电机学第一章第二节
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。
第1章 直流电机 《Electric Machinery 电机学(英汉双语)》课件
1、磁场分布情况： 主磁通 0 ：与主磁极和电枢绕组相交链。 漏磁通 ：只与主磁极相交链。
2、磁场特点： a、主磁通 0 远大于漏磁通 。
b、主极极靴宽度比一个极距小，且极靴下的气隙 不均匀，所以，主磁通的每条磁力线所经过的磁回 路都不尽相同，在磁极轴线附近的气隙较小， 接近极尖处的磁回路中气隙较大。
它可以通过电机磁路计算求得。 曲线形状与磁通所经材料的B－H曲线形状类似， 即是非线性的。如图：
0＝f (Ff 0 ) 或 0＝f (I f 0 )
0
过原点的直线为气隙线
0
Ff 0(I f 0)
二、直流电机的电枢反应及负载时的磁场： 1、电枢反应(armature reaction)：
电机负载时，电枢绕组中有电流流过，产生一磁势， 称为电枢磁势。此时，气隙磁场由主极磁势和电枢磁势二 者合成建立，电枢磁势的出现必然对空载时的主极 磁场产生影响，使气隙磁密的分布发生变化，这种电枢磁势 对主极所建立气隙磁场的影响称为电枢反应。
注意： 每个线圈边中的电流方向是交变的。
2、直流发电机的工作原理： 当用原动机拖动电枢以恒定方向旋转，线圈
边将切割磁力线感应出电势，电势方向据右手定 则确定。由于电枢连续旋转，线圈边将交替地切 割N极、S极下的磁力线，每个线圈边和整个线圈 中的感应电势的方向是交变的，但由于电刷和换 向器的作用，使流过负载的电流是单方向的（脉 动）的直流电流。这就是直流发电机的工作原理。
(三)、气隙不均匀。
三、直流电机按励磁方式分类： 据励磁电路与电枢电路的联接关系分类(types) 。
1、他励直流电机：励磁回路的电流由外电源供给， 与电枢回路没有电的联系。 2、并励直流电机：励磁回路与电枢回路并联。 励磁回路两端的电压就是电枢回路两端的电压。 3、串励直流电机：励磁回路与电枢回路串联。 励磁回路的电流与电枢回路的电流相等。 4、复励直流电机：主极有两个励磁绕组，其一与电 枢绕组并联，另一个和电枢绕组串联。
纪真 电机学 讲义
纪真电机学讲义全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：纪真电机学讲义第一章电机原理概述电机是将电能转换为机械能的设备，是现代工业中不可或缺的重要组成部分。
电机的基本原理是根据安培法则和洛伦兹力定律，利用导体在磁场中受到力的作用，从而实现电能向机械能的转换。
电机的工作原理十分复杂，涉及电磁理论、力学、热力学等多个领域的知识。
本章将介绍电机的分类、工作原理以及电机在现代社会中的应用。
第二章直流电机直流电机是最早被发明和广泛应用的电机类型之一。
它由定子、转子、电刷和换相器等部分组成，利用直流电流在磁场中的作用力来实现机械转动。
直流电机具有结构简单、运行可靠、速度调节范围广等优点，在工业生产、家用电器等领域都有着广泛的应用。
本章将详细介绍直流电机的结构、工作原理及控制方法。
除了直流电机和交流电机，还有一些特种电机用于特定的工作场景。
例如步进电机用于精确位置控制，无刷电机用于高速运动，线性电机用于直线运动等。
这些特种电机在航天航空、精密仪器、医疗器械等领域都有着重要的应用。
本章将介绍几种特殊电机的结构、工作原理以及应用领域。
第五章电机控制与调速电机控制是电机应用中的一个重要环节，可以通过改变电机的电流、电压、频率等参数来实现对电机的控制。
电机调速是电机控制的一种重要方式，可以根据需要调整电机的转速和功率输出。
现代电机控制技术包括直流调速、变频调速、矢量控制等多种方法，能够实现电机的高效、精准控制。
本章将介绍电机控制技术的发展历程以及各种调速方法的原理和应用。
第六章电机故障诊断与维护电机在长期运行过程中可能会出现各种故障，如温升过高、轴承损坏、绝缘老化等。
及时发现并排除电机故障对于延长电机寿命、保证生产运行具有重要意义。
电机故障诊断是电机维护的重要内容，可以通过振动分析、红外热像仪、超声波检测等工具和方法来对电机进行检测。
本章将介绍电机故障的常见原因、诊断方法以及维护保养的技巧。
能源消耗是现代社会面临的一个严重问题，提高电机的能源利用效率对于节约能源、减少环境污染具有重要意义。
电机学第一章(葛宝明)
1-1磁路的基本定律 1-2 常用的铁磁材料及其特性 1-3 磁路的计算
葛宝明 博士 教授
北京交通大学电气工程学院
1-1磁路的基本定律
一、磁路的概念
磁路：磁通所通过的路径.见图１－１． 主磁通：由于铁心的导磁性能比空气要好 得多，所以绝大部分磁通将在铁心内通过, 这部分磁通称为主磁通。 漏磁通：围绕载流线圈、部分铁心和铁心 周围的空间，还存在少量分散的磁通，这 部分磁通称为漏磁通。
B
c
d H
b
a
铁磁材料 意图1-7.
