电机学基础
电机学及拖动基础课程设计
电机学及拖动基础课程设计
引言
电机学及拖动基础是电气工程专业中的重要课程之一，主要涉及电机的结构、原理和性能参数等方面内容。
在现代工业生产中，电机作为驱动设备，已经广泛应用于各个领域。
因此，学习和掌握电机学及拖动基础知识，对于电气工程专业学生的职业发展具有重要意义。
本文旨在介绍电机学及拖动基础课程设计的教学内容、教学目标、课程设置等方面内容，以期帮助教师更好地开展教学工作。
教学内容
电机学及拖动基础课程设计主要涵盖以下内容：
1.电机的分类和结构，包括直流电机、交流电机、步进电机等；
2.电机的工作原理，包括电磁感应原理、电动力原理等；
3.电机的性能参数，包括电机的旋转速度、电流、扭矩等；
4.拖动系统的基本概念和原理，包括传动装置、传动比、机械效率等；
5.不同种类电机在拖动系统中的应用，包括直流电机、交流电机、步进
电机在工业生产中的应用。
教学目标
电机学及拖动基础课程设计的教学目标如下：
1.掌握电机的基本分类和结构，能够区分各种类型的电机，并了解其结
构特点；
2.理解电机的工作原理，包括其动力学、静力学和电磁学等方面知识；
1。
电机学的知识点
电机学的知识点电机学是研究电动机原理、结构、性能及其控制的学科，是电工学、电子学等学科中重要的一门基础学科。
在生产生活中，电动机被广泛应用于机械、化工、石油、交通、房地产、家居等领域，电机技术得到了广泛的应用和推广。
下面就来简单了解一下电机学的知识点。
一、电动机原理电动机是将电能转换为机械能的电气设备。
电动机实现电能转化的基本原理是根据是安培定则和法拉第电磁感应定律。
通俗地说，电流在磁场中会受到作用力，导致电动机的匀速或变速运动。
电动机主要由定子、转子、轴承、支轴、散热器、连接线、端盖、控制器等组成，其中定子内部铺设绕组，绕组决定了电机的转矩和速度。
二、电动机的分类根据不同的工作原理、结构和用途，电动机有很多类别，常见的电动机有直流电机、交流电机、异步电机、同步电机、直线电机、永磁电机、步进电机、伺服电机等。
其中，直流电机的优点是结构简单、转矩平稳、响应速度快，适用范围广。
交流电机的种类繁多，涵盖了异步、同步、感应、电容、永磁等不同类型电机，使用广泛，能够满足不同领域不同需求。
三、电动机的参数电机学几乎覆盖了所有电动机的工作原理和技术细节。
电动机参数以电机功率、电流、电压、效率和转速等参数为主要参数。
功率是电机的输出能力，取决于负载扭矩、输出转速和效率。
电流、电压、效率和转速影响电动机的应用范围和使用效果。
同时，转动惯量、轴承阻力、轴承轴向力和机械特性等参数也是电动机的重要指标。
四、电动机控制电动机通过更改定子绕组与转子磁通的相对状态，从而改变转矩和转速，实现电动机的控制。
电动机控制一般使用电器制动控制、电流控制、速度控制等技术。
现代智能电机控制技术随着各种自动化控制技术的发展，如PLC控制、PID控制、Fuzzy控制等，已经成为电动机控制的主要方式，为电动机的应用高效可控、安全可靠提供了有力保证。
五、发展趋势到目前为止，电机学发展一直在继续，电动机制造商和用户都需要摆脱传统的电机设计，研究新技术，创新新产品。
电机原理及驱动——电机学基础
电机原理及驱动——电机学基础1. 引言1.1 概述本篇文章旨在探讨电机原理及其驱动的基础知识。
电机作为现代工业和家庭设备中广泛应用的关键部件之一，具有重要的作用。
了解电机的基本原理以及不同类型的电机分类和特点对于设计、选择和控制电机都至关重要。
1.2 文章结构本文将按照以下结构逐步介绍电机原理及驱动相关内容：第二部分将介绍电机的基本原理。
我们将探讨电机内部发生的物理现象，并解释与电流、磁场和力之间的关系。
第三部分将涵盖各种常见的电机分类和特点，包括直流电机、交流电机和步进电机。
我们将详细讨论它们各自的优缺点以及适用领域。
第四部分将深入讨论电机驱动方式。
其中包括直流电机驱动方式、交流电机驱动方式和步进电机驱动方式等。
我们将了解每种驱动方式如何实现不同速度和转矩要求。
最后一部分将介绍几种常见的控制方法，包括开环控制和闭环控制。
我们还会介绍PWM调速控制策略和矢量控制方法，这些方法使得电机能够更加精确地实现速度和位置控制。
1.3 目的通过本文，读者将了解到电机工作的基本原理、各种常见电机的分类与特点，以及不同的驱动方式和控制方法。
我们希望读者能够在真实应用中根据具体需求选择适合的电机，并了解如何进行有效的驱动和控制，以实现预期的性能。
最终，本文旨在提供对电机学基础知识全面而深入的理解，并为相关领域的进一步学习和研究提供良好的基础。
2. 电机原理:2.1 电机基本原理:电机是将电能转换为机械能的装置。
