电机学——张继东

绪论重点：电机的概念《电机学》课程要给大家叙述的几个问题 什么是电机1、电机的概念：电机是一 种能进行能量转换成信号转 换的电磁装置。

体现的几点：（1）利用电磁耦合进行能量转换。

必然遵循：电路定律，电磁定律，磁路定律的约束。

（2）结构上就有电路部分（铜铝线等），磁路部分（硅钢、铸钢等），绝缘材料，结构部件（铸铁、铸钢）。

（3）换能（不同种类能量，不同级别的同类能量）——转换能量形态；信号控制。

电机的分类：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧—变压器—静止电机电动机（同步、异步）发电机（同步、异步）交流电机直流电机旋转电机电机控制电机：执行元件： 检测元件：测速发电机，解算元件：旋转变压器（坐标转换、三角运算） 电机在国民经济中的重要性：电能的生产（发电机）输送（变压器）和使用（电动机）的各个环节本课程要研究电机的哪些问题？结构（各个部件的材料，作用结构特征）原理（为何能工作？利用电磁关系的分析。

最终建立电机对象的模型⎪⎩⎪⎨⎧相量模型：相量图电路模型：等效电路数字模型：基本方程运行性能（外特征，调整特征，效率特征机械特征）例：异步机拖动负载改变——转速、电流的变化参数测定——目的为了建立电路模型。

能解决什么样的电机问题 电机的构造的性能的相互关系。

为后续课程作准备——电站辅机。

初步具备故障分析的能力。

本门课程的特点——难原因：○1电路磁路并在的问题 ○2路和场的问题（相互转化） ○3电路中非线性的问题（主要是磁路的影响）○4时间相量和空间矢量相交错（先不学变压器的原因）○5动态和稳态的问题（只分析稳态） ○6真实存在与抽象的关系也有容易学的理由：只需具备清晰的思路，逻辑连续性 如何学好这门课程——方法自信、确信（场的真实存在勤问：会学 磁路重点：1、硅材料性能；2、基本电磁定律一、铁磁材料的磁性能（铁钴镍及其合金） 高导磁性不是常数倍*>>6000~20000μμFe作用：相同的线围匝数W 及电流I 比铁心产生的磁通大的多使电机的体积下降解释：磁畴现象，附加磁场的作用。

磁饱和性：非线性空气)()(0H B H f B μ== 随着H 的增加而磁导率Fe μ变小的现象 分析中要注意的各项非线性，向量图中B 、H 的关系 选择的设计时，工作点应在拐点 磁滞现象剩磁r B 矫顽力c H同一铁磁材料m B 越大，回路面积越大 不同铁磁材料有不同的磁滞回线 利用磁滞的不同对铁磁材料分类软磁材料，c r H B ,都较小，曲线较窄易磁化{铸钢硅钢硬磁材料，c r H B ,都相对较大。

