电机学 曾令全 第01章
电机学1(qiu)
而对于变压器电势通常用 E＝4.44ｆNΦ ｍ （1-9）
式中E为正弦交流有效值电势（V），N为线圈匝数，ｆ为正弦 交流磁通频率（Hｚ），Φ ｍ为主磁通最大值（Wｂ）。
三、载流导体在磁场中，将产生电磁力，导体受力的大小为
F＝Bli （N） （1-10） B为导体所在磁场的磁通密度（T），L为导体长度（ｍ），ｉ 为导体中的电流（A）。导体受力的方向由左手定则确定。对 于旋转电机，不论是电动机还是发电机都有电磁力，在电机 的转动部分电磁力表现为电磁转矩
– 发电机2万kW，电动机5.1万kW – 交流发电机单机容量不超过200kW – 电动机单机容量不超过230kW
• • • • • •
51年生产出第一台800kW水电机组 1957年年产量达到145万kW。 1958~1966年，设计了J2和JO2系列电机。 1960年设计和制造出10万kW氢冷气轮发电机。 1964年设计和制造出22.5万kW水轮发电机。 1969~1984年，先后制成12.5万kW和30万kW双水内 冷汽轮发电机。 • 1986年制成300MW双水内冷汽轮发电机 • 1997年电力总装机容量25.4万MW，居世界第2位
• 电动机
– 七十年代末开发出Y系列异步电动机（平均效率 84%，平均功率因数.84)； – 1996年试制Y2系列异步电动机，功率 范围为0.12 315 kW，平均效率为84.195%，平均功率因数为 0.846，平均省材为13.65%； – 1998年试制适用于变频调速电动机
各类电动机生产情况（97、98年）
30 25 20 15 10 5 0 1997Ä ê 1998Ä ê ì ½ ç ¯ ú Ò ² µ ¶ » À Å ç ¯ ú Ó ´ µ ¶ » ±÷ç ¯ ú Ö Á µ ¶ »
纪真 电机学 讲义
纪真电机学讲义全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：纪真电机学讲义第一章电机原理概述电机是将电能转换为机械能的设备，是现代工业中不可或缺的重要组成部分。
电机的基本原理是根据安培法则和洛伦兹力定律，利用导体在磁场中受到力的作用，从而实现电能向机械能的转换。
电机的工作原理十分复杂，涉及电磁理论、力学、热力学等多个领域的知识。
本章将介绍电机的分类、工作原理以及电机在现代社会中的应用。
第二章直流电机直流电机是最早被发明和广泛应用的电机类型之一。
它由定子、转子、电刷和换相器等部分组成，利用直流电流在磁场中的作用力来实现机械转动。
直流电机具有结构简单、运行可靠、速度调节范围广等优点，在工业生产、家用电器等领域都有着广泛的应用。
本章将详细介绍直流电机的结构、工作原理及控制方法。
除了直流电机和交流电机，还有一些特种电机用于特定的工作场景。
例如步进电机用于精确位置控制，无刷电机用于高速运动，线性电机用于直线运动等。
这些特种电机在航天航空、精密仪器、医疗器械等领域都有着重要的应用。
本章将介绍几种特殊电机的结构、工作原理以及应用领域。
第五章电机控制与调速电机控制是电机应用中的一个重要环节，可以通过改变电机的电流、电压、频率等参数来实现对电机的控制。
电机调速是电机控制的一种重要方式，可以根据需要调整电机的转速和功率输出。
现代电机控制技术包括直流调速、变频调速、矢量控制等多种方法，能够实现电机的高效、精准控制。
本章将介绍电机控制技术的发展历程以及各种调速方法的原理和应用。
第六章电机故障诊断与维护电机在长期运行过程中可能会出现各种故障，如温升过高、轴承损坏、绝缘老化等。
及时发现并排除电机故障对于延长电机寿命、保证生产运行具有重要意义。
电机故障诊断是电机维护的重要内容，可以通过振动分析、红外热像仪、超声波检测等工具和方法来对电机进行检测。
本章将介绍电机故障的常见原因、诊断方法以及维护保养的技巧。
能源消耗是现代社会面临的一个严重问题，提高电机的能源利用效率对于节约能源、减少环境污染具有重要意义。
电机学教学大纲
电机学教学大纲（一）正文一、本课程的教学内容及教学时数分配（理论课共74 学时）第一章导论（2 学时）1、基本内容1.1 电机的发热与温升1.2 电机常用绝缘材料1.3 电机冷却及机壳防护1.4 电机的额定值与定额1.5 导磁材料与铁磁材料1.6 磁路计算的原理与方法1.7 电机学的性质、任务2、基本要求2.1 了解电机的发热的原因、温升的定义及测量方法2.2 认识绝缘材料的六个等级2.3 了解电机冷却介质、冷却方式及机壳防护形式2.4 掌握电机的额定值与定额2.5 了解导磁材料与铁磁材料2.6 掌握磁路计算的原理与方法3、重点掌握电机的额定值与定额、磁路计算的原理与方法4、难点磁路计算的原理与方法第二章直流电机（共12 学时）1、基本内容1.1 直流电机的工作原理、基本结构、额定值1.2 电枢绕组--- 单叠绕组1.3 直流电机的磁场--- 直流电机空载时的磁场及磁化曲线、电枢磁动势和磁场、电枢反应、感应电动势、电磁转矩1.4 直流电动机的基本特性--- 基本（电势、功率和转矩）方程、工作特性、机械特性1.5 直流电力传动-- 起动、调速、制动1.6 直流电机的换相（简述）1.7 特殊用途直流电机--- 