电机学绪论
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电机学绪论
绪论0.1电机在国民经济中的作用1、电机概念电机是一种进行机电能量转换或信号转换的电磁机械装置。
2、电机分类从能量转换的功能分两大类一类是电动机直流电动机、交流电动机（异步电动机、同步电动机）其作用是将电能转换成机械能，满足各种机械的动力需求。
一类是发电机直流发电机、交流发电机（同步发电机）其作用是将机械能转换成电能，以便于能量的转换和输送。
发电机从一次能源形态分有多种：汽轮发电机、水轮发电机、风力发电机等3、在国民经济中的地位（1）电力工业是一种先行工业，它是其他行业的基础。
（2）国民生产总值的80%以上直接或间接由电力工业创造。
（3）与人民日常生活密切相关。
02 我国电机工业发展概况解放前：年产总容量发电机为2万kW；电动机为5.1万kW；单机最大容量发电机为200kW；电动机为230kW；57年（第一个五年计划结束）：年产总容量为145万kW。
单机最大容量发电机为1万kW；电动机为2000kW。
60年代发电机单机容量已达10万kW；电动机已达6300kW。
70-80年代发电机单机容量已达12.5-30-60万kW；电动机已达1万kW。
90年后发电机单机容量已达120万kW；电动机已达4万kW。
目前我国装机总量已达6亿万kW。
三峡水电工程装设26台单机容量为700MW（70万kW）的水轮发电机，其中左岸装设14台、右岸装设12台，装机总容量为1820万kW（其规模相当于6.5个葛洲坝水电站或10个大亚湾核电站或4个邹县电厂）。
比前世界第一大水电站--伊泰普水电站（由巴西与巴拉圭共建）总装机容量为70*18=1260万kW还大。
现在已有16台（左岸14台，右岸2台）满负荷运行，已达1050万kW的发电能力。
09年全部投入运行后，年发电总量为847亿kWh，可提供全国人均70度电。
它与火力发电相比，每年可以节省5000万吨标准煤，相当于10个年产500万吨煤矿的产量。
邹县发电厂是目前我国最大的火力发电厂，总装机容量已达4*33.5+2*60+2*100=454万kW。
电机学-绪论
解：变压器空载时，虽然一次侧绕组电阻很小，
但由于绕组中产生的自感电动势几乎和额定电压 相等，致使空载电流很小。如果一次侧绕组施加 数值相等的直流电压，由于一次侧绕组没有自感 电动势，同时一次侧绕组电阻很小，直流电流很 大。若此时将二次侧短路，由于一次侧额定电压 为直流，铁心中无磁通，变压器不工作，因此不 会影响一次侧电流的大小。
mU;
I
0E ; 1p不 F变 e ;
pCu 1 ;
pCu 2 ; Z1; Z 2 ; Z m; ; U 0
/ mB
m
f
f
/
5 6
下降至原来的5
m
6
B • S S不变B下降至原来 5
m
6
P B f Fe
2
1.3
2
1.3
P/ Fe
5 6
6 •
应定律可知：
•
E1
N1
d dt
•
E1 dt N1
1•
E1 dt N1
m
sin(t
2
)
即
•
1
比
•
E2
滞后90°，幅值为m
由题图可知，变压器的变比k=
N1 N2
E1m U1m
N 12,则NE11 E2
k
2
即• E2
1
•
E1
2
的波形与的 波形频率、相位一致。幅值相差0.5倍。
Z m r m j xm
1
P
P 2
P1
I I R x R x 、 不变，U COS sin 不变，
但由于绕组中产生的自感电动势几乎和额定电压 相等，致使空载电流很小。如果一次侧绕组施加 数值相等的直流电压，由于一次侧绕组没有自感 电动势，同时一次侧绕组电阻很小，直流电流很 大。若此时将二次侧短路，由于一次侧额定电压 为直流，铁心中无磁通，变压器不工作，因此不 会影响一次侧电流的大小。
