1电机学- 绪论
合集下载
电机学绪论
绪论0.1电机在国民经济中的作用1、电机概念电机是一种进行机电能量转换或信号转换的电磁机械装置。
2、电机分类从能量转换的功能分两大类一类是电动机直流电动机、交流电动机（异步电动机、同步电动机）其作用是将电能转换成机械能，满足各种机械的动力需求。
一类是发电机直流发电机、交流发电机（同步发电机）其作用是将机械能转换成电能，以便于能量的转换和输送。
发电机从一次能源形态分有多种：汽轮发电机、水轮发电机、风力发电机等3、在国民经济中的地位（1）电力工业是一种先行工业，它是其他行业的基础。
（2）国民生产总值的80%以上直接或间接由电力工业创造。
（3）与人民日常生活密切相关。
02 我国电机工业发展概况解放前：年产总容量发电机为2万kW；电动机为5.1万kW；单机最大容量发电机为200kW；电动机为230kW；57年（第一个五年计划结束）：年产总容量为145万kW。
单机最大容量发电机为1万kW；电动机为2000kW。
60年代发电机单机容量已达10万kW；电动机已达6300kW。
70-80年代发电机单机容量已达12.5-30-60万kW；电动机已达1万kW。
90年后发电机单机容量已达120万kW；电动机已达4万kW。
目前我国装机总量已达6亿万kW。
三峡水电工程装设26台单机容量为700MW（70万kW）的水轮发电机，其中左岸装设14台、右岸装设12台，装机总容量为1820万kW（其规模相当于6.5个葛洲坝水电站或10个大亚湾核电站或4个邹县电厂）。
比前世界第一大水电站--伊泰普水电站（由巴西与巴拉圭共建）总装机容量为70*18=1260万kW还大。
现在已有16台（左岸14台，右岸2台）满负荷运行，已达1050万kW的发电能力。
09年全部投入运行后，年发电总量为847亿kWh，可提供全国人均70度电。
它与火力发电相比，每年可以节省5000万吨标准煤，相当于10个年产500万吨煤矿的产量。
邹县发电厂是目前我国最大的火力发电厂，总装机容量已达4*33.5+2*60+2*100=454万kW。
电机学绪论
• 非铁磁材料的磁化曲线是线性的. • 铁磁材料的μ很大且不是常数,呈非线性.
四﹑铁磁材料的B-H曲线 2﹑铁磁材料的B-H曲线 分析:oa段:起始段,μ小,I↑ H↑; ab段:μ迅速增 大,I↑ H↑ B↑ , B-H线性; bc段:进入饱和区, μ变小,I↑ H↑ B↑ (但缓慢),c为饱和点.
一、磁场﹑磁路
一、磁场﹑磁路
1、磁场: 电流
磁场
2﹑磁路: 磁通经过的路经
电和磁是构成电机的两大要素 电机中的磁场常简化为磁路来处理
二﹑磁感应强度(磁通密度) B﹑磁通量Ф 磁通Ф: 磁场中某一面积的磁感应线数称为通 过该面积的磁通量,简称磁通Ф。 磁感应强度(磁通密度）B:单位面积的磁感应线数
B S cos
Ф 是标量:单位wb Ｂ 是矢量,单位:wb/m2 ,或 T
三﹑磁场强度H﹑磁导率μ 1﹑磁场强度H:
B H
• H是矢量,单位:A/m（安/米） 2﹑磁导率μ:物质的导磁能力，μ单位:H/m（亨/米）
磁路的材料不同，其导磁性能也不同。 • 非铁磁材料:空气,铜,铝,绝缘材料等;
2 PFe Ph Pe (k h f Bm ke f 2 2 Bm )V n 2 V 经验近似: PFe k Fe f 1.3 Bm
(1 12)
六、全电流定律—安培环路定律
全电流定律:磁场强度矢量H沿任一闭合路径的线积分等 于穿过该闭合路径的电流的代数和。且积分回路的绕行方 向和产生该磁场的电流方向符合右手螺旋定则
0 4 10 7 H / m
• 铁磁材料:铁,镍,钴及其合金等;
r 0 且 远大于 0
r :相对磁导率
四﹑铁磁材料的B-H曲线
电机学绪论
两种方法归纳如下： 变压器 直流发电机 直流电机
直流电动机
电机 同步电机
同步发电机
同步电动机
交流电机
异步电机 控制电机
异步电动机
异步发电机
3.电机在国民经济中的作用 电能是现代常用的一种能源，具有大量生产、集中管理、 远程传输、自动控制等优点。
发电
输电 升压 变压器
降压 变压器
用电
发电机
配电 变压器
用户
电机在电力系统、工农业生产、日常生活、控制领域、 航空航天等领域起重要作用。例:
（1）电力工业中生产电能的发电机；电网输送电、分配电变压器。 （2）工农矿企业中机床、起重机、轧钢机，水泵、风机、排灌、辗米、抽 水等驱动电动机。 （3）交通运输电力机车、汽车驱动电机，船用电机等。 （4）日常生活民用驱动电机、电动工具等， （5）国防文教医疗中各种控制、驱动、伺服电机等。
N 1匝
磁路长度l
N 2匝
铁芯磁路
3)磁通Ф: 磁场中某一面积的磁感应线(B线)数称为通过该面 积的磁通量,简称磁通Ф。
4)磁感应强度B:
B是矢量,单位:wb/m2 ,或T dΦ B ds Ф是标量:单位wb
5)磁场强度H:表征磁场性质的另一个基本物理量。 H是矢量,单位:A/m B与H关系: B H
为速度电动势
e Blv
。
B 、 l、 v
三个物理互相垂直，其方向
关系可用右手定则确定. b)变压器电动势:线圈不动，穿过线圈的磁通随时间交变， 在线圈绕组中感应电势。
如下图所示，当线圈中的磁链发生变化时，线圈
中将有感应电动势产生。
d d e N 感应电势的表达式： dt dt 线圈中的感应电动势将倾向于阻止线圈中磁链的变化。 电动势﹑电流与磁通的正方向符合右手螺旋定则。
电机学绪论
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
《电机学》电子教案 电机学》
吕宗枢 主编