Fe f (H )磁化曲线示
• 应用: 设计电机和变压器时，为使主磁路 内得到较大的磁通量而又不过分增大励 磁磁动势．通常把铁心内的工作磁通密 度选择在膝点附近．
2．磁滞回线
示意图: 图1-8. 相关重要概念 剩磁:去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保 留的磁通密度 Br . 矫顽力:要使B值从 Br减小到零，必须加上 相应的反向外磁场，此反向磁场强度称为 矫顽力 ，用 H c 表示.
三、铁磁材料
1．软磁材料
定义: 磁滞回线窄、剩磁Br和矫顽力Hc都小 的材料 .其磁导率较高。
附图1-11a. 常用软磁材料:铸铁、铸钢和硅钢片等。
2．硬磁(永磁)材料
定义:磁滞回线宽、剩磁Br和矫顽力Hc都大 的铁磁材料称为硬磁材料 . 由于Br大，可制 永久磁铁，故也称永磁材料。 附图1-11b. 磁性能指标 剩磁 矫顽力 最大磁能积
直流电机的磁化曲线 曲线示意图1-16.
电机的磁化曲线体现了电机磁路的非线性， 这种非线性使电机运行特性的数学表达复 杂化。工程分析中，常用线性分析加上适 当修正的办法来考虑非线性的影响。
三、交流磁路的特点
电机学 第一章
1.1.2 电机的主要类型 按运动方式分类： 静止的有变压器，运动的有直线电机和旋转 电机，直线和旋转电机继续按电源性质分又有直 流电机和交流电机，交流电机按运行速度与电源 频率的关系又可分为异步电机和同步电机两大类。 因直线电机应用较少，本课程则主要对旋转电机 进行研究，故上述分类结果可归纳为 变压器 电机 旋转电机 (直线电机) 直流电机 交流电机 直流电动机 直流发电机 异步电机 同步电机
1.1.4 电机的作用和地位 在自然界的各种能源中，电能是最方便使用 的能源，具有大规模集中生产、远距离经济传输、 智能化自动控制的突出优点。作为电能生产、传 输、使用和电能特性变换的核心装备，电机在现 代社会所有行业和部门中也占据着十分重要的地 位。 对电力工业本身来说，电机就是发电厂和变 电站的主要设备。火电厂用汽轮发电机将机械能 转换为电能，然后电能经各级变电站利用变压器 改变电压等级，再进行传输和分配。此外，发电 厂的许多辅助设备，如给水泵、鼓风机、调速器、 传送带等，也需要电动机驱动。
1.1.3 电机中使用的材料
电机是按电磁感应定律实行能量转换的，因 此，电机中必须要有电流通道和磁路通道，即通 常所说的电路和磁路并要求有性能优良的导电材 料和导磁材料构成。 导电材料 线圈是电机中的电流载体，要求导电性能好， 电阻损耗小，故其一般由紫铜线绕制。
导磁材料 电机中的定子、转子铁芯是磁通的路径，其 一般由导磁材料制成，主要采用硅钢片。硅钢片 是电机工业专用的特殊材料，其磁导率极高，可 达真空磁导率的数百乃至数千倍，能减少电机体 积，降低励磁损耗，但存在磁滞现象，交变磁场 下还会产生磁滞损耗和涡流损耗。
《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
电机学第1章1.ppt
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3、电机的发展
◇电机的发展:三个时期(1)直流电机形成(2)交流电机的
形成(3)电机理论、设计和制造工艺完善
▪ 电机的发展初期主要是直流电机的发展
▪ 电磁感应定律的发现——1831年法拉第电磁感应 定律
▪ 1833年后制成一台旋转磁机式直流发电机 ▪单相交流电的应用——远距离传输 ▪ 三相交流电的应用——解决电机启动问题
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– 绝缘材料
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电路与磁路的类比
+ U
-
I R
+ F
-
Φ Rm
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概念思考
为什么说发电机和电动机的作用可以同时存在 于一台电机中，但又不能同时既是发电机又是 电动机
从能量传递，力的性质等方面考虑
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作业
1-1,1-4,1-8 (1-5，1-6)
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◇．电机的近代发展及趋势
