东北电力大学电气工程学院电机学剖析
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东北电力大学电机学ppt讲义第01章
电机学的研究内容与学习方法
研究Байду номын сангаас容
电机学的研究内容包括电机的原理、设计和控制等方面。具体包括电机的磁场理论、电机的运行特性、电机的控 制技术等。
学习方法
学习电机学需要掌握数学、物理和电气工程学科的基本知识，同时需要注重实验和实践能力的培养。建议学生多 阅读教材和学术论文，参加学术交流活动，加强实践操作和实验研究，以提高学习效果和掌握电机学知识的能力。
电机学的发展历程
早期发展
电机学的发展可以追溯到19世纪初期，当时人们开始研究电磁感应现象和发电机的原理。
20世纪发展
进入20世纪，随着电力工业的迅速发展和电气化进程的加速，电机学得到了广泛的应用和研究。同时，随着计算机 技术和控制理论的不断发展，电机控制技术也取得了重要的进展。
现代发展
进入21世纪，随着可再生能源和智能电网技术的快速发展，电机学的研究和应用领域不断扩大。同时， 随着人工智能和机器学习技术的不断发展，电机学的研究方法和技术也在不断创新。
变压器结构与特性
变压器结构
变压器主要由定子（包括铁心和线圈 ）和转子（包括变压器油和散热器等 ）组成。
变压器特性
变压器通过电磁感应原理实现电压、 电流和阻抗的变换，其特性表现在电 压、电流和匝数之间的关系上，可以 通过改变匝数比来控制电压的变换。
04
电机学实验
电机实验的目的与要求
掌握电机的基本原理
通过实验，使学生能够深入理解电机的基本原理和工作特性，为后 续的学习和研究打下坚实的基础。
提高实验技能
实验是培养学生动手能力和实践技能的重要途径，通过电机实验， 学生可以锻炼自己的实验技能，提高分析和解决问题的能力。
培养创新思维
东北电力大学电气工程学院电机学
例 题
东北电力大学 电气工程学院
2．简单并联磁路
定义:指考虑漏磁影响，或磁回路有两个以上分 支的磁路。 点击书本进入例题1-３
例 题
东北电力大学 电气工程学院
二、直流电机的空载磁路和磁化曲线
1.空载磁路及其计算 定义:直流电机的空载磁场是指励磁绕组内通有 直流励磁电流时由励磁磁动势单独激励的磁场。 2.直流电机的磁化曲线
东北电力大学 电气工程学院
2．涡流损耗
涡流:当通过铁心的磁通随时间变化时,根据电 磁感应定律,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旋涡状流动 称为涡流。示意图1-12。
定义:涡流在铁心中引起的损耗。 公式: 2 2
pe Ce f B V
2 m
东北电力大学 电气工程学院
三、铁磁材料
1．软磁材料 定义: 磁滞回线窄、剩磁和矫顽力都很小的材料。 附图1-11a
常用软磁材料:铸铁、铸钢和硅钢片等。
软磁材料的磁导率较高,故用以制造电机和变压器 的铁心。
东北电力大学 电气工程学院
2．硬磁(永磁)材料 定义:磁滞回线宽、剩磁和矫顽力都很大的铁磁材 料称为硬磁材料，又称为永磁材料。 附图1-11b
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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。 东北电力大学
Ni H k ik 1 Rm1 2 Rm 2 3 Rm3
k 1
3
东北电力大学电气工程学院 电机学 第二章详解
2.1变压器的结 构和额定值 2.2 变压器 空载运行
2.3 变压器的 负载运行
2.4 变压器 的基本方程 和等效电路 2.5 等效电路 参数的测定 2.6 三相变压 器 2.7 标幺值
第二章
变压器
2.8 变压器运行性能
东北电力大学 电气工程学院
※ 重点与难点
重点: 1.变压器的基本方程和等效电路; 2.等效电路参数的测定; 3.标幺值; 4.变压器的运行性能。
X 1
漏抗是表征绕组漏磁效应的一个参数,且都为常值。
jL I jX I E 1 1 1 1 1 jL I jX I E 2 2 2 2 2
东北电力大学 电气工程学院
返回
2-4 变压器的基本方程和等效电路
一、变压器的基本方程 磁动势 磁通 感应电动势
按照铁心的结构，变压器可分为心式和壳式两 种。
东北电力大学 电气工程学院
心式变压器: 结构 心柱被绕组所包围，如图2—1所示。 特点 心式结构的绕组和绝缘装配比较容易， 所以电力变压器常常采用这种结构。
壳式变压器:
结构 铁心包围绕组的顶面、底面和侧面， 如图2—2所示。 特点 壳式变压器的机械强度较好，常用于低 电压、大电流的变压器或小容量电讯变压器。
东北电力大学 电气工程学院
二、变压器的等效电路 1.绕组归算 （A）方法 通常是把二次绕组归算到一次绕组，也就是假 想把二次绕组的匝数变换成一次绕组的匝数，而不 改变一次和二次绕组原有的电磁关系。 （B）原则 只要归算前后二次绕组的磁动势保持不变，则 对一次绕组来说,变换是等效的；即一次绕组将从电 网吸收同样大小的功率和电流，并有同样大小的功 率传递给二次绕组。 东北电力大学
同心式 结构
2.3 变压器的 负载运行
2.4 变压器 的基本方程 和等效电路 2.5 等效电路 参数的测定 2.6 三相变压 器 2.7 标幺值
