电机学入门教程

动
势
B
l Bn ( )d
x
e
e NvlBn ( x) Bn ( x b) NvlBn
v
电机中的基本电磁定律
3.电磁力定律
F dF i dl B
F Bli
B
i
f
Ts Fr Blir Ts Nlir(B1 B2 )
Tem Tcj MNBliD
电机的分类
发 电 机 电 电 动 机 变压器等
变 压 器 电
机
控制电机
机
直流电机 旋转电机 交流电机 同步电机 异步电机
电机的作用
发电机、变压器
电
电能的生产、传输和分配
电动机
驱动生产机械和装置
机
控制系统和智能化装置的重要元件
控制电机
电机中的基本电磁定律
1.全电流定律
H dl I
j 1 M
铁磁材料的特性
铁磁材料包括铁、钴、镍以及它们的合金 1.所有非导磁材料的磁导率 均为常数，接近真空磁导率 0 4 10 7 2.铁磁材料的磁导率远大于 非导磁材料的磁导率 3.铁磁材料的磁导率在较大 范围内变化，铁磁材料是非 线性的
1.铁磁材料的导磁率
B H
铁磁材料的特性
Ni F m F l /( A) Rm
基尔霍夫第一定律
0
磁路基本定律及计算方法
磁路与电路的主要区别
电路 电阻率恒定 电压、电流线性 磁路 导磁率变化 磁势、磁通非线性
不存在饱和现象
有磁路饱和
磁路基本定律及计算方法
铁心磁路计算
是电机分析和设计过程中的一项重要工作
已知磁通确 定磁动势
电
机
学
第一章
1.电机的定义
导论
2.电机的分类及作用 3.电机中的基本电磁关系
4.电机中的铁磁材料特性
5.磁路基本定律及计算方法
6.电机的机电能量转换过程
电机的定义
泛指所有实施电能 生产、传输、使用 和电能特性变换的 机械或装置
什么是 电机？
电机：依据电磁感应定律和电磁力定律实现 机电能量转换和信号传递与转换的装置
在外磁场的作用下，铁磁材料内部的磁筹重 新排列，使得内部磁效应不能抵消，因而在 宏观上对外显示磁性。
铁磁材料的特性
铁磁材料磁化过程
oa段：H较弱，B缓慢增加 ab段：H较强，B迅速增加 bc段：H继续加强，B增加 变慢（饱和段） c－段：H继续加强，B增 加缓慢（深度饱和段）
铁磁材料的特性
2.磁滞与磁滞损耗
2.并联磁路计算
将磁路分段，保证每段磁路的均匀性
计算每段磁路的截面积和等效长度
列出节点方程和电压方程求解
确定每段磁路磁密和磁场强度
计算磁动势
磁路基本定律及计算方法
计算实例
已知数据： A1 A2 6 104 m 2
A3 10 104 m2
l1 l 2 0.5m l 3 2 0.07m
1.理想模型
Pe ei NBnlvi F NBn li Pmec Fv NBn lvi
F
i
Pmec Pe
电机中的机电能量转换过程
2.实际机电能量转换系统
发电机
电动机
电机中的机电能量转换过程
Wmec Wm pT We
电机中的机电能量转换过程
pT pcu pFe pmec
已知磁动势 确定磁通
电机和变压器设计属于前一类是我们学习的重点
磁路基本定律及计算方法
1.串联磁路计算
将磁路分段，保证每段磁路的均匀性
计算每段磁路的截面积和等效长度
根据给定磁通，确定每段磁路磁密
计算每段磁路的磁压降
由磁密确定每段磁路的磁场强度
由基尔霍夫第二定律计算磁动势
磁路基本定律及计算方法
计算实例
l
H dl ' H dl I I1 I 2 I 3 l
l
电机中的基本电磁定律
2.电磁感应定律
d d e N dt dt
d dt dx t x e N Nv t x
变 压 器 电 动 势 运 动 电 动 势
10 10-4 m
3 10 104 Wb
F1 350A
求：励磁磁动势F2
磁路基本定律及计算方法
磁路分段
F2 Hl H 2 l 2 H 3 l 3 H
B3 B 3 / A3 1.0T
H 3 383A / m H B / 0 H 3 l 3 H 133.2A
1 B1 A1 6.312Wb
F2 H 2 l 2 H 3 l 3 H 225.7A
磁路基本定律及计算方法
3.交流磁路的特点
1.交流磁路存在磁滞损耗和涡流损耗 2.交流磁路中电压平衡关系中比直流 磁路多了感应电动势 3.交流磁路存在交流磁通，电流的波 形和相位问题
电机中的机电能量转换过程
l 0.3m, A 9 10 4 m 2
-4 0. 3m 0.5 l 10 m , A 9 10 4 m 2
B /A 1.1T
铁心段的磁场强度，由磁化曲线查得：H Fe 493A / m
H B / 0 1.1 / 4 10 7 8.75 10 5 A / m
(Wmec pmec ) (Wm pFe ) (We pcu )
电机中的机电能量转换过程
电磁转矩
电磁功率
电磁转矩和电磁功率在机电能量转换中起重要 用，而它们都是通过气隙磁场的作用而产生
电能的生产、传输和分配
返
回
驱动生产装置和机械
返
回
控制系统和智能化装置的重要元件
返
回
F H Fe l H 585.6A
I F/N 1.17A
磁路基本定律及计算方法
第二类问题求解：给定磁动势大小，求磁通和磁密 假定一个磁通值，计算出相应得磁动势，迭代完成
假定一个磁通φ’
计ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ出磁动势F’
重新假定φ’ N
| F F |
'
Y
'
磁路基本定律及计算方法
电机中的基本电磁定律
变 压 器 电 动 势
Em N m E 2 2 2fN m 4.44fN m
m sint
e N m cost Em sin (t 90 )
变压器电动势的方向可根据楞次定律来判断
电机中的基本电磁定律
运 动 电
x b
F1 Hl H 1l1 H 3 l 3 H
H 1 l1 F1 H 3 l 3 H
2 3 1 3.69 10 4 Wb
B2 2 / A2 0.615T H 2 185A / m
H 1 433.6A / m B1 1.052T
磁滞损耗： ph
K h fBmV
铁磁材料的特性
3.涡流与涡流损耗
K f d B V pw 12
2
2
2
2 m
铁磁材料的特性
4.交流铁心损耗
f 2 pFe p1 / 50 Bm 50

磁路基本定律及计算方法
欧姆定律 磁 路 基 本 定 律 基尔霍夫第二定律
F Ni Hl Rm
已知数据：
1.硅钢片的磁化曲线
2.铁心尺寸： l 0.3m, A 9 104 m 2
3.气隙尺寸： 0.5 10-4 m 4.线圈砸数：N＝500 5.给定磁通：
计算数据：
1.励磁磁动势F 2.励磁电流I
9.9 10-4 Wb
磁路基本定律及计算方法
将磁路分为铁心段和气隙段