第1章 电机学基础知识(刘)
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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
表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，如图所示。由于硅钢片较薄而 且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过而引起的铁心 涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈。
（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。
（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。
电机学基础知识
交流电机是一种将交流电能转换为机械能的装置，其工作原理基于安培力定律和 法拉第电磁感应定律。交流电机具有结构简单、可靠性高、维护方便等优点，广 泛应用于工业自动化、电力、纺织等领域。
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。
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。
电机学基础知识
7
第1章 电机学基础知识
1.1.2 电磁感应定律
1. 运动电势
长度为l 的直导体与磁场有相对运动时，导体中会产生感
应电势
e
e B lv v
需互相垂直
v
感应电势正方向： 右手定则
8
第1章 电机学基础知识
2. 变压器电势 匝数为N的线圈环链着磁通，当发生
变化时，线圈两端产生感应电势。
iA
第1章 结 束
32
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
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
磁场中各点的磁感应强度可以用磁力线的疏密 程度来表示。
2
第1章 电机学基础知识
磁力线的分布和方向：
I
B
II
B
I
磁力线的特性： ① 磁力线的回转方向和电流方向之间的关系遵
守右手螺旋法则。 ② 磁力线总是闭合的，既无起点，也无终点。 ③ 磁场中的磁力线不会相交。
3
第1章 电机学基础知识
2. 磁通量和磁通连续性定律
第1章 电机学基础知识
1.1 电机学的基本电磁定律
1.2 电机的磁路及其基本定律
1.3 电机的制造材料
A1
l1
H
N i
A2
l2
1
第1章 电机学基础知识 1.1 电机学的基本电磁定律 1.1.1 磁场的基本概念 1. 磁感应强度和磁力线
第1章 电机学基础知识
1.1.2 电磁感应定律
1. 运动电势
长度为l 的直导体与磁场有相对运动时，导体中会产生感
应电势
e
e B lv v
需互相垂直
v
感应电势正方向： 右手定则
8
第1章 电机学基础知识
2. 变压器电势 匝数为N的线圈环链着磁通，当发生
变化时，线圈两端产生感应电势。
iA
第1章 结 束
32
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
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
磁场中各点的磁感应强度可以用磁力线的疏密 程度来表示。
2
第1章 电机学基础知识
磁力线的分布和方向：
I
B
II
B
I
磁力线的特性： ① 磁力线的回转方向和电流方向之间的关系遵
守右手螺旋法则。 ② 磁力线总是闭合的，既无起点，也无终点。 ③ 磁场中的磁力线不会相交。
3
第1章 电机学基础知识
2. 磁通量和磁通连续性定律
第1章 电机学基础知识
1.1 电机学的基本电磁定律
1.2 电机的磁路及其基本定律
1.3 电机的制造材料
A1
l1
H
N i
A2
l2
1
第1章 电机学基础知识 1.1 电机学的基本电磁定律 1.1.1 磁场的基本概念 1. 磁感应强度和磁力线
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。
第1章电机学基础知识
第1章电机学基础知 识
1
第1页，此课件共43页哦
20222//22//1177
大连理工大学电气工程系
电机与电力拖动的发展概况
二、按运动方式及电源性质分类
静止电机-----------------变压器
电机
旋转电机 控制电机
直流电机
交流电机
直流发电机
直流电动机
异步电动机
异步电机 异步发电机
同步发电机
均匀磁场: 各点磁感应强度大小相等，方向相同的 磁场，也称匀强磁场。
二、磁通
磁通 ：穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数。 在均匀磁场中 = B S 或 B= /S
说明: 如果不是均匀磁场，则取B的平均值。 磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单
位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。
磁通 的单位:韦[伯](Wb) 1Wb =1T·m2
20222//22//1177
28
第28页，此课件共43页哦
电机中常用的基本定律