直流伺服电动机、直流测速发电机、其它直流电机1.8 电机的发热与冷却2、基本要求2.1 了解直流电机的分类、掌握直流电机的工作原理、基本结构、额定值2.2 了解电枢绕组的基本特点、能绘制单叠绕组展开图2.3 掌握电枢反应的分类及性质、会进行感应电动势、电磁转矩的计算2.4 掌握电势、功率和转矩平衡方程式2.5 懂得直流电动机的工作特性2.6 掌握起动、调速、制动方法2.7 了解直流伺服电动机、直流测速发电机的结构、原理、应用3、重点3.1 直流电机分类、直流电机的工作原理、基本结构、额定值3.2 电枢反应、感应电动势、电磁转矩3.3 电势、功率和转矩平衡方程式3.4 直流电动机的工作特性3.5 起动、调速、制动方法4、难点4.1 基本结构4.2 直流绕组的构成4.3 电枢磁动势和磁场，电枢反应及其影响4.4 起动、调速、制动物理过程4.5 换相第三章变压器（16 学时）1、基本内容1.1 变压器的分类、基本结构、额定值1.2 变压器空载运行--- 电磁过程与正向惯例、平衡方程、等效电路1.3 负载运行分析--- 磁动势及电压平衡方程、绕组折算、相量图1.4 等效电路1.5 参数测定1.6 标么值1.7 运行特性1.8 三相变压器的磁路系统、电路系统与联接组、电动势波形1.9 并联运行1.10 不对称运行（简述）--- 对称分量法、单相负载运行与中点移动1.11 变压器的瞬变过程--- 空载合闸时的瞬变过程、二次侧突然短路时的瞬变过程1.12 三绕组变压器1.13 自耦变压器1.14 互感器2、基本要求2.1 掌握变压器的分类、基本工作原理及结构、额定值的定义（额定电压及额定电流均指线值）2.2 懂得变压器运行的电磁过程与正向惯例相关知识2.3掌握空载和负载运行分析方法2.4掌握其等效电路2.5掌握利用空载、短路试验进行参数测定的基本方法2.6学会用标么值表示各物理量2.7掌握其运行特性、电压调整率的概念及计算2.8掌握三相变压器两类磁路系统、电路系统与联接组2.9学会分析不同绕组联结和磁路系统对电动势波形的影响2.10空载合闸电流及突然短路电流最大值的大小2.11掌握变压器理想并联运行的条件及非理想条件下并联运行的有关计算2.12掌握Y/Y o联结三相变压器单相负载运行等效电路、相关计算及中点移动的产生原因和大小2.13掌握三绕组变压器的绕组排列、基本方程、等效电路及折算法、了解自耦变压器有关知识3、重点3.1工作原理、主要结构、额定值3.2空载和负载运行分析---等效电路、参数测定、标么值3.3运行特性3.4三相变压器两电路系统与联接组3.5不同绕组联结和磁路系统对电动势波形的影响3.6变压器理想并联运行的条件及非理想条件下并联运行的有关计算3.7 Y/Y o联结三相变压器单相负载运行等效电路、相关计算及中点移动的产生原因和大小3.8三绕组变压器的绕组排列、基本方程、等效电路及折算法4、难点4.1工作原理、主要结构4.2负载运行分析时各电磁物理量之间的关系，磁势平衡的概念4.3 一二次侧之间的折算4.4不同绕组联结和磁路系统对电动势波形的影响、非理想条件下并联运行有关计算4.5Y/Y o联结三相变压器单相负载运行等效电路、零序阻抗分析4.6三绕组变压器的基本方程、等效电路及折算法第四章交流绕组及其电动势（6学时）1、基本内容1.1交流绕组的基本要求和分类、槽电势星形图1.2三相双层（叠）绕组1.3绕组电动势---节距系数、分布系数和绕组系数1.4电动势谐波及其削弱方法1.5单相绕组的脉振磁动势---脉振磁动势1.6三相绕组的基波合成磁动势---旋转磁动势1.7圆形和椭圆形旋转磁动势1.8 谐波磁动势1.9 交流电机的主磁场、漏磁场2、基本要求2.1 了解交流绕组的基本要求和分类、能绘制槽电势星形图2.2 学会绘制三相双层叠绕组的绕组展开图2.3 掌握节距系数、分布系数和绕组系数的物理意义，会计算绕组电动势2.4 了解交流绕组电动势谐波及其削弱方法2.5 掌握单相绕组脉振磁动势的性质及大小2.6 掌握三相绕组的旋转磁动势的性质及大小2.7 了解三相绕组合成磁动势高次谐波的特点2.8 会判别交流绕组产生的磁动势性质--- 脉振、圆形、椭圆形中哪一种3、重点3.1 槽电势星形图3.2 三相双层叠绕组3.3 节距系数、分布系数和绕组系数3.4 电动势谐波及其削弱方法3.5 单相绕组的脉振磁动势3.6 三相绕组的旋转磁动势3.7 圆形和椭圆形旋转磁动势4、难点4.1 槽电势星形图、电动势谐波及其削弱方法4.2 单相绕组的脉振磁动势4.3 推导电势、磁势的计算公式，绘制并解释磁势波形图4.4 三相绕组合成磁动势的高次谐波、圆形和椭圆形旋转磁动势第五章异步电机（16 学时）1、基本内容1.1 异步电机的类型、基本结构1.2 基本工作原理1.3 额定值1.4 转子静止时的异步电机--- 磁场与电抗1.5 转子旋转时的异步电机及等效电路、参数计算1.6 等效电路的简化1.7 参数测定1.8 感应电动机的功率、功率和转矩平衡方程式1.9 电磁转矩1.10 工作特性1.11 异步电动机的起动--- 起动过程、起动方法、深槽式和双笼感应电动机1.12 异步电动机制动1.13 异步电动机调速1.14 感应电动机在不对称电压下的运行分析及单相感应电动机1.15 特种异步电机--- 交流伺服电动机、交流测速发电机2、基本要求2.1 