电机学绪论
合集下载
电机学-绪论
解：变压器空载时，虽然一次侧绕组电阻很小，
但由于绕组中产生的自感电动势几乎和额定电压 相等，致使空载电流很小。如果一次侧绕组施加 数值相等的直流电压，由于一次侧绕组没有自感 电动势，同时一次侧绕组电阻很小，直流电流很 大。若此时将二次侧短路，由于一次侧额定电压 为直流，铁心中无磁通，变压器不工作，因此不 会影响一次侧电流的大小。
mU;
I
0E ; 1p不 F变 e ;
pCu 1 ;
pCu 2 ; Z1; Z 2 ; Z m; ; U 0
/ mB
m
f
f
/
5 6
下降至原来的5
m
6
B • S S不变B下降至原来 5
m
6
P B f Fe
2
1.3
2
1.3
P/ Fe
5 6
6 •
应定律可知：
•
E1
N1
d dt
•
E1 dt N1
1•
E1 dt N1
m
sin(t
2
)
即
•
1
比
•
E2
滞后90°，幅值为m
由题图可知，变压器的变比k=
N1 N2
E1m U1m
N 12,则NE11 E2
k
2
即• E2
1
•
E1
2
的波形与的 波形频率、相位一致。幅值相差0.5倍。
Z m r m j xm
1
P
P 2
P1
I I R x R x 、 不变，U COS sin 不变，
但由于绕组中产生的自感电动势几乎和额定电压 相等，致使空载电流很小。如果一次侧绕组施加 数值相等的直流电压，由于一次侧绕组没有自感 电动势，同时一次侧绕组电阻很小，直流电流很 大。若此时将二次侧短路，由于一次侧额定电压 为直流，铁心中无磁通，变压器不工作，因此不 会影响一次侧电流的大小。
mU;
I
0E ; 1p不 F变 e ;
pCu 1 ;
pCu 2 ; Z1; Z 2 ; Z m; ; U 0
/ mB
m
f
f
/
5 6
下降至原来的5
m
6
B • S S不变B下降至原来 5
m
6
P B f Fe
2
1.3
2
1.3
P/ Fe
5 6
6 •
应定律可知：
•
E1
N1
d dt
•
E1 dt N1
1•
E1 dt N1
m
sin(t
2
)
即
•
1
比
•
E2
滞后90°，幅值为m
由题图可知，变压器的变比k=
N1 N2
E1m U1m
N 12,则NE11 E2
k
2
即• E2
1
•
E1
2
的波形与的 波形频率、相位一致。幅值相差0.5倍。
Z m r m j xm
1
P
P 2
P1
I I R x R x 、 不变，U COS sin 不变，
000 绪论
10
绪 论Introduction
电机的发展-4—— 电机的发展
Brief history of machine development 交流电动机的发明是由美国发明家特斯拉完成的， 交流电动机的发明是由美国发明家特斯拉完成的，最早 特斯拉完成的 的交流电动机根据电磁感应原理设计， 的交流电动机根据电磁感应原理设计，结构比起直流电 动机更为简单， 动机更为简单，同时也比起只能使用在电车上的直流电 动机用途更广泛， 动机用途更广泛，它的发明让电动机真正进入了家庭电 器领域。 器领域。
12
绪 论Introduction
0.1 电机及电机学概念（The concept of electrical machines)
电机是根据电磁感应原理工作的机械，应用广泛。举例： 电机是根据电磁感应原理工作的机械，应用广泛。举例： 是根据电磁感应原理工作的机械 电机分类： 电机分类： 电动机： 电动机：电 能 按功能分
2
《电机学》目录Contents
三相异步电动机第二篇 三相异步电动机-4 第7章 第8章 三相异步电动机的基本工作原理和结构 三相交流绕组、感应电动势及磁动势 三相交流绕组、
第9章 三相异步电动机的基本理论 第10章 三相异步电动机的基本性能 10章
3
《电机学》目录Contents
同步电机第三篇 同步电机-5 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 11章 第12章 同步发电机的基本理论 12章 第13章 同步发电机的并联运行 13章 第14章 同步发电机的异常运行和突然短路 14章 第15章 同步电动机和同步调相机 15章 直流电机第四篇 直流电机-2 第16章 直流电机的基本工作原理和结构 16章 第17章 直流电机的运行 17章
电机学绪论.ppt
电机工业发展历程
1959年，哈尔滨电机厂自行设计并制造了国内第一套主 传动为2800千瓦的直流电动机。 1983年6月，浙江秦山核电厂动工，建设规模为1台30万 千瓦机组 ，这是中国第一座自行设计、制造、安装的压 水堆核电站。 1989年，国产第一台60万千瓦火电机组在安徽平坪电厂 投运。 1994年12月，装机1820万千瓦的三峡工程正式开工，并 于1999年11月顺利截流。
电 机实物照片
电机的种类很多，应用于航空、航天、交通运输、军事装 备、工农业生产、医疗设备和家用电器等各个方面。 作为动力 用于发电
动力
船用电机
用 于 按 摩 椅、按 摩 床垫、 儿童摇摆床等
动力
用于CD、立体声耳机、 DVD唱机
用于石油钻井
用于盒式磁带录音机， VCR
用于玩具，相机，石英钟打 点器，旅行电吹风
电机工业发展历程
1949年新中国成立时，我国电力装机只有185万千瓦，年 发电量43亿千瓦时，居世界第21位和第25位。 到１９９８年年底，我国电力装机容量和年发电量均已跃 居世界第二位，成为世界电力生产和消费大国 。 截至2002年底，全国发电装机容量3 .56亿千瓦，年发电 量16541 .64亿千瓦时 。随着我国国民经济的高速增长， 全国电网用电需求保持强劲的增长势头。
双轮行走机器人
发电
上海电机厂的生产车间
发电
哈尔滨电机厂生产的交直流产品
发电
哈尔滨电机厂生产的火电产品
发电
安装在邹县电厂的 600MW汽轮发电机
东方电机股份有限 公司，山峡转轮
660kw风力发电机
发电
荣 获 国 家 科 进 步 特 等 奖 的 葛 洲 坝170MW 水 轮 发 电机组
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
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。
000 绪论讲解
绝缘等级
A
E
B
F