1. 变压器电动势 指线圈位置静止不变，穿过线圈的磁通Ф发生变化，这样 在线圈内将产生感应电动势，其大小与线圈的匝数和磁通 变化率成正比，方向由楞次定律决定
e N d dt
2. 切割（运动）电动势
当磁场和线圈导体之间有相对运动时，使得穿过线圈的磁通随 着时间的变化而变化。
20222//22//1177
19
第19页，此课件共43页哦
磁场的基本物理量
三、磁场强度
磁场强度H ：表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。 是计算磁场时所引用的一个物理量，通过它来确定磁场与 电流之间的关系。
磁场强度H的单位 ：安培/米（A/m) H 与 B 的区别
1
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大连理工大学电气工程系
电机与电力拖动的发展概况
二、按运动方式及电源性质分类
静止电机-----------------变压器
电机
旋转电机 控制电机
直流电机
交流电机
直流发电机
直流电动机
异步电动机
异步电机 异步发电机
同步发电机
均匀磁场: 各点磁感应强度大小相等，方向相同的 磁场，也称匀强磁场。
二、磁通
磁通 ：穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数。 在均匀磁场中 = B S 或 B= /S
说明: 如果不是均匀磁场，则取B的平均值。 磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单
位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。
磁通 的单位:韦[伯](Wb) 1Wb =1T·m2
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电机中常用的基本定律
1. 变压器电动势 指线圈位置静止不变，穿过线圈的磁通Ф发生变化，这样 在线圈内将产生感应电动势，其大小与线圈的匝数和磁通 变化率成正比，方向由楞次定律决定
e N d dt
2. 切割（运动）电动势
当磁场和线圈导体之间有相对运动时，使得穿过线圈的磁通随 着时间的变化而变化。
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磁场的基本物理量
三、磁场强度
磁场强度H ：表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。 是计算磁场时所引用的一个物理量，通过它来确定磁场与 电流之间的关系。
磁场强度H的单位 ：安培/米（A/m) H 与 B 的区别
电机学第1章
pFe ph pe (Ch fBmn Ce2 f 2Bm2 )V
if 1T Bm 1.8T then
pFe CFe f 1.3Bm2G
2020年1月23日星期四
20
1.3 磁路的计算
1.直流磁路的计算 2.直流电机的空载磁路和磁化曲线 3.永磁磁路的计算特点 4.交流磁路的特点
2020年1月23日星期四
15
3.铁磁材料
材料名称 磁性能
表1-1 永磁材料的磁性能
铝镍钴(AL 铁氧体(Y35) 稀土钴(YX 钕铁硼(N42
NICO 56/6)
G-26）
H)
剩磁T
1.35
0.39
1.03
1.33
矫顽力(kA/m)
60
200
765
907
最大磁能积
56
31．8
198
326
BH(kJ/)
2020年1月23日星期四
2
1.磁路的概念
图1-1 两种常见的磁路 a)变压器的磁路 b)四极直流电机的磁路
2020年1月23日星期四
3
2.磁路的基本定律
分析和计算磁场时，常常要用到两条基本定律： ➢ 安培环路定律， ➢ 磁通连续性定律
把这两条定律应用到磁路，可得磁路的 ➢ 欧姆定律 ➢ 磁路的基尔霍夫第一和第二定律
2020年1月23日星期四
图1-5 磁路的基尔霍夫第二定律
9
1.2 常用的铁磁材料及其特性
1.铁磁材料的磁化 2.磁化曲线和磁滞回线 3.铁磁材料 4.铁心损耗
2020年1月23日星期四
10
1.铁磁材料的磁化
磁化：铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性
图1-6 磁畴示意图 a)未磁化时 b)磁化后
if 1T Bm 1.8T then
pFe CFe f 1.3Bm2G
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20
1.3 磁路的计算
1.直流磁路的计算 2.直流电机的空载磁路和磁化曲线 3.永磁磁路的计算特点 4.交流磁路的特点
2020年1月23日星期四
15
3.铁磁材料
材料名称 磁性能
表1-1 永磁材料的磁性能
铝镍钴(AL 铁氧体(Y35) 稀土钴(YX 钕铁硼(N42
NICO 56/6)
G-26）
H)
剩磁T
1.35
0.39
1.03
1.33
矫顽力(kA/m)
60
200
765
907
最大磁能积
56
31．8
198
326
BH(kJ/)
2020年1月23日星期四
2
1.磁路的概念
图1-1 两种常见的磁路 a)变压器的磁路 b)四极直流电机的磁路
2020年1月23日星期四
3
2.磁路的基本定律
分析和计算磁场时，常常要用到两条基本定律： ➢ 安培环路定律， ➢ 磁通连续性定律
把这两条定律应用到磁路，可得磁路的 ➢ 欧姆定律 ➢ 磁路的基尔霍夫第一和第二定律
