电机学课件—ss讲解

连接发电机与电网的升压变压器
连接发电机的 封闭母线
与电网相连 的高压出线端
3.用电环节——电动机 1）各行业广泛使用电动机
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
2）在高新技术领域的新应用
☆ 信息技术（雷达驱动） ☆ 航天航空航海 ☆ 生物医学工程（多种医疗设备）
1.1.2 电机工业发展概况
Br –HC
O Hc H –Br
H的变化，称磁滞；当H=0时，Br≠0，称 图 磁滞回线 剩磁。当B=0时，H=-HC，称为矫顽磁力，
进行去磁，图中的磁滞回线。
磁性材料按磁滞回线形状分成三类： (1)软磁材料：剩磁和矫顽磁力均较小，如硅
钢片、坡莫合金等，常用来做成电机、变压器的 铁心等。
(2)硬磁材料：剩磁和矫顽磁力都较大，如碳 钢、钨钢、钴钢及铁镍合金等。适宜做永久磁铁。
5、楞次定律的三种表述方式：
表述一：感应电流的磁场总是阻碍引起感应 电流的磁通量的变化；
表述二：导体和磁体发生相对运动时，感应 电流的磁场总是阻碍相对运动；
表述三：感应电流的方向，总是阻碍引起它 的原电流的变化；
右手定则判定感应电流方向：右手平展，使大拇指 与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内。把 右手放入磁场中，若磁力线垂直进入手心（当磁感 线为直线时，相当于手心面向N极），大拇指指向 导线运动方向，则四指所指方向为导线中感应电流 的方向。
500kV输电线路以及相应的变压器 500kV直流输电，西电东送运行中 400MW燃气轮机联合循环机组
☆ 引进建设
600MW核电机组 各种电动汽车
（1）国内外与电机相关的研究领域
☆ 精确模型研究 ☆ 新能源技术（风力发电，波浪发电，高速 “电、热、
冷”三联供机组）
☆ 机电一体化(电机、电力电子与微电子结合) ☆ 特殊新用途（电磁发射，纳米电机）
导体在磁场里作切割磁力线运动时，导体内就产生感生电 动势，穿过线圈的磁通量发生变化时，线圈里就产生感生 电动势．如果导体是闭合电路的一部分，或者线圈是闭合 的，就产生感生电流．导体作切割磁力线运动时，其感生 电动势ε＝BLVsinα
右手定则（楞次定律）判定感应电流和感应电动势 方向:
感应电流方向：当导体切割磁感线时，闭合电路中 感应电流方向应是：伸开右手，姆指与四指垂直且 在一个平面内，让磁感线从手心穿过，姆指指导线 切割磁感线的运动方向，四指指感应电流方向。
单位：韦伯
二、磁通
磁感应强度B与垂直与磁场方向的面积S 的乘积，称为通过该面积的磁通。
BS
B 单位：特斯拉（T）
单位：韦伯（Wb）
e N d dt
单位：伏秒
三、磁场强度 H
磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大 小为磁感应强度和导磁率之比。
HB

单位：
B ：特斯拉
：亨/米
1900 1920 1937空气冷却
氢气冷却
5MVA 1956水内冷 208MVA
25MVA 1960
320MVA
100MVA 目前
>1000MVA
150MVA
中小型电机技术与经济指标不断改进 新的设计方法（CAD）、工艺、材料、测试手段 应用范围扩大
1.1.2 电机工业发展概况
☆ 汽发：消化引进，设计600MW ☆ 700MW水发, 三峡电站
感应电动势方向：用判断感应电流的方向的方法， 只是四指所指的方向为高电势的方向。
最简单的电机(见附件、播放)
1.3.2 磁路
1 磁场的基本物理量
一、磁感应强度（磁通密度）
与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁 通（磁力线）。
B S
B 的单位：特斯拉（Tesla）
1 Tesla = 104 高斯
电机学 Electrical Machines
尚荣艳 Email: 261756758＠
绪论
主要内容 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.了解电机制造材料
1.1 电机概述
一、电机的作用
☆ 能源系统的关键设备
电能——电机 发电——输电——用电
☆ 各领域中有特殊要求的动力装置
1.发电环节——各种电机 600MW汽轮发电机
国产300MW汽轮发电机
国产200MW汽轮发电机定子
国产200MW汽轮发电机定子铁心
现场运行的水轮发电机
2.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，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 送一定大小的功率、采用高电压。
☆ 新能源技术
风力发电
☆ 新能源技术
波浪发电
波浪能电站外景
波浪能电站内景
☆ 机电一体化 如果用正在发展的新型永磁无刷直流电动
机代替普通电动机,效果如下： 电冰箱：>1000万台/年，电量少15%
洗衣机：>1100万台，噪音降低10分贝，节 省电能50%，节水20%
☆ 特殊新用途（电磁发射，纳米电机）