它是由定子和转子组成的，定子产生旋转磁场，而转子受到这个磁场的作用而产生旋转运动。
其工作根据洛伦兹力原理，当电流通过导体时，会在其周围产生一个磁场，与外部磁场发生相互作用从而引起力或力矩作用。
2.2 电机分类及特点:电机可分为直流电机、交流电机和步进电机等几种类型。
直流电机是最常见的一种类型，其特点是便于控制和适应速度变化需求；交流电机具有较高的效率和较大的功率范围，并且无需额外的起动装置；步进电机通过精确控制脉冲信号实现旋转角度调整，具有高精度、低噪音等特点。
项目二 电机学基础知识
开关磁阻电机工作原理: 开关磁阻电机的运行遵循 “磁阻最小原 理” ———磁通总要沿磁阻最小的路径闭合， 而具有一定形状的铁芯在 移动到最小磁阻位置时， 必使自己的主轴线与磁场的轴线重合。
二、新能源汽车常用电机驱动系统
2.开关磁阻电机特点 开关磁阻电机的结构比其他任何一种电机都要简单， 在电机的转子上 没有集电环、 绕组和永磁体等。 开关磁阻电机还具有在较宽转速和转矩范围内高效运行、 控制灵活、 可四象运行、 响应速度快、 成本较低等优点， 工艺性好， 适用于高速， 环境适应性强。 3.开关磁阻电机的控制系统 开关磁阻电机驱动系统的核心是开关磁阻电机 (ＳＲＭ)ꎬ 它涉及电机、 电力电子、 微机、 控制、 光电转换、 角度测量等多学科知识、 结构比 较复杂、 控制系统要求也比较独 特、 感应电机和永磁同步电机的控制方法通常难以满足系统的控制要求。 由于开关磁阻电机具有明显的非线性特性， 系统难于建模， 一般的 线性控制方式不适于开关磁阻电机系统。
二、新能源汽车常用电机驱动系统
驱动电机及其控制系统如图2-1所示。
二、新能源汽车常用电机驱动系统
（一）驱动电机系统简介 新能源汽车具有环保、节约、简单三大优势，在纯电动汽车上体现尤
为明显: 以电机代替内燃机，由电机驱动而无须自动变速器，相对于自动 变速器，电机结构简单、技术成熟、运行可靠。
(二) 电动汽车电机的基本要求 (１) 电机结构紧凑、 尺寸小，封装尺寸有限，必须根据具体产品进行 特殊设计。 (２) 质量轻，以减轻车辆的整体质量，应尽量采用铝合金外壳，同时 转速要高，以减轻整车的质量，增加电机与车体的适配性，扩大车体可利 用空间，从而提高乘坐的舒适性。
电机学知识点讲义汇总
电机学知识点讲义汇总第一章 基本电磁定律和磁路电机的基本工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律、磁路定律和电磁力定律等定律的基础上的，掌握这些基本定律，是研究电机基本理论的基础。
▲ 全电流定律全电流定律 ∑⎰=I Hdl l式中，当电流方向与积分路径方向符合右手螺旋关系时，电流取正号。
在电机和变压器的磁路计算中，上式可简化为∑∑=Ni Hl▲电磁感应定律 ①电磁感应定律 e=-dtd N dt d Φ-=ψ 式中，感应电动势方向与磁通方向应符合右手螺旋关系。
②变压器电动势磁场与导体间无相对运动，由于磁通的变化而感应的电势称为变压器电动势。
电机中的磁通Φ通常是随时间按正弦规律变化的，线圈中感应电动势的有效值为m fN E φ44.4=③运动电动势e=Blv④自感电动势 dtdiL e L -= ⑤互感电动势 e M1=-dt di 2 e M2 =-dtdi1 ▲电磁力定律f=Bli▲磁路基本定律 ① 磁路欧姆定律 Φ=A l Ni μ=mR F =Λm F 式中，F=Ni ——磁动势，单位为A ；R m =Alμ——磁阻，单位为H -1； Λm =lA R m μ=1——磁导，单位为H 。
② 磁路的基尔霍夫第一定律0=⎰sBds上式表明，穿入（或穿出）任一封闭面的磁通等于零。
③ 磁路的基尔霍夫第二定律∑∑∑==mRHl F φ上式表明，在磁路中，沿任何闭合磁路，磁动势的代数和等于次压降的代数和。
磁路和电路的比较第二章 直流电动机一、直流电机的磁路、电枢绕组和电枢反应 ▲磁场是电机中机电能量转换的媒介。
穿过气隙而同时与定、转子绕组交链的磁通为主磁通；仅交链一侧绕组的磁通为漏磁通。
直流电机空载时的气隙磁场是由励磁磁动势建立的。
空载时，主磁通Φ0与励磁磁动势F 0的关系曲线Φ0=f （F 0）为电机的磁化曲线。
从磁化曲线可以看出电机的饱和程度，饱和程度对电机的性能有很大的影响。
▲ 电机的磁化曲线仅和电机的几何尺寸及所用的材料有关，而与电机的励磁方式无关。
电动机基础知识
（a）定子铁心
（b）定子冲片
定子铁心及冲片示意图
四、三相异步电动机的结构
（3）定子绕组
