华中科技大学电机学(上)总结

《电机学（上）》总结第一章 导论1、电机的基本概念电机：依据电磁感应定律和电磁力定律实现机电能量或信号转换的电磁装置。

定子：静止部分；转子：旋转部分；气隙：铁芯与磁极之间的间隙 气隙中的磁场分布及其变化规律在能量转换过程中起决定性作用。

2、磁场基本量H B A B A F m A H Wb T B ⋅=⋅=μφμμφ;);();/(;;);();(0 3、磁路定律（1）全电流定律：∑∑∑⎰=⇒=⋅kkk k k F l H i dl H（2）磁路欧姆定律：m m F R F Λ⋅==φ，AlR m m μ=Λ=1磁路的磁阻：， lAm μ=Λ磁路的磁导：（3）磁路的基氏第一定律：0=∑φ（4）磁路的基氏第二定律：k kk kk k kk i N F l H ∑∑∑==4、磁化曲线曲线H H f B ⋅==μ)(（课本P16 图1.6）非铁磁材料：为常数为直线，00μμH B ⋅=，数值很小,/10470m H -⨯=πμ 铁磁材料，磁化曲线呈现非线性的饱和特性。

一般0μμ>>Fe ，且Fe μ不是常数。

饱和时，↓↑→μb 。

不饱和时可认为是常数5、铁耗Fe p ：)6.1~2.1(21,2≈<<∝+=βββV B f p p p m w h Fe ，V 为铁磁材料的体积，采用硅钢片可减小铁耗。

磁滞损耗与磁滞回线的面积成正比。

6、电感与互感线圈（绕组）的电感m N L Λ=2。

铁芯线圈的电感要远大于同匝数的空心线圈的电感。

两个线圈（绕组）间的互感m N N M Λ=21第二章 直流电机一、直流电机的工作原理和基本结构 1、换向器式直流电机的工作原理：直流电机电枢绕组所感应的电动势是极性交替变化的交流电动势， 换向器配合电刷的作用把交流电动势“换向”成极性恒定的直流电动势。

只要电枢与主磁极空间相对静止，电刷两端所得电势即为直流电。

2、主要结构定子 转子（电枢）主磁极、机座、电刷、换向极 电枢铁心、电枢绕组、换向器 定子机座兼做定子主磁路的一部分，因其中磁场是固定不变的，故采用铸钢或厚钢板加工（无铁耗）转子铁心因旋转，与气隙主磁场（空间静止）有相对切割运动，其间会有铁耗，故采用硅钢片叠成。

3、额定值额定功率2P P N ≡ )/(602s rad n N π=Ω 发电机：N N N I U P = 电动机：N N N N I U P η= 二、 电枢绕组特点1、直流电机电枢绕组必为闭合绕组。

2、电刷的安放：（1）原则：正、负电刷间空载合成电势最大。

（2）位置：应放在换向器的几何中性线上（与电枢几何中性线处的导体连通）（3）组数：恒等于电机极数2p3、单叠绕组的并联支路数2a=电机极数2p 。

4、电刷为电枢表面导体电流的分界线5、电枢电流Ia=每条支路电流（即线圈电流）⨯并联支路数2a 。

三、直流电机的磁场 1、空载磁场：直流电机空载时的磁场称为空载磁场。

空载磁场仅由主磁极励磁磁动势（对应励磁电流If ）单独建立。

了解空载气隙磁场大小沿电机气隙圆周的分布波形 2、负载磁场：（1）直流电机负载时的气隙磁场由励磁磁动势和电枢磁动势（对应电枢电流Ia ）共同建立。

（2）电枢磁场：由电枢磁动势（或电枢电流）所单独建立电枢磁动势和电枢磁场的轴线总是位于电刷对应于电枢表面上的位置。

当电刷位于几何中性线时：电枢磁动势和电枢磁场的轴线刚好位于电枢交轴（与主极轴线相正交的位置），只产生交轴电枢磁动势和交轴电枢磁场。

当电刷偏离几何中性线时：电枢磁动势和电枢磁场的轴线也偏离电枢交轴，同时产生交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势（与主极轴线相平行的位置），相应地也同时产生交轴电枢磁场和直轴电枢磁场。

（3）直流电机电枢反应负载时，电枢磁动势对主极磁场的影响为电枢反应。

交轴电枢反应：由交轴电枢磁动势产生a 、使气隙磁场分布波形发生畸变； b 、铁心饱和时呈去磁作用。

直轴电枢反应：由直轴电枢磁动势产生，直轴去磁或直轴助磁。

四、电枢电动势与电磁转矩 电枢电动势为正负电刷间电动势60a E pNE n C n aφφ=⋅⋅=⋅⋅ 电磁转矩2em a T a pNT I C I aφφπ=⋅⋅=⋅⋅φ ：正负电刷间一个极面下的磁通量，【Wb 】30T E C C π=N:电枢绕组总导体数，2y N S N =⨯⨯总元件数每元件匝数 五、直流电机的基本方程和运行特性1、按励磁方式分类：他励,a f I I I =与无关 串励a f I I I == 并励：发电机a f I I I =+ 电动机a f I I I =+2、直流电机运行方式的判别及运行特点 （1）当E>U 时，为发电机运行：a em em a I E T n T U U E 与同方向，故发出电功率；与反方向，为制动转矩，故吸收机械功率；I 与反方向，与反方向（2）当E<U 时，为电动机运行：a em em a I E T n T U 与反方向，故吸收电功率；与同方向，为驱动转矩，故发出机械功率；I 与同方向。

