华中科技大学_电机学_第一章_导论(完美解析).
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》华中科技大学出版社课后答案
第三章变压器3． 1变压器有哪几个主要部件？各部件的功能是什么？变压器的主要部件:铁心 : 磁路 , 包括芯柱和铁轭两部分绕组:电路油箱 : 加强散热，提高绝缘强度套管 : 使高压引线和接地的油箱绝缘3．2变压器铁心的作用是什么？为什么要用厚0.35mm 、表面涂绝缘漆的硅钢片制造铁心？变压器铁心的作用是磁路. 铁心中交变的磁通会在铁心中引起铁耗, 用涂绝缘漆的薄硅钢片叠成铁心, 可以大大减小铁耗.3． 3为什么变压器的铁心和绕组通常浸在变压器油中？因变压器油绝缘性质比空气好，所以将铁心和绕组浸在变压器油中可加强散热和提高绝缘强度 .3． 4变压器有哪些主要额定值？一次、二次侧额定电压的含义是什么？额定值I1N, I 2N,U1N, U2N, S N, f NU U 1N :一次绕组端子间电压保证值2 N :空载时 ,一次侧加额定电压,二次侧测量得到的电压3． 5 变压器中主磁通与漏磁通的作用有什么不同？在等效电路中是怎样反映它们的作用的？主磁通:同时交链一次，二次绕组,但是能量从一次侧传递到二侧的媒介,使E1N1k ,实现变压功能E2N2漏磁通 :只交链自身绕组 , 作用是在绕组电路中产生电压降,负载时影响主磁通 ,E1和二次电压 U2的变化,以及限制二次绕组短路时短路电流的大小,在等效电路中用Z m反应磁通的作用,用x1, x2反应漏磁通的作用3． 6电抗X1、X k、X m的物理概念如何？它们的数据在空载试验、短路试验及正常负载运行时是否相等？为什么定量计算可认为Z k和 Z m是不变的？Z k的大小对变压器的运行性能有什么影响？在类变压器Z k的范围如何？x1:对应一次绕组的漏磁通,磁路的磁组很大，因此x1很小,因为空气的磁导率为常数,∴ x1为常数x k x1x2叫短路电抗x m:对应于主磁通,主磁通所走的磁路是闭合铁心,其磁阻很小 ,而电抗与磁阻成反比,因此x m很大.另外,铁心的磁导率不是常数,它随磁通密度的增加而变小，磁阻与磁导率成反比,所以励磁电抗和铁心磁导率成正比由于短路时电压低,主磁通小，而负载试验时加额定电压，主磁通大，所以短路试验时x m比空载试验时的 x m大.正常负载运行时加额定电压，所以主磁通和空载试验时基本相同,即负载运行时的励磁电抗与空载试验时基本相等，x1, x k在空载试验 ,断路试验和负载运行时 ,数值相等 ,ZK U K叫短路阻抗Z K R K j X K( 1R2R)( j1 x是常数∴不变 (R1,R2随温I K2x)度变化 )Z m E1 4.44 fN1 m 2 fN21(见背面 ) I02I 0N1R m3．7为了得到正弦感应电动势，当铁心不饱和与饱和时，空载电流应各呈何种波形？为什么？铁心不饱和时,空载电流与成正比,如感应电势成正弦,则也为正弦变化，∴i0也为正弦铁心饱和时 : i为尖顶波,见P图 3.801233． 8试说明磁动势平衡的概念极其在分析变压器中的作用？一次电流 I产生的磁动势 F和二次电流 I2产生的磁动势F共同作用在磁路上，等于磁通112乘磁组 ,即F1F2m R m其中是考虑铁心的磁滞和涡流损耗时磁动势超前磁通的一个小角度,实际铁心的R m很小，而 R m0,则F1F20,即F1F2这就叫磁动势平衡,即一二次磁动势相量的大小相等，方向相反，二次电流增大时,一次电流随之增大 .当仅考虑数量关系时 ,有N1I1N2I 2即kI1I2或I1I2∴利用磁动势平衡的概念来定性分析变压器运行时,可立即得出结论,一 ,二次电流之比和他们的匝数成反比 .3．9为什么变压器的空载损耗可以近似地看成是铁耗，短路损耗可以近似地看成是铜耗？负载时变压器真正的铁耗和铜耗与空载损耗和短路损耗有无差别，为什么？P02P Fe空载时I0很小，∴解：P Fe∵空载损耗 P0 mI 0 R1 mI02R1可忽略∴P0P FeP k P c u∵ P k Pcu P Fe∵短路试验时外施电压U k很小,∴很小 ,I 0很小∴铁耗很小 ,可忽略铁耗 ,P k Pcu负载时 P Fe：与空载时无差别，这是因为当f不变时， P Fe B22E2U 2负载与空载时一次绕组侧施加的电压基本不变，∴P Fe基本不变，则不变损耗，严格说，空载时，漏抗压降大∴磁密略低，铁耗略少些P cu：如果是同一电流，则无差别。
电机学教学大纲
