电机学绪论 (1)
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电机学绪论
绪论0.1电机在国民经济中的作用1、电机概念电机是一种进行机电能量转换或信号转换的电磁机械装置。
2、电机分类从能量转换的功能分两大类一类是电动机直流电动机、交流电动机（异步电动机、同步电动机）其作用是将电能转换成机械能，满足各种机械的动力需求。
一类是发电机直流发电机、交流发电机（同步发电机）其作用是将机械能转换成电能，以便于能量的转换和输送。
发电机从一次能源形态分有多种：汽轮发电机、水轮发电机、风力发电机等3、在国民经济中的地位（1）电力工业是一种先行工业，它是其他行业的基础。
（2）国民生产总值的80%以上直接或间接由电力工业创造。
（3）与人民日常生活密切相关。
02 我国电机工业发展概况解放前：年产总容量发电机为2万kW；电动机为5.1万kW；单机最大容量发电机为200kW；电动机为230kW；57年（第一个五年计划结束）：年产总容量为145万kW。
单机最大容量发电机为1万kW；电动机为2000kW。
60年代发电机单机容量已达10万kW；电动机已达6300kW。
70-80年代发电机单机容量已达12.5-30-60万kW；电动机已达1万kW。
90年后发电机单机容量已达120万kW；电动机已达4万kW。
目前我国装机总量已达6亿万kW。
三峡水电工程装设26台单机容量为700MW（70万kW）的水轮发电机，其中左岸装设14台、右岸装设12台，装机总容量为1820万kW（其规模相当于6.5个葛洲坝水电站或10个大亚湾核电站或4个邹县电厂）。
比前世界第一大水电站--伊泰普水电站（由巴西与巴拉圭共建）总装机容量为70*18=1260万kW还大。
现在已有16台（左岸14台，右岸2台）满负荷运行，已达1050万kW的发电能力。
09年全部投入运行后，年发电总量为847亿kWh，可提供全国人均70度电。
它与火力发电相比，每年可以节省5000万吨标准煤，相当于10个年产500万吨煤矿的产量。
邹县发电厂是目前我国最大的火力发电厂，总装机容量已达4*33.5+2*60+2*100=454万kW。
电机学科-绪论及第一章磁路
5.电机学及性质：专业基础课 6.本门课学习方法： ① 抓住主要矛盾； ② 理论联系实际； ③ 善于运用对比的方
河北科技大学电气信息
却未 在与 枝群 头芳 独同 欢温 笑暖
第一章 磁 路
§1.1磁路的基本定律
一、磁路的概念
• • • • • •
磁通所经过的路径称为磁路 主磁通-----通过我们所需要回路的磁通称～ 漏磁通-----通过我们不需要回路的磁通称～ 主磁路-----主磁通所经过的回路称～ 漏磁通-----漏磁通所经过的回路称～ 直流磁通-----直流电流产生的磁通称～ 交流磁通-----交流电流产生的磁通称～
二、磁化曲线和磁 滞回线
剩磁——当H从零增加 到Hm时，B相应地从 零增加到Bm；然后再 逐渐减小H，B值将沿 曲线ab下降。当H=0 时，B值并不等于零， 磁滞回线 ——当H在Hm 而是Br。这就是剩磁。 和－ Hm之间反复变化 时，呈现磁滞现象的B －H闭合曲线，称为磁 滞回线。
却未 在与 枝群 头芳 独同 欢温 笑暖
如果在均匀磁场中，沿着回 线L
磁场强度 H处处相等，则 HL Ni
H dl i
L
2、磁路的欧姆定 作用在磁路上的磁动势 F 等于磁路内的磁通量 Φ乘 律
以磁阻 Rm
河北科技大学电气信息学
磁场强度等于磁通密度除以磁 H 导率 Ni lB / l /(A) 于是
却未 在与 枝群 头芳 独同 欢温 笑暖
2、磁滞回线
河北科技大学电气信息学源自却未 在与 枝群 头芳 独同 欢温 笑暖
3、基本磁化曲 线 对同一铁磁材料，选择不同的H 反复磁 m
化，得到不同的磁滞回线。将各条回线的顶 点连接起来，所得曲线称为基本磁化曲线。
电机学第一章 绪论
F N i
2 、磁路的节点定律：
磁路的节点上，磁通的代数和等于零
0
若Φ按正弦变化，则有：
& 0
3、全电流定律—安培环路定律 磁场中沿任意一个闭合环路的磁场强度的线积 分等于穿过这个环路的所有电流的代数和。
LH dl I
这一定律运用到电机、变压器中，可写成
Hl Ni
电机拖动系统是用电动机来拖动机械运行的系统。包 括: 电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。
它们之间的关系如下
电源
控制设备
电动机
传动机构
生产负载
本课程的性质、任务和特点
性质本课程是电气工程及其自动化等专业的一门 主要专业基础课。
任务是通过本课程的学习，使学生系统地学习掌 握变压器、交直流电机的基本电磁关系、分析方法、 运行性能、各种运行方式、电机参数的测定与实验 方法等内容，为进一步学习各专业课打下坚实的基 础。
f Bli
判断方向：左手定则（主要用于分析旋转电机的 电磁转矩）
三、能量守恒定律
输入能量＝输出能量＋内部损耗
磁路和电路有本质的区别：
1）电路中可以有电动势而无电流，磁路中有磁动势 必有磁通