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电机学课件
第0章 绪论
电能是现代社会的最主要能源，电能主要由发电机产生， 电能是现代社会的最主要能源，电能主要由发电机产生， 它主要实现以下四种能量的转换： 它主要实现以下四种能量的转换： 化石能转化为电能－火力发电机； 化石能转化为电能－火力发电机； 水能转化为电能－水力发电机； 水能转化为电能－水力发电机； 核能转化为电能－核力发电机； 核能转化为电能－核力发电机； 转化为电能 风能转化为电能－风力发电机。 风能转化为电能－风力发电机。
第0章 绪论
§0.3 电力拖动控制系统的组成
电力拖动控制系统是用电动机来拖动生产机械运行的系统。 电力拖动控制系统是用电动机来拖动生产机械运行的系统。 包括：电动机、电源、控制设备、传动机构和生产机械四个部分。 包括：电动机、电源、控制设备、传动机构和生产机械四个部分。 它们之间的关系如下 电源
控制设备
第0章 绪论
第0章 绪论
电动机： 电动机：
第0章 绪论
手机震动电动机
第0章 绪论
电动自行车所用的无刷直流电动机
第0章 绪论
4 电机是控制系统和智能化装置的重要元件（控制电机） 电机是控制系统和智能化装置的重要元件（控制电机）
作为控制系统中的执行元件、检测元件和解算元件。 作为控制系统中的执行元件、检测元件和解算元件。 如：伺服电机、测速发动机、自整角机和旋转变压器等。 伺服电机、测速发动机、自整角机和旋转变压器等。
第0章 绪论
§0.2 电机的分类
1 按结构形式及电磁感应方式分 变压器 电机 旋转电机 交流电机 同步电机 直流电机 异步电机
第0章 绪论
2 按功能分
(1) 发电机：把机械能转换成电能。 发电机：把机械能转换成电能。 (2) 电动机：把电能转换成机械能。 电动机：把电能转换成机械能。 (3) 变压器：改变电源电压。 变压器：改变电源电压。 (4) 控制电机：作为控制系统的控制元件或执行元件。 控制电机：作为控制系统的控制元件或执行元件。
电机学绪论.ppt
电机工业发展历程
1959年，哈尔滨电机厂自行设计并制造了国内第一套主 传动为2800千瓦的直流电动机。 1983年6月，浙江秦山核电厂动工，建设规模为1台30万 千瓦机组 ，这是中国第一座自行设计、制造、安装的压 水堆核电站。 1989年，国产第一台60万千瓦火电机组在安徽平坪电厂 投运。 1994年12月，装机1820万千瓦的三峡工程正式开工，并 于1999年11月顺利截流。
电 机实物照片
电机的种类很多，应用于航空、航天、交通运输、军事装 备、工农业生产、医疗设备和家用电器等各个方面。 作为动力 用于发电
动力
船用电机
用 于 按 摩 椅、按 摩 床垫、 儿童摇摆床等
动力
用于CD、立体声耳机、 DVD唱机
用于石油钻井
用于盒式磁带录音机， VCR
用于玩具，相机，石英钟打 点器，旅行电吹风
电机工业发展历程
1949年新中国成立时，我国电力装机只有185万千瓦，年 发电量43亿千瓦时，居世界第21位和第25位。 到１９９８年年底，我国电力装机容量和年发电量均已跃 居世界第二位，成为世界电力生产和消费大国 。 截至2002年底，全国发电装机容量3 .56亿千瓦，年发电 量16541 .64亿千瓦时 。随着我国国民经济的高速增长， 全国电网用电需求保持强劲的增长势头。
双轮行走机器人
发电
上海电机厂的生产车间
发电
哈尔滨电机厂生产的交直流产品
发电
哈尔滨电机厂生产的火电产品
发电
安装在邹县电厂的 600MW汽轮发电机
东方电机股份有限 公司，山峡转轮
660kw风力发电机
发电
荣 获 国 家 科 进 步 特 等 奖 的 葛 洲 坝170MW 水 轮 发 电机组
电机学第一章 绪论
