新电机学 教学课件 曾成碧 赵莉华 ch1
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大学电机学PPT第一章
任一闭合磁路上磁动势的代数和恒等于磁压降的代数和。
回路①：H1l1+H3l3=N1i1 回路②：-H2l2-H3l3=-N2i2 回路③：H1l1-H2l2=N1i1-N2i2
Y.Q.Xiong 2010 《电机学》第1章 导论 24
磁路与电路的比较
磁路
磁通 Φ 磁动势 F 磁阻 Rm 磁压降 Hl 磁导 Λm 欧姆定律 Φ = F / Rm 基氏第一定律 ΣΦ=0 基氏第二定律 ΣF=ΣHl=ΣΦR
Y.Q.Xiong 2010
《电机学》第1章 导论
15
2. 铁磁材料的磁导率
材料的磁导率
=B／H
单位： H/m 真空中的磁导率 0 = 4π×10-7 H/m 非铁磁材料的磁导率 ≈ 0 为常数 铁磁材料磁导率（常用 Fe 表示）的特点 ① Fe>> 0 ② Fe为非常数，随B的变化而变化 ③ 存在磁饱和现象：当铁磁材料中的B达到一定的程度后， 随着H的增加，B的增加逐渐变慢，因此 Fe随着H的增加 而减小。
7
伺服驱动
Y.Q.Xiong 2010
《电机学》第1章 导论
8
倒视镜 电机 启动 电机
天窗电机
座椅调 整电机 散热风 扇电机 助力转 向电机
雨刷 电机
电机在日常生 活中的应用
Y.Q.Xiong 2010
《电机学》第1章 导论
9
4. 本课程的性质任务
课程性质：技术基础课。 课程内容：直流电机、变压器、交流电 机共同问题、异步电机、同步电机。 教材 ： 辜 承 林 等 ， 《电机学 》（ 第三 版），华中科技大学出版社，2010年。 参考书：《电机学（第三版）学习指导 与习 题 解 答 》， 华 中科技大学出版社 2010年。 学习方法 课程网站：
回路①：H1l1+H3l3=N1i1 回路②：-H2l2-H3l3=-N2i2 回路③：H1l1-H2l2=N1i1-N2i2
Y.Q.Xiong 2010 《电机学》第1章 导论 24
磁路与电路的比较
磁路
磁通 Φ 磁动势 F 磁阻 Rm 磁压降 Hl 磁导 Λm 欧姆定律 Φ = F / Rm 基氏第一定律 ΣΦ=0 基氏第二定律 ΣF=ΣHl=ΣΦR
Y.Q.Xiong 2010
《电机学》第1章 导论
15
2. 铁磁材料的磁导率
材料的磁导率
=B／H
单位： H/m 真空中的磁导率 0 = 4π×10-7 H/m 非铁磁材料的磁导率 ≈ 0 为常数 铁磁材料磁导率（常用 Fe 表示）的特点 ① Fe>> 0 ② Fe为非常数，随B的变化而变化 ③ 存在磁饱和现象：当铁磁材料中的B达到一定的程度后， 随着H的增加，B的增加逐渐变慢，因此 Fe随着H的增加 而减小。
7
伺服驱动
Y.Q.Xiong 2010
《电机学》第1章 导论
8
倒视镜 电机 启动 电机
天窗电机
座椅调 整电机 散热风 扇电机 助力转 向电机
雨刷 电机
电机在日常生 活中的应用
Y.Q.Xiong 2010
《电机学》第1章 导论
9
4. 本课程的性质任务
课程性质：技术基础课。 课程内容：直流电机、变压器、交流电 机共同问题、异步电机、同步电机。 教材 ： 辜 承 林 等 ， 《电机学 》（ 第三 版），华中科技大学出版社，2010年。 参考书：《电机学（第三版）学习指导 与习 题 解 答 》， 华 中科技大学出版社 2010年。 学习方法 课程网站：
第1章 直流电机的结构与工作原理
1．直流电机的型号 其格式为：第一个字符用大写的汉语拼音表示产品系列代 号，第二个字符用阿拉伯数字表示设计序号，第三个阿拉伯数
字是机座中心高，第四个阿拉伯数字表示电枢铁芯长度代号，
