电机学完整版
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2024年电机学完整版课件(经典)
空载电流包含两个分量，一个是励磁分量，作用是建立 磁场，产生主磁通——无功分量；另一个是铁耗分量，作 用是供变压器铁心损耗——有功分量。
性质：由于空载电流的励磁分量远大于铁耗分量，所以空载 电流主要是感性无功性质——也称励磁电流；
空载电流
空载电流 I 0
磁化电流 I ——产生磁通。 它与磁通同相位，是无功分量。
的正方向:
由电压的正方向决定，为从A “正电压产生正电流”
XI1
Φ 的正方向： 根据电流I1的正方向，用右手螺旋法则规定
磁通Φ的正方向。“正电流产生正磁通”
2 正方向的规定
原边电动势的正方向与电 流I1的正方向相同（由上 指向下）。
E
的正方向：
2
原副绕组由同一磁通交链，故电动势E2的正方向 亦由上指向下（与原边电动势方向相同）。
E1
E1m 2
N1 m
2
2πfN 1 m
2
4.44
fN 1 m
E2
E2m 2
N2m
2
2πfN 2m
2
4.44
fN 2m
E1和E2的相量表达 式
E1 j4.44 fN1m
E2 j4.44 fN 2m
可见，感应电势的大小与匝数和主磁通幅值成正比，相 位滞后于主磁通相量90°。
2、空载电流
，根据额定容量和额定电压计算出来的线电流。
[例3-1] 有一台三相油浸自冷式铝线电力变压器，
SN 160 kV A
Y, yn0联结 U1N /U2N 35kV / 0.4kV
试求一次、二次绕组的额定电流。
解：
I1N
SN 3U1N
160103 A 2.64A
3 35103
性质：由于空载电流的励磁分量远大于铁耗分量，所以空载 电流主要是感性无功性质——也称励磁电流；
空载电流
空载电流 I 0
磁化电流 I ——产生磁通。 它与磁通同相位，是无功分量。
的正方向:
由电压的正方向决定，为从A “正电压产生正电流”
XI1
Φ 的正方向： 根据电流I1的正方向，用右手螺旋法则规定
磁通Φ的正方向。“正电流产生正磁通”
2 正方向的规定
原边电动势的正方向与电 流I1的正方向相同（由上 指向下）。
E
的正方向：
2
原副绕组由同一磁通交链，故电动势E2的正方向 亦由上指向下（与原边电动势方向相同）。
E1
E1m 2
N1 m
2
2πfN 1 m
2
4.44
fN 1 m
E2
E2m 2
N2m
2
2πfN 2m
2
4.44
fN 2m
E1和E2的相量表达 式
E1 j4.44 fN1m
E2 j4.44 fN 2m
可见，感应电势的大小与匝数和主磁通幅值成正比，相 位滞后于主磁通相量90°。
2、空载电流
，根据额定容量和额定电压计算出来的线电流。
[例3-1] 有一台三相油浸自冷式铝线电力变压器，
SN 160 kV A
Y, yn0联结 U1N /U2N 35kV / 0.4kV
试求一次、二次绕组的额定电流。
解：
I1N
SN 3U1N
160103 A 2.64A
3 35103
电机学课件
2.铁磁0材4料的1磁07导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。
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）
Rm1
l1
1 A1
Rm3
l3
3 A 3
F 1 F 2 N 1 i 1 N 2 i 2 H 1 l 1 H 2 l 2 1 R m 1 2 R m 2
F N iH lR m
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
铁磁材料的特性
2.磁滞与磁滞损耗
磁滞损耗： phKhfBmV P18~19
铁磁材料的特性
3.涡流与涡流损耗
pw
K2
f 2d2Bm2V
12
铁磁材料的特性
4.交流铁心损耗
pFe p1/505f0Bm 2
公式中各量纲见P20
律磁 路 基 本 定
磁路基本定律及计算方法
欧姆定律
l/N (Ai)R FmmF
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
lHdlI
lH d l l'H d lI I 1 I2 I3
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。
