长沙理工大学 电机学 ppt 第一章 导论
合集下载
《电机学》课件 第一章
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
3、磁化曲线 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)。
1-4 铁磁材料及特性
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；饱和区 c点为饱和点，拐弯点b称为膝点 在cd段及以后：铁磁材料的磁导率趋近μ
小 结
二、磁路
1、概念 2、磁路基本定律
• • • •
安培环路定律 磁路的欧姆定律 磁路的基尔霍夫第一定律 磁路的基尔霍夫第二定律
小 结
三、铁磁材料及特性
1、铁磁材料 2、磁导率 3、磁畴 4、磁化曲线
磁滞损耗
5、铁心损耗 涡流损耗
思考
一台电机在同一时间决不能既
是发电机又是电动机，为什么
说发电机作用和电动机作用同 时存在于一台电机中？
•
1 2 3 1 2 3 0 0
1-2 磁路及磁路定律
•
4、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。
Ui
Ik
F
此定律实际上是安培环路定律的另一种表达形 式。
1-3 基本电磁定律
1-3 基本电磁定律
1.
变压器电动势
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 势称为变压器电动势。（线圈与磁场相对静 止）
1-3 基本电磁定律
2、运动电动势（速度电动势）
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
电机学基础知识PPT精选文档
1866 年，德国科学家西门子制成的第一台自激式 发电机，标志着制造大容量发电机技术的突破，具 有划时代的意义。
2020/5/25
weipeiyu制作
8
2020/5/25
Siemens 和他的自激式发电机 weipeiyu制作
9
1885 年，费那里斯发现了两相电流能产生旋转 磁场。
1886 年，特斯拉研制出两相异步电动机。
2020/5/25
weipeiyu制作
12
电机与电力拖动的发展概况
2．电力拖动的发展概况
最初电动机拖动代替了蒸汽或水力的拖动；
当时电动机拖动生产机械的方式是通过天轴来实
现的，称为“成组拖动”。
即由一台电动机拖动一组生产机械，从电动机到
各种生产机械的能量传送以及在各生产机械之间的能
量分配完全用机械的方式，靠天轴及机械传动来实现。
电动机与生产机械在结构上密切配合，从而进一步
简化机构容易实现生产机械运动的全部自动化。
用一台电动机拖动具有多个工作机构的生产机械，
则机械内部仍保留着复杂的机械传动机构；
从上世纪三十年代起，广泛采用了“多电机拖动系
统”，即每一个工作机构用单独电机带动，这样生产
机械结构大大简化；
例对铣床来说共有3台电机即主轴电机、进给电机 和冷却电机。
2020/5/25
法拉第与最早的发电机 —— 法拉第盘 weipeiyu制作
5
电机与电力拖动的发展概况
1832年皮克斯在电磁感应理论的指导下，制造了 第一台发电机；
1833年楞次建立了确定 感应电流方向的原则；
其后他致力于电机理论的研 究并阐明了电机的可逆性原 理。
1834年雅比克制造出世界 第一台电动机，从而证明了 实际应用电能的可能性。
2020/5/25
weipeiyu制作
8
2020/5/25
Siemens 和他的自激式发电机 weipeiyu制作
9
1885 年，费那里斯发现了两相电流能产生旋转 磁场。
1886 年，特斯拉研制出两相异步电动机。
2020/5/25
weipeiyu制作
12
电机与电力拖动的发展概况
2．电力拖动的发展概况
最初电动机拖动代替了蒸汽或水力的拖动；
当时电动机拖动生产机械的方式是通过天轴来实
现的，称为“成组拖动”。
即由一台电动机拖动一组生产机械，从电动机到