定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相对称电流时 ，就会产生旋转磁场。三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线 圈连接而成。每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差120°电角度。线圈由绝缘铜导 线或绝缘铝导线绕制。中、小型三相电动机多采用圆漆包线，大、中型三相电动机的 定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，再按一定规律嵌入定子铁心槽 内。定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端分别标为U1, V1, W1 ，末端分 别标为U2, V2, W2 。这六个出线端在接线盒里的排列如下图所示，可以接成星形或三 角形。
2）发电机：在电路中用字母“G”表示。它的主要作用是利用机械能转化为 电能，目前最常用的是，利用热能、水能等推动发电机转子来发电，如我 厂的9000KW发电机和25000KW发电机。随着风力发电技术的日趋成熟，风 电也慢慢走进我们的生活。
3）变压器：在有的书上称之为静止的电机。
二、电动机的分类
1、按工作电源分类：
• 2. 额定功率（4.0KW）
单额位定。功率是指在满载运行时三相电动机轴上所输出的额定机械功率，用PN表示，以千瓦（kW）或瓦（W）为
• 3. 额定电压（380V）
过额额定定电电压压是的指±接5到%电。动电机压绕过组高上，的电线动电机压容，易用烧U毁N表；示电。压三过相低电，动电机动要机求难所以接启的动电，源即电使压启值动的后变电动动一机般也不可应能超带 不动负载，容易烧坏。
电机学与电力拖动基础课程设计
电机学与电力拖动基础课程设计1. 课程简介本课程是一门涉及电机学和电力拖动基础理论的课程设计，重点介绍电机学的基本概念和定理，以及电力拖动的基本原理和应用，同时也将探讨电机控制的基本方法。
该课程适用于电气工程、机械工程、能源工程和自动化等相关专业的本科生和研究生。
2. 课程目标本课程旨在使学生掌握电机学和电力拖动的基本知识和技能，深入了解电力拖动控制的基本思想和实现方法，培养学生的工程实践能力。
3. 课程内容3.1 电机学基础理论•电机结构和分类•电机电路及其等效电路•电机转矩方程和动态方程•电机效率和功率因数•电机的启动和制动控制3.2 交流电机的基本原理•交流电机的三相定子电动势和磁动势•交流电机的旋转磁场和转速•交流电机的定子和转子电路•交流电机的绕组相位序列和相序态•交流电机的转速控制3.3 直流电机的基本原理•直流电机的励磁和电枢电路•直流电机的电磁转矩和机械转矩•直流电机的调速和制动控制•直流电机的串、并联、混合极连接及特性3.4 电力拖动的控制•电力拖动的基本概念和分类•电力拖动的传动系统和控制系统•电力拖动的控制模型和控制器•电力拖动的常用控制策略4. 课程设计4.1 设计要求学生将要完成的课程设计要求他们基于课程中所学的理论知识，自行选择一种电机和其相关的驱动电路，并进行设计和实现，对电机控制系统进行建模和仿真，最终实现电机的速度控制。
学生需要准确描述设计、仿真和实验结果，进行数据分析和结果讨论，得出结论并汇报。
4.2 设计内容学生将要完成的设计包括以下内容：4.2.1 电机选型和参数计算学生需要通过相关资料和样本电机实验数据，选择一台合适的电机及其参数，对这个电机进行建模和仿真，以保证整个系统的安全稳定运行。
4.2.2 驱动电路设计学生需要设计和实现一个合适的驱动电路，以给电机提供一个合适的电压、电流和功率，使其可以满足一定的加速度和转速要求。
学生需要处理好电路的热问题和电磁兼容问题，保证电路的可靠性和稳定性。
电机学基础知识
步进电机与伺服电机
总结词
步进电机是一种将脉冲信号转换为旋转机械能的装置 ，而伺服电机是一种接受控制信号后精确控制电机转 动的装置。
04
电机的应用领域
工业领域的应用
电机驱动系统
电机是工业自动化生产线和各种 机械设备中的重要驱动元件，用 于实现精确的位置控制、速度调 节和力矩输出。
ห้องสมุดไป่ตู้
泵和风机
电机广泛应用于泵和风机等流体 机械中，用于输送液体和气体， 提供必要的动力。
自动化生产线
电机驱动传送带、装配机械手等 自动化设备，实现生产线的连续、 高效运行。
汽车领域的应用
起动电机
在传统汽车中，起动电机用于起动发 动机，随着新能源汽车的发展，起动 电机也应用于混合动力和纯电动汽车 中。
雨刷电机
车窗升降电机
车窗升降电机用于控制车窗的升降， 提供便利的开关操作。
雨刷电机用于控制汽车雨刷的摆动， 保持风挡玻璃的清晰。
家电领域的应用
01