2）电路中有电流就有功率损耗，而在恒磁通下，磁 路中无损耗
3）电流只在导体中流过，而磁路中除了主磁通外还 必须考虑到漏磁通的影响
主讲教师：苗满香
第一章 绪论
本课程主要内容
第二章 变压器
第三章 直流电机
第四章 交流绕组的电动势和磁动势
Байду номын сангаас
第五章 同步电机
第六章 异步电动机
第七章 特种电机
第一章 绪 论
1.1 概述
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》课件 第一章
2. 本课程与电力行业的紧密联系
a 对于电力系统自动化专业的技术人员，必然要从事电力系统 稳定性的研究，则首先要了解各电气设备的特性； b 对于从事电气工程自动化专业的技术人员，要搞清楚所控 制的对象及其各类电动机的特性，才能搞好自动控制
1-1 概述
三、学习《电机学》的什么内容
• •
电机的原理、结构、特性和应用 直流电机、变压器、异步电机、 同步电机
3、电磁力定律
载流导体在磁场中要受到力的作用—电磁力
F Bli
左手定则
1-3 基本电磁定律
电机可逆性原理
如在电机轴上外施机械功率，通过电机导体在磁场中 作用产生感应电势可输出电功率；如在电机电路中从电 源输入电功率，则载流导体在磁场作用下可使电机旋转 而输出机械功率。
任何电机既可以作为发电机运行，又可以作 为电动机运行。 不论用作发电机或电动机，感应电势和电磁 力都同时作用于导体。
1-2 磁路及磁路定律
•
2、磁路的欧姆定律
H dl Hl Ni
B /A Ni F m F L /( A ) R m
H B/
1-2 磁路及磁路定律
3、磁路的基尔霍夫第一定律 定律内容: 穿出(或进入)任一闭和面的总磁通量恒 等于零(或者说，进入任一闭合面的磁通量恒等 于穿出该闭合面的磁通量)，这就是磁通连续性 定律。
1-4 铁磁材料及特性
2、铁磁材料
•
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
1-4 铁磁材料及特性
1-4 铁磁材料及特性
1-4 铁磁材料及特性
电机学绪论
电动势 E
电 流 I
磁动势 F NI
磁 通
产生磁通的源：载流线 圈。I为电流，N为匝。 由磁动势产生，在磁路 中流通。
电流密度
电场强度 E 电阻率 电导率
J=I/S
表示电场的强弱。
磁通密度
磁场强度 H 磁阻率
B = / S
表示磁场的强弱。
反映导体对电流阻 力大小的系数。
m
反映磁体对磁通阻力大 小的系数。
5
绪 论
变压器* 异步电机 交流电机 异步电动机* 异步发电机
电机分类
同步电机
直流电机
同步发电机*
同步电动机
直流电动机* 直流发电机
电机学：研究电机的理论，是专业基础课。 工作原理 基本结构 本课程任务： 重点研究带*号的四种电机的 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
4.铁心损耗：
2 p f B 磁滞损耗： h m
在交变磁场作用下，铁磁体内的磁筹反复被磁化，磁筹
反复转向产生摩擦引起的损耗。
2 2 2 涡流损耗： pe f Bm d / Re
在交变磁通作用下，铁心产生感应电动势并产生涡流， 涡流在铁心电阻上引起的损耗。
1.3 2 铁心损耗： pFe f Bm 磁滞损耗与涡流损耗的统称。
7
绪 论
二、铁磁材料的磁特性
1.磁化特性：铁磁体会被外磁场磁化，即 铁磁体内磁筹受外
磁场作用形成附加磁场，而呈现出很强的磁性。 2.高导磁性: 铁心磁导率 Fe 0
7 空气：0 4 10 H/m
3.饱和特性： Fe 常数
Fe f ( H ) 是非线性磁化曲线
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
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
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
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
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-第0章-绪论1
☆ 能源系统的关键设备
电能——电机 发电——输电——用电
☆ 各领域中有特殊要求的动力装置
1.发电环节——各种电机 引进600MW汽轮发电机
国产300MW汽轮发电机
国产200MW汽轮发电机定子
国产200MW汽轮发电机定子铁心
现场运行的水轮发电机
பைடு நூலகம்
2.输配电环节——变压器 为了把发电厂发出的电力输送到四面八方
绪论
主要内容 1.了解电机的作用与电机学的任务
第一节 电机与电机学简介
主要内容 1 电机的作用与国民经济、生活密不可分 2 电机发展历程及当前状况 3 电机学的学习目的、主要内容及学习方法
电机定义
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,分为发电机与电动 机.