第二章
变压器
2.8 变压器运行性能
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※ 重点与难点
重点: 1.变压器的基本方程和等效电路; 2.等效电路参数的测定; 3.标幺值; 4.变压器的运行性能。
X 1
漏抗是表征绕组漏磁效应的一个参数,且都为常值。
jL I jX I E 1 1 1 1 1 jL I jX I E 2 2 2 2 2
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2-4 变压器的基本方程和等效电路
一、变压器的基本方程 磁动势 磁通 感应电动势
按照铁心的结构，变压器可分为心式和壳式两 种。
东北电力大学 电气工程学院
心式变压器: 结构 心柱被绕组所包围，如图2—1所示。 特点 心式结构的绕组和绝缘装配比较容易， 所以电力变压器常常采用这种结构。
壳式变压器:
结构 铁心包围绕组的顶面、底面和侧面， 如图2—2所示。 特点 壳式变压器的机械强度较好，常用于低 电压、大电流的变压器或小容量电讯变压器。
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二、变压器的等效电路 1.绕组归算 （A）方法 通常是把二次绕组归算到一次绕组，也就是假 想把二次绕组的匝数变换成一次绕组的匝数，而不 改变一次和二次绕组原有的电磁关系。 （B）原则 只要归算前后二次绕组的磁动势保持不变，则 对一次绕组来说,变换是等效的；即一次绕组将从电 网吸收同样大小的功率和电流，并有同样大小的功 率传递给二次绕组。 东北电力大学
同心式 结构
东北电力大学电机学ppt讲义第27章
东北电力大学
为理想情况。通常情况下 Σe ≠ 0 。若 Σe 较大，将导致换向不良，在电刷下产生火花。 • 二、换向元件中电流的变化规律 直线换向 • 当换向元件中的合成电动势 Σe = 0 时，换向元件中的电 流变化规律大体为一直线，这种换向称为直线换向 直线换向，如图 直线换向 27-3(a)所示。 • 直线换向的特点是，电刷接触面上的电流密度分布均匀、 换向良好。 •
向元件瞬时断开后刷边容易出现火花导致换向不良超越换向若换向极磁场较强则换向元件中与电抗电动势反向的旋转电动势可能大于电抗电动势此时因而换向元件中电流改变方向的时刻将比直线换向时提前如图273c所示这种换向称为超越换向轻微的超越换向有一定好处但过度的超越换向也是不利的?作为正值如果和由合成电动势il则换向元件中的电产生的附加换向电e?re0e??i?cie0??东北电力大学?附加换向电流将反向cici东北电力大学?图273换向元件中电流的变化?四火花等级?虽然直流电机在运行时电刷下往往产生火花但只要火花被限制在一定程度就不会危及电机的运行
东北电力大学
•
换向极的极性可以由换向极磁场与电枢磁场相反的原 则来确定。对于图27-4所示主极极性，电机作发电机逆时 针旋转时，电枢磁场的方向为自左至右，故换向极磁场的 方向为自右至左。由此可见，在发电机中，换向极的极性 应与顺旋转方向的下一个主极的极性相同；在电动机中， 换向极的极性与发电机相反。由于电抗电动势与电枢电流 成正比，所以换向磁场也应与电枢电流成正比，使切割换 向磁场产生的电动势与电枢电流成正比，和在不同负载下 均能抵消，所以换向极绕组应与电枢绕组串联。
第27章 直流电机的换向 章
27-1 换向过程的物理现象 直流电机的电枢旋转时，由于换向器的作用，电枢元件 从一条支路进入另一条支路，元件内电流的方向发生了改 变，元件电流改变方向的过程，称为换向 换向。换向前后的电 换向 流大小相等、方向相反。在直流电机中，任何瞬间都有元 件在换向。 换向是直流电机的共同问题，也是制约直流电机进一步 发展的最主要问题。直流电机换向不好，将在电刷和换向 器之间引起火花，火花超过一定程度，将烧坏电刷和换向 器。火花严重时，还可能与电位差火花汇合在一起，形成 环火，烧毁电机。此外，火花还会产生电磁波，产生无线 电干扰。
为理想情况。通常情况下 Σe ≠ 0 。若 Σe 较大，将导致换向不良，在电刷下产生火花。 • 二、换向元件中电流的变化规律 直线换向 • 当换向元件中的合成电动势 Σe = 0 时，换向元件中的电 流变化规律大体为一直线，这种换向称为直线换向 直线换向，如图 直线换向 27-3(a)所示。 • 直线换向的特点是，电刷接触面上的电流密度分布均匀、 换向良好。 •
向元件瞬时断开后刷边容易出现火花导致换向不良超越换向若换向极磁场较强则换向元件中与电抗电动势反向的旋转电动势可能大于电抗电动势此时因而换向元件中电流改变方向的时刻将比直线换向时提前如图273c所示这种换向称为超越换向轻微的超越换向有一定好处但过度的超越换向也是不利的?作为正值如果和由合成电动势il则换向元件中的电产生的附加换向电e?re0e??i?cie0??东北电力大学?附加换向电流将反向cici东北电力大学?图273换向元件中电流的变化?四火花等级?虽然直流电机在运行时电刷下往往产生火花但只要火花被限制在一定程度就不会危及电机的运行
东北电力大学
•