铁氧铝镍钴坡合金 铁心损耗磁滞损耗：原因磁畴 转动摩擦而产生V fB C P nm h h = h C ：磁滞损耗高数取决于材料性质n ；电工硅钢片。

n=1.6223 涡流损耗：产生原因发热涡流电势电磁效应→→→V B f C P m e e 222∆=e C ：涡流系数取决于材料的电阻率 ∆ ：钢片厚度铁心损耗：G B f C P P P m Fe e h Fe23.1≈+=Fe C ：铁心损耗系数取决于材料形状（厚度）研究电机时常用的基本电磁定律 1，几个常用的物理量 H:磁场强度 单位A/m2 B:磁感应强度（磁密）单位;特斯拉T Ф：磁通 单位b W (韦伯） μ：磁导率 单位H/m .m H /10470-⨯=πμ F ：磁动势 单位（安匝） AB (Φ==）常数μμBH 几个常用定律全电流定律⎰∑=⋅I l d H（符号的取值，螺旋定则） 表明：磁场与电流是同时存在的，有电流就会磁发磁场常用：线圈内铁心，均匀磁场 Ni l H =电磁感应定律dtd N dt de Φ-=-=ψ（含法拉弟定律和楞次定律）方向的确定——右手定则 例1、t m ωsin Φ=Φ （正弦）)90sin(cos 0-=Φ-=Φ-=t E t N dtd Ne m m ωωω表明：感应电势也是正弦，滞后磁通900（方向） 大小：有效值m m mm fN f N N E E Φ=Φ=Φ==44.4222πω例2、铁心线圈通入交流电中方向的规定 a 、i 取与u 关联参考方向b 、Φ与i 符合右手螺旋定则（与绕法有关）c 、e 与Φ符合右手螺旋定则（电势的形成电流方向与右手螺旋定则）e 与的方i 向始终一致电磁力定律：通电导体在磁场中会受到力的作用 B e i f = 左手定则（方向） 3磁路定律 磁路欧姆定律:例：N 匝，电流i 截面积A 平均长度（如上图）Ni A l A B B H i N l H i d H =Φ⇒⎪⎭⎪⎬⎫Φ====⎰μμ m m F R F A l Ni λμ===Φ注意：（a ）该定律只能定性的分析（m R ：非常数） (b)与电路欧姆定律有很多相似点 磁路的基尔霍夫定律（了解）节点定律;穿入任一封闭面的磁通等于穿封闭面的磁通回路定律：沿任闭合磁路，磁势的代数和等于磁压降的代数和第二章 变压器静止的电气设备，理论分析方法适用于异步同步电机（电力变压器）§2-1变压器的基本结构和额定值基本结构总分：铁心、绕阻、油箱、绝缘套管等 基本结构铁心：（a ）材料，0.35硅钢片（高含硅，表面涂漆叠压面成。

补：含硅量低1%——2% 韧性好，磁导率高 适用于小电机 电机中常用高3%——4% 韧性不好，磁导率稍差，铁耗小 （b ）形式,铁心柱铁轭两部分⎩⎨⎧变压器壳式变压器：用作特种变压器心式变压器：用作电力类型 补：硅钢片叠压方式：注意冷轧硅钢片，斜切硅钢片化叠装法 交错式装配。

（c ）作用：磁路的重要构成部分；套装绕组的骨架 绕组：（a ）材料，铜线或铝线（加绝缘漆） 作用：电路产生电势⎩⎨⎧⎩⎨⎧导线粗匝数少低压绕组导线细匝数多高压绕组二次绕组（副绕组）输出电能一次绕组（原绕组）输入电能形式,:,:,,)(b ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎭⎬⎫⎩⎨⎧其它：翻绕法，纠结式特种变压器饼式）交变式绕法部高压，圆线，多层在外层在内部低压，扁线，单层或多同心式绕法绕法(630~10kvA其它部件：油箱（油枕）套管（10—35KV 充油 110KV 电容式） 散热器，分接开关额定值（铭牌数据）注意各个定义和意义 额定容量N S 视在功率：KVA额定电压 {）：二次侧空载端电压（）：线电压（V 2 KVL 1 21N U N U额定电流 )(,21A I I N N 线电流单相：N N N N N I U I U S 2211==三相：ϕϕN N N N N N N I U I U I U S 112211333===额定频率,N f 效率,N η温升、联接组、短路阻抗值 例：N S =5000 KVL ，∆=Y KVU U N N 3.61021求：○1N N I I 21,○2一二次侧额定相电压，相电流。

§2-2变压器的空载运行重点：电磁过程及分析思路 分析变压器的过程 ○1空载及负载运行的过程⇒变压器的基本方程⇒变压器参数的测定的等效电路：相量图{调解效率变压器运行性能，电压变压器参数的测定⇒○2以单机变压器讨论，适合三相变压器对称运行情况下 最后再分析三相变压器（磁路，联结组）标幺值，特种变压器 ○3分析时主要因素，忽略次要获得基本规律之后再考虑次要因素，以形成完全概念（例如激磁电流的非正弦性） 空载运行的电磁过程1.空载运行的概念 33P 一次接交流 二次开路 ○1简单：铁心内磁场的建立，公依靠一次回路电流 ○2画出变压器的简单示意图（注意和实际的区别）抽象化○1NI I 10)%10~2(≈ 为正弦，后面单独分析（空载电流）容量越大，比例越小。