了解其主要结构、掌握感应电机的基本原理、额定值了解其主要结构2.2 掌握感应电动机转子不动与转子旋转时绕组的相电势和平衡方程2.3 掌握负载运行时的等效电路2.4 掌握感应电动机的功率分布及功率和转矩平衡方程式2.5 掌握感应电动机的T=f(s) 曲线，会求取起动电磁转矩、最大电磁转矩2.6 学习其工作特性2.7 掌握感应电动机参数测定方法2.8 掌握感应电动机的起动过程、起动方法、掌握深槽式和双笼感应电动机的起动性能2.9 了解其制动方法2.10 掌握调速方法2.11 了解感应电动机在不对称电压下的运行分析方法2.12 掌握单相感应电动机的种类及起动方法2.13 掌握交流伺服电动机、交流测速发电机的结构及工作原理3、重点3.1 感应电机的基本原理、额定值3.2 感应电动机转子不动与转子旋转时运行分析方法、等效电路3.3 感应电动机的功率、功率和转矩平衡方程式3.4 电磁转矩3.5 工作特性3.6 感应电动机的起动过程、起动方法3.7 电动机调速方法3.8 单相感应电动机的种类及起动方法4、难点4.1 主要结构4.2 频率折算、等值电路及其参数4.3 电磁转矩计算4.4 附加转矩及其对起动的影响4.5 感应电动机在不对称电压下的运行分析方法第六章同步电机( 20 学时)1、基本内容1.1 概述--- 基本结构、励磁方式、冷却方式、额定值1.2 运行原理--- 空载运行分析、电枢反应、负载运行、平衡方程式、等效电路、矢量图1.3 运行特性--- 空载特性、短路特性、零功率因素特性、外特性、稳态参数测定1.4 并联运行--- 并联运行条件和方法、并联运行时有功功率调节和静态稳定、无功功率的调节和V 形曲线、两台容量相近的同步发电机的并联运行1.5 同步电动机和调相机--- 同步电动机的相量图、基本方程、功角特性、无功功率的调节、起动方法、同步调相机1.6 同步发电机不对称运行--- 稳定短路、参数测量、电机的影响1.7 突然短路--- 突然短路电流的特点、计算、对电机的影响1.8 特殊同步电机-- 磁阻同步电动机、步进电动机2、基本要求2.1 认识其基本结构、掌握其基本工作原理2.2 学习其主要额定值2.3 掌握保梯电抗、直轴饱和电抗2.4 掌握电压调整率、调整特性2.5 掌握稳态参数测定方法2.6 掌握同步发电机的空载运行时的磁场、电动势及空载特性2.7 掌握对称负载时的电枢反应性质2.8 掌握隐极同步发电机的不饱和及饱和负载运行时的相量图、等效电路图2.9 掌握凸极同步发电机磁动势换算方法、波形系数、电枢反应系数的定义2.10 掌握凸极同步发电机的负载运行的相量图2.11 掌握同步发电机的空载特性、短路特性、直轴不饱和电抗的计算、短路比的定义2.12 掌握由零功率因数特性、空载特性确定定子相漏抗及直轴电枢磁动势的方法2.13 懂得电压调整率的计算方法2.14 学会用转差法进行同步发电机稳态参数测定2.15 掌握同步发电机的功率和转矩平衡方程式2.16 掌握同步发电机功角特性2.17 学会其投入并联运行的条件和方法2.18 掌握并联运行时有功功率的调节方法、静态稳定条件及静态过载倍数的定义2.19 无功功率的调节和V 形曲线2.20 了解两台容量相近发电机并联运行的功率调节方法2.21 掌握同步电机发电机、调相机、电动机三种运行状态2.22 了解同步电动机的相量图、基本方程、功角特性、调节同步电动机功率因数的方法、懂得其起动方法2.23 了解同步调相机的用途2.24 掌握不同稳定短路情况下短路电流的大小关系2.25 了解负序、零序参数的测量方法、了解不对称运行对电机的影响2.26 会计算突然短路时最大冲击电流了解突然短路对电机的影响2.27 了解磁阻同步电动机的原理及结构、掌握步进电动机的原理、结构3、重点3.1 基本结构及额定值3.2 同步发电机的空载运行分析电动势及空载特性3.3 对称负载时的电枢反应性质3.4 隐极同步发电机的负载运行分析相量图、等效电路图3.5 电枢反应系数的定义3.6 凸极同步发电机的负载运行相量图3.7 同步发电机的空载特性、短路特性、直轴不饱和电抗3.8 零功率因素特性、保梯电抗、直轴饱和电抗3.9 电压调整率的定义及计算3.10 同步发电机的功率和转矩平衡方程式3.11 同步发电机的电磁功率和功角特性3.12 投入并联运行的条件和方法、并联运行时有功功率的调节和静态稳定3.13 无功功率的调节和V 形曲线3.14 同步电机的三种运行状态、同步电动机无功功率的调节、同步调相机用途3.15 不同稳定短路情况下短路电流的大小关系3.16 突然短路时最大冲击电流的计算3.17 步进电动机4、难点4.1 基本结构4.2 凸极同步发电机的双反应理论，用方程式、相量图进行复数计算4.3 直轴饱和电抗的求取、用转差法进行同步发电机稳态参数测4.4 并联运行时有功功率的调节和静态稳定、无功功率的调节和V 形曲线、4.5 同步电机的三种运行状态4.6 负序、零序参数的测量方法4.6 突然短路时的物理过程分析教材外的补充内容：异步电机变频调速系统；异步电机矢量变换控制等4学时）、本课程的实验及实物模型参观（14 学时）实验一并励直流电动机的工作特性和调速特性（2 学时）实验二单相变压器的空载、短路与负载特性（2 学时）实验三三相变压器的极性和联结组（2 学时）实验四三相异步电动机的起动和调速（2 学时）实验五三相同步发电机的运行特性（3 学时）实验六三相同步发电机的并联运行（3 学时）三、实习及作业由于专业课时压缩，教师可组织利用课余时间到工厂进行短时实习；作业以教科书上为主。