换向极的极性可以由换向极磁场与电枢磁场相反的原 则来确定。对于图27-4所示主极极性，电机作发电机逆时 针旋转时，电枢磁场的方向为自左至右，故换向极磁场的 方向为自右至左。由此可见，在发电机中，换向极的极性 应与顺旋转方向的下一个主极的极性相同；在电动机中， 换向极的极性与发电机相反。由于电抗电动势与电枢电流 成正比，所以换向磁场也应与电枢电流成正比，使切割换 向磁场产生的电动势与电枢电流成正比，和在不同负载下 均能抵消，所以换向极绕组应与电枢绕组串联。
第27章 直流电机的换向 章
27-1 换向过程的物理现象 直流电机的电枢旋转时，由于换向器的作用，电枢元件 从一条支路进入另一条支路，元件内电流的方向发生了改 变，元件电流改变方向的过程，称为换向 换向。换向前后的电 换向 流大小相等、方向相反。在直流电机中，任何瞬间都有元 件在换向。 换向是直流电机的共同问题，也是制约直流电机进一步 发展的最主要问题。直流电机换向不好，将在电刷和换向 器之间引起火花，火花超过一定程度，将烧坏电刷和换向 器。火花严重时，还可能与电位差火花汇合在一起，形成 环火，烧毁电机。此外，火花还会产生电磁波，产生无线 电干扰。
东北电力大学电机学ppt讲义第05章
电机的制造工艺
1
电机的制造工艺主要包括机械加工、绕组制造和 装配等工序。
2
机械加工包括转轴和机座的加工，绕组制造包括 绕线、绝缘处理和烘干等工序，装配则是将所有 零部件组装在一起的过程。
3
制造工艺对于电机的性能和使用寿命具有重要影 响，因此需要严格控制制造过程中的各个环节。
04
电机的工作特性
电机的运行特性
东北电力大学电机学 ppt讲义第05章
目录
• 绪论 • 电机的基本理论 • 电机的基本结构 •绪论
电机学的重要性
电机是现代工业、农业、国防和科技等领域的重要动力和控 制系统，电机学是研究电机设计、运行、控制和保护的学科 ，对于国家和社会的发展具有重要意义。
随着科技的不断进步，电机学在能源、环保、交通、航天等 领域的应用越来越广泛，电机学的发展对于推动相关领域的 科技进步和产业升级具有重要作用。
实验能够帮助学生更好地理解电机的工作原理、 性能特点以及运行特性，为今后从事电机相关 领域的工作打下坚实的基础。
通过实验，学生可以培养观察、分析和解决问 题的能力，提高实验技能和科学素养，增强创 新意识。
电机实验的种类和内容
基础性实验
包括电机特性实验、电机参数测量实验等，旨在让学生掌握电机的 基本性能和参数。
电机的分类与特点
直流电机
具有稳定的输出转矩、良好的调速性能和较大的启动电流。
交流电机
分为异步电机和同步电机，具有结构简单、运行可靠、维护方便 等优点。
变压器
用于升高或降低电压，是电力系统中重要的电气设备。
电机的应用领域
工业领域
电机广泛应用于各种生产机械 和设备中，如电动机、发电机
、减速机等。
东北电力大学电机学讲义第03章
三相组式变压器中，各相磁路相互独立，三次 谐波磁通和基波磁通一样，沿主磁路闭合，磁路对 三次谐波的磁阻小，三次谐波磁通较大，所以主磁 通为平顶波。
东北电力大1学4
图3－7 正弦波电流产生的主磁通波形
东北电力大1学5
三次谐波磁通与基波磁通一样，将在变压器一、 二次绕组感应三次谐波电势，有时可达到基波电势 的45-60％。
图3－11 两台变压器并联运行图
东北电力大2学4
一、变压器并联运行优点
（1）提高供电的可靠性。并联运行的变压器，如 果其中一台发生故障或检修，另外的变压器仍照常 运行，供给一定的负载。 （2）提高运行效率。并联运行变压器可根据负载 的大小调整投入并联的台数，从而减小能量损耗， 提高运行效率。 （3）减少备用容量，并可随用电量的增加，分批 安装变压器，减少初次投资。
东北电力大3学1
二、三相变压器的相序阻抗和相序等效电路
1.正序阻抗 Z和 正序等效电路
正序阻抗，是变压器在正序电压作用下流过对称的正序电流时反映出的阻抗。
2.负序阻抗 Z和 负序等效电路
负序阻抗，是变压器在负序电压作用下流过对称的负序电流时反映出的阻抗。
图3－16 正负序等效电路 (a) 正序 (b) 负序
:1
Z
* kB
1:1 ukA ukB
东北电力大2学9
3.5 三相变压器的不对称运行
一、对称分量法
图3－15 对称分量及其合成相量图 (a) 正序电流分量；(b) 负序电流分量；(c) 零序电流分量；(d) 合成电流
东北电力大3学0
IIBA
IA IB
IA IB
IA0 IB0
IC IC IC IC0
➢Yd联结的变压器（组式和心式），其一次绕组中 无三次谐波励磁电流流通，所以主磁通中将有三次 谐波磁通，谐波磁通在一、二次绕组的相电势中感 应三次谐波电势。
东北电力大1学4
图3－7 正弦波电流产生的主磁通波形
东北电力大1学5
三次谐波磁通与基波磁通一样，将在变压器一、 二次绕组感应三次谐波电势，有时可达到基波电势 的45-60％。
图3－11 两台变压器并联运行图
东北电力大2学4
一、变压器并联运行优点
（1）提高供电的可靠性。并联运行的变压器，如 果其中一台发生故障或检修，另外的变压器仍照常 运行，供给一定的负载。 （2）提高运行效率。并联运行变压器可根据负载 的大小调整投入并联的台数，从而减小能量损耗， 提高运行效率。 （3）减少备用容量，并可随用电量的增加，分批 安装变压器，减少初次投资。
东北电力大3学1
二、三相变压器的相序阻抗和相序等效电路
