电机学课件(华中科技大学出版社)学习PPT课件
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大学电机学PPT第一章
任一闭合磁路上磁动势的代数和恒等于磁压降的代数和。
回路①：H1l1+H3l3=N1i1 回路②：-H2l2-H3l3=-N2i2 回路③：H1l1-H2l2=N1i1-N2i2
Y.Q.Xiong 2010 《电机学》第1章 导论 24
磁路与电路的比较
磁路
磁通 Φ 磁动势 F 磁阻 Rm 磁压降 Hl 磁导 Λm 欧姆定律 Φ = F / Rm 基氏第一定律 ΣΦ=0 基氏第二定律 ΣF=ΣHl=ΣΦR
Y.Q.Xiong 2010
《电机学》第1章 导论
15
2. 铁磁材料的磁导率
材料的磁导率
=B／H
单位： H/m 真空中的磁导率 0 = 4π×10-7 H/m 非铁磁材料的磁导率 ≈ 0 为常数 铁磁材料磁导率（常用 Fe 表示）的特点 ① Fe>> 0 ② Fe为非常数，随B的变化而变化 ③ 存在磁饱和现象：当铁磁材料中的B达到一定的程度后， 随着H的增加，B的增加逐渐变慢，因此 Fe随着H的增加 而减小。
7
伺服驱动
Y.Q.Xiong 2010
《电机学》第1章 导论
8
倒视镜 电机 启动 电机
天窗电机
座椅调 整电机 散热风 扇电机 助力转 向电机
雨刷 电机
电机在日常生 活中的应用
Y.Q.Xiong 2010
《电机学》第1章 导论
9
4. 本课程的性质任务
课程性质：技术基础课。 课程内容：直流电机、变压器、交流电 机共同问题、异步电机、同步电机。 教材 ： 辜 承 林 等 ， 《电机学 》（ 第三 版），华中科技大学出版社，2010年。 参考书：《电机学（第三版）学习指导 与习 题 解 答 》， 华 中科技大学出版社 2010年。 学习方法 课程网站：
回路①：H1l1+H3l3=N1i1 回路②：-H2l2-H3l3=-N2i2 回路③：H1l1-H2l2=N1i1-N2i2
Y.Q.Xiong 2010 《电机学》第1章 导论 24
磁路与电路的比较
磁路
磁通 Φ 磁动势 F 磁阻 Rm 磁压降 Hl 磁导 Λm 欧姆定律 Φ = F / Rm 基氏第一定律 ΣΦ=0 基氏第二定律 ΣF=ΣHl=ΣΦR
Y.Q.Xiong 2010
《电机学》第1章 导论
15
2. 铁磁材料的磁导率
材料的磁导率
=B／H
单位： H/m 真空中的磁导率 0 = 4π×10-7 H/m 非铁磁材料的磁导率 ≈ 0 为常数 铁磁材料磁导率（常用 Fe 表示）的特点 ① Fe>> 0 ② Fe为非常数，随B的变化而变化 ③ 存在磁饱和现象：当铁磁材料中的B达到一定的程度后， 随着H的增加，B的增加逐渐变慢，因此 Fe随着H的增加 而减小。
7
伺服驱动
Y.Q.Xiong 2010
《电机学》第1章 导论
8
倒视镜 电机 启动 电机
天窗电机
座椅调 整电机 散热风 扇电机 助力转 向电机
雨刷 电机
电机在日常生 活中的应用
Y.Q.Xiong 2010
《电机学》第1章 导论
9
4. 本课程的性质任务
课程性质：技术基础课。 课程内容：直流电机、变压器、交流电 机共同问题、异步电机、同步电机。 教材 ： 辜 承 林 等 ， 《电机学 》（ 第三 版），华中科技大学出版社，2010年。 参考书：《电机学（第三版）学习指导 与习 题 解 答 》， 华 中科技大学出版社 2010年。 学习方法 课程网站：
电机学华中科大课件-Ch
带、机械臂等设备。
电动车
电动车的驱动系统主要由电机 、电池和控制单元组成，电机 是其中的核心部件。
风能发电
风力发电机中的发电机部分就 是一种特殊的电机，将风能转 化为电能。
家用电器
家用电器如洗衣机、电冰箱等 都使用电机作为驱动元件，实
现各种功能。
电机学的发展历程
早期发展
现代发展
电机学的发展可以追溯到19世纪初， 当时人们开始研究利用磁场和电流相 互作用产生力的原理，发明了各种类 型的电机。
03
如电机无法启动、转速异常、过热等，需要根据具体故障现象
排查原因并采取相应的处理措施。
04
CATALOGUE
交流电机
交流电机的基本原理
交流电机的基本工作原理
基于电磁感应原理，当电流在导线中变化时 ，会产生磁场，进而产生转矩使电机旋转。
交流电机的种类
分为异步电机和同步电机两大类，其中异步电机又 可以分为鼠笼式和绕线式两种。
风力发电机组中的发电机 是核心部件，随着技术的 进步，大型永磁风力发电 机组成为主流。
太阳能发电
太阳能光伏发电系统中， 电机通常用于驱动直流或 交流发电机，将太阳能转 化为电能。
新能源汽车
新能源汽车中的电机驱动 系统是关键技术之一，高 性能永磁同步电机成为主 流选择。