2020年1月23日星期四
图1-5 磁路的基尔霍夫第二定律
9
1.2 常用的铁磁材料及其特性
1.铁磁材料的磁化 2.磁化曲线和磁滞回线 3.铁磁材料 4.铁心损耗
2020年1月23日星期四
10
1.铁磁材料的磁化
磁化：铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性
图1-6 磁畴示意图 a)未磁化时 b)磁化后
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。
电机学入门知识课件
电机学入门知识简介
电机学入门相关知识简介
内容简介
什么是电机？ 电机的作用及应用 电机的发展 电机的分类 变压器 直流电机 交流电机
什么是电机？
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。
广义：
实施电能生产、传输、使用和电能特性 变换的机械和装置。
额定频率：我国的标准工频规定为50赫(Hz)。
直流电机
将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转 换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。
直流电机的用途:作电源用:发电机；作动力用:电动机； 信号的传递:测速发电机,伺服电机 作电源用:直流发电机将机械能转化为直流电能
作动力用:直流电动机将直流电能转化为机械能
狭义：
电机是基于电磁感应定律、电磁力定律 （能进行电磁感应），由电路和磁路所 构成，能进行机电能量转换或信号变换 的电磁机械装置。
电机的作用及应用
电能的生产、传输和分配
电机的作用及应用
驱动生产机械和装备
➢ 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；
应用范围扩大
电机的分类
变压器
电
动力类
直线电机
机
旋转电机
控制类
直流电机 交流电机
自动控制系统中的执 行元件、检测元件
电动机 发电机 异步电机 同步电机
电动机 发电机 电动机 发电机
变压器
变压器(Transformer)是一种静止电机，根据电磁感应原 理将一种电压形式的电能转换为另一种电压形式的电能。
优点
电机的效率高，运转比较经济 电能的传输和分配比较方便 电能容易控制
电机学入门相关知识简介
内容简介
什么是电机？ 电机的作用及应用 电机的发展 电机的分类 变压器 直流电机 交流电机
什么是电机？
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。
广义：
实施电能生产、传输、使用和电能特性 变换的机械和装置。
额定频率：我国的标准工频规定为50赫(Hz)。
直流电机
将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转 换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。
直流电机的用途:作电源用:发电机；作动力用:电动机； 信号的传递:测速发电机,伺服电机 作电源用:直流发电机将机械能转化为直流电能
作动力用:直流电动机将直流电能转化为机械能
狭义：
电机是基于电磁感应定律、电磁力定律 （能进行电磁感应），由电路和磁路所 构成，能进行机电能量转换或信号变换 的电磁机械装置。
电机的作用及应用
电能的生产、传输和分配
电机的作用及应用
驱动生产机械和装备
➢ 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；
应用范围扩大
电机的分类
变压器
电
动力类
直线电机
机
旋转电机
控制类
直流电机 交流电机
自动控制系统中的执 行元件、检测元件
电动机 发电机 异步电机 同步电机
电动机 发电机 电动机 发电机
变压器
变压器(Transformer)是一种静止电机，根据电磁感应原 理将一种电压形式的电能转换为另一种电压形式的电能。
优点
电机的效率高，运转比较经济 电能的传输和分配比较方便 电能容易控制
第1章电机学基础知识
8 大连理工大学电气工程系
对各向同性介质 µ 为标量；线性介质 µ 为常数。 为标量； 为常数。 真空的磁导率： 真空的磁导率： µ0 = 4π×10－7 H/m π
第1章 电机学基础知识 章
4. 磁场储能 磁场能够储存能量。 磁场能够储存能量。 电机通过磁场储能实现机电能量的转换。 电机通过磁场储能实现机电能量的转换。 磁场中的能量密度为 1 wm= BH 2 对于线性介质： 对于线性介质： 1 B2 wm= BH = 2 2µ 磁场中的总储能为 Wm = ∫V wm dV 磁场能量主要集中储存在气隙中。 磁场能量主要集中储存在气隙中。
O'
i
f 电动势 反电动势， 反电动势， 由外施电源所克服 电源性质， 电源性质， 为外接负载供电
24
大连理工大学电气工程系
第1章 电机学基础知识 章
1.3 电机的制造材料
一、概述
制造材料主要包括： 制造材料主要包括： 导磁材料、导电材料、绝缘材料、结构材料、 导磁材料、导电材料、绝缘材料、结构材料、 散热材料、冷却材料、润滑材料等。 散热材料、冷却材料、润滑材料等。 导电材料： 导电材料：铜、铝。 导磁材料：各种成分的铸钢（电工钢片）。 导磁材料：各种成分的铸钢（电工钢片）。 绝缘材料：各种绝缘纸、油性玻璃漆布、 绝缘材料：各种绝缘纸、油性玻璃漆布、 有机硅玻璃粘带、酚醛玻璃纤维压塑料······ 有机硅玻璃粘带、酚醛玻璃纤维压塑料