▪ 单机容量不断增加——机组容量大时，单位容量的用料 （省）、损耗（小）、造价（低）
如汽轮发电机：
1900
5MVA
1956水内冷 208MVA
1920
25MVA 1960
320MVA
1937空气冷却 100MVA 目前
>1000MVA
氢气冷却 150MVA
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磁通连续性原理
由于磁感应线是闭合的，因此对任意封闭曲面 来说，进入该闭合曲面的磁感应线，一定等于 穿出该闭合曲面的磁感应线。如规定磁感应线 从曲面穿出为正，穿入为负，则通过任意封闭 曲面的磁通量总和必等于零
电机学讲义-磁路
i F / N 47.7 A 9.54102 A 500
3、磁路的基尔霍夫定律
（1）磁路的基尔霍夫电流定律（磁通
是连续的） 1 2 3 0
或
0
（2）磁路的基尔霍夫电压定律（实质 是安培环路定律）
3
Ni H klk H1l1 H 2l2 H 1Rm1 2Rm2 Rm k 1
磁滞回线——当H在Hm和－ Hm之间反复变化时，呈现磁
滞现象的B－H闭合曲线，称
为磁滞回线。磁滞回线是逆 时针旋转的，要消耗能量。
3、基本磁化曲线
对同一铁磁材料，选择不同的Hm反复磁化，得到不同的 磁滞回线。将各条回线的顶点连接起来，所得曲线称为基 本磁化曲线。
总结：熟悉三 种磁化曲线的 图形。剩磁Br， 矫顽力Hc。
[补]电机的铁心为什么常常用硅钢板叠成？
【补】两个电感的尺寸、形状和线圈匝数均相同，一 个是铝心，一个是铁心，当它们并联接在同一个交流 电源上时，电流是否相同？
第三节 直流磁路的计算
磁路计算正问题——给定磁通量，计算所需的励磁磁动势 磁路计算逆问题——给定励磁磁势，计算磁路内的磁通量
磁路计算正问题的步骤： 1）将磁路按材料性质和不同截面尺寸分段； 2）计算各段磁路的有效截面积Ak和平均长度lk； 3）计算各段磁路的平均磁通密度Bk ，Bk=Φk/Ak； 4）根据Bk求出对应的Hk； 5）计算各段磁位降Hklk，最后求出 F=∑ Hklk。
有关交流磁路和铁心线圈的计算，将在变压器一章讨论。
第五节 电机的绝缘材料
绝缘纸、塑料薄膜、无纺布、云母、绝缘漆等。
电机的绝缘等级按照所用绝缘材料的耐热性能来划分:
AE B
F
H
C
105 120 130 155 180 大于200
电机学重点总结
知识点第一章：（以填空题、判断题、简答题为主）p13,p17,p30电机的定义（广义、侠义）电机的任务基本电磁定律（全电流定律、电磁感应定律、电磁力定律）铁磁材料特点，磁滞损耗、涡流损耗的产生机理、影响因素，产生条件磁路基本定律（磁路欧姆定律、磁路基尔霍夫第一/第二定律），定性分析交流磁路特点，磁化曲线分析（磁通与励磁电流的波形）变压器电动势产生原因与磁通之间的相位关系铁磁材料磁导率特点，磁饱和特性闭合磁路磁饱和时主磁通和励磁电流间的波形关系软硬磁材料区别，磁滞回线剩磁矫顽力磁导率铁耗，涡流损耗和磁滞损耗，产生原因及应对措施第二章：（以填空题、判断题、简答题为主）直流电机电枢绕组线圈感应电动势的交变性，直流电动势产生机理；直流电机电枢绕组虚槽数、换向片数、元件数、线圈数关系；第一节距、第二节距、合成节距、换向器节距含义；单叠绕组、单波绕组线圈绕制原则、支路数；电枢反应；感应电动势、电磁转矩的定义及计算；直流发电机、直流电动机的功率流；各种直流电机的特性曲线分析；直流电力拖动机组稳定运行条件；直流电动机的启动、调速与制动；直流电机转子线圈感应电动势的交变性及直流电动势产生机理空载磁场的产生原因及方向并励直流发电机自励条件及临界点电阻随转速的变化关系并励直流发电机，并励直流电动机等效电路及电磁功率计算直流电力传动系统稳定运行条件直流电机电枢反应定义，分类，产生条件及影响并励直流发电机和他励直流发电机外特性比较，拐弯现象解释第三章：（以填空题、判断题、简答题、计算大题为主）变压器的额定值定义；变压器的变比定义；变压器空载电流与励磁电流的关系；变压器的绕组折算方法、条件、折算前后物理量的对应关系；变压器等效电路图及各参数的含义；变压器参数测定（空载实验、短路实验）；标幺值的含义、各物理量的基值、标幺值的计算及相关物理量标幺值的等值关系；负载系数的含义；变压器电压变化率的计算；变压器效率的计算及其取最大值的条件；三相变压器的连接组判断；绕组连接法及磁路系统对空载电动势波形