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。
LH dl I
这一定律运用到电机、变压器中，可写成
Hl Ni
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
性质本课程是电气工程及其自动化等专业的一门 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。
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
主讲教师：苗满香
第一章 绪论
本课程主要内容
第二章 变压器
第三章 直流电机
第四章 交流绕组的电动势和磁动势
Байду номын сангаас
第五章 同步电机
第六章 异步电动机
第七章 特种电机
第一章 绪 论
1.1 概述
电机学绪论
两种方法归纳如下： 变压器 直流发电机 直流电机
直流电动机
电机 同步电机
同步发电机
同步电动机
交流电机
异步电机 控制电机
异步电动机
异步发电机
3.电机在国民经济中的作用 电能是现代常用的一种能源，具有大量生产、集中管理、 远程传输、自动控制等优点。
发电
输电 升压 变压器
降压 变压器
用电
发电机
配电 变压器
用户
电机在电力系统、工农业生产、日常生活、控制领域、 航空航天等领域起重要作用。例:
（1）电力工业中生产电能的发电机；电网输送电、分配电变压器。 （2）工农矿企业中机床、起重机、轧钢机，水泵、风机、排灌、辗米、抽 水等驱动电动机。 （3）交通运输电力机车、汽车驱动电机，船用电机等。 （4）日常生活民用驱动电机、电动工具等， （5）国防文教医疗中各种控制、驱动、伺服电机等。
N 1匝
磁路长度l
N 2匝
铁芯磁路
3)磁通Ф: 磁场中某一面积的磁感应线(B线)数称为通过该面 积的磁通量,简称磁通Ф。
4)磁感应强度B:
B是矢量,单位:wb/m2 ,或T dΦ B ds Ф是标量:单位wb
5)磁场强度H:表征磁场性质的另一个基本物理量。 H是矢量,单位:A/m B与H关系: B H
为速度电动势
e Blv
。
B 、 l、 v
三个物理互相垂直，其方向
关系可用右手定则确定. b)变压器电动势:线圈不动，穿过线圈的磁通随时间交变， 在线圈绕组中感应电势。
如下图所示，当线圈中的磁链发生变化时，线圈
中将有感应电动势产生。
d d e N 感应电势的表达式： dt dt 线圈中的感应电动势将倾向于阻止线圈中磁链的变化。 电动势﹑电流与磁通的正方向符合右手螺旋定则。
《电机学》课件 第一章
2. 本课程与电力行业的紧密联系
a 对于电力系统自动化专业的技术人员，必然要从事电力系统 稳定性的研究，则首先要了解各电气设备的特性； b 对于从事电气工程自动化专业的技术人员，要搞清楚所控 制的对象及其各类电动机的特性，才能搞好自动控制
1-1 概述
三、学习《电机学》的什么内容
• •
电机的原理、结构、特性和应用 直流电机、变压器、异步电机、 同步电机
3、电磁力定律
载流导体在磁场中要受到力的作用—电磁力
F Bli
左手定则
1-3 基本电磁定律
电机可逆性原理
如在电机轴上外施机械功率，通过电机导体在磁场中 作用产生感应电势可输出电功率；如在电机电路中从电 源输入电功率，则载流导体在磁场作用下可使电机旋转 而输出机械功率。
任何电机既可以作为发电机运行，又可以作 为电动机运行。 不论用作发电机或电动机，感应电势和电磁 力都同时作用于导体。
1-2 磁路及磁路定律
•
2、磁路的欧姆定律
H dl Hl Ni
B /A Ni F m F L /( A ) R m
H B/
1-2 磁路及磁路定律
