1_电机学中的基本电磁定律
电机学中的基本电磁定理
i2
i3
l
其中 H： 磁场强度，安/米(A/m)
dl
注：若i与l符合右手螺旋关系， 取正号，否则取 负号 。其中大拇指所指为i的方向，四指为l方向。 如图示为: ∑ i = i1 + i2 - i3
当气隙长度δ远远小于两侧 的铁心截面的边长时， 铁心和 气隙中为均匀磁场，则
F Ni H FelFe H
其中 F=Ni：磁路的磁动势 HFelFe：铁心上的磁压降 Hδ δ ：气隙上的磁压降
带气隙的铁心磁路
注：i 与 l 符合右手螺旋关系,电机学中习惯大拇指所 指为 l 的方向，四指为多匝线圈中 i 方向。
设有向回路 l 与圆 环的中心圆重合，则沿 着回线 l 磁场强度 H 处 处相等且其方向处处与 回线切线方向相同（称 为均匀磁场），同时闭 合回线所包围的总电流 由通有电流 i 的 N 匝线 圈提供，则：
e blv
运动电势的方向习惯用右手定则确定，如图所示。
2.3. 电磁力定律
载流导体在磁场中要受到电磁力，在导体与磁场 垂直的情况下，若导体中电流为i，导体长度为l，导 体所在处的磁通密度为b，则电磁力为：
f bli
注：电磁力方向由左手定则决定
电机的基本作用原理
三个定律，一个定理 1）安培环路定律（全电流定律）：电流在任一导 体中流通，则该导体周围将有磁场产生。 2）电磁感应定律：任一线圈中键链的磁通发生变 化，则在该线圈中将有感应电势产生。
3）电磁力定律：任一载流导体在磁场中将受力的 作用。
4）能量守恒定理：输入能量 = 输出能量 + 损耗能 量
电机的可逆运行原理
机械功率
发电机 电动机
电机基础知识入门
电机基础知识入门电机是我们日常生活中广泛应用的一种电气设备，它具有转化电能为机械能的作用。
为了更好地了解电机的基础知识，本文将介绍电机的工作原理、分类以及常见问题解决方案。
一、电机的工作原理电机的工作原理基于电磁感应定律和洛伦兹力定律。
当电流通过电机的线圈时，产生的磁场与磁场中的磁场相互作用，引起电机的转动。
1. 电磁感应定律：电磁感应定律指出，当导体处于磁场中时，如果导体上有磁通量的变化，就会在导体两端产生感应电动势。
对于电机而言，这个概念可以理解为通过线圈的电流改变了磁场，从而使得产生力矩。
2. 洛伦兹力定律：洛伦兹力定律指出，导体中的电流在磁场中受力的方向为垂直于磁感应强度和电流的方向。
在电机中，这个定律解释了为何导体在磁场中会受到力矩以及为何电机能够旋转。
二、电机的分类根据电机的结构和工作原理，电机可以分为直流电机和交流电机两大类。
1. 直流电机：直流电机分为直流电动机和直流发电机。
直流电动机的工作原理基于直流电流通过线圈产生的磁场与磁场相互作用而产生的机械转动。
直流发电机则相反，通过机械转动产生的磁场与磁场相互作用产生直流电流。
直流电机具有结构简单、转速可调、启动扭矩大等特点，广泛应用于工业控制、汽车、家用电器等领域。
2. 交流电机：交流电机包括异步电动机和同步电动机。
异步电动机是最常见的交流电机，其工作原理是利用交流电的频率和相位差使得电机在磁场中产生旋转。
异步电动机具有结构简单、制造成本低等优点，广泛应用于家电、空调等领域。
同步电动机则需要较为复杂的控制系统，相较于异步电动机具有更高的效率和较低的能耗。
三、常见问题解决方案在使用电机的过程中，可能会遇到一些常见问题，接下来就为大家介绍一些常见问题的解决方案。
1. 电机过热：电机过热可能是由于电机负载过重、通风不良等原因导致的。