的影响；变压器并联运行的条件,并联时的容量计算；自偶变压器的容量；电压互感器、电流互感器的作用及其使用注意事项；变压器二次测额定电压定义变比计算变压器绕组折算后一二次侧感应电动势大小关系主磁通漏磁通区别和等效电路空载或短路实验测得损耗对应关系及参数求取并联运行理想条件和实际条件电压互感器电流互感器单项变压器外加电压与励磁电流波形关系连接组别判断3.49电压变化率，最大效率求解3.46并联变压器容量分配，最打输出容量计算3.52第四章：（以填空题、判断题、简答题为主）交流绕组感应电动势与励磁磁动势间时空变化规律；交流绕组槽距角、槽距电角、相带、极距、极相组的概念；单层绕组、双层绕组每相最大并联支路数；导体电动势、匝电动势、线圈电动势、线圈组电动势、相电动势的概念及计算；消弱谐波电动势的方法（短距绕组）；单相绕组磁动势、三相绕组基波合成磁动势性质；谐波磁动势的次数、转速；单相绕组通单相交流电，三相绕组通三相对称交流电产生的磁动势三相绕组基波磁动势转向与电流向序关系对称绕组消除3n次谐波短路绕组消除或削弱谐波时第一节距选择第五章：（以填空题、判断题、简答题、计算大题为主）异步电机的转子结构；同步转速、转差率的计算；异步电机的三种运行状态；异步电机额定值；异步电机工作原理；定子磁场和转子磁场相对静止关系；异步电机的绕组折算；转子绕组中感应电动势及电流的频率计算；异步电机的频率折算及其含义；异步电机的等效电路；异步电机的参数测定（空载实验、短路实现）；异步电机的功率流及相关功率之间的关系；异步电机的电磁功率计算（最大转矩、起动转矩）；异步电机电磁转矩的三种表达式；异步电机特性曲线分析；异步电机的启动特点；异步电机启动方法及相关计算；异步电机的制动及调速；异步电机定子磁场和转子磁场同步，转子和磁场异步异步电机三种运行状态及各种状态下功率流程异步电机铁耗的主要产生原因频率折算和绕组折算共同条件鼠笼型异步电机转子相数降压启动特点变频调速时保证磁通不变的方法异步电机功率流程，转子转速，转差率，转子频率，电磁转矩，效率，定子电流，Y三角形启动转矩或启动电流计算第六章：（以填空题、判断题、简答题、计算大题为主）同步电机的特点；同步转速的计算；同步电机的额定值；同步电机的运行原理；同步电机的电枢反应；隐极机、凸极机在磁路不饱和、饱和状态下的电磁关系（方程式、向量图）及相关计算；同步发电机的运行特性（空载特性、短路特性、零功率因数特性、外特性、调整特性）分析；保梯电抗、短路比的概念及对电机性能的影响；同步发电机的并联运行条件及方法；同步电机功率和转矩平衡方程；同步电机电磁功率的计算及含义；同步电机交轴电枢反应对机电能量转换的意义；同步电机静态稳定的条件；同步电机无功功率的调节和V形曲线分析；同步电动机无功调节及V性曲线；同步电动机的起动和调速；调相机的作用、机理和运行状态；步进电动机工作原理及步距角计算。
电机学第五版课后参考答案
第一章磁路电机学1-1磁路的磁阻如何计算？磁阻的单位是什么？答：磁路的磁阻与磁路的几何形状（长度、面积）和材料的导磁性能有关，计算公式为，单位：1-2铁心中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的，它们各与哪些因素有关？答：磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场中，被反复交变磁化，磁畴间相互摩擦引起的损耗。
经验公式。
与铁磁材料的磁滞损耗系数、磁场交变的频率、铁心的体积及磁化强度有关；涡流损耗：交变的磁场产生交变的电场，在铁心中形成环流（涡流），通过电阻产生的损耗。
经验公式。
与材料的铁心损耗系数、频率、磁通及铁心重量有关。
1-3图示铁心线圈，已知线圈的匝数N=1000，铁心厚度为（铁心由的DR320硅钢片叠成），叠片系数（即截面中铁的面积与总面积之比）为，不计漏磁，试计算：(1) 中间心柱的磁通为Wb，不计铁心的磁位降时所需的直流励磁电流；(2) 考虑铁心磁位降时，产生同样的磁通量时所需的励磁电流。
解：磁路左右对称可以从中间轴线分开，只考虑右半磁路的情况:铁心、气隙截面(考虑边缘效应时，通长在气隙截面边长上加一个气隙的长度；气隙截面可以不乘系数)气隙长度铁心长度铁心、气隙中的磁感应强度(1)不计铁心中的磁位降：气隙磁场强度磁势电流(2)考虑铁心中的磁位降：铁心中查表可知：铁心磁位降1-4图示铁心线圈，线圈A为100匝，通入电流，线圈B为50匝，通入电流1A，铁心截面积均匀，求PQ两点间的磁位降。
