电机学概论1

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。
思考：如何尽量减小涡流损耗？
磁滞损耗 Ph 涡流损耗 Pe
铜损耗使线圈发热，
铁损耗使铁心发热。
减小铁损耗的方法 0.35 mm
①
使用软磁材料减小Ph
；00..3207
mm mm
连接发电机与电网的升压变压器
连接发电机 的封闭母线
(检修中)
与电网相连 的高压出பைடு நூலகம்端
配电变压器
3 用电环节——各种电动机
各行业广泛使用鼠笼异步电动机
电动机，作为原动机拖动各类机械设备。 应用广泛，在电力系统全部负荷中，所占比例超过60%。
电磁(滑差)调速电动机
新型稀土永磁节能电机
特殊新用途（电磁发射，纳米电机等）
的频率相同，谁会更热呢？
理解：磁化、磁滞回线、剩磁、矫顽磁力及磁滞损耗
加交流， 热！Why?
铁芯上的绕组中流的是交流电流，则B左、右不停的变化，就相当于 外磁场来回变化，那么其过程为：正向磁化(绕组有正向电流）-留存正 向剩磁（绕组电流为零）-正向剩磁的去磁（绕组流反向电流）-反向磁 化绕组中（绕组反向电流增大）-留存反向剩磁（绕组电流为零） -反向 去磁（绕组流正向电流） -正向磁化(绕组有正向电流） …..微观中的那 些小磁畴跟着来回转动来回转来转去，会发热吗？女孩和八戒左右来回 转动，会热吗？
硬磁物质
B－H 曲线宽，Br 大、Hc 大。 用于制造永磁铁。
软磁物质
B－H 曲线窄， Br 小、Hc 小。 用于制造变压器、电机等电器的铁心。
矩磁物质
B－H 曲线形状接近矩形， Br 大、Hc 小。 用于计算机中，作记忆单元。
磁滞损耗与磁滞回线包围的面积、磁通交变频率 f 、
铁磁材料体积 V 成正比。
➢ 小结
变压器
直流发电机
电机
直流电机
直流电动机
旋转电机
同步电机
交流电机
同步发电机 同步电动机
异步电机
异步发电机
异步电动机
注：发电机和电动机是同一电机的两种不同运行方式，其 基本原理是一致的。
投票 最多可选1项 变压器是电机吗？ A是 B 不是
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发电环节——各种发电机
国产200MW汽轮发电机
国产600MW汽轮发电机
2 输配电环节——变压器
为了把发电厂发出的电力输送到四面八方的用户， 需要将发电机输出的 20 kV 左右的电压升高。在我 国，一般升高到 220kV或500kV。为了输送一定大小 的功率、采用高电压。
20kV/500kV(220kV) 500kV(220kV)/110kV 110kV/35kV 35kV/10kV 10kV/380V
磁场是由电流产生的，磁场用磁感线描述。
1. 磁通
磁场中穿过某一截面积 A 的磁感线数。
单位：韦[伯]（Wb）。
2. 磁感应强度 B
描述介质中的实际磁场强弱和方向。
B 是一个矢量，其方向为磁场的方向；
大小：
B
=
S
—— 磁通密度
单位：特斯拉 (T)，1 T = 1 Wb/m2 。
3. 磁场强度 H
H 是进行磁场计算引进的辅助物理量。 H 是一个矢量，其方向 B 与相同。
A 咏蝉，杜甫
B 螳螂，朱自清
C 咏蛙，毛泽东
D 早春，徐志摩
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§0.2 电机发展历程及当前状况
0.2.1 和电机发展相关的历程
1821年 安培第发现载流导体在磁场中受力的想象 1831年 法拉第发现电磁感应定律 1832年 出现直流电机 1885年 出现异步电动机 1889年 出现三相系统，并制造出三相异步电动机
▪发电机（Generator）－将机械能转换成电能的旋转电机。
▪电动机（Motor）－将电能转换成机械能的旋转电机。
▪控制电机（Controlling machine）－主要用途是为了执行某 种控制任务，而不是为了传递能量。本课程不作研究。 如测速电机、光驱马达、机器人关节电机。
电机的作用及主要类型
☆ 电能系统的关键设备 电能的生产——输送和分配——电能的消费
发电———输配电——— 用电 发电机———变压器———电动机
电机学主要讲述包括四大机种：
1. 变压器：属于静止电机，可改变交流电能的电 压、电流和阻抗。
2.同步电机
3.异步电机
发电机运行：机械能 电动机运行：电能
4.直流电机
电能 机械能
变压器（Transformer） 交流电机 同步电机(Synchronous machine) 异步电机(Asynchronous machine)
电机的作用及主要类型
➢ 电机的分类－按用途分类
▪变压器（Transformer）－将某一等级的交流电压与电 流转变成另一等级的交流电压与电流的静止电器。
多选题 1分
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此图为课前预习视频的截图
同等条件下，空心螺线管比插有铁芯的螺 A 线管所产生的磁性弱。 B 同等条件下，插入的铁芯材料不同，螺线
管所产生的磁性强弱也不同。 预习所看视频中这两个螺线管是串联的， C 流过的电流一样，匝数也相同。
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第二部分 磁 路