15
大连理工大学电气工程系
第1章 电机学基础知识 章
【例1-1】 图示的磁路由电工钢片叠压而成，铁心的 例 图示的磁路由电工钢片叠压而成， 叠压系数为 kFe= 0.94，各段铁心的截面积均为 A = 0.8× ， × 10-3 m2，长度分别为 l1 = 0.08 m，l2= 0.1 m，l3= 0.037 m， ， ， ， l4 = 0.037 m，l5 = 0.1 m，气隙长度δ = 0.006 m，已知铁心 ， ， ， 的磁导率为空气磁导率的 1900 倍，励磁绕组的匝数 N = 2000，如要在铁心中产生 10-3 Wb 的磁通，求需要多大的 的磁通， ， 励磁电流。 励磁电流。 解：铁心的净面积为 Ak = kFeA = 0.94×0.8×10-3 m2 × × = 0.752×10-3 m2 × 铁心中的平均磁通密度为 Φ 1 × 10−3 B= = T = 1.33T −3 Ak 0.752 × 10
对各向同性介质 µ 为标量；线性介质 µ 为常数。 为标量； 为常数。 真空的磁导率： 真空的磁导率： µ0 = 4π×10－7 H/m π
第1章 电机学基础知识 章
4. 磁场储能 磁场能够储存能量。 磁场能够储存能量。 电机通过磁场储能实现机电能量的转换。 电机通过磁场储能实现机电能量的转换。 磁场中的能量密度为 1 wm= BH 2 对于线性介质： 对于线性介质： 1 B2 wm= BH = 2 2µ 磁场中的总储能为 Wm = ∫V wm dV 磁场能量主要集中储存在气隙中。 磁场能量主要集中储存在气隙中。
O'
i
f 电动势 反电动势， 反电动势， 由外施电源所克服 电源性质， 电源性质， 为外接负载供电
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第1章 电机学基础知识 章
1.3 电机的制造材料
一、概述
制造材料主要包括： 制造材料主要包括： 导磁材料、导电材料、绝缘材料、结构材料、 导磁材料、导电材料、绝缘材料、结构材料、 散热材料、冷却材料、润滑材料等。 散热材料、冷却材料、润滑材料等。 导电材料： 导电材料：铜、铝。 导磁材料：各种成分的铸钢（电工钢片）。 导磁材料：各种成分的铸钢（电工钢片）。 绝缘材料：各种绝缘纸、油性玻璃漆布、 绝缘材料：各种绝缘纸、油性玻璃漆布、 有机硅玻璃粘带、酚醛玻璃纤维压塑料······ 有机硅玻璃粘带、酚醛玻璃纤维压塑料
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第1章 电机学基础知识 章
【例1-1】 图示的磁路由电工钢片叠压而成，铁心的 例 图示的磁路由电工钢片叠压而成， 叠压系数为 kFe= 0.94，各段铁心的截面积均为 A = 0.8× ， × 10-3 m2，长度分别为 l1 = 0.08 m，l2= 0.1 m，l3= 0.037 m， ， ， ， l4 = 0.037 m，l5 = 0.1 m，气隙长度δ = 0.006 m，已知铁心 ， ， ， 的磁导率为空气磁导率的 1900 倍，励磁绕组的匝数 N = 2000，如要在铁心中产生 10-3 Wb 的磁通，求需要多大的 的磁通， ， 励磁电流。 励磁电流。 解：铁心的净面积为 Ak = kFeA = 0.94×0.8×10-3 m2 × × = 0.752×10-3 m2 × 铁心中的平均磁通密度为 Φ 1 × 10−3 B= = T = 1.33T −3 Ak 0.752 × 10
山东理工第1章电机学基础知识
电机应用领域
01
02
03
工业领域
电机作为各种机械设备的 动力源，广泛应用于制造 业、冶金、化工等工业领 域。
交通领域
电动汽车、电动自行车等 交通工具中大量使用电机 作为驱动力。
家用电器
洗衣机、冰箱、空调等家 用电器中，电机是实现各 种功能的关键部件。
电机发展趋势
01
02
03
04
高效节能
随着能源紧缺和环保要求的提 高，高效节能电机成为发展趋
交流电机通常采用自然冷却、自扇冷或他扇冷等方式进行冷却，同时根据使用 环境和安全要求，采取相应的防护措施，如开启式、防护式、封闭式等。
交流电机性能分析
空载与负载特性
交流电机在空载和负载状态下具有不同的性能表现，通过 分析空载电流、负载电流、功率因数等参数，可以了解电 机的运行状况。
调速与制动方法
交流电机的调速方法包括变极调速、变频调速、串级调速 等，制动方法则包括反接制动、能耗制动、回馈制动等， 这些方法可以满足不同工况下的需求。
来改变匝数比；有载调压则通过在变压器中引入有载分接开关，实现在
负载变化时自动调节输出电压的功能。
06
电机学实Hale Waihona Puke 与仿真电机学实验目的和内容
掌握电机基本原理
通过实验了解电机的工作原理、 电磁特性和运行性能，加深对电
机学基本理论的理解。
培养实验技能
学习电机实验的基本方法、操作技 巧和数据处理方法，提高实验能力 和分析解决问题的能力。
变压器控制与调压方法
01
变压器的基本工作原理
通过电磁感应原理，将输入电压变换为所需的输出电压，实现电压的升
降和隔离。
02
电机学基础知识-46页文档资料
统”，即每一个工作机构用单独电机带动，这样生产
机械结构大大简化；
例对铣床来说共有3台电机即主轴电机、进给电机 和冷却电机。
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电机与电力拖动的发展概况
