电机学-概论(2)
电机学-概论(2)
B b
a
0
B f (H)
c
Fe f (H ) B 0H
H
DW450-50的实际磁化曲线
1.8
B (T) 1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
2000
4000
6000
8000
H（A/m）
代号说明：D-电工钢片，W-冷轧无取向，即各个方向
磁导率相等，450-50—在50Hz下铁心损耗4.5W/kg,厚
讨论2 磁路包含两个线圈时的全电流定律 对于下图所示铁心上绕有匝数分别为 N1 与 N2两个绕组， 分别通入电流 i1 与 i2 的情况，作用于磁路上的总磁动势 则为两个线圈安匝数的代数和，于是
F N1i1 N2i2 Hl
多线圈铁心磁路
0.4.3 磁路的欧姆定律与电感
描述磁动势与磁通之间关系的磁路欧姆定律，即， 作用于磁路上的磁动势等于磁阻乘以磁通。
X
L N 2m
N2
A
l
电抗 X 随着频率 f 、匝数 N 2 、磁阻 m
的变化而变化。
随着铁心磁路饱和的增加，磁导、电抗也要减小。
§0.5 铁磁材料及其特性
铁磁材料包括铁、镍、钴以及它们的合金（其它材料 称之为非铁磁材料）。将这些材料放入磁场后，材料 内的磁场会显著增强。铁磁材料在外磁场中呈现很强 的磁性，此想象称为铁磁材料的磁化。
B
B
Bm
B
B
Hc
0
H
Hm Hc
0
Hm H
软磁材料的磁滞回线
Bm
硬磁材料的磁滞回线
2）涡流损耗 铁心内的交变磁通将感应电势，进而在铁心内引起 环流。这些环流通作涡流状流动，称为涡流。涡流 引起的损耗，称为涡流损耗。
电气工程概论第二章-交流电机教程文件
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（3）同步发电机的外特性 发电机的电压调整率：
（四） 同步发电机的并网运行
（1）发电机的频率和电网频率相同； （2）发电机和电网的电压波形要相同； （3）发电机和电网电压大小、相位要相同； （4）发电机和电网的相序要相同。
（五） 同步发电机的功率平衡
作业
简答题：
P85 T2-12, 2-14, 2-17
电气工程概论第二章-交流电机
(一) 异步电机的结构
1 定子：定子铁芯由硅钢片冲片叠成，冲片内圆上的槽用 来嵌放定子绕组。 2 转子：主要由转子铁芯、转子绕组和转轴三者构成。转 子绕组分为绕线型和鼠笼型两类。
异步电机结构
(二) 异步电动机的工作原理
1 旋转磁极对导体的作用
2 三相绕组的旋转磁场
(二) 异步电动机的工作原理
链的磁通；转子绕通过电流产生的仅与其自身相匝链的磁 通。
（三） 异步电机的运行方式
转差率s：旋转磁场的转速n1与转子转速n的差值与同步速 度n1的比值。可根据转差率来判断异步电机的运行状态。
1 电动机运行状态：0<s<1 2 发电机运行状态:-∞<s<0 3 电磁制动运行状态:在外力的作用下，转子转速与旋转磁
2 三相绕组的旋转磁场
两极三相电机定子磁 场规律： （1）电流变化一周，磁 场在空间上旋转360度。 （2）合成磁动势旋转方 向与绕组A、B、C在空间 的布置顺序相同。 （3）某相电流达最大值 时，合成磁动势轴线与该 相绕组轴线重合。 （4）合成磁动势的幅值 为每相脉振磁动势振幅的 1.5倍。
3 异步电机的磁通 （1）主磁通：同时与定子绕组及转子绕组相匝链的磁通。 （2）漏磁通：定子绕组通过三相电流产生的仅与其自身相匝
电机学概论
3） 应用举例
直线电机
开关磁阻电机
高速异步电机(6000-90000r/min）
新型稀土永磁节能电机
风力发电机
潮汐发电机
§0.3.3 电机的发展展望