第五个阿拉伯数字表示端盖的代号。 例如型号是Z4—200—21的直流电机，Z是系列（即一般用 途直流电动机）代号，200是电机中心高（mm），21中的2是电 枢铁芯长度代号，1是端盖的代号。
2.第一节距 y1 第一节距是指一个线圈两有效边之间在电枢表面上的跨距， 以槽数表示，如图1—10所示。由于线圈边要放入槽内，所以应 是整数。而为了让组能感应出最大的电动势，应使接近或等于 极距。
Zu y1 2p
为了节省铜线及其工艺的方便，一般采用短距或整距绕组。
1.2 直流电机的电枢绕组
（4）正负电刷间电动势最大。
1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列
1.3.1 直流电机的铭牌数据
铭牌数据主要包括：电机型号、额定功率、额定电压、
额定电流、额定转速和励磁电流、励磁方式、励磁电压、工
作方式、绝缘等级等，此外还有电机的出厂数据，如出厂编 号、出厂日期等。
1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列
新世纪高职高专 电气自动化技术类课程规划教材
新世纪高职高专教材编审委员会 组编 主编 郑立平 张 晶 王文一 主审 孙建忠
第一章 直流电机的结构与工作原理
1.1直流电机的结构与工作原理
1.2直流电机的电枢绕组
1.3直流电机的铭牌数据及主要系列
1.1 直流电机的结构与工作原理
1.1.1 直流电机的结构 主磁极 换向磁极 电刷装置
图1-3 换向极结构 1．换向极铁芯 2．换向极绕组
1.1 直流电机的结构与工作原理
字是机座中心高，第四个阿拉伯数字表示电枢铁芯长度代号，
第五个阿拉伯数字表示端盖的代号。 例如型号是Z4—200—21的直流电机，Z是系列（即一般用 途直流电动机）代号，200是电机中心高（mm），21中的2是电 枢铁芯长度代号，1是端盖的代号。
2.第一节距 y1 第一节距是指一个线圈两有效边之间在电枢表面上的跨距， 以槽数表示，如图1—10所示。由于线圈边要放入槽内，所以应 是整数。而为了让组能感应出最大的电动势，应使接近或等于 极距。
Zu y1 2p
为了节省铜线及其工艺的方便，一般采用短距或整距绕组。
1.2 直流电机的电枢绕组
（4）正负电刷间电动势最大。
1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列
1.3.1 直流电机的铭牌数据
铭牌数据主要包括：电机型号、额定功率、额定电压、
额定电流、额定转速和励磁电流、励磁方式、励磁电压、工
作方式、绝缘等级等，此外还有电机的出厂数据，如出厂编 号、出厂日期等。
1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列
新世纪高职高专 电气自动化技术类课程规划教材
新世纪高职高专教材编审委员会 组编 主编 郑立平 张 晶 王文一 主审 孙建忠
第一章 直流电机的结构与工作原理
1.1直流电机的结构与工作原理
1.2直流电机的电枢绕组
1.3直流电机的铭牌数据及主要系列
1.1 直流电机的结构与工作原理
1.1.1 直流电机的结构 主磁极 换向磁极 电刷装置
图1-3 换向极结构 1．换向极铁芯 2．换向极绕组
1.1 直流电机的结构与工作原理
曾成碧、赵莉华《电机学》书号ISBN978-7-111-25251-1CH18 同步发电机的异常运行分析及
E0 A
U A
正序等效电路
各相序的基本方程及等效电路
负序分量
转子转向只有正转，没有反转的磁通，故而在负序
中，定子绕组中无负序的励磁电势，即负序励磁电势
为0， A 0 E 。 负序等效电路为无源电路
ZA
I A
UA
U A I A Z
负序等效电路
各相序的基本方程及等效电路
x x x
'' d
'' q
负序电阻
负序电阻：负序电抗在转子绕组中引起的损耗增
加，所以负序等值电阻比定子绕组电阻有所增加