洗衣机电机
洗衣机电机作为洗衣机的主要动 力源，驱动波轮或滚筒的旋转， 实现洗涤功能。
机器人技术
03
在机器人技术中，电机用于驱动机器人的关节、手臂、腿部等
运动部件，实现机器人的动作和控制。
05
电机的未来发展与挑战
电机的未来发展趋势
高效能化
随着节能减排需求的增加，电机的高效能化成为未来的发展趋势， 包括永磁同步电机、开关磁阻电机等新型电机的研发和应用。
智能化
电机与传感器、控制系统的集成，实现电机的智能化控制，提高电 机的运行效率和可靠性。
电机学知识点总结
电机学知识点总结电机，作为现代工业和日常生活中不可或缺的设备，其背后的电机学知识体系庞大而复杂。
下面我们来对电机学的重要知识点进行一番梳理。
首先，电机的分类是我们需要了解的基础。
电机主要分为直流电机和交流电机两大类。
直流电机结构相对简单，调速性能好，常用于对调速要求较高的场合，比如早期的电车和一些工业生产中的调速系统。
交流电机则又包括异步电机和同步电机。
异步电机结构简单、价格低廉、运行可靠，在工农业生产中应用广泛，像常见的风机、水泵大多采用异步电机驱动。
同步电机的转速与电源频率严格同步，具有功率因数可调等优点，常用于大型发电厂以及需要高精度转速控制的场合。
电机的工作原理是电机学的核心内容之一。
直流电机是依靠通电导体在磁场中受到电磁力的作用而转动。
其电磁转矩的大小与电枢电流和磁通成正比。
对于交流电机，异步电机是基于电磁感应原理工作的，定子绕组中通以三相交流电产生旋转磁场，转子绕组中的导体在旋转磁场的作用下产生感应电流，从而受到电磁力使转子转动。
同步电机则是通过转子磁场与定子旋转磁场的相互作用实现同步运行。
在电机的结构方面，无论是直流电机还是交流电机，都由定子和转子两大部分组成。
定子是电机的固定部分，主要包括定子铁芯、定子绕组等。
转子是电机的旋转部分，其结构形式则因电机类型的不同而有所差异。
例如，直流电机的转子有电枢铁芯、电枢绕组和换向器等；异步电机的转子有鼠笼式和绕线式两种，鼠笼式转子结构简单，绕线式转子则可以通过外接电阻来调节转速。
电机的参数也是非常重要的知识点。
比如，直流电机的主要参数有电枢电阻、电枢电感、励磁电阻和励磁电感等。
这些参数对于分析电机的性能和设计控制系统都有着至关重要的作用。
交流电机的参数则包括定子电阻、定子电感、转子电阻、转子电感以及互感等。
电机的运行特性是我们关注的重点之一。
直流电机的运行特性包括转速特性、转矩特性和效率特性等。
通过对这些特性的分析，可以了解电机在不同负载下的性能表现。
电机学基础知识
对于某一电路，在任意时刻，沿任一回路，各支路电压的
代数和恒等于零。
ut 0
12
第1章 电机学基础知识
1.1.5 安培环路定律（全电流定律）
在磁场中，磁场强度H沿任意闭合回路 l 的线积分，等于
该闭合回路所包围的所有电流的代数和。 l Hdl i
i1
i2
i3 1. 对于通电螺线管，磁场是均匀
的，磁场强度H处处相等，总电
1.2.1 电机的磁路
磁路
主磁通
i1 ＋
u1 －
1 2
i2 ＋
u2 －
N
S
S
励磁绕组
漏磁通 变压器磁路
N
直流电机磁路
15
第1章 电机学基础知识
1.2.2 磁路定律
∮ 1. 安培环路定律 H dl = ∑i l 如图： ∑i = i1＋i2－i3
2. 磁路的欧姆定律
∮H dl = Hl = N i
l
② 软磁材料 B－H 曲线窄， Br 小、Hc 小。 用于制造变压器、电机等电器的铁心。
③ 矩磁材料 B－H 曲线形状接近矩形， Br 大、Hc 小。 用于计算机中，作记忆单元。
29
第1章 电机学基础知识
Φ
4. 铁心损耗
(1) 磁滞损耗 Ph (2) 涡流损耗 Pe
铜损耗使线圈发热，
铁损耗使铁心发热。 0.35mm
流由通有电流的匝线圈提供：
l
H lN i
H dl
13
第1章 电机学基础知识
2.工程中用到几何形状复杂的磁路，可以将磁路分成几 段，分别应用安培环路定律，再求电流的总和。
n
Hklk i
1
3.对于带气隙的铁心磁路，磁 场是不均匀的
电机学坐标变换基础知识总结
电机学坐标变换基础知识总结
电机学坐标变换是电机控制领域中的重要概念，它是将三相交流电信号转换为直流电信号的过程。
在电机控制中，坐标变换是一种常用的数学工具，它可以将三相交流电信号转换为直流电信号，从而实现电机的控制。
坐标变换的基础知识包括三相交流电信号、直流电信号、坐标系等。
三相交流电信号是指三个相位相差120度的正弦波电信号，它们的幅值和频率相同。
直流电信号是指电流或电压在时间上保持不变的电信号。
坐标系是指用来描述电信号的坐标系，通常使用直角坐标系和极坐标系。