解：由题意可知，材料的磁阻与长度成正比，设PQ段的磁阻为，则左边支路的磁阻为：1-5图示铸钢铁心，尺寸为左边线圈通入电流产生磁动势1500A。
试求下列三种情况下右边线圈应加的磁动势值：(1) 气隙磁通为Wb时；(2) 气隙磁通为零时；(3) 右边心柱中的磁通为零时。
解：(1)查磁化曲线得气隙中的磁场强度中间磁路的磁势左边磁路的磁势查磁化曲线得查磁化曲线得右边线圈应加磁动势(2)查磁化曲线得查磁化曲线得右边线圈应加磁动势(3) 由题意得由(1)、(2)可知取则查磁化曲线得气隙中的磁场强度中间磁路的磁势查磁化曲线得已知，假设合理右边线圈应加磁动势第二章变压器2-1 什么叫变压器的主磁通，什么叫漏磁通？空载和负载时，主磁通的大小取决于哪些因素？答：变压器工作过程中，与原、副边同时交链的磁通叫主磁通，只与原边或副边绕组交链的磁通叫漏磁通。
《电机学讲》课件
阐述步进电机的基本工作原理，包括每步的转动和磁场的变化。
步进电机特点及应用
介绍步进电机的特点，如精确控制和低速驱动，以及各种应用领域。
第五章：电机控制
电机控制基础
闭环控制及开环控制
说明电机控制的基本原理和概念， 包括驱动电路和控制信号。
对比闭环控制和开环控制的优劣 和适用场景，以及各自的控制策 略。
电机控制中的PID算法
介绍PID算法在电机控制中的应 用，以及如何调节PID参数。
第六章：电机保护
1
电机运行中的故障
列举电机运行中常见的故障，如过载、过热和短路等。
2
电机保护方法
介绍保护电机的多种方法，如热继电器、保险丝和断路器。
3
电机保护电路设计
指导如何设计电机保护电路，包括过流保护和过温保护。
详细介绍直流电机的结构和特点， 以及不同类型的直流电机。
揭示直流电机背后的基本原理， 包括电磁力、电刷和转子等。
直流电机的调速方法
介绍多种直流电机调速方法，如 电压变化、电阻调速和PWM调 速。
第三章：交流电机
1
三相异步电机基本原理
2
解析三相异步电机的基本工作原理，包
括转子的旋转和磁场的产生。
3
三相异步电机调速方法
第七章：电机维护
1 电机维护周期
建议定期进行电机维护，以保证其正常运行。
2 电机保养方法
介绍保养电机的方法，如清洁、润滑和紧固螺栓。
3 电机维修流程
概述电机维修的流程，包括故障诊断、部件更换和测试。
4
探讨三相异步电机的调速方法，包括转 子电阻调速和变频调速。
交流电机结构及分类
电机学5.2_同步电机的运行原理
同步电机的构造特点
定子 同步电机的定子大体上和异步电机相同， 是由铁芯、绕组、机座以及固定这些部分的其 他构件组成。 转子 （以同步发电机为例）
1、汽轮发电机转子结构 现代汽轮发电机一般都是二极 的，同步转速为3000或3600r/min。这是因为提高转速 可以提高汽轮机的运行效率，减小整个机组的尺寸、降 低机组的造价。转子不能做得过大，所以汽轮发电机的 直径较小，长度较长。汽轮发电机均为卧式结构。 2、水轮发电机转子结构 大型水轮发电机通常都是立式 结构，它的转速低、极数多，要求转动惯量大，故其特 点是直径大、长度短。
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（1）饱和时的电磁关系
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（1）饱和时的电磁关系
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1.考虑饱和时的情况
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（2）饱和时的电压方程式、相量图
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（2）饱和时的电压方程式、相量图
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1.考虑饱和时的情况
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（3）饱和时的时空相矢量图
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（3）饱和时的时空相矢量图
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（3）考虑饱和时的时空相矢量图