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）
Rm1
l1
1 A1
Rm3
l3
3 A 3
F 1 F 2 N 1 i 1 N 2 i 2 H 1 l 1 H 2 l 2 1 R m 1 2 R m 2
F N iH lR m
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
铁磁材料的特性
2.磁滞与磁滞损耗
磁滞损耗： phKhfBmV P18~19
铁磁材料的特性
3.涡流与涡流损耗
pw
K2
f 2d2Bm2V
12
铁磁材料的特性
4.交流铁心损耗
pFe p1/505f0Bm 2
公式中各量纲见P20
律磁 路 基 本 定
磁路基本定律及计算方法
欧姆定律
l/N (Ai)R FmmF
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
lHdlI
lH d l l'H d lI I 1 I2 I3
(完整版)电机学历年来各部分试题概况
电机学历年来各部分试题直流电机部分选择题1•一台直流电动机的部分额定数据为：P N=100kW,U N=220V, n N=80%,其额定电流应为：（安培）A. 455B. 364C. 5682. 一台直流发电机的部分额定数据为：P N=110kW，U N=220V，n=80%，其额定电流应为：A. 500AB. 625AC. 288.7A3. 一台直流电机，磁极固定，电刷与电枢同时旋转，电刷两端电压性质为：A.直流B.交流C.不确定4. 一台他励直流发电机,当原动机转速上升10%时,其感应电动势:A 上升10% ;B 下降10%;C 上升0~~10%5. 一台他励直流发电机,当励磁电流上升10%时,其感应电动势:A 上升10% ;B 下降10%;C 上升0~10%6. 一台直流发电机若励磁电流增大10%，其空载电压如何变化：A. 增大10%B. 增大大于10%C. 增大小于10%7. 一台正常运行的直流他励发电机，将其转子转速提高，其主极磁通会：A. 不变B. 提高C. 降低8. 一台正常运行的直流并励发电机，将其转子转速提高，其主极磁通会：A. 不变B. 提高C. 降低9. 一台并网正常运行的直流他励发电机，仅将其主极磁通提高，其转子转速会：A. 不变B. 略微提高C. 略微降低10. 他励直流电动机，带恒转矩负载，在不超过额定电压的情况下，调高端电压，其转速会：A、减小；E、不变；C、增大。
11. 他励直流电动机，带恒转矩负载，在不超过额定电压的情况下，调低端电压，其电枢电流会：A、减小；E、不变；C、增大。
12. 并励直流电动机，带恒转矩负载，在不超过额定电压的情况下，调低端电压，其电枢电流会：A、减小；E、不变；C、增大。
13. 一台他励直流电动机拖动恒负载运行,当所加电压上升10%时,稳定后其电枢电流将:A 上升10% ;B 下降10%;C 不变.14. 一台他励直流电动机拖动恒负载运行,当所加磁通量减少10%时, 稳定后其电枢电流将:A 上升10% ;B 下降10%;C 不变.15. 一台直流电机,当感应电动势比端电压大时说明此电机处于:A 发电机状态;B 电动机状态;C 电磁制动状态.16. 一台直流电机的电枢电动势比端电压要小，这台电机是属于：A、电动机；B、发电机；C、难以判断。
电机学课件
第0章 绪论
电能是现代社会的最主要能源，电能主要由发电机产生， 电能是现代社会的最主要能源，电能主要由发电机产生， 它主要实现以下四种能量的转换： 它主要实现以下四种能量的转换： 化石能转化为电能－火力发电机； 化石能转化为电能－火力发电机； 水能转化为电能－水力发电机； 水能转化为电能－水力发电机； 核能转化为电能－核力发电机； 核能转化为电能－核力发电机； 转化为电能 风能转化为电能－风力发电机。 风能转化为电能－风力发电机。
第0章 绪论
§0.3 电力拖动控制系统的组成
电力拖动控制系统是用电动机来拖动生产机械运行的系统。 电力拖动控制系统是用电动机来拖动生产机械运行的系统。 包括：电动机、电源、控制设备、传动机构和生产机械四个部分。 包括：电动机、电源、控制设备、传动机构和生产机械四个部分。 它们之间的关系如下 电源
控制设备
第0章 绪论
第0章 绪论
电动机： 电动机：
第0章 绪论
手机震动电动机
第0章 绪论
电动自行车所用的无刷直流电动机
第0章 绪论
4 电机是控制系统和智能化装置的重要元件（控制电机） 电机是控制系统和智能化装置的重要元件（控制电机）