新要求：安全、可靠、经济、环保 ☆ 新能源技术：风力发电，波浪发电等 ☆ 机电一体化：电机、电力电子、信息技术、
微电子结合，利用调速方法实现高性能的电机 控制 ☆ 节能电机与电机的节能控制 ☆ 特殊领域新用途（电磁发射，纳米电机） ☆ 电机状态监测技术的不断进步。
1）磁通 ：可以直观地理解为磁路中所包含磁
力线条数。韦伯（Wb）
2）磁通密度 B：磁通对面积的微分。特斯拉（T）
3）磁导率 ：表示物质导磁能力的大小。
铁磁物质：铁、镍、钴及其合金等。 非铁磁物质：空气、塑料等非金属以及铜、铝等大
部分金属。
将铁磁材料这些材料放入磁场后，材料内的磁场 会显著增强。铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性， 此想象称为铁磁材料的磁化。
10kV 35kV
`115～230kV
G 发电厂~发电机 发电厂升压
主变压器
输电线
变电站降 压变压器
380/220V
厂用降压 变压器
发电厂升压 主变压器
3kV 低压动力及 高压动
照明负荷 力负荷
G 发电厂~发电机
用户
3kV高压动力负荷 380/220V 低压动力及
配电变压器 照明负荷
电力系统的关键设备
《电机学》
0.概 论
主要内容
(1)了解电机的作用、类型、发展及《电机学》 的学习任务
(2)掌握铁磁材料的磁化特性 (3)掌握基本电磁定律
电机定义：
根据电磁感应定律和电磁力定律实现电能和机 械能之间相互转换的机械设备
《电机学2》课程简介
电机学（二）（电机专题）
课程简介
课程名称：中文名称：电机学（二）
英文名称：Electrical Machinery （Part 2）
教学对象：电气工程类专业、本科
《电机学》是本专业的一门主要技术基础课，为了培养学生成为电工技术领域中的高级技术人才，电机学（二）主要讲述同步电机的结构，工作原理、运行等到方面的内容，具体为：同步电机的基本理论与运行特性、同步发电机在大电网上运行、同步发电机不对称运行、同步发电机的突然短路。
通过本课程的学习,使学生获得同步电机的基本理论知识,基本分析方法和基本实验技能,为进一步学习专业课和从事专业工作打下坚实的基础。
重点：同步电机的基本理论与运行特性、同步发电机在大电网上运行
难点：同步发电机不对称运行、同步发电机的突然短路
使用教材：胡虔生、胡敏强、杜炎生合编《电机学》，中国电力出版社
Stephen J.Chapman, Electric Machinery Fundamentals, McGRAW-HILL International Editions
参考书：汪国梁主编《电机学》。
电机学(第三版)第二章 直流电机
直流电机按励磁方式分类
★他励直流电机 ★并励直流电机 ★串励直流电机 ★复励直流电机
长沙理工大学电气工程学院
各种励磁方式的接线图
★他励直流电机 ★ 并励直流电机 ★ 串励直流电机 ★ 复励直流电机
长沙理工大学电气工程学院
直流电机空载磁场
长沙理工大学电气工程学院
空载时电机中的磁场分布是对称的，磁通可以分为两部分。 其中绝大部分从主极铁心经气隙、电枢，再经过相邻主极 下的气隙和主极铁心，最后经定子磁轭闭合，同时交链励 磁绕组和电枢绕组，在电枢绕组中感应电动势，实现机电 能量转换，称为主磁通；另一部分不穿过气隙进入电枢， 而是经过主极间的空气或定子磁轭闭合，不参与机电能量 转换，称为漏磁通。
Ia
I
rj
ra
Ub
2U b Ra ra Ia 励磁回路电压方程为
U
E
rf
T0
Tem
Ub
U I f (rf rj ) I f Rf
电流方程为
T1
Ia I I f
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功率平衡方程
2. 功率平衡方程 电磁功率
