《电机学》课程复习要点

《电机学》课程复习要点

课程名称：《电机学》

适用专业：电气工程及其自动

辅导教材：《电机学》（第5版）汤蕴璆主编

第一章绪论

内容：了解本课程的主要内容和电机在国民经济各行各业中的作用，明确《电机学》课程在自动化专业中的地位，从而明确学习目的；了解本课程的性质、任务、特点和电机理论的一般分析方法，了解电机的分类、主要作用。

要求：熟练掌握电机理论中常用的基本电磁定律；铁磁材料的特性。

第二章变压器

内容：单相变压器运行原理、三相变压器连接法和联结组别、标幺值概念及用标幺值进行各种运算

要求：了解三相变压器磁路系统、三相变压器绕组接法和磁路系统对电动势波形的影响；理解单相变压器空载运行物理现象及电势、电流分析；变压器工作特性；掌握变压器基本工作原理结构,原理图各量参考方向的规定；额定值；单相变压器负载；熟练掌握单相变压器空载及负载运行时基本方程式、等效电路、相量图、功率关系及相关运算、标幺值概念及用标幺值进行上述各种运算。

第三章直流电机

内容：直流电机磁场及电枢反应、电机的可逆原理、直流电机的基本工作原理和结构、直流电机单叠绕组。

要求：理解直流电机空载和负载时的磁场及电枢反应、电机的可逆原理；掌握直流电机的基本工作原理和结构、直流电机单叠绕组；熟练掌握直流电机电枢电动势、电磁转矩和电磁功率、直流电动机的运行原理、电动机惯例、基本方程式、机械特性、工作特性及相关运算。

第四章交流电机共同问题

内容：交流电机的电枢绕组、交流绕组的绕制方法、交流绕组感应电动势、交流绕组建立的磁动势。要求：了解交流电机的电枢绕组、理解交流绕组的绕制方法、掌握交流绕组感应电动势及交流绕组建立的磁动势。

第五章感应电机

内容：感应电机的结构、基本工作原理、额定值、三相感应电机磁动势、磁场、工作特性及运行原理。要求：了解感应电机的结构、基本工作原理、额定值；理解三相感应电机磁动势、磁场和工作特性；掌握三相感应电动机堵转时运行特性、转子转动时运行特性、频率折算和转子绕组折算、三相感应电动机参数测定；熟练掌握感应电动机基本方程式组、等值电路、功率与转矩平衡关系及相关运算。

第六章同步电机

内容：同步电机的特点、主要类型和构造和基本工作原理、同步发电机磁场、电枢反应、同步发电机的运行特性、与电网并联运行条件。

要求：了解同步电机的特点、主要类型和构造和基本工作原理；理解同步发电机空载和负载时的磁场；掌握同步发电机的电枢反应、电动势平衡方程式、同步电抗和相量图、同步发电机的功率方程和转矩方程、同步发电机的并联运行。

教学方式与考核方式

教学方式：面授辅导

考核方式：开卷考试

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《电机学》课程复习要点 课程名称：《电机学》

适用专业：电气工程及其自动化 辅导教材：《电机学》（第5版）汤蕴璆编著

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=-

dt

d 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=

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③运动电动势

e=Blv ④自感电动势 dt

di L e L -= ⑤互感电动势 eM1=-dt

di 2 eM2 =-dt di

1

▲电磁力定律 f=Bli

▲磁路基本定律 磁路欧姆定律 Φ=

A l Ni μ=m

R F

=ΛmF 式中，F=Ni ——磁动势，单位为A ； Rm=

A

l

μ——磁阻，单位为H-1； Λm=

l

A

R m μ=

1——磁导，单位为H 。 磁路的基尔霍夫第一定律

0=⎰s

Bds

上式表明，穿入（或穿出）任一封闭面的磁通等于零。 磁路的基尔霍夫第二定律

∑∑∑==m

R

Hl 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

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

N

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F0的关系曲线Φ0=f （F0）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。电机的运行特性与磁化曲线密切相关。设计电机时，一般使额定工作点位于磁化曲线开始弯曲的部分，这样既可保证一定的可调节度，又不至于浪费材料。直流电机电枢绕组各元件间通过换向器连接，构成一个闭合回路，回路内各元件的电动势互相抵消，从而不产生环流。元件内的电动势和电流均为交变量，通过换向器和电刷间的相对运动实现交直流转换。电刷的放置原则是：空载时正、负电刷之间获得最大的电动势，这时被电刷短路的元件的电动势为零。因此，电刷应放在换向器的几何中性线上。对端接对称的元件，换向器的几何中性线应与主极轴线重合。不同型式的电枢绕组均有①S=K=Z ；②y 1=Zi/2p ε=整数；③y=y1+y2。其中，S 为元件数，K 为换向片数，Zi 为虚槽数，p 为极对数，y 1为第一节距，y 2为第二节距，y 为合成节距，ε为小于1的分数，用来把y 1凑成整数。对单叠绕组，y=±1，y 2小于0，并联支路对数a=p ，即每极下元件串联构成一条支路。对单波绕组，y 2大于零，a=1，即所有同极性下元件串联构成一条支路。当电枢绕组中通过电流时，产生电枢磁动势，此时气隙磁场由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。电枢磁动势对主极磁场的影响称为电枢反应。直流电机电枢磁动势是空间分布固定的三角波，其幅值位于电枢表面导体电流改变方向处。当电刷安装在换向器的几何中性线上时，只存在交轴电枢磁动势Faq 。Faq 对气隙磁场的影响称为交轴电枢反应，它使①气隙磁场发生畸变；②物理中性线偏离几何中性线一个角度，③不饱和时，每极磁通量不变，饱和时，有去磁作用。当电刷偏离几何中性线时，除了Faq 外，还存在直轴电枢磁动势Fad 。Fad 对气隙磁场的影响称为直轴电枢反应，当Fad 与励磁磁动势同方向时，起助磁作用；当Fad 与励磁磁动势反方向时，起去磁作用。 当电刷在几何中性线上时，交轴电枢反应磁动势的大小为 Faq=

2

1

Aτ（A/极） 式中，A=

a

a

D Ni π——线负荷（A/m ）； p

D a

2πτ=

——极距（m ）；

N ——电枢圆周总导体数；

Da ——电枢外径（m ） Ia ——支路电流（A ）

当电刷从几何中性线上移开机械角度时，β交直轴电枢磁动势分别为 Faq=A （

2

τ

-bβ）（A/极） Fad=A bβ（A/极） 式中，bβ=

a D πβ

360

——电刷在电枢表面移过的弧长（m ）。

电枢绕组感应电动势E 是指正、负电刷间的电动势，即一条支路的电动势。电磁转距Tem 是指电枢

电流和气隙合成磁场相互作用产生的。感应电动势和电磁转距公式是直流电动机的两个重要的计算公