电机结构及电气知识
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2020/4/1
一、变压器组成与结构
1.铁心 铁心是变压器中的主要磁路部分
变 2.绕组
压
绕组是变压器的电路部分，它一般
器 用纸包的绝缘扁线或圆线绕成。
2020/4/1
3.油箱、储油柜、散热器、高低压绝缘套 管以及继电保护装置 （油浸式电力变压器）
变压器油的作用
▪ 1.绝缘：变压器油具有比空气高得多的绝缘强度。 绝缘材料浸在油中，不仅可提高绝缘强度，而且 还可免受潮气的侵蚀。使绕组与绕组，绕组与铁 心及油箱之间绝缘。
2020/4/1
2. 磁通Φ 在均匀磁场中，磁感应强度B与垂直于 磁场方向的面积A的乘积，为通过该面 积的通量，称为磁通量，简称磁通Φ。
3.磁场强度H 磁场强度H是计算磁场时引用的一个物 理量。它与表示物质磁导能力大小的磁 导率μ 的乘积等于磁感应强度。
2020/4/1
二、基本定律
1.电磁力定律
直流发电机
2020/4/1
说明：
条件：原动机拖动转子以每分n转运动， 电机的主磁极有磁场。 现象：导体感应电势，大小与磁通密度 B 、导体的有效长度 l 和导 体切割磁场速度 v 三者的乘积成正比，其方向用右手定则判断。
直流电动机
说明： 条件：直流发电机去掉原动机，给两个电刷加上直流电源 现象1：有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据 电磁力定律，载流导体ab和cd受到电磁力的作用，其方向可由左手定则判 定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。 现象2：转过180度后，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是 dcba，从电刷 B 流出。 此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可 由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。
2020/4/1
信号传递 (测量元件)—直流 信号传递(执行元件)—直流
测速发电机
伺服电动机
机械信号转换为电信号
Hale Waihona Puke Baidu
将控制信号转换为机械信号
直流电机的物理模型图解释
2020/4/1
说明： 上图表示一台最简单的两极直流电机模型。 固定部分(定子)：主磁极N和S，电刷B1和B2 旋转部分(转子)：电枢铁心，两根导体连成的电枢线圈，换向器 定子与转子间：气隙。 当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。
直流电机：能输出直流电流的发电机，或通
入直流电流而产生机械运动的电动机，用途相 当广泛。
定 电磁部分 子 机械部分 转 电磁部分 子 机械部分
2020/4/1
直流电机用途
动力—直流电动机
电源—直流发电机
直流电能转化为机械能 将机械能转化为直流电能
励磁机(直流发电机)— 用于小于100MW的单机
同步发电机
旋转 电机
发电机：由原动机拖动，将机械能转换为电能
控制电机：进行信号的传递和转化，控制系统中的
执行，检测或解算元件
变压器：是利用电磁感应原理从一个电路
向另一个电路传递电能或传输信号的一种 电器，这两个电路只有磁的耦合，通常没 有电的联系。
说明： 输电过程中，通常先经过升压变压器将电压 升高，高压电经输电线传送到远方的城市， 然后经过降压变压器降压，最后经配电降压 变压器分配给用户。
e d N d
dt
dt
2．运动电动势（速率电动势）
若磁场恒定，构成线圈的导体切割磁力线，使线圈交链的磁通发生
变化，导体中感应的电动势称为运动电动势，三方向互相垂直时，其大
小
e Blv
ev
l
电动势方向由右手定则确定。
B
2020/4/1
3.右手螺旋定则
1.通电直导线中的安培定则（安培定则一）： 用右手握住通电直导线，让大拇指指向电 流的方向，那么四指的指向就是磁感线的 环绕方向。
电机概述
1.基本电磁定律 2.电机分类 3.变压器 4.直流电机 5.交流电机 6.电机的防护等级
2020/4/1
磁路的基本定律
磁场作为电机实现机电能量转换的耦 合介质，其强弱程度和分布状况不仅关系 到电机的参数和性能，还决定电机的体积、 重量。 一、磁场的几个常用量 1.磁感应强度B
磁场是由电流产生的，表征磁场强弱及 方向的物理量是磁感应强度B,它是一个矢 量。它与产生它的电流方向可以用右螺旋 定则来确定。