作为控制系统中的执行元件、检测元件和解算元件。 作为控制系统中的执行元件、检测元件和解算元件。 如：伺服电机、测速发动机、自整角机和旋转变压器等。 伺服电机、测速发动机、自整角机和旋转变压器等。
第0章 绪论
§0.2 电机的分类
1 按结构形式及电磁感应方式分 变压器 电机 旋转电机 交流电机 同步电机 直流电机 异步电机
第0章 绪论
2 按功能分
(1) 发电机：把机械能转换成电能。 发电机：把机械能转换成电能。 (2) 电动机：把电能转换成机械能。 电动机：把电能转换成机械能。 (3) 变压器：改变电源电压。 变压器：改变电源电压。 (4) 控制电机：作为控制系统的控制元件或执行元件。 控制电机：作为控制系统的控制元件或执行元件。
《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。
(完整版)《电机学》课后习题答案
《电机学》课后习题答案华中科技大学辜承林主编第1章 导论1.1 电机和变压器的磁路常采用什么材料制成？这些材料各有哪些主要特性？ 解：磁路：硅钢片。
特点：导磁率高。
电路：紫铜线。
特点：导电性能好，电阻损耗小. 电机：热轧硅钢片， 永磁材料 铁氧体 稀土钴 钕铁硼 变压器：冷轧硅钢片。
1.2 磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因素有关？解：磁滞损耗：铁磁材料在交变磁场作用下反复磁化，磁畴会不停转动，相互间产生摩擦，消耗能量，产生功率损耗。
与磁场交变频率f ，磁通密度B ，材料，体积，厚度有关。
涡流损耗：由电磁感应定律，硅钢片中有围绕磁通呈涡旋状的感应电动势和电流产生叫涡流，涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的损耗叫涡流损耗。
与磁场交变频率f ，磁通密度，材料，体积，厚度有关。
1.3 变压器电动势、运动电动势产生的原因有什么不同？其大小与哪些因素有关？ 解：变压器电势：磁通随时间变化而在线圈中产生的感应电动势 4.44m EfN φ=。
运动电势：线圈与磁场间的相对运动而产生的e T 与磁密B ，运动速度v ，导体长度l ，匝数N 有关。
1.6自感系数的大小与哪些因素有关？有两个匝数相等的线圈，一个绕在闭合铁心上，一个绕在木质材料上，哪一个自感系数大？哪一个自感系数是常数？哪一个自感系数是变数，随什么原因变化？ 解：自感电势：由于电流本身随时间变化而在线圈内感应的电势叫自感电势。
d L e d t Lψ=-对空心线圈：L Li ψ= 所以die L L dt=-自感：2LL N N m m iiiLNi N φψ===∧=∧ Am l μ∧=所以，L 的大小与匝数平方、磁导率µ、磁路截面积A 、磁路平均长度l 有关。
闭合铁心µ>>µ0，所以闭合铁心的自感系数远大于木质材料。
因为µ0是常数，所以木质材料的自感系数是常数，铁心材料的自感系数是随磁通密度而变化。
电机学课件
该式表明：沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁压 降的代数和，这就是磁路的基尔霍夫第二定律。
绪论
4.磁路的欧姆定律
Φ F iN Rm Rm
式中
Rm
l μS
二、常用的铁磁材料及其特性
1.高导磁性
μ0 4 107 H/m （2000 ~ 6000）0
2.磁化特性
B Φ μ iN μ F μH
3.磁滞特性
将铁磁材料进行周期性磁化，B和H之间的变化关系就会变 成如图中曲线中abcdefa所示-----磁滞回线
同一铁磁材料在不同的磁场强度值下有不同的磁滞回线，如 图所示。将各磁滞回线的顶点连接起来，所得的曲线称为基本 磁化曲线。
4. 磁滞损耗和涡流损耗
在交流磁路中，磁场强度的大小和方向不断变化，铁磁材 料磁化方向反复变化，使磁畴方向也不断来回排列。磁畴彼此 之间摩擦引起的损耗，称为磁滞损耗。
交变的磁通也能在铁心中感应电动势，并引起环流。这些环 流在铁心内部围绕磁通作涡流状流动，称为涡流，涡流在铁心 中引起的损耗，称为涡流损耗。
磁滞损耗和涡流损耗，总称为铁心损耗
pFe CFe Bm2 f 1.3G
为了减少铁心损耗,电机的铁心均采用0.35~0.5毫米厚、两 面涂有绝缘漆的硅钢片迭成,
ห้องสมุดไป่ตู้
Sl
l
分析:利用磁畴分析
因为在它内部存在着许多很 小的天然磁化区，称为磁畴 .