1.正序阻抗 Z和 正序等效电路
正序阻抗，是变压器在正序电压作用下流过对称的正序电流时反映出的阻抗。
2.负序阻抗 Z和 负序等效电路
负序阻抗，是变压器在负序电压作用下流过对称的负序电流时反映出的阻抗。
图3－16 正负序等效电路 (a) 正序 (b) 负序
:1
Z
* kB
1:1 ukA ukB
东北电力大2学9
3.5 三相变压器的不对称运行
一、对称分量法
图3－15 对称分量及其合成相量图 (a) 正序电流分量；(b) 负序电流分量；(c) 零序电流分量；(d) 合成电流
东北电力大3学0
IIBA
IA IB
IA IB
IA0 IB0
IC IC IC IC0
➢Yd联结的变压器（组式和心式），其一次绕组中 无三次谐波励磁电流流通，所以主磁通中将有三次 谐波磁通，谐波磁通在一、二次绕组的相电势中感 应三次谐波电势。
东北电力大学电机学ppt讲义第21章
直轴超瞬态主磁路磁导
直轴超瞬态磁路磁导
Λ′ = Λ σ + Λ′ = Λ σ + d ad
1 1 1 1 + + Λ ad Λ fσ Λ dDσ
东北电力大学
直轴超瞬态电抗
′′ ′′ X d = X σ + X ad = X σ +
1 1 1 1 + + X ad X fσ X dDσ
超瞬变电抗对应的等效电路
东北电力大学
21-5 突然短路对同步发电机的影响 • 突然短路电流的最大瞬时值可能达到额定电流的 二十倍左右，必然要对电机本身和电力系统带来 不利影响。 • 由于冲击电流持续的时间很短暂，一般只有几秒 钟，因此冲击电流引起的绕组发热并不严重，经 验证明，在突然短路时很少发生绕组受到过热而 烧坏的现象。 • 但突然短路产生巨大的电磁力和电磁转矩，对电 机的结构有破坏作用，同时定子绕组中的高次谐 波将对通讯线路产生影响，影响通信线路的通信 质量。
东北电力大学
21-2 三相突然短路的分析
一、三相突然短路过程中的基本电磁关系
1．定子各相绕组的磁链 ．
图21-2 同步发电机简图和定子绕组磁链图
东北电力大学
转子磁场产生的定子三相绕组磁链
ψ A0 = ψ m sinωt ψ B0 ψ C0
o = ψ m sin(ωt − 120 ) = ψ m sin(ωt + 120 o )
东北电力大学
瞬态分量， 对应； （1）I m − I m ，瞬态分量，与励磁绕组中非周期分量 ∆ifz对应； ） ′ 稳态分量， 对应； （2）I m ，稳态分量，与恒定励磁电流 I f0对应； ） 对应。 （3）非周期分量，与励磁绕组中的周期性分量 if ~ 对应。 ）非周期分量， 稳态分量不衰减；与 ∆ifz 对应的瞬态分量衰减时间常数 稳态分量不衰减； 为 Td′ ；与 if ~ 对应的非周期分量衰减时间常数 Ta 。
“电机学”精品课建设及教学改革与实践
“电机学”精品课建设及教学改革与实践作者：曾令全李书权来源：《中国电力教育》2013年第27期摘要：“电机学”课程作为电气工程专业的重要专业技术基础课，在教学计划中起到了承上起下的作用。
在“电机学”精品课建设过程中，总结东北电力大学电气工程学院多年“电机学”教学改革实践经验的基础上，打破传统的教学模式，创建一种新型的“电机学”课程五位一体的教学模式，从课程设计、教学内容、教学手段等多个方面提出了改革的措施和具体做法。
实践证明，改革后的教学效果良好。
关键词：电机学；教学体系；教学改革；教学模式；五位一体教学作者简介：曾令全（1955-），男，重庆人，东北电力大学电气工程学院，教授；李书权（1970-），男，吉林长春人，东北电力大学电气工程学院，副教授。
（吉林吉林 132012）中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）27-0099-02“电机学”课程是电气工程及其自动化专业的一门重要专业技术基础课，电机学以高等数学、大学物理、电路原理等课程为基础，研究电机的工作原理、主要结构、基础理论、运行特性及实验方法的一门课程，为后续的电力系统分析、电力系统继电保护、发电厂电气设备和自动控制等专业课奠定基础。
在专业教学计划中，“电机学”课程受到了充分的重视。
[1，2]“电机学”研究对象的实用性和普遍性以及其对后继课程的基础作用，也决定了它在课程设置中的关键性地位。
[3]由于该课程的自身特点与目前教学方式不够协调等诸多原因，在教学过程中往往不能获得较为满意的教学效果。
本课程在省精品课建设过程中，针对课程存在的问题，课程组教师从课程设计的理念与思路、教材建设、教学内容的针对性与适用性、教学方法与教学手段等诸方面做了大胆改革与尝试，并取得了较好的教学效果。
一、课程设计的理念与思路在学生掌握应知应会基础理论知识的基础上，以培养社会需求的应用型人才为目标，突出实践教学，并以职业能力培养为重点，在课程开发与设计上注重与电力企业合作，整个课程体系充分体现职业性、实践性和开放性的要求。
东北电力大学电机学ppt讲义第17章
点作铅垂线，并交 OF 于A
点，得特性三角形 ΔAEF。
图17-7 用特性曲线求特性三角形
X
EA I
kad Fa AF
东北电力大学
由零功率因数特性所确定的漏抗称为波梯电抗，并用X p 表示
对于隐极电机 X p (1.05 ~ 1.1) X σ 对于凸极电机 X p (1.1 ~ 1.3) X σ 原因是零功率因数 时，转子磁路的饱 和程度高，导致特 性三角形右移。
