华中科技大学_电机学_第一章_导论(完美解析).

• 工业高速发展对电机提出了更高的要求； • 控制电机和新型、特种电机发展更为迅速；
• 针对电机的研究更加深入，电机性能不断提高。
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电机相关理论：
• 1918年，福蒂斯丘—对称相量法； • 1926~1930年，道黑提和尼古尔发展了布隆代尔的
双反应理论；
• 1929年，帕克将坐标变换与算子法应用到同步电机
m sin t
可得感应电动势为
e eT N m cos t Em sin t 90
o
Φ,e

E

Em Φm o
ωt
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1. 变压器电动势
用有效值表示，则可得
e Em sin t 90 E Em 2 2πfN m 4.44 fN m
1821年，法拉第发现载流导体在磁场中受力的现象，
从而衍生出原始机构的电动机；
1831年，法拉第发现了电磁感应定律；
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1832 年，皮克西制成原始的旋转磁极式直流发电机 ——现Baidu Nhomakorabea发电机的雏形； 1833年，楞次证明了电机的可逆原理；
1834~1870年，永磁体励磁转变为线圈励磁，他励发 展到自励，环形绕组的应用；
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四、电机的作用和地位
地位：作为电能生产、传输、使用和电能特性 变换的核心设备，电机在现代社会所有行业和 部门中占据了重要的地位。
汽轮发电机
水泵
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第1章
导论
电机的发展历程
直流电机的产生和形成 交流电机的形成和发展
电机理论和设计、制造技术的足部完善 电机的发展趋势
1.2 电机的发展历程 一、直流电机的产生和形成
电机学 Electric Machinery
（第1章 导论）
广州大学 机械与电气工程学院
姓名：王晓刚 研究方向：电力电子技术、电机系统及其控制 办公室：工程北楼515 QQ：2651729
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选用教材：
电机学
作者：辜丞林 等
出版社：华中科技大学出版社 参考书：
电机学 （汤蕴璆 机械工业出版社 ） Electric Machinery （A. E. Fitzgerald 英文教材）
几乎同时制成了感应电动机；
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1889 年，多利夫 · 多布罗夫斯基提出了三相制，并 设计制造了三相感应电动机；
1893~1899年，交流电机理论取得很多成果，如、 双旋转磁场理论、交轴磁场理论、双反应理论。
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三、电机理论和设计、制造技术的逐步完善
20世纪是电机发展史上的一个新时期：
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第1章
导论
电机中的基本电磁定律
全电流定律
电磁感应定律
电磁力定律
1.3 电机中的基本电磁定律
一、全电流定律 全电流定律（安 培环路定律）： 磁场强度沿任意 的闭合路径的线 积分等于闭合路 径包围的导体电 流的代数和。 电流是产生磁场 的源。
l
Η dl H dl I1 I 2 I3
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或信号传递与转换 的电磁装置。
电路
e=Blv
f=Bli
磁路
机械能
电 能
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二、电机的分类
按运动方式分类
电 机
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按功能分类
电 机
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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。
d dt dx t x e N Nv eT ev t x
式中：eT为变压器电动势，线圈与磁场相对静止； ev为运动电动势（速度电动势、旋转电动势或 切割电动势）。
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1. 变压器电动势
假设线圈与磁场相对静止，与线圈交链的磁通随时间 按正弦规律变化
瞬态电压方程的推导；
• 1920~1940年，德雷福斯、庞加、弗里茨等人奠定
了电机分析设计的基础；
• 1935~1938年，克朗引入张量概念研究旋转电机；
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电机相关理论：
• 1959年，怀特和伍德森倡导下，逐步建立了以统
一 的机电能量转换理论为基础的新体系；
• 1970年，勃拉希克提出了异步电机磁场定向控制
理论；
• 近年来，计算机、DSP等技术在电机设计与控制
中发挥了巨大的作用。
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四、电机发展趋势
超导技术有助于电机单机容量进一步增大，效率
与功率密度进一步提高；
新型、特种电机与新原理、新结构、新材料、新
工艺、新方法联系更加紧密；
自动化、智能化电机系统将成为研究热点；
电机与电力电子以及计算机技术联系愈加紧密。
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第1章
概述
导论
电机的发展历程 电机中的基本电磁定律 铁磁材料 磁路基本定律及计算方法 电机中的机电能量转换过程 电机的发热与冷却 电机的分析研究方法
第1章
导论
概述
电机的基本概念 电机的分类
电机中使用的材料 电机的作用和地位
1.1 概述 一、电机的基本概念
l
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二、电磁感应定律
只要与线圈交链的磁链 Ψ 发生了变化，线圈内 就会感应出电动势。 感应电动势倾向于在线 圈内产生电流，以阻止 Ψ的变化。 当电动势的正方向与磁 通方向符合右手螺旋法 则，则
dΨ dΦ e N dt dt
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二、电磁感应定律
导致磁通变换的原因： • 磁通由时变电流产生； • 磁通由线圈与磁场间的相对运动产生。
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1873年，海夫纳· 阿尔泰涅克发明了鼓形绕组；
1880年，爱迪生提出了叠片铁芯；
1884~1885年，出现了换向极、补偿绕组以及碳刷；
1886年，霍普金森兄弟确立了磁路欧姆定律；
1891年，阿诺尔特建立了直流电枢绕组理论。
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二、交流电机形成和发展
1832年，单相交流发电机出现； 1876~1884年，单相交流电动机不断完善； 1885年，费拉里斯与特斯拉
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2. 运动电动势 假设：线圈匝数 N，两边平行，有效长度为 l，宽度 为b，以速率 v 沿 方向运动；磁场 B() 不随时间变 化，方向垂直进入屏幕。 B(ζ) 任意时刻穿过线圈的磁通为：