Ai
1.33
T
• 由磁化曲线查得相应的铁芯磁场强度为Hi=560A／m。 • 铁芯段磁路所需的磁动势为
•
•
Fi Hi Li 198 (A)
4、磁场最基本的特性是对其中的电流有磁场力的 作用。
(1) 定义:磁场对通电直导线的作用叫安培力
(2) 大小: F=BIL B垂直I
F=BILsinθ B和I成一夹角
(3) 方向: 由左手定则判定
左手定则：左手平展，使大拇指与其余四指垂直， 并且都跟手掌在一个平面内。把左手放入磁场中， 让磁力线垂直穿入手心（手心对准N极，手背对 准S极，四指指向电流方向（既正电荷运动的方 向）则拇指的方向就是导体受力方向。
解
1.铁芯部分：
• 设铁芯的叠片因数(叠片净厚度与总厚度之比)为0.94，则铁芯的 净面积为
• Ai =20×10-3×40×10－3×0.94=0.752×10－3(m2) • 铁芯磁路的平均长度为
• Li=2(100+80)-6=354(mm)=0.354(m)
• 铁芯中的平均磁通密度为 •
Bi
电磁学中，右手定则判断的主要是与力无关的方向。
N
v S
N
v S
甲
乙
6、法拉第电磁感应定律：当穿过回路的磁通量发生变化 时，回路中的感生电动势ε的大小和穿过回路的磁通量变 化率等成正比，即ε感=-△φ/△t
感应


d
dt
闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁力线的运动时， 导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应
（5）变无磁性物体为有磁性物体叫磁化，变有磁 性物体为无磁性物体叫退磁．
2、磁场
磁体是通过磁场对铁一类物质发生作用的，磁场和电 场一样，是物质存在的另一种形式，是客观存在。
磁体、电流、运动电荷周围的空间存在磁场；
磁场方向的判定：
磁体磁场：可以利用同名磁极相斥，异名磁极相吸的 方法来判定磁场方向． 电流磁场：利用安培定则判定磁场方向．
安培定则： （1）用右手握住导线，让伸直的大姆指所指的方向 跟电流的方向一致，那么弯曲的四指所指的方向就是 磁力线的环绕方向。 （2）用右手握住螺线管,让弯曲的四指所指的方向跟 电流的方向一致,那么大姆指所指的方向就是螺线管 内部磁力线的方向
附： 指南针（是磁铁做成的） 地球，也是一块天然的大磁体，在南北两头也有不 同的磁极，靠近地球北极的是S极，靠近地球南极 的是N极
(3)矩磁材料：磁滞回线接近矩形，如镁锰铁 氧体、1J51型铁镍合金等。在计算机和控制系统 中，可用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。
3 磁路的基本概念

i
u1
s
线圈
线圈通入电流后， 产生磁通，分主磁通和 漏磁通。
：主磁通 u2 s ：漏磁通
铁心
（导磁性能好 的磁性材料）
磁路：主磁通所经过的闭合路径。
1．电机的发展初期
电磁感应定律的发现——1831年法拉第 直流电机的发展 单相交流电的应用——远距离传输 三相交流电的应用——解决电机启动问题
1.1.2 电机工业发展概况
2．电机的近代发展及趋势
单机容量不断增加——机组容量大时，单位容量的 用料（省）、损耗（小）、造价（低）
如汽轮发电机：
同性磁极相斥，异性磁极相吸引，所以，不管 在地球表面的什么地方，拿一根可以自由转动 的磁针，它的N极总是指向北方，S极总是指向 南方。
3、磁力线 （1）磁力线上每一点切线方向跟该点磁场方向相同 （2）磁力线特点 磁力线从N极指向S极．（内部从S指向N）； 磁力线是闭合曲线，且任意两条磁力线不相交； 磁力线的密疏表示磁场强弱．
* 机：机械能，电机中与之相关的有转矩、 转速等。
1.3.1电磁场的基本知识
1、磁的知识点
（1）物体有吸引铁一类物质的性质叫磁性．
（2）具有磁性的物体叫磁体．(目前微特电机倾向 于采用永磁体做定子或转子)
（3）磁体上磁性最强的部分叫磁极．（电机最少 有两极，南极N和北极S）
（4）同名磁极相斥，异名磁极相吸．（电机为什 么会转动，也是这个道理，解释一下）
在非均匀磁路（磁路的材料或截面积不同，或磁场
强度不等）中，总磁动势等于各段磁压降之和。
NI HL
总磁动势

I
例：
N
l0
NI Hl H0l0
l
二. 磁路的欧姆定律：
对于均匀磁路
NI HL B L L I
S
令：
Rm

l
s
Rm 称为磁阻
则： F NI L Rmφ S