一、电机的作用
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
连接发电机与电网的升压变压器
连接发电机的 封闭母线
教学参考书
1. 胡虔生、胡敏强、杜炎森. 电机学. 中国电力出版社，2001. 2. A.E.Fitzgerald,Charles Kingsley,Jr.Stephen D. Umans， Electric Machinery(Sixth Edition)，McGraw Hill, 清华大学出版 社，2003. 3.李发海等，电机学，科学出版社，2001. 4. 许实章，电机学，机械工业出版社，1990.
电能——电机 发电——输电——用电
☆ 各领域中有特殊要求的动力装置
1.发电环节——各种电机 引进600MW汽轮发电机
国产300MW汽轮发电机
国产200MW汽轮发电机定子
国产200MW汽轮发电机定子铁心
现场运行的水轮发电机
பைடு நூலகம்
2.输配电环节——变压器 为了把发电厂发出的电力输送到四面八方
绪论
主要内容 1.了解电机的作用与电机学的任务
第一节 电机与电机学简介
主要内容 1 电机的作用与国民经济、生活密不可分 2 电机发展历程及当前状况 3 电机学的学习目的、主要内容及学习方法
电机定义
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,分为发电机与电动 机.
一、电机的作用
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
连接发电机与电网的升压变压器
连接发电机的 封闭母线
教学参考书
1. 胡虔生、胡敏强、杜炎森. 电机学. 中国电力出版社，2001. 2. A.E.Fitzgerald,Charles Kingsley,Jr.Stephen D. Umans， Electric Machinery(Sixth Edition)，McGraw Hill, 清华大学出版 社，2003. 3.李发海等，电机学，科学出版社，2001. 4. 许实章，电机学，机械工业出版社，1990.
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
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。
上页 目录 下页
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。
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
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
4
第一章 绪论
§1.1 概述
2007年5月18日星期五
5
第一章 绪论
§1.1 概述
2007年5月18日星期五
6
第一章 绪论
§1.1 概述
永磁同步电动机
2007年5月18日星期五 7
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)
绪论 第01章 磁路
A
Ni Hl B l l A
F Rm
图1-2安培环路定律
(4)磁链与电磁感应定律
磁链
• 处于磁场中的一个N匝线圈，若其各匝通过的磁通都相同， 则经过该线圈的磁链为
N
当线圈中的磁链发生变化时，线圈中将产生电动势， 称为感应电动势。
电磁感应定律 • 若电动势、电流和磁通的正方向如图1-3所示，即电流
二、电机的基本构成和分类
电机是基于电磁感应定律实现能量转换的装置。
• 有一个闭合磁路产生磁场，磁场与两个或两个以上的电路耦 合。
• 电机中的能量转换，通过有关电路中磁链的变化来实现的。
电机的构成：
常见的电机是旋转电机，它产生旋转运动， • 静止部分（称为定子） • 旋转部分（称为转子） • 二者之间有一空气隙。
电机学
课程性质：
电气工程及其自动化专业核心课
（课时：理论64 ）
考核方式：
期末闭卷
——平时30%，期中20%，期末50%
本课主要内容
电机学基本知识；变压器、直 流电机、异步电机、同步电机、控 制电机结构原理；
教材：普通高等教育“十一五”规划教材
电机学 作者：汤蕴璆 出版社：机械工业出版社
参考书：
Rm
HL BA
L
A
若磁路中有n个磁阻Rm1、Rm2、…、Rmn串联，则等效磁阻为
Req Rm1 Rm2 ... Rmn
若磁路中有n个磁阻Rm1、Rm2、…、Rmn并联，则等效磁阻为
Req