解决方案可以是检查负载是否过重，增加通风设施以保持散热。
2. 电机启动困难：电机启动困难可能是由于电压不稳定、起动电流过大等原因导致的。
电机理论的基本电磁定律
在电能的应用中，电动机起着重要的作用。在机 械工业、冶金工业、化学工业、交通运输及日常 生活等各个方面，电动机将电能转换成机械能， 为各种工作机械提供动力。随着新型电机、大功 率半导体器件、大规模集成电路的发展和计算机 技术的应用，电力拖动系统的品种、质量和性能 都有了进一步的提高，带动了数控机床、工业机 器人、交通运输、航空航天及家用电器等机电一 体化高科技产品的迅速发展。随着科学技术的进 步，工业、农业和国防等各部门都要求有性能更 好的新型电机及电力拖动系统，以满足各方面的 不同需求，电机与电力拖动系统也必将在国民经 济发展中发挥越来越重要的作用。
统两大类。 (3) 根据驱动电源的不同，电力拖动有直流电力拖动、交流电
力拖动两种方式。
0.3 电机与电力拖动的应用
在国民经济生产中，电机工业是机械工业的一个重 要组成部分，是机电一体化中机和电的结合点，是 工业企业电气化的心脏，对国民经济的发展有着重 要的作用。
电机是电力工业的主要设备之一。在发电厂，发电 机将原始能源(如热能、水能、化学能、核能和太阳 能等)转换为生产和生活中可使用的电能。变电站的 作用是经济地传输和分配电能，升压变压器把大型 发电机发出的低压电转换成高压电，输送到高压电 网上进行远距离传输，而在供给用户使用前，再把 来自高压输电网的电能经过降压变压器降压。可见， 在电能的生产、传输和分配过程中，发电机和变压 器起着重要的作用。
至于电力拖动系统，则是指驱使机器工作、机构运动的电 气机械装置，它通常为机器设备的一部分，其系统组成如 图0-1所示。
电机学知识点讲义汇总
电机学知识点讲义汇总第一章 基本电磁定律和磁路电机的基本工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律、磁路定律和电磁力定律等定律的基础上的，掌握这些基本定律，是研究电机基本理论的基础。
▲ 全电流定律全电流定律 ∑⎰=I Hdl l式中，当电流方向与积分路径方向符合右手螺旋关系时，电流取正号。
在电机和变压器的磁路计算中，上式可简化为∑∑=Ni Hl▲电磁感应定律 ①电磁感应定律 e=-dtd N dt d Φ-=ψ 式中，感应电动势方向与磁通方向应符合右手螺旋关系。
②变压器电动势磁场与导体间无相对运动，由于磁通的变化而感应的电势称为变压器电动势。
电机中的磁通Φ通常是随时间按正弦规律变化的，线圈中感应电动势的有效值为m fN E φ44.4=③运动电动势e=Blv④自感电动势 dtdiL e L -= ⑤互感电动势 e M1=-dt di 2 e M2 =-dtdi1 ▲电磁力定律f=Bli▲磁路基本定律 ① 磁路欧姆定律 Φ=A l Ni μ=mR F =Λm F 式中，F=Ni ——磁动势，单位为A ；R m =Alμ——磁阻，单位为H -1； Λm =lA R m μ=1——磁导，单位为H 。
② 磁路的基尔霍夫第一定律0=⎰sBds上式表明，穿入（或穿出）任一封闭面的磁通等于零。
③ 磁路的基尔霍夫第二定律∑∑∑==mRHl F φ上式表明，在磁路中，沿任何闭合磁路，磁动势的代数和等于次压降的代数和。
磁路和电路的比较第二章 直流电动机一、直流电机的磁路、电枢绕组和电枢反应 ▲磁场是电机中机电能量转换的媒介。