电机学教学大纲（一）正文一、本课程的教学内容及教学时数分配（理论课共74 学时）第一章导论（2 学时）1、基本内容1.1 电机的发热与温升1.2 电机常用绝缘材料1.3 电机冷却及机壳防护1.4 电机的额定值与定额1.5 导磁材料与铁磁材料1.6 磁路计算的原理与方法1.7 电机学的性质、任务2、基本要求2.1 了解电机的发热的原因、温升的定义及测量方法2.2 认识绝缘材料的六个等级2.3 了解电机冷却介质、冷却方式及机壳防护形式2.4 掌握电机的额定值与定额2.5 了解导磁材料与铁磁材料2.6 掌握磁路计算的原理与方法3、重点掌握电机的额定值与定额、磁路计算的原理与方法4、难点磁路计算的原理与方法第二章直流电机（共12 学时）1、基本内容1.1 直流电机的工作原理、基本结构、额定值1.2 电枢绕组--- 单叠绕组1.3 直流电机的磁场--- 直流电机空载时的磁场及磁化曲线、电枢磁动势和磁场、电枢反应、感应电动势、电磁转矩1.4 直流电动机的基本特性--- 基本（电势、功率和转矩）方程、工作特性、机械特性1.5 直流电力传动-- 起动、调速、制动1.6 直流电机的换相（简述）1.7 特殊用途直流电机--- 直流伺服电动机、直流测速发电机、其它直流电机1.8 电机的发热与冷却2、基本要求2.1 了解直流电机的分类、掌握直流电机的工作原理、基本结构、额定值2.2 了解电枢绕组的基本特点、能绘制单叠绕组展开图2.3 掌握电枢反应的分类及性质、会进行感应电动势、电磁转矩的计算2.4 掌握电势、功率和转矩平衡方程式2.5 懂得直流电动机的工作特性2.6 掌握起动、调速、制动方法2.7 了解直流伺服电动机、直流测速发电机的结构、原理、应用3、重点3.1 直流电机分类、直流电机的工作原理、基本结构、额定值3.2 电枢反应、感应电动势、电磁转矩3.3 电势、功率和转矩平衡方程式3.4 直流电动机的工作特性3.5 起动、调速、制动方法4、难点4.1 基本结构4.2 直流绕组的构成4.3 电枢磁动势和磁场，电枢反应及其影响4.4 起动、调速、制动物理过程4.5 换相第三章变压器（16 学时）1、基本内容1.1 变压器的分类、基本结构、额定值1.2 变压器空载运行--- 电磁过程与正向惯例、平衡方程、等效电路1.3 负载运行分析--- 磁动势及电压平衡方程、绕组折算、相量图1.4 等效电路1.5 参数测定1.6 标么值1.7 运行特性1.8 三相变压器的磁路系统、电路系统与联接组、电动势波形1.9 并联运行1.10 不对称运行（简述）--- 对称分量法、单相负载运行与中点移动1.11 变压器的瞬变过程--- 空载合闸时的瞬变过程、二次侧突然短路时的瞬变过程1.12 三绕组变压器1.13 自耦变压器1.14 互感器2、基本要求2.1 掌握变压器的分类、基本工作原理及结构、额定值的定义（额定电压及额定电流均指线值）2.2 懂得变压器运行的电磁过程与正向惯例相关知识2.3掌握空载和负载运行分析方法2.4掌握其等效电路2.5掌握利用空载、短路试验进行参数测定的基本方法2.6学会用标么值表示各物理量2.7掌握其运行特性、电压调整率的概念及计算2.8掌握三相变压器两类磁路系统、电路系统与联接组2.9学会分析不同绕组联结和磁路系统对电动势波形的影响2.10空载合闸电流及突然短路电流最大值的大小2.11掌握变压器理想并联运行的条件及非理想条件下并联运行的有关计算2.12掌握Y/Y o联结三相变压器单相负载运行等效电路、相关计算及中点移动的产生原因和大小2.13掌握三绕组变压器的绕组排列、基本方程、等效电路及折算法、了解自耦变压器有关知识3、重点3.1工作原理、主要结构、额定值3.2空载和负载运行分析---等效电路、参数测定、标么值3.3运行特性3.4三相变压器两电路系统与联接组3.5不同绕组联结和磁路系统对电动势波形的影响3.6变压器理想并联运行的条件及非理想条件下并联运行的有关计算3.7 Y/Y o联结三相变压器单相负载运行等效电路、相关计算及中点移动的产生原因和大小3.8三绕组变压器的绕组排列、基本方程、等效电路及折算法4、难点4.1工作原理、主要结构4.2负载运行分析时各电磁物理量之间的关系，磁势平衡的概念4.3 一二次侧之间的折算4.4不同绕组联结和磁路系统对电动势波形的影响、非理想条件下并联运行有关计算4.5Y/Y o联结三相变压器单相负载运行等效电路、零序阻抗分析4.6三绕组变压器的基本方程、等效电路及折算法第四章交流绕组及其电动势（6学时）1、基本内容1.1交流绕组的基本要求和分类、槽电势星形图1.2三相双层（叠）绕组1.3绕组电动势---节距系数、分布系数和绕组系数1.4电动势谐波及其削弱方法1.5单相绕组的脉振磁动势---脉振磁动势1.6三相绕组的基波合成磁动势---旋转磁动势1.7圆形和椭圆形旋转磁动势1.8 