第一部分-磁路基本定律
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3
据速度、电流分
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
4
❖ 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
24
电磁转矩 Tc Nlir (B1 B2 )
❖ 线圈两侧边处磁场大小恒相等、极性恒相反
B2 B1
线圈总个数M，转子直径D，B大小处处相等。电机最大 可能电磁转矩
M
Tem Tcj M NBliD j 1
25
❖ 电动机：电磁转矩——驱动性质 ▪ 电能——机械能
❖ 发电机：电磁转矩——制动性质 ▪ 机械能——电能
❖ 对特种电机还可以是磁通随时间脉动，而线圈也在转 动
f (x,t)
d dt dx t x
e N d
dt
e
N
t
Nv
x
eT
ev
18
e
N
t
Nv
x
eT
ev
变压器电动势 运动电动势
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）
13
1. 全电流定律—安培环路定律
LH dl I
i1 i2 i3 dl
式中，Biblioteka Baidu电流的正方
向与闭合回线L的环行方 向符合右手螺旋关系时，
H
L
i取正号，否则取负号。
L H • dl i1 i2 i3
14
❖ l和l’，两积分路径结果相同：
15
❖ 闭合回路中的磁通量随时间发生变化，该线圈中必然 有感应电势产生，称这种现象为电磁感应。
功率关系求得电磁转矩
P Tem
P ：电磁功率（输入、输出） Ω：电机气隙磁场旋转角速度
26
❖ 电机主要由两大系统组成：电路系统和磁路系统。铁 磁材料是组成磁路的主要部分。
❖ 所谓铁磁材料是指导磁性能好的材料，如：铁、镍、 钴等以及它们的合金。
一、磁导率 1、定义
μ=B/H
B：磁通密度、磁感应强度 H：磁场强度
28
图1.5 铁磁材料中的磁畴
❖ 在铁磁物质未放入磁场之前，磁畴杂乱无章排列，其磁 效应互相抵消，对外不呈现磁性。
❖ 将铁磁物放入磁场。在外磁场的作用下，磁畴的轴线趋 于一致。形成一个附加磁场，叠加在外磁场上，使合成 磁场大为增强。
铁磁材料的磁导率要比非铁磁材料大得多。 铁磁材料的磁导率μFe不是常数。
29
❖ 磁化曲线定义：将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化， 当磁场强度H由零逐渐增大时，磁通密度B将随之增大， 得到曲线B=f(H)。
t
Nv
x
eT
ev
e Blv
感应电动势的方向_右手定则
22
❖ 载流导体在磁场中要受到力的作用——电磁力。 ❖ 左手定则
F Bli
2020年6月29日星期一
23
❖ 在旋转电机中，作用在转子载流导体上的电磁力将使转 子受到一个力矩（等于力乘转子半径）——电磁转矩。
Ts Fr Blir
Tc Nlir(B1 B2 ) ——匝数为N的线圈
❖ 线圈中的感应电势将倾向于阻止线圈中磁链的变化。
e d N d
dt
dt
其中 N
16
e N d
dt
正电动势产生正电流—— 电流正方向 正电流产生正磁通 —— 右手螺旋定则
图1-2 电磁感应定律
17
❖ 在变压器和电机的绕组中，磁通的变化可以是磁通随 时间脉动
❖ 或磁通不变，而线圈在转动。
5
使用中的变压器
电动机
汽轮发电机组 6
水轮发电机
1. 电电路导电材料及绝缘材料
❖ 导电材料：紫铜、铝线
❖ 绝缘材料：聚脂漆、云母片 ▪ 按耐热能力高低分六个等级
• A—105º E—120º • B—130º F—155º • H—180º C180º
7
2、磁磁路导磁材料硅钢片、铸钢等 ❖ 导磁材料：铁磁材料
❖ 3、力结构材料铸钢、铸铁、钢板等
8
❖ 电能生产——由同步发电机生产； ❖ 高压输电——由升压变压器将发电机发出的电压升高
到输电电压再输送； ❖ 降压用电——由降压变压器将输来的高压电降为所需
低电压，供给用电设备； ❖ 生产机械的拖动——由各种电动机实现； ❖ 控制系统中的信号转换——由各种控制电机完成。
E Em Nm
2
2
2fNm 4.44 fNm
20
m sin t
e eT Nm cost Em sin(t 90)
E Em Nm
2
2
2fNm 4.44 fNm
21
❖ 若磁场恒定，构成线圈的导体切割磁力线，使线圈交
链的磁链随时间变化，导体中的感应电动势——运动
电动势。
e
N
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
19
❖ 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