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隐极同步发电机的时空相矢量图和相量图
PN SN cosN 3U N I N cosN PN PNN 3UN I N cosNN 1
( P N --额定输入功率） 1
额定转速 nN 和额定频率 f N 是指同步电机运行时的转速 （r/min）和定子绕组中电流与电压的工作频率（Hz）。 额定励磁电压 U fN 和额定励磁电流 I fN 是指同步电机额 定运行时加到励磁绕组上的直流电压和电流。
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同步电机的额定值
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同步电机的额定值
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小 结
电机学：第一章 磁路2
主要内容：磁路基本定律，铁磁材料及交、直流磁路。
1-1磁路的基本定理
一、磁路的概念 同电流流过的路径称为电路一样，磁通经过的路径为磁路。 利用导磁性能良好的铁磁物质构成磁路。例如在电机、变压
器等设备中，应用铁磁物质制成一定的形状的磁路，使磁场主要 在这部分空间内分布。如图分别为变压器和直流电机的磁路。
用直流励磁 用交流励磁
磁路中磁通恒定 磁路中磁通交变
直流磁路 直流电机 交流磁路 变压器、感应电机
二、磁路的基本定律
磁路的基本定律有 安培环路定律，磁路的欧姆定律，磁路的基尔霍 夫第一定律，磁路的基尔霍夫第二定律。 1、安培环路定理（或称全电流定理）
在磁路中沿任一闭合路径L，磁场H的线积分等于该闭合回路所包围 的总电流，即：
基尔霍夫第二定律
Ni Hl Rm
电动势 E=IR 电流 I 电阻 R=L/σA =ρL/A 电导 G=1/R
电导率
欧姆定律 I= E R
基尔霍夫第一定律 i 0
基尔霍夫第二定律
e iR
电路与磁路的不同点：
1、电路中有电流就有功率损耗。磁路中恒定磁通下没有功率损耗。 2、电流全部在导体中流动，而在磁路中没有绝对的磁绝缘体，除
范围内。所以电机和变压器的铁心用导磁率较高的铁磁材料组成。
一、铁磁物质的磁化
1 、铁磁物质
铁磁物质的磁导率都很大，一般是
的几千倍。
0
铁磁物质
金属
铁、钴、镍： B高，居里温度高。缺点是电阻率 低，涡流耗严重。
非金属 铁氧体： 电阻率高，涡流损耗小，抗锈防腐。
2、铁磁物质的磁化
缺点是B低，温度稳定性差。
I
Rm R F E
注：由于铁磁材料的磁导率不是常数，所以Rm一般不是常数。 3、磁路的基尔霍夫第一定律
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第 一 章 磁 路
二、磁路的计算 1、直流磁路的计算 磁路计算时，通常是先给定磁通量，然后计算所需 要的励磁磁动势。对于少数给定励磁磁动势求磁通量的 逆问题，由于磁路的非线性，需要进行试探和多次迭代， 才能得到解答。 简单串联磁路 不计漏磁影响，仅有一个磁回路的无分支磁路。
绪论 磁路基本 定律 铁磁材料 及特性 磁路计算
H l 77104 5 104 A 385A
励磁磁动势
F H FelFe H l 432.6 A
气隙磁位降在整个磁路中所占比例较大
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第 一 章 磁 路Байду номын сангаас
简单并联磁路 考虑漏磁影响，或磁回路有两个以上分支的磁路。 电机和变压器的磁路大多属于此类。
绪论 磁路基本 定律 铁磁材料 及特性 磁路计算
磁动势和磁场强度则用有效值表示。
交变磁通的效应： 1、交变磁通会引起铁心损耗。 2、磁通量随时间交变，必然会在激磁线圈内产生感应电动势。 3、磁饱和现象会导致激磁电流、磁通和电动势波形的畸变。
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第 一 章 磁 路
小结：本节介绍了铁磁材料的特性，重点通 过例题讲解了磁路的计算方法，同时 讲解了交流和直流磁路的特点。