○2降的作用成线性关系，仅取电压与01)%2.0~1.0(i Φ≈ΦσdtdiL dt d N e 01111σσσ-=Φ-= 若t I i ωsin 200=)90sin(2cos 200101011-=-=-=t I L t I L dtdiL e ωωσσσσσσσσω101011X I X I L E ==:一次绕组漏电抗（常数）结构参数取决于：频率，匝数，结构（稀与密）情况，激磁电流产生漏电势大水的系数0i 11R N 22R N ↓1e ↓σ1e 2e ↓1U 2U 2.各个物理量的建立⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧Φ-=→Φ⎩⎨⎧Φ-=→Φ→→→dt d N e dt d N e f i N i u σσσ111100101)(相量形式：*1*1I jX E σσ-=○3主磁通Φ与0i 非线性，（铁磁的饱和现象） 传递能量 *人为的分开主漏，便于分析，简化处理方式⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧Φ-=Φ=ΦΦmfN j E f o e e 244.42,m 1N 4.441E 902e ,1e 21大小滞后相位上关系与，， ○4变比 2121N N E E k ==定义：感生相电势之比（不是电压比） 基本方程： 2*2*2210111E U ==+--=e u R i e e u σ相量形式10*1*10*0*11*10*1*1**Z I E R I I jX E R I E E U +-=++-=+--=σσ Z1：一次绕组漏阻抗 ○1一般电力变压器，漏阻抗压降很小忽略 m fN j E U e U Φ=-=-≈11*1*11*44.4m fN E U Φ=≈111*44.4m Φ（主磁通）大小与形状仅与外施电压有关，而与变压器掏心材料或几何尺寸无关（主磁通不变） ○2变化：2121N N E E k==定义：感生相电势之比（不是电压比）单相变压器k E EU U =≈2121 电压比等于变比三相变压器：一二次侧线电压之比（电压比）≠变比 功率关系（铜耗，铁耗空载损耗 < 1%N S 二 空载电流0i （激磁电流） u Fe u Feu i i i i i i i ≈>>+=00近似u i ：磁化电流，无功分量，与m Φ同相位 Fe i ：铁耗电流，有功分量 与1U 同相位磁化曲线的变化()()i f H f B i H B =Φ⇒=∝Φ∝ 磁路的饱和情况。

线性关系不饱和。

i T B m Φ<8.0 一般相当饱和冷轧）(7.1~5.147.1~4.1T T B m = 也就是正弦波为正弦波Φ⇒,11e U 以作图方式画出0i 的波形空载时的相量图和等效电路 （相量图）等效电路将变压器中电路和磁路的相互关系用纯电路的形式直接表达1*E 的处理与σ1*E 相似但存在铁耗 )(0*0*1*m m m jX R I Z I E +=-=⎩⎨⎧+=和主磁通相对应和铁耗相对应激磁阻抗mm m m m X R jX R Z 10*0*10*1*1*Z I Z I Z I E U m +=+-=注意○1m Z 不是常数 ○2工作时m Φ不变（1U 变化很小）定量计算时，m Z 基本不变相量图，（已知m Φ）○3画10*1*1*Z I E U +-=§2-3变压器的负载运行负载运行时的物理过程m m fN j E fN j E Φ-=Φ-=22*11*44.444.4L Z 1e σ1e σ2e 2e Φσ2Φσ1Φ1U 2U dtdi L e 111σσ-=dtdi L e 222σσ-=22I N σ1Φ11I N σ2ΦΦ1e 2e mZ E I I 1*0*0*-=○1画 1*E 1*U σ10X jI mΦFei 1*E 1*E -2*E μi 10*R I ○2画出 m N f j E Φ-=11144.42*E ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=Φ=-m mmm m X R tg a Z E I 110铁耗角相位，超前大小。