m sin t
e eT Nm cost Em sin(t 90) Em Nm
感应电动势有效值：
27
非铁磁材料磁导率接近真空磁导率μ0 μ0=4π×10-7 H/m
铁磁材料的磁导率μFe要比非铁磁材料磁导率μ0大得多 （μFe>>μ） 铁磁物质:铁、镍、铝及其合金 电机中常用的铁磁材料的磁导率μFe=(2000～6000)μ0
❖ 在同样大小的电流作用下，铁芯线圈的磁通比空心线 圈的磁通大得多
9
•我国老牌电机厂： 哈尔滨电机厂 上海电机厂 湘潭电机厂 永济电机厂
•四川： 德阳 东方电机厂
10
11
请观察电力系统示意图，找到系统中使用的电机？
12
1．电机的发展初期 F＝Bli——1821年 Faraday 电磁感应定律的发现——1831年 Faraday 直流发电机——1831年 Pixii 1876年 单相交流电的应用——远距离传输 1885年 交流电动机 1889年 三相制——三相交流电的应用 三相电机
1
❖ 1.1 概述 ❖ 1.2 电机发展简史 ❖ 1.3 电机中的基本电磁定律 ❖ 1.4 铁磁材料特性 ❖ 1.5 磁路基本定律及计算方法
2
❖ 广义： ▪ 实施电能生产、传输、使用和电能特性 变换的机械和装置。
❖ 狭义： ▪ 电机是基于电磁感应定律、电磁力定律 （能进行电磁感应），由电路和磁路所 构成，能进行机电能量转换或信号变换 的电磁机械装置。
据速度、电流分
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
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❖ 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
24
电磁转矩 Tc Nlir (B1 B2 )
❖ 线圈两侧边处磁场大小恒相等、极性恒相反
B2 B1
线圈总个数M，转子直径D，B大小处处相等。电机最大 可能电磁转矩
M
Tem Tcj M NBliD j 1
25
❖ 电动机：电磁转矩——驱动性质 ▪ 电能——机械能
❖ 发电机：电磁转矩——制动性质 ▪ 机械能——电能
❖ 对特种电机还可以是磁通随时间脉动，而线圈也在转 动
f (x,t)
d dt dx t x
e N d
dt
e
N
t
Nv
x
eT
ev
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e
N
t
Nv
x
eT
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变压器电动势 运动电动势
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）
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1. 全电流定律—安培环路定律
LH dl I
i1 i2 i3 dl
式中，Biblioteka Baidu电流的正方
向与闭合回线L的环行方 向符合右手螺旋关系时，
H
L
i取正号，否则取负号。
L H • dl i1 i2 i3
14
❖ l和l’，两积分路径结果相同：
15
❖ 闭合回路中的磁通量随时间发生变化，该线圈中必然 有感应电势产生，称这种现象为电磁感应。
功率关系求得电磁转矩
P Tem
P ：电磁功率（输入、输出） Ω：电机气隙磁场旋转角速度
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❖ 电机主要由两大系统组成：电路系统和磁路系统。铁 磁材料是组成磁路的主要部分。
❖ 所谓铁磁材料是指导磁性能好的材料，如：铁、镍、 钴等以及它们的合金。
一、磁导率 1、定义
μ=B/H
B：磁通密度、磁感应强度 H：磁场强度
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图1.5 铁磁材料中的磁畴
❖ 在铁磁物质未放入磁场之前，磁畴杂乱无章排列，其磁 效应互相抵消，对外不呈现磁性。
❖ 将铁磁物放入磁场。在外磁场的作用下，磁畴的轴线趋 于一致。形成一个附加磁场，叠加在外磁场上，使合成 磁场大为增强。
铁磁材料的磁导率要比非铁磁材料大得多。 铁磁材料的磁导率μFe不是常数。
29
❖ 磁化曲线定义：将一块尚未磁化的铁磁材料进行磁化， 当磁场强度H由零逐渐增大时，磁通密度B将随之增大， 得到曲线B=f(H)。
t
Nv
x
eT
ev
e Blv
感应电动势的方向_右手定则
22
❖ 载流导体在磁场中要受到力的作用——电磁力。 ❖ 左手定则
F Bli
2020年6月29日星期一
23