电机学 第三版 (辜承林 陈乔夫 熊永前 著)课后习题答案 华中科技大学出版社
2π
fN Φ = 2m
2π
ω 2π
NΦ = 2m
2ω N Φ
2
2m
a (2) Ė 2 = E 2 9 0 ° = −0 .7 0 7 ω N 2Φ m 9 0 °
1.9 有一单匝矩形线圈与一无限长导体在同一平面上，如图 1.31 所示，试分别求出下列条件
d下线圈内的感应电动势：
h（1）导体中通以直流电流 I，线圈以线速度 v 从左向右移动； k（2）导体中通以电流 i = Im sinω t ，线圈不动；
= 1.464968×10−6 (A m)
d H Fe =14600( Am) (查表得到的) kh 由右侧回路可求：
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H 2 l2 = N2 I2 − ( H Fe l3 + Hδ δ )
=10300－(14600×0.5+1.464968×106×0.2× 10−2 )
m 电机：热轧硅钢片， 永磁材料 铁氧体 o 稀土钴
钕铁硼
.c 变压器：冷轧硅钢片。 w 1.2 磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因素有关？ a 解：磁滞损耗：铁磁材料在交变磁场作用下反复磁化，磁畴会不停转动，相互间产生摩擦，
消耗能量，产生功率损耗。 与磁场交变频率 f，磁通密度 B，材料，体
=0
∴
不变
w 但φ 仍然减小。
a 1．10 一个有铁心的线圈，电阻为 2Ω 。当将其接入 110V 的交流电源时，测得输入功率为
90W，电流为 2.5 A ，试求此铁心的铁心损耗。
d 电功率平衡可知（或能量守恒），输入的功率一部分消耗在线圈电阻上，一部分为铁耗
kh ∴ PFe = P入 − I 2R = 90 − 2.52 ×2 = 77.5 w
电机学完整版答案
绪 论Δ0-1 电机和变压器的磁路常用什么材料制成，这类材料应具有哪些主要特性0-2 在图0-3中，当给线圈N 1外加正弦电压u 1时，线圈N 1 和 N 2 中各感应什么性质的电动势电动势的大小与哪些因素有关 0-3 感应电动势=edtd ψ-中的负号表示什么意思Δ0-4 试比较磁路和电路的相似点和不同点。
0-5 电机运行时，热量主要来源于哪些部分为什么用温升而不直接用温度表示电机的发热程度电机的温升与哪些因素有关0-6 电机的额定值和电机的定额指的是什么0-7 在图0-2中，已知磁力线l 的直径为10cm ，电流I 1 = 10A ，I 2 = 5A ，I 3 = 3A ，试求该磁力线上的平均磁场强度是多少 ∨0-8 在图0-9所示的磁路中，线圈N 1、N 2中通入直流电流I 1、I 2，试问： （1） 电流方向如图所示时，该磁路上的总磁动势为多少（2） N 2中电流I 2反向，总磁动势又为 多少（3） 若在图中a 、b 处切开，形成一空气隙δ，总磁动势又为多少 （4） 比较1、3两种情况下铁心中的B 、H 的图0-9 习题0-8附图相对大小，及3中铁心和气隙中H 的相对大小解：1）22111N I N I F -= 2）22112N I N I F +=3）221113N I N I F F -==不变4）由于31F F =，而31m m R R <<，所以31φφ>>，31B B >>，31H H >>。
在3）中，δB B Fe =，由于0μμ>>Fe ，所以0μμδδB H B H Fe Fe Fe =<<=∨0-9 两根输电线在空间相距2m ，当两输电线通入的电流均为100A 时，求每根输电线单位长度上所受的电磁力为多少并画出两线中电流同向及反向时两种情况下的受力方向。
解：由H B I R H 0,2.μπ==，得每根输电线单位长度上所受的电磁力为m N lI R I BlI f .1022110010423270--=⨯⨯⨯⨯===πππμ当电流同向时，电磁力为吸力；当电流反向时，电磁力为斥力。
电机学原理(总)
水轮发电机
7
三、电机中所用材料 1. 电电路导电材料及绝缘材料 导电材料：紫铜、铝线
绝缘材料：聚脂漆、云母片 按耐热能力高低分六个等级 A—105º E—120º B—130º F—155º H—180º C180º
《电机学》 第一章 导论 8
2、磁磁路导磁材料硅钢片、铸钢等 导磁材料：铁磁材料
《电机学》 第一章 导论
《电机学》 第一章 导论 18
电动势和磁通相位关系
m sin t
e eT Nm cost Em sin(t 90 )
《电机学》 第一章 导论
19
② 运动电动势 若磁场恒定，构成线圈的导体切割磁力线，使线圈交 链的磁链随时间变化，导体中的感应电动势——运动 电动势。
3、力结构材料铸钢、铸铁、钢板等
《电机学》 第一章 导论 9
四、电机作用和地位 电能生产——由同步发电机生产； 高压输电——由升压变压器将发电机发出的电压升高 到输电电压再输送； 降压用电——由降压变压器将输来的高压电降为所需 低电压，供给用电设备；