高 等 教 育 出 版 社 高等教育电子音像出版社
1
《电机学》目录
绪 论 第一篇 变压器 第1章 变压器的基本工作原理和结构 第2章 变压器的基本理论 第3章 三相变压器 第4章 变压器的运行 第5章 三相变压器的不对称运行 第6章 特殊变压器
直流电动机* 直流电动机* 直流发电机 工作原理 基本结构 运行特性 试验方法
6
绪 论
0.2 电机中所用的材料和铁磁材料的磁特性
一、电机中所用的材料 1.导电材料: 1.导电材料: 导电材料 紫铜线、铝线，用于制成电机绕组。 紫铜线、铝线，用于制成电机绕组。
2.导磁材料: 0.35或0.5mm厚的硅钢片叠成,构成电机磁路。 2.导磁材料: 0.35或0.5mm厚的硅钢片叠成,构成电机磁路。 导磁材料 厚的硅钢片叠成 3.绝缘材料：把导电体之间、导电体与铁磁体之间绝缘开来。 3.绝缘材料：把导电体之间、导电体与铁磁体之间绝缘开来。 绝缘材料 绝缘等级 允许温度 OC
9
绪 论
0.3 电机理论中常用的基本电磁定律
一、电磁感应定律 （两种形式） 两种形式） 1.切割电动势 1.切割电动势
e = B l v （方向：右手定则） 方向：右手定则）
2.变压器电动势 2.变压器电动势
e = −N dφ 方向：右手螺旋定则） （方向：右手螺旋定则） dt
二、电磁力定律 方向：左手定则） f = B l I （方向：左手定则）
U=RI
G m = 1 / Rm
磁压降 F=Hl 磁路基尔霍夫 第一定律 磁路基尔霍夫 第二定律
F = Φ Rm
ΣΦ i = ΣΦ o
《电机学》电子教案 电机学》
吕宗枢 主编
高 等 教 育 出 版 社 高等教育电子音像出版社
1
《电机学》目录
绪 论 第一篇 变压器 第1章 变压器的基本工作原理和结构 第2章 变压器的基本理论 第3章 三相变压器 第4章 变压器的运行 第5章 三相变压器的不对称运行 第6章 特殊变压器
直流电动机* 直流电动机* 直流发电机 工作原理 基本结构 运行特性 试验方法
6
绪 论
0.2 电机中所用的材料和铁磁材料的磁特性
一、电机中所用的材料 1.导电材料: 1.导电材料: 导电材料 紫铜线、铝线，用于制成电机绕组。 紫铜线、铝线，用于制成电机绕组。
2.导磁材料: 0.35或0.5mm厚的硅钢片叠成,构成电机磁路。 2.导磁材料: 0.35或0.5mm厚的硅钢片叠成,构成电机磁路。 导磁材料 厚的硅钢片叠成 3.绝缘材料：把导电体之间、导电体与铁磁体之间绝缘开来。 3.绝缘材料：把导电体之间、导电体与铁磁体之间绝缘开来。 绝缘材料 绝缘等级 允许温度 OC
9
绪 论
0.3 电机理论中常用的基本电磁定律
一、电磁感应定律 （两种形式） 两种形式） 1.切割电动势 1.切割电动势
e = B l v （方向：右手定则） 方向：右手定则）
2.变压器电动势 2.变压器电动势
e = −N dφ 方向：右手螺旋定则） （方向：右手螺旋定则） dt
二、电磁力定律 方向：左手定则） f = B l I （方向：左手定则）
U=RI
G m = 1 / Rm
磁压降 F=Hl 磁路基尔霍夫 第一定律 磁路基尔霍夫 第二定律
F = Φ Rm
ΣΦ i = ΣΦ o
《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
电机学绪论ppt
课程特点和学习方法建议
(7)科学实验是研究电机的一种重要方法，所以要 重视实验。实验要2~3人一组，自己动手去做，并在理
(8)要经过听课、课后复习、做习题、再复习，做 实验、写实验报告、再复习，从理论到实践、从实践 到理论的多次反复，才能逐步掌握课程内容，使学到 的知识逐步巩固起来。
首先是弄清电机的基本结构和主要部件的功能， 再根据电机的磁路和电路，分析空载和负载时电机内 部的磁场，初步弄清这种电机的工作原理，这是第一
(2)导出电机的运动方程 运动方程是磁动势方程(磁链方程)、电压方程和 转矩方程的总称。导出运动方程就是把电机内所发生 的电磁过程、机电过程和动力学过程，利用电磁学和 动力学的基本定律，用数学方程的形式将其表达出来， 这是第二步。这一步也称为“建立数学模型”。
绪论
电机在国民经济中的作用 电机发展简史 我国电机工业发展概况 电机的分析方法 本课程的任务 课程特点和学习方法建议
电机在国民经济中的作用
电机是一种机电能量转换或信号转换的电磁机 械装置。就能量转换的功能来看，电机可分为发电机 和电动机两大类。
发电机用以把机械能转换为电能。在发电站中， 通过原动机先把各类一次能源蕴藏的能量转换为机械 能，然后通过发电机把机械能转换为电能，再经输、 配电网络送往各种场合供公众使用。
我国电机工业发展概况
从仿制阶段到自行设计阶段一直到研究、创新阶段， 经过50年的努力，我国已经建立起自己的电机工业体系， 有了统一的国家标准和统一的产品系列，建立了全国性 的研究实验基地和研究、工程技术人员队伍。
在大型交、直流电机方面，研制成功2×5000kW 的直流电动机，4700kW的直流发电机和42MW的同步 电动机。
课程特点和学习方法建议
(3)注意推导基本公式(电动势公式，电磁转矩公式， 磁动势公式)和基本方程时有哪些假定，使推导得以合 理简化；推导时应用了哪些基本电磁定律和力学定律， 哪些原理、理论和方法。重要的公式和方程要自己独立 地推导一遍，找出其中的关键点。总之，在基本理论、 基本方法和基本概念上，要花大气力去钻研。
电机学-第0节-绪论1
4．国家电力信息网 5．发电机组网
6．中小型电机
7．微电机
8．中国专利局
9．美国专利局
教材
汤蕴璆、史乃主编，电机学(第二版)，机械工业出版社.