穿过气隙而同时与定、转子绕组交链的磁通为主磁通；仅交链一侧绕组的磁通为漏磁通。
直流电机空载时的气隙磁场是由励磁磁动势建立的。
空载时，主磁通Φ0与励磁磁动势F 0的关系曲线Φ0=f （F 0）为电机的磁化曲线。
从磁化曲线可以看出电机的饱和程度，饱和程度对电机的性能有很大的影响。
▲ 电机的磁化曲线仅和电机的几何尺寸及所用的材料有关，而与电机的励磁方式无关。
电磁学四大基本定律
电磁学四大基本定律电磁学四大基本定律1、磁感应定律（法拉第定律）磁感应定律是指磁感应量与电流强度成正比，只有电流存在时，才能引起磁感应量。
这个定律被发现者法拉第于1820 年提出，故称法拉第定律：当一磁感应源（比如电流）引起一磁感应效应时，磁感应量H（磁感应强度）等于磁感应源的电流强度I的乘积：H=K × I其中K是一个系数，不同的情况K的值是不同的，这取决于磁场建立的介质及介质中磁性物质的种类和数量等。
2、电磁感应定律（迪瓦茨定律）电磁感应定律是指当一磁场和一电流交叉存在时，一电动势便会被产生，其大小与交叉面积及其形状有关，只有在磁场和电流都存在时，才能引起电动势。
该定律由迪瓦茨于1820 年提出，因此称为“迪瓦茨定律”：当一磁场与一电流交叉存在时，交叉面积上的电动势U 与磁场强度H和电流强度I的乘积成正比：U=K × H× I其中K是一个系数，取决于磁场建立的介质及介质中磁性物质的种类和数量等。
3、电流螺旋定律（麦克斯韦定律）电流螺旋定律是指电流在一磁场中的线路是螺旋状的。
该定律亦由法拉第提出，故称法拉第定律：当一电流在一磁场中传播，其线路同时会被磁场以螺旋状把电流围绕其方向线而改变。
该电流的方向与磁场强度和螺旋线圈数成反比：I ∝ --1/N其中N是螺旋线圈数（又称为电磁感应系数），表示电流的方向与每一圈半径r的变化方向保持一致。
4、等效电势定律（高斯定律）等效电势定律是指磁场的强度可用电势的梯度来表示，即：H= -V这个定律于1835 年由高斯提出，因此称为“高斯定律”：如果一磁场中只有一点源（比如电流）分布，磁场强度H可以用电势梯度的向量（由电势的变化率组成）来表示。
因而磁场的强度H可用电势梯度的公式来表示：H= -V其中V是电势，是导数的简写。
电机学 第1章 磁路基础知识
1.1
1.2
磁路和磁路基本定律 铁磁材料及其特性
南通大学《电机学》
磁路基础知识
1.1磁路和磁路基本定律 1.1.1描述磁场的基本物理量
1、磁感应强度B（磁密） 2、磁通 3、磁导率：表示物质导磁能力强弱的物理量 真空磁导率0=4×10-7H/m 铁磁材料磁导率 >>0 4、磁场强度H=B/
南通大学《电机学》
dΨ dt
为负，而e为正，将企图增加磁链。
磁路基础知识
1.1.2电磁感应定律
线圈磁链的变化，可以有以下两种不同的方式： 若磁场由交流电流产生，则磁通随时间变化，所产 生的电动势称为变压器电动势。
若通过线圈的磁通不随时间变化，但线圈与磁场之 间有相对运动，也会引起线圈磁链的变化，所产生 的电动势称为运动电动势。
南通大学《电机学》
磁路基础知识
1.1.2电磁感应定律
若电动势、电流和磁通的正方向如图所示，则感应电 动势可表示为
e dΨ dt
或
e N
dΦ dt
必须指出：在建立上式时，各电、磁 量的正方向十分重要，其物理概念是： 线圈中的感应电动势倾向于阻止线圈 中磁链的变化。
dΨ
1、磁链正向增加， d t 为正，而e为负值，将企图减少磁链； 2、磁链正向减少，