生产机械的拖动——由各种电动机实现；
j 1
《电机学》 第一章 导论 23
M
电磁转矩是电机实现机电能量转换的重要物理量。
电动机：电磁转矩——驱动性质 电能——机械能 发电机：电磁转矩——制动性质 机械能——电能
功率关系求得电磁转矩
P Tem
P ：电磁功率（输入、输出） Ω ：电机气隙磁场旋转角速度
《电机学》 第一章 导论
《电机学》 第一章 导论 17
2.
① 变压器电势
若线圈不动，穿过线圈的磁通随时间变化，则线圈中 感应的电动势——变压器电势
第1章 电机的基本原理 《电机学(第2版)》王秀和、孙雨萍(习题解答)
第一章电机的基本原理习题解答：1、何为相对磁导率？答：材料的磁导率定义为该位置处的磁通密度与磁场强度之比，决定于磁场所在点的材料特性，单位为H/m。
根据材料的导磁性能，可将其分为铁磁材料和非铁磁材料。
非铁磁材料的磁导率可认为与真空的磁导率μ0相同，为4π⨯10-7H/m。
铁磁材料主要是铁、镍、钴以及它们的合金，其磁导率是非铁磁材料磁导率的几十倍至数千倍。
由于材料的磁导率变化范围很大，常采用相对磁导率μr来表征材料的导磁性能，μr为材料的磁导率与真空磁导率的比值。
2、磁路的磁阻如何计算？答：磁路的磁阻可用公式R m=L/(μA)计算，其中L为磁路的长度，单位为m，μ为材料的磁导率，单位为H/m，A为磁路的截面积，单位为m2。
从公式可以看出，磁路的磁阻主要取决于磁路的几何尺寸和材料的磁导率，大小上与磁路长度成正比，与磁路的截面积和磁导率成反比。
3、叙述磁路与电路的类比关系。
答：从电路和磁场的方程上看，两者形式上非常相似。
电路和磁路的类比关系可用下表表示：4、为什么希望磁路中的空气隙部分尽可能小？答：与磁路中铁磁材料相比，空气的磁导率小得多，如果磁路中的气隙部分长度增加，使得磁路的总磁阻大大增大，要想产生同样大小的磁通，需要的磁动势大大增加。
5、何为铁磁材料？为什么铁磁材料的磁导率高？答：铁磁材料包括铁、镍、钴及它们的合金、某些稀土元素的合金和化合物、铬和锰的一些合金等。
根据铁磁材料的磁化过程可知，当铁磁材料放置到磁场中之后，磁场会显著增强，表现为铁磁材料的导磁能力更强，因此磁导率大。
6、何为铁磁材料的饱和现象和磁滞现象？答：将未磁化的铁磁材料置于外磁场中，当磁场强度很小时，外磁场只能使少量磁畴转向，磁通密度增加不快，此时磁导率 较小；随着外磁场的增强，大量磁畴开始转向，磁通密度增加很快，磁导率很大；当外磁场增大到一定程度时，大部分磁畴已经转向，未转向的磁畴较少，继续增大外磁场时，磁通密度增加缓慢，磁导率逐渐减小，这种现象称为饱和。
电机学曾令全
效率特征曲线：负载功率因数一定时，效率 与负
载系数 旳关系曲线 f ( ) 称为效率特征曲线。
中小型变压器旳效率一般为（95－98）％，大型变压器可达99％。
P1
P1
P2 p
以单相变压器为例，作下列几种近似：
(1)以额定电压下空载损耗作为铁耗，并以为铁耗不随负
载而变化。
pFe p0 C
(2)短路损耗等于额定负载电流时旳铜耗，即
pCu
I12 r1
I
2 2
r2
I12 (r1
r2)
(I1N )2 rk
2 I12N
rk
2 pkN
(3)忽视负载运营时二次侧端电压旳变化，以为U2 U2N，则
E1 I1Z1
E2 U 2 jI2 x2 I2r2 U 2 I2Z2
三、变压器负载时旳磁动势平衡关系
F1 F2 Fm I1N1 I2 N2 I0 N1
I1
I0
(
N2 N1
I2 )
I0
(
I2 k
)
I0 I1L
I1L
I2 k
相当于一次侧电流中旳负载分量。
四、绕组旳折算
定义：就是把一次和二次绕组旳匝数变换成 同一匝数旳措施，即把实际变压器模拟为变 比为1旳等效变压器来研究。
影响电压变化率大小旳三个原因 ： ➢负载系数； ➢短路参数； ➢负载功率因数。
外特征：当一次侧为额定电压，负载功率因数不变 时，二次侧电压与负载电流旳关系曲线。
二、效率与效率特征
效率定义：变压器运营时，输出有功功率与输 入有功功率之百分比。
P2 100％ P1 p 100% (1 p ) 100%
《电机学》(1)
采用左 手关系 如何？
。e =
−
dψ dt
则e产生电流建立的磁场应抵制原磁 场的变化，由此确定e的实际方向。 22
北
华0.5.3 电磁感应定律
（2）电磁感应定律的特定表达式
变压器电动势
磁通链变化是由空间固定 且时变的磁场，穿过静止
w1 w2
0.5.3 电磁感应定律
（2）电磁感应定律的特定表达式
运动（位移、切割）电动势 磁通链的变化，是由幅值恒定的 磁场与匝数恒定的线圈之间存在
（A/m2） 磁通密度 B
（Wb/m2）
电动势 E
（V） 磁动势 F
（AT）
电阻 R=ρL∕S
（Ω）
电导 G=1∕R
（S）
电压降 U=I R
（V）
节点电流定律 Σ i=0
磁阻 Rm=Lm∕(μSm) （1/H）
磁导 Λm=1∕Rm （H）
磁压降 Φ Rm
（A）
磁通连续性原理 ΣΦ =0
回路电压定律 Σ e=Σ u 电路欧姆定律 I=U∕R
提供电流的通路，要求导电性能好，即电阻小。
0.3.2 导磁材料
将专门重点讨论
提供磁通的路径，要求导磁性能好且损耗低。