PN a PN a Pem nI a I a Tem 60a 2 a 30 Pem EI a Tem 电功率平衡方程就是
接下来分别考虑交轴分量和直轴分量对励磁磁场的作用 与影响，前者称之为交轴电枢反应，后者称之为直轴电 枢反应。
长沙理工大学电气工程学院
交轴电枢反应
长沙理工大学电气工程学院
交轴电枢反应对气隙磁场的影响
（1） 使物理中性线偏离几何中性线一个α角。对发电 机，偏移为顺电枢转向，对电动机则是逆电枢转向。 （2) 不计饱和影响，对每个主极下的磁场，一半被削 弱， 但另一半被加强，总的磁通不变。 （3） 记及饱和影响，对被削弱的一半来说，波形与 不计饱和时相同；但对于被加强的一半，由于实际磁路 中铁磁材料的饱和影响，磁密曲线会下降，因此，每极 磁通量也会减少。 综上述，实际电机中，交轴电枢反应不但使气 隙磁场畸变，而且还有去磁作用。
电机学概论
性质
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。
电机本身不是能源，而只是转换或传递能量的机 械装置。 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。
性质
电机是以电磁感应为基本作用原理来运行的。
利用其它原理（光电效应、热电效应、化学效 应等）产生电能的装置通常不包括在电机的范 围内。
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。
电动机的用途
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。
日常生活
电风扇、洗衣机、吸尘器、空调、电冰箱、微波炉、 DVD播放机、电动按摩器、电动工具等。
电力系统示意图
发电机的用途
主要用于发电厂
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。
风电厂：将风能转换为电能。
火力发电厂原理图
火力发电厂原理图
凸极同步电 机的转子
隐极同步电机的转子
200MW汽轮发电机
200MW汽轮发电机定子
大容量电力变压器
低压绕组 高压绕组
铁轭
铁心柱
单相心式变压器
单相双绕组变压器示意图
Φ m
A
U 1
I 1
E 1
E 1
I 2
x
U 2
N1
N2
E 2
E 2
Φ 1
ZL
Φ 2
X
a
一次绕组： 接交流电源
《电机学》(华中科大出版社,辜承林,第二版)课后答案
第二章 直流电机 2．1 为什么直流发电机能发出直流电流？如果没有换向器，电机能不能发出直流电流？换向器与电刷共同把电枢导体中的交流电流，“换向”成直流电，如果没有换向器，电机不能发出直流电。
2．2 试判断下列情况下，电刷两端电压性质 （1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转； （2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转。
(1)交流 ∵电刷与电枢间相对静止，∴电刷两端的电压性质与电枢的相同。
（2）直流 电刷与磁极相对静止，∴电刷总是引出某一极性下的电枢电压，而电枢不动，磁场方向不变 ∴是直流。
2．3 在直流发电机中，为了把交流电动势转变成直流电压而采用了换向器装置；但在直流电动机中，加在电刷两端的电压已是直流电压，那么换向器有什么呢？ 直流电动机中，换向法把电刷两端的直流电压转换为电枢内的交流电，以使电枢无论旋转到N 极下，还是S 极下，都能产生同一方向的电磁转矩 2．4 直流电机结构的主要部件有哪几个？它们是用什么材料制成的，为什么？这些部件的功能是什么？有7个 主磁极 换向极， 机座 电刷 电枢铁心，电枢绕组，换向器 见备课笔记2．5 从原理上看，直流电机电枢绕组可以只有一个线圈做成，单实际的直流电机用很多线圈串联组成，为什么？是不是线圈愈多愈好？一个线圈产生的直流脉动太大，且感应电势或电磁力太小，线圈愈多，脉动愈小，但线圈也不能太多，因为电枢铁心表面不能开太多的槽，∴线圈太多，无处嵌放。