电机技术的未来展望
智能化控制
随着物联网、云计算等技术的发 展，电机将实现更加智能化的控 制和管理，提高能源利用效率和 系统稳定性。
随着科技的不断进步，电机学在20世 纪得到了快速发展。电力电子技术、 控制理论和计算机技术的进步为电机 的设计和控制提供了新的方法和手段 。
未来展望
随着环保和能源问题的日益突出，电 机学的发展将更加注重高效节能和可 再生能源的应用。新型电机的研发和 应用将更加广泛，如永磁同步电机、 开关磁阻电机等。同时，随着智能化 和互联网技术的发展，电机的智能化 和远程控制也将成为未来的发展趋势 。
电动车
电动车的驱动系统主要由电机 、电池和控制单元组成，电机 是其中的核心部件。
风能发电
风力发电机中的发电机部分就 是一种特殊的电机，将风能转 化为电能。
家用电器
家用电器如洗衣机、电冰箱等 都使用电机作为驱动元件，实
现各种功能。
电机学的发展历程
早期发展
现代发展
电机学的发展可以追溯到19世纪初， 当时人们开始研究利用磁场和电流相 互作用产生力的原理，发明了各种类 型的电机。
03
如电机无法启动、转速异常、过热等，需要根据具体故障现象
排查原因并采取相应的处理措施。
04
CATALOGUE
交流电机
交流电机的基本原理
交流电机的基本工作原理
基于电磁感应原理，当电流在导线中变化时 ，会产生磁场，进而产生转矩使电机旋转。
交流电机的种类
分为异步电机和同步电机两大类，其中异步电机又 可以分为鼠笼式和绕线式两种。
风力发电机组中的发电机 是核心部件，随着技术的 进步，大型永磁风力发电 机组成为主流。
太阳能发电
太阳能光伏发电系统中， 电机通常用于驱动直流或 交流发电机，将太阳能转 化为电能。
新能源汽车
新能源汽车中的电机驱动 系统是关键技术之一，高 性能永磁同步电机成为主 流选择。
电机技术的未来展望
智能化控制
随着物联网、云计算等技术的发 展，电机将实现更加智能化的控 制和管理，提高能源利用效率和 系统稳定性。
随着科技的不断进步，电机学在20世 纪得到了快速发展。电力电子技术、 控制理论和计算机技术的进步为电机 的设计和控制提供了新的方法和手段 。
未来展望
随着环保和能源问题的日益突出，电 机学的发展将更加注重高效节能和可 再生能源的应用。新型电机的研发和 应用将更加广泛，如永磁同步电机、 开关磁阻电机等。同时，随着智能化 和互联网技术的发展，电机的智能化 和远程控制也将成为未来的发展趋势 。
《电机学完整》课件
直流电机控制精度高，响应速度快，适用于需要精确控制速度的场合。
直流电机控制精度高，响应速度快，因此适用于需要精确控制速度的场合，如数控机床、机器人等。同时，直流电机也具有较好的过载能力和启动性能。
总结词
通过改变交流电机的输入电源频率、电压或相位，实现对交流电机启动、制动、调速的目的。
总结词
交流电机结构简单、价格便宜、维护方便，适用于大规模生产和应用。
交流电机是指输入交流电能，输出机械能的电机。
根据工作原理的不同，交流电机可以分为异步电机和同步电机两大类。
交流电机具有结构简单、维护方便、可靠性高等优点，因此在电力、冶金、化工等领域得到广泛应用。
电机的运行原理
直流电机的基本结构
01
直流电机由定子和转子组成，定子包括主磁极和励磁绕组，转子包括电枢绕组和换向器。
专业保养
可能是电源问题、电机内部故障或负载过大。需要检查电源、电机和负载情况，找出具体原因并解决。
启动困难
可能是电机过载、通风不良或润滑不足。需要检查电机的运行状态、通风情况以及润滑情况，找出具体原因并解决。
过热
可能是电机内部有故障、轴承损坏或机械不平衡作原理
02
当直流电流通过励磁绕组时，主磁极产生磁场；当电枢绕组中有电流通过时，受到磁场的作用而产生电磁转矩，从而使转子转动。
直流电机的调速与控制
03
通过改变输入到电枢绕组的电流大小或方向，可以调节直流电机的转速或转向。
交流电机分为异步电机和同步电机，异步电机主要由定子和转子组成，同步电机还包括励磁绕组和集电环。
详细描述
交流电机结构简单、价格便宜、维护方便，因此在大规模生产和应用中得到广泛应用。同时，交流电机也具有较高的效率和可靠性。
直流电机控制精度高，响应速度快，因此适用于需要精确控制速度的场合，如数控机床、机器人等。同时，直流电机也具有较好的过载能力和启动性能。
总结词
通过改变交流电机的输入电源频率、电压或相位，实现对交流电机启动、制动、调速的目的。
总结词
交流电机结构简单、价格便宜、维护方便，适用于大规模生产和应用。
交流电机是指输入交流电能，输出机械能的电机。
根据工作原理的不同，交流电机可以分为异步电机和同步电机两大类。
交流电机具有结构简单、维护方便、可靠性高等优点，因此在电力、冶金、化工等领域得到广泛应用。