随着生产机械的发展，对上述单机、多机拖动系统
提出了更高的要求：
要求提高加工精度与工作速度，要求快速起动、制
量分配完全用机械的方式，靠天轴及机械传动来实现。
电动机远离车间，车间内有大量的天轴、长皮带
和皮带轮等，能量在传递过程中损耗大、效率低、易
出事故，若电动机发生故障，成组的生产机械将停产，
这是一种落后的拖动方式。
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电机与电力拖动的发展概况
1. 发电机
将机械能转换为电能。
2. 电动机
将电能转换为机械能。
3. 变压器、变流器、变频机、移相器Biblioteka 变换电压、电流、频率、相位。
4. 控制电机
作为自动控制系统的控制元件，起检测、放大、
执行和校正作用。
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电机与电力拖动的发展概况
二、按运动方式及电源性质分类
1866 年，德国科学家西门子制成的第一台自激式 发电机，标志着制造大容量发电机技术的突破，具 有划时代的意义。
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Siemens 和他的自激式发电机
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磁场的基本物理量
均匀磁场: 各点磁感应强度大小相等，方向相同的
磁场，也称匀强磁场。 二、磁通 磁通 ：穿过垂直于B方向的面积A中的磁力线总数。 在均匀磁场中 = B A 或 B= /A 说明: 如果不是均匀磁场，则取B的平均值。 磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂 直的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。 磁通 的单位:韦[伯](Wb)
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电机与电力拖动的发展概况
四、本课程的性质和任务
专业技术基础课程。
了解各类电机的基本结构。
理解电机中的能量转换关系。
掌握电机稳态运行时的分析方法和运行性能。 理解电机稳态运行时各种参数的物理意义，并 能熟练应用等效电路和相量图。 通过实验，掌握电机的基本实验方法和电机使
火力和水力发电设备，基本上能生产满足国民经济
生产需要的各种电机。
2015年5月31日星期日
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电机与电力拖动的发展概况
2．电力拖动的发展概况 最初电动机拖动代替了蒸汽或水力的拖动； 当时电动机拖动生产机械的方式是通过天轴来实 现的，称为“成组拖动”。 即由一台电动机拖动一组生产机械，从电动机到 各种生产机械的能量传送以及在各生产机械之间的能 量分配完全用机械的方式，靠天轴及机械传动来实现。 电动机远离车间，车间内有大量的天轴、长皮带 和皮带轮等，能量在传递过程中损耗大、效率低、易 出事故，若电动机发生故障，成组的生产机械将停产， 这是一种落后的拖动方式。
相电路系统的创始者；
他在1889年相继发明和制造出三相异步电动机和 三相变压器，并首先采用了三相输电线，使电机基 本定型。 一个多世纪以来，电机的基本结构似乎并没有多大
的变化，但电机的类型有了很大的发展，在运行性
能、经济指标等方面都有了很大的改进和提高。
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也即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度B 与在同样电流下真空时该点的磁感应强度B0之比的 倍数。 自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为磁 性材料和非磁性材料。
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1.2.2 磁路及其基本定律
磁Hale Waihona Puke 所通过的路径称为磁路。同步发电机 同步电动机
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4
电机与电力拖动的发展概况
三、电、电机与电力拖动的发展史 1. 电与电机的发展概况 在公元585年，泰勒斯发现了摩擦起电； 1672年格里凯解释了摩擦起电； 1746年荷兰的莫伸布洛克在莱顿镇制造了莱顿瓶； 1752年美国的富兰克林解释了雷和电的关系。 十八世纪末和十九世纪初，由于生产发展的需要， 在电磁方面的研究工作发展的很快。 1785年库仑首先从实验室中确定了电荷间的相互作 用力，即库仑定律，使电荷的概念开始有了定量的意 义。
H B/
于是
Ni lB / l /( A)
F Rm
N
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27
电机中常用的基本定律
三、磁路的基尔霍夫定律 1. 磁路的基尔霍夫第一定律
1 2 3 0
Φ1
闭合面
或
Φ2
0
i2
i1
Φ3
HL i F
F称为磁动势
二、磁路的欧姆定律 作用在磁路上的磁动势 F 等于磁路内的磁通量Φ乘 以磁阻 Rm
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电机中常用的基本定律