各种生产机械的能量传送以及在各生产机械之间的能
量分配完全用机械的方式，靠天轴及机械传动来实现。
电动机与生产机械在结构上密切配合，从而进一步
简化机构容易实现生产机械运动的全部自动化。
用一台电动机拖动具有多个工作机构的生产机械，
则机械内部仍保留着复杂的机械传动机构；
从上世纪三十年代起，广泛采用了“多电机拖动系
统”，即每一个工作机构用单独电机带动，这样生产
机械结构大大简化；
例对铣床来说共有3台电机即主轴电机、进给电机 和冷却电机。
2020/5/25
法拉第与最早的发电机 —— 法拉第盘 weipeiyu制作
5
电机与电力拖动的发展概况
1832年皮克斯在电磁感应理论的指导下，制造了 第一台发电机；
1833年楞次建立了确定 感应电流方向的原则；
其后他致力于电机理论的研 究并阐明了电机的可逆性原 理。
1834年雅比克制造出世界 第一台电动机，从而证明了 实际应用电能的可能性。
电机学第1章1.ppt
3
2021/4/6
3、电机的发展
◇电机的发展:三个时期(1)直流电机形成(2)交流电机的
形成(3)电机理论、设计和制造工艺完善
▪ 电机的发展初期主要是直流电机的发展
▪ 电磁感应定律的发现——1831年法拉第电磁感应 定律
▪ 1833年后制成一台旋转磁机式直流发电机 ▪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
30
2021/4/6
感谢您的阅读收藏，谢谢！
2021/4/6
31
– 绝缘材料
27
2021/4/6
电路与磁路的类比
+ U
-
I R
+ F
-
Φ Rm
28
2021/4/6
概念思考
为什么说发电机和电动机的作用可以同时存在 于一台电机中，但又不能同时既是发电机又是 电动机
从能量传递，力的性质等方面考虑
29
2021/4/6
作业
1-1,1-4,1-8 (1-5，1-6)
4
2021/4/6
◇．电机的近代发展及趋势
▪ 单机容量不断增加——机组容量大时，单位容量的用料 （省）、损耗（小）、造价（低）
如汽轮发电机：
1900
5MVA
1956水内冷 208MVA
1920
25MVA 1960
320MVA
1937空气冷却 100MVA 目前
>1000MVA
氢气冷却 150MVA
9
2021/4/6
磁通连续性原理
由于磁感应线是闭合的，因此对任意封闭曲面 来说，进入该闭合曲面的磁感应线，一定等于 穿出该闭合曲面的磁感应线。如规定磁感应线 从曲面穿出为正，穿入为负，则通过任意封闭 曲面的磁通量总和必等于零
电机学 第一章 绪论
即 • 7. 磁路与电路的异同 • （1）同：绝大多数概念等价 • （2）异：a 电流是电荷的移动
磁通是假想的用于描述磁场的量 b 直流电流通过电阻消耗能量
恒定磁通通过磁阻不消耗能量
16
六、B－H曲线
• 1．磁化曲线 • 起始段：μ较小； • 线性区：μ（较大）近似为直线 • 饱和区：μ很小，H增大，B基本不变
Bg
Ag
1.25
Hg
Bg
0
0.994106
Fg H g Lg 5964
• 3．总体
所需的总磁势为
F＝FI + Fg = 6162(A) 线圈所需的励磁电流为
* 机：机械能，电机中与之相关的有转矩、 转速等。
9
一、磁场、磁感应强度
• 磁场：运动电荷（电流）周围存在的一种特殊物质 • 洛伦兹力：磁场中载流导体所受到的力 • 磁感应强度：描述磁场强弱的物理量 B
二、磁力线、磁通量（Φ）
1.磁力线
（ 1）定义：用假想存在的曲线来表示磁场的分布，
（ 2）性质： – “符合右手螺旋定则”； – “永不相交，确定点的B方向确定、唯一”； – “闭合、无起点、终点”。
• 2.磁路欧姆定律
* （1）部分磁路
• 电路：R＝U／I
• 磁路：
R.磁阻
Rm
l
S
F Rm rm
– 比较电阻：
R l
S
15
• 4．磁导
1 S
Rm
l
• 5．磁路第一定律（节点定律）
根据磁通的连续性原理，流入磁路节点的磁通的代数和等于0.