铁磁物质未放入磁场之前，磁畴杂乱无章地排列着，磁效 应互相抵消，对外部不呈磁性
将铁磁物质放入磁场，在外磁场作用下，磁畴的极性将趋 于同一方向，由此形成一个附加磁场，叠加在外磁场上，磁畴 所产生的附加磁场将比非铁磁物质在同一磁场强度下所激励的 磁场强得多，使铁磁材料内磁场大为增强。当磁畴全部沿外磁 场方向排列后，即使外磁场再增加，铁磁材料内磁场几乎不再 增加，即进入磁饱和状态。
绪论
4.磁路的欧姆定律
Φ F iN Rm Rm
式中
Rm
l μS
二、常用的铁磁材料及其特性
1.高导磁性
μ0 4 107 H/m （2000 ~ 6000）0
2.磁化特性
B Φ μ iN μ F μH
3.磁滞特性
将铁磁材料进行周期性磁化，B和H之间的变化关系就会变 成如图中曲线中abcdefa所示-----磁滞回线
同一铁磁材料在不同的磁场强度值下有不同的磁滞回线，如 图所示。将各磁滞回线的顶点连接起来，所得的曲线称为基本 磁化曲线。
4. 磁滞损耗和涡流损耗
在交流磁路中，磁场强度的大小和方向不断变化，铁磁材 料磁化方向反复变化，使磁畴方向也不断来回排列。磁畴彼此 之间摩擦引起的损耗，称为磁滞损耗。
交变的磁通也能在铁心中感应电动势，并引起环流。这些环 流在铁心内部围绕磁通作涡流状流动，称为涡流，涡流在铁心 中引起的损耗，称为涡流损耗。
磁滞损耗和涡流损耗，总称为铁心损耗
pFe CFe Bm2 f 1.3G
为了减少铁心损耗,电机的铁心均采用0.35~0.5毫米厚、两 面涂有绝缘漆的硅钢片迭成,
ห้องสมุดไป่ตู้
Sl
l
分析:利用磁畴分析
因为在它内部存在着许多很 小的天然磁化区，称为磁畴 .
铁磁物质未放入磁场之前，磁畴杂乱无章地排列着，磁效 应互相抵消，对外部不呈磁性
将铁磁物质放入磁场，在外磁场作用下，磁畴的极性将趋 于同一方向，由此形成一个附加磁场，叠加在外磁场上，磁畴 所产生的附加磁场将比非铁磁物质在同一磁场强度下所激励的 磁场强得多，使铁磁材料内磁场大为增强。当磁畴全部沿外磁 场方向排列后，即使外磁场再增加，铁磁材料内磁场几乎不再 增加，即进入磁饱和状态。
(完整版)电机学第五版课后答案_(汤蕴璆)
解：
第三章直流电机的稳态分析
3-9一台四极82kW、230V、970r/min的他励直流发电机，电枢上共有123个元件，每元件为一匝，支路数 。如果每极的合成磁通等于空载额定转速下具有额定电压时每极的磁通，试计算当电机输出额定电流时的电磁转矩。
解：由题意可知，空载时：
所以额定情况下：
3-12一台他励直流发电机的额定电压为230V，额定电流为10A，额定转速为1000r/min，电枢总电阻 ，励磁绕组电阻 ，已知在750r/min时的空载特性如下表所示：
解：
槽距角
基波绕组系数
5次谐波绕组系数
7次谐波绕组系数
每相绕组串联匝数
4-19试求题4-11中的发电机通有额定电流，一相和三相绕组所产生的基波磁动势幅值。发电机的容量为12000kW， ，额定电压（线电压）为6.3kV，星形联结。
解：
相磁动势幅值
三相磁动势幅值
4-21试分析下列情况下是否会产生旋转磁动势，转向怎样？（1）对称两相绕组内通以对称两相正序电流时；（2）三相绕组一相（例如C相）断线时。
第一章磁路电机学
1-1磁路的磁阻如何计算？磁阻的单位是什么？
答：磁路的磁阻与磁路的几何形状（长度、面积）和材料的导磁性能有关，计算公式为 ，单位：
1-2铁心中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的，它们各与哪些因素有关？
答：磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场中，被反复交变磁化，磁畴间相互摩擦引起的损耗。经验公式 。与铁磁材料的磁滞损耗系数、磁场交变的频率、铁心的体积及磁化强度有关；
试验名称
线电压V线电流A三相功率W
备注
开路试验
短路试验
6300 7.4 6800
550 323 18000
电压加在低压侧
第三章直流电机的稳态分析
3-9一台四极82kW、230V、970r/min的他励直流发电机，电枢上共有123个元件，每元件为一匝，支路数 。如果每极的合成磁通等于空载额定转速下具有额定电压时每极的磁通，试计算当电机输出额定电流时的电磁转矩。
解：由题意可知，空载时：
所以额定情况下：
3-12一台他励直流发电机的额定电压为230V，额定电流为10A，额定转速为1000r/min，电枢总电阻 ，励磁绕组电阻 ，已知在750r/min时的空载特性如下表所示：
解：
槽距角
基波绕组系数
5次谐波绕组系数
7次谐波绕组系数
每相绕组串联匝数
4-19试求题4-11中的发电机通有额定电流，一相和三相绕组所产生的基波磁动势幅值。发电机的容量为12000kW， ，额定电压（线电压）为6.3kV，星形联结。
解：
相磁动势幅值
三相磁动势幅值
4-21试分析下列情况下是否会产生旋转磁动势，转向怎样？（1）对称两相绕组内通以对称两相正序电流时；（2）三相绕组一相（例如C相）断线时。
第一章磁路电机学
1-1磁路的磁阻如何计算？磁阻的单位是什么？
答：磁路的磁阻与磁路的几何形状（长度、面积）和材料的导磁性能有关，计算公式为 ，单位：
1-2铁心中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的，它们各与哪些因素有关？
答：磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场中，被反复交变磁化，磁畴间相互摩擦引起的损耗。经验公式 。与铁磁材料的磁滞损耗系数、磁场交变的频率、铁心的体积及磁化强度有关；
