电机学
电机学 教材
电机学教材
电机学是一门电气工程专业基础课程，主要分为电机控制和电机本体，电机控制主要是各种控制方法的研究及控制仿真，电机本体就是研究内部机械结构及其参数。
- 《电机学》：这是一本专门针对电力类各专业的大学生和学者们的书籍，运用通俗易懂的文字给读者介绍了变压器、异步电机、同步电机和直流机等电机学的基础知识，适合电机初学者入门学习。
- 《电机学》：普通高等教育“十一五”国家级规划教材。
全书分为七篇，共三十一章，主要内容包括直流电机的概述、电枢绕组、运行原理、运行特性，起动、调速和制动，及换向；变压器的概述、运行原理、特性，三相变压器和特殊变压器；交流绕组的构成、感应电动势和磁动势；感应电机的概述、运行原理、特性，起动、调速和制动，及特种感应电机；同步电机的概述、运行原理、特性、并联运行、同步电动机和同步补偿机；电机的共同问题：不对称运行和机电能量转换原理；电机动态分析的特点和同步电机、感应电机、变压器、直流电机的动态分析。
附录列举了有关电磁场、电路和磁路、铁磁材料等基础知识。
电机学的知识点
电机学的知识点电机学是研究电动机原理、结构、性能及其控制的学科，是电工学、电子学等学科中重要的一门基础学科。
在生产生活中，电动机被广泛应用于机械、化工、石油、交通、房地产、家居等领域，电机技术得到了广泛的应用和推广。
下面就来简单了解一下电机学的知识点。
一、电动机原理电动机是将电能转换为机械能的电气设备。
电动机实现电能转化的基本原理是根据是安培定则和法拉第电磁感应定律。
通俗地说，电流在磁场中会受到作用力，导致电动机的匀速或变速运动。
电动机主要由定子、转子、轴承、支轴、散热器、连接线、端盖、控制器等组成，其中定子内部铺设绕组，绕组决定了电机的转矩和速度。
二、电动机的分类根据不同的工作原理、结构和用途，电动机有很多类别，常见的电动机有直流电机、交流电机、异步电机、同步电机、直线电机、永磁电机、步进电机、伺服电机等。
其中，直流电机的优点是结构简单、转矩平稳、响应速度快，适用范围广。
交流电机的种类繁多，涵盖了异步、同步、感应、电容、永磁等不同类型电机，使用广泛，能够满足不同领域不同需求。
三、电动机的参数电机学几乎覆盖了所有电动机的工作原理和技术细节。
电动机参数以电机功率、电流、电压、效率和转速等参数为主要参数。
功率是电机的输出能力，取决于负载扭矩、输出转速和效率。
电流、电压、效率和转速影响电动机的应用范围和使用效果。
同时，转动惯量、轴承阻力、轴承轴向力和机械特性等参数也是电动机的重要指标。
四、电动机控制电动机通过更改定子绕组与转子磁通的相对状态，从而改变转矩和转速，实现电动机的控制。
电动机控制一般使用电器制动控制、电流控制、速度控制等技术。
现代智能电机控制技术随着各种自动化控制技术的发展，如PLC控制、PID控制、Fuzzy控制等，已经成为电动机控制的主要方式，为电动机的应用高效可控、安全可靠提供了有力保证。
五、发展趋势到目前为止，电机学发展一直在继续，电动机制造商和用户都需要摆脱传统的电机设计，研究新技术，创新新产品。
电机学
电机学Electric Machinery （第1章导论）第1章导论¾电机中的基本电磁定律¾电机的基本概念¾电机的分类¾电机中使用的材料¾涡流与涡流损耗¾铁耗¾铁磁材料特性¾铁磁材料的磁导率¾磁滞与磁滞损耗¾磁化曲线¾全电流定律¾电磁感应定律¾电磁力定律¾磁路基本定律及其计算方法¾磁路基本定律¾自感和互感¾磁路计算方法¾概述1.1 概述一、电机的基本概念电机是依据电磁感应定律和电磁力定律，由电路和磁路构成的能实现机电能量转换或信号传递与转换的装置。
e = B l v电路磁路f = B l i机械能电能二、电机的分类¾按运动方式分类电机¾按功能分类电机三、电机中使用的材料①导电材料：铜线。
构成电路。
②导磁材料：硅钢片。
构成磁路。
③结构材料：铸铁、铸钢和钢板。
承受力。
④绝缘材料：聚酯漆、环氧树脂、玻璃丝带等。
用于导体之间和各类构件之间的绝缘处理。
电机常用绝缘材料按性能划分为A、E、B、F、H、C等6个等级。
如B级绝缘材料可在130℃下长期使用，超过130℃则很快老化，但H级绝缘材料允许在180℃下长期使用。
1.2 铁磁材料特性一、铁磁材料的磁导率¾磁导率的定义μ= B /H¾非铁磁材料的磁导率μ≈μ0= 4π×10-7H/m 为常数¾铁磁材料的磁导率μFe①μFe >>μ0②μFe 为非常数，随B 的变化而变化③存在磁饱和现象：当铁磁材料中的B 达到一定的程度后，随着H 的增加，B 的增加逐渐变慢，因此μFe 随着H 的增加而减小。
μr = 2000 to 80000二、磁化曲线在外磁场H作用下，磁感应强度B将发生变化，二者之间的关系曲线称为磁化曲线，记为B=f(H)。
第01讲电机学概述
M
低 电 压 动 配 机 电 线
电机是各个行业不可缺少的设备或元件。 工业动力。 交通运输动力。 农业动力。