r 折算至定子边的转子各绕组等效电阻
'
r r ra 2
'
负序阻抗的测定：逆同步旋转法
b a W n1 V a
定子磁场
n1
转子
b c
A W
c
负序阻抗的测定：逆同步旋转法
2.两相线间稳态短路
结论
无论是直轴或交轴的负序电抗都等于定子漏抗加一等 效电抗，后者由电枢反应电抗和反应转子回路（励磁绕 组和阻尼绕组）作用的并联电抗组成。等效电抗总小于 电枢反应电抗，即负序电抗小于同步电抗。 ' x xd '' xd xd 同步电抗 xd x xad '' x xq xq 物理意义：负序磁场以两倍同步速度对转子旋转，在励 磁绕组，阻尼绕组和转子铁心中感应两倍频率的电势和 电流，这些电流产生削弱定子负序磁场的作用，使气隙 中的负序减小很多，故负序电抗值小于正序电抗，但比 定子漏抗大。
对称分量法：即把不对称的三相电压、电流 分解成正序、负序和零序，分别研究它们的 效果，然后迭加起来而得到最后结果。
《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
曾成碧、赵莉华《电机学》书号ISBN978-7-111-25251-1ch10
Tmax
m1 pU12 1 = 2π f1 2C1 (r1 + r12 + ( x1 + x2 ) 2 ) ′
r2′ sk = xk
Tmax
m1 pU = 4π f1 xk
2 1
讨论: 讨论 （1）当电源频率和电机参数不变时，最大电磁转 ）当电源频率和电机参数不变时， 矩与电源电压的平方成正比； 矩与电源电压的平方成正比； （2）当电源电压和频率一定时，最大电磁转矩与 ）当电源电压和频率一定时， 短路电抗成反比； 短路电抗成反比； （3）最大电磁转矩与转子电阻无关，但临界转差 ）最大电磁转矩与转子电阻无关， 率与转子电阻有关，转子电阻增大， 率与转子电阻有关，转子电阻增大，临界转差率 增大， 曲线的最大值向 增大方向偏移。 曲线的最大值向s增大方向偏移 增大，T-s曲线的最大值向 增大方向偏移。
pm1 2 T= U1 r2′ 2 2π f1 2 ( ) + xk s
为异步电动机的短路电抗。 ′ xk = x1 + x2 ，为异步电动机的短路电抗。
r2′ s
2.机械特性 机械特性
当异步电动机电源电压恒定， 当异步电动机电源电压恒定，电机参数已知 可根据电磁转矩的参数表达式得到转差率s与 时，可根据电磁转矩的参数表达式得到转差率 与 电磁转矩T之间的关系曲线 之间的关系曲线， 曲线， 电磁转矩 之间的关系曲线，即 T = f (s) 曲线，称 为异步电动机的机械特性曲线。 为异步电动机的机械特性曲线。
Pm = Pem − pCu 2 1− s ′ = 3I 2 ( r2′) s
2
转子铜耗与电磁功率的关系： 转子铜耗与电磁功率的关系：pCu 2 = sPem 总机械功率与电磁功率的关系： 总机械功率与电磁功率的关系： m = (1 − s) Pem P
曾成碧、赵莉华《电机学》书号ISBN978-7-111-25251-1ch7
第七章 交流绕组及其电动势 和磁动势
交流电机分为同步电机和异步电机。 交流电机分为同步电机和异步电机。按照转子 结构形式的不同， 结构形式的不同，同步电机又分为凸极式和隐极式 两类；异步电机又分为鼠笼式和绕线式两类。同步 两类；异步电机又分为鼠笼式和绕线式两类。 电机和异步电机的转速、 电机和异步电机的转速、励磁方式及转子结构都不 但是它们的定子结构、形状、 同，但是它们的定子结构、形状、在电机中发生的 电能过程、机电能量转换的原理和条件相同，所以， 电能过程、机电能量转换的原理和条件相同，所以， 本章一并讨论它们的绕组及其电动势和磁动势。 本章一并讨论它们的绕组及其电动势和磁动势。
Байду номын сангаас