试验名称
线电压V线电流A三相功率W
备注
开路试验
短路试验
6300 7.4 6800
550 323 18000
电压加在低压侧
电机学(完整版)
应用范围扩大
11.05.2020
《电机学》 第一章 导论
1.3 电机中磁路基本定律
1. 全电流定律—安培环路定律
LH dl I
i1 dl
式中，若电流的正方
向与闭合回线L的环行方 向符合右手螺旋关系时，
H
i取正号，否则取负号。
22
i2 i3
L
11.05.2020
LH•d li1i2i3
《电机学》 第一章 导论
11.05.2020
21
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 1956水内冷 25MVA 1960 100MVA 目前 150MVA
208MVA 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
辜承林 华中科技大学出版社
《电机学》第三版 许实章 机械工业出版社
《电机学》
汤蕴璆 机械工业出版社
《电机学》
胡虔生 中国电力出版社
11.05.2020
《电机学》 第一章 导论
6
※ 课程要求 1. 认真听课 2. 独立完成作业
11.05.2020
《电机学》 第一章 导论
7
第一章 导论
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. 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
11.05.2020
《电机学》 第一章 导论
13
11.05.2020
《电机学》 第一章 导论
1.3 电机中磁路基本定律
1. 全电流定律—安培环路定律
LH dl I
i1 dl
式中，若电流的正方
向与闭合回线L的环行方 向符合右手螺旋关系时，
H
i取正号，否则取负号。
22
i2 i3
L
11.05.2020
LH•d li1i2i3
《电机学》 第一章 导论
11.05.2020
21
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 1956水内冷 25MVA 1960 100MVA 目前 150MVA
208MVA 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
辜承林 华中科技大学出版社
《电机学》第三版 许实章 机械工业出版社
《电机学》
汤蕴璆 机械工业出版社
《电机学》
胡虔生 中国电力出版社
11.05.2020
《电机学》 第一章 导论
6
※ 课程要求 1. 认真听课 2. 独立完成作业
11.05.2020
《电机学》 第一章 导论
7
第一章 导论
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. 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
11.05.2020
《电机学》 第一章 导论
13
电机学课件(超全讲解)
绪论
电机的发展 主要类别 基本作用原理——多个（电磁）定律 电机可逆性原理 电机的材料 作业
电机的发展
1．电机的发展初期
电磁感应定律的发现——1831年法拉第 直流电机的发展 单相交流电的应用——远距离传输 三相交流电的应用——解决电机启动问题
电机的发展
2．电机的近代发展及趋势
c y1 y 2 0
磁路的基尔霍夫第二定律
–
沿着任一闭合回路，其总磁压等于总磁势
U I
i
k
磁化曲线
饱和区
不同的磁性材料有 不同的磁导率 同一材料当其磁通 密度不同时，亦有 不同的磁导率
线性区，磁导 率大且不变
起始段，磁导率较小
磁滞现象与磁滞回线
磁场强度H缓 慢地循环变化， B一H曲线是一 封闭曲线 —— 磁 滞 回 线 矫顽磁力Hc 剩余磁感应强 度Br
电磁感应定律
设有一线圈位于磁场中 ，当该线圈中的磁链发生变化 时，线圈中将有感应电动势(简称电势)产生。感应电 势的数值与线圈所匝链的磁链的变化率成正比。感应 电势的方向将倾向于产生一电流，如电流能流通，该 电流的磁化作用将阻止线圈的磁链发生变化。 线圈中的感应电势将倾向于阻止线圈中磁链的变化
磁场储能
磁场是一种特殊形式的物质，磁场中能够储存能量， 在磁场建立过程中，能量由外部能源转换而来。 电机——通过磁场储能来实现机、电能量转换 体积能量密度
Wm
1 2
1 2
BH
1 2
BHdv
V
B
2
磁场能量主要存储在气隙中
(完整版)电机学考试试题(附答案)
（1）额定运行时的转速、转差率；（4分）
（2）额定运行时的电磁功率和电磁转矩；（5分）
（3）如额定运行时，保持负载转矩不变，在转子绕组中串入电阻使电机的转速降低10％，问串入的电阻阻值是原转子电阻的多少倍？调速后的转子铜耗是多少？（6分）
附：参考答案
二、简答题
1.答：
Yd7:
Dd4:
or：
2.答：
双层短距绕组可以等效为两个相位相差短距角β的单层绕组，其双层短距绕组的基波和谐波电势为两个单层绕组相应电势的矢量和，其数值分别小于其代数和，其减小系数为短距因数，谐波的短距因数要小于基波的短距因数。因此，通过短距，牺牲一点基波来达到更多地抑制谐波的作用。
短路阻抗标幺值
短路电阻标幺值
短路电抗标幺值
对于第II台变压器,短路试验在高压侧进行，高压为124A。
高压侧额定相电流
高压侧阻抗基值
短路阻抗
短路电阻
短路电抗
短路阻抗标幺值
短路电阻标幺值
短路电抗标幺值
（2）
已知功率因数
则有
略去励磁电流后等效电路参数
，
则电压调整率
