电机学入门教程
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2.并联磁路计算
将磁路分段，保证每段磁路的均匀性
计算每段磁路的截面积和等效长度
列出节点方程和电压方程求解
确定每段磁路磁密和磁场强度
计算磁动势
磁路基本定律及计算方法
计算实例
已知数据： A1 A2 6 104 m 2
A3 10 104 m2
l1 l 2 0.5m l 3 2 0.07m
电机的分类
发 电 机 电 电 动 机 变压器等
变 压 器 电
机
控制电机
机
直流电机 旋转电机 交流电机 同步电机 异步电机
电机的作用
发电机、变压器
电
电能的生产、传输和分配
电动机
驱动生产机械和装置
机
控制系统和智能化装置的重要元件
控制电机
电机中的基本电磁定律
1.全电流定律
H dl I
动
势
B
l Bn ( )d
x
e
e NvlBn ( x) Bn ( x b) NvlBn
v
电机中的基本电磁定律
3.电磁力定律
F dF i dl B
F Bli
B
i
f
Ts Fr Blir Ts Nlir(B1 B2 )
Tem Tcj MNBliD
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：
计算数据：
1.励磁磁动势F 2.励磁电流I
9.9 10-4 Wb
磁路基本定律及计算方法
将磁路分为铁心段和气隙段
电
机
学
第一章
1.电机的定义
导论
2.电机的分类及作用 3.电机中的基本电磁关系
4.电机中的铁磁材料特性
5.磁路基本定律及计算方法
6.电机的机电能量转换过程
电机的定义
泛指所有实施电能 生产、传输、使用 和电能特性变换的 机械或装置
什么是 电机？
电机：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
l
H dl ' H dl I I1 I 2 I 3 l
l
Fra Baidu bibliotek
电机中的基本电磁定律
2.电磁感应定律
d d e N dt dt
d dt dx t x e N Nv t x
变 压 器 电 动 势 运 动 电 动 势
Ni F m F l /( A) Rm
基尔霍夫第一定律
0
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 磁路 导磁率变化 磁势、磁通非线性
不存在饱和现象
有磁路饱和
磁路基本定律及计算方法
铁心磁路计算
是电机分析和设计过程中的一项重要工作
已知磁通确 定磁动势
10 10-4 m
3 10 104 Wb
F1 350A
求：励磁磁动势F2
磁路基本定律及计算方法
磁路分段
F2 Hl H 2 l 2 H 3 l 3 H
B3 B 3 / A3 1.0T
H 3 383A / m H B / 0 H 3 l 3 H 133.2A
电机中的基本电磁定律
变 压 器 电 动 势
Em N m E 2 2 2fN m 4.44fN m
m sint
e N m cost Em sin (t 90 )
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
x b
j 1 M
铁磁材料的特性
铁磁材料包括铁、钴、镍以及它们的合金 1.所有非导磁材料的磁导率 均为常数，接近真空磁导率 0 4 10 7 2.铁磁材料的磁导率远大于 非导磁材料的磁导率 3.铁磁材料的磁导率在较大 范围内变化，铁磁材料是非 线性的
1.铁磁材料的导磁率
B H
铁磁材料的特性
1.理想模型
Pe ei NBnlvi F NBn li Pmec Fv NBn lvi
F
i
Pmec Pe
电机中的机电能量转换过程
2.实际机电能量转换系统
发电机
电动机
电机中的机电能量转换过程
Wmec Wm pT We
电机中的机电能量转换过程
pT pcu pFe pmec
磁滞损耗： ph
K h fBmV
铁磁材料的特性
3.涡流与涡流损耗
K f d B V pw 12
2
2
2
2 m
铁磁材料的特性
4.交流铁心损耗
f 2 pFe p1 / 50 Bm 50
磁路基本定律及计算方法
欧姆定律 磁 路 基 本 定 律 基尔霍夫第二定律
F Ni Hl Rm
F1 Hl H 1l1 H 3 l 3 H
H 1 l1 F1 H 3 l 3 H