电机的运行原理
直流电机的基本结构
01
直流电机由定子和转子组成，定子包括主磁极和励磁绕组，转子包括电枢绕组和换向器。
专业保养
可能是电源问题、电机内部故障或负载过大。需要检查电源、电机和负载情况，找出具体原因并解决。
启动困难
可能是电机过载、通风不良或润滑不足。需要检查电机的运行状态、通风情况以及润滑情况，找出具体原因并解决。
过热
可能是电机内部有故障、轴承损坏或机械不平衡作原理
02
当直流电流通过励磁绕组时，主磁极产生磁场；当电枢绕组中有电流通过时，受到磁场的作用而产生电磁转矩，从而使转子转动。
直流电机的调速与控制
03
通过改变输入到电枢绕组的电流大小或方向，可以调节直流电机的转速或转向。
交流电机分为异步电机和同步电机，异步电机主要由定子和转子组成，同步电机还包括励磁绕组和集电环。
详细描述
交流电机结构简单、价格便宜、维护方便，因此在大规模生产和应用中得到广泛应用。同时，交流电机也具有较高的效率和可靠性。
电机学学习课件教学课件PPT直流电动机
Electrical Machinery
一、基本方程式
（1）电流方程 （2）电势平衡式
I I f Ia
U
I
Te,n
If Ia
Ea Ra
Rf
电枢回路： U Ea Ia (Ra R )
励磁回路：
U I f Rf
U > Ea
重要的转速公式
n U Ia (Ra R ) Ce
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
人为特性的几点补充
（1）考虑电枢反应时，会使机械特性上翘。影响稳定 性。通过补偿绕组改善。
（2）机械特性的确定。特殊点（n0，0），（nN，TN)
（3）通过电机的数据铭牌估算机械特性
n0
UN Ce N
,
Ce N
EaN nN
UN
I N Ra nN
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Te CT
Ra
n
U Ce
Ra CeCT 2
Te
n
可得
Ra CeCT 2
机械特性是稍下降的直线， 计及饱和， 成为水平或上翘。
Te
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
硬特性:从并励电动机转速随所需电磁转矩的增加而 稍有变化。
Electrical Machinery
电枢回路串电阻的人为机械特性
电枢串电阻人为特性的特点： （1）理想空载转速n0与固有机械特性的n0相同；
一、基本方程式
（1）电流方程 （2）电势平衡式
I I f Ia
U
I
Te,n
If Ia
Ea Ra
Rf
电枢回路： U Ea Ia (Ra R )
励磁回路：
U I f Rf
U > Ea
重要的转速公式
n U Ia (Ra R ) Ce
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
人为特性的几点补充
（1）考虑电枢反应时，会使机械特性上翘。影响稳定 性。通过补偿绕组改善。
（2）机械特性的确定。特殊点（n0，0），（nN，TN)
（3）通过电机的数据铭牌估算机械特性
n0
UN Ce N
,
Ce N
EaN nN
UN
I N Ra nN
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Te CT
Ra
n
U Ce
Ra CeCT 2
Te
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可得
Ra CeCT 2
机械特性是稍下降的直线， 计及饱和， 成为水平或上翘。
Te
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
硬特性:从并励电动机转速随所需电磁转矩的增加而 稍有变化。
Electrical Machinery
电枢回路串电阻的人为机械特性
电枢串电阻人为特性的特点： （1）理想空载转速n0与固有机械特性的n0相同；
电机学华中科大课件Ch42课件
y1
π) 2
2( NcEc1)k y1
Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章 交流绕组的基本理论——电动势
4
3. 线圈组电动势与分布系数
sin q1
Eq1
qE y1
q sin
2
1
qEy1kq1
2
分布系
数
sin q1
kq1
q sin
2
1
2
★ kq1≤1 ★ 对于集中绕组（q=1）
kq1=1
(星形联接)
(三角形联接)
③ 采用短距绕组
采用节距
y1
可以消除次谐波
④ 采用分布绕组