磁通量Φ等于磁通密度乘以面积
BdA BA
磁场强度等于磁通密度除以磁导率
主磁通
＋ u －
i
Φ
Φ 磁路
漏磁通
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电机中常用的基本定律
一、全电流安培环路定律 沿任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积分等于该 闭合回线所包围的电流的代数和
Hdl i
L
如果在均匀磁场中，沿着回线 L
磁场强度H处处相等，则
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19
1.2 电机的基本原理
1.2.1 磁场的基本物理量 一、磁感应强度 磁感应强度B 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。 磁感应强度B的方向 与电流的方向之间符合右手螺旋定则。 磁感应强度B的大小
B F Il
磁感应强度B的单位: 特斯拉(T)，1T = 1Wb/m2
主讲教师 魏佩瑜教授 电工电子教研室
2015年5月31日星期日
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第 1 章 电机学基础知识
1.1 电机的基本功能与主要类型 1.2 电机的基本原理 1.3 电机的制造材料
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1.1 电机的基本功能与主要类型
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皮克斯发明的直流发电机 weipeiyu制作 7
雅可比发明的世界上第一台电动机模型与实用电动机
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8
电机与电力拖动的发展概况
1838 年，俄国人用一台直流电动机拖动轮船， 以 4 km/h 的速度逆流而上和顺流而下，这是最早 的实用电动机。 1845年用电磁铁代替了永久磁铁，此前电机中的
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电机与电力拖动的发展概况
随着生产机械的发展，对上述单机、多机拖动系统 提出了更高的要求： 要求提高加工精度与工作速度，要求快速起动、制 动及反转。 实现在宽广范围内调速及整个生产过程自动化等。 完成这些任务，除电动机外，还需有其他装置，组 成自动化的电机拖动系统。 随着电机及电器制造工业及各种自动化元件的发展， 自动电力拖动系统得到不断的更新发展。 最初采用的控制系统是继电器—接触器型的。属于 有触点断续控制系统。
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电机与电力拖动的发展概况
1820年丹麦的奥斯特从实验室中发现了电流对磁针 有力的作用，揭开了电学理论新的一页； 同一年德国的安培确定了通过有电流的线圈其作用 与磁铁相似，这指出了磁现象的本质问题； 1826年德国的欧姆在通过实验而得出欧姆定律； 1831年英国 的法拉第发现 电磁感应定律， 为研制各种电 机奠定了重要 的理论基础；
磁极是用永久磁铁制造的。
1866 年，德国科学家西门子制成的第一台自激式 发电机，标志着制造大容量发电机技术的突破，具 有划时代的意义。
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Siemens 和他的自激式发电机
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电机与电力拖动的发展概况
二、按运动方式及电源性质分类 静止电机-----------------变压器 直流电机 电机 旋转电机 交流电机 直流发电机 直流电动机 异步电动机 异步电机 异步发电机 同步电机 控制电机
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法拉第与最早的发电机 —— 法拉第盘 山东理工大学电工电子教研室 weipeiyu制作
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电机与电力拖动的发展概况
1832年皮克斯在电磁感应理论的指导下，制造了 第一台发电机； 1833年楞次建立了确定 感应电流方向的原则； 其后他致力于电机理论的研 究并阐明了电机的可逆性原 理。 1834年雅比克制造出世界 第一台电动机，从而证明了 实际应用电能的可能性。
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1885 年，费那里斯发现了两相电流能产生旋转 磁场。 1886 年，特斯拉研制出两相异步电动机。
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特斯拉与他发明的两相异步电动机 山东理工大学电工电子教研室 weipeiyu制作
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电机与电力拖动的发展概况
电机工程得以飞跃发展是与俄罗斯杰出的工程师 多里沃－多勃罗沃尔斯基的工作分不开的，他是三
由实验可测得：真空的磁导率为：