0
• 6．磁路第二定律（回路定律） Um Ik F
10
2.磁通（磁通量）：通过磁场某一面积的磁感应
磁通是假想的用于描述磁场的量 b 直流电流通过电阻消耗能量
恒定磁通通过磁阻不消耗能量
16
六、B－H曲线
• 1．磁化曲线 • 起始段：μ较小； • 线性区：μ（较大）近似为直线 • 饱和区：μ很小，H增大，B基本不变
Bg
Ag
1.25
Hg
Bg
0
0.994106
Fg H g Lg 5964
• 3．总体
所需的总磁势为
F＝FI + Fg = 6162(A) 线圈所需的励磁电流为
* 机：机械能，电机中与之相关的有转矩、 转速等。
9
一、磁场、磁感应强度
• 磁场：运动电荷（电流）周围存在的一种特殊物质 • 洛伦兹力：磁场中载流导体所受到的力 • 磁感应强度：描述磁场强弱的物理量 B
二、磁力线、磁通量（Φ）
1.磁力线
（ 1）定义：用假想存在的曲线来表示磁场的分布，
（ 2）性质： – “符合右手螺旋定则”； – “永不相交，确定点的B方向确定、唯一”； – “闭合、无起点、终点”。
• 2.磁路欧姆定律
* （1）部分磁路
• 电路：R＝U／I
• 磁路：
R.磁阻
Rm
l
S
F Rm rm
– 比较电阻：
R l
S
15
• 4．磁导
1 S
Rm
l
• 5．磁路第一定律（节点定律）
根据磁通的连续性原理，流入磁路节点的磁通的代数和等于0.
0
• 6．磁路第二定律（回路定律） Um Ik F
10
2.磁通（磁通量）：通过磁场某一面积的磁感应
电机学-绪论ppt课件
I1NIL
SN 82 .48 A 3*35
IphN IL8.248 A
I2N
SN 3U 2N
5002 07 .94 A 3 3*1.5 0
二次侧三角形连接中：
Ip2 hNIL 327 3 .943 15 .78A 3
.
3-2变压器一二次侧的电压电动势磁通方向如图（a）所示，一次
侧电压的波形如图（b）所示，试画出 e1,e2, ,u2 ，的 • •• • • 波形，并用相量图表示E1,E2,m,U1,U2 的关系（忽略喽阻抗 压降）
.
习题3-6：设 k 式的准确性：
N1 kN 2E1
为变压器的变比，试比较下列各
,kU1 ,kI2
E2
U2
I1
若某些是近似的，试说明其所忽略的因素和在什么条件 下方可使用？
解:第一个公式为准确的，第二、三个公 式为在不考虑漏磁抗压降（忽略励磁电 流）和绕组电阻的情况下成立。
.
3-9变压器的额定电压为220/110V,若不慎将低压侧接到220V的交流电源 上，试分析将产生什么样的后果？
.
