第1章 电机的基本原理

(3)磁动势和安培环路定律
• 磁场强度沿一路径l的线积分定义为该路径上的磁压降，
也称为磁压，用符号U表示，单位为A，即
U Hdl
l

• 磁场强度沿任一闭合路径的线k 积分等于该路径所包围的
电流的代数和，即 Hdl l
Ii
i 1

称为安培环路定律
电流的正方向与积分路径的方向 之间符合右手螺旋关系。
到电磁力作用，电磁F力的B大il小可表示为
电磁力F的单位为N。
电磁力的方向可用左手定则确定。
将左手伸开，使磁力线
指向手心，拇指在手掌
平面中与其它四指成
90角，其它四指指向 电流的方向，则拇指
图1-5 左手定则
所指方向就是电磁力的方向。
• 在旋转电机中，假设载流导体位于转子上，则其所受的
正电流，则感应电动势可表示为

e d
dt
单位为V。上式称为电磁感应定律。
• 若磁场由交流电流产生，则磁通随
时间变化，所产生的电动势称为变压器
电动势。 • 若通过线圈的磁通不随时间变
图1-3 电流、磁通和 电动势的正方向
化，但线圈与磁场之间有相对运动，也
会引起线圈磁链的变化，所产生的电动势

N
• 当线圈中的磁链发生变化时，线圈中将产生电动势，称 为感应电动势。
• 感应电动势的大小与磁链的变化率成正比
• 感应电动势的方向倾向于产生一电流，若该电流能流通， 所产生的磁场将阻止线圈磁链的变化。
• 若电动势、电流和磁通的正方向如图1-3所示，即电流
正方向与磁通正方向符合右手螺旋关系，正电动势产生
感应电机——作为电动机运行时，速度总低于同步速； 作为发电机运行时，速度大于同步速
交流换向器电机——速度可以从同步速度以下调至同
2 磁场与磁路
2.1与磁场有关的基本概念
(1)磁感应强度、磁场强度和磁导率
• 磁场是由电流(运动电荷)或永磁体在其周围空间产生的 一种特殊形态的物质，可用磁感应强度和磁场强度来表 征其大小和方向。
电机的种类多种多样，一般有以下几种分类方式：
• 按照能量转换方式分
电动机——将电能转换为机械能 发电机——将机械能转换为电能 电能转换装置——将一种形式的电能转换为另一种形
式的电能，包括变压器(输入和输出的电压不同)、变频 机(输入和输出的频率不同)、变流机(输入和输入的波形 不同，将直流变为交流)和移相器(输入和输出的相位不 同)。 控制电机——不以功率转换为主要职能，在电气、机 械系统中起调节、放大和控制作用。
(1)磁路
• 所谓磁路，就是磁通流过的路径。
• 磁路的基本组成部分是磁动势源和磁通流过的物体，磁 动势源为永磁体或通电线圈。
• 由于铁磁材料的导磁性能远优于空气，绝大部分磁通在 铁磁材料内部流通。
运动电动势的大小可用另一种形式表示
e Blv
l 为导体在磁场中的长度，m； v 为导体与磁场之间的运动速度，
m/s；
e的单位为V。
三者之间互相垂直， 电动势的方向用右手定则确定
图1-4 右手定则
(5)电磁力与电磁转矩
• 若将一导体置于磁场中，导体中通以电流i，则其将受
第1章 电机的基本原理
1.2电机的基本构成和分类 电机是基于电磁感应定律实现能量转换的装置。 要实现能量转换，必须 • 有一个闭合磁路产生磁场，磁场与两个或两个以上的电
路耦合。 • 电机中的能量转换，就是通过有关电路中磁链的变化来
实现的。 最常见的电机是旋转电机，它产生旋转运动， • 有一静止部分（称为定子） • 一旋转部分（称为转子） • 二者之间有一空气隙。
由于磁场为电流所激发，上式中 闭合路径所包围的电流数称为
磁动势，用F表示，单位为A。
通常我们称磁路的磁压为该磁 路所需的磁动势，隐去了磁压 这一概念。
图1-2安培环路定律
(4)磁链与电磁感应定律
• 处于磁场中的一个N匝线圈，若其各匝通过的磁通都
相同，则经过该线圈的磁链为
定义为
BdA
A

单位为韦伯（Wb）。
在图1-1B所A示c的os均匀磁场中，
穿过面积A的磁通为

式中，为面积A的法线方向 与B之间的夹角。
图1-1 磁通
• 磁通连续性定理：由于磁力线是闭合的，对于任何一个 闭合曲面，进入该闭合曲面的磁力线数应等于穿出该闭 合曲面的磁力线数。若规定磁力线从曲面穿出为正、进 入为负，则通过闭合曲面的磁通恒为零。
• 磁感应强度定义为通以单位电流的单位长度导体在磁场
中所受来自百度文库力，是一个矢量，用B表示，单位为特斯拉(T)，
也称为磁通密度，或简称磁密。
• 磁场强度也是一个矢量，用H表示，单位为A/m，与磁
感应强度之间满足

B＝H
• 根据材料的导磁性能，可将其分为铁磁材料和非铁磁材
• 非铁磁材料的磁导率可认为与真空的磁导率0相同，为
电磁力乘以导体与旋转轴中心线之间的距离r(通常为转
子半径)，就是电磁转矩，即

T Bilr
单位为N.m。
2.2磁路及其基本定理
• 麦克思韦方程是描述电磁现象的普遍适用方程。
• 但由于电机结构复杂且包含多种导磁性能不同的材料， 难以直接利用麦克思韦方程得到磁场的分布。
• 在电机中，通常把复杂的三维磁场问题的求解简化为相 应磁路的计算，在绝大多数情况下可以满足工程精度的 要求。
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
(2)磁通与磁通连续性定理
• 磁通是通过磁场中某一面积A的磁力线数，用表示，
• 根据运动方式分
旋转电机——产生旋转运动
• 根据供电电源分
直流电机——使用或产生直流电
交流电机——使用或产生交流电

在交流电机中，根据供电电源相数的不同，又可
将电机分为单相电机和三相电机。
• 根据同步速度分
直流电机——没有固定的同步速度的电机
变压器——静止设备
同步电机——转速等于同步速度的电机