在电机控制中，坐标变换通常使用dq坐标系。
dq坐标系是一种旋转坐标系，它可以将三相交流电信号转换为直流电信号。
dq坐标系的原点位于三相电信号的零点，dq坐标系的x轴和y轴分别与三相电信号的a轴和b轴对齐。
dq坐标系的d轴和q轴分别与三相电信号的正弦波和余弦波对齐。
坐标变换的过程可以分为两个步骤：正变换和逆变换。
正变换是将三相交流电信号转换为dq坐标系下的直流电信号，逆变换是将dq 坐标系下的直流电信号转换为三相交流电信号。
正变换和逆变换都可以使用矩阵运算来实现。
在电机控制中，坐标变换是一种非常重要的数学工具，它可以将三
相交流电信号转换为直流电信号，从而实现电机的控制。
坐标变换的基础知识包括三相交流电信号、直流电信号、坐标系等。
dq坐标系是一种旋转坐标系，它可以将三相交流电信号转换为直流电信号。
坐标变换的过程可以分为正变换和逆变换，它们都可以使用矩阵运算来实现。
电机学基础必学知识点
电机学基础必学知识点1. 电磁感应原理：根据法拉第电磁感应定律，导线在磁场中运动时会产生感应电动势。
2. 磁场的产生：磁场可以由磁铁或电流产生。
3. 左手定则：用于确定电流通过导线时的磁场方向。
将拇指指向电流方向，其他手指弯曲的方向即为磁场方向。
4. 电机运动方向的确定：根据洛伦兹力定律，当电流通过导线时，会受到磁场力的作用，方向由右手定则确定。
5. 电动势和电流的关系：根据欧姆定律，电动势等于电流乘以电阻。
6. 磁化曲线和磁滞回线：用于描述磁场强度与磁化力的关系。
7. 磁感应强度和磁场强度：磁感应强度是磁场中的磁感线的密度，而磁场强度表示一个点的磁场强度大小。
8. 电磁铁：由线圈和铁芯构成，通电时能够产生强磁场。
9. 电感和感应电动势：当电流变化时，会产生感应电动势，这种现象称为自感。
10. 洛伦兹力：电流通过导线时，在磁场中会受到力的作用，该力称为洛伦兹力。
11. 感应电动势的大小：根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小等于磁通量的变化率。
12. 动能定理：将电能转换成机械能的定律，表征电机的工作原理。
13. 电机的功率和效率：电机的功率等于输入功率减去损耗功率，效率等于输出功率除以输入功率。
14. 直流电机：根据电流方向和磁场方向的关系，直流电机分为永磁直流电机和励磁直流电机。
15. 交流电机：根据电流的形式，交流电机分为异步交流电机和同步交流电机。
16. 电机的控制方法：电机的控制方法包括电压控制、电流控制和频率控制等。
17. 电机故障检测和维护：电机故障检测和维护包括温度检测、振动检测、绝缘检测等。
18. 电机的选型和应用：根据具体的应用需求选择合适的电机类型和规格进行设计和应用。
电机学坐标变换基础知识总结
电机学坐标变换：让电气运动控制更高效
电机学坐标变换是一项重要的电气控制技术，可以将电机系统中
的三相坐标系和两相坐标系相互转换，从而实现更高效的电气运动控制。
以下是一些关于电机学坐标变换的基础知识总结，供大家参考。
一、坐标系的定义
电机系统中最常见的坐标系是直角坐标系、极坐标系和三相坐标系。
其中，直角坐标系（x，y）是一种平面坐标系，极坐标系（r，θ）则用极径和极角描述二维空间中的位移，而三相坐标系则涉及到三个
正弦波。
二、电机中的坐标变换
在电机系统中，直角坐标系可转换为极坐标系，极坐标系也可通
过三角函数转换为三相坐标系。
在三相交流电机控制中，常用的坐标
变换有卡氏变换和帕克变换。
卡氏变换可将三相坐标系转换为两相坐
标系，而帕克变换则将三相坐标系转换为定子坐标系和转子坐标系。
三、坐标变换在电气运动控制中的应用
电气运动控制中，坐标变换可以用来控制电机的转速、转矩和位置。
通过坐标变换，我们可以实现电机的矢量控制、转子定向控制和
磁场定向控制，从而提高电机的控制精度和效率，并实现更灵活的控
制策略。
总结：电机学坐标变换是电气控制领域中的一项重要技术，通过转换坐标系，可以实现更高效的电气控制策略。
电机工作者需要掌握基础的坐标变换知识，以便在实际应用中更好地控制电机的转速、转矩和位置。
第一章 电机学基础知识PPT课件
4. 磁导率μ
μ=
B H
单位：H / m
真空中的磁导率: μ0 = 4π×10－7 H / m
大连理工大学电气工程系
物质按磁导率分类：非磁性物质、磁性物质。
◆ 非磁性物质
μ≈μ0 1） 顺磁物质(如空气) : μ 略大于μ0 。 2） 反磁物质(如铜) ：μ 略小于μ0 。
◆ 磁性物质—— 高导磁性
大连理工大学电气工程系
2）在高新技术领域的新应用
☆ 信息技术（雷达驱动） ☆ 航天航空航海 ☆ 生物医学工程（多种医疗设备）
大连理工大学电气工程系