交流电机中， 交流电机中，虽然这两种旋转磁场产生的机理不 相同， 相同，但它们在交流绕组中形成的电磁感应效果是一 样的。正是由于它们的存在， 样的。正是由于它们的存在，才能使固定的交流绕组 切割磁力线，产生电磁感应作用，实现机电能量转换。 切割磁力线，产生电磁感应作用，实现机电能量转换。 所以， 所以，交流电机电气旋转磁场的性质对电机的运行产 生重要影响， 生重要影响，而电气旋转磁场的性质又与定子绕组的 构成密不可分。下面讨论交流绕组的基本构成原则。 构成密不可分。下面讨论交流绕组的基本构成原则。
5.槽距角 槽距角
相邻两个槽之间的电角度称为槽距角。 相邻两个槽之间的电角度称为槽距角。 槽距角
P × 360° α= Z
6.每极每相槽数 每极每相槽数
指每相绕组在每个磁极下平均占有的槽数，表示为： 指每相绕组在每个磁极下平均占有的槽数，表示为：
Z q= 2 Pm
7.相带与极相组 相带与极相组
每一磁极下， 每一磁极下，每相绕组所占有的电角度称为 绕组的相带，可表示为： 绕组的相带，可表示为：
曾成碧、赵莉华《电机学》书号ISBN978-7-111-25251-1CH17 同步发电机并联运行
∆U A
•
u AI 4
•
3 5 = U mI sin(ω I t + θ I ) 2
•
1
U AII
•
U AI
•
U BII
U BI
U CII
U CI
2012-4-26
12
同步发电机投入并联运行的条件
待并发电机的励磁电势应与电网电压相等。 待并发电机的励磁电势应与电网电压相等。 待并发电机的频率与电网频率相等。 待并发电机的频率与电网频率相等。 并联合闸瞬间， 并联合闸瞬间，待并发电机与电网的对应相 的电压应同相位， 的电压应同相位，亦即发电机与电网回路电势 为零。 为零。 待并发电机与电网相序相同。 待并发电机与电网相序相同。 待并发电机电压波形与电网电压波形相同。 待并发电机电压波形与电网电压波形相同。
CI BI AI
V
AⅡ BⅡ
2012-4-26
CⅡ
按照图中的连接方式， 按照图中的连接方式，指示灯 在什么情况下熄灭？ 在什么情况下熄灭？
20
灯光熄灭法
CI BI AI
V
AⅡ BⅡ
2012-4-26
CⅡ
在电网与发电机的对应 相间接三组灯， 相间接三组灯，三组灯全暗 时合闸。 时合闸。 21
灯光熄灭法
电力系统示意图
6
同步发电机并联运行的优点
电力系统中常将许多不同类型发电厂并联运 组成大系统共同为用户供电。 行，组成大系统共同为用户供电。 ①提高供电可靠性，一台电机发生故障或定期检修 提高供电可靠性， 不会引起停电事故。 不会引起停电事故。 ②提高供电经济性和灵活性。 提高供电经济性和灵活性。 ③提高供电质量。同步发电机并联到电网后，它的 提高供电质量。同步发电机并联到电网后， 运行情况受到电网的制约，也就是说它的电压、 运行情况受到电网的制约，也就是说它的电压、频 率要和电网一致而不能单独变化。 率要和电网一致而不能单独变化。
电机学(自学完整版)课件
18十月2023
《电机学》 第一章 导论
20
2. 电机的近代发展及趋势
单机容量不断增加
·如汽轮发电机：
1900 1920 1937空气冷却
氢气冷却
5MVA 25MVA 100MVA 150MVA
1956水 肉冷 1960 目前
208VA 320MVA >1000MVA
中小型电机技术与经济指标不断改进 ·新的设计方法 (CAD)、 工艺、材料、测试手段 应用范围扩大
18十月2023
14
《电机学》 第一章 导 论
发电
·我国老牌电机厂：
哈尔滨电机厂 上海电机厂
·四川：
德阳东方电机厂
上海电机厂的生产车间
18十月2023
《电机学》 第一章 导
15
论
发电
18十月2023
《电机学》 第一章 导论
16
动力
应用于洗衣机
用于有轨电车牵引的电动机 18十月2023
《电机学》 第一章 导论
39