谐波磁动势1.9 交流电机的主磁场、漏磁场2、基本要求2.1 了解交流绕组的基本要求和分类、能绘制槽电势星形图2.2 学会绘制三相双层叠绕组的绕组展开图2.3 掌握节距系数、分布系数和绕组系数的物理意义，会计算绕组电动势2.4 了解交流绕组电动势谐波及其削弱方法2.5 掌握单相绕组脉振磁动势的性质及大小2.6 掌握三相绕组的旋转磁动势的性质及大小2.7 了解三相绕组合成磁动势高次谐波的特点2.8 会判别交流绕组产生的磁动势性质--- 脉振、圆形、椭圆形中哪一种3、重点3.1 槽电势星形图3.2 三相双层叠绕组3.3 节距系数、分布系数和绕组系数3.4 电动势谐波及其削弱方法3.5 单相绕组的脉振磁动势3.6 三相绕组的旋转磁动势3.7 圆形和椭圆形旋转磁动势4、难点4.1 槽电势星形图、电动势谐波及其削弱方法4.2 单相绕组的脉振磁动势4.3 推导电势、磁势的计算公式，绘制并解释磁势波形图4.4 三相绕组合成磁动势的高次谐波、圆形和椭圆形旋转磁动势第五章异步电机（16 学时）1、基本内容1.1 异步电机的类型、基本结构1.2 基本工作原理1.3 额定值1.4 转子静止时的异步电机--- 磁场与电抗1.5 转子旋转时的异步电机及等效电路、参数计算1.6 等效电路的简化1.7 参数测定1.8 感应电动机的功率、功率和转矩平衡方程式1.9 电磁转矩1.10 工作特性1.11 异步电动机的起动--- 起动过程、起动方法、深槽式和双笼感应电动机1.12 异步电动机制动1.13 异步电动机调速1.14 感应电动机在不对称电压下的运行分析及单相感应电动机1.15 特种异步电机--- 交流伺服电动机、交流测速发电机2、基本要求2.1 了解其主要结构、掌握感应电机的基本原理、额定值了解其主要结构2.2 掌握感应电动机转子不动与转子旋转时绕组的相电势和平衡方程2.3 掌握负载运行时的等效电路2.4 掌握感应电动机的功率分布及功率和转矩平衡方程式2.5 掌握感应电动机的T=f(s) 曲线，会求取起动电磁转矩、最大电磁转矩2.6 学习其工作特性2.7 掌握感应电动机参数测定方法2.8 掌握感应电动机的起动过程、起动方法、掌握深槽式和双笼感应电动机的起动性能2.9 了解其制动方法2.10 掌握调速方法2.11 了解感应电动机在不对称电压下的运行分析方法2.12 掌握单相感应电动机的种类及起动方法2.13 掌握交流伺服电动机、交流测速发电机的结构及工作原理3、重点3.1 感应电机的基本原理、额定值3.2 感应电动机转子不动与转子旋转时运行分析方法、等效电路3.3 感应电动机的功率、功率和转矩平衡方程式3.4 电磁转矩3.5 工作特性3.6 感应电动机的起动过程、起动方法3.7 电动机调速方法3.8 单相感应电动机的种类及起动方法4、难点4.1 主要结构4.2 频率折算、等值电路及其参数4.3 电磁转矩计算4.4 附加转矩及其对起动的影响4.5 感应电动机在不对称电压下的运行分析方法第六章同步电机( 20 学时)1、基本内容1.1 概述--- 基本结构、励磁方式、冷却方式、额定值1.2 运行原理--- 空载运行分析、电枢反应、负载运行、平衡方程式、等效电路、矢量图1.3 运行特性--- 空载特性、短路特性、零功率因素特性、外特性、稳态参数测定1.4 并联运行--- 并联运行条件和方法、并联运行时有功功率调节和静态稳定、无功功率的调节和V 形曲线、两台容量相近的同步发电机的并联运行1.5 同步电动机和调相机--- 同步电动机的相量图、基本方程、功角特性、无功功率的调节、起动方法、同步调相机1.6 同步发电机不对称运行--- 稳定短路、参数测量、电机的影响1.7 突然短路--- 突然短路电流的特点、计算、对电机的影响1.8 特殊同步电机-- 磁阻同步电动机、步进电动机2、基本要求2.1 认识其基本结构、掌握其基本工作原理2.2 学习其主要额定值2.3 掌握保梯电抗、直轴饱和电抗2.4 掌握电压调整率、调整特性2.5 掌握稳态参数测定方法2.6 掌握同步发电机的空载运行时的磁场、电动势及空载特性2.7 掌握对称负载时的电枢反应性质2.8 掌握隐极同步发电机的不饱和及饱和负载运行时的相量图、等效电路图2.9 掌握凸极同步发电机磁动势换算方法、波形系数、电枢反应系数的定义2.10 掌握凸极同步发电机的负载运行的相量图2.11 