0.3.3 绝缘材料
起到隔电的作用，要求介电强度高且耐热性能好。
0.3.4 冷却材料
将电机热量引出，要求热容量大且导热能力强。
学 0.3.5 结构材料 起到支撑、紧固等作用，要求具有一定机械强度。 8
（1）电磁力定律的一般表达式
表达式 f = bli
此时电磁力的方向、导体电流的方 向以及磁力线的方向三者之间符合 “左手定则”。
（2）旋转电机中的电磁转矩
力0.6.1 电机中的主要能量形式 0.6.2 电机中能量转换的效率
新版制作曾银沣
原电路
E 单独作用
IS单独作用
由图 (b)，当E 单独作用时 由图 (c)，当 IS 单独作用时
I' 1
I2'
R1
E R2
I" 1
R2 R1 R2
IS
I" 2
R1
R1 R2
IS
根据叠加原理 I1I1 'I1 "R 1E R 2R 1R 2R 2IS
同理：
I2
=
I2'
+
I2''
E R1 R1R2 R1R2
④ 解题时要标明各支路电流、电压的参考方向。 若分电流、分电压与原电路中电流、电压的参考方 向相反时，叠加时相应项前要带负号。
⑤ 应用叠加原理时可把电源分组求解 ，即每个分电路 中的电源个数可以多于一个。
电工学（一）
例1：电路如图，已知 E =10V、IS=1A ，R1=10
R2= R3= 5 ，试用叠加原理求流过 R2的电流 I2
IS
电工学（一）
用支路电流法证明：
+
E– IS R1 I1
I2 R2
(a) 原电路
列方程:
I1 IS I2
E I1R1 I2R2
解方程得:
E I1 R1R2
R1R 2R2 IS
I1'
I1''
即有 I1 = I1'+
I1''=
KE1E
+
E KS1ISI2R1R2
R1R 1R2 IS
I2 = I2'+ I2'' = KE2E + KS2IS
电机学第一章中国电力出版社
2021/6/26
e N d
dt
eBlv
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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。 e=Blv
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2、磁通量
– 通过磁场中某一面积的磁感应线数称为通过 该面积的磁通量(磁通)，符号、单位Wb
• =BScos
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（三）磁场强度H、磁导率： B=H
– 磁导率，决定于介质性质，H／m。变化范围
很大。
– 真空磁导率0=4×10-7H／m – 非铁磁物质：如空气、铜、铝和绝缘材料等，
L N N F N I N N 2
II I
I
• 电机的电感（电抗）与电机磁路的饱和有关 • 电机的电感(电抗)与电机的电、磁结构有关 • 对应不同的磁通需引用多种不同的电抗
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（七）电磁感应定律
• 设有一线圈位于磁场中 ，当该线圈中的磁链 发生变化时，线圈中将有感应电动势(简称电 势)产生。感应电势的数值与线圈所匝链的磁 链的变化率成正比。感应电势的方向将倾向于 产生一电流，如电流能流通，该电流的磁化作 用将阻止线圈的磁链发生变化。
电机学
2021/6/26
电机学
绪论 变压器 交流电机共同理论 异步电机 同步电机
2021/6/26
第一章 绪 论
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第一章 绪论
衡真电机学讲义
衡真电机学讲义摘要：一、引言二、电机学基本概念1.电机的分类2.电机的工作原理三、电机的主要参数和性能指标1.参数分类2.性能指标及其意义四、电机的运行和控制1.电机启动方式2.电机运行控制方法3.电机保护措施五、电机故障诊断与维修1.故障诊断方法2.维修流程与技巧3.故障案例分析六、电机的选用与应用1.电机选型的基本原则2.电机在不同行业的应用3.电机节能与环保措施七、电机新技术与发展趋势1.高效率电机2.无刷电机3.电动汽车电机4.电机控制技术进展八、结论与展望正文：一、引言电机作为电气能源转化为机械能的重要设备，在我国经济建设和工业发展中起着举足轻重的作用。
电机学是研究电机的工作原理、结构、运行控制及其应用的一门学科。
本文旨在阐述电机学的基本概念、主要参数、运行控制、故障诊断与维修、选用与应用以及电机新技术与发展趋势，以期为电机工程技术人员提供有益的参考。
二、电机学基本概念1.电机的分类电机可以根据其工作原理、用途、结构等特点进行分类。
常见的分类有：交流电机、直流电机、同步电机、异步电机、永磁电机、电磁感应电机等。
2.电机的工作原理电机的工作原理是将电能转化为机械能。
电机中的线圈在通入电流后，产生磁场，磁场与线圈中的电流相互作用，从而产生力矩，使电机旋转。
三、电机的主要参数和性能指标1.参数分类电机的主要参数包括结构参数、电气参数、热参数等。
结构参数如：电机长度、直径、重量等；电气参数如：额定电压、额定电流、功率因数等；热参数如：允许温升、散热能力等。