❖ 在旋转电机中，作用在转子载流导体上的电磁力将使转 子受到一个力矩（等于力乘转子半径）——电磁转矩。
Ts Fr Blir
Tc Nlir(B1 B2 ) ——匝数为N的线圈
❖ 线圈中的感应电势将倾向于阻止线圈中磁链的变化。
e d N d
dt
dt
其中 N
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e N d
dt
正电动势产生正电流—— 电流正方向 正电流产生正磁通 —— 右手螺旋定则
图1-2 电磁感应定律
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❖ 在变压器和电机的绕组中，磁通的变化可以是磁通随 时间脉动
❖ 或磁通不变，而线圈在转动。
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使用中的变压器
电动机
汽轮发电机组 6
水轮发电机
1. 电电路导电材料及绝缘材料
❖ 导电材料：紫铜、铝线
❖ 绝缘材料：聚脂漆、云母片 ▪ 按耐热能力高低分六个等级
• A—105º E—120º • B—130º F—155º • H—180º C180º
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2、磁磁路导磁材料硅钢片、铸钢等 ❖ 导磁材料：铁磁材料
❖ 3、力结构材料铸钢、铸铁、钢板等
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❖ 电能生产——由同步发电机生产； ❖ 高压输电——由升压变压器将发电机发出的电压升高
到输电电压再输送； ❖ 降压用电——由降压变压器将输来的高压电降为所需
低电压，供给用电设备； ❖ 生产机械的拖动——由各种电动机实现； ❖ 控制系统中的信号转换——由各种控制电机完成。
E Em Nm
2
2
2fNm 4.44 fNm
20
m sin t
e eT Nm cost Em sin(t 90)
E Em Nm
2
2
2fNm 4.44 fNm
21
❖ 若磁场恒定，构成线圈的导体切割磁力线，使线圈交
链的磁链随时间变化，导体中的感应电动势——运动
电动势。
e
N
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
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❖ 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
m sin t
e eT Nm cost Em sin(t 90) Em Nm
感应电动势有效值：
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非铁磁材料磁导率接近真空磁导率μ0 μ0=4π×10-7 H/m
铁磁材料的磁导率μFe要比非铁磁材料磁导率μ0大得多 （μFe>>μ） 铁磁物质:铁、镍、铝及其合金 电机中常用的铁磁材料的磁导率μFe=(2000～6000)μ0
❖ 在同样大小的电流作用下，铁芯线圈的磁通比空心线 圈的磁通大得多
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•我国老牌电机厂： 哈尔滨电机厂 上海电机厂 湘潭电机厂 永济电机厂
•四川： 德阳 东方电机厂
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请观察电力系统示意图，找到系统中使用的电机？
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1．电机的发展初期 F＝Bli——1821年 Faraday 电磁感应定律的发现——1831年 Faraday 直流发电机——1831年 Pixii 1876年 单相交流电的应用——远距离传输 1885年 交流电动机 1889年 三相制——三相交流电的应用 三相电机
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❖ 1.1 概述 ❖ 1.2 电机发展简史 ❖ 1.3 电机中的基本电磁定律 ❖ 1.4 铁磁材料特性 ❖ 1.5 磁路基本定律及计算方法
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❖ 广义： ▪ 实施电能生产、传输、使用和电能特性 变换的机械和装置。
❖ 狭义： ▪ 电机是基于电磁感应定律、电磁力定律 （能进行电磁感应），由电路和磁路所 构成，能进行机电能量转换或信号变换 的电磁机械装置。