2 3 1 3.69 10 4 Wb
B2 2 / A2 0.615T H 2 185A / m
H 1 433.6A / m B1 1.052T
l 0.3m, A 9 10 4 m 2
-4 0. 3m 0.5 l 10 m , A 9 10 4 m 2
B /A 1.1T
铁心段的磁场强度，由磁化曲线查得：H Fe 493A / m
H B / 0 1.1 / 4 10 7 8.75 10 5 A / m
已知磁动势 确定磁通
电机和变压器设计属于前一类是我们学习的重点
磁路基本定律及计算方法
1.串联磁路计算
将磁路分段，保证每段磁路的均匀性
计算每段磁路的截面积和等效长度
根据给定磁通，确定每段磁路磁密
计算每段磁路的磁压降
由磁密确定每段磁路的磁场强度
由基尔霍夫第二定律计算磁动势
磁路基本定律及计算方法
计算实例
在外磁场的作用下，铁磁材料内部的磁筹重 新排列，使得内部磁效应不能抵消，因而在 宏观上对外显示磁性。
铁磁材料的特性
铁磁材料磁化过程
oa段：H较弱，B缓慢增加 ab段：H较强，B迅速增加 bc段：H继续加强，B增加 变慢（饱和段） c－段：H继续加强，B增 加缓慢（深度饱和段）
铁磁材料的特性
2.磁滞与磁滞损耗
1 B1 A1 6.312Wb
F2 H 2 l 2 H 3 l 3 H 225.7A
磁路基本定律及计算方法
3.交流磁路的特点
1.交流磁路存在磁滞损耗和涡流损耗 2.交流磁路中电压平衡关系中比直流 磁路多了感应电动势 3.交流磁路存在交流磁通，电流的波 形和相位问题
电机中的机电能量转换过程
(Wmec pmec ) (Wm pFe ) (We pcu )
电机中的机电能量转换过程
电磁转矩
电磁功率
电磁转矩和电磁功率在机电能量转换中起重要 用，而它们都是通过气隙磁场的作用而产生
电能的生产、传输和分配
返
回
驱动生产装置和机械
返
回
控制系统和智能化装置的重要元件
返
回
F H Fe l H 585.6A
I F/N 1.17A
磁路基本定律及计算方法
第二类问题求解：给定磁动势大小，求磁通和磁密 假定一个磁通值，计算出相应得磁动势，迭代完成
假定一个磁通φ’
计算出磁动势F’
重新假定φ’ N
| F F |
'
Y
'
磁路基本定律及计算方法
将磁路分段，保证每段磁路的均匀性
计算每段磁路的截面积和等效长度
列出节点方程和电压方程求解
确定每段磁路磁密和磁场强度
计算磁动势
磁路基本定律及计算方法
计算实例
已知数据： A1 A2 6 104 m 2
A3 10 104 m2
l1 l 2 0.5m l 3 2 0.07m
电机的分类
发 电 机 电 电 动 机 变压器等
变 压 器 电
机
控制电机
机
直流电机 旋转电机 交流电机 同步电机 异步电机
电机的作用
发电机、变压器
电
电能的生产、传输和分配
电动机
驱动生产机械和装置
机
控制系统和智能化装置的重要元件
控制电机
电机中的基本电磁定律
1.全电流定律
H dl I
动
势
B
l Bn ( )d
x
e
e NvlBn ( x) Bn ( x b) NvlBn
v
电机中的基本电磁定律
3.电磁力定律
F dF i dl B
F Bli
B
i
f
Ts Fr Blir Ts Nlir(B1 B2 )
Tem Tcj MNBliD
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：
计算数据：
1.励磁磁动势F 2.励磁电流I
9.9 10-4 Wb
磁路基本定律及计算方法
将磁路分为铁心段和气隙段
电
机
学
第一章
1.电机的定义
导论
2.电机的分类及作用 3.电机中的基本电磁关系
4.电机中的铁磁材料特性
5.磁路基本定律及计算方法
6.电机的机电能量转换过程
电机的定义
泛指所有实施电能 生产、传输、使用 和电能特性变换的 机械或装置
什么是 电机？
电机：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
l
H dl ' H dl I I1 I 2 I 3 l
l
Fra Baidu bibliotek
电机中的基本电磁定律
2.电磁感应定律
d d e N dt dt
d dt dx t x e N Nv t x
变 压 器 电 动 势 运 动 电 动 势
Ni F m F l /( A) Rm
基尔霍夫第一定律