2.性能指标及其意义电机性能指标主要包括效率、转矩、电流、电压、频率等。
这些指标反映了电机的工作性能和运行效率，对于电机的选用和运行具有重要意义。
四、电机的运行和控制1.电机启动方式电机的启动方式有直接启动、降压启动、变频启动等。
不同的启动方式适用于不同类型的电机，选择合适的启动方式可以提高电机的启动性能和运行效率。
2.电机运行控制方法电机运行控制方法包括直接控制、间接控制、闭环控制等。
电机学专题培训教材
第一章 电机学专题培训教材1-1从物理意义上说明变压器为什么能变压，而不能变频率？答：变压器原副绕组套在同一个铁芯上, 原边接上电源后，流过激磁电流I 0， 产生励磁磁动势F 0， 在铁芯中产生交变主磁通ф0, 其频率与电源电压的频率相同， 根据电磁感应定律，原副边因交链该磁通而分别产生同频率的感应电动势 e 1与e 2, 且有dt d N e 011φ-=,dt d N e 022φ-=, 显然，由于原副边匝数不等, 即N 1≠N 2，原副边的感应电动势也就不等, 即e 1≠e 2, 而绕组的电压近似等于绕组电动势,即U 1≈E 1, U 2≈E 2,故原副边电压不等,即U 1≠U 2, 但频率相等。
1-2 试从物理意义上分析，若减少变压器一次侧线圈匝数（二次线圈匝数不变）二次线圈的电压将如何变化？答：由dt d N e 011φ-=, dt d N e 022φ-=, 可知 , 2211N e N e =，因此变压器原、副两边每匝感应电动势相等。
又U 1≈ E 1, U 2≈E 2 , 因此，2211N U N U ≈， 当U 1 不变时，若N 1减少, 则每匝电压11N U 增大，因此1122N UN U =将增大。
或者者根据m fN E U Φ=≈11144.4，若 N 1减小，则m Φ增大， 又m fN U Φ=2244.4，故U 2增大。
1-3 变压器一次线圈若接在直流电源上，二次线圈会有稳固直流电压吗？为什么？答：不可能。
由于接直流电源，稳固的直流电流在铁心中产生恒定不变的磁通，其变化率为零，不可能在绕组中产生感应电动势。
1-4 变压器铁芯的作用是什么，为什么它要用0.35毫米厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片迭成？ 答：变压器的铁心构成变压器的磁路，同时又起着器身的骨架作用。
为了铁心损耗，使用0.35mm 厚、表面涂的绝缘漆的硅钢片迭成。
1-5变压器有什么要紧部件，它们的要紧作用是什么？答：铁心: 构成变压器的磁路,同时又起着器身的骨架作用。
电机学考试大纲
电机学》考试大纲一、考试性质电机学是电气信息学科各专业一门重要的专业基础课。
通过本课程的学习，使学生掌握电机的基础理论、基础知识和实验技能，为后续相关课程的学习和今后从事本专业工作奠定必要的基础。
本课程考试是为在电气信息类专科毕业生中招收本科生而实施的具有选拔功能的水平考试；其指导思想是考察学生对本课程基本原理、基本概念和主要知识点的理解和掌握程度，及应用电路基本理论方法对电机进行分析、计算解决实际问题的能力。
二、考试的基本要求要求学生掌握：1、四大电机的结构，工作原理、运行特性及基本分析和计算；2. 四大电机的使用方法。
3. 对电机的性能进行测试分析的基本实验，三、考试方法和考试时间考试方法为闭卷笔试，考试时间为90 分钟，满分为100 分。
四、考试内容和要求第一章变压器1、考试内容：1）变压器基本工作原理，基本结构、主要额定值，2）变压器空载和负载运行时的电磁状况；空载电流的组成、作用、性质。
3）变压器变比的定义；磁动式平衡关系的物理含义，用此平衡关系分析变压器的能量传递；变压器折算概念和变压器折算方法，变压器基本方程组、等效电路和相量图4）变压器运行特性；外特性和效率特性，电压变化率及效率定义，变压器外特性和效率特性，影响变压器二次端电压及效率的因素、5）三相变压器绕组的连接方式、三相变压器连接组别的定义，三相变压器的标准连接组别，用相量图判断连接组别。
6）变压器并联运行条件。
2、基本要求1 ）掌握变压器空载、负载运行时的电磁关系分析。
2）掌握变比K 及折算概念和方法，分析变压器运行的三个工具--- 基本方程、等效电路和向量图。
3）熟练掌握变压器的运行特性--- 外特性（电压变化率）、效率特性。
4）掌握三相变压器的连接组别和并联运行的条件。
第二章交流电机绕组的电动势与磁动势1、考试内容：1）交流绕组电动势公式、三相对称绕组的基本知识及构成原理，2）产生圆形旋转磁动势的条件3）三相绕组基波合成磁动势性质2、基本要求1）理解交流电机绕组构成原理2）掌握交流电机绕组电动势计算公式3）掌握单相和三相交流绕组磁动势的性质。
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四、变压器的额定值
额定值是制造厂对变压器在指定工作条 件下运行时所规定的一些量值，通常标 在铭牌上； 在额定条件下，变压器可以长期可靠运行， 并具有优良性能；
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(1)额定电压U1N/U2N