H
允许温度 OC 105 120 130 155 180
4.结构材料：制造电机所需要的其它金属材料。
8
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 空气：0 4 10 7H/m
《电机学》目录
第二篇 三相异步电动机 第7章 三相异步电动机的基本工作原理和结构 第8章 三相交流绕组、感应电动势及磁动势 第9章 三相异步电动机的基本理论 第10章 三相异步电动机的基本性能
3
《电机学》目录
第三篇 同步电机 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 第12章 同步发电机的基本理论 第13章 同步发电机的并联运行 第14章 同步发电机的异常运行和突然短路 第15章 同步电动机和同步调相机 第四篇 直流电机 第16章 直流电机的基本工作原理和结构 第17章 直流电机的运行
10
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） 1.运动电动势
e B l v （方向：右手定则）
2.变压器电动势
e N d（方向：右手螺旋定则）
dt 二、电磁力定律
f B l I （方向：左手定则）
11
绪论
三、电量与磁量、电路定律与磁路定律对比
电路
电动势 E
3.饱和特性： Fe 常数 磁化曲线 B f (H ) 呈非线性。
9
绪论
4.铁心损耗： 磁滞损耗： ph f Bm2
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。 涡流损耗： pe f 2 Bm2 d 2 / Re
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
上页 目录 下页
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。
上页 目录 下页
火力发电厂原理图
火力发电厂原理图
火力发电厂原理图
上页 目录 下页
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
上页 目录 下页
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。
上页 目录 下页
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
上页 目录 下页
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。
上页 目录 下页
火力发电厂原理图
火力发电厂原理图
火力发电厂原理图
上页 目录 下页
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
上页 目录 下页
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。
上页 目录 下页
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。
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
电机学1绪论
B
H
基本磁化曲线 2. 磁滞回线 磁滞现象：B的变化总是滞后H的变化； H = 0 时，B的值 称为剩磁 。
三. 铁磁材料
B 软磁材料： 软磁材料：高， r 小，磁滞回线窄而长，如：铸钢、硅 钢、坡莫合金，制作电机铁心；
硬磁材料： 硬磁材料：不高， r大，磁滞回线宽而胖，制造永久磁铁； B 四. 磁滞损耗和涡流损耗 磁滞损耗： 1. 磁滞损耗：磁畴之间产生摩擦而产生的损耗。 2 ph = Kh fBmV 涡流损耗： 2. 涡流损耗：涡流与铁心电阻相作用产生的损耗。
2 pw = (π 2 f 2d 2 Bm )V /(6ρ)
式中
V = lhd 为钢片的体积。
2 pFe = f 2 Bmd 2 / Re
铁损： 3. 铁损：磁滞损耗+涡流损耗。
1.3
计算类型
磁路计算
给定磁通量φ，计算所需磁动势F 给定磁通量F，计算所需磁动势φ 计算步骤 分段（材料相同，截面积相等） 计算各段有效截面积和平均长度 求各段磁通密度 求各段磁场强度 求总磁动势 求所需电流或线圈匝数 查磁化曲线
第一章 磁
1.1 磁路的基本定律 1.2
路
常用铁磁性材料及其特性 磁路计算
1.3
1.1
磁路的基本定律
漏 磁 通
一. 磁路的概念 磁路： 磁路：磁通所通过的路径。见下图。 主磁通
变压器的磁路
主磁通：由于铁心的导磁性能比空气要好得多，所以绝大部分磁 主磁通： 通将在铁心内通过,这部分磁通称为主磁通。 漏磁通： 漏磁通：围绕载流线圈、部分铁心和铁心周围的空间，还存在少 量分散的磁通，这部分磁通称为漏磁通。 主磁路：主磁通所通过的路径。 主磁路 漏磁路：漏磁通所通过的路径。 漏磁路 励磁线圈：用以激励磁路中磁通的载流线圈。 励磁线圈 励磁电流：励磁线圈中的电流 励磁电流 直流:直流磁路 例如:直流电机 交流:交流磁路 例如:变压器
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
（2006 年12 月 4 日、2007 年7 月 5 日顺利发电）
03本课程的任务
课程性质是一门专业技术基础课
通过学习本课程应达到的基本要求：
（1）了解磁路的计算方法及交、直流磁路和铁心线圈的性能；
（2）了解变压器和三种电机（感应电动机、同步发电机及直流电动机）的基本结构，深刻理解各种电机中气
隙磁场的性质和时空关系；
（3）牢固掌握各种电机在稳态运行时的电磁分析方法和运行性能。
主要包括电压方程和转矩方程的建立；
电机中的能量转换及平衡关系；各种电机参数的物理
含义；运用等效电路计算电机的性能和主要运行数据。
（4）掌握各种电机的共性（感应电势、电磁转矩、合成气隙磁场等）及其个性和特点，能够结合实际对具体
问题具体分析，以达到解决问题的目的。
（5）通过实验，熟练掌握变压器及电机的基本实验方法和实验技能，如工作特性测取；稳态参数的测定方法
与计算；电动机的起动、调速、制动及反转等；另外
能对实验结果进行分析和评定，并初步具有检查电机
故障的能力。