二、简答题：（35分）
1.画出Yd7和Dd4三相变压器绕组连接图，并作出相应的电动势矢量图。（8分）
2.为什么采用短距可以削弱双层绕组电动势的谐波。（4分）
3.三相对称绕组连成星形接法，接入三相对称电压，形成旋转磁场的性质如何（幅值、旋转速度）？若绕组有一相断线，试问此时合成磁动势的大小和性质？（用公式表示）（8分）
5.答：
（1）相同点：
变压器和异步电动机能量转换都是利用了电磁感应定律的基本原理；能量传递都是以磁场作为媒介，两侧都无直接电的联系。
（2）不同点：（答出其一即可）
（2）额定运行时的电磁功率和电磁转矩；（5分）
（3）如额定运行时，保持负载转矩不变，在转子绕组中串入电阻使电机的转速降低10％，问串入的电阻阻值是原转子电阻的多少倍？调速后的转子铜耗是多少？（6分）
附：参考答案
二、简答题
1.答：
Yd7:
Dd4:
or：
2.答：
双层短距绕组可以等效为两个相位相差短距角β的单层绕组，其双层短距绕组的基波和谐波电势为两个单层绕组相应电势的矢量和，其数值分别小于其代数和，其减小系数为短距因数，谐波的短距因数要小于基波的短距因数。因此，通过短距，牺牲一点基波来达到更多地抑制谐波的作用。
短路阻抗标幺值
短路电阻标幺值
短路电抗标幺值
对于第II台变压器,短路试验在高压侧进行，高压为124A。
高压侧额定相电流
高压侧阻抗基值
短路阻抗
短路电阻
短路电抗
短路阻抗标幺值
短路电阻标幺值
短路电抗标幺值
（2）
已知功率因数
则有
略去励磁电流后等效电路参数
，
则电压调整率
二、简答题：（35分）
1.画出Yd7和Dd4三相变压器绕组连接图，并作出相应的电动势矢量图。（8分）
2.为什么采用短距可以削弱双层绕组电动势的谐波。（4分）
3.三相对称绕组连成星形接法，接入三相对称电压，形成旋转磁场的性质如何（幅值、旋转速度）？若绕组有一相断线，试问此时合成磁动势的大小和性质？（用公式表示）（8分）
5.答：
（1）相同点：
变压器和异步电动机能量转换都是利用了电磁感应定律的基本原理；能量传递都是以磁场作为媒介，两侧都无直接电的联系。
（2）不同点：（答出其一即可）
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B 0 H
图1-6 铁磁材料的磁化曲线（p16）
a H
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
41
△ 应用 设计电机和变压器时，为使主磁路内得到较大的磁通
量而又不过分增大励磁磁动势。通常把铁心内的工作
磁通密度选择在膝点附近。
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
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
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
10
实物图
电动机 使用中的变压器
汽轮发电机组
2018年10月13日星期六 《电机学》 第一章 导论
2018年10月13日星期六 《电机学》 第一章 导论
21
1.3 电机中磁路基本定律 1. 全电流定律—安培环路定律
H dl I
L
i1
dl
i2
i3
L
式中，若电流的正方 向与闭合回线L的环行方 向符合右手螺旋关系时， i取正号，否则取负号。
H
H dl i
L
2018年10月13日星期六 《电机学》 第一章 导论
6
第一章
导论
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
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
7
1.1 概述 一、电机的定义 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。
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
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
20
2．电机的近代发展及趋势
《电机学》 第一章 导论
38
分析磁化曲线，分四段 在oa段：当H增大→B增大，但B 增大速度较慢 在ab段：当H增大→B增大，B增 大速度快； 在bc段：B随H增大的速度又较慢； 在cd段：为磁饱和区（又呈直线 段）。其中拐弯点b称为膝点；c 点为饱和点。 过了饱和点c，铁磁材料的磁导 率趋近μ 0。
34
1.4 铁磁材料特性 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
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
36
考虑：为什么铁磁材料具有很高的导磁性能?
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。
1
i2 i3
22
l和l’，两积分路径结果相同：
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
23
2. 电磁感应定律 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。
线圈中的感应电势将倾向于阻止线圈中磁链的变化。
d d e N dt dt
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
8