掌握同步发电机的空载特性、短路特性、直轴不饱和电抗的计算、短路比的定义2.12 掌握由零功率因数特性、空载特性确定定子相漏抗及直轴电枢磁动势的方法2.13 懂得电压调整率的计算方法2.14 学会用转差法进行同步发电机稳态参数测定2.15 掌握同步发电机的功率和转矩平衡方程式2.16 掌握同步发电机功角特性2.17 学会其投入并联运行的条件和方法2.18 掌握并联运行时有功功率的调节方法、静态稳定条件及静态过载倍数的定义2.19 无功功率的调节和V 形曲线2.20 了解两台容量相近发电机并联运行的功率调节方法2.21 掌握同步电机发电机、调相机、电动机三种运行状态2.22 了解同步电动机的相量图、基本方程、功角特性、调节同步电动机功率因数的方法、懂得其起动方法2.23 了解同步调相机的用途2.24 掌握不同稳定短路情况下短路电流的大小关系2.25 了解负序、零序参数的测量方法、了解不对称运行对电机的影响2.26 会计算突然短路时最大冲击电流了解突然短路对电机的影响2.27 了解磁阻同步电动机的原理及结构、掌握步进电动机的原理、结构3、重点3.1 基本结构及额定值3.2 同步发电机的空载运行分析电动势及空载特性3.3 对称负载时的电枢反应性质3.4 隐极同步发电机的负载运行分析相量图、等效电路图3.5 电枢反应系数的定义3.6 凸极同步发电机的负载运行相量图3.7 同步发电机的空载特性、短路特性、直轴不饱和电抗3.8 零功率因素特性、保梯电抗、直轴饱和电抗3.9 电压调整率的定义及计算3.10 同步发电机的功率和转矩平衡方程式3.11 同步发电机的电磁功率和功角特性3.12 投入并联运行的条件和方法、并联运行时有功功率的调节和静态稳定3.13 无功功率的调节和V 形曲线3.14 同步电机的三种运行状态、同步电动机无功功率的调节、同步调相机用途3.15 不同稳定短路情况下短路电流的大小关系3.16 突然短路时最大冲击电流的计算3.17 步进电动机4、难点4.1 基本结构4.2 凸极同步发电机的双反应理论，用方程式、相量图进行复数计算4.3 直轴饱和电抗的求取、用转差法进行同步发电机稳态参数测4.4 并联运行时有功功率的调节和静态稳定、无功功率的调节和V 形曲线、4.5 同步电机的三种运行状态4.6 负序、零序参数的测量方法4.6 突然短路时的物理过程分析教材外的补充内容：异步电机变频调速系统；异步电机矢量变换控制等4学时）、本课程的实验及实物模型参观（14 学时）实验一并励直流电动机的工作特性和调速特性（2 学时）实验二单相变压器的空载、短路与负载特性（2 学时）实验三三相变压器的极性和联结组（2 学时）实验四三相异步电动机的起动和调速（2 学时）实验五三相同步发电机的运行特性（3 学时）实验六三相同步发电机的并联运行（3 学时）三、实习及作业由于专业课时压缩，教师可组织利用课余时间到工厂进行短时实习；作业以教科书上为主。
电机学课件(华中科技大学出版社)
l3
3 A3
F1 F2 N1i1 N2i2 H1l1 H 2l2 1Rm1 2Rm2
F Ni Hl Rm
磁路基本定律及计算方法
磁路与电路的主要区别
电路 电阻率恒定 电压、电流线性 不存在饱和现象
磁路 导磁率变化 磁势、磁通非线性 有磁路饱和
2
2fNm 4.44fNm
变压器电动势的方向可根据楞次定律来判断
电机中的基本电磁定律
运动电动势
xb
l Bn ( )d
x
B
e
e NvlBn (x) Bn (x b)
v
NvlBn
电机中的基本电磁定律
3.电磁力定律
B
i
f
F dF i dl B
欧姆定律
Ni F
l /(A) Rm mF
基尔霍夫第一定律
0
基尔霍夫第二定律
F Ni Hl Rm
磁路的欧姆定律
H dl Hl Ni
H B/ B/ A
Ni
l /(A)
F Rm
mF
i
磁阻
Rm
l
A
N
A
磁导
m
磁路基本定律及计算方法
计算实例
已知数据：
1.硅钢片的磁化曲线 2.铁心尺寸：
l 0.3m, A 9 104 m 2 3.气隙尺寸：
0.5 10-4 m
4.线圈砸数：N＝500 5.给定磁通：
9.9 10-4Wb
计算数据： 1.励磁磁动势F 2.励磁电流I
磁路基本定律及计算方法
铁磁材料的特性
华中科技大学电机学异步电机完美解析PPT课件
➢ 右手定则 -> e2产生 -> i2与e2同方向 ➢ 左手定则 -> Tem产生 -> Tem与n同转向，Tem为
驱动转矩
➢ 旋转磁场拖动转子：电动机
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② n>n1 s<0：发电机状态