解：
在忽略漏磁通抗压降的条件下，U• 1
•
E
1
•
并设U1Umsint()，则一次侧电动势
的波形与一次侧电压的波形相差一个负号（即上下颠倒）根据法拉第电磁感
应定律可知：
•
E1
N1
d dt
•
E 1 dt N1
1•
E 1 dt
N1
m sin(
t
) 2
即
•
1
比• E2
滞后90°，幅值为m
即F e木 所以铁心的自感系数较大。
木质材料的线圈自感系数不变，绕在闭合铁心上的 线圈自感系数是个变数，随铁磁材料的饱和而逐步 下降（此处默认线圈匝数，长短和横截面积不变）
电机学第1章 导论
第一章 导 论学习指导学习目标与要求磁路是整个电机学的基础，也是电气工程专业后其它续课程的基础理论知识，例如控制电机、传感器和执行器、自动化电磁元件等课程的技术基础。
为此，要求通过磁路部分的学习，要牢固掌握：1．铁磁材料的基本特性；磁化曲线与磁滞回线；涡流和涡流损耗；2．基本电磁定律：安培环路定律及均匀磁路的欧姆定律、磁介质定律，电磁感应定律；3．电机的分析研究方法。
学习重点1．铁磁材料的基本特性2．基本电磁定律学习难点1．铁磁材料特性的非线性；2．磁路的磁阻和激磁电抗的概念第一节 概 述一、电机的定义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。
二、电机的主要类型电机的种类很多，分类方法也很多。
如按运动方式分，静止的有变压器，运动的有直线电机和旋转电机，直线和旋转电机继续按电源性质分，又有直流电机和交流电机两种，而交流电机按运行速度与电源频率的关系又可分为异步电机和同步电机两大类。
分类还可以进一步细分下去，这里就不一一列举了。
鉴于直线电机较少应用，而电机学只侧重于旋转电机的研究，故上述分类结果可归纳为：⎧⎪⎧⎪⎪⎨⎧⎨⎪⎨⎪⎪⎩⎩⎩变压器直流电机电机旋转电机异步电机交流电机同步电机 以上分类方法从理论体系上讲是合理的，也是大部分电机学教材编写的基本构架。
但从习惯角度，人们还普遍接受另一种按功能分类的方法，具体是：⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩将电能转换为机械能，驱动电力机械由原动机拖动，将机械能转换为电能进行信号的传递和转电动机：发电机：电机控制电机：变压器，变流换，控制系统中的执行，检测或解算元件分别用于改变电压，电流，频率和相位器，移相器： 需要指出的是，发电机和电动机只是电机的两种运行形式，其本身是可逆的。
也就是说，同一台电机，既可作发电机运行，也可作电动机运行，只是从设计要求和综合性能考虑，其技术性和经济性未必兼得罢了。
然而，无论是发电机运行，还是电动机运行，电机的基本任务都是实现机电能量转换，而前提也就是必须能够产生机械上的相对运动。
《电机学讲》课件
步进电机基本原理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
阐述步进电机的基本工作原理，包括每步的转动和磁场的变化。
步进电机特点及应用
介绍步进电机的特点，如精确控制和低速驱动，以及各种应用领域。
第五章：电机控制
电机控制基础
闭环控制及开环控制
说明电机控制的基本原理和概念， 包括驱动电路和控制信号。
对比闭环控制和开环控制的优劣 和适用场景，以及各自的控制策 略。
电机控制中的PID算法
介绍PID算法在电机控制中的应 用，以及如何调节PID参数。
第六章：电机保护
1
电机运行中的故障
列举电机运行中常见的故障，如过载、过热和短路等。
2
电机保护方法
介绍保护电机的多种方法，如热继电器、保险丝和断路器。