2．6 何谓主磁通？何谓漏磁通？漏磁通的大小与哪些因素有关？主磁通： 从主极铁心经气隙，电枢，再经过相邻主极下的气隙和主极铁心，最后经定子绕组磁轭闭合，同时交链励磁绕组和电枢绕组，在电枢中感应电动势，实现机电能量转换。
漏磁通： 有一小部分不穿过气隙进入电枢，而是经主极间的空气隙钉子磁轭闭合，不参与机电能量转换，δΦ与饱和系数有关。
2．7 什么是直流电机的磁化曲线？为什么电机的额定工作点一般设计在磁化曲线开始弯曲的所谓“膝点”附近？磁化曲线：00()f F Φ= 0Φ-主磁通，0F 励磁磁动势设计在低于“膝点”，则没有充分利用铁磁材料，即 同样的磁势产生较小的磁通0Φ，如交于“膝点”，则磁路饱和，浪费磁势，即使有较大的0F ，若磁通0Φ基本不变了，而我的需要是0Φ（根据E 和m T 公式）选在膝点附近好处：①材料利用较充分②可调性好③稳定性较好。
电机学概念以及公式总结
电机学概念以及公式总结电机学是一个研究电动机工作原理和运行特性的学科。
电动机是一种将电能转化为机械能的装置，它是现代工业中不可或缺的设备之一、在电机学中，我们需要掌握一些基本概念和公式来分析和计算电动机的性能。
1.电机概念：(1)励磁：通过电流在电动机的励磁线圈中产生磁场。
(2)动极转子：电机的转子部分，通常由电流产生的磁场与定子磁场相互作用来产生转矩。
(3)定子：电机的静态部分，包括固定的线圈和磁场。
(4)动极转子感应电动势：当动极转子旋转时，转子线圈就会受到磁场的影响，产生感应电动势。
(5)动极转子电感电动势：当动极转子上的线圈传输电流时，就会在线圈中产生感应电动势。
2.电机公式：(1)电动势公式：U=E+I*R，其中U是电源电压，E是感应电动势，I 是电流，R是电阻。
(2) 电动机效率公式：η = (Pout / Pin) * 100%，其中Pout是输出功率，Pin是输入功率。
(3)转矩公式：T=k*I*φ，其中T是转矩，k是转矩系数，I是电流，φ是磁通量。
(4)电流-转速方程：N=(U-E)/k*φ，其中N是转速，U是电源电压，E是感应电动势，k是电机常数，φ是磁通量。
(5) 转矩-转速特性公式：T = (Pout * 60) / (2 * π * N)，其中T是转矩，Pout是输出功率，N是转速。
3.电机类型：(1)直流电动机：通过直流电源供电，具有较大的转矩和调速范围。
(2)交流电动机：通过交流电源供电，具有简单的结构和较小的体积。
(3)三相异步电动机：最常用的电动机类型，通过三相交流电源供电。
(4)步进电机：通过脉冲信号驱动，可精确控制转动角度和位置。
4.电机特性：(1)转速特性：描述电机在不同负载下的转速变化情况。
(2)转矩特性：描述电机在不同负载下的输出转矩变化情况。
(3)效率特性：描述电机在不同负载下的能源转换效率。
5.电机控制：(1)转速控制：通过调节电源电压、频率和电流来控制电机转速。
电机学知识点总汇(二)
电机学知识点总汇（二）引言概述：电机学是电工学科的一个重要分支，研究电动机的原理、结构、控制等知识。
本文是《电机学知识点总汇（二）》的文档，旨在介绍关于电机学的一些重要知识点。
本文将从五个大点展开，分别是电动机的分类、电动机的工作原理、电动机的结构组成、电动机的控制方式以及电动机的维护与故障排除。
希望通过对这些知识点的介绍，能够帮助读者对电机学有更全面的了解。