绪2. 电论机的分类
常用分类方式： ◆按功能分，有发电机、电动机、变压器和控制电机 四大类。 ◆按电机结构及电源性质分，有变压器和旋转电机。
两种方法归纳如下：
电机与拖动
机械工业出版社
大连理工大学电气工程系
☆本课程的性质、任务和内容
性质：电气自动化和自动化专业的专业基础课
任务： ◆ 掌握电机的基本结构、工作原理和主要特性； ◆ 掌握电力拖动系统的分析计算及电机的选择法； ◆ 培养分析和解决问题的能力，为今后学习和工作 打下坚实的基础。
内容：
◆电机学：直流电机、变压器、异步电机、同步电机、
☆ 各领域中有特殊要求的动力装置
大连理工大学电气工程系
◆ 发电环节——各种发电机
引进600MW汽轮发电机
大连理工大学电气工程系
国产300MW汽轮发电机
大连理工大学电气工程系
现场运行的水轮发电机
大连理工大学电气工程系
◆ 输配电环节——变压器
为把发电厂发出的电力输送到四面八方的用户，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。
电机的基础知识和详细介绍
电机的根底知识和详细介绍电机泛指能使机械能转化为电能、电能转化为机械能的一切机器。
特指发电机、电能机、电动机。
电机及电机学概念电机定义：是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。
电动机也称电机〔俗称马达〕，在电路中用字母“M〞〔旧标准用“D〞〕表示。
它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。
发电机在电路中用字母“G〞表示。
它的主要作用是利用机械能转化为电能，目前最常用的是，利用热能、水能等推动发电机转子来发电，随着风力发电技术的日趋成熟，风电也慢慢走进我们的生活。
变压器，在有的书上称之为静止的电机。
从电机的定义发现，这么说也有它的道理的。
电动机的种类1．按工作电源分类根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。
其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。
2．按构造及工作原理分类根据电动机按构造及工作原理的不同，可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。
同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。
异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。
感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。
交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。
直流电动机按构造及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。
有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。
电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。
永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。
3．按起动及运行方式分类根据电动机按起动及运行方式不同，可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。
4．按用途分类可分为驱动用电动机和控制用电动机。
驱动用电动机又分为电开工具〔包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具〕用电动机、家电〔包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等〕用电动机及其它通用小型机械设备〔包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等〕用电动机。
1第一篇--电机学基础理论
穿出(或进入)任一闭和 面的磁通量的代数和必 为零(或者说,进入任一 闭合面的磁通量恒等于
i
N匝
穿出该闭合面的磁通量
),这就是磁通连续性定 律。 哈尔滨理工大学
2
图1-7 磁路基尔霍夫第一定律
第一章 磁路和磁性材料
第二节 磁路的基本定律 公式：
Φ1 Φ2 Φ3
或
Φ =0
哈尔滨理工大学