南通大学《电机学》 磁路基础知识
1.1.5磁路的基尔霍夫定律
1、磁路的基尔霍夫第一定律 闭合面A显然有：
－ Φ1＋ Φ 2＋ Φ 3＝ 0
A
i
N
即：
Φ＝ 0
2
1
3
图1-4 磁路的基尔霍夫第一定律
穿出(或进入)任一闭合面的总磁通量恒等于零(或 者说，进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭 合面的磁通量)
华农大13-14电机学期末试卷(答案)
华南农业大学期末考试试卷A2013-2014学年 第 1 学期 考试科目： 电机学 考试类型：（闭卷）考试 考试时间： 60 分钟学号 姓名 年级专业一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1. 电机学中的基本电磁定律包括“电生磁、磁变生电、电磁生力”，此三项电磁学定律用公式可分别表示为： C 。
A. e=-Nd Φ/dt 、F=HL=Ni 、f em =Bil ；B. f em =Bil 、e=Blv 、F=Ni ；C. F=HL=Ni 、e= - d ψ/t 、f em =BilD. F=HL=Ni 、H=B/μ、e=Blv 。
2. 两个电感的尺寸、形状和线圈匝数均相同，但一个是铝心，一个是铁心，由于铁的导磁率远大于铝，当把它们并联接在同一个交流电源上时， B 。
A. 两电感电流是相同的； B. 铝心电感电流大于铁心电感电流； C. 铝心电感大于铁心电感； D. 铁心电感电流大于铝心电感电流。
3. 为保持单相变压器的主磁通波形为正弦波，考虑铁心饱和及铁损耗的影响，满载时实际励磁电流波形应该是 A 。
A ．超前Fe α角的尖顶波；B ．滞后Fe α角的正弦波；C ．同相位的正弦波； D. 同相位的尖顶波。
4. 一般情况下，三相变压器组(或三相组式变压器)不能接成 B 。
A. Yd 连接组；B. Yy 连接组；C. Dy连接组； D. Dd 连接组。
5. 额定容量为S N =100kVA ，额定电压为U 1N /U 2N =35000/400V 的三相变压器，其二次绕组额定电流为 A 。
A. 144.34A ；B. 250A ；C. 1.65A ；D. 2.86A 。
6. 在p 对极整距交流绕组中，每个线圈的两个线圈边在空间相距的机械角度为 D A. p ×180°; B. p ×360°; C. 360° / p D. 180° / p7. 交流绕组若采用短距，与整距比较各次谐波电动势会有所减少，其削弱幅度与谐波次数的关系是D。
电机学基础知识
第1章 电机学基础知识
1.1.2 电磁感应定律
1. 运动电势
长度为l 的直导体与磁场有相对运动时，导体中会产生感
应电势
e
e B lv v
需互相垂直
v
感应电势正方向： 右手定则
8
第1章 电机学基础知识
2. 变压器电势 匝数为N的线圈环链着磁通，当发生
变化时，线圈两端产生感应电势。
iA
第1章 结 束
32
i1
i2
i3 1. 对于通电螺线管，磁场是均匀
的，磁场强度H处处相等，总电
流由通有电流的匝线圈提供：
l
H lN i
H dl
13
第1章 电机学基础知识
2.工程中用到几何形状复杂的磁路，可以将磁路分成几 段，分别应用安培环路定律，再求电流的总和。
n
Hklk i
1
3.对于带气隙的铁心磁路，磁 场是不均匀的
磁场中各点的磁感应强度可以用磁力线的疏密 程度来表示。
2
第1章 电机学基础知识
