁场强度 H 沿某封闭曲线的线积分等于贯穿此封闭曲线 所围成面的电流代数和。又称为安培环路定律。
ph与f、v、Bm
有关
还与材料有关
2）涡流损耗

当铁芯中的磁通发生变化时，根据电磁感应 定律，将产生一个电流。此电流在铁芯内的 流动状况呈旋涡状，故称之为涡流。
涡流在铁芯电阻上的损耗称为涡流损耗。 涡流损耗与磁通的交变频率、铁芯中磁密的幅值、 硅钢片的体积有关。即：pe与 f、v、Bm 有关，也与 材料有关 减少钢片的厚度、增加钢片的电阻可以减少涡流损耗。
电机及拖动基础 赵君有
河西学院物理与机电工程学院
绪 论
教材: 《电机及拖动基础》
赵君有 张爱军 王东瑞编 中国水利水电出版社
教参： 《电机及拖动》 许晓峰编 《电机及拖动》 顾绳谷编
高等教育出版社
机械工业出版社
课程要求
学 时 数
性 质
考 试 形 式
作业 考勤
定位： 《电机及拖动》是电气工程及自动化、一体化专业 的一门主要技术基础课，定位为：
磁 通
磁 导 率
衡量各种材料对磁的传 导能力，单位：亨利/米。 从导磁能力，材料分为： 铁磁材料和非铁磁材料。
0 4 107 H / m
磁 场 强 度
为了建立电流与其 产生的磁场中间的 数量关系而引入的 物理量，单位：安 /米。
表示穿过某个 特定截面的磁 感应强度的通 量。单位：韦 伯 B dS
5、电机学的特点及其学习方法
四电：电路分析、电子技术、电机及拖动、电子计算机。
电机及拖动是一门既带基础性又带专业性的课程，具有承上 启下的作用。 电磁场----电路、磁路----等效电路、方程式、相量图 方程式：电势平衡、转矩平衡、功率平衡、磁势平衡
勤于思考 善于推理 理论联系实际
二、磁路的几个物理量
铁磁材料的磁化曲线是非线性的。
对于铁磁材料，当H较大时B之增加变缓甚至几乎不增加的 现象，称为磁饱和现象。 对于非铁磁材料，磁导率为常数，故磁化曲线是一条直线。
2、磁滞现象
铁磁材料具有如下特点：它的磁化曲线具有饱和性， 磁导率 μ 不是常数，且随 B 的变化 而变化。铁磁材料被反复磁化时， B-H 曲线不是单值的，是一条磁滞 回线，如图所示。 把不同Hm值的各磁滞回线的顶点 连接起来所得的曲线，称为 平均磁化曲线。
2） 电机类型 按原理分： 发电机、电动机、变压器 按电流类型：直流电机、交流电机（同步、异步、变 压器）
3、电机及拖动在国民经济中的作用
电能的生产、传输和分配中的主要设备； 各种生产机械和装备的动力设备； 自动控制系统中的重要元件；
4、电机发展历史与发展趋势


19世纪30年代出现直流电机； 19世纪80年代以后，人们的注意力逐渐向交流电机 方面转移。到了90年代末，建立了电机基本理论和 设计方法； 20世纪30年代出现发电机---- 电动机组； 20世纪40年代末交流调速阶段开始； 20世纪70年代末现代交流调速阶段开始； 现在已经普遍采用计算机、大规模电力电子器件的 交流变频技术。 计算机科学、电力电子学、电机学和控制论相结合， 已经发展成一门新的学科---- 电力电子、电力传动。
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。 主要内容：为了培养学生成为电工技术领域中的高 级技术人才，电机及拖动主要讲述：
变压器 异步电动机 直流电机 电力拖动
目标：通过本课程的学习，使学生获得电机 的基本理论知识,基本分析方法，电机的拖 动和基本实验技能,为进一步学习专业课和 从事专业工作打下坚实的基础。 重点：对电气工程及自动化专业各方向学生， 本课程的内容的重点是变压器、异步电动 机。从学习方法看，电磁关系、平衡方程、 等效电路、相量图是电机学的学习重点。 难点：电磁关系，磁动势，旋转磁场。
在磁路中沿任意闭合回路磁压降的代数和等于沿该回路 磁动势的代数和。即 磁压降 磁动势
HL iN
励磁电 流 励磁线圈 匝数
当某段磁通的正方向与回 路方向一致时，该段的 Hl 即为正，反之为负。
当励磁电流的正方向与回路的 向符合右手螺旋法则时，则该 线圈的 iN 为正，反之为负。
此定率实际上是安培环路定律的另一种表达式。
.
4、磁路欧姆定律
F=IN 磁动势
F Rm
由全电流定律：
l
磁阻
H dl i ，设均匀无分支磁路，得
l iN s
即
B H ，B S
iN F l Rm s
l Rm S.
5、电磁感应定律
设有一匝数为W的线圈处于磁场中，它所交链的磁链为ψ 则不论由于什么原因，当该线圈所交链的磁链发生变化时， 在线圈内就有一感应电动势产生，这种现象称为电磁感应。
e Bl v
上式又称为旋转电动势。
其方向可用
右手定则确定。
.
6、电磁力定律
载流导体在磁场中将受到力的作用，这种力是磁场与 电流相互作用所产生的，故称为电磁力。 若磁场与导体相互垂直，则作用在导体上的电磁力为：
f B l i
其方向可用
左手定则确定。
.
四、
电机中铁磁材料的特性
一、铁磁材料的磁化特性
3）铁芯损耗
铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗合称为铁芯损耗，简称铁耗。 当硅钢片的厚度和材料一定时，铁耗与磁通频率及磁密幅值 的关系为：
pFe K Fe B f V
2 m 1.3
.
电机是以磁场为媒介，利用电磁感应原理实现机械能与电能
之间能量的相互转换的电磁设备。
电路 ——电流之路。 电机中的路
用以引导电流而产生感应电势。
磁路 ——是主磁通之路。 用以引导主磁通，在其限定的范围内形成 较强的工作磁场。 .
二、磁路中的几个基本物理量