试用波梯图法确定该发电机的额定励磁电流和电压调整率。
东北电力大学
1） 先画出空载特性曲线
2）OK=178A
3）取
RT
I
*
X
* p
0.24 得
OT＝43A
4）kadFa ＝OK-OT=178A-43A =135A 5）作电动势-磁动势
图得E=1.16时的合 成磁动势F=267A
6）FfN=384A
在零功率因数条件下
Ff F kad Fa
E U IX
东北电力大学
由于电枢电流的大小和相位不变，三角形AEF也不变， 称为特性三角形。 BC 表示空载时产生额定电压所需的励磁磁动势，在零 功率因数负载时，为保持端电压为额定值，所需励磁磁 动势 BF 应大于BC 。增加的励磁磁动势有两部分：其 中一部分 CA 用以克服电枢漏抗压降 IX 的作用；另一 部分 AF 用以抵消电枢等效磁动势 kad Fa 的去磁作用。
东北电力大学
图17-2 短路实验电路和短路特性曲线
短路特性曲线是一条直线，因为短路时
E U Ira jIX σ jIX σ
合成电动势较小，此路不饱和。
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东北电力大学电机学ppt讲义第07章
第7章：交流绕组的感应电动势 章
7-1 正弦磁场下交流绕组的感应电动势 7-2 感应电动势中的高次谐波及其削弱方法
东北电力大学
7-1 正弦磁场下交流绕组的感应电势
一、导体的感应电势
图7-1 发电机结构及磁场分布图
东北电力大学
设主极磁场在气隙内按正弦规律分布， 则： b = B1 sin α 设 B1：磁场幅值 α：离开原点的电角度
pqN c N= a 2pqN c N= a
东北电力大学
六、线电动势
求出相电势后，根据“星”或“角”的接法，可求出线电 势 对星形连接：线电势= 3 E ph1 对角形连接：线电势=E ph1
东北电力大学
7- 2 感应电动势中的高次谐波及其削弱方法
本节讨论磁场非正弦分布时所引起的谐波电动势及其削弱方法
)2 + K
线电势：
El = 3 E 2 1 + E 2 5 + E 2 7 + K ph ph ph
（星接法）
对星接因在对称三相系统中，各相的三次谐波在时间上同相位， 大小相等。3次谐波互相抵消。
东北电力大学
I 3∆ =
3E ph 3 3Z 3
E ph 3 = I 3∆ Z 3
由于Eф3完全消耗于环流的 电压降 I 3∆,Z所以线端不会出 3 现三次谐波电势。但是三次 谐波环流所产生的杂散损耗， 会使电机效率下降，温升增 高，所以一般采用星形连接。
φ1 ：一极下磁通量
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二、整距线圈的感应电动势 y 1 = τ ， 则线圈的一根导体位于N极下最大磁密处时，
另一根导体恰好处于S极下的最大磁密处。所以两导体感应 电势瞬时值总是大小相等，方向相反，设线圈匝数NC=1，则 整距线圈的电势为
7-1 正弦磁场下交流绕组的感应电动势 7-2 感应电动势中的高次谐波及其削弱方法
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7-1 正弦磁场下交流绕组的感应电势
一、导体的感应电势
图7-1 发电机结构及磁场分布图
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设主极磁场在气隙内按正弦规律分布， 则： b = B1 sin α 设 B1：磁场幅值 α：离开原点的电角度
pqN c N= a 2pqN c N= a
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六、线电动势
求出相电势后，根据“星”或“角”的接法，可求出线电 势 对星形连接：线电势= 3 E ph1 对角形连接：线电势=E ph1
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7- 2 感应电动势中的高次谐波及其削弱方法
本节讨论磁场非正弦分布时所引起的谐波电动势及其削弱方法
)2 + K
线电势：
El = 3 E 2 1 + E 2 5 + E 2 7 + K ph ph ph
（星接法）
对星接因在对称三相系统中，各相的三次谐波在时间上同相位， 大小相等。3次谐波互相抵消。
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I 3∆ =
3E ph 3 3Z 3
E ph 3 = I 3∆ Z 3
由于Eф3完全消耗于环流的 电压降 I 3∆,Z所以线端不会出 3 现三次谐波电势。但是三次 谐波环流所产生的杂散损耗， 会使电机效率下降，温升增 高，所以一般采用星形连接。
φ1 ：一极下磁通量
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二、整距线圈的感应电动势 y 1 = τ ， 则线圈的一根导体位于N极下最大磁密处时，
另一根导体恰好处于S极下的最大磁密处。所以两导体感应 电势瞬时值总是大小相等，方向相反，设线圈匝数NC=1，则 整距线圈的电势为