➢ 右手定则 -> e2产生 -> i2与e2同方向 ➢ 左手定则 -> Tem产生 -> Tem与n反转向，Tem
不等于0），才可以产生，因此“感应电机”又称“异步电机”
。
20
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四、异步电动机的额定值
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➢ 额定功率PN：是转轴上输出的机械功率，单位为W或kW。 ➢ 额定电压UN：施加在定子绕组上的线电压，单位为V。 ➢ 额定电流IN：电动机在额定电压、额定频率下，轴端输出额
电
ke
动
势E1变比Nke1：kN定1 ，、转 E2 N2kN 2
子绕. 组电动.势
E1 ke E2
之
比
从电路分析角度来看，转子
➢ U定1、转E子1侧 电I1(动R1势平j衡X1方 )程
静止时的异步电机电压方程 与二次级侧短路时的变压器
E2 I2 R2 jX2σ
电压方程相似
30
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定功率时，定子绕组的线电流，单位为A。
➢ 额定频率fN：我国电网频率fN=50Hz。 ➢ 额定转速nN：电动机在额定电压、额定频率、轴端输出额定
功率时，转子的转速，单位为r/min。
➢ 额定效率ηN。 ➢ 额定功率因数cosφN。
三相异步电动机额定值之间的关系
《电机学》（华中科技大学出版社）课后答案
第1章 导论1.1 电机和变压器的磁路常采用什么材料制成？这些材料各有哪些主要特性？ 解：磁路：硅钢片。
特点：导磁率高。
电路：紫铜线。
特点：导电性能好，电阻损耗小. 电机：热轧硅钢片， 永磁材料 铁氧体 稀土钴 钕铁硼 变压器：冷轧硅钢片。
1.2 磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因素有关？解：磁滞损耗：铁磁材料在交变磁场作用下反复磁化，磁畴会不停转动，相互间产生摩擦，消耗能量，产生功率损耗。
与磁场交变频率f ，磁通密度B ，材料，体积，厚度有关。
涡流损耗：由电磁感应定律，硅钢片中有围绕磁通呈涡旋状的感应电动势和电流产生叫涡流，涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的损耗叫涡流损耗。
与磁场交变频率f ，磁通密度，材料，体积，厚度有关。
1.3 变压器电动势、运动电动势产生的原因有什么不同？其大小与哪些因素有关？ 解：变压器电势：磁通随时间变化而在线圈中产生的感应电动势 4.44m EfN φ=。
运动电势：线圈与磁场间的相对运动而产生的e T 与磁密B ，运动速度v ，导体长度l ，匝数N 有关。
1.6自感系数的大小与哪些因素有关？有两个匝数相等的线圈，一个绕在闭合铁心上，一个绕在木质材料上，哪一个自感系数大？哪一个自感系数是常数？哪一个自感系数是变数，随什么原因变化？解：自感电势：由于电流本身随时间变化而在线圈内感应的电势叫自感电势。
d Le dt Lψ=- 对空心线圈：L Li ψ= 所以die L L dt=-自感：2L L N N m m iiiLNi N φψ===∧=∧ Am l μ∧=所以，L 的大小与匝数平方、磁导率µ、磁路截面积A 、磁路平均长度l 有关。
闭合铁心µ>>µ0，所以闭合铁心的自感系数远大于木质材料。
因为µ0是常数，所以木质材料的自感系数是常数，铁心材料的自感系数是随磁通密度而变化。
1.7 在图1.30中，若一次绕组外加正弦电压u 1、绕组电阻R 1、电流i 1时，问 （1）绕组内为什么会感应出电动势？（2）标出磁通、一次绕组的自感电动势、二次绕组的互感电动势的正方向； （3）写出一次侧电压平衡方程式；（4）当电流i 1增加或减小时，分别标出两侧绕组的感应电动势的实际方向。
电机学第1章 导论
第一章 导 论学习指导学习目标与要求磁路是整个电机学的基础，也是电气工程专业后其它续课程的基础理论知识，例如控制电机、传感器和执行器、自动化电磁元件等课程的技术基础。
为此，要求通过磁路部分的学习，要牢固掌握：1．铁磁材料的基本特性；磁化曲线与磁滞回线；涡流和涡流损耗；2．基本电磁定律：安培环路定律及均匀磁路的欧姆定律、磁介质定律，电磁感应定律；3．电机的分析研究方法。