电冰箱：>1000万台/年，电量少15% 洗衣机：>1100万台，噪音降低10分贝，节
省电能50%，节水20%
永磁直流无刷直流电动机外形图
☆ 特殊新用途（电磁发射，纳米电机）
电磁发射技术的发展及其军事应用，王静端， Vol.26,No.1March,2001，火力与指挥控制
超微电机与微型机器人技术 人工心脏技术
(2)电机领域我国正在研究的项目举例 在国家自然科学基金网站
选择 “信息检索”， 进入 https:///project我国正在研究的项目。
下面是几个实例：
☆ 航天超声波电机 ☆ 高速发电的发电机 ☆ 人工肌肉直线电机 ☆ 超导电机 ☆ 电动机故障诊断
与电网相连 的高压出线端
3.用电环节——电动机
拖动生产机械如金属切削、矿山机械、交通运输机 械、起重机械、化工机械、农用机械、电动工具、 家用电器等
1）各行业广泛使用电动机
2）在高新技术领域的新应用
控制系统和智能化装置的重要元件
☆ 信息技术（雷达驱动） ☆ 航天航空航海 ☆ 生物医学工程（多种医疗设备）
的用户，需要将发电机输出的 20 kV 左右的电 压升高。在我国，一般升高到220kV或500kV。 为了输送一定大小的功率、采用高电压。
20kV/500kV(220kV)
500kV(220kV)/110kV
110kV/35kV
35kV/10kV
10kV/380V
电机学绪论
风电厂
柴油发电机组，用于备用电源、 应急电源、独立电源系统。
输配电
变压器
变压器用来改变交流电压，实现交流电能 的经济传输和合理分配； 变压器用于各级变电站；
各种生产
电动机
电动机做为原动机拖动各种生产机械；
据统计，我国电动机的耗电量占发电量的 60%以上； 电动机广泛应用于工业、农业、交通运输、 国防、日常生活等领域；
1、历史
1831，Faraday 1832，Pixii 电磁感应定律 直流发电机
1882，Depratz
1885，Ferraris
输电线
两相交流电机
1889，Doliv_Dobrovsky 三相交流电机
下图是至今保留在美国麻省理工学院的由爱迪 逊发明的一种直流电动机。
2、现状
汽轮发电机 1300MW 水轮发电机 700MW 核电机组 1500MW 瑞士BBC为美国制作； 美国大古力水电三厂； 前苏联石磨沸水机组；
电机学
Electric Machinery
绪论
一、电机在国民经济中的作用 二、电机的定义 三、电机的分类 四、电机的发展简史 五、本课程的性质 六、本课程的特点 七、本课程学习方法建议
一、电机在国民经济中的作用
电能是现代社会最主要的能源，电机 是电能生产、传输与利用最重要的能量转 换机械，不仅应用于各行各业的生产，而 且还广泛应用于人们的日常生活中。
冷连扎机组
电力排灌工程
磁悬浮列车
全电飞机
二、电机的定义
根据电磁感应原理而运行的电磁机械，用 于机械能与电能之间的转换或者不同形式的 电能之间的变换； 电机本身不是能源，只是转换或传递能量 的机械装置；
三、电机的分类
变压器
电机学 chap1 绪论
磁场储能
磁场是一种特殊形式的物质，磁场中能够储存能量， 在磁场建立过程中，能量由外部能源转换而来。
电机——通过磁场储能来实现机、电能量转换
体积能量密度
Wm
1 2
BH
1 2
BHdv
V
磁场能量12 主B要2 存储在气隙中
电感
磁链Ψ 磁通Φ 磁导 电感 L
– 自感 – 互感 – 漏电感 – 电抗
电机学
绪论 变压器 交流电机共同理论 异步电机
绪论
电机的发展 主要类别 基本作用原理——多个（电磁）定律 电机可逆性原理 电机的材料 作业
电机的发展
1．电机的发展初期
▪ 电磁感应定律的发现——1831年法拉第 ▪ 直流电机的发展 ▪ 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
线圈中的感应电势将倾向于阻止线圈中磁链的变化
e d
dt
e Blv
两种感应电势
线圈中磁链的变化 (1)磁通本身就是由交流电流所产生，也就是说
磁通本身随时间在变化着，这样产生的电势称 为变压器电势。（线圈与磁场相对静止） (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
电机的主要类别
电机的作用——转换能量，输入及输出 机械运动——传递机械功率
定子、转子、气隙