东北电力大学电机学ppt讲义第24章
图 24-7 直流电机的主要励磁方式
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空载磁场的分布 直流电机的空载是指电枢电流等于零或者很小，可以不 计其影响的一种运行状态。直流电机空载时的气隙磁场 可以认为就是主磁场，即由励磁绕组产生的磁动势（称 为励磁磁动势）单独建立的磁场。 图24-8是一台四极直流电机空载时的磁场分布示意图 （一对极）。图中，同时交链励磁绕组和电枢绕组的磁
元件不参加组成支路。单叠绕组的并联支路对数 a 等于
电机的极对数 p ，即
a p
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由于组成各支路的元件在电枢上处于对称位置，各支路 电动势大小相等，故从闭合电路内部来看，各支路电动 势恰巧互相抵消，不会产生环流。此外，单叠绕组的支 路电动势由电刷引出，所以电刷组数必须等于支路数， 也就是等于磁极数。
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以 2 p 4，S K Qu 15 ，u 1直流电机的绕组为例，说明单
波绕组的连接规律和特点。
计算绕组各节距得：
y1
Qu 2p
15 4
3 4
3
y
yc
K 1 p
15 1 2
7
y2 y y1 7 3 4
采用与单叠绕组相同的步骤，画出绕组展开图和元件连接顺序图，如图
24-5所示。与图所示瞬间各元件连接情况对应的绕组电路图如图24-6所
243直流电机的电枢磁场东北电力大学29图2410直流电机的气隙磁场东北电力大学30线负荷是指电枢表面单位长度上的安培导体数用为电枢绕组的总导体数为导体内的电流为电枢直径则线负荷为将电枢外表面从几何中性线处展开如图2410所示并设主磁极轴线与电枢表面的交点处为坐标原点该点的电枢磁动势为零在离原点处作一矩形闭合回路根据安培环路定律当不考虑铁心内的磁压降时每个气隙上的磁压降为东北电力大学31可以看出成正比电枢磁动势沿电枢表面的分布为三角波
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1．简单串联磁路 定义:不计漏磁影响，仅有一个磁回路的无分支 磁路 . 附图1-13. 点击书本进入例题1-2
例 题
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2．简单并联磁路 定义:指考虑漏磁影响，或磁回路有两个以上分 支的磁路。
点击书本进入例题1-３
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例 题
附示意图1-9。
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三、铁磁材料 1．软磁材料
定义: 磁滞回线窄、剩磁和矫顽力都很小的材料。 附图1-11a
常用软磁材料:铸铁、铸钢和硅钢片等。
软磁材料的磁导率较高,故用以制造电机和变压器 的铁心。
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2．硬磁(永磁)材料
定义:磁滞回线宽、剩磁和矫顽力都很大的铁磁材 料称为硬磁材料，又称为永磁材料。 附图1-11b
磁通密度 Br。
矫顽力:要使B值从减小到零，必须加上相应的反 向外磁场，此反向磁场强度Hc称为矫顽力。
磁滞:铁磁材料所具有的这种磁通密度B的变化滞 后于磁场强度H变化的现象。
磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。
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3．基本磁化曲线 定义:对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进 行反复磁化，可得一系列大小不同的磁滞回线,再 将各磁滞回线的顶点联接起来，所得的曲线。
磁畴示意图1-6。
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二、磁化曲线和磁滞回线 1．起始磁化曲线 定义:将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁 场强度H由零逐渐增大时，磁通密度B将随之增大， 曲线B=f(H)就称为起始磁化曲线. 曲线附图1-7.
分析:起始磁化曲线基本上可分为四段 ,如下
东北电力大学 电气工程学院
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
东北电力大学电气工程学院 电机学
第一章 绪论
东北电力大学 电气工程学院
※ 重点与难点
一、重点: 1、磁路的基本定律; 2、铁磁材料的特性及基本磁化曲线; 3、铁心损耗.
二、难点: 1、磁滞回线； 2、铁心损耗； 3、磁路的计算。
二、直流电机的空载磁路和磁化曲线 1.空载磁路及其计算 定义:直流电机的空载磁场是指励磁绕组内通有
直流励磁电流时由励磁磁动势单独激励的磁场。 2.直流电机的磁化曲线 曲线示意图1-16。