一、电动机的分类：1. 直流电机2. 交流电机3. 三相异步电机4. 三相同步电机5. 混合动力电机二、电动机的工作原理：1. 磁场与电流的相互作用2. 洛伦兹力定律3. 共生现象与磁场转动定律4. 等效电路模型5. 磁场势能与转动功率计算三、电动机的结构组成：1. 定子与转子2. 绕组与励磁源3. 机械部分：轴承、风扇等4. 制动与冷却系统5. 附件：传感器、编码器等四、电动机的控制方式：1. 直接启动a. 单方向启动b. 双方向启动2. 变压器启动a. 自耦变压器启动b. 间接变压器启动3. 阻抗启动4. 变频控制5. 损耗最小化控制五、电动机的维护与故障排除：1. 维护周期与内容2. 温升检测3. 异常振动分析4. 取样与检测方法5. 常见故障排除与修复方法总结：本文从电动机的分类、工作原理、结构组成、控制方式到维护与故障排除等方面进行了详细的介绍。
通过学习这些重要的知识点，读者可以对电机学有一个更全面的认识，并且在实际应用中能够更好地理解和操作电动机。
同时，良好的维护和故障排除方法也可以保证电动机的高效运行和延长使用寿命。
希望本文对读者的学习和实践有所帮助。
《电机学ii》概念、常识
《电机学II》的概念、常识1. 直流电机电枢绕组中流动的是交流电流。
但其励磁绕组中流的是直流电流。
2. 直流电机的励磁方式有：他励、自励；并励、串励、复励；积复励（平复励、过复励、欠复励）、差复励；长复励、短复励等。
3. 直流电机的反电势表达式为E =C E Φ n，其中：C E=pZ a/(60a=)，为电动势常数；Z a为总导体数。
4. 直流电机的电磁转矩表达式为T em =C T ΦΙ，其中C T=pZ a/(2πa=)，为转矩常数。
5. 电动势常数C E和转矩常数C T之间相差一个常系数；当电动势公式中的转速以机械弧度/s为单位时，两个常数变成相同的。
6. 直流电机的并联支路数总是成对的，即有偶数个支路。
7. 在直流电机中，单叠绕组的元件以一个叠在另外一个之上的方式，串联起来，构成一个无头无尾的闭合回路。
8. 在直流电机中，单波绕组的元件以波浪一样的方式，一个个串联起来，构成一个无头无尾的闭合回路。
9. 在直流电机中，无论是单波绕组、还是单叠绕组，元件都是通过换向器的换向片串联在一起、构成单一闭合回路的。
10. 串励直流电动机的机械特性很软。
他励、并励直流电动机的机械特性比较硬。
11. 在直流电机中，铁耗主要存在于转子铁心(电枢铁心)中，因为定子铁心磁场基本不变。
12. 在直流电机中，第一节距y1等于元件第1边与第2边之间相差的槽数；第二节距等于相串联的两个元件中，第二个元件的上元件边与第一个元件的下元件边之间相差的槽数；合成节距y等于相串联的两元件的上元件边之间相差的槽数；换向器节距等于合成节距。
13. 在直流电机中，虚槽数等于元件数，等于换向片数。
14. 直流电机的物理中性线是指电枢表面磁场为零的位置；几何中性线是指电枢表面两个主极之间的对称位置。
15. 在直流电机中，当电刷位于几何中性线上时，电枢反应是交磁性质的。
16. 在直流电机中，当不考虑饱和时，交轴电枢反应使主磁极一侧的磁场增强，另一侧的磁场减弱，磁场为零的位置发生偏移（发电机顺着转向移，电动机逆这转向移），但每极磁通不变。
电气工程概论第二章-直流电机上课讲义
二、直流电机
(一) 直流发电机工作原理
(二) 直流电动机工作原理
（1）电机的可逆原理：直流电机可作为发电机运行，也可作 为电动机运行。
（2）换向器的作用是实现电枢线圈内的交流电动势、电流与 电刷的直流电压、电流之间的转化。
(三) 直流电机的结构
直流电机主要包括转子和定子两大部分。转子是电机 的转动部分，定子是电机的静止部分。 1 定子：用来产生磁场和作为电机的机械支架，主要包括 主磁极、换向极、机座和电刷装置。