3、磁路的基尔霍夫第一定律 定律内容: 穿出(或进入)任一闭和面的总磁通量恒 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)，这就是磁通连续性 定律。
1-4 铁磁材料及特性
2、铁磁材料
•
软磁材料--磁滞回线窄，HC及Br小
•
•
硬磁材料--磁滞回线宽，HC及Br大
HC及Br大，难退磁---永磁材料
1-4 铁磁材料及特性
1-4 铁磁材料及特性
1-4 铁磁材料及特性
电机学绪论
电动势 E
电 流 I
磁动势 F NI
磁 通
产生磁通的源：载流线 圈。I为电流，N为匝。 由磁动势产生，在磁路 中流通。
电流密度
电场强度 E 电阻率 电导率
J=I/S
表示电场的强弱。
磁通密度
磁场强度 H 磁阻率
B = / S
表示磁场的强弱。
反映导体对电流阻 力大小的系数。
m
反映磁体对磁通阻力大 小的系数。
5
绪 论
变压器* 异步电机 交流电机 异步电动机* 异步发电机
电机分类
同步电机
直流电机
同步发电机*
同步电动机
直流电动机* 直流发电机
电机学：研究电机的理论，是专业基础课。 工作原理 基本结构 本课程任务： 重点研究带*号的四种电机的 运行特性 试验方法
6
绪 论
0.2 电机中所用的材料和铁磁材料的磁特性
4.铁心损耗：
2 p f B 磁滞损耗： h m
在交变磁场作用下，铁磁体内的磁筹反复被磁化，磁筹
反复转向产生摩擦引起的损耗。
2 2 2 涡流损耗： pe f Bm d / Re
在交变磁通作用下，铁心产生感应电动势并产生涡流， 涡流在铁心电阻上引起的损耗。
1.3 2 铁心损耗： pFe f Bm 磁滞损耗与涡流损耗的统称。
7
绪 论
二、铁磁材料的磁特性
1.磁化特性：铁磁体会被外磁场磁化，即 铁磁体内磁筹受外
磁场作用形成附加磁场，而呈现出很强的磁性。 2.高导磁性: 铁心磁导率 Fe 0
7 空气：0 4 10 H/m
3.饱和特性： Fe 常数
Fe f ( H ) 是非线性磁化曲线
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• 非铁磁材料的磁化曲线是线性的. • 铁磁材料的μ很大且不是常数,呈非线性.
四﹑铁磁材料的B-H曲线 2﹑铁磁材料的B-H曲线 分析:oa段:起始段,μ小,I↑ H↑; ab段:μ迅速增 大,I↑ H↑ B↑ , B-H线性; bc段:进入饱和区, μ变小,I↑ H↑ B↑ (但缓慢),c为饱和点.
一、磁场﹑磁路
一、磁场﹑磁路
1、磁场: 电流
磁场
2﹑磁路: 磁通经过的路经
电和磁是构成电机的两大要素 电机中的磁场常简化为磁路来处理
二﹑磁感应强度(磁通密度) B﹑磁通量Ф 磁通Ф: 磁场中某一面积的磁感应线数称为通 过该面积的磁通量,简称磁通Ф。 磁感应强度(磁通密度）B:单位面积的磁感应线数
B S cos
Ф 是标量:单位wb Ｂ 是矢量,单位:wb/m2 ,或 T
三﹑磁场强度H﹑磁导率μ 1﹑磁场强度H:
B H
• H是矢量,单位:A/m（安/米） 2﹑磁导率μ:物质的导磁能力，μ单位:H/m（亨/米）
磁路的材料不同，其导磁性能也不同。 • 非铁磁材料:空气,铜,铝,绝缘材料等;
2 PFe Ph Pe (k h f Bm ke f 2 2 Bm )V n 2 V 经验近似: PFe k Fe f 1.3 Bm
(1 12)
六、全电流定律—安培环路定律
全电流定律:磁场强度矢量H沿任一闭合路径的线积分等 于穿过该闭合路径的电流的代数和。且积分回路的绕行方 向和产生该磁场的电流方向符合右手螺旋定则
0 4 10 7 H / m
• 铁磁材料:铁,镍,钴及其合金等;
r 0 且 远大于 0
r :相对磁导率
四﹑铁磁材料的B-H曲线
B-H曲线:表征磁性材料的关系曲线 B f ( H ) 不同磁性材料 r 不同, B-H曲线不同.