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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。
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3．铁心损耗
定义: 铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和。 表达式:
pFe ph pe
pFe CFe f 1.3Bm2 G
铁心损耗与频率的1.3次方,磁通密度的平方和 铁心重量成正比。
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1-3 磁路的Βιβλιοθήκη 算一、直流磁路的计算 导言: 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。
定律内容:沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁 路磁位降的代数和。
3
公式: Ni Hkik 1Rm1 2Rm2 3Rm3 k 1 又称磁路的串联定律。 附图1-5
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1-2 常用的铁磁材料及其特性
一、铁磁物质的磁化 铁磁物质包括铁镍钴以及它们的合金。 铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，此现象称 为铁磁物质的磁化。
3．磁路的基尔霍夫第一定律
附图1-4
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。
公式:
0
又称磁路的并联定律。
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4．磁路的基尔霍夫第二定律
定律背景:磁路计算时，总是把整个磁路分成若干段， 每段为同一材料、相同截面积，且段内磁通密度处 处相等，从而磁场强度亦处处相等。
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2．涡流损耗 涡流:当通过铁心的磁通随时间变化时,根据电 磁感应定律,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旋涡状流动 称为涡流。示意图1-12。
定义:涡流在铁心中引起的损耗。
公式: pe Ce2 f 2 Bm2V
应用:为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都 用含硅量较高的薄硅钢片叠成。
主磁路：主磁通所通过的路径。
漏磁路：漏磁通所通过的路径。
励磁线圈：用以激励磁路中磁通的载流线圈。
励磁电流：励磁线圈中的电流。
直流:直流磁路
例如:直流电机
交流:交流磁路
例如:变压器
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二、磁路的基本定律
1．安培环路定律 定律内容:沿任何一条闭合回线，磁场强度的线积 分值恰好等于该闭合回线所包围的总电流值（代数 和）。
磁性能指标
剩磁 矫顽力 最大磁能积
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种 类 示 意 图
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四、铁心损耗
1．磁滞损耗 定义: 铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相 互间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗，这种 损耗称为磁滞损耗。
公式: ph Ch fBmnV
应用:由于硅钢片磁滞回线的面积较小，故 电机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。
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铁磁材料 Fe f (H ) 磁化曲线见示意
图1-7. 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。
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2．磁滞回线 示意图: 图1-8。 剩磁:去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的
公式:
附图1-2,有:
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2．磁路的欧姆定律
附图1-3a 定律内容:作用在磁路上的磁动势等于磁路内的 磁通量乘以磁阻。
公式:
F Rm
式中：
Rm
l
A
相应的模拟电路图1-3b.