2 转子：也称为电枢，用来产生感应电动势和电磁转矩， 实现能量的转换。主要包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、 转轴和风扇等。
(四) 直流电机的励磁
直流电机的励磁方式分为永磁体励磁、电机本体励磁 （并励、串励和复励）、其他电源励磁三种。
(五) 直流电机中的感应电动势
其中p为极对数，N为电枢绕组的总导体数，a为支路对 数，Φ为每极主磁通，n为电机转速。
2 直流电机的功率平衡方程 （1）直流发电机的功率平衡方程
直流发电机的效率
（2）直流电动机的功率平衡方程
(九) 直流发电机的特性
1 空载特性:发电机当n为常值，I=0A时,发电机空载端电 压U0与励磁电流If之间的函数关系。 2 负载特性:发电机n为常值，I>0A时，发电机端电压U与
励磁电流之间的函数关系。
其中
（1）固有机械特性：当电动机端电压额定U=UN，每极气隙 励磁磁通额定Φ＝ΦN，电枢回路无串接电阻(Rst＝0)时的
机械特性。
（2）人为机械特性：在固有机械特性的基础上，主要分析 改变电枢回路串接电阻、改变端电压和改变励磁磁通三种 情况下的人为机械特性。
1）电枢回路串接电阻的人为机械特性：
电机第2章.ppt
（2）励磁回路的铜耗pcuf 由于励磁回路的铜耗很小，而且是一个不变的值， 一般把它归入不变损耗范畴。
不论发电机还是电动机，电枢电流都随负载的变化而变化，因而电机中的电枢 铜耗又叫可变损耗。电机的机械损耗和励磁一定时的铁耗只与转速有关，当电 机的转速变化不大时，由机械损耗和铁芯损耗合成的空载损耗是基本不变的， 故空载损耗又叫不变损耗。
1、自励条件
曲线1为空载特性曲线，曲线2为励磁回路总电阻Rf 特性曲线， 也称场阻线 U f I f Rf 。
增大Rf ，场阻线变为曲线3时，Rf 称为临界 电阻Rcr 。如图所示。
若再增加励磁回路电阻，发电机将不能自 励。
U
原动机带动发电机旋转时，如果主磁 U0
极有剩磁，则电枢绕组切割剩磁通感应电
根据电路基尔霍夫定律可得电枢回路的电动势平
衡方程式： Ea U Ia Ra
式中 Ia I
I f U /(Rf
I
f
R
pf
；I是发电机的输出电流。
)
+U － I Ea
Ia
Rf If
Rfad
并励发电机电路图
2、功率平衡方程式
Pm
PFe
Pad
Pcua
P1
Pe
P2
m
Pcuf
并励直流发电机的功率流程图
P1 UI UIa P1 (Ea I a Ra )I a Ea I a I 2a Ra P1 Pem pCua
P2 Pem pFe pm pad P2 Pem pFe pm Pem p0
2013_02电机学-概论 [兼容模式]
![2013_02电机学-概论 [兼容模式]](https://img.taocdn.com/s3/m/64fbe040767f5acfa1c7cdf9.png)
图0-16
Φ 21
N2
互感电动势
式中：M称为互感系数，其单位为H，且ψ21=Mi1。 磁链ψ21是线 圈1中的电流i1所产生。
概
互感系数的大小：
M= (
论
ψ 21
i1
=
N 2Φ 21 = N2 i1
N1i1 ) µ Sm Rm12 = N1 N 2 Λ m12 = N1 N 2 lm i1
结论： 1. 互感系数与两个线圈匝数N1和N2的乘积成正比，也与磁路 的磁导率µ成正比。 2. 若磁路为非铁磁材料构成，则M为常数。若为铁磁材料构 成，则M为变数，且随着饱和程度的增加而减少。 3. 同理： 当线圈2有交流电流 时，也会在线圈1中引起互感电 动势。eM1=－Mdi2/dt 。
概
论
能量守恒原理
VERSUS