例如：当q＝6时，kq1=0.9561， kq3=0.6440，kq5=0.1927。
Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章 交流绕组的基本理论——电动势
12
Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章 交流绕组的基本理论——电动势
5
4. 相电动势与绕组系数
✓ 相电动势等于并联支路的支路电动势。
✓ 每条支路所串联的各线圈组的电动势都是同大小、同相 位，可以直接相加。
✓ 对于单层绕组，每相有p个线圈组，每条支路有p/a个线 圈组；对于双层绕组，每相有2p个线圈组，每条支路有 2p/a个线圈组。
✓ 基波相电动势有效值Eφ1为
E1
p a
Eq1
4.44
f
2p a
Eq1
4.44
f
pqNc a
k y1kq1Φ1
2
pqNc a
k y1kq1Φ1
(单层绕组) (双层绕组)
Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章 交流绕组的基本理论——电动势
《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
华中科技大学电机学课件
（3） （4） （5） （6） （7）
第3章 变压器 19
e1 = − N1
dφ dt
e2 / e1 = N 2 / N1
φ1σ = f 0 Λ1σ = i0 N1Λ1σ
φ = i0 N1Λ m
数学模型转化成 电路模型 数学模型转化成电路模型
分析：要将基本方程式组，转化为电路模型，面临的关键问题是将“场量”用电路元 Φ1σ ， Φ 消去。 件的形式表示出来，即将
Φ1σ 的转化： 1、
φ1σ = f 0 Λ1σ = i0 N1Λ1σ
dφ1σ dt di di e1σ = − N12 Λ1σ 0 = − L1σ 0 dt dt e1σ = − N1
（6） （3） （3'）
L1σ @ N 12 Λ 1σ ( 一 次 侧 漏 电 感 ） （6'）
对正弦交流电路
& = − jω L I& = − jX I& E 1σ 1σ 0 1σ 0
I 2 Nφ =
U 2 Nφ = U 2 N = 6.3 kV
注意：分析模型中，参数均为相值，但已知的额定值均为线值， 做题时要注意转换。
第3章 变压器 12
3.2 变压器的空载运行
1. 空载运行时的物理情况
定 定义 义：变压器的一次绕组 ：变压器的一次绕组AX AX接在 接在电 电源上 源上、二次绕组 、二次绕组ax ax开 开路， 路，此 此运行 运行状态 状态称 称 为空载运行 为空载运行。 。
& = − jω L I & & E 1σ 1σ 0 = − jX 1σ I 0 X 1 σ＝ ω L1 σ = 2 π fL 1 σ 一次绕组漏电抗
n 一次绕组漏电感和漏电抗与铁心饱和程度无关，为常数。
《电机学》(华中科技大学出版社) 第三章 变压器ppt
长沙理工大学电气工程学院
3.1 分类、基本结构、额定值 分类、基本结构、
1. 变压器的分类 • • • • • • 变压器可以按用途、绕组数目、相数、 变压器可以按用途、绕组数目、相数、冷却方式 分别进行分类。 分别进行分类。 按用途分类：电力变压器、互感器、特殊用途变压器 电力变压器、互感器、 按绕组数目分类：双绕组变压器、三绕组变压器、自 双绕组变压器、三绕组变压器、 耦变压器； 耦变压器； 按相数分类：单相变压器、三相变压器； 单相变压器、三相变压器； 按铁心结构形式分：窗式和壳式； 按铁心结构形式分：窗式和壳式； 按冷却方式分类：以空气为冷却介质的干式变压器、 以空气为冷却介质的干式变压器、 以油为冷却介质的油浸变压器。 以油为冷却介质的油浸变压器。
长沙理工大学电气工程学院
空载电流
(1) 空载电流的波形 电网电压为正弦波， 电网电压为正弦波， 铁心中主磁通亦为正弦波。 铁心中主磁通亦为正弦波。 若铁心不饱和 ），空载电流 （Bm<1.3T），空载电流 ）， i0也是正弦波。而对于电 也是正弦波。 力变压器， 力变压器，Bm=1.4T～ ～ 1.73T，铁心都是饱和的。 ，铁心都是饱和的。 由图可知，励磁电流呈尖 由图可知， 顶波，除基波外，还有较 顶波，除基波外， 强的三次谐波和其它高次 谐波。 谐波。
长沙理工大学电气工程学院
变压器的额定值
3. 变压器的额定值