据能量转换分
▪ 发电机——将机械功率转换为电功率 ▪ 电动机——将电功率转换为机械功率 ▪ 变压（流、频、相位）器——将电功率转换为另一种形式的
电功率 ▪ 控制电机——电气机械系统中调节、放大和控制作用
磁路的基尔霍夫第二定律
– 沿着任一闭合回路，其总磁压等于总磁势
电机学 第一章 绪论
即 • 7. 磁路与电路的异同 • （1）同：绝大多数概念等价 • （2）异：a 电流是电荷的移动
磁通是假想的用于描述磁场的量 b 直流电流通过电阻消耗能量
恒定磁通通过磁阻不消耗能量
16
六、B－H曲线
• 1．磁化曲线 • 起始段：μ较小； • 线性区：μ（较大）近似为直线 • 饱和区：μ很小，H增大，B基本不变
Bg
Ag
1.25
Hg
Bg
0
0.994106
Fg H g Lg 5964
• 3．总体
所需的总磁势为
F＝FI + Fg = 6162(A) 线圈所需的励磁电流为
* 机：机械能，电机中与之相关的有转矩、 转速等。
9
一、磁场、磁感应强度
• 磁场：运动电荷（电流）周围存在的一种特殊物质 • 洛伦兹力：磁场中载流导体所受到的力 • 磁感应强度：描述磁场强弱的物理量 B
二、磁力线、磁通量（Φ）
1.磁力线
（ 1）定义：用假想存在的曲线来表示磁场的分布，
（ 2）性质： – “符合右手螺旋定则”； – “永不相交，确定点的B方向确定、唯一”； – “闭合、无起点、终点”。
• 2.磁路欧姆定律
* （1）部分磁路
• 电路：R＝U／I
• 磁路：
R.磁阻
Rm
l
S
F Rm rm
– 比较电阻：
R l
S
15
• 4．磁导
1 S
Rm
l
• 5．磁路第一定律（节点定律）
根据磁通的连续性原理，流入磁路节点的磁通的代数和等于0.
0
• 6．磁路第二定律（回路定律） Um Ik F
10
2.磁通（磁通量）：通过磁场某一面积的磁感应
磁通是假想的用于描述磁场的量 b 直流电流通过电阻消耗能量
恒定磁通通过磁阻不消耗能量
16
六、B－H曲线
• 1．磁化曲线 • 起始段：μ较小； • 线性区：μ（较大）近似为直线 • 饱和区：μ很小，H增大，B基本不变
Bg
Ag
1.25
Hg
Bg
0
0.994106
Fg H g Lg 5964
• 3．总体
所需的总磁势为
F＝FI + Fg = 6162(A) 线圈所需的励磁电流为
* 机：机械能，电机中与之相关的有转矩、 转速等。
9
一、磁场、磁感应强度
• 磁场：运动电荷（电流）周围存在的一种特殊物质 • 洛伦兹力：磁场中载流导体所受到的力 • 磁感应强度：描述磁场强弱的物理量 B
二、磁力线、磁通量（Φ）
1.磁力线
（ 1）定义：用假想存在的曲线来表示磁场的分布，
（ 2）性质： – “符合右手螺旋定则”； – “永不相交，确定点的B方向确定、唯一”； – “闭合、无起点、终点”。
• 2.磁路欧姆定律
* （1）部分磁路
• 电路：R＝U／I
• 磁路：
R.磁阻
Rm
l
S
F Rm rm
– 比较电阻：
R l
S
15
• 4．磁导
1 S
Rm
l
• 5．磁路第一定律（节点定律）
根据磁通的连续性原理，流入磁路节点的磁通的代数和等于0.
0
• 6．磁路第二定律（回路定律） Um Ik F
10
2.磁通（磁通量）：通过磁场某一面积的磁感应
电机学-绪论ppt课件
I1NIL
SN 82 .48 A 3*35
IphN IL8.248 A
I2N
SN 3U 2N
5002 07 .94 A 3 3*1.5 0
二次侧三角形连接中：
Ip2 hNIL 327 3 .943 15 .78A 3
.
3-2变压器一二次侧的电压电动势磁通方向如图（a）所示，一次
侧电压的波形如图（b）所示，试画出 e1,e2, ,u2 ，的 • •• • • 波形，并用相量图表示E1,E2,m,U1,U2 的关系（忽略喽阻抗 压降）
.
习题3-6：设 k 式的准确性：
N1 kN 2E1
为变压器的变比，试比较下列各
,kU1 ,kI2
E2
U2
I1
若某些是近似的，试说明其所忽略的因素和在什么条件 下方可使用？
解:第一个公式为准确的，第二、三个公 式为在不考虑漏磁抗压降（忽略励磁电 流）和绕组电阻的情况下成立。
.
3-9变压器的额定电压为220/110V,若不慎将低压侧接到220V的交流电源 上，试分析将产生什么样的后果？
.