文教医疗动力。
国防动力及测控元件 。
家用电器动力。
各种自动化系统中的测控及执行元件。
3. 电机的分类
电机按功能分类。
发电机 ： 将机械能转换为电能
电动机 ： 将电能转换为机械能
4. 电机学课程特点
专业基础课
电机专业：从事电机设计制造，必须学电机学。
发电专业：从事电能的生产，必须学电机学。
自动化专业：从事电能的控制，必须学电机学。 高压专业：从事高电压输电线路的设计等。 绝缘专业：从事绝缘材料的研究。 电器专业：电力系统的各种开关电器等。
电测专业：从事电力系统的测控等。
发展壮大
单机容量不断提高； 重量不断减轻，尺寸不断缩小； 应用范围不断扩大 ； 现代设计,制造及控制技术的应用。
单机容量的不断提高
进入20世纪，大型工业企业不断集中，使得发电机的容量随 着工业发展的要求而不断提高。 以汽轮发电机为例，在1900年，汽轮发电机的单机容量不超 过5000kVA，到1920年，汽轮发电机容量已经达到 50000~60000kVA。 在1937年，应用空气冷却的汽轮发电机的容量已经达到10万 kVA。应用氢气冷却后，汽轮发电机的容量便上升到15万kVA。 随后电机的冷却技术不断发展，表现为在导体内部用气体冷 却或液体冷却。1956年制成 20.8万kVA的汽轮发电机，采用了 定子导体水内冷，转子导体氢内冷。在1960年汽轮发电机的容 量又上升为32万kVA。不久，汽轮发电机的容量久突破了100万 kVA。 目前汽轮发电机的容量已达到600~1000万kVA。
《电机学》复习资料
电机学复习资料第一章 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 dt di Le L -= ⑤互感电动势 e M1=-dt di 2 e M2 =-dt di 1 ▲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 =Al μ——磁阻，单位为H -1； Λm =l A 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∑∑∑==m R Hl 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。
电机学基础知识
对于某一电路，在任意时刻，沿任一回路，各支路电压的
代数和恒等于零。
ut 0
12
第1章 电机学基础知识
1.1.5 安培环路定律（全电流定律）
在磁场中，磁场强度H沿任意闭合回路 l 的线积分，等于
该闭合回路所包围的所有电流的代数和。 l Hdl i
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
1.2.1 电机的磁路
磁路
主磁通
i1 ＋
u1 －
1 2
i2 ＋
u2 －
N
S
S
励磁绕组
漏磁通 变压器磁路
N
直流电机磁路
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第1章 电机学基础知识
1.2.2 磁路定律
∮ 1. 安培环路定律 H dl = ∑i l 如图： ∑i = i1＋i2－i3
2. 磁路的欧姆定律
∮H dl = Hl = N i
l
② 软磁材料 B－H 曲线窄， Br 小、Hc 小。 用于制造变压器、电机等电器的铁心。
③ 矩磁材料 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。
29
第1章 电机学基础知识
Φ
4. 铁心损耗
(1) 磁滞损耗 Ph (2) 涡流损耗 Pe
铜损耗使线圈发热，
铁损耗使铁心发热。 0.35mm
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
对电机学的认识与理解
对电机学的认识与理解电机学是研究电动机及其工作原理、结构与性能的学科领域。
电动机是将电能转化为机械能的装置，广泛应用于工业、交通、家用电器等领域。
电机学的研究内容包括电机的分类、工作原理、结构设计、性能参数和控制方法等方面。
电机可以根据其工作原理的不同进行分类。
最常见的分类方法是根据电机中产生磁场的方式，分为直流电机和交流电机。
直流电机是通过直流电流在电枢和磁极之间产生磁场，从而产生力矩驱动电机转动。
交流电机则是利用交流电的磁场变化来产生力矩，推动电机运转。
交流电机又可以分为异步电机和同步电机，异步电机是利用磁场的旋转速度略小于转子的旋转速度来产生力矩，而同步电机则是磁场的旋转速度等于转子的旋转速度。
电机的结构设计也是电机学中的重要内容。
电机的结构设计与电机的工作原理密切相关。
电机的主要部分包括转子、定子和磁极等。
转子是电机中旋转的部分，定子是固定的部分。
电机通过转子和定子之间的磁场作用，产生力矩，驱动电机运动。