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3、铁磁材料 分类： 软磁材料： 磁滞回线窄、剩磁Br和矫顽力Hc都小。常用的有铸 铁、铸钢和硅钢片等。磁导率较高，适用于制造电机和 变压器铁心。 硬磁（永磁）材料： 磁滞回线宽、剩磁Br和矫顽力Hc都大。常用的有铝 钴镍、铁氧体、稀土钴、钕铁硼等。适用于永磁电机、 扬声器等。
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2、磁化曲线和磁滞回线
B c b d 绪论 磁路基本 定律 铁磁材料 及特性 磁路计算
a O
非铁磁材料
H 起始磁化曲线的四各阶段： oa段：外磁场较弱，B值增加较慢。 ab段：磁畴转向，方向趋于外磁场，B值增加较快。 bc段：外磁场继续增加，可转向的磁畴越来越少， B值增加越来越缓慢。 称为磁饱和。 cd段：磁化曲线基本上成为与非铁磁材料相平行的直线。 磁化曲线的拐点:d点称为漆点，设计时为了获得较大的磁通量而又不过分增 大励磁磁动势，常把工作点设计在漆点附近。
查磁化曲线得DR530 得 H1 H 2 215A / m 左右两边铁心段的磁位降为
H1l1 H 2l2 21515102 A 32.25A
总磁动势和励磁电流为
Ni 2H H l H l
11
3 3
(4818 87.75 32.25) A 4938A
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第3～4课时
课题：磁路 教学内容：§1.2 磁路的计算 目的要求：1、了解磁化曲线和铁磁材料的特性 2、掌握磁路的计算 3、掌握直流电机空载磁路 4、永磁和交流磁路的特点 重点：磁路的计算 难点：直流电机的空载磁路 教法：讲课 教具：多媒体 教学过程：1、磁化曲线和铁磁材料的特性 2、磁路的计算 3、掌握直流电机空载磁路 4、永磁和交流磁路的特点 5、总结布置作业
并联磁路
模拟电路图
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第 一 章 磁 路 例题：图见上页，铁心材料DR530硅钢片，三个铁心柱和上下铁 扼的截面积均为A=2×2 × 10-4 m2 ，磁路段平均长度l=5 × 10-2 m ，气隙长度 1 2 2.5 103 m，励磁线圈匝数 N1=N2=1000匝。不计漏磁通，试求在气隙内产生 B 1.221 T 的磁通密度时，所需的励磁电流。 解：根据基尔霍夫第一定律
H
BFe 1 A / m 159A / m 3 7 Fe 5 10 4 10
B
绪论 磁路基本 定律 铁磁材料 及特性 磁路计算
气隙磁场强度 铁心磁位降 气隙磁位降
0
9 3.052 A / m 77 104 A / m 4 10 7 1
H FelFe 159 (0.3 0.0005 A 47.6 A )
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每个主磁极的总磁通
m 0 f
通常 f 约占 0 的（15～25）%
绪论 磁路基本 定律 铁磁材料 及特性 磁路计算
磁回路的组成： 1、套装励磁绕组的主磁极铁心（m）。 2、固定主磁极的定子磁轭（j）。 3、定、转子之间的气隙（δ ）。 4、电枢铁心周沿开槽而形成的电枢齿。 5、电枢铁心。
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§1.2 磁路的计算 绪论 一、常用的铁磁材料及其特性 磁路基本 1、铁磁材料的磁化 定律 磁化： 铁磁材料 及特性 将铁磁材料（铁、镍、钴）放入磁场中，其磁性会显著 磁路计算 增强。 原因： 铁磁材料内部存在许多很小的磁畴。未磁化时磁畴杂乱无章地排列， 其磁效应互相抵消，对外部不呈现磁性。当铁磁材料放入磁场中，在外 磁场的作用下，磁畴轴线将趋于一致，由此形成一个附加磁场叠加在外 磁场上，使合成磁场大为增强。
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磁滞回线 反映铁磁材料进行周期性磁化时，B和H之间的变化关系。 绪论
B b a 磁路基本 定律 铁磁材料 及特性 磁路计算
Br
c Hc O d e
f
H
Br:称为剩余磁通密度，简称剩磁。 HC：矫顽力。 BT和HC是铁磁材料的两个重要参数。这种B滞后于H变化的现象称 为磁滞。其B-H闭合回线称为磁滞回线。 若改变H进行反复磁化，可以得到一系列不同的磁滞回线，将顶点 连接起来就得到基本磁化曲线。见P17图1-9.