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点击书本进入例题1-1
例 题
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1．简单串联磁路 定义:不计漏磁影响，仅有一个磁回路的无分支 磁路 . 附图1-13. 点击书本进入例题1-2
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2．简单并联磁路 定义:指考虑漏磁影响，或磁回路有两个以上分 支的磁路。
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例 题
附示意图1-9。
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三、铁磁材料 1．软磁材料
定义: 磁滞回线窄、剩磁和矫顽力都很小的材料。 附图1-11a
常用软磁材料:铸铁、铸钢和硅钢片等。
软磁材料的磁导率较高,故用以制造电机和变压器 的铁心。
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2．硬磁(永磁)材料
定义:磁滞回线宽、剩磁和矫顽力都很大的铁磁材 料称为硬磁材料，又称为永磁材料。 附图1-11b
磁通密度 Br。
矫顽力:要使B值从减小到零，必须加上相应的反 向外磁场，此反向磁场强度Hc称为矫顽力。
磁滞:铁磁材料所具有的这种磁通密度B的变化滞 后于磁场强度H变化的现象。
磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。
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3．基本磁化曲线 定义:对同一铁磁材料，选择不同的磁场强度进 行反复磁化，可得一系列大小不同的磁滞回线,再 将各磁滞回线的顶点联接起来，所得的曲线。
磁畴示意图1-6。
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二、磁化曲线和磁滞回线 1．起始磁化曲线 定义:将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化，当磁 场强度H由零逐渐增大时，磁通密度B将随之增大， 曲线B=f(H)就称为起始磁化曲线. 曲线附图1-7.
分析:起始磁化曲线基本上可分为四段 ,如下
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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
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第一章 绪论
东北电力大学 电气工程学院
※ 重点与难点
一、重点: 1、磁路的基本定律; 2、铁磁材料的特性及基本磁化曲线; 3、铁心损耗.
二、难点: 1、磁滞回线； 2、铁心损耗； 3、磁路的计算。
二、直流电机的空载磁路和磁化曲线 1.空载磁路及其计算 定义:直流电机的空载磁场是指励磁绕组内通有
直流励磁电流时由励磁磁动势单独激励的磁场。 2.直流电机的磁化曲线 曲线示意图1-16。
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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。
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3．铁心损耗
定义: 铁心中磁滞损耗和涡流损耗之和。 表达式:
pFe ph pe
pFe CFe f 1.3Bm2 G
铁心损耗与频率的1.3次方,磁通密度的平方和 铁心重量成正比。
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1-3 磁路的Βιβλιοθήκη 算一、直流磁路的计算 导言: 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。
定律内容:沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁 路磁位降的代数和。
3
公式: Ni Hkik 1Rm1 2Rm2 3Rm3 k 1 又称磁路的串联定律。 附图1-5
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1-2 常用的铁磁材料及其特性
一、铁磁物质的磁化 铁磁物质包括铁镍钴以及它们的合金。 铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，此现象称 为铁磁物质的磁化。
3．磁路的基尔霍夫第一定律
附图1-4
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。
公式:
0
又称磁路的并联定律。
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4．磁路的基尔霍夫第二定律
定律背景:磁路计算时，总是把整个磁路分成若干段， 每段为同一材料、相同截面积，且段内磁通密度处 处相等，从而磁场强度亦处处相等。
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2．涡流损耗 涡流:当通过铁心的磁通随时间变化时,根据电 磁感应定律,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旋涡状流动 称为涡流。示意图1-12。
定义:涡流在铁心中引起的损耗。
公式: pe Ce2 f 2 Bm2V
应用:为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都 用含硅量较高的薄硅钢片叠成。
主磁路：主磁通所通过的路径。
漏磁路：漏磁通所通过的路径。
励磁线圈：用以激励磁路中磁通的载流线圈。
励磁电流：励磁线圈中的电流。
直流:直流磁路
例如:直流电机
交流:交流磁路
例如:变压器
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二、磁路的基本定律
1．安培环路定律 定律内容:沿任何一条闭合回线，磁场强度的线积 分值恰好等于该闭合回线所包围的总电流值（代数 和）。
磁性能指标
剩磁 矫顽力 最大磁能积
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种 类 示 意 图
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四、铁心损耗
1．磁滞损耗 定义: 铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相 互间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗，这种 损耗称为磁滞损耗。
公式: ph Ch fBmnV
应用:由于硅钢片磁滞回线的面积较小，故 电机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。
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铁磁材料 Fe f (H ) 磁化曲线见示意
图1-7. 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。
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2．磁滞回线 示意图: 图1-8。 剩磁:去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的
公式:
附图1-2,有:
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2．磁路的欧姆定律
附图1-3a 定律内容:作用在磁路上的磁动势等于磁路内的 磁通量乘以磁阻。
公式:
F Rm
式中：
Rm
l
A
相应的模拟电路图1-3b.
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例 题
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