3
电机保护电路设计
指导如何设计电机保护电路，包括过流保护和过温保护。
详细介绍直流电机的结构和特点， 以及不同类型的直流电机。
揭示直流电机背后的基本原理， 包括电磁力、电刷和转子等。
直流电机的调速方法
介绍多种直流电机调速方法，如 电压变化、电阻调速和PWM调 速。
第三章：交流电机
1
三相异步电机基本原理
2
解析三相异步电机的基本工作原理，包
括转子的旋转和磁场的产生。
3
三相异步电机调速方法
第七章：电机维护
1 电机维护周期
建议定期进行电机维护，以保证其正常运行。
2 电机保养方法
介绍保养电机的方法，如清洁、润滑和紧固螺栓。
3 电机维修流程
概述电机维修的流程，包括故障诊断、部件更换和测试。
4
探讨三相异步电机的调速方法，包括转 子电阻调速和变频调速。
交流电机结构及分类
阐述步进电机的基本工作原理，包括每步的转动和磁场的变化。
步进电机特点及应用
介绍步进电机的特点，如精确控制和低速驱动，以及各种应用领域。
第五章：电机控制
电机控制基础
闭环控制及开环控制
说明电机控制的基本原理和概念， 包括驱动电路和控制信号。
对比闭环控制和开环控制的优劣 和适用场景，以及各自的控制策 略。
电机控制中的PID算法
介绍PID算法在电机控制中的应 用，以及如何调节PID参数。
第六章：电机保护
1
电机运行中的故障
列举电机运行中常见的故障，如过载、过热和短路等。
2
电机保护方法
介绍保护电机的多种方法，如热继电器、保险丝和断路器。
3
电机保护电路设计
指导如何设计电机保护电路，包括过流保护和过温保护。
详细介绍直流电机的结构和特点， 以及不同类型的直流电机。
揭示直流电机背后的基本原理， 包括电磁力、电刷和转子等。
直流电机的调速方法
介绍多种直流电机调速方法，如 电压变化、电阻调速和PWM调 速。
第三章：交流电机
1
三相异步电机基本原理
2
解析三相异步电机的基本工作原理，包
括转子的旋转和磁场的产生。
3
三相异步电机调速方法
第七章：电机维护
1 电机维护周期
建议定期进行电机维护，以保证其正常运行。
2 电机保养方法
介绍保养电机的方法，如清洁、润滑和紧固螺栓。
3 电机维修流程
概述电机维修的流程，包括故障诊断、部件更换和测试。
4
探讨三相异步电机的调速方法，包括转 子电阻调速和变频调速。
交流电机结构及分类
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基 本 磁 化 曲 线 ： 用 不 同 的 B m值 可 测 出不同的磁滞回线，而将所有磁滞 回线在第Ⅰ象限内的顶点连接起来 得到的磁化曲线就叫做基本磁化曲 线或平均磁化曲线。
长沙理工大学电气工程学院
磁滞与磁滞损耗
磁滞损耗：铁磁材料在交变磁场作用下的反复磁化过程中 ，磁畴会不停转动，相互之间会不断摩擦，因而就要消耗 一定的能量，产生功率损耗。这种损耗称为磁滞损耗。
同 一 铁 磁 材 料 ， Bm 愈 大 ， 磁 滞 回 线 所包围的面积也愈大。
长沙理工大学电气工程学院
磁滞与磁滞损耗
软磁材料： 磁滞回线很窄的铁磁材 料叫软磁材料，在电机中常用的有 硅钢片、铸铁、铸钢等等。 硬磁材料： 磁滞回线很宽的铁磁材 料，通常称为硬磁材料或叫永磁材 料。电机中常用的永磁材料有铁氧 体、稀土钴、钕铁硼等。
电机
电机的分类
长沙理工大学电气工程学院
电机中使用的材料
① 导电材料：铜线。构成电路。 ② 导磁材料：硅钢片。构成磁路。 ③ 结构材料：铸铁、铸钢和钢板。承受力。 ④ 绝缘材料 ：聚酯漆、环氧树脂、玻璃丝带等。用