1 Rm1
1 1 ... Rm2
1 Rmn
磁阻的倒数称为磁导，用表示
其单位为Wb/A。
A
L
磁路与电路的类比
主讲教师：付东辉
华中科技大学版【电机学】(第三版)电子讲稿【绪论】
绪论一、电机在国民经济中的作用电能是现代主要的能源，而电机是与电能的生产、传输和使用紧密相关的能量转换装置，它不仅是工业、农业、交通运输业、国防工业、IT技术产业的重要设备，而且在日常生活中的应用也越来越广泛。
人类早期使用的原动力是畜力、水力和风力，后来发明了蒸汽机、柴油机、汽油机，十九世纪发明了电动机，由于电动机有以下优点（1）电机的效率高，运行经济；（2）电能的传输和分配比较方便；（3）电能容易控制。
所以电动机的应用越来越广泛，现在绝大部分生产机械都采用电动机进行拖动，即用电动机作为原动机。
让电机运转需要电能，电能主要来自发电机，为了经济的传输和分配电能需要变压器，另外随着自动化程度的不断提高，自动控制技术得到空前的发展，出现了各种各样的控制奠基，此外在文教、医疗卫生、信息产业及日常生活中奠基的应用将会愈加广泛。
二、电机的主要类型电机的型式和种类很多，但其工作原理都是基于电磁感应定律和电磁力定律，电机的分类方法很多，按功能进行分类，可分为：（1）发电机将电能转换为机械能（2）电动机将机械能转换为电能（3）变压器将电能变换为不同等级的电能（4）控制电机作为控制系统中的元件三、我国电机工业发展概况解放前电机工业极端落后，仅几个城市有电机制造厂。
解放后电机工业发展很快第一个五年计划结束时，年产量和单机容量都较解放前提高了几十倍。
改革开放以来我国电机工业在引进、吸收和消化国外先进技术的基础上对原有电机进行了优化设计，使电机性能大大提高，并相继研制和开发了多种新系列电机，不仅满足了国内生产需要，而且向国外出口。
目前我国已开发制成125个系列，900多个品种，几千种规格的各种电机。
电机工业发展趋势是电子与电机工业结合，开展新原理、新结构、新材料电机的研制工作。
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
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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电机
学
章玮
浙江大学电机及其控制研究所
电机：与电能有关的能量转换机械，是实现电能的生产、变换、传输、分配、使用和控制的电磁机械装置。
Jedlik
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
交流传动占有主要部分
简单分一下吧
调压器
电机
变压器
直线电机
旋转电机
电动机
发电机
异步电机
同步电机电动机
发电机自动控制系统中的执
行元件、检测元件
直流电机
交流电机
电动机
发电机
动力类
控制类
目标：
（1）分析电机运行的基本原理
（2）分析直流电机、交流电机、变压器和一些控制电机的运行性能
课程内容：
直流电机：结构、绕组、性能； 变压器：等效电路；
交流电机绕组、电势和磁势； 异步电机：结构，特性、调速 同步电机：结构、性能
电学、磁学和动力学原理的综合运用
直流和交流电路分析原理
磁路定律
电磁关系
电、磁和力的关系
力学定律
能量转换和守恒定律
材料的特性
•电流、电压、电阻；
•磁通φ、磁场密度B、磁场强度H、磁动势F；•磁阻、磁导；
•磁滞、涡流；
R
I U ⋅=∑=0
i u ∑=0i i R I U ⋅=交、直流电路分析
欧姆定律： 基尔霍夫定律
F R F S l F m m
Λ=== /μφ∑⋅=i N F i
∑=0i φ 磁路欧姆定律：
基尔霍夫定律
电磁感应定律
全电流定律：
∫∑=⋅l
i I dl H dt d N dt d e φψ−=−=v
l B e ⋅⋅=
右手定则：
导体在磁场中运动产生电势.
e
B v
B f
i 左手定则：
载流导体在磁场中受到的电磁力。
直线运动和旋转运动的动力学定律r
F T ⋅=力和力矩的关系：旋转运动：
∑=dt ωd J T
导电性、导磁性
磁化曲线、磁滞现象
•上升曲线和下降曲线不重合•剩磁、矫顽力
H/m 104-70×=πμ真空的磁导率：
0 /μμμ=r 相对磁导率：
饱和性
磁滞损耗、涡流损耗
2
,≈⋅∝ααm h B f p 1.6~1.2 ,2
=⋅∝ββm
Fe B f p ρ222d B f p m w ∝
铁耗：
综合性
各种规律同时作用、多个物理量互相影响。
实用性
主次之分，具体条件作具体分析。