磁力线的分布和方向：
I
B
II
B
I
磁力线的特性： ① 磁力线的回转方向和电流方向之间的关系遵
守右手螺旋法则。 ② 磁力线总是闭合的，既无起点，也无终点。 ③ 磁场中的磁力线不会相交。
3
第1章 电机学基础知识
2. 磁通量和磁通连续性定律
第1章 电机学基础知识
1.1 电机学的基本电磁定律
1.2 电机的磁路及其基本定律
1.3 电机的制造材料
A1
l1
H
N i
A2
l2
1
第1章 电机学基础知识 1.1 电机学的基本电磁定律 1.1.1 磁场的基本概念 1. 磁感应强度和磁力线
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磁滞回线 ： 铁磁材料进行周期性磁化所反映的物理现象
剩磁
矫顽力
磁密落后于磁场强度，亦即磁通落后于激磁电流 的现象，称为磁滞现象
基本磁化曲线或平均磁化曲线:
2. 铁磁材料的磁化特性与铁心磁路磁化曲线的关系
均匀磁路 B-H曲线 Φ＝BA及Ni=HL Φ -i曲线
1）铁磁材料的磁化曲线
2.分段均匀磁路的欧姆定律
假设铁心长度l远远大气隙 长度 ，认为铁心柱中的磁通 等于气隙中的磁通 ，则
l F ( RmFe Rm ) AFe A0
其中 RmFe : 铁心部分对应的磁阻 Rmδ : 气隙部分对应的磁阻
二. 磁路中的铁心作用 1 .铁心的增磁功能
lFe l 2 ( ) Fe A 0 A
Fe 0 Rm2 Rm1
结论：在激磁磁势相同的情况下，带气隙铁心磁路只 能得到较少的磁通。
3. 铁心磁路使磁通在空间按一定的形状分布
变压器：两个线圈交链的磁通过铁心以增强
电机：铁心使定、转子之间的耦合场得以增 强，并可以使定子内圆表面的磁感应强度按 一定规律在圆周上分布
2）涡流损耗 因为铁心可以导电，故当通过铁心的磁通随时 间变化时，也将铁心中也将产生感应电势，并因而 在其中引起环流。这些环流在铁心内部围绕磁通作 涡流状流动，称为涡流。
涡流在铁心中引起的损耗，称为涡流损耗。 思考题：图中哪个涡流损耗大？
2.变压器电势与运动电势 若线圈和磁场相对静止，感应电势纯粹是由于和线圈 交链的磁通随时间的变化而产生,仅有变压器电势，即
d e
dt
若导线切割磁力线的速度为 v ，导 线处的磁感应强度为 b ，且 b 不随时间 变化时，假设磁力线、导线与导线运动 方向三者垂直，则导线中感应电势为运 动电势，其大小为
e blv
运动电势的方向习惯用右手定则确定，如图所示。
五. 电磁力定律
载流导体在磁场中要受到电磁力，在导体与磁场 垂直的情况下，若导体中电流为i，导体长度为l，导 体所在处的磁通密度为b，则电磁力为：
f bli
注：电磁力方向由左手定则决定
六. 交流线圈的电抗和铁耗
1. 线圈的电感 当线圈中流过电流i时，将产生磁场，则穿过线 圈的磁链Ψ 与电流i之间的关系如下 ：
带气隙的铁心磁路
注：i 与 l 符合右手螺旋关系,电机学中习惯大拇指所 指为 l 的方向，四指为多匝线圈中 i 方向。
设有向回路 l 与圆 环的中心圆重合，则沿 着回线 l 磁场强度 H 处 处相等且其方向处处与 回线切线方向相同（称 为均匀磁场），同时闭 合回线所包围的总电流 由通有电流 i 的 N 匝线 圈提供，则：
三Байду номын сангаас铁磁材料及其磁化特性
1. 铁磁材料的磁化特性（B－H曲线/磁化曲线） 起始磁化曲线:B=f(H) oa为起始段 B ab为线性段 bc为饱和段 非铁磁材料的磁化 特性：B=μ0H Fe f ( H ): Fe 随 H 的变化而 变化 0 c B=f(H) d