额定值是选用变压器的依据，主要有： 额定值是选用变压器的依据，主要有： (1)额定容量 N：是变压器的视在功率。由于变压器 额定容量S 是变压器的视在功率。 额定容量 效率高，设计规定一次侧、二次侧额定容量相等。 效率高，设计规定一次侧、二次侧额定容量相等。 (2)一次侧、二次侧额定电压U1N、U2N。二次侧额定电 一次侧、二次侧额定电压 一次侧 是当变压器一次侧外加额定电压U 压U2N是当变压器一次侧外加额定电压 1N时二次侧的空 载电压。对于三相变压器，额定电压指线电压。 载电压。对于三相变压器，额定电压指线电压。 (3)一次侧、二次侧额定额定电流I1N、I2N。对于三相 一次侧、二次侧额定额定电流 一次侧 变压器，额定电流指线电流。 变压器，额定电流指线电流。
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。
华中科技大学 电机学 第六章 同步电机 ppt
求解方法：先求合成磁势（折算到励磁磁势） F Ff 1 Fa ，
E ( E0 Ea )
再利用空载特性（磁化曲线）求 E
电气工程与自动化学院
25
四、凸极同步发电机的负载运行
1.不计饱和
电气工程与自动化学院
26
与隐极同步电机相似，可以得到一相等效电路为：
?dddffi?i?fi?ffddde?f??e?e电气工程与自动化学院28daqaee?e?e?e?e?u?ir???电动势平衡方程式adfdff1f磁动势平衡方程式adaqqfi??i?aqaqe??e??63同步电机的基本运行特性?空载特性?短路特性?零功率因数负载特性电气工程与自动化学院29?同步发电机稳态参数的计算与测定方法?外特性及电压调整率?xdxq的低转差测试法一空载特性ia0nnn时u0fif曲线fifi相似相似和和电气工程与自动化学院300f二短路特性nnnu0三相稳态短路时短路电流ik与与励磁电流if的关系ikfif电气工程与自动化学院31fadfaifeifff?fad?iifi即ikfif是直线三零功率因数负载特性负载特性ufif
2）原理：在If＝0时，E0=0
Ra≈0
电枢磁场轴线与 Iq＝0, Id＝ I 转子直轴重合
n≠n1
电枢磁场轴线与 转子交轴重合 Id＝0, Iq＝ I
不同时刻，Xd > Xq,
Id < Iq
因为此时外加电压U 很小，磁路不饱和， 此法测得的Xd、Xq为不饱和值。
电气工程与自动化学院
38
6.4 同步发电机的并联运行
而定子绕组开路时的运行工况。
电气工程与自动化学院
12
1. 空载感应电动势的大小与频率
华中科技大学-电机学--第二章-直流电机-PPT课件
y Zi 1 15 1 7 p2
y2 y y1 7 3 4
电气工程与自动化学院
✓ 单波绕组：所有处于同极性下的元件串联起来构成一条支路
电气工程与自动化学院
22
✓ 并联支路数等于2，并联支路对数a=1 ✓ 电刷放置位置
电气工程与自动化学院
23
小结
➢ 直流电机电枢绕组是无头无尾的闭合绕组。 ➢ 直流电机电枢绕组至少有2条并联支路。
用0表示。
✓ 漏磁通：经主极间的空气或定子磁轭闭合。 不穿过气隙； 不参与机电能量交换；
用表示。 ✓ 总磁通：为主磁通与漏磁通之和，用m表示。
电气工程与自动化学院
2.3.2 直流电机的空载磁场
➢ 磁通间的关系
Φm
Φ0
Φσ
Φ0
பைடு நூலகம்
1
Φσ Φ0
➢电枢绕组中的电流产生的磁场。 ➢主磁极的中心线称为直轴，相邻N极 和S极的分界线称为交轴。 ➢一般情况下，直流电机电枢磁场方向 总是对准交轴，称为交轴电枢反应。
电气工程与自动化学院
电刷位于几何中性线上
电气工程与自动化学院
34
电刷偏离几何中性线
交轴电枢磁动势
τ
Faq
A( 2
bβ )
直轴电枢磁动势 Fad Abβ
2.4.1 基本方程
2、功率平衡方程
电磁功率：电枢绕组感应电动势E与电枢电流Ia的乘积
Pem EIa
Pem
pNa 60a
ΦnIa
pNa 2πa
ΦIa
π 30 n TemΩ
Pem
UI
电机学(自学完整版)课件
18十月2023
《电机学》 第一章 导论
20
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 25MVA 100MVA 150MVA
1956水 肉冷 1960 目前
208VA 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 应用范围扩大
18十月2023
14
《电机学》 第一章 导 论
发电
·我国老牌电机厂：
哈尔滨电机厂 上海电机厂
·四川：
德阳东方电机厂
上海电机厂的生产车间
18十月2023
《电机学》 第一章 导
15
论
发电
18十月2023
《电机学》 第一章 导论
16
动力
应用于洗衣机
用于有轨电车牵引的电动机 18十月2023
《电机学》 第一章 导论
39
※ 铁修材料具有的特点
