电机学第一章课件

M 21 N 2 21 N 2 21F 21 N 1 N 2 I1 I1 I1 N N F M 12 12 1 12 1 12 12 N 1 N 2 I2 I2 I2
21
结论：由于两线圈间的磁路是 相同的(Λ12=Λ21)，两个线圈之 间的互感是相等的。
电机学
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教学相关
• 教学方式： 课堂讲授为主，四次实验。网络答疑
QQ群：159083431。
• 作业要求：每周第一次课上课前交上一周布置的作
业。每次课布置的作业请在课后及时完成。
• 综合成绩：平时成绩30%，期末考试成绩70%。
▪ 平时成绩：作业，实验，考勤、课堂提问等。
• 课程要求：课堂上不许讲小话；独立完成作业；做
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三峡大坝
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电机学
水轮发电机组
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电机学
变电站
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电机学
电力变压器
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电机学
三相异步电动机
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电机学
• 2、按结构特点及电源种类分
电机的可逆性原理：发电机和电动机只是一种电机的两种不同 运行方式，不是两种电机。某些电机称为发电机或电动机，只 说明该类电机作为发电机或电动机用时优点较多。
B2 B2 1 w m BH 2 2 2 r 0
由上式可见，材料磁导率越高，单位体积所存储的能量越 小；空气隙的磁导率最小，单位体积所存储的能量最大， 电机中的机电能量转换主要通过空气隙的储能实现。
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五、磁路
l Rm S
空气的磁导率小，磁阻大，磁动势产生的磁通量小且在 空间分布范围广。为获得量大而集中的磁通量，通常用铁磁 材料作为磁的通路。由于铁磁材料磁阻远小于空气，大部分 磁通都从铁磁材料内通过。这样，可以把磁场简化为磁路来 处理。
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电机学
• 电机学基础理论
电
交流电产生交变磁场 直流电产生恒定磁场 电磁作用
磁
力
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电机学
第二节 电机的磁路和磁路定律
• 电机是通过电磁感应原理来实现能量转换的 机械，因此，电和磁是构成电机的两大要素。 • 电在电机中主要以路的形式出现，即由电机 内的导体、线圈、绕组构成电机的电路。 • 磁在电机中是以场的形式存在的，一般工程 计算时，为了方便，常将磁场简化为磁路来 处理。
2 N NF N L N 2 I I I Rm

结论：电感与匝数的平方成正比，与磁场介质的磁导成 正比，与外加电源的性质(U、I、f)无关。
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电机学
2、互感
定义：一个线圈通过单位电流所产生的与另一线圈相匝 链的磁链称为这两个线圈之间的互感。 计算公式：
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电机学
磁导率μ
l 磁阻 Rm S
1 磁导 Λ = Rm
饱和
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电机学
软磁材料： 特点：磁滞回线狭窄 磁导率大、易被磁化
剩磁小、易退磁
用途：导磁体 常见的有：
硅钢片 铸钢 铸铁
磁滞回线：铁磁材料的 磁化过程是不可逆的， 上升磁化曲线与下降磁 化曲线不重合，形成磁 滞回线。 第一象限内的顶点连接 起来得到基本磁化曲线。
• √（1）发电机 ： 机械能→电能 • √（2）电动机 ： 电能→机械能 • √（3）变压器、变流机、变频机、移相器： 电 能→电能 • （4）控制电机 ：自动控制系统中的被控元件或 进行信号传递与转换。不传递能量
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电机学
火力发电厂
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电机学
汽轮发电机组
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电机学
二、铁磁材料
特点：磁导率远大于真空磁导率且不为常数，可以用 磁化曲线 B=f（H）表示：
铁、镍、钴及其合金 磁导率：反映磁性材 料导磁能力的参数。
μ0=4π×10-7 H/m μFe=2000μ0 ~ 6000μ0
特性：①具有高导磁 性能；②磁化曲线呈非线 性（饱和特性）
▪ 电路欧姆定律：U=IR ▪ 铁磁材料的Rm不为常数。
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电机学
磁路和电路的类比
电路 电动势 E 电流 I 电阻 R = ρl/s 欧姆定律 U = IR 基尔霍夫第一定律 ΣI = 0 基尔霍夫第二定律 ΣE = ΣU 电场强度 ∮Edl = U 电流密度 j = I/S 电导率 σ = j/E 磁路 磁动势 F 或 IN 磁通 Φ 磁阻 Rm = l/μs 欧姆定律 F = ΦRm 基尔霍夫第一定律 ΣΦ = 0 基尔霍夫第二定律 ΣF = ΣUm 磁场强度 ∮Hdl = IN 磁通密度 B= Φ/S 磁导率 μ =B/H