0
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 磁路 导磁率变化 磁势、磁通非线性
不存在饱和现象
有磁路饱和
磁路基本定律及计算方法
铁心磁路计算
是电机分析和设计过程中的一项重要工作
已知磁通确 定磁动势
10 10-4 m
3 10 104 Wb
F1 350A
求：励磁磁动势F2
磁路基本定律及计算方法
磁路分段
F2 Hl H 2 l 2 H 3 l 3 H
B3 B 3 / A3 1.0T
H 3 383A / m H B / 0 H 3 l 3 H 133.2A
电机中的基本电磁定律
变 压 器 电 动 势
Em N m E 2 2 2fN m 4.44fN m
m sint
e N m cost Em sin (t 90 )
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
x b
j 1 M
铁磁材料的特性
铁磁材料包括铁、钴、镍以及它们的合金 1.所有非导磁材料的磁导率 均为常数，接近真空磁导率 0 4 10 7 2.铁磁材料的磁导率远大于 非导磁材料的磁导率 3.铁磁材料的磁导率在较大 范围内变化，铁磁材料是非 线性的
1.铁磁材料的导磁率
B H
铁磁材料的特性
1.理想模型
Pe ei NBnlvi F NBn li Pmec Fv NBn lvi
F
i
Pmec Pe
电机中的机电能量转换过程
2.实际机电能量转换系统
发电机
电动机
电机中的机电能量转换过程
Wmec Wm pT We
电机中的机电能量转换过程
pT pcu pFe pmec
磁滞损耗： ph
K h fBmV
铁磁材料的特性
3.涡流与涡流损耗
K f d B V pw 12
2
2
2
2 m
铁磁材料的特性
4.交流铁心损耗
f 2 pFe p1 / 50 Bm 50
磁路基本定律及计算方法
欧姆定律 磁 路 基 本 定 律 基尔霍夫第二定律
F Ni Hl Rm
F1 Hl H 1l1 H 3 l 3 H
H 1 l1 F1 H 3 l 3 H
2 3 1 3.69 10 4 Wb
B2 2 / A2 0.615T H 2 185A / m
H 1 433.6A / m B1 1.052T
l 0.3m, A 9 10 4 m 2
-4 0. 3m 0.5 l 10 m , A 9 10 4 m 2
B /A 1.1T
铁心段的磁场强度，由磁化曲线查得：H Fe 493A / m
H B / 0 1.1 / 4 10 7 8.75 10 5 A / m
已知磁动势 确定磁通
电机和变压器设计属于前一类是我们学习的重点
磁路基本定律及计算方法
1.串联磁路计算
将磁路分段，保证每段磁路的均匀性
计算每段磁路的截面积和等效长度
根据给定磁通，确定每段磁路磁密
计算每段磁路的磁压降
由磁密确定每段磁路的磁场强度
由基尔霍夫第二定律计算磁动势
磁路基本定律及计算方法
计算实例
在外磁场的作用下，铁磁材料内部的磁筹重 新排列，使得内部磁效应不能抵消，因而在 宏观上对外显示磁性。
铁磁材料的特性
铁磁材料磁化过程
oa段：H较弱，B缓慢增加 ab段：H较强，B迅速增加 bc段：H继续加强，B增加 变慢（饱和段） c－段：H继续加强，B增 加缓慢（深度饱和段）
铁磁材料的特性
2.磁滞与磁滞损耗
1 B1 A1 6.312Wb
F2 H 2 l 2 H 3 l 3 H 225.7A
磁路基本定律及计算方法
3.交流磁路的特点
1.交流磁路存在磁滞损耗和涡流损耗 2.交流磁路中电压平衡关系中比直流 磁路多了感应电动势 3.交流磁路存在交流磁通，电流的波 形和相位问题
电机中的机电能量转换过程
(Wmec pmec ) (Wm pFe ) (We pcu )
电机中的机电能量转换过程
电磁转矩
电磁功率
电磁转矩和电磁功率在机电能量转换中起重要 用，而它们都是通过气隙磁场的作用而产生
电能的生产、传输和分配
返
回
驱动生产装置和机械
返
回
控制系统和智能化装置的重要元件
返
回
F H Fe l H 585.6A
I F/N 1.17A
磁路基本定律及计算方法
第二类问题求解：给定磁动势大小，求磁通和磁密 假定一个磁通值，计算出相应得磁动势，迭代完成
假定一个磁通φ’
计算出磁动势F’
重新假定φ’ N
| F F |
'
Y
'
磁路基本定律及计算方法