解：
在忽略漏磁通抗压降的条件下，U• 1
•
E
1
•
并设U1Umsint()，则一次侧电动势
的波形与一次侧电压的波形相差一个负号（即上下颠倒）根据法拉第电磁感
应定律可知：
•
E1
N1
d dt
•
E 1 dt N1
1•
E 1 dt
N1
m sin(
t
) 2
即
•
1
比• E2
滞后90°，幅值为m
即F e木 所以铁心的自感系数较大。
木质材料的线圈自感系数不变，绕在闭合铁心上的 线圈自感系数是个变数，随铁磁材料的饱和而逐步 下降（此处默认线圈匝数，长短和横截面积不变）
1电机学- 绪论
电机学－绪论
0.2电机在国民经济中的作用
驱动生产机械和装备，构成电力拖动系统 拖动生产机械如金属切削、矿山机械、交通 运输机械、起重机械、化工机械、农用机械、 电动工具、家用电器等； 构成控制系统和智能化装置的重要元件
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
0.2电机在国民经济中的作用
电能的生产、传输和分配：
发电机：一次能源有水资源、煤石油等热能、风能、原子能、地热等 水利资源 水轮机 水轮发电机 煤、石油等热能 锅炉、汽轮机 汽轮发电机
变压器（电力系统中的变电所）
枢纽变电所、 中间变电所、地区变电所、终端变电所
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
n
Y C
变压器结构原理 图
X
n
A Z Y
A
C
Z B
B X
凸极同步发电机结 构原理图
笼形感应电动机结 构原理图
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
电机的定义
电机：依靠电磁感应作用而运行的电气设 备。用于机械能和电能、不同形式的电能 或者信号的传递与转换。
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
注意：
电机本身不是能源，而只是能量转换和传递的转换器 ；要从电机输出能量，必须先给电机输入能量，能量 转换或输送过程遵从能量守恒定律。 任何一种电机的输入、输出能量中至少有一方必须为 电能，或者双方都是电能。 电机是以电磁感应为基本作用原理来运行的，利用其 他原理（光电效应、热电效应、化学效应等）产生电 能的装置不包括在电机的范围内。
电机学1 绪论
式中各电流的符号由右手螺 旋定则确定。 旋定则确定。
对右图所示情况， 对右图所示情况，可得
∫ C H ⋅ dl = ∫ C ′ H ⋅ dl = ∑ i = i1 − i2 + i3
上页 目录 下页
0.4.2 基本电磁定律
i e
3.法拉第电磁感应定律 3.法拉第电磁感应定律
当电动势与磁链的参考方向满足右手 螺旋定则时， 螺旋定则时，电动势可表达为
用于独立系统中的发电机。 用于独立系统中的发电机。
上页 目录 下页
火力发电厂原理图
火力发电厂原理图
火力发电厂原理图
上页 目录 下页
变压器的用途
主要用于各级变电站中。 主要用于各级变电站中。 改变交流电能的电压， 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。 能的经济输送和合理分配。
上页 目录 下页
电机的新发展
与微电子技术、 计算机技术、 自动控制技术、 与微电子技术 、 计算机技术 、 自动控制技术 、 电 力电子技术和超导技术等的发展相结合。 力电子技术和超导技术等的发展相结合。 原材料性能和制造工艺水平的提高。 原材料性能和制造工艺水平的提高。
电力电子技术 永磁材料 蒸发冷却技术
上页 目录 下页
电动机的用途
有特殊要求的航空电机、船用电机和推进电机等。 有特殊要求的航空电机、船用电机和推进电机等。
航空和航海业 日常生活
电风扇、洗衣机、吸尘器、空调、电冰箱、微波 电风扇、洗衣机、吸尘器、空调、电冰箱、 播放机、 炉、DVD播放机、电动按摩器、电动工具等。 播放机 电动按摩器、电动工具等。
上页 目录 下页
0.2 电机的分类
性 质
任何一种电机的输入、 输出能量中， 任何一种电机的输入 、 输出能量中 ， 至少有一方 必须为电能，或者双方都是电能。 必须为电能，或者双方都是电能。 电机本身不是能源， 而只是转换或传递能量的机 电机本身不是能源 ， 械装置。 械装置。 要从电机输出能量， 必须先给电机输入能量， 要从电机输出能量 ， 必须先给电机输入能量 ， 其 能量转换或传递过程遵从能量守恒定律。 能量转换或传递过程遵从能量守恒定律。
对右图所示情况， 对右图所示情况，可得
∫ C H ⋅ dl = ∫ C ′ H ⋅ dl = ∑ i = i1 − i2 + i3
上页 目录 下页
0.4.2 基本电磁定律
i e
3.法拉第电磁感应定律 3.法拉第电磁感应定律
当电动势与磁链的参考方向满足右手 螺旋定则时， 螺旋定则时，电动势可表达为
用于独立系统中的发电机。 用于独立系统中的发电机。
上页 目录 下页
火力发电厂原理图
火力发电厂原理图
火力发电厂原理图
上页 目录 下页
变压器的用途
主要用于各级变电站中。 主要用于各级变电站中。 改变交流电能的电压， 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。 能的经济输送和合理分配。
上页 目录 下页
电机的新发展
与微电子技术、 计算机技术、 自动控制技术、 与微电子技术 、 计算机技术 、 自动控制技术 、 电 力电子技术和超导技术等的发展相结合。 力电子技术和超导技术等的发展相结合。 原材料性能和制造工艺水平的提高。 原材料性能和制造工艺水平的提高。
电力电子技术 永磁材料 蒸发冷却技术
上页 目录 下页
电动机的用途
有特殊要求的航空电机、船用电机和推进电机等。 有特殊要求的航空电机、船用电机和推进电机等。
航空和航海业 日常生活
电风扇、洗衣机、吸尘器、空调、电冰箱、微波 电风扇、洗衣机、吸尘器、空调、电冰箱、 播放机、 炉、DVD播放机、电动按摩器、电动工具等。 播放机 电动按摩器、电动工具等。
上页 目录 下页
0.2 电机的分类
性 质
任何一种电机的输入、 输出能量中， 任何一种电机的输入 、 输出能量中 ， 至少有一方 必须为电能，或者双方都是电能。 必须为电能，或者双方都是电能。 电机本身不是能源， 而只是转换或传递能量的机 电机本身不是能源 ， 械装置。 械装置。 要从电机输出能量， 必须先给电机输入能量， 要从电机输出能量 ， 必须先给电机输入能量 ， 其 能量转换或传递过程遵从能量守恒定律。 能量转换或传递过程遵从能量守恒定律。
上海电力学院 电机学精品课件 第1章 绪论
第一章 绪论
§1.1 概述
直流电动机
2007年5月18日星期五 8
第一章 绪论
§1.1 概述
1.1.3 电机的材料
电⇒电路⇒导电材料：铜、铝——线圈 材料 磁⇒磁路⇒导磁材料：硅钢、矽钢、钢、 铁——铁心材料
1.1.4 电机的地位和作用
电机在国民经济建设中起着重要的作 用,随着生产的发展和科学技术水平的提 高,它本身的内容也在不断的深化和更新。
真空μ=μ0=4π×10-7亨/米，为常数 铁磁材料： μ不为常数，与B有关，为μ0 的几百—几千倍
2007年5月18日星期五 12
§1.2电机中的基本电磁定律
第一章 绪论
磁化曲线
铁磁材料的特性： ①具有高的导磁性能； ②磁化曲线呈非线性 （饱和特性）.