（3）当E=U 时，为原动机拖动空转的发电机或；理想空转的电动机。

3、直流电动机基本平衡方程式： （1）电势方程：a a U E I R =+ （2）功率流程图1P U I =⋅ 21=100%P P η⨯效率 当可变损耗等于不变损耗时，效率最大。

电磁功率：em a em P E I T =⋅=⋅Ω--发电机、电动机均适用 （3）转矩平衡方程： 20em T T T =+ 220,,em mec Fe ad em P p p p PT T T ++===ΩΩΩ4、直流电动机工作特性2,,()N em U U n T f P η==下，。

（1）并励电动机转矩调整率：0NN100%n n n n -∆=⨯很小，基本接近于恒速电动机使用时，励磁绕组不得开路。

否则会“飞速”（有剩磁且空载或轻载时），或停转产生电枢大电流（无剩磁或有剩磁但重载时）。

（2）串励电动机转矩调整率：0NN100%n n n n -∆=⨯很大。

接近于恒功率电动机。

使用时，不得空载或轻载运行，否则会“飞速”5、直流电动机的机械特性：()em n f T =（1）并励电动机 数学描述：a a j a j em2T ()E E E U I R R R R U n T C ΦC ΦC C Φ-++==-R j 为串入电枢回路的调节电阻，用于改变机械特性的形状。

R j =0时为自然机械特性，R j ≠0为人工机械特性。

➢ 并励电动机的自然机械特性接近于水平线，称为硬特性。

（2）串励电动机数学描述2a j ()n C R R =-+6、电力拖动机组稳定运行的条件稳定运行的条件及判据：在电动机机械特性和负载总制动转矩机械特性两条特性曲线的交点处，当em L em L d d d d()()0d d d d T T T T T n n n n∆=-<<或时是稳定的；当em L em L d d d d()()0d d d d T T T T T n n n n ∆=->>或时是不稳定的；当em L d d d d T T n n=时是稳定运行的极限。

只要电动机机械特性满足emd 0d T n<，即是下降的机械特性，则能稳定运行。

六、直流电动机起动1、电气性能要求：起动电流小。

起动转矩大2、起动方法（1）直接起动：st a a aU E UI I R R -===，适用于小电机 （2）电枢回路串电阻起动：st a stUI R R =+（3）降压起动：只降电枢端电压，而不能降励磁电压。

七、直流电动机调速 1、调速方法 由a j em2T E E R R Un T C ΦC C Φ+=-可知，调速方法有三种（1）变φ ，即改变励磁磁场（改变励磁电流）调速221f f a n P T R I I P UI φη→↑→=Ω↑↑→↓→↓→→↑→=↑基本不变，经济性较好（2）电枢回路串电阻调速j R n ↑⇒↓（3）改变电枢电压U 调速此调速方法最适用于他励电动机中，这样励磁磁场可不受电枢端电压的影 响。

*2、调速计算题的求解：对调速瞬间分析出发点是n 不能突变，而新的稳态时分析出发点是转矩平 衡！3、改变电动机转向的方法原理：电动机中em n T 与同转向，故改变n 方法，即改变em T 方向。

（1）将励磁绕组两端对调，即改变励磁电流方向 （2）将电枢绕组两端对调，即改变电枢电流方向。

此两种方向只能用其一，不可同时用，否则转向不变。

4、直流电动机的制动电磁制动：电磁力矩与转子转向相反，即为电磁制动。

常用的电磁制动方法：（1）能耗制动（2）反接制动（3）回馈制动第三章 变压器一、结构、额定值1、结构：闭合铁心上套有不同匝数的绕组，采用闭合铁心以降低磁阻，减少励磁电流，采用硅钢片以减小铁耗。

2、额定值1212,,,N N N N U U I I 在三相中均为线值单相：11221122N N N N N N N N N S U I U I U I U I φφφφ====三相：1122112233N N N N N N N N N S I I U I U I φφφφ==== 注意Y 接法还是∆接法。

2N U 的定义：在一次侧加额定电压时二次测的空载线电压。

二、基础理论 1、空载物理情况φ主磁通，同时与一、二次侧绕组相交链φ≈1110221122m mE l U l U I I fN A fN A X πμπμ≈≈≈= 励磁电抗212m AX fN lμπ= ,反映了主磁通的作用，对已制成的变压器一次侧漏电抗21112X fN σσπ=Λ 二次侧漏电抗22222X fN σσπ=Λ 空载等效电路：2、负载时 （1）正方向确定（2）基本方程式11111112222222012 ()()/U E I Z Z R jX U E I Z Z R jX I I I kσσ=-+=+=-=+=+ 121022L m E kE E I Z U I Z =-==（3）绕组折算原则：未折算侧各量均保持不变，电磁关系和能量关系也不变，使等效电压比为1。

222211N I I I N k '== '12222N E E kE N == 22222222''''L L L LR k R X k X R k R X k X σσ⎧=⎪=⎪⎨=⎪⎪=⎩ （4）折算后基本方程11112222012U E I Z U E I Z I I I =-+''''=-'=+121022L m E E E I Z U I Z '=-='''=（5）等效电路T 型等效电路：Γ型等效电路：简化等效电路（6）参数测定○1 空载试验 根据变压器的空载试验可以求得变比 k 、空载损耗 p 0、空载电流 I 0 以及励磁阻抗m Z 。