第一章 磁路和磁性材料
第三节 磁性材料及其特性
顺磁材料 材料 反磁材料 铁磁材料
略>0 略<0 >>0
铁、镍、钴和其它合金等为铁磁材料。 电机和变压器的磁路通常都由铁磁材料制成。
哈尔滨理工大学
第一章 磁路和磁性材料
第三节 磁性材料及其特性
一、铁磁材料的磁化
公式：
H dl i
l k=1
k
式中，若电流正方向与闭合回路上磁场强度的方向之间符合右手螺旋关
系，电流
ik 取正值，否则 ik 取负值。
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第一章 磁路和磁性材料
第二节 磁路的基本定律
对于图1-5(a)所示的电流方向：
H dl i
1
i 2 i3
图 1-5 安培环路定理 (a)多组电流
B H= μ
度上的磁压降。
或
B H
反映了单位长度的磁路上所消耗的磁动势，又称作单位长
矢量，单位为安培/米（A/m）。
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第一章 磁路和磁性材料
第一节 磁场中的基本物理量和磁路的概念
二、磁路的概念
磁路：磁通所经过的路径。
图1-4 常见的两种磁路 (a)变压器磁路 (b)直流电机磁路
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三相异步电动机的调速反转制动
• 1调速：变级、变转差率、变频 • 2反转：定子绕组任意两相线对调。 • 3制动：反接，回馈，能耗。
换向器
换向器的组成
• 直流电机转子上由换向片、云母片、V形绝 缘环、压圈和紧固件组成的电流换向装置。
主变压器的特点
• • • • • 1绕组多 2电压波动大 3负载变化大 4耐振动 5-4923/25
一、旋转磁场
• （一）旋转磁场的产生 • 图3—1为最简单的三相异步电动机的定子 绕组，每相绕组只有一个线圈，三个相同 的线圈U1—U2、V1—V2、W1—W2在空 间的位置彼此互差120°，分别放在定子铁 心槽中。当把三相线圈接成星形，并接通 三相对称电源后，那么在定子绕组中便产 生三个对称电流，
结构
• 1有气隙是为了改善换向，要求脉动系数在 很宽的负载范围内基本保持不变。 2铁芯组装 磁路的一部分，截面近似圆形，铁芯的中 间做成分段的，每柱有若干铁心饼
直流电动机工作原理
• 直流电动机电枢绕组接通直流电后，电枢 绕组通有电流，在磁场的作用下，受到电 磁力的作用，电枢绕组旋转。
直流电动机的励磁方式
• 串励，他励，并励，复励
直流电动机的启动、调速、制动
• 一启动：由于电枢绕组电阻很小，启动电 流大会影响电机性能，所以限制起动电流。 1降低电源电压启动（降压启动）。2电枢 回路串电阻启动（变阻起动）。 • 二调速：1电枢回路串电阻调速。2改变电 源电压调速。3改变主磁通调速。 • 三制动：1能耗制动（电枢绕组接电阻）。 2回馈制动（做发电机回馈电网）。
平波电抗器的结构
• • • • 由铁芯、绕组、引线、油道隔板组成 均为铁芯电抗器，四组电感线圈分别为四个牵引电机服务。 均为油浸式电抗器，与变压器共油箱，采用油循环风冷。 TXP7平波电抗器为带气隙的铁芯式平波电抗器。有气隙 是为了有效的改善牵引电动机的换向，要求脉动系数在很 宽的负载范围内基本保持不变， • 气隙是不会饱和的。如果气隙加得太大，它的衍射面也变 大了，相当于它的截面积增大，所以电感量变化较小，效 果不明显。 所以增加气隙通常是加气隙的个数，而不是 增加单个气隙的长度。
– 电感器电感量的大小，主要取决于线圈的圈数 （匝数）、绕制方式、有无磁心及磁心的材料 等等。通常，电感线圈圈数越多、绕制的线圈 越密集，电感量就越大。有磁心的线圈比无磁 心的线圈电感量大；磁心导磁率越大的线圈， 电感量也越大。 电感量的基本单位是亨利（简称亨），用字母 "H"表示。常用的单位还有毫亨（mH）和微亨 （μH），它们之间的关系是：1H=1000mH， 1mH=1000μH。
主变压器的特点
• • • • • 1绕组多 2电压波动大 3负载变化大 4耐振动 5对阻抗电压要求高（满足调压和短路保护 的要求） • 6重量轻体积小 • TBQ-4923/25
平波电抗器
• 平波电抗器是串接在点击回路中的电感装置。以 改善牵引电动机的换向和限制过高的温升。 • 脉动系数的值约为28%，如果脉动系数太低要求 电感大，会使平波电抗器的体积和重量增加，同 时主变压器的绕组中电流的高次谐波成分增加， 而增加对附近地区通信线路的影响。 • 整流柜输出电压是脉流电压，在牵引电动机中产 生脉动电流，影响了电机的换向。牵引电动机自 身的电感很小，因而在牵引电机电路中接入平波 电抗器。