B H
磁滞现象
HC—矫顽力 Br—剩余磁感应强度
1.1.2 电机的主要类型
电机
{
静止电机： 变压器等 直流电机 旋转电机： 同步电机 交流电机 异步电机
{
{
2007年5月18日星期五
4
第一章 绪论
§1.1 概述
2007年5月18日星期五
5
第一章 绪论
§1.1 概述
2007年5月18日星期五
6
第一章 绪论
§1.1 概述
永磁同步电动机
2007年5月18日星期五 7
2007年5月18日星期五
HC Br
Bm
13
§1.2电机中的基本电磁定律
第一章 绪论
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 φ（磁通） 韦伯 φ＝B*S Rm(磁阻) F(磁动势)
电机学-绪论
“发电机之父” 。
齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院
绪论
与此同时,西门子接着制造更好的发电机,并着手研 究由电动机驱动的车辆,于是西门子公司制成了世界
电车。
1879年,在柏林工业展览会上,西门子公司不冒烟的 电车赢得观众的一片喝彩。西门子电机车当时只有3 马力。 后来美国发明大王爱迪生试验的电机车已达12-15
齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院
绪论
1870年格拉姆(1826～1901)将T形电枢绕组改为环 形电枢绕组,发明了直流发电机,在设计上,直流发电 机和电动机很相似。 后来,格拉姆证明向直流发动机输入电流,其转子会 象电动机一样旋转。于是,这种格拉姆型电动机大量
制造出来。效率也不断提高。因此，格拉姆被誉为
整流子，将交流电变为直流
电。
图5 皮克西发明的永久磁 铁型旋转式交流发电机
齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院
绪论
1832年，俄籍德国人H.F.E. 楞次提出“电动机－发电机” 原理--楞次定律 证明 发电机 和电动机是 可 逆的 但 1870 年 以 前 ， 直 流 发 电
机与电动机一直独立发展着
齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院
齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院
绪论
1845年,英国惠斯通用电磁铁代替永久磁铁,并取 得专利权。这是增强发电机输出功率的一个重要措 施。 1857年,惠斯通发明自激电磁铁型发电机。
1866年,西门子的创始人维尔纳.冯.西门子制成直
流自激、并激式直流发电机。1867年在巴黎世界博 览会上展出第一批样机。西门子首次完成把机械能 转 换 成 为 电 能 的 发 明 ， 从 而 开 始 了 19 世 纪 晚 期 “ 强电 ”技术时代。
绪论
齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院
绪论
与此同时,西门子接着制造更好的发电机,并着手研 究由电动机驱动的车辆,于是西门子公司制成了世界
电车。
1879年,在柏林工业展览会上,西门子公司不冒烟的 电车赢得观众的一片喝彩。西门子电机车当时只有3 马力。 后来美国发明大王爱迪生试验的电机车已达12-15
齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院
绪论
1870年格拉姆(1826～1901)将T形电枢绕组改为环 形电枢绕组,发明了直流发电机,在设计上,直流发电 机和电动机很相似。 后来,格拉姆证明向直流发动机输入电流,其转子会 象电动机一样旋转。于是,这种格拉姆型电动机大量
制造出来。效率也不断提高。因此，格拉姆被誉为
整流子，将交流电变为直流
电。
图5 皮克西发明的永久磁 铁型旋转式交流发电机
齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院
绪论
1832年，俄籍德国人H.F.E. 楞次提出“电动机－发电机” 原理--楞次定律 证明 发电机 和电动机是 可 逆的 但 1870 年 以 前 ， 直 流 发 电
机与电动机一直独立发展着
齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院
齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院
绪论
1845年,英国惠斯通用电磁铁代替永久磁铁,并取 得专利权。这是增强发电机输出功率的一个重要措 施。 1857年,惠斯通发明自激电磁铁型发电机。
1866年,西门子的创始人维尔纳.冯.西门子制成直
流自激、并激式直流发电机。1867年在巴黎世界博 览会上展出第一批样机。西门子首次完成把机械能 转 换 成 为 电 能 的 发 明 ， 从 而 开 始 了 19 世 纪 晚 期 “ 强电 ”技术时代。
绪论
演示文稿(电机学绪论)
用 的于 立驱 式动 泵输 的送 电管 动道 机上
电 机 学 课 件
用于有轨电车牵引的电动机
双足行走机器人
电 机 学 课 件 用于榨汁机、搅拌机、切肉机及其它小家电等 防爆型三相异步电动机
电 机 学 课 件 管状电机 直线电机
盘式电机 平面运动电机
发电
电 机 学 课 件
上海电机厂的生产车间
发电
四、我国电机工业发展概况
电 机 学 课 件
解放后是电机发展的第一次飞跃，改革开放出现了第 二次大的飞跃。 目前我国已开发研制出125个系列，1000多个品种，几 千种规格的电机。 发展趋势：电子控制与电机学科的结合，形成机电一体 化产品；高效电机；专用电机；开展新原理、新结构、新材 料电机的研制工作。（超声波电机、超导电机、永磁电机 高速电机、开关磁阻电机等）
(3) 电能容易控制。
电机的用途
电 机 学 课 件
电机的用途很多，我们可以简单的将其分为三类： 作为动力——电动机
用于发电——发电机
用于输电——变压器
二、电机的主要类型
