华北电力大学电机学87讲-概论(1)

电机的作用及主要类型
电机的分类－ 电机的分类－按用途分类 变压器（ ）－将某一等级的交流电压与电 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。 流转变成另一等级的交流电压与电流的静止电器。 发电机（Generator）－将机械能转换成电能的旋转电机。 ）－将机械能转换成电能的旋转电机 发电机（ ）－将机械能转换成电能的旋转电机。 电动机（ ）－将电能转换成机械能的旋转电机 电动机（Motor）－将电能转换成机械能的旋转电机。 ）－将电能转换成机械能的旋转电机。 控制电机（ ）－主要用途是为了执行某 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。本书不作研究。 种控制任务，而不是为了传递能量。本书不作研究。 如测速电机、光驱马达、机器人关节电机。 如测速电机、光驱马达、机器人关节电机。
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
0.2.2 我国目前实际应用情况
☆
汽发：消化引进，设计600MW,1000MW 汽发：消化引进，设计600MW,1000MW
☆ 700MW水发, 三峡电站 700MW水发 水发, 500kV输电线路以及相应的变压器 500kV输电线路以及相应的变压器 500kV直流输电， 500kV直流输电，西电东送运行中 直流输电 ☆ 引进建设 1000MW等级核电机组 1000MW等级核电机组 400MW燃气轮机联合循环机组 400MW燃气轮机联合循环机组
电能 机械能
同步机、异步机和直流机属于旋转电机范畴。 旋转电机范畴 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
电机是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
机械 系统
电机
电系统
表示发电机运行 表示电动机运行
电系统
变压器
电系统
表示电能传输方向
图0-1 电机能量转换示意图
参考网址： 参考网址：
1．本校电机学多媒体软件 http://202.204.65.151 2. 本校校园网——图书文献——期刊全文检索 本校校园网——图书文献 图书文献——期刊全文检索 3. 国家自然科学基金网 www.nsfc.gov.cn
4．中国变压器行业信息网www.transformer.net.cn 中国变压器行业信息网www.transformer.net.cn 5．国家电力信息网 6．发电机组网 7．中小型电机 8．微电机 9．中国专利局 10.美国专利局 10.美国专利局 www.sp.com.cn www.fdjz.net www.motorwww.motor-abc.com www.chinawww.china-micromotor.com www.sipo.gov.cn www.uspto.gov
教学参考书 1.自编讲义, 电机学，华北电力大学,电机教研室编，2007。 1.自编讲义, 电机学，华北电力大学,电机教研室编，2007。 自编讲义 胡虔生、胡敏强、杜炎森. 电机学. 中国电力出版社， 2. 胡虔生、胡敏强、杜炎森. 电机学. 中国电力出版社，2001. 汤蕴璆、史乃主编，电机学，机械工业出版社， 3. 汤蕴璆、史乃主编，电机学，机械工业出版社，1999. 许实章，电机学，机械工业出版社， 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. 李发海等，电机学（第三版），科学出版社， ），科学出版社
0.1.1 发电环节——各种发电机 发电环节——各种发电机
国产200MW 国产200MW汽轮发电机 200MW汽轮发电机
国产330MW 国产330MW汽轮发电机定子 330MW汽轮发电机定子
国产330MW 国产330MW汽轮发电机定子铁心 330MW汽轮发电机定子铁心
国产600MW 国产600MW汽轮发电机 600MW汽轮发电机
☆ 新能源技术
风力发电
波浪能电站外景 波浪发电
波浪能电站内景
2）电机领域我校正在研究的项目举例
在国家自然科学基金网站www.nsfc.gov.cn 在国家自然科学基金网站www.nsfc.gov.cn 选择 “信息检索”，进入 “项目查询” 信息检索” 项目查询” 输入搜索词“电机” 输入搜索词“电机”、“发电机”、“变压器”等 发电机” 变压器” 获取目前项我校正在承担的国家自然科学基金项目。 获取目前项我校正在承担的国家自然科学基金项目。
第一讲
电机与电机学简介
0.1 电机与国民经济、日常生活的关系 电机与国民经济、 0.2 电机发展历程及当前状况 0.3 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 0.1电机与国民经济、 电机与国民经济
☆ 电能系统的关键设备 电能的生产——输送和分配 电能的生产——输送和分配——电能的消费 输送和分配——电能的消费 发电———输配电 发电———输配电——— 用电 输配电——— 发电机———变压器 发电机———变压器———电动机 变压器———电动机
电机的作用及主要类型
小结
直流发电机 直流电机 直流电动机 电机 旋转电机 同步发电机 同步电机 同步电动机 交流电机 异步电机 异步发电机 变压器



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。 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。
2) 实践环节
☆ 基本训练：利用基础实验室、开放实验室、工程训 基本训练：利用基础实验室、开放实验室、 练中心三个基地有利条件， 练中心三个基地有利条件，完成基本训练 ☆ 基本工具：测试技术,编程技术,熟悉文献 基本工具：测试技术,编程技术,
☆ 投入科研实践,争取突出成绩 投入科研实践, 勇于投入，与老师紧密联系， 勇于投入，与老师紧密联系，同学之间密切合作 多个适合学生开展的设计、 多个适合学生开展的设计、研究型实验初步拟定
本学期《电机学》(1)主讲教师 本学期《电机学》(1)主讲教师 李永刚 许伯强 朱凌 李俊卿 办公：7522951 办公：