1﹑
1 S 磁导 Rm l
磁阻单位A/Wb,磁导单位是Wb/A
磁路的基尔霍夫第一定律
流入磁路节点的磁通的代数和应等于零
0
c y1 y 2 0
第三节 电机的基本电磁理论 一﹑电感L
一个线圈通过单位电流所产生的磁链称为该线圈的电感
N NF L N I I I
Rm
可见: 电感(电抗)与磁场介质的磁导成正比
5、电磁感应定律
d d e N dt dt
右手定则:
--变压器电动势
e BlV
--运动电动势（发电机）
左手定则:
f Bil
--电磁力（电动机）
*e、f同时存在于发电机和电动机机内
-- 电机的可逆性原理
电机学的考核方法
总成绩=平时成绩+卷面成绩 平时成绩=考勤+回答问题+作业
参考书
1. 李发海等 2. 胡虔生主编
电机学（第三版） 科学出版社，2002 电机学习题解析 中国电力出版社
第一节 概述
电机的定义: 电能生产、输送和应用有关的能量转换装置
机械能
发电机 电动机
电能
变压器
பைடு நூலகம்电能
1、发电机
水轮发电机转子
饱和段 线性段 起始段
3﹑磁滞回线
磁性材料磁滞回线曲线
五、铁芯损耗
1、磁滞损耗：磁畴之间产生摩擦而产生的，
ph k h V f B
n m
五、铁芯损耗 2、涡流损耗：涡流与铁心电阻相作用产生的损耗，
2 Pe k e V f 2 2 Bm
3、铁损：磁滞损耗+涡流损耗
上游水
下游水 水轮机
水轮发电机工作原理图
2、电动机
单相异步电机
三相异步电机
3、变压器
小庄变电站电力变压器
3、变压器
小庄变电站电力变压器
第二节电机的磁路和磁路定律
一、磁场﹑磁路
一、磁场﹑磁路
磁感应线(磁力线):电流在它周围的空间建立磁场，磁场 的分布我们常用一些闭合线来描述它的大小和方向。 特点：a) 右手螺旋定则、b) 闭合且不相交。
12 21 M 12 M 21
3﹑漏感: 漏磁通相应的电感
L 1
1
I1
同理:
L 2
2
I2
4﹑电抗: 当线圈流过正弦交流电时，线圈电感的作用 常用相应的电抗来表示.
U X L L I 2 2 N X L L 2fL 2fN 2f
2
N2 Rm
电感的单位：H (亨) 1﹑自感:与线圈匝链的磁通由流经线圈 本身电流产生的.
L
I
N 2
2﹑互感:与线圈匝链的磁通由另一 线圈电流产生的.
N 221 N 2 F12 M 21 N 2 N112 I1 I1 I1
12
同理 M 12 21 N112 N1 N 2 21 I2 I2 :
Hdl I
l k 1
n
k
NI
定义—— 磁压 UM Hdl
l
磁势
F Ik
全电流定律（安培环路定律） 电机学实用形式
U I F
M
k
沿着磁场中任一闭回路其总磁压等于总磁势
七、磁路基本定律
磁路的欧姆定律： 磁通与磁压之间的关系
U c1 H c1l l 磁阻 Rc1 c1 BS c1 S
电 机 学
绪 论
电机学的特点
1、专业基础课 2、前述课程:电路理论、大学物理 3、后续课程：电力系统分析、继电保护、 发电厂电气设备
电机学的学习方法
关键：听课与自主学习紧密结合；熟悉教材，多媒 体课件 ☆ 不缺课、不迟到早退，认真听课，做好课堂笔记； ☆及时独立完成课后作业，每周第一次上课交作业