二、电机的主要类型 据速度、电流分
静止的电气设备——变压器
直流发电机 电机 旋转电机 同步电机 交流电机 异步电机 直流电机 直流电动机 同步发电机
同步电动机
异步发电机
异步电动机
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
9
据能量转换分 发电机——将机械功率转换为电功率
1
※ 电机学课程的特点 ① 综合性 ② 实际性 ③ 统一性
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
2
※ 电机学的基本分析方法
方程式、相量图和等效电路的分析方法
归算算法 ——标么制
凸极处理法——凸极隐极
对称分量法——不对称
实验分析法——实验
……
2018年10月1ห้องสมุดไป่ตู้日星期六
16
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
17
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
18
请观察电力系统示意图，找到系统中使用的电机？
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
19
1.2
电机发展简史
1．电机的发展初期
F＝Bli——1821年 Faraday
《电机学》 第一章 导论
32
最大转矩
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
Tem Tcj M NBliD
j 1
2018年10月13日星期六 《电机学》 第一章 导论
F Bli
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
31
④ 电磁转矩 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
2018年10月13日星期六
水轮发电机
11
三、电机中所用材料 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
2018年10月13日星期六 《电机学》 第一章 导论
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μ
2018年10月13日星期六
Fe不是常数。
《电机学》 第一章 导论
37
2、磁化曲线 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)。
2018年10月13日星期六
2018年10月13日星期六 《电机学》 第一章 导论
28
电动势和磁通相位关系
m sin t
e eT Nm cost Em sin(t 90 )
Em N m E 2fN m 4.44 fN m 2 2
2018年10月13日星期六 《电机学》 第一章 导论
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。
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
14
•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
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
15
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
M
33
电磁转矩是电机实现机电能量转换的重要物理量。 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 功率关系求得电磁转矩
P Tem
2018年10月13日星期六
P ：电磁功率（输入、输出） Ω ：电机气隙磁场旋转角速度
《电机学》 第一章 导论
42
二、磁滞与磁滞损耗
1、磁滞回线
剩磁:去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的磁通 密度。 矫顽力:要使B值从减小到零，必须加上相应的反向外 磁场，此反向磁场强度称为矫顽力。 磁滞现象：B的变化总是滞后H的变化 磁滞回线：磁场强度H缓慢地循环变化，B－H曲线封 闭曲线 磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。
12
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
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
13
四、电机作用和地位 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；
29
② 运动电动势 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 Nv eT ev t x
e Blv
感应电动势的方向_右手定则
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
30
③ 电磁力定律 载流导体在磁场中要受到力的作用——电磁力。 左手定则
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
39
※ 铁磁材料具有的特点 它的磁化曲线具有饱和性，磁导率μ 随H的变化而变化。
1.
2. 3.