它的磁化曲线具有饱和性，磁导率μpe不是常数，且随H 的变化而变化。
L. μ 变化 2. 总体非线性 3. 存在饱和特性
个= μ
18十月2023
《电机学》 第一章 导论
40
B=f(H)
B
C
b
μre =f(H)
a
B=₀H H
图1-6 铁磁材料的磁化曲线 (p16)
18十月2023
若线圈不动，穿过线圈的磁通随时间变化，则线圈中感应 的电动势——变压器电势
中=中m sin wt
感应电动势有效值：
18十月2023
28
《电机学》 第一章 导 论
华中科技大学版【电机学】(第三版)电子讲稿【第二章】
第二章：变压器主要内容：变压器的工作原理，运行特性，基本方程式等效电路相量土，变压器的并联运行及三相变压器的特有问题。
2-1变压器的工作原理本节以普通双绕组变压器为例介绍变压器的工作原理，基本结构和额定值。
一、 基本结构变压器的主要部件是铁心和绕组，它们构成了变压器的器身。
除此之外，还有放置器身的盛有变压器油的油箱、绝缘套管、分接开关、安全气道等部件。
主要介绍铁心和绕组的结构。
1、铁心变压器的铁心既是磁路，也是套装绕组的骨架。
铁心分：心柱：心柱上套装有绕组。
铁轭：形成闭合磁路为了减少铁心损耗，通常采用含硅量较高，厚度为0.33mm 表面涂有绝缘漆的硅钢片叠装而成。
铁心结构的基本形式分心式和壳式两种心式：铁轭靠着绕组的顶面和底面。
而不包围绕组侧面，见图2-2特结构较为简单，绕组的装配及绝缘也较为容易，所以国产变压器大多采用心式结构。
（电力变压器常采用的结构）壳式：铁轭不仅包围顶面和底面，也包围绕组的侧面。
见图2-3，这种结构机械强度较好，但制造工艺复杂，用材料较多。
铁心的叠装分为对接和叠接两种对接：将心柱和铁轭分别叠装和夹紧，然后再把它们拼在一起。
工艺简单。
迭接：把心柱和铁轭一层一层的交错重叠，工艺复杂。
由于叠接式铁心使叠片接缝错开，减小接缝处的气隙，从而减小了励磁电流，同时这种结构夹紧装置简单经济可靠性高，多采用叠接式。
缺点：工艺上费时2、绕组绕组是变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成。
接入电能的一端称为原绕组（或一次绕组）输出电能的一端称为付绕组（或二次绕组）一、二次绕组中电压高的一端称高电压绕组，低的一端称低电压绕组高压绕组匝数多，导线细；低压绕组匝数少，导线粗。
因为不计铁心的损耗，根据能量的守恒原理S I U I U ==2211 （s 原付绕组的视在功率）电压高的一端电流小所以导线细从高低压绕组的相对位置来看，变压器绕组可以分为同心式和交叠式两类同心式：高低压绕组同心的套在铁心柱上。
华中科技永磁同步电机课件
pqNc
N
2
a pqNc
a
kN1 k ky1 q1
(单层绕组) (双层绕组)
绕组系数
相绕组串联匝数
相电动势统一计算式
E14.44 fNN1Φ k1
电压方程
六、稳态电磁关系
向量图
电磁功率
无功调节和V形曲线
七、动态数学模型
Ω
八、永磁同步电机的矢量控制
4. 矢量控制思想的引入
S f Sf
KFS FR sin s KF f FR sin f
Ff
若能使电机定、转子磁势的夹角在任何时候都保持同一个值，那么只要定 子电流恒定，其力矩也就不再脉动。控制效果将更好。
因此，根据定子磁势的位置是由转子位置所决定的特点，使其与转子的磁极
3N3 2Iej(t90o)ar
p
可见，上式的右边是一个与 空间旋转磁势类似的空间旋转电 流，我们把这个空间旋转电流称 之为综合电流矢量，并记作为 ：
3N
两边同除以
3
，即可得
p
2 3(iaa r ib b ricc r)2 Iej(t 9 0 o)a r
ir 2 3 (ia a r ib b r ic c r)2 3 (ira irb irc)
绕组有效匝数相等条件下变换关系
设不同绕组形式的电机其每相绕组有效匝数相等，那么若磁势相等，磁势除 以相同的匝数，则其综合电流矢量也就相等。
因此就可以用综合电流矢量来作为坐标变换的中间桥梁。
1．静止的a、b、c系统（3s）与静止的系统 、 、0 系统（2s）的变换
在a、b、c系统中，有
i r 2 3 ( ia a r i b b r i c c r ) 2 3 ( ia i b e j1 2 0 o ic e j2 4 0 o ) a r
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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
将磁路分为铁心段和气隙段
l 0.3m, A 9 104 m 2
0.5l10.-43mm, A 9 104 m 2 B /A 1.1T