功率平衡关系
发电机 输入的机械功率 = 输出的电功率 电动机 输入的电功率 = 输出的机械功率
概
论
§0-4 旋转电机中的电动势、转矩与能量转换
dΨ di eL = − = −L dt dt
即：自感电动势与线圈的自感和线圈内 的电流的变化率成正比。 式中：L成为自感系数，单位为H（亨利）。
图0-15 自感电动势
概
自感系数的大小：
论
⎛ Ni ⎞ N⎜ ⎟ Rm ⎠ ΨL ⎝ 2 2 µ SL = = N Λm = N L= i i lL
结论： 1.自感的大小与线圈匝数的平方成正比，与磁路的磁导 率μ亦成正比。 2.若磁路为非铁磁材料构成，μ为常数，故 L 为常数。 3.若磁路为铁磁材料构成，由于μfe>> μ0 ，并且其 值随铁磁材料的饱和而下降，因此铁心线圈的自感 比空心线圈的大很多，且随铁心饱和程度的增加而 减少。
电机学课件二模板
三、机械特性 n=f(Tem)
n U I a ( Ra Rj ) CEΦ
Ra Rj U T 2 em CEΦ CE CTΦ
Rj为串入电枢回路的调节电阻，用于改变机械特性的形状。 Rj =0时为自然机械特性，Rj≠0为人工机械特性。
1. 并励电动机 n n0 k jTem
2、什么原因导致了Φ的变化？
2018/10/31
实际转矩特性
10
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
3. 效率特性 当U=UN ,If=IfN时，η=f(Ia)的关系曲线
2 pFe pmec pCuf I a Ra 2 I a U c P2 100% 1 P U (I a I f ) 1
2018/10/31 《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动 7
二、工作特性
直流电动机 n、Tem、η＝f（P2）的关系曲线称为工作特性。 直流电动机的工作特性因励磁方式而异，可用计算法求得， 但大多用实验方法确定。 由于电枢电流便于测量，因此往往将工作特性表示为：
n f ( I a ),Te f ( I a ), f ( I a )
励磁损耗PCuf
P1 PCuf PCua Pc Pmech PFe P2
直流电动机电磁功率Pe, Pe=Ea×Ia Pe＝Te×ω
2018/10/31 《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动 5
发电机情形：
输入 机械 功率P1
铁心损耗Pe
机械损耗Pmech
电 磁 功 率 Pe
电机学 Electric Machinery
（第2章 直流电机－电动机）
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m( 0)
1 RmFe
50000A
m( 1)
1 6
m(
0)
L( 0)
N 2m( 0)
N2
A
l
2002 5000 4 107 100 104
1.0
2.51(H)
L( 1)
1 6
L( 0)
0.418(H)
2、已知：f 50Hz , w 100
匝， B 1.0T l 1m
s 100cm2 Fe 50000 ，
求：F , i
3、已知：f 50Hz ，w 100
匝， B 1.0T l 1m
s 100cm2 Fe 50000
1mm ，
求：F , i
a
0
B f (H)
c
Fe f (H )
B 0H
H
1.8
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
2000
4000
6000
8000
0.5.3 铁磁材料具有磁滞特性
B
Bm B
Hm Hc
0
Hm H