Fe不是常数，且
变化 总体非线性 存在饱和特性
H
2018年10月13日星期六
图1-6 铁磁材料的磁化曲线（p16）
a H
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《电机学》 第一章 导论
41
△ 应用 设计电机和变压器时，为使主磁路内得到较大的磁通
量而又不过分增大励磁磁动势。通常把铁心内的工作
磁通密度选择在膝点附近。
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
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
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
10
实物图
电动机 使用中的变压器
汽轮发电机组
2018年10月13日星期六 《电机学》 第一章 导论
2018年10月13日星期六 《电机学》 第一章 导论
21
1.3 电机中磁路基本定律 1. 全电流定律—安培环路定律
H dl I
L
i1
dl
i2
i3
L
式中，若电流的正方 向与闭合回线L的环行方 向符合右手螺旋关系时， i取正号，否则取负号。
H
H dl i
L
2018年10月13日星期六 《电机学》 第一章 导论
6
第一章
导论
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
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
7
1.1 概述 一、电机的定义 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。
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
2018年10月13日星期六
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2．电机的近代发展及趋势
《电机学》 第一章 导论
38
分析磁化曲线，分四段 在oa段：当H增大→B增大，但B 增大速度较慢 在ab段：当H增大→B增大，B增 大速度快； 在bc段：B随H增大的速度又较慢； 在cd段：为磁饱和区（又呈直线 段）。其中拐弯点b称为膝点；c 点为饱和点。 过了饱和点c，铁磁材料的磁导 率趋近μ 0。
34
1.4 铁磁材料特性 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
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
36
考虑：为什么铁磁材料具有很高的导磁性能?
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。
1
i2 i3
22
l和l’，两积分路径结果相同：
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
23
2. 电磁感应定律 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。
线圈中的感应电势将倾向于阻止线圈中磁链的变化。
d d e N dt dt
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二、电机的主要类型 据速度、电流分
静止的电气设备——变压器
直流发电机 电机 旋转电机 同步电机 交流电机 异步电机 直流电机 直流电动机 同步发电机
同步电动机
异步发电机
异步电动机
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9
据能量转换分 发电机——将机械功率转换为电功率
1
※ 电机学课程的特点 ① 综合性 ② 实际性 ③ 统一性
2018年10月13日星期六
《电机学》 第一章 导论
2
※ 电机学的基本分析方法
方程式、相量图和等效电路的分析方法
归算算法 ——标么制
凸极处理法——凸极隐极
对称分量法——不对称
实验分析法——实验
……
2018年10月1ห้องสมุดไป่ตู้日星期六
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《电机学》 第一章 导论
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《电机学》 第一章 导论
18
请观察电力系统示意图，找到系统中使用的电机？
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《电机学》 第一章 导论
19
1.2
电机发展简史
1．电机的发展初期
F＝Bli——1821年 Faraday
《电机学》 第一章 导论
32
最大转矩
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
Tem Tcj M NBliD
j 1
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F Bli
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《电机学》 第一章 导论
31
④ 电磁转矩 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
2018年10月13日星期六
水轮发电机
11
三、电机中所用材料 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
2018年10月13日星期六 《电机学》 第一章 导论
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μ
2018年10月13日星期六
Fe不是常数。
《电机学》 第一章 导论
37
2、磁化曲线 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)。
2018年10月13日星期六
2018年10月13日星期六 《电机学》 第一章 导论
28
电动势和磁通相位关系
m sin t
e eT Nm cost Em sin(t 90 )
Em N m E 2fN m 4.44 fN m 2 2
2018年10月13日星期六 《电机学》 第一章 导论
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。
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•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
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M
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电磁转矩是电机实现机电能量转换的重要物理量。 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 功率关系求得电磁转矩
P Tem
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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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二、磁滞与磁滞损耗
1、磁滞回线
剩磁:去掉外磁场之后，铁磁材料内仍然保留的磁通 密度。 矫顽力:要使B值从减小到零，必须加上相应的反向外 磁场，此反向磁场强度称为矫顽力。 磁滞现象：B的变化总是滞后H的变化 磁滞回线：磁场强度H缓慢地循环变化，B－H曲线封 闭曲线 磁滞现象是铁磁材料的另一个特性。
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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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四、电机作用和地位 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；
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② 运动电动势 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 Nv eT ev t x
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感应电动势的方向_右手定则
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③ 电磁力定律 载流导体在磁场中要受到力的作用——电磁力。 左手定则
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※ 铁磁材料具有的特点 它的磁化曲线具有饱和性，磁导率μ 随H的变化而变化。
1.
2. 3.
Fe不是常数，且
变化 总体非线性 存在饱和特性
H
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