于导体之间和各类构件之间的绝缘处理。电机常 用绝缘材料按性能划分为A、E、B、F、H、C等6个 等 级 。 如B 级 绝 缘 材 料 可 在130℃ 下 长 期 使 用 ， 过 130℃ 则 很 快 老 化 ， 但 H 级 绝 缘 材 料 允 许 在 180℃下长期使用。
度 后 ， 随 着 H 的增加，B的增加逐渐变慢，因此 μFe 随着H 的增加而减小。
长沙理工大学电气工程学院
磁化曲线
在外磁场H作用下，磁感应 强度B将发生变化，二者之 间的关系曲线称为磁化曲 线 ， 记 为B=f (H) 。 相 应 地 还可以描绘磁导率与磁场 强度的关系曲线，记为 μ=f(H), 叫 做 磁 导 率 曲 线 。 铁磁材料的基本磁化曲线 如下图所示。
长沙理工大学电气工程学院
铁耗
铁耗 ： 铁磁材料在交变磁场作用时，磁滞损耗和 涡流损耗是同时发生的。因此，在电机和变压器 的计算中，当铁心内的磁场为交变磁场时，常将 磁滞损耗和涡流损耗合在一起来计算，并统称为 铁心损耗，简称铁耗。 铁耗∝ fβ Bm2。其中1＜ β ＜2， β与材料性质有关。
长沙理工大学电气工程学院
长沙理工大学电气工程学院
第一章 导论
二：铁磁材料特性
铁磁材料的磁导率 铁耗
磁滞与磁滞损耗 涡流与涡流损耗
磁化曲线
长沙理工大学电气工程学院
铁磁材料的磁导率
磁导率的定义 μ= B/H
非铁磁材料的磁导率 μ≈μ0 = 4π×10-7 H/m 为常数 铁磁材料的磁导率μFe ① μFe>> μ0 ② μFe 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
电磁感应定律
匝 数 为N 的 线 圈 置 于 磁 场 中 ， 与线圈交链的磁链为Ψ ，只要Ψ 发生了变化，线圈内就会感应 出电动势。 感应电动势倾向于在线圈内产 生电流，以阻止Ψ的变化。 当电动势的正方向与磁通方向 符合右手螺旋法则，则
e = dΨ= N dΦ
dt
dt
长沙理工大学电气工程学院
电磁力定律
=ph
1 T
T
0
=pdtfV
H
Bd
Vh K fBh = mp
磁滞损耗的大小与磁滞损耗与磁滞回线的面积、电流频率 f和铁心体积V成正比。 由于硅钢片的磁滞回线面积很小，且导磁性能好。因此大 多数电机、变压器或普通电器的铁心都采用硅钢片制成。
长沙理工大学电气工程学院
涡流与涡流损耗
涡流： 铁磁材料在交变磁场将有围绕磁通呈涡旋状的感应 电动势和电流产生，简称涡流。 涡流损耗：涡流在其流通路径上的等效电阻中产生 损耗称为涡流损耗。
磁场对电流的作用是磁场的基本特征之一。对于长
直载流导体，若磁场与之垂直，则计算电磁力大小 的公式为 F=B l i 。这就是通常所说的电磁力定 律 ， 也 叫 毕 奥-- 萨 伐 电 磁 力 定 律 。 式 中 电 磁 力 F 、 场 B 和载流导体 l 的关系由左手定则确定。普通电机 中，l 通常沿轴线方向，而B沿径向方向。
长沙理工大学电气工程学院
第一章 导论
一：概述 电机的基本概念 电机的分类
二：铁磁材料特性
电机中使用的材料
铁磁材料的磁导率
铁耗
磁化曲线
磁滞与磁滞损耗 涡流与涡流损耗
三：电机中的基本电磁定律
全电流定律
电磁感应定律
电磁力定律
四：磁路基本定律
自感和互感
长沙理工大学电气工程学院
Pw
=
d 2 0
dpw
d
=
2 0
2K 2f
2lbBm2 x2d x ρ
= K 2f 2d 2Bm2 V 12ρ
涡流损耗与磁场交变频率f 、厚度d 和最大磁感应 平方成正比，与材料的电阻率 ρ成反比。 要减少涡流损耗，首先应减小厚度，其次是增加涡流回路 中的电阻。电工钢片中加入适量的硅，制成硅钢片，显著 提高电阻率。