载流导体在磁场中要
受到电磁力的作用，三
者方向互相垂直时，其 大小为
f Bli
方向由左手定则确定。
F最大
I
B
公式中 B---磁场的磁感应强度
i---导体中的电流
l---导体的有效长度
2020/4/1
2.电磁感应定律
1．变压器电动势 线圈与磁通之间没有相对切割关系，仅由线圈交链的磁通发生变化
而引起的感应电动势称为变压器电势，如：自感电动势、互感电动势
2020/4/1
二、单相变压器工作原理
2020/4/1
•原线圈上加交变 电流电
•铁心中产生交变 磁通量
•副线圈中产生交 变电动势
•副线圈相当于交 流电源对外供电
三、三相变压器
2020/4/1
由三台完全相同 的单相变压器按三 相连接方式连接而 成。
把三台单相变压器的铁心柱贴合在 一起，这时，在中央公共铁心柱内 的磁通为三相磁通之和。 当三相变压器正常运行(三相对称) 时，合成磁通为零，因此中央公共 铁心柱可以省去。 为了工艺方便，使中间相轭部磁路 缩短，三个相的铁心柱排在一个平 面上。
▪ 2.散热：变压器油的比热大，常用作冷却剂。变 压器运行时产生的热量使靠近铁芯和绕组的油受 热膨胀上升，通过油的上下对流，热量通过散热 器散出，保证变压器正常运行。
▪ 3.消弧作用 ：在油断路器和变压器的有载调压开 关上，触头切换时会产生电弧。由于变压器油导 热性能好，且在电弧的高温作用下能分触了大量 气体，产生较大压力，从而提高了介质的灭弧性 能，使电弧很快熄灭。
2020/4/1 为什么要采用变压器？？
输送同样的功率，电压低则电流大。电 流越大，要求输送线越粗，而输送线一般 都采用铜线，由于铜线的高成本和大质量， 大电流给实际输送电线路的铺设提出了极 大的挑战。另一方面大电流会在输电线路 上引起极大的损耗，造成线路上极大的的 压降，导致受电端电压很低，电能传送不 出去。
2020/4/1
2. 通电螺线管中的安培定则（安培定则二）： 用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电 流方向一致，那么大拇指所指的那一端是 通电螺线管的N极 。
2020/4/1
电机的分类
2020/4/1
电 静止电机：变压器
机
直流电机
旋转电机
异步电机
交流电机
同步电机
电动机：将电能转换为机械能，驱动电流机械
一、变压器组成与结构
1.铁心 铁心是变压器中的主要磁路部分
变 2.绕组
压
绕组是变压器的电路部分，它一般
器 用纸包的绝缘扁线或圆线绕成。
2020/4/1
3.油箱、储油柜、散热器、高低压绝缘套 管以及继电保护装置 （油浸式电力变压器）
变压器油的作用
▪ 1.绝缘：变压器油具有比空气高得多的绝缘强度。 绝缘材料浸在油中，不仅可提高绝缘强度，而且 还可免受潮气的侵蚀。使绕组与绕组，绕组与铁 心及油箱之间绝缘。
2020/4/1
2. 磁通Φ 在均匀磁场中，磁感应强度B与垂直于 磁场方向的面积A的乘积，为通过该面 积的通量，称为磁通量，简称磁通Φ。
3.磁场强度H 磁场强度H是计算磁场时引用的一个物 理量。它与表示物质磁导能力大小的磁 导率μ 的乘积等于磁感应强度。
2020/4/1
二、基本定律
1.电磁力定律
直流发电机
2020/4/1
说明：
条件：原动机拖动转子以每分n转运动， 电机的主磁极有磁场。 现象：导体感应电势，大小与磁通密度 B 、导体的有效长度 l 和导 体切割磁场速度 v 三者的乘积成正比，其方向用右手定则判断。
直流电动机
说明： 条件：直流发电机去掉原动机，给两个电刷加上直流电源 现象1：有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据 电磁力定律，载流导体ab和cd受到电磁力的作用，其方向可由左手定则判 定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。 现象2：转过180度后，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是 dcba，从电刷 B 流出。 此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可 由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。
2020/4/1
信号传递 (测量元件)—直流 信号传递(执行元件)—直流
测速发电机
伺服电动机
机械信号转换为电信号
Hale Waihona Puke Baidu