单位为V或者kV。 U1N为正常运行时1次侧应加的电压。 U2N为1次侧加额定电压、2次侧处于空载 状态时的电压。 三相变压器中，额定电压指的是线电压。
(1)铁心 作用：构成变压器的磁路。
材料：
一般由0.30mm/0.33mm/0.35mm冷轧 (也用热轧)硅钢片叠成。
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铁心交叠：相邻层按不同方式交错叠放， 将接缝错开。偶数层刚好压着奇数层的 接缝，从而减少了磁阻，便于磁通流通。Leabharlann 东北电力大学(2)绕组
作用：构成变压器的电路。
材料：一般用绝缘扁铜线或圆铜线在绕 线模上绕制而成。 绕组套装在变压器铁心柱上，低压绕组 在内层，高压绕组套装在低压绕组外层， 以便于绝缘。
第1章 变压器概述
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内容提要： 1. 变压器的用途 2. 变压器的分类 3. 变压器的主要结构 4. 变压器的额定数据
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一、 变压器的用途
变压器作用是根据电磁感应原理，把一 种电压等级的交流电能转换为同频率的另一 种电压等级的交流电能。 （变交不变直，变压不变频）
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二、 变压器的分类
按用途分：电力变压器、互感器、特殊用 变压器； 按相数分：单相/三相/多相等； 按绕组数：双绕组/自耦/三绕组/多绕组；
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按铁心形式：心式/壳式
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按冷却方式：干式/油浸式等
干 式 变 压 器
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油 浸 式 变 压 器
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三、变压器的结构（油浸式）
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1油箱/2储油柜/3气体继电器/4为安全气 道。
变压器运行时产生热量， 故障时,热量会使变压器 使变压器油膨胀，并流 油汽化,触动气体继电器 进储油柜中。 发出报警信号或切断电 源。 储油柜使变压器油与空 气接触面变小,减缓了变 如果是严重事故，变压 压器油的氧化和吸收空 器油大量汽化，油气冲 气水分的速度。从而减 破安全气道管口的密封 缓了油的变质。 玻璃，冲出变压器油箱， 避免油箱爆裂。
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(4)绝缘套管 作用：高压引线与接地油箱绝缘。 材料: 一般为瓷质。
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变压器结构小结
变压器由绕组、铁心、油箱和绝缘套管四 部分组成。 变压器主要部件是绕组和铁心(器身)。 绕组是变压器的电路，铁心是变压器的磁 路。二者构成变压器的核心即电磁部分。 除了电磁部分，还有油箱/冷却装置/绝缘 套管/调压和保护装置等部件。
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(2)额定电流I1N/I2N
单位为A/kA。是变压器正常运行时所能 承担的电流；
在三相变压器中均代表线电流。
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(3)额定容量SN
单位为VA/kVA/MVA
SN为变压器的视在功率。通常把变压器 1、2次侧的额定容量设计为相同。
对于三相变压器是三相容量之和。
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变压器器身（铁心＋绕组）
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(3)油箱
作用：充满油，放置变压器器身。 材料：钢板焊接。 变压器油是一种矿物油，具有很好的绝 缘性能。变压器油起两个作用：①绝缘 作用。②散热作用。 油箱有许多散热油管，以增大散热面积。 大型变压器还有冷却装置。
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大容量电力变压器
额定容量、额定电压、额定电流之间的 关系
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(4)额定频率fN等数据。
单位为Hz fN=50Hz
此外，铭牌上还会给出三相联接组别以及相 数m/阻抗电压Uk％/空载电流I0%/型号/运行方 式/冷却方式/重量等数据。
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