变压器的维护和检修
• 日常维护和保养 • 1保持正常的油量，不足时，补充合格的同型号变压器油。 • 2定时检查和校验油温度计，保证指示准确。3经常检查油 温，主变压器的上层油温不大于95。绕组平均温度不大于 105。 • 4电气接触良好，确保绝缘瓷瓶良好，清洁、无裂缝，无 放电现象。 • 5检查外部状态，对个绕组及变压器油进行绝缘强度测验。 • 6加强对变压器油的保养，进行滤油处理。 • 7定期检查吸湿器中的干燥剂，硅胶干燥时呈蓝色，吸湿 后呈粉红色。受潮时，在140度下焙烘8小时，完全变成蓝 色。
研究电机是常用基本定律
• 1电路定律：U=IR • 定义：电压:电位差 • 电流：电荷的定向移动形成了电流。 • 电流强度：单位时间内流过导体横 • 的电荷。 • 电阻：导体对电流的阻碍作用就叫 • 导体的电阻。
电磁定律
• 电磁感应定律：当穿过回路的磁通量发生 变化时， 就会产生感应电动势。回路中的感生电动势的大 小和穿过回路的磁通量变化率等成正比 。产生感 应电动势的条件：磁通量变化；产生感应电流的 条件：磁通量变化；电路必须闭合 。 • 左手定则：导体的移动方向、磁力线穿过手心、 电流的方向 • 右手定则：导体的移动方向、磁力线穿过手心、 电流的方向
• （一）旋转磁场的产生 • 图3—1为最简单的三相异步电动机的定子 绕组，每相绕组只有一个线圈，三个相同 的线圈U1—U2、V1—V2、W1—W2在空 间的位置彼此互差120°，分别放在定子铁 心槽中。当把三相线圈接成星形，并接通 三相对称电源后，那么在定子绕组中便产 生三个对称电流，
• 当t=0时，由三相电流的波形可见，电流瞬 时值iU=0，iv为负值，iw为正值。这表示U 相无电流，V相电流是从线圈的末端V2流向 首端V1，W相电流是从线圈的始端W1流向 末端W2，这一时刻由三个线圈电流所产生 的合成磁场如图3—3a所示。它在空间形成 二极磁场，上为S极，下为N极（对定子而 言）。设此时N、S极的轴线（即合成磁场 的轴线）为零度。
平波电抗器的结构
• 由铁芯、绕组、引线、油道隔板组成 • TXP7平波电抗器为带气隙的铁芯式平波电抗器。 有气隙是为了有效的改善牵引电动机的换向，要 求脉动系数在很宽的负载范围内基本保持不变， 因此平波电抗器的电感称脉流电感，也称摆动电 感。 • 气隙是不会饱和的。如果气隙加得太大，它的衍 射面也变大了，相当于它的截面积增大，所以电 感量变化较小，效果不明显。 所以增加气隙通常 是加气隙的个数，而不是增加单个气隙的长度。
电机学基础
主讲 李春莲
电机在国民经济中的作用
• 由于电能适用于大量生产、集中管理、灵 活分配及自动控制，因而电能成为现代常 用的一种能源。电机是以电磁感应和电磁 力定律为基本工作原理进行电能的传递或 机电能量转换的机械，在工业、农业、国 防、交通运输和家用电器中有着广泛的应 用，对国民经济有着重要的作用。
能量守恒定律
• 输入功率=输出功率
第一章 变压器工作原理和结构
• 变压器：原副边电压之比等于匝数之比， 与电流成反比。U1 / U2 =N1/N 2=I 2 /I1
第二章直流电机的工作原理和结构
• 直流电机是直流发电机和直流电动机的总 称，直流电机具有可逆性，即可做发动机 使用，又可做电动机使用。
三相异步电动机的结构和原理
三相异步电动机工作原理和结构
• 一三相异步电动机的定子绕组是一个空间 位置对称的三相绕组，如果在定子绕组通 入三相对称的交流电流，就会在电动机内 部建立起一个恒速旋转的磁场，称为旋转 磁场，它是异步电动机工作的基本条件。 因此，有必要先说明旋转磁场是如何产生 的，有什么特性，然后再讨论异步电动机 的工作原理。
1电能生产传输和分配中的主要设备
• 都是电机：生产是发电机。转换能量。 • 传输分配是变压器。电能转换 为电能。
各种生产机械和装备的动力设备
• 1生产，交通，农业，医疗，家用电器等。 • 2自动控制中的重要元件。
电机主要类型和电机中所用的材料
• 一电机的主要类型： • 1发电机 • 2电动机 • 3变压器 • 4控制电机 • 二电机中所用的材料：导电材料、导磁材 料、绝缘材料、结构材料。
平波电抗器
• 平波电抗器是串接在点击回路中的电感装置。以 改善牵引电动机的换向和限制过高的温升。 • 脉动系数的值约为28%，如果脉动系数太低要求 电感大，会使平波电抗器的体积和重量增加，同 时主变压器的绕组中电流的高次谐波成分增加， 而增加对附近地区通信线路的影响。 • 整流柜输出电压是脉流电压，在牵引电动机中产 生脉动电流，影响了电机的换向。牵引电动机自 身的电感很小，因而在牵引电机电路中接入平波 电抗器。