学习重点1．铁磁材料的基本特性2．基本电磁定律学习难点1．铁磁材料特性的非线性；2．磁路的磁阻和激磁电抗的概念第一节 概 述一、电机的定义依据电磁感应定律和电磁力定律实现机电能量转换和信号传递与转换的装置。
二、电机的主要类型电机的种类很多，分类方法也很多。
如按运动方式分，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两种，而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。
分类还可以进一步细分下去，这里就不一一列举了。
鉴于直线电机较少应用，而电机学只侧重于旋转电机的研究，故上述分类结果可归纳为：⎧⎪⎧⎪⎪⎨⎧⎨⎪⎨⎪⎪⎩⎩⎩变压器直流电机电机旋转电机异步电机交流电机同步电机 以上分类方法从理论体系上讲是合理的，也是大部分电机学教材编写的基本构架。
但从习惯角度，人们还普遍接受另一种按功能分类的方法，具体是：⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩将电能转换为机械能，驱动电力机械由原动机拖动，将机械能转换为电能进行信号的传递和转电动机：发电机：电机控制电机：变压器，变流换，控制系统中的执行，检测或解算元件分别用于改变电压，电流，频率和相位器，移相器： 需要指出的是，发电机和电动机只是电机的两种运行形式，其本身是可逆的。
也就是说，同一台电机，既可作发电机运行，也可作电动机运行，只是从设计要求和综合性能考虑，其技术性和经济性未必兼得罢了。
然而，无论是发电机运行，还是电动机运行，电机的基本任务都是实现机电能量转换，而前提也就是必须能够产生机械上的相对运动。
华中科技大学电机学课件
目录华中科技大学电机学目录下页第一篇12第二篇3第三篇4第四篇5第五篇目录 1 绪论下页�电机在国民经济中的作用�电机的分类�电机学课程性质和学习方法�电机学中常用的电工定律目录电机在国民经济中的作用下页�电能是现代社会最主要的能源，并对人类文明的发展起到了重要的推动作用。
�电机是和电能的生产、输送与利用密切相关的能量转换机械 。
�电机不仅是国民经济各行业中的重要或关键设备，而且在人们日常生活中的应用也越来越广泛。
目录电机的用途下页发电机电机的主要类型变压器电动机下页目录发电机的用途火电厂：将燃料燃烧的热能转换为电能。
水电厂：将水流的势能转换为电能。
核电厂：将原子核裂变的原子能转换为电能。
风电场：将风能转换为电能。
�用于发电厂�用于独立系统中的用于独立系统中的发电机发电机发电机。
目录火力发电厂原理图下页火力发电厂原理图火力发电厂原理图目录变压器的用途下页�主要用于各级变电站中。
�改变交流电能的电压，实现交流电能的经济输送和合理分配。
下页目录电力系统示意图水力发电厂110kV220kV110kV调相机220kV6kV35kV380/220V220k V 220k V110kV水力发电厂220k V110kV10.5kV火力发电厂火力发电厂110kV照明电动机图例发电机双绕组变压器三绕组变压器自耦变压器=GSGSGS GS GSM 3~M 3~GS GSGSGSGS目录电动机的用途下页�作为原动机，拖动各种机械设备。
�据统计，我国电动机的耗电量约占发电量的60% 。
�工业�农业�交通运输业�航天、航空、航海行业�国防、文化教育、医疗卫生、IT等行业�日常生活目录电动机的用途下页�工业机床、机器人、轧钢机、纺织机、造纸机、风机、水泵、压缩机、吊车、卷扬机、传送带等。
�农业电力排灌设备、脱粒机、碾米机、榨油机、粉碎机等。
�交通运输业电气机车、磁悬浮列车、城市轨道列车、无轨电车、电动汽车等。
目录电动机的用途下页�航空和航海业有特殊要求的航空电机、船用电机和推进电机等。
电机学(完整版)
11.05.2020
《电机学》 第一章 导论
1.3 电机中磁路基本定律
1. 全电流定律—安培环路定律
LH dl I
i1 dl
式中，若电流的正方
向与闭合回线L的环行方 向符合右手螺旋关系时，
H
i取正号，否则取负号。
22
i2 i3
L
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LH•d li1i2i3
《电机学》 第一章 导论
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2．电机的近代发展及趋势
单机容量不断增加 如汽轮发电机：
1900 1920 1937空气冷却
氢气冷却
5MVA 1956水内冷 25MVA 1960 100MVA 目前 150MVA