计算出磁动势F’
| F F ' |
Y
'
重新假定φ’ N
磁路基本定律及计算方法
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
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 idl B
F Bli
Ts Fr Blir Ts Nlir(B1 B2 )
M
Tem Tcj MNBliD j1
铁磁材料的特性
铁磁材料包括铁、钴、镍以及它们的合金
0
磁路的基尔霍夫第二定律
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。
H dl N1i1 F1 H1l1 H3l3
H1
B1
/
1
1
1 A1
H3
B3
/ 3
3
3 A3
F1
1l1
1 A1
3l3
3 A3
1Rm1
3Rm3
Rm1
l1
1 A1
Rm3
l3
3 A3
F1 F2 N1i1 N2i2 H1l1 H 2l2 1Rm1 2Rm2
1.铁磁材料的导磁率
B
H
1.所有非导磁材料的磁导率 均为常数，接近真空磁导率
2.铁磁0 材 4料 的 1磁0导7 H率/m 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
铁磁材料的特性
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。
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 由磁密确定每段磁路的磁场强度
计算每段磁路的磁压降 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
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：
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 8.75 105 A / m
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’
发电机、变压器
电能的生产、传输和分配 电
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
l H dl I
H dl
l
l' H dl
I I1 I2 I3
电机中的基本电磁定律
2.电磁感应定律
e d N d
dt
dt
d dt dx t x
e N Nv
t
x
变 压 器 电 动 势
运 动 电 动 势
电机中的基本电磁定律
msint
变 压
e Nmcost Emsin(t 90 )
器
电
动
势
E Em Nm
2
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
f 2d 2 Bm2V
12
铁磁材料的特性
4.交流铁心损耗
pFe
p1
/
50
f 50
Bm2
公式中各量纲见P20
磁路基本定律及计算方法
欧姆定律磁Fra bibliotekNil /(A)
F Rm
mF
路
基
基尔霍夫第一定律
本
0
定
律 基尔霍夫第二定律
F Ni Hl Rm
磁路的欧姆定律
H dl Hl Ni
基尔霍夫第二定律ΣU＝Σe
欧姆定律I＝U/R
磁路 磁通Φ 磁动势F 磁压降ΦRm 磁阻Rm 磁导Λm=1/Rm 基尔霍夫第一定律ΣΦ＝0
基尔霍夫第二定律ΣHl＝ΣNI
欧姆定律Φ＝Um/Rm
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
已知磁动势 确定磁通
电机的分类
电机
静止的电气设备——变压器
直流电机
直流发电机 直流电动机
旋转电机 交流电机
同步电机 异步电机
同步发电机 同步电动机
异步发电机 异步电动机
电机类型
使用中的变压器
电动机
汽轮发电机组
水轮发电机
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
电机的作用
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
磁路和电路的比拟仅是一种数学形式上的 类似、而不是物理本质的相似。
电路 电流I 电动势E 电压降IE 电阻R 电导g＝1/R 基尔霍夫第一定律Σi＝0
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
磁滞损耗： ph K h fBmV
P18~19
铁磁材料的特性
3.涡流与涡流损耗
pw
K2
电机学
.