0 4π 107 H/m
真空磁导率是一个常数，将其它物质的磁导率和它 比较是很方便的。
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磁场的基本物理量
相对磁导率 r：
任一种物质的磁导率 和真空的磁导率0的比值。
H B r 0 0 H B0
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电机与电力拖动的发展概况
随着自动控制系统和计算机装置的发展，在一般旋
转电机的理论基础上，又发展了许多种可靠性，高
精度、快速响应的控制电机，成为电机学科的一个 独立的分支。
我国的电机工业在建国以来发生了巨大的变化。现
在已建立了自己的工业体系，有统一的国家标准、 统一的电机、变压器系列，能生产成套的大、小型
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磁场的基本物理量
均匀磁场: 各点磁感应强度大小相等，方向相同的
磁场，也称匀强磁场。 二、磁通 磁通 ：穿过垂直于B方向的面积A中的磁力线总数。 在均匀磁场中 = B A 或 B= /A 说明: 如果不是均匀磁场，则取B的平均值。 磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂 直的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。 磁通 的单位:韦[伯](Wb)
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电机与电力拖动的发展概况
四、本课程的性质和任务
专业技术基础课程。
了解各类电机的基本结构。
理解电机中的能量转换关系。
掌握电机稳态运行时的分析方法和运行性能。 理解电机稳态运行时各种参数的物理意义，并 能熟练应用等效电路和相量图。 通过实验，掌握电机的基本实验方法和电机使
火力和水力发电设备，基本上能生产满足国民经济
生产需要的各种电机。
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电机与电力拖动的发展概况
2．电力拖动的发展概况 最初电动机拖动代替了蒸汽或水力的拖动； 当时电动机拖动生产机械的方式是通过天轴来实 现的，称为“成组拖动”。 即由一台电动机拖动一组生产机械，从电动机到 各种生产机械的能量传送以及在各生产机械之间的能 量分配完全用机械的方式，靠天轴及机械传动来实现。 电动机远离车间，车间内有大量的天轴、长皮带 和皮带轮等，能量在传递过程中损耗大、效率低、易 出事故，若电动机发生故障，成组的生产机械将停产， 这是一种落后的拖动方式。
相电路系统的创始者；
他在1889年相继发明和制造出三相异步电动机和 三相变压器，并首先采用了三相输电线，使电机基 本定型。 一个多世纪以来，电机的基本结构似乎并没有多大
的变化，但电机的类型有了很大的发展，在运行性
能、经济指标等方面都有了很大的改进和提高。
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也即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度B 与在同样电流下真空时该点的磁感应强度B0之比的 倍数。 自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为磁 性材料和非磁性材料。
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1.2.2 磁路及其基本定律
磁Hale Waihona Puke 所通过的路径称为磁路。同步发电机 同步电动机
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电机与电力拖动的发展概况
三、电、电机与电力拖动的发展史 1. 电与电机的发展概况 在公元585年，泰勒斯发现了摩擦起电； 1672年格里凯解释了摩擦起电； 1746年荷兰的莫伸布洛克在莱顿镇制造了莱顿瓶； 1752年美国的富兰克林解释了雷和电的关系。 十八世纪末和十九世纪初，由于生产发展的需要， 在电磁方面的研究工作发展的很快。 1785年库仑首先从实验室中确定了电荷间的相互作 用力，即库仑定律，使电荷的概念开始有了定量的意 义。
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电机中常用的基本定律
三、磁路的基尔霍夫定律 1. 磁路的基尔霍夫第一定律
1 2 3 0
Φ1
闭合面
或
Φ2
0
i2
i1
Φ3
HL i F
F称为磁动势
二、磁路的欧姆定律 作用在磁路上的磁动势 F 等于磁路内的磁通量Φ乘 以磁阻 Rm
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电机中常用的基本定律
磁通量Φ等于磁通密度乘以面积
BdA BA
磁场强度等于磁通密度除以磁导率
主磁通
＋ u －
i
Φ
Φ 磁路
漏磁通
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电机中常用的基本定律
一、全电流安培环路定律 沿任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积分等于该 闭合回线所包围的电流的代数和
Hdl i
L