b
a
膝点
μFe=f(H)
螺管线圈
Hl＝Ni
Ni：作用在磁路上的安匝数（磁路磁动势），单位A。
2.2 磁路的欧姆定律
1.均匀磁路的欧姆定律
其中 B :磁通密度，特斯拉（T） Φ ：磁通，韦伯（Wb） A：铁心的截面积 ，平方米（m2 ） 在线性或可以近似地认为是线性的介质中有
BA
B=μ H
其中μ 是磁导率， H/m
l
i
H
i1
i2
i3
l
其中 H： 磁场强度，安/米(A/m)
dl
注：若i与l符合右手螺旋关系， 取正号，否则取 负号 。其中大拇指所指为i的方向，四指为l方向。
当气隙长度δ远远小于两侧 的铁心截面的边长时， 铁心和 气隙中为均匀磁场，则
F Ni H FelFe H
其中 F=Ni：磁路的磁动势 HFelFe：铁心上的磁压降 Hδ δ ：气隙上的磁压降
第二节 电机学中的基本电磁定律
知识结构
变压 器、 电机
耦合
磁
全电流定律
电流
小电流
场
能量转换 电磁感 应定律 感应 电势 电磁力 定律
大磁通
铁心
铁心增磁功能
制约
铁心 饱和
制约 铁心中 的气隙
电磁转矩
变压器、发电机、电动机
一、磁路的基本定律
1、电机中的典型磁路 单相变压器
i1
输入电能
N1 N2
输出电能
N Li
因 得
Ni Rm
m
N N Ni N 2 2 L N m i i i Rm Rm
从上式可以看出电感 L 随 m ( Rm ) 变化而变化
2. 交流线圈的电抗
X L N m N
2
2
S
l
电抗 X 随着频率 f 、匝数N 2 、磁阻 m 的变化而变化。
随着铁心磁路饱和的增加，铁心磁导率µ Fe减小， 相应的磁导、电抗也要减小。
3. 交流铁心的损耗
当铁心中磁通交变时，要产生铁心损耗，它由磁 滞损耗与涡流损耗两部分组成。
1）磁滞损耗 铁磁材料置于交变磁场中时，材料被反复交变 磁化，其分子运动所消耗的能量 。
磁滞回线所包含的面积表示了单位体积磁性材 料在磁化一周的进程中所消耗的能量。
i2
电能 磁 场 电能
旋转电机
转子
C A
定子绕组
B
机械端口 电端口
定子铁心
旋转电机横截示意图面
电能
磁 场
机械能
磁路: 磁通所走的路径。
2、安培环路定律
2.1 安培环路定律
安培环路定律:沿空间任意条闭合回路，磁场强 度H的线积分等于该闭合回路所包围的电流的代数和。
H dl
2
1
2）空气的磁化曲线
思考题：画带气隙的铁心磁 路的磁化曲线 。气隙长度不 1 同，曲线之间有何不同？
3
4
i
3、4）带气隙的铁心磁路 的磁化曲线 (δ3< δ4)
0
i1
i2
四、电磁感应定律
1.电磁感应定律
d d e N dt dt
e
注意：只有线圈的磁通与电势符号右手螺旋关系，上 式才能取负号
思考题：铁心环与塑料环中的磁场强度和磁通密度有何区别？
H
i 2 r
又因Fe 0 故有BFe B0
B＝H
Fe 0
结论：铁心具有增磁功能 。
2. 串联磁路中的气隙降低铁心的增磁功能
F 1Rm1 1
l
Fe A
F 2 Rm2 2 ( RmFe Rm )
将φ =BA和B=μ
H 代入Ni ＝Hl，得
B
l Ni l A
l 定义： Rm A
1 A m 定义： Rm l
Rm:磁路的磁阻，A/Wb
m:磁路的磁导，Wb/A
则可写为
F Rm 或 F m
欧姆定律
欧姆定律：作用于磁路上的磁动势等于磁阻乘以磁通。