208MVA 320MVA >1000MVA
中小型电机技术与经济指标不断改进 新的设计方法（CAD）、工艺、材料、测试手段
辜承林 华中科技大学出版社
《电机学》第三版 许实章 机械工业出版社
《电机学》
汤蕴璆 机械工业出版社
《电机学》
胡虔生 中国电力出版社
11.05.2020
《电机学》 第一章 导论
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※ 课程要求 1. 认真听课 2. 独立完成作业
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《电机学》 第一章 导论
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第一章 导论
1.1 概述 1.2 电机发展简史 1.3 电机中的基本电磁定律 1.4 铁磁材料特性 1.5 磁路基本定律及计算方法
2. 磁通本身不随时间变化，但由于线圈与磁场间有相 对运动而引起线圈中磁链的变化，这样产生的电势 称为运动电势或速度电势
11.05.2020
《电机学》 第一章 导论
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电机学第一章导论
§1.5 磁路基本定律、计算方法
一、磁路分析
1、基尔霍夫第一定律
穿入任一封闭面的磁通等于穿出该封闭面的磁通。（穿入任
一封闭面的总磁通等于0）。
2、基尔霍夫第二定律
=0
在磁路中沿任何闭合磁路径上，磁动势的代数和等于磁压降 的代数和。 F= Hl
3、磁路欧姆定律
=F/Rm=Fm
在中小型电机和家用电器制造业，热轧硅钢片占 了相当大的比例；在大中型变压器制造业，进口 硅钢片占了较大的比例。
表1 无取向硅钢片
中国国家执行 中国国家执行 相对应的俄罗 标准： 标准： 斯 GB2521 88 牌 号 GB12521 1998 DW470-50 50W47050W540 2212
§1.3 电机的冷却与防护
E—1200 B—1300 F—1550
C1800
电机的温升：电机某部分的温度与周围介 质温度0之差称为电机该部分的温升 。
=- 0 国标 0max =400
图5
测温方法：温度计法、电阻法、埋置测温 法、模糊测温法等。 2、磁磁路导磁材料硅钢片(图6)、 铸钢等 导磁材料：铁磁材料
图2 驱动生产机械和装备 返回
图3 控制系统和智能化装置的重要元件
返回
二、电机的定义
电机是基于电磁感应定律、电磁力定律 （能进行电磁感应），由电路和磁路所 构成，能进行机电能量转换或信号变换 的电磁机械装置。
三、分类
变压器
动力类 直线电机 电动机 发电机
电机
旋转电机 直流电机 异步电机 控制电机 同步电机
E I R
三、电磁定律
电磁感应定律：
d d e N dt dt
e Bl v
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d dt dx t x e N Nv eT ev t x
式中：eT为变压器电动势，线圈与磁场相对静止； ev为运动电动势（速度电动势、旋转电动势或 切割电动势）。
25
1. 变压器电动势
假设线圈与磁场相对静止，与线圈交链的磁通随时间 按正弦规律变化
电机是依据电磁感应定律和电磁力定律，由电路 和磁路构成的能实现机电能量或信号传递与转换 的电磁装置。
电路
e=Blv
f=Bli
磁路
机械能
电 能
6
二、电机的分类
按运动方式分类
电 机
7
按功能分类
电 机
8
三、电机中使用的材料
① 导电材料：铜线。构成电路。 ② 导磁材料：硅钢片。构成磁路。 ③ 结构材料：铸铁、铸钢和钢板。承受力。 ④ 绝缘材料：聚酯漆、环氧树脂、玻璃丝带等。 用于导体之间和各类构件之间的绝缘处理。电 机常用绝缘材料按性能划分为 A、 E、 B、 F、 H、C等6个等级。如B级绝缘材料可在130℃下 长期使用，超过 130℃ 则很快老化，但 H 级绝 缘材料允许在180℃下长期使用。
l
23
二、电磁感应定律
只要与线圈交链的磁链 Ψ 发生了变化，线圈内 就会感应出电动势。 感应电动势倾向于在线 圈内产生电流，以阻止 Ψ的变化。 当电动势的正方向与磁 通方向符合右手螺旋法 则，则
dΨ dΦ e N dt dt
24
二、电磁感应定律
导致磁通变换的原因： • 磁通由时变电流产生； • 磁通由线圈与磁场间的相对运动产生。
几乎同时制成了感应电动机；
16