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1.2 电机的基本原理
1.2.1 磁场的基本物理量 一、磁感应强度 磁感应强度B 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。 磁感应强度B的方向 与电流的方向之间符合右手螺旋定则。 磁感应强度B的大小
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磁感应强度B的单位: 特斯拉(T)，1T = 1Wb/m2
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第 1 章 电机学基础知识
1.1 电机的基本功能与主要类型 1.2 电机的基本原理 1.3 电机的制造材料
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1.1 电机的基本功能与主要类型
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电机与电力拖动的发展概况
1838 年，俄国人用一台直流电动机拖动轮船， 以 4 km/h 的速度逆流而上和顺流而下，这是最早 的实用电动机。 1845年用电磁铁代替了永久磁铁，此前电机中的
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电机与电力拖动的发展概况
随着生产机械的发展，对上述单机、多机拖动系统 提出了更高的要求： 要求提高加工精度与工作速度，要求快速起动、制 动及反转。 实现在宽广范围内调速及整个生产过程自动化等。 完成这些任务，除电动机外，还需有其他装置，组 成自动化的电机拖动系统。 随着电机及电器制造工业及各种自动化元件的发展， 自动电力拖动系统得到不断的更新发展。 最初采用的控制系统是继电器—接触器型的。属于 有触点断续控制系统。
2015年5月31日星期日
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电机与电力拖动的发展概况
1820年丹麦的奥斯特从实验室中发现了电流对磁针 有力的作用，揭开了电学理论新的一页； 同一年德国的安培确定了通过有电流的线圈其作用 与磁铁相似，这指出了磁现象的本质问题； 1826年德国的欧姆在通过实验而得出欧姆定律； 1831年英国 的法拉第发现 电磁感应定律， 为研制各种电 机奠定了重要 的理论基础；
磁极是用永久磁铁制造的。
1866 年，德国科学家西门子制成的第一台自激式 发电机，标志着制造大容量发电机技术的突破，具 有划时代的意义。
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Siemens 和他的自激式发电机
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电机与电力拖动的发展概况
二、按运动方式及电源性质分类 静止电机-----------------变压器 直流电机 电机 旋转电机 交流电机 直流发电机 直流电动机 异步电动机 异步电机 异步发电机 同步电机 控制电机
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法拉第与最早的发电机 —— 法拉第盘 山东理工大学电工电子教研室 weipeiyu制作
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1832年皮克斯在电磁感应理论的指导下，制造了 第一台发电机； 1833年楞次建立了确定 感应电流方向的原则； 其后他致力于电机理论的研 究并阐明了电机的可逆性原 理。 1834年雅比克制造出世界 第一台电动机，从而证明了 实际应用电能的可能性。
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1885 年，费那里斯发现了两相电流能产生旋转 磁场。 1886 年，特斯拉研制出两相异步电动机。
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特斯拉与他发明的两相异步电动机 山东理工大学电工电子教研室 weipeiyu制作
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电机与电力拖动的发展概况
电机工程得以飞跃发展是与俄罗斯杰出的工程师 多里沃－多勃罗沃尔斯基的工作分不开的，他是三
由实验可测得：真空的磁导率为：
0 4π 107 H/m
真空磁导率是一个常数，将其它物质的磁导率和它 比较是很方便的。
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磁场的基本物理量
相对磁导率 r：
任一种物质的磁导率 和真空的磁导率0的比值。
H B r 0 0 H B0
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电机与电力拖动的发展概况
随着自动控制系统和计算机装置的发展，在一般旋
转电机的理论基础上，又发展了许多种可靠性，高
精度、快速响应的控制电机，成为电机学科的一个 独立的分支。
我国的电机工业在建国以来发生了巨大的变化。现
在已建立了自己的工业体系，有统一的国家标准、 统一的电机、变压器系列，能生产成套的大、小型