电 机 学 课 件 电机的分类方法很多，若按功能进行分类，可分为： 1、发电机； 2、电动机； 3、变压器； 4、控制电机 按运动形式分：
B＝H
为磁导率，决定于磁场所在点的材料特性，单位为
H/m。
电 机 学 课 件
根据材料的导磁性能，可将其分为铁磁材料和 非铁磁材料
非铁磁材料的磁导率可认为与真空的磁导率0相 同，为410-7H/m。
铁磁材料主要是铁、镍、钴以及它们的合金， 其磁导率是非铁磁材料磁导率的几十倍至数千 倍。由于材料的磁导率变化范围很大，常采用 相对磁导率r来表征材料的导磁性能，r为材料 的磁导率与真空磁导率的比值 r 0
电机学1绪论
B
H
基本磁化曲线 2. 磁滞回线 磁滞现象：B的变化总是滞后H的变化； H = 0 时，B的值 称为剩磁 。
三. 铁磁材料
B 软磁材料： 软磁材料：高， r 小，磁滞回线窄而长，如：铸钢、硅 钢、坡莫合金，制作电机铁心；
硬磁材料： 硬磁材料：不高， r大，磁滞回线宽而胖，制造永久磁铁； B 四. 磁滞损耗和涡流损耗 磁滞损耗： 1. 磁滞损耗：磁畴之间产生摩擦而产生的损耗。 2 ph = Kh fBmV 涡流损耗： 2. 涡流损耗：涡流与铁心电阻相作用产生的损耗。
2 pw = (π 2 f 2d 2 Bm )V /(6ρ)
式中
V = lhd 为钢片的体积。
2 pFe = f 2 Bmd 2 / Re
铁损： 3. 铁损：磁滞损耗+涡流损耗。
1.3
计算类型
磁路计算
给定磁通量φ，计算所需磁动势F 给定磁通量F，计算所需磁动势φ 计算步骤 分段（材料相同，截面积相等） 计算各段有效截面积和平均长度 求各段磁通密度 求各段磁场强度 求总磁动势 求所需电流或线圈匝数 查磁化曲线
第一章 磁
1.1 磁路的基本定律 1.2
路
常用铁磁性材料及其特性 磁路计算
1.3
1.1
磁路的基本定律
漏 磁 通
一. 磁路的概念 磁路： 磁路：磁通所通过的路径。见下图。 主磁通
变压器的磁路
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 主磁通： 通将在铁心内通过,这部分磁通称为主磁通。 漏磁通： 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。 主磁路：主磁通所通过的路径。 主磁路 漏磁路：漏磁通所通过的路径。 漏磁路 励磁线圈：用以激励磁路中磁通的载流线圈。 励磁线圈 励磁电流：励磁线圈中的电流 励磁电流 直流:直流磁路 例如:直流电机 交流:交流磁路 例如:变压器
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电机学
Electrical Machinery 潘伟
江苏大学电气信息工程学院
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电力变压器
电机学－绪论
发电站
电网
用户 用户1
发电机组 升压变
降压变 配电变
用户n 工业用电
电机学－绪论
n1
Y
C
变压器结构原理图n1YC来自AXA
X
Z
B
Z
B
同步发电机结构原理图
异步电动机结构原理图
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
0.1电机的分类 0.2电机在国民经济中的作用 0.3课程内容 0.4电机学课程性质 0.5学习方法、课程要求
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
0.1电机的分类
按结构特点和电源种类分：
静止电机 （变压器）
电机 旋转电机
直流电机 交流电机
直流发电机 直流电动机
同步发电机 同步电机
同步电动机 异步发电机 异步电机 异步电动机
注：直线电机与旋转电机类似，归入旋转电机
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
0.2电机在国民经济中的作用
电能的生产、传输和分配：
发电机：一次能源有水资源、煤石油等热能、风 能、原子能、地热等
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
电机的定义
n1
Y
C
A
X
Z
B
同步发电机结构原理图 School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
0.4电机学课程性质
定位： 十分重要的专业基础课
基础课
专业基础课
高等数学 大学物理
电路原理 电磁场 电机学
专业课 专业课
工程数学
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
i1
i2
e2
变压器结构原理图 School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
异步电动机结构原理图
A
A
Y
C
Y
C
Y
C
A
AX
AX
X
Z B
ZB C
BZ B
B C
t 0
t 120
电机学－绪论
0.2电机在国民经济中的作用
驱动生产机械和装备，构成电力拖动系统
拖动生产机械如金属切削、矿山机 械、交通运输机械、起重机械、化工机 械、农用机械、电动工具、家用电器等； 构成控制系统和智能化装置的重要 元件
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
0.3课程内容
第一篇 磁路 第二篇 变压器 第三篇 直流电机的稳态分析 第四篇 交流绕组及其电动势和磁动势 第五篇 感应（异步）电机的稳态分析 第六篇 同步电机的稳态分析
电机学－绪论
0.5 学习方法、课程要求
理论联系实际，重视科学实验和工程实践； 学会抓住主要矛盾，培养工程观点； 注意学习方法，重视培养能力； 重视实践活动，培养动手能力。
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
电机学
电力系统