第一章 导论
一：概述
电机的基本概念
电机的分类
电机中使用的材料
长沙理工大学电气工程学院
电机的基本概念
电机是依据 电磁感应定律 和电磁力定律 ， 由电路 和磁路构成的能实现机电能量转换或信 号传递与转换的装置。
电路 e=Blv
磁路
f=Bli
机械能
电能
长沙理工大学电气工程学院
按运动方式分类
电机
按功能分类
长沙理工大学电气工程学院
磁滞与磁滞损耗
磁滞 被极化了的铁磁材料在外磁场 撤除后，磁畴的排列将不可能完全恢 复到原始状态，即初始随机排列不复 存在，对外也就会显示出磁性。铁磁 材 料 中 这 种B 的 变 化 滞 后 于H 的 变 化 的现象被称为磁滞。 磁 滞 回 线 ： 铁 磁 材 料 的 交 变( 循 环) 磁 化过程。磁滞回线表明，上升磁化曲 线与下降磁化曲线不重合，或者说， 铁磁材料的磁化过程是不可逆的。 不同铁磁材料有不同的磁滞回线，且
第一章 导论
三：电机中的基本电磁定律
全电流定律 电磁感应定律 电磁力定律
长沙理工大学电气工程学院
全电流定律
全电流定律（安培环路定 律）：磁场强度沿任意的 闭合路径的线积分等于闭 合路径包围的导体电流的 代数和。
电流是产生磁场的源。
rrvr
1l Η 2dl =3HldlII I=
长沙理工大学电气工程学院
长沙理工大学电气工程学院
磁滞与磁滞损耗
磁滞损耗：铁磁材料在交变磁场作用下的反复磁化过程中 ，磁畴会不停转动，相互之间会不断摩擦，因而就要消耗 一定的能量，产生功率损耗。这种损耗称为磁滞损耗。
同 一 铁 磁 材 料 ， Bm 愈 大 ， 磁 滞 回 线 所包围的面积也愈大。
长沙理工大学电气工程学院
磁滞与磁滞损耗
软磁材料： 磁滞回线很窄的铁磁材 料叫软磁材料，在电机中常用的有 硅钢片、铸铁、铸钢等等。 硬磁材料： 磁滞回线很宽的铁磁材 料，通常称为硬磁材料或叫永磁材 料。电机中常用的永磁材料有铁氧 体、稀土钴、钕铁硼等。
电机
电机的分类
长沙理工大学电气工程学院
电机中使用的材料
① 导电材料：铜线。构成电路。 ② 导磁材料：硅钢片。构成磁路。 ③ 结构材料：铸铁、铸钢和钢板。承受力。 ④ 绝缘材料 ：聚酯漆、环氧树脂、玻璃丝带等。用
于导体之间和各类构件之间的绝缘处理。电机常 用绝缘材料按性能划分为A、E、B、F、H、C等6个 等 级 。 如B 级 绝 缘 材 料 可 在130℃ 下 长 期 使 用 ， 过 130℃ 则 很 快 老 化 ， 但 H 级 绝 缘 材 料 允 许 在 180℃下长期使用。
度 后 ， 随 着 H 的增加，B的增加逐渐变慢，因此 μFe 随着H 的增加而减小。
长沙理工大学电气工程学院
磁化曲线
在外磁场H作用下，磁感应 强度B将发生变化，二者之 间的关系曲线称为磁化曲 线 ， 记 为B=f (H) 。 相 应 地 还可以描绘磁导率与磁场 强度的关系曲线，记为 μ=f(H), 叫 做 磁 导 率 曲 线 。 铁磁材料的基本磁化曲线 如下图所示。
长沙理工大学电气工程学院
铁耗
铁耗 ： 铁磁材料在交变磁场作用时，磁滞损耗和 涡流损耗是同时发生的。因此，在电机和变压器 的计算中，当铁心内的磁场为交变磁场时，常将 磁滞损耗和涡流损耗合在一起来计算，并统称为 铁心损耗，简称铁耗。 铁耗∝ fβ Bm2。其中1＜ β ＜2， β与材料性质有关。
长沙理工大学电气工程学院
长沙理工大学电气工程学院
第一章 导论
二：铁磁材料特性
铁磁材料的磁导率 铁耗
磁滞与磁滞损耗 涡流与涡流损耗
磁化曲线
长沙理工大学电气工程学院
铁磁材料的磁导率
磁导率的定义 μ= B/H
