电机学 (1)

Hl Ni
磁路基尔霍夫第二定律
４、电磁感应定律
当磁通在线圈中交变时，如规定电动势正方向 与磁通的正方向符合右手螺旋定则，用公式
e d d N dt dt
变压器电动势
当磁通与导体有相对运动而产生切割电动势时， 用公式
e Blv
运动电动势
判断方向：右手定则
５、电磁力定律
强调：规定正方向只起坐标作用，不能与该量瞬时 实际方向混为一谈。 三、感应电动势分析 1、主磁通感应的电动势——主电动势
设 则
0 m sin t
e1 N1 d0 2 fN1 m sin(t 900 ) E1m sin(t 900 ) dt
有效值
E1 4.44 fN1m
j 4.44 fN E 1 1 m
相量
可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一 次主电动势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁 通 900 。主电动势的大小与电源频率、绕组匝数及主 磁通的最大值成正比。
同理，二次主电动势也有同样的结论。
2、漏磁通感应的电动势——漏电动势 根据主电动势的分析方法，同样有
载流导体在磁场中受力，用公式
f Bli
判断方向：左手定则（主要用于分析旋转电机的 电磁转矩）
三、能量守恒定律 输入能量＝输出能量＋内部损耗
磁路和电路有本质的区别：
1）电路中可以有电动势而无电流，磁路中有磁动势 必有磁通
2）电路中有电流就有功率损耗，而在恒磁通下，磁 路中无损耗 3）电流只在导体中流过，而磁路中除了主磁通外还 必须考虑到漏磁通的影响 4）电路中电阻率在一定温度下恒定不变，而由于铁 磁材料构成的磁路中，磁导率是随着磁密而变化的。
2.1.2 基本结构
一、铁心
变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用0.35mm厚、表面 涂有绝缘漆的硅钢片叠成。
二、绕组
变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。
三、油箱
油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质，又是绝 缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。
四、绝缘套管
对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近 似为额定相电压之比，具体为 Y，d接线
U1 N k 3U 2 N
D，y接线
k
3U1N U2N
五、 空载电流和空载损耗
1、铁心饱和对空载电流的影响
由于磁路饱和，空载电流 i0 与由它产生的主磁通 0呈 非线性关系。
当磁通按正弦规律变化 时，空载电流呈尖顶波 形。 当空载电流按正弦规律 变化时，主磁通呈平顶 波形。
二、额定值
额定值是制造厂对变压器在指定工作条件下 运行时所规定的一些量值。额定值通常标注在变 压器的铭牌上。变压器的额定值主要有：
1.额定容量SN (kVA) 指规定的额定使用条件下所能输出 的视在功率。
由于变压器的效率很高，通常一、二侧的额定容 量设计成相等。
2.额定线电压U1N 和U2 N (kV ) 指长期运行时所能承受的
2.7 三相变压器
2.8 变压器的并联运行
教学目的和要求 1．了解变压器的分类、主要结构及额定数据。 2 ．掌握变压器的工作原理。 3． 熟习单相变压器的运行特性。
4 ．掌握三相变压器联结组标号的确定。
5．熟知变压器并联运行的条件。
重点· 难点：
变压器的工作原理，单相变压器的运行分析及三相变 压器联结组标号的确定。
E1 4.44 fN11 j 4.44 fN E 1 1 1
漏电动势也可以用漏抗压降来表示，即
jL I E 1 1 0 jI 0 X1 X1 12S1
由于漏磁通主要经过非铁磁路径,磁路不饱和, 故磁阻很大且为常数,所以漏电抗 X 1 很小且为常 数,它不随电源电压负载情况而变。
本课程学习方法
1、理论联系实际。首先学好电机的基本理论，掌握电磁 规律，加深对物理概念的理解。对具体电机结构要有一 定了解，才能深入掌握电机理论。 ２、重视学习能力的培养。从具体电机入手掌握分析电 机理论的工具，学习分析电机理论问题的方法并能灵活 应用。 ３、抓主要矛盾，培养工程观点。有条件地略去一些次 要因素。 ４、重视实验，培养动手能力。通过电机实验，打好强 电实验基本功，为专业课程的实验打好基础。