第一章 导论
1.电机的定义 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 7. 总结
电机的定义
什么是 电机？
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
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
H B/ B/ A
Ni
l /(A)
F Rm
mF
i
磁阻
Rm
l
A
N
A
磁导
m
1 Rm
A
l
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。
A
2
i
N
1
1 2 3
3 1 2 3 0
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
将磁路分为铁心段和气隙段
l 0.3m, A 9 104 m 2
0.5l10.-43mm, A 9 104 m 2 B /A 1.1T
计算出磁动势F’
| F F ' |
Y
'
重新假定φ’ N
磁路基本定律及计算方法
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
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 idl B
F Bli
Ts Fr Blir Ts Nlir(B1 B2 )
M
Tem Tcj MNBliD j1
铁磁材料的特性
铁磁材料包括铁、钴、镍以及它们的合金
0
磁路的基尔霍夫第二定律
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。
H dl N1i1 F1 H1l1 H3l3
H1
B1
/
1
1
1 A1
H3
B3
/ 3
3
3 A3
F1
1l1
1 A1
3l3
3 A3
1Rm1
3Rm3
Rm1
l1
1 A1
Rm3
l3
3 A3
F1 F2 N1i1 N2i2 H1l1 H 2l2 1Rm1 2Rm2
1.铁磁材料的导磁率
B
H
1.所有非导磁材料的磁导率 均为常数，接近真空磁导率
2.铁磁0 材 4料 的 1磁0导7 H率/m 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
铁磁材料的特性
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。
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 由磁密确定每段磁路的磁场强度
计算每段磁路的磁压降 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
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：
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 8.75 105 A / m
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’
发电机、变压器
电能的生产、传输和分配 电
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
l H dl I
H dl
l
l' H dl
I I1 I2 I3
电机中的基本电磁定律
2.电磁感应定律
e d N d
dt
dt
d dt dx t x
e N Nv
t
x
变 压 器 电 动 势
运 动 电 动 势
电机中的基本电磁定律
msint
变 压
e Nmcost Emsin(t 90 )
器
电
动
势
E Em Nm
2
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
f 2d 2 Bm2V
12
铁磁材料的特性
4.交流铁心损耗
pFe
p1
/
50
f 50
Bm2
公式中各量纲见P20
磁路基本定律及计算方法
欧姆定律磁Fra bibliotekNil /(A)
F Rm
mF
路
基
基尔霍夫第一定律
本
0
定
律 基尔霍夫第二定律
F Ni Hl Rm
磁路的欧姆定律
H dl Hl Ni
基尔霍夫第二定律ΣU＝Σe
欧姆定律I＝U/R
磁路 磁通Φ 磁动势F 磁压降ΦRm 磁阻Rm 磁导Λm=1/Rm 基尔霍夫第一定律ΣΦ＝0
基尔霍夫第二定律ΣHl＝ΣNI
欧姆定律Φ＝Um/Rm
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
已知磁动势 确定磁通
电机的分类
电机
静止的电气设备——变压器
直流电机
直流发电机 直流电动机
旋转电机 交流电机
同步电机 异步电机
同步发电机 同步电动机
异步发电机 异步电动机
电机类型
使用中的变压器
电动机
汽轮发电机组
水轮发电机
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
电机的作用
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
磁路和电路的比拟仅是一种数学形式上的 类似、而不是物理本质的相似。
电路 电流I 电动势E 电压降IE 电阻R 电导g＝1/R 基尔霍夫第一定律Σi＝0
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
磁滞损耗： ph K h fBmV
P18~19
铁磁材料的特性
3.涡流与涡流损耗
pw
K2
电机学
.
第一章 导论
1.电机的定义 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 7. 总结
电机的定义
什么是 电机？
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
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
H B/ B/ A
Ni
l /(A)
F Rm
mF
i
磁阻
Rm
l
A
N
A
磁导
m
1 Rm
A
l
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。
A
2
i
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1
1 2 3
3 1 2 3 0