五、交流磁路的特点
交流磁路中，激磁电流是交流，磁路中的磁动势及 其所激励的磁通均随时间变化，但每一瞬间仍和直流磁 路一样，遵循磁路的基本定律。可以使用与直流磁路相 同的基本磁化曲线。计算时，为表明磁路的工作点与饱
绪论 磁路基本 定律 铁磁材料 及特性 磁路计算
和情况，磁通量和磁通密度均用交流的幅值表示，
B
气隙磁位降
2H 2
0
2
1.211 2.5 103 A 4818A 4 107
中间铁心段的磁位降 中间铁心段的磁通密度 ：
1.211 (2 0.25) 2 104 B3 T 1.533 T A 4 104
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i
4938 A 2.469 A 2000
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三、直流电机的空载磁路和磁化曲线 空载磁路及其计算：
主磁通： 由励磁电流所励磁 的磁通，绝大部分经 由主极铁心、气隙而 到达电枢铁心。
绪论 磁路基本 定律 铁磁材料 及特性 磁路计算
主极漏磁通： 仅与励磁绕组自身交链 而不通过气隙的磁通。
绪论 磁路基本 定律 铁磁材料 及特性 磁路计算
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绪论 磁路基本 定律 铁磁材料 及特性 磁路计算
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4、铁心损耗 绪论 磁滞损耗 铁磁材料置于交变磁场中时，材料被反复交变磁化， 磁路基本 定律 由于磁畴相互间不停地摩擦、消耗能量造成损耗。 铁磁材料 及特性 磁滞损耗ph与磁场交变的频率f、铁心的体积V和磁 磁路计算 滞回线的面积成正比。 涡流损耗 当通过铁心的磁通随时间变化时，铁心中将产生感应电动势，并引 起环流，环流在铁心内部围绕磁通作漩涡状流动，由此引起损耗。 频率越高，磁通密度越大，感应电动势就越大，涡流损耗亦越大； 铁心的电阻率越大，涡流所流过的路径越长，涡流损耗就越小。 铁心损耗 铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和。 与频率的1.3次方、磁通密度的平方和铁心重量成正比。
查磁化曲线得DR530，B3 对应的H3 =19.5 × 103A/m， 中间铁心段磁位降为 绪论 磁路基本 定律 铁磁材料 及特性 磁路计算
H3l3 19.5 102 4.5 102 A 87.75A
左右两边铁心段的磁位降 左右两边铁心中的磁通密度B1、B2为
/ 2 0.613103 / 2 B1 B2 T 0.776T 4 A 4 10
串联磁路
模拟电路图
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第 一 章 磁 路 例题：如前例题，开一个长度 5 104 m 的气隙，问铁心激励 1T的磁通密度时，所需的励磁磁动势为多少？已知铁心截面 积 AFe 3 3104 m2 ，Fe 50000 。
解：根据基尔霍夫第二定律 得
铁心内磁场强度
H Fe
作业：P27 6、8题
绪论 磁路基本 定律 铁磁材料 及特性 磁路计算
当磁路闭合时，磁路内的磁通密度 为Br ，工作点为R点；当磁路中具有气隙 时，由于磁阻增大，磁路内的磁通密度将 要减小，磁路的工作点将沿永磁体的去磁 曲线下移到A点。其工作点由永磁体的去 磁曲线和工作线两者来决定，这就是永磁 磁路的特点。
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1 2 21 22
由于铁心结构对称 则两边磁路长度分别为l1、l2，中间铁 心段磁路长度为l3 根据基尔霍夫第二定律 有 l3=4.5 × 10-2 m l1=l2= 15 × 10-2 m
绪论 磁路基本 定律 铁磁材料 及特性 磁路计算
H l
k k
H1l1 H3l3 2H N1i1 N2i2 2N1i1
磁路长度
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空载磁路的计算 磁回路选定后，根据各段内的磁通量和截面积， 分别算出各段的磁通密度Bk，再依各段所用材料的基本 磁化曲线，查得相应的磁场强度Hk，即可算出产生主磁 通Ф0时整个闭合磁路所需的一对的总励磁磁动势F0。
绪论 磁路基本 定律 铁磁材料 及特性 磁路计算
F0 H k lk
k 1
气隙和电枢齿两部分磁位降之和约占整个励磁磁动势F0的85%以上。
n
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