0 与 I 0 成非线性关系； 1 与 I 0 成线性关系； 1）性质上：
2）数量上： 占99%以上，
0
仅占1%以下；
1 3）作用上： 起传递能量的作用， 起漏抗压降作用。 1 0
二、各电磁量参考方向的规定 在电机方向的学科中通常按习惯方式规定正方向，称 为惯例。 正方向规定的原则如下： 1）在一次绕组，电流的正方向与电源电压正方向 一致；在二次绕组，电流正方向与电压降的正方向一 致。 2 ）磁通的正方向与产生它的电流的正方向符合右 手螺旋定则。 3 ）感应电动势的正方向与产生它的磁通的正方向 符合右手螺旋定则。
高压绕组：电压高的绕组叫高压绕组
低压绕组：电压低的绕组叫低压绕组
d 在一次绕组中加上交变电压， e1 N1 dt 产生交链一、二次绕组的交变磁通， d 在两绕组中分别感应电动势。 e2 N 2
i1

dt
i2
e2
ZL
u1
e1
u2
只要一、二 次绕组的匝数不 同，就能达到改 变压的目的。
0 U
亦可表达为任一电回路电压降的代数和等于电动势 的代数和 u e


对于正弦交流电路，则有
E U
二、磁路基本电磁定律
1、磁路欧姆定律：
磁路中通过的磁通等于磁路的磁动势除以磁路的磁阻
F s F Rm l
Rm
l S
F是作用在磁路上的磁动势，若磁路上有多个线圈共 同产生磁动势，则磁动势为
本课程主要内容
第一章 绪论 变压器 直流电机 交流绕组的电动势和磁动势 同步电机 第五章 第四章 第二章
第三章
第六章
异步电动机
特种电机
第七章
第一章ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.1 概述
绪 论
电机定义：是指依据电磁感应定律实现电能的转换 或传递的一种电磁装置。 电机常用的分类方式有两种：一是按功能分，有
发电机、电动机、变压器和控制电机四大类；二是按
二、分类
按用途分：电力变压器和特种变压器。
按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组 变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。 按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。 按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器。
按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变 压器。 按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式 变压器和充气式变压器。
将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，担负着固定的 作用。 此外，还有储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和气体继电器。
２.1.3 型号与额定值 一、型号
型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、 冷却方式等内容，表示方法为
如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载 调压，额定容量250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器。
则
m
E1 U1 4.44 fN1 4.44 fN1
1
可见，影响主磁通 m 大小的因素有电源电压 U 、 电源频率 f1 和一次侧线圈匝数N1 。
（2）二次侧电动势平衡方程
E U 20 2
2、变比
定义：一次电动势E1与二次电动势E2之比
U1 N E1 N1 U1 k E2 N 2 U 20 U 2 N
参考书 1.汤蕴璆主编《电机学》机械工业出版社 2.周顺荣主编《电机学》科学出版社 3.谢明琛、张广溢主编《电机学》重庆大学出版 社
第二章
变压器
2.1 变压器的基本结构和额定值 2.2 单相变压器的空载运行 2.3 单相变压器的负载运行 2.4 标么值 2.5 变压器的参数测定 2.6 变压器的运行特性
工作电压。
U1N是指正常运行时规定加在一次侧的电压,U 2 N 是指一次侧加 U1N , 二次的开路电压.对三相变压器指的是线电压.