※ 铁修材料具有的特点
它的磁化曲线具有饱和性，磁导率μpe不是常数，且随H 的变化而变化。
L. μ 变化 2. 总体非线性 3. 存在饱和特性
个= μ
18十月2023
《电机学》 第一章 导论
40
B=f(H)
B
C
b
μre =f(H)
a
B=₀H H
图1-6 铁磁材料的磁化曲线 (p16)
18十月2023
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
中=中m sin wt
感应电动势有效值：
18十月2023
28
《电机学》 第一章 导 论
曾成碧、赵莉华《电机学》书号ISBN978-7-111-25251-1ch6
、 Z k 分别为把自耦变压器接成双绕组 变压器时的变比和短路阻抗。 表明：自耦变压器高压侧的短路阻抗 Z ka 与该变 压器作为双绕组变压器时的短路阻抗 Z k 相等。 但二者的标幺值不相等，因为接成自耦变压器 和双绕组变压器运行时，阻抗基值不同。
K N1 N2
接成自耦变压器时：
Z ka* Z ka I 1N Zk U AaN / I 1N U AaN
第六章 三绕组变压器和 其它用途变压器
第一节
三绕组变压器
三绕组变压器有高压、中压和低压三个绕组， 可以有三种等级的电压。三绕组变压器主要用于
电力系统中，将三个不同电压等级的电网连接起
来，代替两台双绕组变压器，运行更加经济。
1.结构特点
三绕组变压器的铁心一般为心式结构，每个心柱上 同心排列三个绕组。从绝缘上考虑，通常将高压绕组放 在最外层。 如果低压绕组处于高压和中压绕组之间，中压绕组 在最里层，为升压变压器；如果中压绕组处于高压和低 压绕组之间，低压绕组在最里层，为降压绕组。 三绕组变压器运行时，可将其中的一个绕组接电源， 则另外两个绕组有两个等级的电压输出；也可以将两个 绕组接电源，向第三个绕组供电，提高供电可靠性。
U 1 I 1 r1 jL1 I 1 jM 12 I 2 jM 13 I 3 I r jM I jL I jM I U 2 2 2 21 1 2 2 23 3 U 3 I 3 r3 jM 31 I 1 jM 32 I 2 jL3 I 3
x k 12 x k 13 x k 23 x1 2 x k 12 x k 23 x k 13 x2 2 x k 13 x k 23 x k 12 x3 2
K N1 N2
接成自耦变压器时：
Z ka* Z ka I 1N Zk U AaN / I 1N U AaN
第六章 三绕组变压器和 其它用途变压器
第一节
三绕组变压器
三绕组变压器有高压、中压和低压三个绕组， 可以有三种等级的电压。三绕组变压器主要用于
电力系统中，将三个不同电压等级的电网连接起
来，代替两台双绕组变压器，运行更加经济。
1.结构特点
三绕组变压器的铁心一般为心式结构，每个心柱上 同心排列三个绕组。从绝缘上考虑，通常将高压绕组放 在最外层。 如果低压绕组处于高压和中压绕组之间，中压绕组 在最里层，为升压变压器；如果中压绕组处于高压和低 压绕组之间，低压绕组在最里层，为降压绕组。 三绕组变压器运行时，可将其中的一个绕组接电源， 则另外两个绕组有两个等级的电压输出；也可以将两个 绕组接电源，向第三个绕组供电，提高供电可靠性。
U 1 I 1 r1 jL1 I 1 jM 12 I 2 jM 13 I 3 I r jM I jL I jM I U 2 2 2 21 1 2 2 23 3 U 3 I 3 r3 jM 31 I 1 jM 32 I 2 jL3 I 3
x k 12 x k 13 x k 23 x1 2 x k 12 x k 23 x k 13 x2 2 x k 13 x k 23 x k 12 x3 2
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