1889 年，多利夫 · 多布罗夫斯基提出了三相制，并 设计制造了三相感应电动机；
1893~1899年，交流电机理论取得很多成果，如、 双旋转磁场理论、交轴磁场理论、双反应理论。
17
三、电机理论和设计、制造技术的逐步完善
20世纪是电机发展史上的一个新时期：
理论；
• 近年来，计算机、DSP等技术在电机设计与控制
中发挥了巨大的作用。
20
四、电机发展趋势
超导技术有助于电机单机容量进一步增大，效率
与功率密度进一步提高；
新型、特种电机与新原理、新结构、新材料、新
工艺、新方法联系更加紧密；
自动化、智能化电机系统将成为研究热点；
电机与电力电子以及计算机技术联系愈加紧密。
瞬态电压方程的推导；
• 1920~1940年，德雷福斯、庞加、弗里茨等人奠定
了电机分析设计的基础；
• 1935~1938年，克朗引入张量概念研究旋转电机；
19
电机相关理论：
• 1959年，怀特和伍德森倡导下，逐步建立了以统
一 的机电能量转换理论为基础的新体系；
• 1970年，勃拉希克提出了异步电机磁场定向控制
14
1873年，海夫纳· 阿尔泰涅克发明了鼓形绕组；
1880年，爱迪生提出了叠片铁芯；
1884~1885年，出现了换向极、补偿绕组以及碳刷；
1886年，霍普金森兄弟确立了磁路欧姆定律；
1891年，阿诺尔特建立了直流电枢绕组理论。
15
二、交流电机形成和发展
1832年，单相交流发电机出现； 1876~1884年，单相交流电动机不断完善； 1885年，费拉里斯与特斯拉
1821年，法拉第发现载流导体在磁场中受力的现象，
从而衍生出原始机构的电动机；
1831年，法拉第发现了电磁感应定律；
13
1832 年，皮克西制成原始的旋转磁极式直流发电机 ——现代发电机的雏形； 1833年，楞次证明了电机的可逆原理；
1834~1870年，永磁体励磁转变为线圈励磁，他励发 展到自励，环形绕组的应用；
• 工业高速发ห้องสมุดไป่ตู้对电机提出了更高的要求； • 控制电机和新型、特种电机发展更为迅速；
• 针对电机的研究更加深入，电机性能不断提高。
18
电机相关理论：
• 1918年，福蒂斯丘—对称相量法； • 1926~1930年，道黑提和尼古尔发展了布隆代尔的
双反应理论；
• 1929年，帕克将坐标变换与算子法应用到同步电机
3
第1章
概述
导论
电机的发展历程 电机中的基本电磁定律 铁磁材料 磁路基本定律及计算方法 电机中的机电能量转换过程 电机的发热与冷却 电机的分析研究方法
第1章
导论
概述
电机的基本概念 电机的分类
电机中使用的材料 电机的作用和地位
1.1 概述 一、电机的基本概念
电机学 Electric Machinery
（第1章 导论）
广州大学 机械与电气工程学院
姓名：王晓刚 研究方向：电力电子技术、电机系统及其控制 办公室：工程北楼515 QQ：2651729
2
选用教材：
电机学
作者：辜丞林 等
出版社：华中科技大学出版社 参考书：
电机学 （汤蕴璆 机械工业出版社 ） Electric Machinery （A. E. Fitzgerald 英文教材）
9
四、电机的作用和地位
地位：作为电能生产、传输、使用和电能特性 变换的核心设备，电机在现代社会所有行业和 部门中占据了重要的地位。
汽轮发电机
水泵
10
11
第1章
导论
电机的发展历程
直流电机的产生和形成 交流电机的形成和发展
电机理论和设计、制造技术的足部完善 电机的发展趋势
1.2 电机的发展历程 一、直流电机的产生和形成
27
2. 运动电动势 假设：线圈匝数 N，两边平行，有效长度为 l，宽度 为b，以速率 v 沿 方向运动；磁场 B() 不随时间变 化，方向垂直进入屏幕。 B(ζ) 任意时刻穿过线圈的磁通为：
m sin t
可得感应电动势为
e eT N m cos t Em sin t 90
o
Φ,e
E
Em Φm o
ωt
26
1. 变压器电动势
用有效值表示，则可得
e Em sin t 90 E Em 2 2πfN m 4.44 fN m
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第1章
导论
电机中的基本电磁定律
全电流定律
电磁感应定律
电磁力定律
1.3 电机中的基本电磁定律
一、全电流定律 全电流定律（安 培环路定律）： 磁场强度沿任意 的闭合路径的线 积分等于闭合路 径包围的导体电 流的代数和。 电流是产生磁场 的源。
l
Η dl H dl I1 I 2 I3