3.额定线电流I1N 和I 2 N ( A)
根据额定容量和额定电压计算出的线电流称为额定电流。 在三相变压器中指的是线电流。
单相 : S N U1N I1N U 2 N I 2 N 三相 : S N 3U1N I1N 3U 2 N I 2 N
电机拖动系统是用电动机来拖动机械运行的系统。包
括: 电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。
它们之间的关系如下
电源
控制设备
电动机
传动机构
生产负载
本课程的性质、任务和特点
性质本课程是一门主要专业基础课。 任务是通过本课程的学习，使学生系统地学习掌 握变压器、交直流电机的基本电磁关系、分析方法、 运行性能、各种运行方式、电机参数的测定与实验 方法等内容，为进一步学习各专业课打下坚实的基 础。 特点（1）是基础理论课，又带有专业性。 （2）具有复杂性和综合性。
2.2 单相变压器的空载运行 空载运行：变压器一次绕组接在交流电源上，二 次绕组开路的运行方式。 注：对单相变压器电磁关系的分析结论完全适合 对称负载情况下的三相变压器的每一相。 主磁通：同时链着一、二次绕组的磁通称为主磁 通。
漏磁通：只链一次绕组或二次绕组本身的磁通称 为漏磁通
一、空载运行时的物理情况
F N i
2 、磁路的节点定律：
磁路的节点上，磁通的代数和等于零
0
若Φ按正弦变化，则有：
0
3、全电流定律—安培环路定律
磁场中沿任意一个闭合环路的磁场强度的线积 分等于穿过这个环路的所有电流的代数和。
H dl I
L
这一定律运用到电机、变压器中，可写成

t
i0
3
2
1 1 2
i0
3
2、铁损耗对空载电流的影响
磁滞损耗：由于磁滞现象在铁心中引起的损耗。
四、空载运行电压方程式 1、电动势平衡方程 （1）一次侧电动势平衡方程
E E I R E I R jI X E Z I U 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0
忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有
U1 E1 4.44 fN1 m
I 0
0
) (I 2
U 1
E 1
E 1
1
E 2
U 20
U 1
I 0
I N F 0 0 1
0
1
E 1
E 2
E 1 R I 0 1
空载电流：变压器空载运行时，一次绕组中 流过的电流称为变压器的空载电流（也叫励 磁电流）。 空载磁动势：空载电流乘以一次绕组匝数为 空载磁动势（也叫励磁磁动势）。 主磁通与漏磁通的区别
电机结构分，有变压器和旋转电机。
发电机是把机械能转变为电能，发电机主要用于 生产电能的发电厂。变压器的主要功能是把一种等 级的电压与电流变成同频率另一种等级的电压和电 流。变压器把发电厂发出的电能经济地传输、合理 地分配以及安全地使用。 电动机是将电能转变为机械能，用来驱动各种用途 的生产机械。在工业、农业、交通、国防、文教、 医疗及日常生活等等，都有着广泛的用途。
2.1 变压器的基本工作原理和结构 2.1.1 基本工作原理和分类 一、基本工作原理
变压器的主要功能是把一种等级的电压与电流变成同 频率另一种等级的电压和电流。
变压器作用能使电能经济地传输、合理地分配以及安 全地使用。
变压器组成：它主要由绕在同一个铁心上的两个或两 个以上的绕组组成的。 一次绕组：接到交流电源的绕组称为一次绕组。 二次绕组：接到负载的绕组称为二次绕组。
此外，额定值还有额定频率、联结阻标号、效率、 温升等。
三、变压器的发热与温升
决定变压器运行时温度高低的因素有二：一是变 压器产生的总损耗；另外是变压器的散热能力。 温升：变压器中某部分的温度与周围冷却介质温 度之差称为该部分的温升。 我国规定了环境最高温度为４０℃。温升都是指 比环境温度４０℃高出的温度值
５、充分预习和复习。
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1.2
电机学中常用的电工定律
一、电路定律
1、基尔霍夫电流定律（基尔霍夫第一定律）
在电路任意一个节点处，电流的代数和恒等于零。
i 0
对于正弦交流电路，则有
I 0
2、基尔霍夫电压定律（基尔霍夫第二定律）
电路中任意回路内各段电压的代数和恒等于零
u 0
对于正弦交流电路，则有