非铁磁材料的磁导率 μ≈μ0 = 4π×10-7 H/m 为常数 铁磁材料的磁导率μFe ① μFe>> μ0 ② μFe 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
电磁感应定律
匝 数 为N 的 线 圈 置 于 磁 场 中 ， 与线圈交链的磁链为Ψ ，只要Ψ 发生了变化，线圈内就会感应 出电动势。 感应电动势倾向于在线圈内产 生电流，以阻止Ψ的变化。 当电动势的正方向与磁通方向 符合右手螺旋法则，则
e = dΨ= N dΦ
dt
dt
长沙理工大学电气工程学院
电磁力定律
=ph
1 T
T
0
=pdtfV
H
Bd
Vh K fBh = mp
磁滞损耗的大小与磁滞损耗与磁滞回线的面积、电流频率 f和铁心体积V成正比。 由于硅钢片的磁滞回线面积很小，且导磁性能好。因此大 多数电机、变压器或普通电器的铁心都采用硅钢片制成。
长沙理工大学电气工程学院
涡流与涡流损耗
涡流： 铁磁材料在交变磁场将有围绕磁通呈涡旋状的感应 电动势和电流产生，简称涡流。 涡流损耗：涡流在其流通路径上的等效电阻中产生 损耗称为涡流损耗。
磁场对电流的作用是磁场的基本特征之一。对于长
直载流导体，若磁场与之垂直，则计算电磁力大小 的公式为 F=B l i 。这就是通常所说的电磁力定 律 ， 也 叫 毕 奥-- 萨 伐 电 磁 力 定 律 。 式 中 电 磁 力 F 、 场 B 和载流导体 l 的关系由左手定则确定。普通电机 中，l 通常沿轴线方向，而B沿径向方向。
长沙理工大学电气工程学院
第一章 导论
一：概述 电机的基本概念 电机的分类
二：铁磁材料特性
电机中使用的材料
铁磁材料的磁导率
铁耗
磁化曲线
磁滞与磁滞损耗 涡流与涡流损耗
三：电机中的基本电磁定律
全电流定律
电磁感应定律
电磁力定律
四：磁路基本定律
自感和互感
长沙理工大学电气工程学院
Pw
=
d 2 0
dpw
d
=
2 0
2K 2f
2lbBm2 x2d x ρ
= K 2f 2d 2Bm2 V 12ρ
涡流损耗与磁场交变频率f 、厚度d 和最大磁感应 平方成正比，与材料的电阻率 ρ成反比。 要减少涡流损耗，首先应减小厚度，其次是增加涡流回路 中的电阻。电工钢片中加入适量的硅，制成硅钢片，显著 提高电阻率。
第一章 导论
一：概述
电机的基本概念
电机的分类
电机中使用的材料
长沙理工大学电气工程学院
电机的基本概念
电机是依据 电磁感应定律 和电磁力定律 ， 由电路 和磁路构成的能实现机电能量转换或信 号传递与转换的装置。
电路 e=Blv
磁路
f=Bli
机械能
电能
长沙理工大学电气工程学院
按运动方式分类
电机
按功能分类
长沙理工大学电气工程学院
磁滞与磁滞损耗
磁滞 被极化了的铁磁材料在外磁场 撤除后，磁畴的排列将不可能完全恢 复到原始状态，即初始随机排列不复 存在，对外也就会显示出磁性。铁磁 材 料 中 这 种B 的 变 化 滞 后 于H 的 变 化 的现象被称为磁滞。 磁 滞 回 线 ： 铁 磁 材 料 的 交 变( 循 环) 磁 化过程。磁滞回线表明，上升磁化曲 线与下降磁化曲线不重合，或者说， 铁磁材料的磁化过程是不可逆的。 不同铁磁材料有不同的磁滞回线，且
第一章 导论
三：电机中的基本电磁定律
全电流定律 电磁感应定律 电磁力定律
长沙理工大学电气工程学院
全电流定律
全电流定律（安培环路定 律）：磁场强度沿任意的 闭合路径的线积分等于闭 合路径包围的导体电流的 代数和。
电流是产生磁场的源。
rrvr
1l Η 2dl =3HldlII I=
长沙理工大学电气工程学院