电机的结构设计需要考虑转子和定子之间的磁路设计、绕组布置、轴承选型等因素，以确保电机能够正常工作。
电机的性能参数也是电机学中的重要内容。
电机的性能参数包括额定功率、额定电压、额定电流、转速、效率等。
这些参数反映了电机的工作能力和效率。
额定功率是电机能够持续输出的功率，额定电压和额定电流是电机正常工作所需的电压和电流。
转速是电机旋转的速度，效率是电机将输入的电能转化为有用的机械能的比例。
电机的性能参数对于电机的选型和应用非常重要。
电机的控制方法也是电机学中的重要内容之一。
电机的控制方法包括电机的启动、制动、调速、转向等。
电机的启动通常通过控制电流的大小和方向来实现，制动是通过改变电机的工作状态来使电机停止。
调速是电机运行过程中改变转速的方法，常见的调速方法有电压调速、电流调速和频率调速等。
转向是改变电机旋转方向的方法，可以通过改变电流的方向或改变转子和定子之间的磁场方向来实现。
电机学是研究电动机及其工作原理、结构与性能的学科领域。
电机学概念、公式
电机学概念、公式⼀、直流电机A. 主要概念1. 换向器、电刷、电枢接触压降2 U b2. 极数和极对数3. 主磁极、励磁绕组4. 电枢、电枢铁⼼、电枢绕组5. 额定值6. 元件7. 单叠、单波绕组8. 第1节距、第2节距、合成节距、换向器节距9. 并联⽀路对数a10. 绕组展开图11. 励磁与励磁⽅式12. 空载磁场、主磁通、漏磁通、磁化曲线、每级磁通13. 电枢磁场14. （交轴、直轴）电枢反应及其性质、⼏何中性线、物理中性线、移刷15. 反电势常数C E、转矩常数C T16. 电磁功率P em电枢铜耗p Cua励磁铜耗p Cuf电机铁耗p Fe机械损耗p mec附加损耗p ad输出机械功率P2可变损耗、不变损耗、空载损耗17. 直流电动机（DM）的⼯作特性18. 串励电动机的“飞速”或“飞车”19. 电动机的机械特性、⾃然机械特性、⼈⼯机械特性、硬特性、软特性20. 稳定性21. DM的启动⽅法：直接启动、电枢回路串电阻启动、降压启动；启动电流22. DM的调速⽅法：电枢串电阻、调励磁、调端电压23. DM的制动⽅法：能耗制动、反接制动、回馈制动B. 主要公式：发电机：P N＝U N I N(输出电功率)电动机：P N＝U N I NηN(输出机械功率)反电势：60E a E E C npN C a Φ==电磁转矩：em a2T a T T C I pN C aΦπ==直流电动机（DM ）电势平衡⽅程：a a E a a U E I R C Φn I R =+=+ DM 的输⼊电功率P 1 ：12()()a f a f a a a fa a a f em Cua CufP UI U I I UI UI E I R I UI EI I R UI P p p ==+=+=++=++=++12em Cua Cuf em Fe mec adP P p p P P p p p =++=+++DM 的转矩⽅程：20d d em T T T J tΩ--=DM 的效率：21112100%100%(1)100%P P p p P P P p η-∑∑===-+∑他励DM 的转速调整率： 0NN100%n n n n -?=DM 的机械特性：em2T j a j a a )(T ΦC C R R ΦC UΦC R R I U n E E E +-=+-=. 并联DM 的理想空载转速n 0：⼆、变压器 A. 主要概念 1. 单相、三相；变压器组、⼼式变压器；电⼒变压器、互感器；⼲式、油浸式变压器 2. 铁⼼柱、轭部 3. 额定容量、⼀次侧、⼆次侧 4. ⾼压绕组、低压绕组 5. 空载运⾏，主磁通Φ、漏磁通Φ1σ及其区别，主磁路、漏磁路空载电流、主磁通、反电动势间的相位关系，铁耗⾓ 6. Φ、i 、e 正⽅向的规定。
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十九章
固有机械特性的特殊点：
人为地改变电动机的任一个参数（如
异步电动机直接起动时的问题：
异步电动机的起动，
不仅取决于电机本身的大小，
二、中、大容量电动机轻载起动－降压起动此时主要矛盾是电流。
主要矛盾是起动转矩不足
•将导体看成许多单元导体的并联；
单绕组双速电机：
变极调速的注意点
如果电源频率可以连续调节，
电压方程：
（2）保持
（1）
通用变频器通过选择合适的运行曲线与负载曲线相匹配。
1 改变端电压
3 串级调速
串级调速的实现
采用串级调速方法的绕线式电机。
1. 转向反向的反接制动（正接反转）
2、两相对调
把转轴上输入的机械功率，
制动时，
风扇电机
罩极式排气扇电机
冰箱电机电动缝纫机电机单相异步电动机由单相电源供电，使用方便，广泛
•与同容量的三相异步电动机比较，单相异步电动机的体积大、运行性能较差，单相电机只做成小容量的。
一相定子绕组通电时的机械特性：。