将控制信号转换为机械信号
直流电机的物理模型图解释
2020/4/1
说明： 上图表示一台最简单的两极直流电机模型。 固定部分(定子)：主磁极N和S，电刷B1和B2 旋转部分(转子)：电枢铁心，两根导体连成的电枢线圈，换向器 定子与转子间：气隙。 当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。
直流电机：能输出直流电流的发电机，或通
入直流电流而产生机械运动的电动机，用途相 当广泛。
定 电磁部分 子 机械部分 转 电磁部分 子 机械部分
2020/4/1
直流电机用途
动力—直流电动机
电源—直流发电机
直流电能转化为机械能 将机械能转化为直流电能
励磁机(直流发电机)— 用于小于100MW的单机
同步发电机
旋转 电机
发电机：由原动机拖动，将机械能转换为电能
控制电机：进行信号的传递和转化，控制系统中的
执行，检测或解算元件
变压器：是利用电磁感应原理从一个电路
向另一个电路传递电能或传输信号的一种 电器，这两个电路只有磁的耦合，通常没 有电的联系。
说明： 输电过程中，通常先经过升压变压器将电压 升高，高压电经输电线传送到远方的城市， 然后经过降压变压器降压，最后经配电降压 变压器分配给用户。
e d N d
dt
dt
2．运动电动势（速率电动势）
若磁场恒定，构成线圈的导体切割磁力线，使线圈交链的磁通发生
变化，导体中感应的电动势称为运动电动势，三方向互相垂直时，其大
小
e Blv
ev
l
电动势方向由右手定则确定。
B
2020/4/1
3.右手螺旋定则
1.通电直导线中的安培定则（安培定则一）： 用右手握住通电直导线，让大拇指指向电 流的方向，那么四指的指向就是磁感线的 环绕方向。
电机概述
1.基本电磁定律 2.电机分类 3.变压器 4.直流电机 5.交流电机 6.电机的防护等级
2020/4/1
磁路的基本定律
磁场作为电机实现机电能量转换的耦 合介质，其强弱程度和分布状况不仅关系 到电机的参数和性能，还决定电机的体积、 重量。 一、磁场的几个常用量 1.磁感应强度B
磁场是由电流产生的，表征磁场强弱及 方向的物理量是磁感应强度B,它是一个矢 量。它与产生它的电流方向可以用右螺旋 定则来确定。
载流导体在磁场中要
受到电磁力的作用，三
者方向互相垂直时，其 大小为
f Bli
方向由左手定则确定。
F最大
I
B
公式中 B---磁场的磁感应强度
i---导体中的电流
l---导体的有效长度
2020/4/1
2.电磁感应定律
1．变压器电动势 线圈与磁通之间没有相对切割关系，仅由线圈交链的磁通发生变化
而引起的感应电动势称为变压器电势，如：自感电动势、互感电动势
2020/4/1
二、单相变压器工作原理
2020/4/1
•原线圈上加交变 电流电
•铁心中产生交变 磁通量
•副线圈中产生交 变电动势
•副线圈相当于交 流电源对外供电
三、三相变压器
2020/4/1
由三台完全相同 的单相变压器按三 相连接方式连接而 成。
把三台单相变压器的铁心柱贴合在 一起，这时，在中央公共铁心柱内 的磁通为三相磁通之和。 当三相变压器正常运行(三相对称) 时，合成磁通为零，因此中央公共 铁心柱可以省去。 为了工艺方便，使中间相轭部磁路 缩短，三个相的铁心柱排在一个平 面上。
▪ 2.散热：变压器油的比热大，常用作冷却剂。变 压器运行时产生的热量使靠近铁芯和绕组的油受 热膨胀上升，通过油的上下对流，热量通过散热 器散出，保证变压器正常运行。
▪ 3.消弧作用 ：在油断路器和变压器的有载调压开 关上，触头切换时会产生电弧。由于变压器油导 热性能好，且在电弧的高温作用下能分触了大量 气体，产生较大压力，从而提高了介质的灭弧性 能，使电弧很快熄灭。
2020/4/1 为什么要采用变压器？？
输送同样的功率，电压低则电流大。电 流越大，要求输送线越粗，而输送线一般 都采用铜线，由于铜线的高成本和大质量， 大电流给实际输送电线路的铺设提出了极 大的挑战。另一方面大电流会在输电线路 上引起极大的损耗，造成线路上极大的的 压降，导致受电端电压很低，电能传送不 出去。
2020/4/1
2. 通电螺线管中的安培定则（安培定则二）： 用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电 流方向一致，那么大拇指所指的那一端是 通电螺线管的N极 。
2020/4/1
电机的分类
2020/4/1
电 静止电机：变压器
机
直流电机
旋转电机
异步电机
交流电机
同步电机
电动机：将电能转换为机械能，驱动电流机械