一、磁场的基本物理量
同步机、异步机和直流机属于旋转电机范畴。
电机的作用及主要类型
➢ 电机的分类－按电流形式分类 ▪直流电机（Direct current machine）－电机输入或
输出的能量为直流电能。
▪交流电机（Alternating current machine）－电机输 入或输出的能量为交流电能。主要包括：
《电机学》
网课 考验 自律
概论
主要内容 1. 了解电机的作用与电机学的任务 2. 掌握基本电磁定律 3. 掌握铁磁材料的磁化特性 4. 了解磁路的基本分析方法
第一部分 电机与电机学简介
1 电机与国民经济、日常生活的关系 2 电机发展历程及当前状况 3 电机学的教学目的及学习方法
§0.1电机与国民经济、日常生活的关系
铁芯用硅钢片，即减少涡流损耗，又减少磁滞损耗
概论部分结束
Ph Kh f Bm G
B
B
Bm
B
B Hc
0
Hm Hc
0
H
Hm H
Bm
铁芯材料不同，磁滞回线、剩磁、矫顽磁力及磁滞损耗都不同。软磁性 材料的磁滞回线细长，剩磁少，矫顽磁力小，磁滞损耗小。
在相同情况下， 观看“区分软硬
绕组中电流是 磁”视频
交流，这个铁
芯是硬磁材料
和软磁材料，
哪种热？
女孩和八戒左右来回转动，在相等的时间内，转动
非磁性物质：
≈0（ 为常数）
(1) 顺磁物质
例如变压器油和空气： 略大于 0 。
(2) 反磁物质
例如铜和铋： 略小于 0 。
常用磁性材料的剩磁和矫顽磁力
铸钢： Br = 0.475 ~ 0.5 T，Hc = 880 ~ 1040 A/m 硅钢片： Br = 0.8 ~ 1.2 T， Hc = 32 ~ 64 A/m 玻莫合金：Br = 1.1 ~ 1.4 T ， Hc = 4 ~ 14 A/m
N
S
在铁芯上缠绕上绕组，同上直流电，铁芯就被磁化了，当去掉外磁场，
铁芯常常是有剩磁的，如何去掉剩磁呢？把外磁场反向可以去磁吧。
磁饱和性
不是常数。
磁滞性
矫顽 剩磁 B
B
磁力
Br
－H－m HcO
H Hc Hm
－Br
O
初始磁化曲线
H
磁滞回线
二、物质的磁性能
自然界的物质按磁导率分类： 非磁性物质、磁性物质。
▪ 高性能的异步电动机调速系统，变频调速、串级调速。
▪ 电机状态监测与故障诊断。在线监测电机相关运行参数 （如电压、电流、磁通、转速、温度、振动、噪声、局部放 电），并采用适当方法评估电机当前运行状态；若处于故障 状态，则确定故障类型、发生部位、严重程度及发展趋势。
§0.3 电机学的教学目标及学习方法
在相同情况下， 绕组中电流是 交流，这个铁 芯是硬磁材料 和软磁材料，
哪种热？
思考：对于电机来说，是 否希望电机发热呢？
先观看“涡流”视频， 然后思考下面问题
加变化的直流
图片中，若线圈中通变化的直流电（方向不变化，大小变化），是 否会产生涡流损耗（铁芯发热）？如何减少涡流损耗？为什么电机 中的铁芯都是由表面有绝缘漆膜的铁芯片叠制而成？
军事领域，电磁发射技术 智能自动化领域，超微电机与微型机器人技术 信息领域，雷达驱动 航天航空航海领域，生物医学领域 ……
高速异步电机( ) 6000-90000,体积小,精度高
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独坐池塘如虎踞，绿荫树下养精神。 春来我不先开口，哪个虫儿敢作声。
诗名是什么？作者是谁？（送）
② 增大铁心的电阻率， 0.22 mm
减小涡流及其损耗 ；
③用很薄的硅钢片叠成铁心，
减小涡流及其损耗 。
Φ
(a) Φ
(b)
结论： 1有磁滞损耗就一定有涡流损耗，有涡流损耗不一定 有磁滞损耗； 2减少涡流损耗，用“片”； 3减少磁滞损耗，用软磁性材料—硅钢； 4电机设备不需要发热，所以要较少涡流损耗、减少 磁滞损耗。 5若某铁芯上的绕组里，流的是变化的直流电流，该 铁芯用普通的低碳钢片，只有涡流损耗； 6若某铁芯上的绕组里，流的是变化的交流电流，该
电机学的教学目标 ☆掌握知识，培养能力与提高素质并重。 ☆取得好成绩与长远受益！
电机学的特点：
1、专业基础课 2、综合性比较强
教学参考书 1. 电机学，华北电力大学,电机教研室编，2007。 2. 胡虔生、胡敏强、杜炎森. 电机学. 中国电力出版社，2001. 3. 汤蕴璆、史乃主编，电机学，机械工业出版社，1999. 4. 许实章，电机学，机械工业出版社，1990. 5. 李发海等，电机学（第三版），科学出版社，2002.
至今保留在美国麻省理工学院 的由爱迪生发明的一种直流电动机
☆ 新能源技术
风力发电
波浪能电站外景
波浪能电站内景
波浪发电
电机领域新的研究方向
➢ 伴随计算机技术、自动控制技术、电力电子技术以及永磁、 超导、纳米等新材料技术的飞速发展，电机研究领域也取得诸 多卓越成果。
▪ 高性能的新型电机不断涌现。开关磁阻电机、（超）高 速电机、（超）大容量发电机。
H 与 B 的区别： (1) H ∝I，与介质的性质无关。 (2) B 与电流的大小和介质的性质均有关。
单位：安/米（A / m）。
4. 磁导率
是用来表示媒质导磁能力的物理量。
=
B H
（H / m）
真空中的磁导率： 0 = 4×10－7 H / m
理解：磁化、磁滞回线、剩磁、矫顽磁力及磁滞损耗