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电机学
磁路和电路的区别
▪ 存在电绝缘材料而没有磁绝缘材料。
• 有电势不一定有电流，有磁势必有磁通。 • 电路没有漏电流，磁路必有漏磁通。
▪ 电路不会饱和，磁路会饱和。
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第三节 电机的电磁基本理论
一、电感
1、自感 定义：一个线圈通过单位电流所产生的与自身匝链的磁 链。 计算公式：
• 8、傅立叶极数
▪ 将非正弦变化的电磁量分解为一系列频率不同的 正弦量，即所谓基波和各次谐波，然后对各次谐 波进行分析。解决了电磁量为非正弦时，电机性 能的分析。
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电机学
0.3 学习方法建议
• 理论联系实际； • 重视学习方法和能力的培养； • 学会抓住主要矛盾，培养工程观点； • 善于运用对比的方法。
• 6、功率平衡
▪ 根据能量守恒、功率平衡原理，对电机作出 功率流程图，清楚地表示电机中各部分的功 率关系，有利于电机的性能分析。
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• 7、对称分量法
▪ 将一个不对称的三相系统，变换为三个对称的三 相系统，然后对各个对称系统应用前述方法分别 加以分析。方便求解不对称运行时电机的工作性 能。
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4、电抗
交流电路中，线圈的电感通常用相应的电抗表示：
XL L
结论：电抗与电感成正比，与电源频率成正比。 交流电机（包括变压器）都有至少两套交流绕组，它们 之间没有电的联系，只有磁的联系。为了分析方便，通常 把磁的联系转化为电的联系，方法是引入一些等效的电抗。 由于磁路是非线性的，所以这些电抗的值并不是固定不变 的。磁路越饱和，等效电抗值越小；反之则越大。要掌握 电机的性能，必须对电机的各种电抗有充分的认识。
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电机学
六、磁路基本定律
▪ 1.全电流定律—安培环路定律 (law of total current)
• 全电流定律：磁场强度H沿任一闭合路径l的线积分等于 穿过该闭合路径的限定面积中流过电流的代数和。积分 回路的绕行方向和产生该磁场的电流方向符合右手螺旋 法则。(用于磁路分析) 即
H dl I
l
n
• 举例：
k 1
k
• 工程上： Hl I 线圈： Hl NI
H dl I
l
1
I 2 I3
• 电流方向的判断：右手螺旋法则
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电机学
2. 磁路的基尔霍夫第一定律
▪ 流入磁路节点的磁通代数和等于0 （电路的基尔霍夫第一定律： i 0 ）
▪ 电机电路往往是在电气上不直接连接而是靠 电磁场耦合在一起的。为求解方便，需建立 电机的数学模型，即寻找将这些电路的电压 方程式联系起来的等效电路。建立等效电路 的关键是“归算”，即将一个绕组的参数归 算到另一个绕组，要弄清归算的物理意义及 具体算法。等效电路一般是极易求解的两端 口网络。
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Hdl F
l
表示磁场强弱，与介质无关。 3、磁感应强度(磁通密度) B (Wb/m2) B H 表示物体受磁场影响的强度，与磁场本身强弱及介质有关。 4、磁通量 Φ (Wb)
d B cos dS BS
s s
磁通量与磁力线和 穿越平面夹角相关， 注意何时出现最大 及最小值
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0.2 基本分析方法
• 1、电路方程式
▪ 对各种电机的电路应用基本电路理论，可列 其电压方程式。一般稳态运行时，这些方程 式很简单不难求解。关键是确定电机电路的 参数。这些参数通常可通过计算和试验来确 定。 ▪ 为计算方便和概念清晰，常采用标幺值。
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• 2、等效电路
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电机学
4. 磁路欧姆定律
▪ 磁路中的磁通Φ 等于作用在该磁路上的磁势F 除以 磁路的磁阻Rm或乘以磁导Λ。 F = ΦRm
l NI ，于是： ▪ 因为B = μH = ， Hl NI 即 S S S NI F l F F Rm l S Rm l S
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电机学
3、漏感
定义：多线圈系统中，一个线圈通过单位电流所产生 的只与本线圈相匝链的磁链称为该线圈的漏感。 计算公式：
1 N 1 1 L 1 I1 I1 2 N 2 2 L 2 I2 I2
注意漏感与自感、互感之间 的联系和区别。
实验前要预习。
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《电机学》课程简介
• 0.1 课程的性质和任务
▪ 重要专业基础课 ▪ 先修课程：高等数学、大学物理、电路理论 ▪ 后续课程：电力系统分析、电气设备、继电保护、 电力系统自动装置原理、电力系统仿真等 ▪ 内容：掌握变压器和同步电机的工作原理、基本 结构、基本电磁关系、运行特性、实验方法及一 般分析方法