lyg@ncepubd.edu.cn lyg@ncepubd.edu.cn
答疑地点： 答疑地点：
教1楼
107
概
主要内容
论
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
电机的作用及主要类型
电机的分类－ 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：
变压器（Transformer） 交流电机 同步电机(Synchronous machine) 异步电机(Asynchronous machine)
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、 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， 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。 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 高性能的新型电机不断涌现。开关磁阻电机、（超 、（ 速电机、（超）大容量发电机。 速电机、（超 大容量发电机。 、（ 高性能的异步电动机调速系统，变频调速、串级调速。 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。 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、 （如电压、电流、磁通、转速、温度、振动、噪声、局部放 ），并采用适当方法评估电机当前运行状态 并采用适当方法评估电机当前运行状态； 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。 状态，则确定故障类型、发生部位、严重程度及发展趋势。
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) 检修中)
与电网相连 的高压出线端
配电变压器
0.1.3 用电环节——各种电动机 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% 60%。 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%。
§0.3 电机学的教学目标及学习方法
电机学的教学目标 知识、能力与素质三丰收 知识、
☆掌握知识，培养能力与提高素质并重， 掌握知识，培养能力与提高素质并重， 千方百计使每个同学都取得好成绩， ☆千方百计使每个同学都取得好成绩， 包括当前看得见的成绩与实实在在长远受益！ ☆包括当前看得见的成绩与实实在在长远受益！
电磁(滑差) 电磁(滑差)调速电动机
新型稀土永磁节能电机
高速异步电机(6000-90000,体积小 高速异步电机(6000-90000,体积小,精度高) 体积小,
特殊新用途（电磁发射，纳米电机等） 特殊新用途（电磁发射，纳米电机等）
军事领域， 军事领域，电磁发射技术
智能自动化领域， 智能自动化领域，超微电机与微型机器人技术
Leabharlann Baidu
电机学的特点：
1、 专业基础课 2 、综合性比较强
电机学的学习方法
1）理论学习
抓住一个关键，三个环节，找出问题，及时解决 抓住一个关键，三个环节，找出问题，
关键：听课与自主学习紧密结合(不迟到,不缺课)； 关键：听课与自主学习紧密结合(不迟到,不缺课) 环节：熟悉教材，多媒体课件，及时独立完成作业。 环节：熟悉教材，多媒体课件，及时独立完成作业。
3) 具体要求
☆ 不缺课、不迟到早退，认真听课，做好课堂笔记； 不缺课、不迟到早退，认真听课，做好课堂笔记；
☆ 独立完成课后作业，勤于思考，积极提问； 独立完成课后作业，勤于思考，积极提问； ☆ 重视实践环节，完成电机基础实验，积极参与电机 重视实践环节，完成电机基础实验， 类开放型实验和设计创新型实验， 类开放型实验和设计创新型实验，培养科研创新能 力。
信息领域，雷达驱动 信息领域， 航天航空航海领域，生物医学领域 航天航空航海领域， ……
§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 1821年 1831年 1831年 1832年 1832年 1885年 1885年 1889年 1889年 法拉第发现载流导体在磁场中受力的想象 法拉第发现电磁感应定律 出现直流电机 出现异步电动机 出现三相系统，并制造出三相异步电动机 出现三相系统，
电机学主要讲述包括四大机种： 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 变压器：属于静止电机 静止电机， 甚至也可改变相数、频率及相位。 压，甚至也可改变相数、频率及相位。 2.同步电机 2.同步电机 3.异步电机 3.异步电机 4.直流电机 4.直流电机
}
发电机运行： 发电机运行：机械能 电动机运行：电能 电动机运行：
0.1.2 输配电环节——变压器 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， 为了把发电厂发出的电力输送到四面八方的用户， 左右的电压升高。 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 220kV或500kV。 的功率、采用高电压。 的功率、采用高电压。 20kV/500kV(220kV) 500kV(220kV)/110kV 110kV/35kV 35kV/10kV 10kV/380V
0.2.3 当前研究、开发与创新 当前研究、 1）国内外与电机相关的研究领域
新要求：安全、可靠、经济、 ☆ 新要求：安全、可靠、经济、环保 新能源技术：风力发电， ☆ 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、 ☆ 机电一体化：电机、电力电子、信息技术、 微电子结合 ☆ 节能电机与电机的节能控制 特殊新用途（电磁发射，纳米电机） ☆ 特殊新用途（电磁发射，纳米电机）