Bm
φ
i
B
B Hc
0
V
Ph Kh f Bm G
B
Bm B
Hm Hc
H
0
f
Hm H
N
N 2im
L N 2m
X
L N 2 m
N2
A
l
X
f
N2
m
Fe
铁磁材料包括铁、镍、钴以及它们的合金（其它材料 称之为非铁磁材料）。将这些材料放入磁场后，材料 内的磁场会显著增强。铁磁材料在外磁场中呈现很强 的磁性，此想象称为铁磁材料的磁化。
φ
未磁化
磁畴
i 磁化后
0.5.1. 铁磁材料具有增磁作用（有很高导磁能力）
和。
H
dl
i
i1
i2
(i3 )
l
注：若 i 与 l 符合右手螺
i3
i1 i2 i4
旋关系，取正号，否则取
负。其中大拇指所指为 i l
的方向，四指为 l 方向。
H dl
Ni
F
Hl Ni
F Ni Hl
螺管线圈线圈
l1
i
F Ni Hl
l1
l2
i
若磁回路中存在气隙（分段均 匀磁路）。
磁路
磁通： [Wb动势 F [A]
磁阻
Rm
l S
[1/H]
磁导
m
1 Rm
[H]
磁路节点定律 0
全电流定律 H.l N.i
磁路欧姆定律 F .Rm
fe 50000
RmFe
1
50000 A
Rm( 0) RmFe
Rm
0.001
0 A
5RmFe
Rm( 1) RmFe Rm 6RmFe
Bm
思考：如何尽量减小涡流损耗？
PFe
P1 50
f 50
Bm2
G
1.2 1.6
电路
电流 I [A]
电流密度 J [A/m^2]
电动势 E [V] 电阻 R l [ ]
S
电导 G 1 [ S ]
R
基尔霍夫第一定律 i 0 基尔霍夫第二定律 u 0
电路欧姆定律 E I.R
m
1 Rm
Fe A
l
m
F Rm
Fm
思考：从磁路欧姆定律出发，磁路中磁通 的大小
受哪些因数的影响？
F
lFe
Fe A
0 A
RmFe
Rm
其中 RmFe: 铁心部分对应的磁阻 Rm : 气隙部分对应的磁阻
RmFe : 铁心中消耗的磁动势 Rm : 气隙中消耗的磁动势
lFe
Fe
0
Fm
Li
当气隙长度 远远小于两侧的
铁心截面的边长时，认为铁心 和气隙中为均匀磁场，则
F Ni H lFe Fe H
H lFe Fe H
i1 i2
F N1i1 N2i2 Hl
N1 N2
F Rm
B A B=μH
Ni
F
B
Fe
l
l
Fe A
l
i
Ni
F
B
Fe
l
l
Fe A
Rm
l
Fe A
Rm
空气磁路中磁通大得多。
0.5.2 铁磁材料具有磁饱和特性
铁磁材料的磁化曲线不
是一条直线，Fe B / H 会随铁磁材料内磁密 B 的变化而变化，当磁密
达到点后，铁磁材料内
磁密 B呈现饱和想象， 也就是说，此时磁场强
H 度继续增加，铁磁材 料的磁导率 Fe会迅速变
小，磁密 B增加会越来 越慢。
B b
上图为同步电机转子线圈电 流）产生的磁场很弱（磁力线 稀少）且分布在无限广阔的空 间。
一旦转子插入定子，定转子磁 路中的磁场大大增强，且磁通 基本被约束在定子外圆以内的 范围。
思考：为什么？
因为铁磁材料的磁导率 Fe 要远远高于非铁磁材料
的磁导率 （0 非铁磁材料的磁导率一般都可近似认 为等于真空的磁导率 0 ，0 4 104 H / m ）。通常 Fe (2000 6000)0 。 那么，一定的线圈电流在铁心磁路中激发的磁通比
B
磁导率 表示物质导磁能力的大小。
0 0 4 107
0
H
B H
0H
0
I
2 r
Fe 0
H
Fe H
Fe
I
2 r
能量转换需要磁场 ----磁场由电流产生 磁场强弱与产生该磁场的电流
是什么关系? 由全电流定律来描述H-i 之间关系
安培环路定律：沿空间任意一条闭合回路，磁场
强度H 的线积分等于该闭合回路所包围的电流的代数