电力工程基础 电力系统计算 电力系统自动化 电力系统微机保护与控制
智能电网技术
自动控制 数电、模电 计算机 PLC、DSP
电气传动
自动化和数字化
电力拖动基础 微特电机及系统 现代电机CAD技术 现代驱动技术与智能化 电力拖动自动控制系统
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
水利资源
水轮机 水轮发电机
煤、石油等热能 锅炉、汽轮机 汽轮发电机
变压器（电力系统中的变电所）
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
A
n1
Y
C
A
X
Z B
B C
异步电动机结构原理图 School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
0.1电机的分类
按能量转换或传递的功能和用途分：
发电机——机械能 电能
电机
电动机——电能 变压器——电能
机械能 电能（等频不等压）
控制电机——信号的传递和转换，用于自动控制系 统中，作为执行、检测、计算或转换元件
电机学－绪论
绪论－参考书
《电机学》胡敏强 黄学良等编著 中国电力出版社2014 《电机学习题解集》胡虔生编著 中国电力出版社2006 《电机学试题分析与习题》胡虔生编著 中国电力出版社2002
Electrical Machinery 潘伟
江苏大学电气信息工程学院
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电力变压器
电机学－绪论
发电站
电网
用户 用户1
发电机组 升压变
降压变 配电变
用户n 工业用电
电机学－绪论
n1
Y
C
变压器结构原理图n1YC来自AXA
X
Z
B
Z
B
同步发电机结构原理图
异步电动机结构原理图
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
0.1电机的分类 0.2电机在国民经济中的作用 0.3课程内容 0.4电机学课程性质 0.5学习方法、课程要求
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
0.1电机的分类
按结构特点和电源种类分：
静止电机 （变压器）
电机 旋转电机
直流电机 交流电机
直流发电机 直流电动机
同步发电机 同步电机
同步电动机 异步发电机 异步电机 异步电动机
注：直线电机与旋转电机类似，归入旋转电机
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
0.2电机在国民经济中的作用
电能的生产、传输和分配：
发电机：一次能源有水资源、煤石油等热能、风 能、原子能、地热等
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
电机的定义
n1
Y
C
A
X
Z
B
同步发电机结构原理图 School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
0.4电机学课程性质
定位： 十分重要的专业基础课
基础课
专业基础课
高等数学 大学物理
电路原理 电磁场 电机学
专业课 专业课
工程数学
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
i1
i2
e2
变压器结构原理图 School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
异步电动机结构原理图
A
A
Y
C
Y
C
Y
C
A
AX
AX
X
Z B
ZB C
BZ B
B C
t 0
t 120
电机学－绪论
0.2电机在国民经济中的作用
驱动生产机械和装备，构成电力拖动系统
拖动生产机械如金属切削、矿山机 械、交通运输机械、起重机械、化工机 械、农用机械、电动工具、家用电器等； 构成控制系统和智能化装置的重要 元件
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
0.3课程内容
第一篇 磁路 第二篇 变压器 第三篇 直流电机的稳态分析 第四篇 交流绕组及其电动势和磁动势 第五篇 感应（异步）电机的稳态分析 第六篇 同步电机的稳态分析
电机学－绪论
0.5 学习方法、课程要求
理论联系实际，重视科学实验和工程实践； 学会抓住主要矛盾，培养工程观点； 注意学习方法，重视培养能力； 重视实践活动，培养动手能力。
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
电机学
电力系统
电力工程基础 电力系统计算 电力系统自动化 电力系统微机保护与控制
智能电网技术
自动控制 数电、模电 计算机 PLC、DSP
电气传动
自动化和数字化
电力拖动基础 微特电机及系统 现代电机CAD技术 现代驱动技术与智能化 电力拖动自动控制系统
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
水利资源
水轮机 水轮发电机
煤、石油等热能 锅炉、汽轮机 汽轮发电机
变压器（电力系统中的变电所）
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
A
n1
Y
C
A
X
Z B
B C
异步电动机结构原理图 School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
0.1电机的分类
按能量转换或传递的功能和用途分：
发电机——机械能 电能
电机
电动机——电能 变压器——电能
机械能 电能（等频不等压）
控制电机——信号的传递和转换，用于自动控制系 统中，作为执行、检测、计算或转换元件
电机学－绪论
绪论－参考书
《电机学》胡敏强 黄学良等编著 中国电力出版社2014 《电机学习题解集》胡虔生编著 中国电力出版社2006 《电机学试题分析与习题》胡虔生编著 中国电力出版社2002